KR100291722B1 - 크랭크샤프트 제작을 위한 단조 금형의 이탈용 유압장치 - Google Patents

크랭크샤프트 제작을 위한 단조 금형의 이탈용 유압장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 크랭크샤프트 제작을 위한 단조금형의 이탈용 유압장치에 관한 것으로, 그 목적은 대형 크랭크샤프트 제작을 위해서 단조금형의 이탈용 유압장치를 설계하여 크랭크샤프트 단조장치에 설치함으로서 크랭크스로우 단조작업에 있어서 단조 작업자가 손쉽게 단조작업이 끝난 후에 형단조용 금형과 단조용 소재를 분리시킬 수 있기 때문에 고온의 단조용 소재로 인한 안전사고 등을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 베이스 플레이트 상부면에 밴딩 프로텍터 베이스와 새들 및 앵글 플레이트가 순차적으로 고정·부착되고, 상기 밴딩 프로텍터 베이스에 밴딩 프로텍터가 설치되며, 상기 새들의 상부면에 하부면이 접촉되도록 좌우에 사이드 프레스 다이가 설치되고, 상기 좌우에 위치하는 사이드 프레스 다이와 일측면이 접촉되도록 사이드 프레스 다이 상부에 탑 프레스 다이가 설치됨과 동시에, 상기 탑 프레스 다이의 중앙부를 관통하여 형성된 홀에 디바이더가 설치되는 대형 크랭크샤프트를 제작하는 형단조 금형장치에 있어서; 상기 사이드 프레스 다이의 후면부에 각각의 홈을 형성하고, 형성된 홈에 연결되도록 새들에 유압장치인 푸시 풀 디바이스를 각각 설치하며, 상기 탑 프레스 다이의 양측과 연결되도록 새들에 유압장치인 푸시 업 디바이스를 각각 설치하여, 단조작업 전·후에 푸시 풀 디바이스를 이용하여 새들을 따라 사이드 프레스 다이를 수평이동시키고, 푸시 업 디바이스를 이용하여 탑 프레스 다이를 상/하 이동시켜 소재와 사이드 프레스 다이, 소재와 디바이더를 분리시킬 수 있는 크랭크샤프트 제작을 위한 단조금형의 이탈용 유압장치를 제공하는 것이다.

Description

크랭크샤프트 제작을 위한 단조 금형의 이탈용 유압장치
본 발명은 크랭크샤프트 형단조할 수 있게 독자적으로 개발한 단조장치에 설치된 단조 금형의 이탈용 유압장치에 관한 것으로써, 이를 더욱 구체적으로 설명하면 핀, 저어널, 플랜지, 크랭크스로우로 구성된 대형 엔진용 크랭크샤프트를 제작할 시에는 고온상태(약 1250℃)에서 단조작업이 수행이 되며, 소재의 단조시 큰 하중이 필요하게 된다. 이와 같은 소재의 단조시 형단조용 금형과 고온의 단조용 소재에 발생되는 큰 압력에 의해 단조작업후 압착되어 있는 형단조용 금형과 단조용 소재를 쉽게 분리할 수 있는 단조금형의 이탈용 유압장치에 관한 것이다.
특히, 대형의 크랭크샤프트 단조품 제작에 있어 개개의 크랭크스로우의 단조 작업시 앞서 설명한 바와 같이 수직과 수평방향으로 이동된 형단조용 금형과 고온의 소재에는 큰 압력이 발생되어 이를 분리하기 위해서는 특별한 분리용 지그의 설치가 필요함으로써 그에 따른 작업자에게는 상당한 어려움이 있다.
그리고 고온의 상태인 소재(약 1250℃)와 형단조용 금형이 분리작업시 작업자에게 있어서 상당한 장애요인이 되어 안전사고 등이 우려되는 작업이다.
또한, 여러 개의 크랭크스로우를 단조하기 위하여 가열된 단조용 소재가 한 개의 크랭크스로우를 단조하고서 형단조 금형과 단조용 소재를 분리하는데 많은 시간이 소요되어 형단조용 금형이 수명이 짧게 되어 형단조용 금형의 교체시기가 짧아짐으로서 크랭크샤프트의 제작비용을 상승시키는 요인이 되며, 가열된 단조용 소재가 온도를 외부로 잃어버리기 때문에 단조 가능한 온도의 범위를 벗어남으로서 여러 개의 크랭크스로우를 단조하기 위해서는 계속적인 재가열을 할 수밖에 없다.
