KR0135901B1 - 금속관 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구형(球刑)이나 복잡한 형상의 속이 빈 금속용기를 제조하는 장치에 관한 것으로, 종래의 성형장치는 정밀도가 떨어지고, 제조공정이 복잡하며, 생산비가 비싼 문제점이 있었는 바, 초소성 재료의 금속관이 장착되며 내부에 제조하고자 하는 성형용 공간이 다수 개 일렬로 배열되어 있는 금형과, 내부에 열선이 설치되어 상기 금형을 가열하는 전기로와, 상기 금형과 전기로를 상하로 압축 및 분리하는 프레스와, 상기 금형의 온도를 일정하게 유지하도록 전기로의 온도를 제어하는 온도제어기와, 상기 금형의 내부로 압축기체를 공급하는 압축공기 발생장치와, 상기 압축공기 발생장치에서 공급되는 기체의 압력을 조절하는 압력제어기로 구성되는 본 발명을 제공함으로써, 단한번의 공정으로 형상이 복잡한 성형품을 젝조할 수 있어 생산성이 향상되고, 생산비가 절감되며, 성형품의 내구성이 증가하는 한편, 디자인이 다양화되어, 금형설계가 용이해지고, 성형품의 치수가 정밀해지는 효과가 있다.

Description

금속관 성형장치

제1도는 본 발명에 의한 금속관 성형장치의 구성도.

제2도는 본 발명 장치에 금형 및 전기로의 일실시예를 보인 길이방향의 종단면도.

제3도는 제2도의 금형 및 전기로의 폭방향 종단면도.

제4도는 본 발명 장치에 의한 금형 및 전기로의 다른 실시예의 구성을 보인 폭 방향 종단면도.

제5도는 본 발명 장치에 의한 금형 및 전기로의 또 다른 실시예의 구성을 보인 폭방향 종단면도.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:금형 2:전기로

3:프레스 4:온도제어기

5:압축공기 발생장치 6:압력제어기

7:돌기부 9:금속봉

10:기체주입관 11:내부금형

12:내부전기로 13:외부금형

14:외부전기로 21:내부금형

22:내부전기로 23,25:외부금형

24,26:외부전기로 P:금속관

본 발명은 금속용기의 제조장치에 관한 것으로, 특히 구형(球刑)이나 복잡한 형상의 속이 빈 공간을 갖는 용기를 제조하기에 적당하도록 한 금속관 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 비어 있는 금속용기를 제조하는 방법으로는 부풀림(bulging)장치를 이용하여 금속관 내부에 기름과 같은 유체로 압력을 가함으로써 금속관이 금형속으로 부풀어 오르게 하는 방법을 사용하거나, 스피닝(spinning)장치를 이용하여 금속관을 회전체(roller)로 금형에 밀착시켜 점차 둥금형태로 만들어가는 방법이 사용되고 있다. (Metals handbook, vol. 4, 8th edition, American Society for Metals 참조)

그러나, 상기의 종래 기술에서 부풀림장치를 이용하는 방법은 가공량에 한계가 크고, 가공 후의 탄성변형 때문에 정밀한 치수의 형상을 얻기가 어려운 단점이 있다.

또한, 스피닝장치를 이용하는 방법은 여러 단계를 거쳐 점진적으로 성형해야 하므로 공정이 복잡하고, 고가의 금형이 다수 필요하며, 생산성이 낮은 결점이 있다.

그 밖에도 이러한 방법들은 변형량이 매우 큰 경우에 중간 풀림 열처리를 해야하며, 복잡한 형상의 경우에는 몇 개로 나누어 성형 후 용접이나 리벳팅 등의 방법으로 조립해야 하고, 대부분 성형품의 강도가 낮은 결함이 있다.

이와 같은 문제점에 착안하여 안출한 본 발명의 목적은 복잡한 형상의 내부를 갖는 금속용기를 용이하게 제조하여 생산성을 향상시킬 수 있는 금속관 성형장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 내구성과 강도가 우수한 성형품을 얻을 수 있도록 하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 세밀한 형상과 다양한 디자인의 성형품의 제조를 가능하게 하고, 금형 설계를 용이하게 하며, 성형품의 치수를 정밀하게 하려는 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 초소성 재료의 금속관이 장착되며, 내부에 제조하고자 하는 성형용 공간이 다수 개 일렬로 배열되어 있는 금형과; 내부에 열선이 설치되어 상기 금형을 가열하는 전기로와; 상기 금형과 전기로를 상하로 압축 및 분리하는 프레스와; 상기 금형의 온도를 일정하게 유지하도록 전기로의 온도를 제어하는 온도제어기와; 상기 금형의 내부로 압축기체를 공급하는 압축공기 발생장치와; 상기 압축공기 발생장치에서 공급되는 기체의 압력을 조절하는 압력제어기로 구성함을 특징으로 하는 금속관 성형장치가 제공된다.

