KR100197022B1 - 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조공법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조공법 및 장치에 관한 것으로 단조된 라운드바를 냉각 공법없이 그루브 단조하고 한 번의 가열로 최대 9개의 크랭크 스로우를 중간 재가열 없이 한 번에 형단조하여 티알 단조법의 장점인 연속단류선 형성의 장점을 그래도 유지하며서 중도 냉각 공법 및 그루브 가공 공법을 단조 공법에 포함시켜 실시하여 공법 기간을 단축하고 다이의 호환성을 높여 다이제작비를 절감하는 것으로 1차 가열된 이곳을 라운드바로 단조하는 라운드바 단조 공법과 가열된 라운드바에 그루브를 형성하는 그루브 단조 공법과 크랭크 스로우를 단조하는 형단조공법과 후처리 및 열처리 공법과 소재 검사 및 황·정삭공법을 포함하여 구성되어 있으며 상기 그루브 단조 공법은 두 개의 인서트가 삽입 장착된 라운드바 단조용 다이에 2차 가열된 라운드바를 삽입하여 2개의 그루브를 동시 단조한 다음 단조된 그루브 1개를 기준으로 계속해서 그루브를 1개씩 단조 작업하여, 크랭크샤프트 스로우부분을 형성하고 편심부를 채워 주기 위한 가압역할을 하는 디바이더와 그루브 단조된 라운드바의 홈을 좌우로 고정해 주고 디바이더가 하부로 내려오면서 힘을 가할 때 밀려나는 부분을 잡아 주는 역할을 하는 사이드 프레스 다이와 사이드 프레스 다이를 단조 전후 밀고 당겨 라운드 바의 조절을 자유롭게 할 수 있도록 하는 유압 장치인 푸시 풀 디바이스와 사이드 프레스 다이를 전후로 구동할 수 있도록 가이드 레일 역할을 하는 새들과 프레스의 상부 엔빌에 고정되며 프레스로부터 받은 수직 압력을 수평 압력으로 변환하여 사이드 프레스 다이로 전달하고 사이드 프레스 다이의 변형과 손상을 방지하여 상부에 디바이더가 수직으로 정확하게 들어갈 수 있도록 가이드 역할을 하는 탑 프레스 다이와 프레스의 상부 엔빌에 고정되고 크레인 등의 별도 권장장치 없이도 매니퓨레이타만으로 단조작업을 마무리 할 수 있으며 라운드바의 분리를 위해 상하 두 개로 분리되고 미리 단조된 홈과 맞추어져 단조중 밴딩을 방지하여 크랭크샤프트의 수직 및 평행도를 유지하기 위해 양쪽 끝단 부위에 장착되어 길이 방향으로의 늘어남과 상하 방향의 휨을 방지할 수 있는 밴딩 프로텍터와 벤딩 프로텍터를 고정시켜 주는 역할을 하는 밴딩 프로텍터 베이스와 상기 밴딩 프로텍터와 벤딩 프로텍터 베이스에 작용하는 모멘트를 방지하는 고정핀과 각각의 스로우마다 뒤틀려 있는 각도를 맞추어 주는 앵글 플레이트와 프레스의 테이블과 고정되고 다이 전체를 받쳐 주는 역할을 하는 베이스 플레이트로 구성된 형단조용 다이에 그루브 단조된 라운드바를 삽입하여 한번의 가열로 최대 9개의 크랭크 스로우를 중간 재가열없이 한 번에 형단조하며 각 스로우별 각도의 조정은 먼저 단조된 기준면을 앵글 플레이트에 밀착시켜 상대적으로 각도를 맞추어 디바이더에 의해 사이드 프레스의 빈공간을 충만 시키면서 모양을 형성하고 가공 여유를 줄이며 연속단류선이 형성되도록 단조하는 것으로 크랭크샤프트를 단조할 경우 다이제작비가 저렴하고 중간 냉가공법과 그루브 가공공법이 단조로 대체되어 작업시간이 대폭 줄어들고 공기도 10여일 단축가축하여 시설투자비와 제조원가의 획기적인 절감 등을 가져오는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조공법 및 장치.

Description

크랭크 샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조공법 및 장치

제1도는 본 발명에 따른 크랭크샤프트의 제작 공법 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 라운드바 단조공정 및 단조용 다이(DIE).

제3도는 본 발명에 따른 그루브(GROOVE) 단조고정 및 단조용 다이.