그리고 재가열된 단조용 소재를 크랭크샤프트 제작용 단조장치에 세팅시 많은 시간이 소요되어 작업능률이 저하된다는 문제점 뿐만아니라, 단조용 소재를 여러번 재가열할 경우 형단조된 크랭크스로우의 형상이 열변형으로 인하여 형상변화를 유발할 수 있는 큰 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로써 본 발명의 목적은 대형 크랭크샤프트 제작을 위해서 단조금형의 이탈용 유압장치를 설계하여 크랭크샤프트 단조장치에 설치함으로서 크랭크스로우 단조작업에 있어서 단조 작업자가 손쉽게 단조작업이 끝난 후에 형단조용 금형과 단조용 소재를 분리시킬 수 있기 때문에 고온의 단조용 소재로 인한 안전사고 등을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 형단조용 금형과 단조용 소재를 빠른 속도로 분리할 수 있기 때문에 고온에 의한 형단조용 금형의 수명 단축 방지 및 단조 작업자가 손쉽게 유압장치를 사용할 수 있기 때문에 크랭크스로우의 단조작업 능률을 향상시킬 수 있고, 그리고 한 번의 가열로서 여러개의 크랭크스로우를 단조함으로서 단조작업에 따르는 제조 코스트를 저감할 수 있는 단조금형 이탈용 유압장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 의한 단조금형을 이탈용 유압장치는 선박 엔진에 사용되는 대형의 크랭크샤프트를 단조하기 위해서 1차로 인곳을 가열로를 이용하여 가열하고, 2차로 가열된 인곳을 업셋팅하여, 3차로 자유 단조함으로서 크랭크샤프트를 제작할 수 있는 라운드바를 준비한다.
이렇게 준비된 라운드바를 이용하여 여러 개의 크랭크스로우를 단조할 수 있게 독자적으로 개발한 단조장치가 수평과 수직방향으로 작용하여 단조용 소재를 변형시킴으로서 크랭크스로우를 형성할 수 있게 구성되어 있다.
따라서, 한 개의 크랭크스로우 열간 단조작업 후 고온소재가 상온의 형단조 금형과 고압으로 부착되어 금형으로부터의 소재분리가 어렵다. 또한 소재에 의한 열전달 따른 금형의 수명단축 및 작업상의 위험성이 매우 높다.
따라서 단조형 금형의 이탈용 유압장치를 설계 및 제작하여 형단조용 금형과 고온의 소재가 직접적으로 접촉되는 사이드 프레스 다이(402)와 디바이더(401)에 연결하여 고온의 열전달에 의한 금형의 수명저하 방지 및 작업자의 위험성을 최대한 배제, 손쉬운 작업을 할 수 있게 구성된 것을 특징으로 한다.
특히 대형의 열간(1,200도 이상) 단조품에 대한 사이드 프레스 다이(402)를 유압에 의해서 고온 소재와 분리하는 방법 및 단조 후 고온의 소재에 기어 있는 디바이더(401)의 제거 방법은 상당한 독창성이 있는 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 크랭크샤프트 제작 공정 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 크랭크샤프트 제작용 금형장치의 개략도.
제3도는 본 발명에 따른 크랭크샤프트 제작용 금형장치의 부분 절단면도.
제4도는 제2도의 A-A′ 단면도.
제5도는 금형장치에 설치하기 위하여 설계된 유압장치를 정면도 및 측면도
제6도는 본 발명의 단조 유압장치를 도시한 분해사시도.
