KR0157526B1 - 회전성형 분말 단조프레스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전성형 분말 단조프레스에 관한 것으로 요동축에 상부 금형을 클램프로 고정시켜 축 하우징으로 상부 프레임에 설치하고, 요동축의 상부에는 이중 편심링을 설치하여 트랜스미션부의 트랜스미션과 연결시키며, 하부금형은 플로팅 코어를 중심으로 인서트 링, 플로팅 금형, 상부 플레이트, 중간 플레이트, 가이드 플레이트로 구성되고, 플로팅 코어는 하단에 코어하우징에 방출기 서포터, 링 방출기로 구성시켜 하부 하우징에 안착시키고, 메인 프레임에는 실린더와 스톱퍼로 구성되며 상부 프레임과 메인 프레임 사이에 하부 하우징을 두고 기둥으로 축 연결하여 기둥의 하단부 볼스터안에 로드셀을 설치한 것을 특징으로 하는 회전성형 분말 단조 프레스.

Description

회전성형 분말 단조프레스

제1도는 단조프레스의 회전원리도.

제2도는 단조프레스 금형의 운동방법 유형도.

제3도는 본 발명의 전체구조를 나타낸 단면형상도.

제4도는 본 발명 상부프레임구조의 확대단면형상도.

제5도는 본 발명 상부프레임 요동축구조도.

제6도는 본 발명 상부프레임 요동운동의 개략적인 구조개념도.

제7도는 본 발명 요동축 이중 편심슬리브의 운동 유형도.

제8도는 본 발명 이중 실린더의 확대단면형상도.

제9도는 본 발명 장치에 설치되는 로드셀의 구조도.

제10도는 본 발명 하부금형의 조립구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 요동축 2 : 상부금형

2a : 클램프 3 : 축 하우징

4 : 상부 프레임 5 : 이중 편심링

6 : 트랜스미션부 7 : 하부금형

8 : 플로팅 코어 9 : 인서트 링

10 : 플로팅 금형 11 : 상부 플레이트

12 : 중간 플레이트 13 : 가이드 플레이트

14 : 코어 하우징 15 : 이젝트 지지판

16 : 링 이젝터 17 : 하부 하우징

18 : 메인 프레임 19 : 실린더

20 : 스톱퍼 21, 21′: 기둥

22 : 로드셀 23 : 구면부시

24 : 접시 스프링 25 : 베어링

26 : 너트 27 : 금형 하우징

28 : 유압모터 T : 트랜스미션부

본 발명은 회전성형 분말 단조프레스에 관한 것이다.

일반적으로 생산 가공 기술은 필요한 형상 및 제품을 능률, 경제적으로 생산하는데 그 목적이 있다.

또한 그 중에서도 단조공정은 제품의 신뢰성, 생산성 및 재료의 이용률 등이 매우 높아서 여러 종류의 부품 제작에 가공수단으로 널리 활용되고 있으며 단조 공정은 큰 하중을 필요로 하기 때문에 단조기계가 대형화되고 금형의 여러 가지 문제점 및 소음과 진동에 대한 대책등으로 인하여 주설비 비용이 매우 높으며 주로 대량 생산품에 한하여 적용되는 취약점을 가지고 있다.

종래의 단조프레스는 단조방법에서 큰 하중을 필요로 하는 이유는 소재를 전면 압축하기 때문이며 회전분말 단조공정은 압연공정과 단조공정을 조합한 것으로 볼 수 있으며 제1도에 도시된 바와 같이 원추형상을 가진 상부금형은 프레스의 축 중심에 대하여 일정한 각도(α)만큼 경사져 있어 축 중심으로 운동을 시키면 상부금형이 요동 운동을 하도록 되어 있으며 소재를 하부금형으로 상승 압축시키면 상부 금형과 소재가 순차적으로 접촉하면서 점진적으로 성형해가는 공정으로 이루어진다.

그러므로 종래의 단조프레스는 큰 하중을 사용하는 관계로 기계의 대형화와 소음, 진동에 따른 작업환경을 열악하게 하고 설비비용이 고가이어서 대량 생산품에 한정하여 적용할 수밖에 없는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선, 해결하기 위하여 회전분말 단조공정을 가공하중을 감소시키고, 햄머단조기 등과 충격력을 제거시켜 기계 및 금형구조를 축소시킬 수 있어 기계의 제작비용을 최소화하고 소음 및 진동등의 환경공해를 없애고 다품종 소량생산에 대응할 수 있게 창출한 것이다.

