KR100418464B1 - 언벤딩 형상의 예비성형체를 이용하는 크랭크스로우 단조공법 및 단조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 언벤딩 형상의 예비성형체를 이용하는 크랭크스로우 단조 공법 및 단조장치에 관한 것으로, 그 목적은 대형 크랭크스로우의 굽힘시 발생되는 날개두께 감소로 인한 불량을 방지하고, 핀부분 형상을 원형에 근접하게 성형하여 잉여소재로 인한 소재의 손실을 방지하고, 가스절단작업과 가공작업을 줄여 작업능률을 향상시킴과 동시에, 작업 환경을 개선하여 작업자의 건강을 도모할 수 있는 크랭크스로우 단조 공법 및 단조장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 1차 가열된 인곳을 블룸형상으로 단조하는 블룸 단조단계; 상기 블룸을 2차 가열한 후 가열된 블룸의 중앙 하부에 핀부 성형 단조금형을 놓고 블룸의 중앙 상부를 평 엔빌로 단조작업하여 핀부를 형성하는 핀부 성형 단조단계; 상기 핀부가 성형된 블룸의 상부면에 일정간격을 유지하고 단면이 역삼각형인 측면 경사 성형 단조금형을 통해 블룸 중심부를 형성하는 크랭크스로우 측면 경사 성형 단조단계; 상기 크랭크스로우 측면 경사 성형 단조단계를 통해 형성된 블룸 중심부를 제외한 나머지 부분을 평엔빌로 단조하여 날개부를 형성하는 연신단조단계; 상기 핀부 성형 단조단계, 크랭크스로우 측면경사면 성형 단조단계, 연신단조단계를 통해 형성된 최종 크랭크스로우의 날개부가 펼친 형상인 언벤딩 형상의 예비성형체를 3차 가열한 후 상/하부 굽힘 단조금형에 의해 'ㄷ'자 형상으로 굽힘과 동시에 핀부를 원형으로 성형하는 굽힘단조단계; 상기 굽힘단조단계를 통해 형성된 핀부위를 핀 형상 유지용 단조금형 및 평 엔빌을 통해 마무리하는 마무리 단계를 통해 예비성형체의 날개부 두께감소를 방지하고 굽힘가공과 핀부 성형가공을 동시에 수행할 수 있는 언벤딩 형상의 예비성형체를 이용하는 크랭크스로우 단조 공법 및 단조장치를 제공함에 있다.

Description

언벤딩 형상의 예비성형체를 이용하는 크랭크스로우 단조 공법 및 단조장치{Forging method and dies of crank throw using the unbended preform}

본 발명은 언벤딩 형상의 예비성형체를 이용하는 크랭크스로우 단조 공법 및 단조장치에 관한 것으로, 선박 엔진용 대형 크랭크샤프트에 들어가는 크랭크스로우를 제조하기 위해 핀부 성형용 금형을 이용하여 언벤딩 형상의 예비성형체를 성형한 후 예비성형체를 굽힘단조용 금형을 이용하여 굽힘과 동시에 핀부를 원형으로 단조하는 언벤딩 형상의 예비성형체를 이용하는 크랭크스로우 단조 공법 및 단조장치에 관한 것이다.

종래의 대형 엔진용 크랭크스로우를 제작하기 위해서는 도 1 에 도시된 바와같이 인곳을 가열로에서 가열한 후 프레스를 이용하여 열간단조작업에 의해 블룸(Bloom) 형태로 제작하고, 상기 블룸을 단조작업을 통해 T 형상의 예비성형체로 단조한 다음, 상기 단조된 예비성형체를 굽힘용 상부금형과 굽힘용 하부금형을 이용하여 'ㄷ'자 형상을 이루도록 굽힘작업을 하고, 'ㄷ'자로 접은 제품을 가스절단 작업과 기계가공작업을 통해 크랭크스로우의 설계도면과 근접한 원형의 핀 모양을 가공하도록 되어 있었다.