제7도는 본 발명의 단조 유압장치의 작동원리도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 인곳(Ingot) 20 : 인곳(Ingot) 가열 공정
30 : 환봉(Round bar) 단조 공정 40 : 환봉(Round bar) 기계가공 공정
50 : 환봉(Round bar) 가열 공정 60 : 크랭크스로우 형단조 공정
70 : 열처리 공정 80 : 황·정삭 공정
90 : 크랭크샤프트 제품 검사 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 PLATE) 409 : 베이스 플레이트(BASE PLATE)
410 : 푸시 업 디바이스(PUSH UP DEVICE)
이하 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 따르는 크랭크샤프트의 제작 공정 개략도를 도시한 것으로 인곳(10)을 가열로에서 1차 가열(20)하여 업셋팅하고 라운드바로 단조하는 공정(30)과 라운드바의 그루부를 형성하기 위해서 기계가공하는 공정(40)과 가공된 라운드바를 가열하는 공정(50), 크랭크스로우를 단조하는 형단조 공정(60)과 단조된 크랭크스로우를 단조형 금형의 이탈용 유압장치를 이용하여 분리하는 공정 및 열처리 공정(70) 및 황·정삭 공정(80), 크랭크샤프트 제품 검사(90)로 구성되어 있다.
제2도는 대형 크랭크샤프트 제작을 위해서 특별히 고안된 금형장치의 개략도를 나타낸 것이며, 제3도는 각각의 단조용 금형들이 환봉을 단조하여 크랭크스로우를 만드는 모습을 부분 절단하여 이해력을 돕기 위해서 나타낸 것이고, 제4도는 제2도의 A-A′단면도를 도시한 것이다.
따라서 이러한 대형의 크랭크스로우를 단조작업할 수 있는 단조장치에 사용되는 각각의 단조용 금형들에 대한 작용 및 구성은 다음과 같다.
대형의 크랭크샤프트를 제작하는 형단조 장치는 크랭크샤프트의 크랭크스로우 부분을 형성하고 크랭크스로우의 편심부를 채워주기 위한 가압 역할을 하는 디바이더(401)와, 라운드바의 홈을 좌우로 고정해 주고 디바이더(401)가 하부로 내려오면서 힘을 가할 때 밀려나는 부분을 좌/우에서 잡아주는 역할을 하는 사이드 프레스 다이(402)와, 단조작업 전·후에 사이드 프레스 다이(402)를 수평방향으로 밀고 당기는 유압장치인 푸시 풀 디바이스(403)와, 상기 푸시 풀 디바이스(403)에 의해 사이드 프레스 다이(402)의 수평이동시 레일 역할을 하는 새들(404)과, 프레스의 상부 엔빌에 고정되며 프레스로부터 받은 수직압력을 수평압력으로 변환하여 사이드 프레스 다이(402)로 전달하고 사이드 프레스 다이(402)의 변형과 손상을 방지하며 상부에 디바이더(401)가 수직으로 정확하게 들어갈 수 있도록 가이드 역할을 하는 탑 프레스 다이(405)와, 프레스의 상부 엔빌에 고정되고 크레인등의 별도 권상장치 없이도 매니퓨레이타(Manipulator) 만으로 단조작업을 마무리할 수 있으며 라운드바의 분리를 위해 상·하 두 개로 분리되고 미리 가공된 라운드바의 홈과 맞추어져 단조중 밴딩을 방지하며 크랭크샤프트의 수직 및 평행도를 유지하기 위해 양쪽 끝단 부위에 장착되어 길이 방향으로의 늘어남과 상·하 방향의 휨을 방지할 수 있는 밴딩 프로텍터(406)와, 상기 밴딩 프로텍터(406)를 고정시켜 주는 역할을 하는 밴딩 프로텍터 베이스(407)와, 각각의 크랭크스로우마다 뒤틀려 있는 각도를 맞추어 주는 앵글 플레이트(408), 그리고 프레스의 테이블과 고정되고 다이 전체를 받쳐주는 역할을 하는 베이스 플레이트(409)로 구성된다.