상기 금형의 변형으로서의 일실시예는 장치의 중앙에 설치되며, 다수 개의 금속관이 설치되도록 성형공간이 형성되어 있는 대형의 내부금형과; 상기 내부금형 주위에 환상으로 내부금형의 성형공간과 결합 및 분리가 가능하게 설치되는 다수개의 소형의 외부금형으로 구성될 수 있고, 상기 전기로의 변형으로서의 일실시예는 상기 내부금형의 중앙에 설치되는 내부전기로와; 상기 외부금형의 외측을 둘러싸고 설치되는 외부전기로로 구성될 수 있다.

또한, 상기 금형의 다른 실시예는 장치의 중앙에 설치되며, 다수 개의 금속관이 설치되어 있는 내부금형과; 상기 내부금형의 상하측에 내부금형의 성형공간과 대칭되는 성형공간을 갖고 결합 및 분리가 가능하게 설치되는 외부금형으로 구성되는 금형이 제공되고, 상기 전기로의 다른 실시예는 장치의 중앙에 설치되는 내부전기로와; 상기 외부금형의 외부에 설치되는 외부전기로로 구성되는 전기로가 제공될 수 있다.

한편, 상기 금형에 설치되는 금속관의 일단부에는 금속관의 일단부를 폐쇄하는 막음부재가 설치되고, 타단부에는 금속관을 팽창시키는 기체가 주입되는 기체주입관이 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속관의 양단부와 접촉되는 금형의 내측면에는 금속관의 미끄러짐을 방지하고, 기체주입관과의 밀착을 증대시키는 돌기부가 형성되어 있고, 상기금형은 상하의 금형이 접촉되는 부위 또는, 상하 금형의 일정부위에 금속관의 팽창시 금형내부의 공기를 토출시키는 토출구가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 일실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명에 의한 금속관 성형장치는 제1도에 도시한 바와 같이, 초소성 금속관을 고온에서 기체로 부풀린 다음, 상온으로 냉각하여 매우 강도가 높은 복잡한 형상의 속이 빈 용기를 제조할 수 있도록 금형(1), 전기로(2), 프레스(3), 온도제어기(4), 압축공기 발생장치(5) 및 압력제어기(6)로 구성되어 있다.

상기 전기로(2)와 금형(1)은 상하로 분리가능하도록 설치되어 있고, 상기 프레스(3)는 금형(1) 내부에 기체로 압력이 가해질 때 상하의 금형(1a)(1b)이 벌어지는 것을 방지하기 위해 금형에 압력을 가하거나, 성형이 완료된 뒤 금형을 분리시킬 때 사용된다. 또한 상기 온도제어기(4)는 전기로(2) 속에 설치되어 있는 금형(1)의 온도를 일정하게 유지시키며, 상기 압축공기 발생장치(5)는 성형에 필요한 고압의 기체를 발생하는 것으로, 공기압축기(compressor)나, 고압가스통이 사용될 수 있으며, 여기서 나오는 고압기체는 압력제어기(6)에 의해 적절한 압력으로 제어되어 금형(1)의 내부로 공급된다.

본 발명의 가장 핵심적인 기술요소는 금형과 전기로로서, 특히 금형의 형태와 작동방식에 따라 성형의 효율성이 결정되므로 그 구조에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다.

첨부도면 제2도는 금형과 전기로의 상하가 대칭인 내부구조를 보인 길이방향 단면도이고, 제3도는 폭방향 단면도로서, 전기로(2)의 내부면에 열선(2a)이 배열, 설치되어 있는 바, 전기로 내부의 온도편차를 줄이기 위하여 열손실이 가장 심한 전기로의 양단부는 열선을 더 많이 배열하거나, 열선의 굵기를 조절하여 발열량을 증대시키도록 한다. 전기로(2) 안에는 금형(1)이 설치되어 있으며, 금형(1)의 안쪽은 제조하고자 하는 물체의 외형과 동일한 형상의 공간(8)(8')(8'')이 필요한 수만큼 나란히 배열되어 있다.