그러나, 상기 T 자 형상의 예비성형체는 도 2 에 도시된 바와 같이 굽힘 작업시의 소재 유동양상을 고려하지 않고 단순히 최종제품의 핀부와 날개부의 체적만을 계산하여 예비성형체 형상을 결정한 것으로, 소재가 강제로 접히게 되어 예비성형체의 날개부 두께가 설계도면 치수보다 얇아져 불량이 발생하게 된다. 또한, 핀부의 잉여 소재로 인한 가스절단 작업과 기계가공 작업은 많은 작업시간이 소요되고 소재의 손실이 증가되며, 이로 인해 비용이 증가되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 언벤딩 형상의 예비성형체를 성형하여 대형 크랭크스로우의 굽힘시 발생되는 날개두께 감소로 인한 불량을 방지하고, 핀부분 형상을 원형에 근접하게 성형하여 잉여소재로 인한 소재의 손실을 방지하고, 가스절단작업과 가공작업을 줄여 작업능률을 향상시킴과 동시에, 작업 환경을 개선하여 작업자의 건강을 도모할 수 있는 언벤딩형상의 예비성형체를 이용하는 크랭크스로우 단조 공법 및 단조장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 1차 가열된 인곳을 블룸형상으로 단조하는 블룸 단조단계; 상기 블룸을 2차 가열한 후 가열된 블룸의 중앙 하부에 핀부 성형 단조금형을 놓고 블롬의 중앙 상부를 평 엔빌로 단조작업하여 핀부를 형성하는 핀부 성형 단조단계; 상기 핀부가 성형된 블룸의 상부면에 일정간격을 유지하고 단면이 역삼각형인 측면 경사 성형 단조금형을 통해 블룸 중심부를 형성하는 크랭크스로우 측면 경사 성형 단조단계; 상기 크랭크스로우 측면 경사 성형 단조단계를 통해 형성된 블룸 중심부를 제외한 나머지 부분을 평엔빌로 단조하여 날개부를 형성하는 연신단조단계; 상기 핀부 성형 단조단계, 크랭크스로우 측면경사면 성형 단조단계, 연신단조단계를 통해 형성된 최종 크랭크스로우의 날개부가 펼친 형상인 언벤딩 형상의 예비성형체를 3차 가열한 후 상/하부 굽힘 단조금형에 의해 'ㄷ'자 형상으로 굽힘과 동시에 핀부를 원형으로 성형하는 굽힘단조단계; 상기 굽힘단조단계를 통해 형성된 핀부위를 핀 형상 유지용 단조금형 및 평 엔빌을 통해 마무리하는 마무리 단계를 통해 예비성형체의 날개부 두께감소를 방지하고 굽힘가공과 핀부 성형가공을 동시에 수행할 수 있는 언벤딩 형상의 예비성형체를 이용하는 크랭크스로우 단조 공법 및 단조장치를 제공함에 있다.

도 1 은 종래의 크랭크 스로우 제작공정 개략도

도 2 는 종래에 사용되고 있는 T형 예비성형체

도 3 은 본 발명에 따른 크랭크스로우의 제작공정 개략도

도 4 는 본 발명에 따른 크랭크스로우 핀부 성형용 단조금형 예시도

도 5 는 본 발명에 따른 크랭크스로우 핀부 성형 단조단계 개략도

도 6 은 본 발명에 따른 크랭크스로우 측면 경사 성형용 단조금형 예시도

도 7 은 본 발명에 따른 크랭크스로우 측면 경사 성형 단조단계 개략도

도 8 은 본 발명에 따른 크랭크스로우 날개부 연신 단조단계 개략도

도 9 는 본 발명에 따른 크랭크스로우 상/하부 굽힘 단조금형 예시도

도 10은 본 발명에 따른 크랭크스로우 상/하부 굽힘 단조단계 개략도

도 11 은 본 발명에 따른 마무리 단조금형 및 마무리단계 개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 블룸(Bloom) (11) : 홈