즉, 본 발명은 베이스 플레이트(409) 상부면에 새들(404)이 고정·부착되고, 상기 새들(404)의 양측에 유압장치인 푸시 풀 디바이스(403)가 각각 설치되며, 상기 새들(404)의 상부면에 하부면이 접촉되면서 푸시 풀 디바이스(403)에 의해 수평 이동되도록 사이드 프레스 다이(402)가 설치되고, 상기 푸시 풀 디바이스(403)와 직교되는 방향으로 작동되도록 새들(404)에 또 다른 유압장치인 푸시 업 디바이스(410)가 설치되며, 상기 사이드 프레스 다이(402)와 일측면이 접촉되면서 푸시 업 디바이스(410)에 의해 제7도에 도시된 바와 같이 수직 이동되도록 탑 프레스 다이(405)가 설치됨과 동시에, 상기 탑 프레스 다이(405)의 중앙부에 관통·형성된 홀에 디바이더(401)가 설치되어 있다. 또한, 상기 새들(404)을 중심으로 앵글 플레이트(408)가 설치된 반대 위치의 베이스 플레이트(409) 상부면에 밴딩 프로텍터 베이스(407)가 부착되어 있으며, 상기 밴딩 프로텍터 베이스(407) 사이에 밴딩 프로텍터(406)가 설치되어 있다.
상기 탑 프레스 다이(405)와 사이드 프레스 다이(402)의 접촉면은 경사면(테이퍼)을 구비하도록 되어 있어, 탑 프레스 다이(405)에 수직방향으로 힘이 가해질 경우, 사이드 프레스 다이(402)는 수평방향으로 이동된다. 즉, 프레스에 의해 탑 프레스 다이(405)에 수직방향으로 압력이 가해질 경우, 탑 프레스 다이(405)의 경사진 접촉면이 사이드 프레스 다이(402)의 경사진 접촉면에 접촉되면서 하부로 수직이동되므로, 사이드 프레스 다이(402)는 새들(404)을 따라 수평이동하게 된다.
즉, 본 발명은 베이스 플레이트(409) 상부면에 새들(404)과 밴딩 프로텍터 베이스(407)가 설치되어 있으며, 상기 밴딩 프로텍터 베이스(407)에 밴딩 프로텍터(406)가 설치되고, 새들(404)에 푸시 풀 디바이스(403)와 푸시 업 디바이스(410)가 설치되며, 상기 푸시 풀 디바이스(403)와 연결되도록 사이드 프레스 다이(402)가 설치된다. 또한, 푸시 업 디바이스(410)와 연결되도록 탑 프레스 다이(405)가 설치되고, 탑 프레스 다이(405)의 중앙홀에 디바이더(401)가 삽입되도록 되어 있다. 이때, 상기 사이드 프레스 다이(402)와 탑 프레스 다이(405)는 푸시 풀 디바이스(403)와 푸시 업 디바이스(410)에 의해 서로 직교되는 방향으로 이동되며, 상기 이동되는 탑 프레스 다이(405)에 의해 디바이더(401) 역시 이동된다. 이때, 상기 탑 프레스 다이(405)는 사이드 프레스 다이(402) 상부에 위치하도록 설치된다.
제5도는 금형장치에 설치하기 위하여 설계된 유압장치를 정면도 및 측면도를 나타낸 것이고, 제6도는 본 발명의 단조 유압장치를 도시한 분해 사시도를 나타낸 것이며, 제7도는 본 발명의 단조 유압장치의 작동원리를 나타낸 것이다.
이러한 유압장치는 탑 프레스 다이(405)를 제7도에 도시된 바와 같이 수직방향으로 밀어주기 위한 유압장치인 푸시 업 디바이스(410)와 사이드 프레스 다이(402)를 수평방향으로 밀고 당겨 라운드바의 조절을 자유롭게 할 수 있도록 하는 유압장치인 푸시 풀 디바이스(403)를 동시에 온(ON)-오프(OFF) 방식으로 작동하게 설계됨으로써 단조 작업자가 손쉽게 대형의 크랭크스로우 단조작업을 연속적으로 수행할 수 있게 하였다.
또한 본 발명에서 푸시 풀 디바이스를 사이드프레스다이의 후면부의 홈(411)을 파서 고정시키는 구조와 푸시 풀 디바이스(403)를 가열된 환봉(412)에서 발생되는 열로부터 단열시키는 수단(413)과 푸시 풀 디바이스(403)가 압력이 걸릴때를 제외하고는 항상 중립상태에서 자유롭게 좌우로 움직임이 가능하도록 유압라인을 구성하는 수단을 부가하여 완성되어 있다.
이상과 같이 구성된 독자적으로 개발한 단조 장치에 설치된 단조 금형의 이탈용 유압장치의 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.