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명의 전체구조를 나타낸 단면형상도이고, 제4도는 본 발명 상부프레임 구조의 확대단면형상도이고, 제6도는 본 발명 상부 프레임 요동운동의 개략적인 구조개념도이고, 제10도는 본 발명 하부 금형의 조립구조도이다.

요동축(1)에 상부금형(2)을 클램프(2a)로 고정시켜 축 하우징(3)으로 상부 프레임(4)에 설치하고, 요동축 하우징(3)상단에 구면부시(23)를 설치하여 접시 스프링(24)과 베어링(25)으로 구성된 너트(26)를 조이면 요동축(1)의 구면은 요동축 하우징(3)의 구면에 밀착 고정되게 하며, 요동축(1)의 상부에는 이중 편심링(5)을 설치하여 트랜스미션부(T)의 트랜스미션(6)과 연결시키며, 이중편심링(5)을 회전시키면 요동축(1)은 요동축(1)의 구면중심(상부금형의 꼭지점)으로 이중 편심량만큼 구동되고 자전운동하게 한다.

하부금형(7)은 플로팅 코어(8)를 중심으로 인서트 링(9), 플로팅 금형(10), 상부플레이트(11), 중간 플레이트(12), 가이드 플레이트(13)로 구성되고, 볼스터의 구조는 하부금형(7)을 장착할 수 있는 하부금형 하우징(27)과 금형을 회전시키는 유압모터(28)가 설치되어 있으며 코어 하우징(14)에 가이드 플레이트(13)를 금형 하우징(27)에 고정시키고 플로팅 코어(8), 이젝트 지지판(15)에 링이젝터(16)를 코어 하우징(14)에 조립 구성시켜 하부 하우징(17)에 안착시키고, 메인 프레임(18)에는 실린더(19)와 스톱퍼(20)로 구성되며 상부프레임(4)과 메인 프레임(18)사이에 하부 하우징(17)을 두고 기둥(21)(21′)으로축 연결하여 기둥(21)(21′)의 하단부 볼스터안에 로드셀(22)을 설치한 구조이다.

도면중 미설명부호(29)은 방출기 핀, (30)는 서포트 링, (31)는 방출기 플레이트이다.

이와 같이 된 본 발명은 회전 성형중에 금형의 운동 부여 방법에 따라 회전성형 분말 단조기를 유형별로 분류하면 제2a도에 도시된 바와 같이 상하부 금형이 모두 그 자신의 축을 중심으로 자전운동(Ψ)만을 하면서 이송운동을 하는 유형, (b)에서와 같이 하부 금형은 고정되어 있고 상부 금형만이 자전, 궤도, 이송운동 모두를 수행하는 유형, (c)에서와 같이 궤도운동(Orbital Motion)으로 상부 금형이 궤도운동만을 하고 하부 금형은 Z축 방향으로 직선운동을 수행하는 유형으로 분류된다.

상기한 금형의 여러 가지 운동 방식에 따라 각기 다른 특성을 가지는 회전 성형분말 단조기를 제작할 수 있는 것이다.

회전 분말 단조장치의 설계를 위한 기준을 세계적으로 아직 정립되지 못한 상태이며 몇몇 선진국간의 기술적 노 하우(Know How)로 남아 있는 상태이며 성형구조 자체가 3차원으로 복잡성을 띠고 있기 때문에 실용적 성형 이론이 정립되지 못한 상태로 성형중 상부 금형의 기울기 및 경사각, 금형의 회전속도 상하 금형의 이송속도등 가공의 성패에 중대한 영향을 주는 가공 변수들의 특성 및 이 변수들간의 관계가 정립되지 못하기 때문에 각 공정 변수들은 반복적인 실험방법에 의존하고 있는 실정이다.

본 발명능 회전 분말 단조기의 최대 성형 하중을 50ton이고 최대 성형 압력은 175kg/㎠으로 설계 제작되었으며 단면 형상은 제3도에 도시된 바와 같다.