상기 금형(1)의 상하측이 마주하는 중심축에는 성형하려는 초소성 금속관(P)이 길이방향으로 놓여지게 되며, 이 금속관(P)의 일단부는 금속봉(9) 또는 용접으로 막혀 있고, 타단부는 기체를 주입할 수 있는 기체주입관(10)이 연결되어 있다. 상기 금속봉(9)과 기체주입관(10)의 끝은 경사부를 갖도록 형성하여 금속관(P)에 착탈이 용이하도록 하며, 안쪽으로 밀어 넣을수록 금속관(P)의 내부면에 밀착되도록 한다.

상기 금속관(P)의 재질인 초소성 재료는 상온에서는 강도가 높지만 고온에서는 변형응력이 보통 10 MPa이하이고, 신율은 수 백% 이상이므로, 높은 온도에서는 작은 압력을 가해도 쉽게 변형되고, 상온으로 냉각되면 강도가 크게 증가하는 특성이 있다. 이러한 초소성 재료의 종류에는 알루미늄 합금, 동합금, 철강, 스텐레스강, 티타늄 합금, 마그네슘 합금 등 매우 다양하여 선택의 폭이 나은 이점이 있다.

이와 같이 구성되어 있는 금속관 성형장치의 작용 및 효과를 설명한다.

압축공기 발생장치(5)에서 발생된 고압의 기체가 압력제어기(6)에 의해 적절하게 제어되면서 기체주입관(10)을 따라 초소성 금속관(P)의 내부로 유입되면, 상기 초서성 금속관(P)이 금형(1) 내부에서 점차 팽창되어 성형이 이루어지게 된다. 이와 같이 금속관(P)이 팽창됨에 따라 금형(1) 내부의 공기는 상하 금형 틈을 통해 밖으로 밀려 나오게 되어 금속관(P)이 금형내부면(8)(8')(8'')에 닿을 때까지 팽창이 계속된다. 금형 내부의 공기가 빠져나오기 쉽게 하기 위하여 상하의 금형(1a)(1b)이 접촉되는 면에 작은 홈(도면에 도시하지 않았음)을 형성하거나, 다른 부분에 미세한 통공을 형성하여도 무방하다.

성형 중에는 프레스(3)가 상하 금형(1a)(1b)에 압력을 가함으로써 초소성 금속관(P)이 양단부에 박혀 있는 기체주입관(10) 및 금속봉(9)과 밀착되므로 금속관(P) 내부에 공급되는 기체가 누출되지 않게 된다. 상기 금속관(P)의 양단부에는 금형 내측면에 돌기(7)가 형성되어 있어 초소성 금속관(P)의 미끄러짐을 방지함과 아울러 기체주입관(10)과의 밀착을 증대시키게 된다.

성형이 완료되면, 프레스(3)는 금형(1)에 압력을 가하던 방향과 반대방향으로 이동되어 상하의 금형(1a)(1b)이 분리되며, 마지막으로 금속관(P)의 양단부와 성형품사이의 연결관을 잘라내면 여러 개의 완성품을 얻을 수 있게 된다.

한편 제4도는 한꺼번에 보다 많은 수의 성형품을 제조할 수 있는 환상 구조형금형과 전기로를 보인 단면도로서, 다수 개의 열선(12a)이 배열된 중심축의 전기로(12) 주위에 여러 개의 성형용 공간을 갖는 하나의 대형 금형(11)이 설치되어 있고, 그 주위에 결합과 분리가 가능한 수 개의 소형 금형(13)이 배치되어 있으며, 그 주위를 열선(14a)이 배열된 전기로(14)가 둘러싸도록 되어 있는 구성이다.

이때 도면에서는 소형 금형(13)의 개수가 6개이지만 반드시 이 숫자에 국한되는 것이 아니고, 필요에 따라 증감하여도 무방하다.

이러한 금형(11)(13)과 전기로(12)(14)가 적용되는 금속관 성형장치는 온도분포의 균일성을 잃지 않으면서 각각의 금형 속에 든 금속관(P)에 기체가 동시에 공급되어 대량생산이 가능하게 되며, 성형 후 성형품의 제거가 용이한 효과가 있다.