제4도는 제3도의 결합된 단면을 보인 사시도.

제5도는 본 발명에 따른 형단조공정 및 단조용 다이.

제6도는 제5도의 A-A' 단면도.

제7도는 형단조용 다이의 부분 절단면도.

제8도는 종래 크랭크샤프트의 제작 공법 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 인곡(INGOT) 20 : 라운드바 단조공정

21 : 라운드바(ROUND BAR) 22 : 라운드바 단조용 다이

23 : 인서트(INSERT) 30 : 그루브 단조공정

31 : 그루브 단조용 다이 40 : 형단조공정

50 : 후처리공정 60 : 열처리공정

70 : 소재검사 80 : 황·정삭 공정

90 : 크랭크샤프트 211 : 홈

221 : 제1홈 222 : 제2홈

400 : 형단조용 다이 401 : 디바이더(DIVIDER)

402 : 사이드 프레스 다이(SIDE PRESS DIE)

403 : 푸시 풀 디바이스(PUSH PULL DEVICE)

404 : 새들(SADDLE) 405 : 탑 프레스 다이(TOP PRESS DIE)

406 : 밴딩 프로텍터(BENDING PROTECTOR)

407 : 밴딩 프로텍터 베이스(BENDING PROTECTOR BASE)

408 : 앵글 플레이트(ANGLE PALATE)

409 : 베이스 플레이트(BASE PLATE)

410 : 가이드홈 411 : 가이드부

본 발명은 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조공법 및 장치에 관한 것으로 이를 더욱 구체적으로 설명하면 단조된 라운드바를 냉각 공법 없이 그루브 단조하고 한 번의 가열로 최대 9개의 크랭크 스로우를 중간 재가열 없이 한 번에 형단조하는 것에 관한 것이다.

종래의 중형 엔진용 크랭크샤프트 제조는 크게 자유 단조와 형단조법으로 실시되어 왔는데 그중 생산성과 재료의 회수성이 높고 가공 여유가 적으며 제품의 내구성이 뛰어난 연속 단류선 형단조법인 티알(T/R)단조법이 주류를 이루어 왔다. 제8도는 종래 크랭크샤프트의 제작 공법 개략도를 도시한 것으로 인곳을 1차 가열하여 라운드바 단조 작업을 한 다음 라운드바에 그루브 가공을 하며 그루브 가공된 라운드바를 부분적으로 2차 가열하여 티알 디바이스 장치를 이용하여 첫 번째 크랭크 스로우를 단조하며 단조된 첫 번째 크랭크 스로우를 다이 인서트에 맞추면 두 번째 크랭크 스로우 단조가 가능하도록 각도가 형성되어 크랭크 스로우를 제작하도록 되어 있다. 그러나 이러한 티알 단조법은 다이의 호환성이 떨어지며 다이의 제작비가 고각이고 공법중 라운드바 단조후 반드시 냉각시켜 선반 가공 공법을 거쳐 크랭크 스로우 개개별로 가열 및 단조가 이루어져야 하는 관계로 공법 기간이 길며 높은 제작비가 소요되는 등 여러 가지 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 단점을 해소하여 티알 단조법의 장점인 연속단류선 형성의 단점을 그대로 유지하면서 중도 냉각공정 및 그루브 가공공정을 단조공법에 포함시켜 실시하여 공겁 기간을 단축하고 다이의 호환성을 높여 다시 제작비를 절감하는 것을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하고자 본 발명은 1차 가열된 인곳을 라운드바로 단조 하는 라운드바 단조공정과, 상기 가열된 라운드바에 그루브를 형성하는 그루브 단조공정과, 상기 기루브 단조된 라운드바에 스로우를 단조하는 형단조공정과, 후처리 및 열처리공정과 소재검사 및 황, 정삭공정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 크랭크샤프트의 제작공법 개략도를 도시한 것으로, 본 발명은 인곳(10)을 가열로에서 1차 가열하여 라운드바(21)로 단조하는 라운드바 단조공정(20)과, 상기 라운드바(21)를 2차 가열하여 그루브 단조작업하는 라운드바 그루브 단조공정(30)과, 상기 그루브 단조작업된 라운드바(21)를 3차 가열한 후 크랭크 스로우를 단조하는 형단조 공정(40)과, 상기 크랭크 스로우를 후처리한 후 열처리 하는 후처리 공정(50)및 열처리 공정(60)과, 상기 열처리가 끝난 크랭크 스로우를 검사하는 소재검사공정(70)과, 상기 소재검사가 끝난 크랭크 스로우를 황삭가공 및 정삭가공하는 황·정삭공정(80)으로 구성되어 있다.