본 발명 장치의 상세한 기계적 사양은 아래 표1과 같다.

회전분말 단조공정은 상부 금형이 기계중심축에 대하여 기울어진 상태로 성형하기 때문에 기계 구조 자체 및 금형 가이드 부쉬등이 편심하중에 대하여 충분한 강성을 갖도록 설계되었다.

회전 분말 단조기의 구조는 분말 성형의 다양한 실험과 시제품 생산이 가능하고 단조 공정 제반 인자등을 파악하기 위하여 요동축 회전과 상부 각도 조절이 0-6까지 가능하고 하부 금형을 회전할 수 있는 가변형으로 분말단조가 가능하도록 설계, 제작되었다.

그리고 본 발명은 크게 상부 프레임, 볼스터(Bolster), 하부구조로 나눌 수 있으며 상부구조는 제4도는 도시된 바와 같이 요동축과 구면 정압 베어링과 이중 편심 슬리브구조로 형성되어 있으며 제5도에서는 요동축의 상세구조를 도시하였으며 단조시에 하부 금형의 수직으로 상승하면서 접촉시키는 운동으로 요동축의 헤드부분에 단조하중을 받으므로써 요동축에 3차원 응력과 변형량을 일으키게 된다.

따라서 회전 단조기 두부인 요동축은 냉간 단조시 성형하중이 크기 때문에 충분한 강성을 갖도록 하였으며, 강성이 충분하지 못할 경우는 기계의 수명단축과 소재의 정도 불량 등 단조공정에 불합리한 영향을 미치며 이러한 요동축에 대한 해석은 회전 단조기의 창출이 있어 중요한 실계변수로 작용할 수 있다.

요동축의 구면과 상부 요동축 하우징 사이에 일정한 틈새에 유막이 형성됨을 이용한 정수압 베어링을 사용하였으며 정수압 베어링은 외부에서 가압된 오일에 의해 윤활막을 형성함으로써 시동과 정지시에 마찰이 없고 저속에서도 높은 하중 지지력 및 강성을 얻을 수 있으며 저진동 및 좋은 댐핑 특성을 가지고 있어 외부 하중 교란에 매우 안정된 특성을 보인다.

정수압 베어링의 형상으로는 가장 일반적인 원통형 베어링을 비롯하여 원추형 구면 베어링에 있으며, 이중 구면 베어링의 경우 축방향 및 반경 방향 하중을 동시에 받을 수 있어 큰 어긋남이 있어도 회전이 가능한 장점이 있어 본 발명에서도 상부 금형에 구면 베어링을 채택하였다.

회전 분말 단조기의 주축을 지지하는 정수압 구면 베어링의 설계에 있어서 가장 중요하게 고려해야 할 설계 목표는 높은 하중 지지용량과 적은 유량이며, 이를 위해서는 포켓의 크기, 윤활틈새등의 베어링 형상변수와 포켓내의 압력을 결정하는 것이 중요하다.

본 발명에 요구되는 하중지지 용량을 최소 50ton이며 이를 위한 최소유량 최소 동력등을 결정하였으며 설계된 정수압 구면 베어링의 사양을 보면 용량은 7.5㎾, 포켓의 개수는 4개, 배어링 반경은 150㎜, 기준 윤활틈새는 0.03m, 압력은 210kgf/㎠, 유량은 10 I/min이다.

제6도에서는 상부 요동운동의 개념을 개략적으로 설명한 구조로서 (a)에 도시된 것처럼 바깥 슬리브는 안쪽 슬리브와 함께 기계축 중심점(0)을 기준으로 회전되고, 동시에 안쪽 슬리브는 A점을 중심으로 바깥 슬리브와 동일한 방향 또는 반대방향으로 정, 역회전하면서 다양한 운동을 할 수 있으며 안쪽 슬리브만 회전시키면 요동축은 0-6까지 왕복운동한다.

(b)는 바깥 슬리브와 안쪽 슬리브를 구동시키는 기어 변속장치의 개략적인 구조를 도시한 것으로 상부 금형의 다양한 운동을 위해 기어변속장치를 이용하였다.