또한, 제5도는 다층 구조형 금형과 전기로를 보인 단면도로서, 가운데 부분에 전기로(22)와 금형(21)을 중심으로 상하 대칭으로 결합 및 분리가 가능한 한쌍의 전기로(24)(26)와 금형(23)(25)이 설치되어 있는 구성이다. 이러한 구조의 금형(21)(23)(25)과 전기로(22)(24)(26)를 갖는 성형장치도 역시 내부온도의 분포가 균일하게 되고, 성형요 공간의 수를 필요한 만큼 증감시킬 수 있으며, 여러 개의 금속관(P)에 압력을 동시에 가할 수 있어 대량생산이 가능해지는 이점이 있다.

도면에서는 금형(21)(23)(25)에 형성되는 금속관(P)의 설치부위가 6개이지만, 필요에 따라 이 숫자를 증감할 수 있다. 미설명 부호 22a, 24a, 26a는 전기로(22)(24)(26)에 설치되는 열선을 나타낸 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 금속관 성형장치는 고온에서 금속관에 기체로 압력을 가하여 속이 빈 금속용기를 대량으로 제조할 수 있는 장치로서, 상온강도가 높지만 고온에서는 변형이 매우 잘 되는 초소성 재료를 이용하여 단 한 번의 공정으로 복잡한 형상의 성형이 가능해지도록 하여 성형 후 별도의 조립, 용접, 리벳팅 등의 공정이 배제되거나 감소되어 생산공정이 간소화되고, 내구성 및 강도가 우수한 성형품을 얻게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 성형장치에 이용되는 금형재료는 고가인 고강도의 특수강을 사용하지 않아도 되므로 금형재료비와 가공비가 절감될 뿐 아니라 한 번에 여러개의 성형품을 동시에 제조할 수 있어 생산성이 향상되는 이점도 있다. 더구나 유동성이 우수한 초소성 재료를 이용하므로 세밀한 형상의 성형도 가능해지며, 금형 설계가 비교적 자유로와 다양한 형상의 제품디자인이 가능하다. 그 밖에도 고온에서 성형이 이루어지므로 성형 후 탄성복구되는 변형량이 없기 때문에 금형 설계가 용이해지고, 성형품의 치수가 정밀해지는 등의 장점이 있다.

Claims (5)

1. 초소성 재료의 금속관(P)이 장착되며, 내부에 제조하고자 하는 성형용 공간이 다수개 일렬로 배열되어 있는 금형(1)과; 내부에 열선이 설치되어 상기 금형을 가열하는 전기로(2)와; 상기 금형과 전기로를 상하로 압축 및 분리하는 프레스(3)와; 상기 금형의 온도를 일정하게 유지하도록 전기로의 온도를 제어하는 온도제어기(4)와; 상기 금형의 내부로 압축기체를 공급하는 압축공기 발생장치(5)와; 상기 압축공기 발생장치에서 공급되는 기체의 압력을 조절하는 압력제어기(6)로 구성함을 특징으로 하는 금속관 성형장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 금형(1)은 중앙에 설치되며, 다수 개의 금속관(P)이 설치되도록 성형공간이 형성되어 있는 대형의 내부금형(11)과; 상기 내부금형 주위에 환상으로 내부금형의 성형공간과 결합 및 분리가 가능하게 설치되는 다수 개의 소형의 외부금형(13)으로 구성되며, 상기 전기로(2)는 상기 내부금형의 중앙에 설치되는 내부전기로(12)와; 상기 외부금형의 외측을 둘러싸고 설치되는 외부전기로(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 금속관 성형장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 금형(1)은 중앙에 설치되며, 다수 개의 금속관(P)이 설치되어 있는 내부금형(12)과; 상기 내부금형 상하측에 내부금형의 성형공간과 대칭되는 성형공간을 갖고 결합 및 분리가 가능하게 설치되는 외부금형(23,25)으로 구성되며, 상기 전기로(2)는 중앙에 설치되는 내부전기로(22)와; 상기 외부금형의 외부에 설치되는 외부전기로(24,26)로 구성된 것을 특징으로 하는 금속관 성형장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금형(1)에 설치되는 금속관(P)의 일단부에는 금속관의 일단부를 폐쇄하는 막음부재(9)가 설치되고, 타단부에는 금속관을 팽창시키는 기체가 주입되는 기체주입관(10)이 설치된 것을 특징으로 하는 금속관 성형장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속관(P)의 양단부와 접촉되는 금형의 내측면에는 금속관의 미끄러짐을 방지하고, 기체주입관(10)과의 밀착을 증대시키는 돌기부(7)가 형성된 것을 특징으로 하는 금속관 성형장치.