인곳을 가열하여 라운드바로 단조 작업한 단조용 소재를 크랭크스로우로 형단조 작업하게 되면 단조용 금형과 고온의 단조용 소재의 서로 압착되어 분리되지 못하게 된다.
따라서 각종의 지그를 이용하여 분리를 할 경우 분리시간이 오래 걸리고 그에 따라 열전도에 의한 단조용 금형의 수명이 단축되어 단조용 금형의 교체시기가 짧아지므로 인해서 자주 새로운 형단조용 금형을 제작하여 설치해야하기 때문에 제조비용의 상승이 초래된다.
그리고 고온(1250℃)의 단조용 소재를 형단조용 금형과 분리할 때마다 분리용 지그를 사용할 경우 단조 작업자는 고온에 노출을 피할 수 없기 때문에 상당한 장애요인이 되어 안전사고 등의 발생을 미연에 방지할 수 없다.
또한 단조용 가열된 단조용 금형과 가열된 단조용 소재를 분리시키는데 시간이 오래 걸리면 가열된 단조용 소재가 온도를 외부로 잃어버리기 때문에 단조 가능한 온도의 범위를 벗어남으로서 여러 개의 크랭크스로우를 단조하기 위해서는 계속적인 재가열 과정을 반복해야 하기 때문에 크랭크샤프트에 대한 단조품의 가격 경쟁력을 기대할 수 없게 된다.
그러나, 본 발명에서 제시한 단조금형의 이탈용 유압장치를 사용하게 되면, 한 개의 크랭크스로우를 형단조 작업 후 빠른 속도의 유압장치를 사용하여 형단조용 금형을 수직방향으로 이동시키고 수평방향의 금형도 유압장치를 사용하여 수평방향으로 이동시켜, 단조된 소재와 분리할 수 있기 때문에 고온에 의한 형단조용 금형의 수명 단축을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 크랭크스로우의 단조작업 능률을 향상시킬 수 있다.
또한, 단조 작업자가 고온에 의한 노출을 줄일 수 있게 유압라인을 설치함으로써 손쉽게 유압장치를 사용할 수 있기 때문에 단조작업에 있어서 안전사고등을 미연에 방지할 수 있다.
그리고 단조용 금형과 가열된 단조용 소재를 분리시키는데 시간이 짧게 걸리기 때문에 한 번의 가열로써 여러 개의 크랭크스로우를 단조함으로써 단조작업에 따르는 제조 코스트를 저감할 수 있기 때문에 크랭크샤프트에 대한 단조품의 가격 경쟁력을 높일 수 있고 프레스의 가동 효율을 향상시킬 수 있는 등의 많은 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 베이스 플레이트 상부면에 밴딩 프로텍터 베이스와 새들 및 앵글 플레이트가 순차적으로 고정·부착되고, 상기 밴딩 프로텍터 베이스에 밴딩 프로텍터가 설치되며, 상기 새들의 상부면에 하부면이 접촉되도록 좌우에 사이드 프레스 다이가 설치되고, 상기 좌우에 위치하는 사이드 프레스 다이와 일측면이 접촉되도록 사이드 프레스 다이 상부에 탑 프레스 다이가 설치됨과 동시에, 상기 탑 프레스 다이의 중앙부를 관통하여 형성된 홀에 디바이더가 설치되는 대형 크랭크샤프트를 제작하는 형단조 금형장치에 있어서; 상기 사이드 프레스 다이의 후면부에 각각의 홈을 형성하고, 형성된 홈에 연결되도록 새들에 유압장치인 푸시 풀 디바이스를 각각 설치하며, 상기 탑 프레스 다이의 양측과 연결되도록 새들에 유압장치인 푸시 업 디바이스를 각각 설치하여, 단조작업 전·후에 푸시 풀 디바이스를 이용하여 새들을 따라 사이드 프레스 다이를 수평이동시키고, 푸시 업 디바이스를 이용하여 탑 프레스 다이를 상/하 이동시켜 소재와 사이드 프레스 다이, 소재와 디바이더를 분리시키는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 제작을 위한 단조금형의 이탈용 유압장치.
KR1019970065088A 1997-12-01 1997-12-01 크랭크샤프트 제작을 위한 단조 금형의 이탈용 유압장치 KR100291722B1 (ko)

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