회전 분말 단조중에 금형을 다양한 운동양식으로 운동시키는데 중요한 역할을 하는 이중 편심 슬리브의 구조를 보면 요동축은 요동축 하우징과 이중편심 슬리브에 장착되어 이중 편심슬리브에 의해 움직인다.

이들의 이중 편심 슬리브를 회전각 속도와 방향을 변화시키므로 제7도에 도시한 바와 같은 다양한 운동을 수행할 수 있는 것이다.

회전 성형 분말 단조기의 유압시스템은 소재를 상부로 이송하여 가압 성형하고 제품을 취출할 수 있도록 이중 실린더 구조로 구성되었으며 제8도에서 이중 실린더의 확대 단면형상을 도시하였으며 주 실린더는 양로드형으로 제작하여 하부 로드에서는 가변형 멈춤 장치가 부착되어 있다.

그리고 회전 분말 단조기용 제어기는 상부 금형의 다양한 운동을 시키는 전동기의 회전속도와 하부 금형의 상하운동 및 회전운동 등을 제어한다.

특히 본 발명에서는 회전 분말 단조공정에서 제반 인자들의 특성 및 소재변형 특성을 파악하기 위하여 제작하였기 때문에 주요인자들에 대한 측정을 하기 쉽도록 하였으며 측정장치로는 성형하중, 거리, 속도, 상하부 회전속도, 성형압력등을 측정한다.

여기서 성형하중 측정장치인 로드 셀은 제9도에 도시한 바와 같고 최대 가압 하중은 20,000kg로 설계하여 하부 볼스터내인 4개의 기둥 주위에 착설 하였다.

제10도에는 금형 조립도를 도시한 것으로, 금형구조는 펀치, 볼스터, 플로팅 금형, 하우징 등으로 구성되어 있다.

회전분말 단조 공정은 편심하중이 작용하기 때문에 가이드 플레이트와 중간 플레이트 사이에 슬라이딩 틈새가 상당히 중요한 역할을 하며, 만약 이 틈새가 적절하지 못하면 성형중에 금형의 편심이 발생하여 소재에 크랙이 발생한다.

특히 플로팅 금형소재는 내마모성 및 내압축성이 좁은 초경합금(WC-5C)을 사용하였으며, 금형의 내경을 다이아몬드 분말재로 일정압력에 의해 분사시켜 소재면의 거칠기와 배출시 단조 소재의 변형을 방지하였다.

Claims (1)

1. 요동축(1)에 상부금형(2)을 클램프(2a)로 고정시켜 축 하우징(3)으로 상부 프레임(4)에 설치하고, 요동축 하우징(3) 상단에 구면부시(23)를 설치하여 접시 스프링(24)과 베어링(25)으로 구성된 너트(26)를 조이면 요동축(1)의 구면은 요동축 하우징(3)의 구면에 밀착 고정되게 하며, 요동축(1)의 상부에는 이중 편심링(5)을 설치하여 트랜스미션부(T)의 트랜스미션(6)과 연결시키며, 이중편심링(5)을 회전시키면 요동축(1)은 요동축(1)의 구면중심(상부금형의 꼭지점)으로 이중 편심량 만큼 구동되고 자전운동하게 한다. 하부금형(7)은 플로팅 코어(8)를 중심으로 인서트 링(9), 플로팅 금형(10), 상부 플레이트(11), 중간 플레이트(12), 가이드 플레이트(13)로 구성되고, 볼스터의 구조는 하부금형(7)을 장착할 수 있는 하부 금형 하우징(27)과 금형을 회전시키는 유압모터(28)가 설치되어 있으며, 코어하우징(14)에 가이드 플레이트(13)를 금형 하우징(27)에 고정시키고 플로팅코어(8), 이젝트 지지관(15)에 링이젝터(16)를 코어하우징(14)에 조립 구성시켜 하부 하우징(17)에 안착시키고, 메인 프레임(18)에는 실린더(19)와 스톱퍼(20)로 구성되며 상부 프레임(4)과 메인 프레임(18)사이에 하부 하우징(17)을 두고 기둥(21)(21′)으로 축 연결하여 기둥(21)(21′)의 하단부 볼스터안에 로드셀(22)을 설치한 것을 특징으로 하는 회전성형분말 단조프레스.