제2도는 본 발명에 따른 라운드바 단조공정 및 단조용 다이를 도시한 것으로, 내부에 인서트(23)를 삽입·장착하여 그루브 단조용 다이(31)로 사용할 수 있는 라운드바 다이(22)를 이용하여 1차 가열된 인곳(10)을 원하는 직경의 라운드바(21)로 단조한다.

제3도는 본 발명에 따른 그루브 단조공정 및 단조용 다이를 도시한 것으로 라운드바 상·하 다이(22)의 내부에 형성된 제1,2홈(221,222)에 인서트(23)가 제4도와 같이 각각 삽입·장착된 그루브 단조용 다이(31)에 2차 가열된 라운드바(21)를 삽입하여 2개의 그루브를 동시 단조하여, 상기 제1홈(221)에 삽입된 인서트(23)에 의해 단조된 그루브를 기준으로 2차 가열된 라운드바(21)에 한 개씩 그루브를 단조 작업한다. 즉, 상기 제1홈(221)에 의해 단조된 그루브를 인서트(23)가 삽입된 제2홈(222)내에 삽입한 다음, 그루브 단조용 다이(31)의 제1홈(221)에 삽입된 인서트(23)을 이용하여 또다른 그루브를 단조한다.

제5도는 본 발명에 따른 형단조공정 및 단조용 다이를 도시한 것으로, 스로우 부분을 형성하는 디바이더(401)와, 상기 디바이더를 가이드하는 탑 플레스 다이(405)와, 상기 탑 프레스 다이에 의해 프레스의 압력을 전달받는 사이드 프레스 다이(402)와, 상기 사이드 프레스 다이(402)를 이동시키는 푸시 폴 디바이스(403)와, 상기 푸시 풀 디바이스(403)에 의해 이동되는 사이드 프레스 다이(402)를 가이드하는 새들(404)과, 상기 새들(404)이 설치되는 베이스 플레이트(409)와, 상기 베이스 플레이트(409) 상부 일측에 설치되는 앵글 플레이트(408)와, 상기 베이스 플레이트(409) 상부 타측에 설치되는 벤딩 프로텍터 베이스(407)과, 상기 벤딩 프로텍터 베이스(407)에 의해 고정되는 벤딩 프로텍터(406)로 구성되어 있다. 또한, 상기 밴딩 프로텍터(406)와, 벤딩 프로텍터 베이스(407)에 작용하는 모멘트를 방지하기 위하여 고정핀(도시없음)이 설치되어 있다.

상기 디바이더(401)는 크랭크 샤프트 스로우 부분을 형성하고 편심부를 채워 주기 위한 가압역할을 하는 것으로, 유압장치(도시없음)에 의해 탑 프레스 다이(405)의 중앙부에 형성된 가이드홈(410)을 따라 상/하 작동된다.

상기 사이드 프레스 다이(402)는 새들 상부에 위치하도록 설치되는 것으로, 그루브 단조된 라운드바(21)의 홈(211)을 좌우에서 고정하고 디바이더(401)의 작동에 의해 밀려나는 부분을 잡아 주는 역할을 한다.

상기 푸시 풀 디바이스(403)는 라운드바(21)의 조절을 자유롭게 할 수 있도록 사이드 프레스 다이(402)를 전/후 이동시킨다.

상기 새들(404)은 벤딩 프로텍터 베이스와 앵측 플레이트 사이에 위치하도록 베이스 플레이트 상부에 설치되는 것으로, 푸시 폴 디바이스(403)에 의해 사이드 프레스 다이(402)가 이동될 시, 상기 사이드 프레스 다이(402)를 가이드 하는 가이드부(411)가 상부에 형성되어 있다.

상기 탑 프레스 다이(405)는 크레인 등의 별도 권상장치 없이도 매니퓨레이타(MANEPULATOR)만으로 단조 작업을 마무리할 수 있도록 프레스의 상부 엔빌에 고정되는 것으로, 프레스로부터 받은 수직 압력을 사이드 프레스 다이(402)에 수평 압력으로 변환하여 전달하고, 사이드 프레스 다이(402)의 변형과 손상을 방지하는 것으로, 상부에 디바이더(401)가 수직으로 정확하게 들어갈 수 있도록 가이드하는 가이드홈(410)이 형성되어 있다.

상기 벤딩 프로텍터(406)는 미리 단조된 라운드바(21)의 홈(211)에 삽입되어 라운드바(21)를 상/하로 고정하는 것으로, 라운드바(21)의 삽입·분리가 가능하도록 상/하 분리되어 있으며, 단조중 라운드바(21)의 벤딩을 방지 및 크랭크샤프트(90)의 길이방향 늘어남을 방지한다.

상기 밴딩 프로텍터 베이스(407)는 벤딩 프로텍터(406)를 고정시켜 주는 역할을 하는 것으로, 베이스 플레이트(409) 상부 일측에 설치된다.

상기 앵글 플레이트(408)는 베이스 플레이트(409)의 상부 일측 즉, 새들(404)를 중심으로 벤딩 프로텍터 베이스(407)이 설치되지 않은 일측에 설치되어 각각의 스로우마다 뒤틀려 있는 각도를 맞추어 준다.

상기와 같이 구성된 형단조용 다이(400)에 제6도 및 제7도와 같이 그루브 단조된 라운드바(21)를 삽입하여 한번의 가열로 최대 9개의 크랭크 스로우를 중간 재가열없이 한 번에 형단조한다. 또한 각 스로우별 각도조정은 먼저 단조된 기준면을 앵글 플레이트(408)에 밀착시킨 다음 상대적으로 각도를 맞추어 단조하고, 스로우의 핀(PIN)부위는 끝단 부위가 둥글게 만들어진 디바이더(401)에 의해 사이드 프레스 다이(402)의 빈공간을 충만 시키면서 모양을 형성함과 동시에, 가동 여유를 줄이며 연속단류선이 형성되도록 단조한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 효과를 살펴보면 다음과 같다.

인곳(10)을 가열하여 라운드바(21)로 단조 작업하고 라운드바(21)를 2차 가열한 다음 라운드바(21)에 두 개의 그루브를 동시 단조하여 단조된 2개의 그루브중 1개의 그루브를 그루브 단조용 다이(31)내에 있는 두 개의 인서트(23) 중 하나에 넣어 기준으로 삼아 그루브 단조작업을 하여 라운드바(21)에 계속적으로 1개씩 그루브를 형성하고 그루브가 형성된 라운드바(21)를 3차 가열한 다음 형단조용 다이(400)를 이용하여 연속단류선이 형성되도록 크랭크 스로우를 단조하고, 이를 후처리공정(50), 열처리공정(60), 소재 검사공정(70)및 황·정삭(80)고정을 경유하여 조립한다.

이와 같이 본 발명은 라운드바 다이의 내부에 인서트를 삽입·장착하여 그루브 다이로 사용하므로, 티알 다이와 같이 프레스에 장착되는 고가의 디바이스 제작비와 크랭크샤프트 각 타입별 인서트 다이 제작비를 절약할 수 있으며, 그루브 가공을 위한 열처리, 냉각, 이송, 가공 대기, 가공 등의 공법이 생략되어 제작 공법이 단축되고 중간 냉각 과정의 생략으로 가열비와 열처리비가 절감되었으며, 그루브 가공을 단조로 마무리하여 그루브 가공비가 전액 감소되고 스로우 한개 한개를 개별로 유도 가열(INDUCTION HEATING)하는 티알방법과는 달리 일반적인 단조 가열로를 사용할 수 있어 유도 가열기의 시설투자비를 절감할 수 있으며 크레인의 도움 없이 메니퓨레이타와 유압 실린더의 사용으로 단조가 완료될 수 있으므로 인건비가 대폭 절감되고 생산량이 늘어나며 원가를 절감할 수 있고 다이의 호환성이 증대되어 신속하게 신규 타입을 적용할 수 있으며 일반적인 자유 단조 프레스에 장착시켜 사용할 수 있어 형단조와 일반 단조를 번갈아 실시해야 할때 다이 교환 시간이 6시간 정도가 소요되는 티알방법과는 달리 30분내에 장착과 분해가 가능하여 프레스의 가동 효율을 향상시킬 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (6)

1차 가열된 인곳(10)을 라운드바(21)로 단조하는 라운드바 단조공정(20)과, 상기 라운드바(21)를 2차 가열한 후 그루브를 형성하는 라운드바 그루브 단조공정(30)과, 상기 그루브 단조작업된 라운드바(21)를 3차 가열한 후 크랭크 스로우를 단조하는 형단조공정(40)과, 상기 단조된 크랭크 스로우를 후처리 및 열처리하는 후처리 공정(50) 및 열처리 공정(60)과, 상기 후처리 및 열처리가 끝난 크랭크 스로우의 소재를 검사하는 소재 검사공정(70)과, 상기 소재 검사가 끝난 크랭크 스로우를 황삭가공/정삭가공하는 황·정삭공정(80)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조공법.

제1항에 있어서; 상기 그루브 단조공정(30)은 라운드바 단조용 다이(22)내에 형성된 제1, 2홈(221, 222)에 인서트(23)가 각각 삽입 장착된 그루브 단조용 다이(31)에 2차 가열된 라운드바를 삽입하여 2개의 그루브를 동시 단조하고, 상기 단조된 2개의 그루브 중, 제1홈(221)에 삽입된 인서트(23)에 의해 단조된 일측 그루브를 인서트(23)이 삽입된 제2홈(222)내로 삽입한 다음, 그루브 단조용 다이(31)의 제1홈(221)에 삽입된 인서트(23)을 이용하여 라운드바에 또다른 그루브를 단조작업하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조공법.

제1항에 있어서; 상기 형단조공정(40)은 그루브 단조된 라운드바(21)를 형단조용 다이(400)에 삽입하여 한번의 가열로 최대 9개의 크랭크 스로우를 중간 재가열없이 한 번에 형단조하고, 각 스로우별 각도의 조정은 먼저 단조된 기준면을 앵글 플레이트(408)에 밀착시켜 상대적으로 각도를 맞추어 단조되게 하며, 스로우의 핀 부위는 끝단 부위가 둥글게 만들어진 디바이더에 의해 사이드 프레스의 빈공간을 충만 시키면서 모양을 형성하고 가공 여유를 줄이며 연속단류선이 형성되도록 단조하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조공법.

가열된 인곳을 원하는 직경의 라운드바(21)로 단조하는 라운드바 단조용 다이(22)와, 상기 라운드바(21)에 그루브를 형성하는 그루브 단조용 다이(31)와, 상기 그루브 단조된 라운드바에 크랭크 스로우를 형단조하는 형단조용 다이(400)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조 장치.

제4항에 있어서; 상기 그루브 단조용 다이(31)는 상/하로 분리되어 인곳(10)을 라운드바로 단조하는 라운드바 단조용 다이(22)내부에 두 개의 인서트(23)를 삽입, 장착하여 사용하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조 장치.

제4항에 있어서; 프레스 테이블에 고정·설치되는 베이스 플레이트(409)와, 상기 베이스 플레이트(409) 상부 일측에 설치되어 단조된 크랭크 스로우의 각도를 맞추어주는 앵글 플레이트(408)와, 상기 베이스 플레이트(409) 상부 타측에 고정·설치되는 벤딩 프로텍터 베이스(407)와, 상기 벤딩 프로텍터에 상/하 분리되어 고정되고, 라운드바(21)의 홈에 삽입되어 라운드바(21)를 고정함과 동시에, 단조중 라운드바(21)의 벤딩을 방지하는 벤딩 프로텍터(406)와, 상기 벤딩 프로텍터 베이스(407)와 앵글 플레이트(408)사이에 위치하도록 베이스 플레이트(409) 상부에 설치되는 새들(404)과, 상기 새들(404) 상부에 위치하고 그루브 단조된 라운드바(21)의 홈을 좌/우에서 고정하는 사이드 프레스 다이(402)와, 상기 새들(404)의 가이드부(411)를 따라 사이드 프레스 다이(402)를 전/후 이동시키는 푸시 폴 디바이스(403)와, 상기 사이드 프레스 다이(402)와 접촉되도록 프레스 상부 엔빌에 설치되고, 프레스의 수직압력을 수평압력으로 변환하여 사이드 프레스 다이(402)에 전달하는 탑 프레스 다이(405)와, 상기 탑 프레스 다이(405)의 중앙부에 형성된 가이드홈(410)을 따라 유압장치에 의해 상/하 작동되어 크랭크 샤프트 스로우 부분을 형성하는 디바이더(401)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 중도 냉각 배제 연속단류선 형성 형단조 장치.