(20) : 핀부 성형 단조금형 (21) : 핀부 성형 단조금형 상부

(22) : 핀부 성형 단조금형 하부 (23) : 핀부 성형 단조금형 상부 중앙

(30) : 평 엔빌 (40) : 측면 경사 성형 단조금형

(50) : 상부 굽힘 단조금형 (51) : 반원홈

(60) : 하부 굽힘 단조금형

(70) : 핀 형상 유지용 단조금형 (100): 블룸 단조단계

(200): 핀부 성형 단조단계 (300): 측면 경사 성형 단조단계

(400): 연신단조단계 (500): 굽힘단조단계

(600): 마무리단계

도 3 은 본 발명에 따른 크랭크스로우의 제작공정 개략도를 도시한 것으로,본 발명은 인곳을 블룸형상으로 단조하는 블룸 단조단계(100)와, 상기 블룸의 중앙부에 핀부를 형성하는 핀부 성형 단조단계(200)와, 상기 핀부위가 성형된 블룸의 상부면에 크랭크스로우 측면 경사를 성형하는 측면 경사 성형 단조단계(300)와, 상기 블룸의 중앙부를 제외한 나머지 부분을 단조작업하여 날개부를 스트레칭하는 연신단조단계(400)와, 상기 핀부 성형단조단계(200)와 측면 경사 성형 단조단계(300) 및 연신단조단계(400)를 통해 형성된 언벤딩 형상의 예비성형체를 가열 후 'ㄷ'자 형상으로 굽힘과 동시에 핀부를 원형으로 성형하는 굽힘단조단계(500) 및 핀부를 마무리 하는 마무리단계(600)로 구성되어 있다.

상기 블룸 단조단계(100)는 인곳을 가열로에서 1차 가열한 후 프레스를 이용하여 열간단조하여 블룸의 형태로 단조작업한다.

상기 핀부 성형 단조단계(200)는 도 5 에 도시된 바와 같이 블룸(10)을 2차 가열한 후 언벤딩 형상의 예비성형체의 핀 부분을 성형하는 단조공정으로, 상기 블룸(10)의 중심 하부에 핀부 성형 단조금형(20)을 두고 평엔빌(30)을 이용하여 단조한다.

상기 핀부 성형 단조금형(20)은 블룸(10)에 접촉되는 상부(21)가 바닥면에 접촉되는 하부(22)보다 협소한 공간을 구비하고 있으며, 상기 상부 중앙(23)이 도 4 에 도시된 바와 같이 원호의 곡선으로 형성되어 있다. 즉, 핀부 성형 단조금형(20)과 평엔빌(30)에 의해 2차 가열된 블룸 하부에는 하부면이 상부면보다 넓은 홈(11)이 형성되게 된다.

상기 크랭크스로우 측면 경사 성형 단조단계(300) 및 연신 단조단계(400)는핀부 성형단조금형에 의해 핀부위가 단조된 블룸(10)을 언벤딩 형상의 예비성형체로 만드는 단조공정으로 상기 핀부위가 성형된 블룸을 도 6 에 도시된 바와 같이 단면이 역삼각형이고 일측에 손잡이가 형성된 측면 경사 성형 단조금형(40)을 이용하여 도 7 에 도시된 바와 같이 하부에 홈(11)이 형성된 블룸의 상부면에 일정간격을 유지하고 크랭크스로우 측면 경사를 성형한다.

도 8 은 본 발명에 따른 크랭크스로우 날개부 연신 단조단계의 개략도를 도시한 것으로, 상기 측면 경사 성형 단조단계가 끝난 블룸(10)의 양측 상부면을 평엔빌(30)을 이용하여 길이방향으로 길게 단조한다.

도 9 는 본 발명에 따른 크랭크스로우 상/하부 굽힘 단조금형 예시도를, 도 10 은 본 발명에 따른 크랭크스로우 상/하부 굽힘 단조공정 개략도를 도시한 것으로, 크랭크스로우 측면 경사 성형단조단계(300) 및 연신 단조단계(400)가 끝난 블룸을 3차 가열한 후 이를 상부 굽힘 단조금형(50)과 하부 굽힘 단조금형(60) 사이에 놓고 상부 굽힘 단조금형(50)을 하부 굽힘 단조금형(60) 방향으로 이동시켜 블룸을 'ㄷ'자 형상으로 굽힘가공함과 동시에, 핀부를 원형으로 성형한다. 이때, 상기 핀부를 설계도면에 근접한 원형으로 성형하기 위하여 블룸의 핀부가 원형으로 충진될 때 까지 단조작업을 계속한다.

상기 상부 굽힘 단조금형(50)은 중앙부에 반원형상의 반원홈(51)이 형성되어 있고 일측에 손잡이가 설치되어 있으며, 하부 굽힘 단조금형(60)은 상부가 개방된 '∪'자 형상을 구비하고 있다. 즉, 상기 3차 가열된 블룸(10)은 상부 굽힘 단조금형(50)의 이동에 의해 굽힘가공과 핀부위 가공이 동시에 이루어진다.

도 11 은 본 발명에 따른 마무리 단조공정 개략도를 도시한 것으로, 상기와 같이 핀부가 원형에 가깝게 단조작업된 소재를 핀 형상 유지용 단조금형(70)을 끼우고, 평 엔빌로 마무리 단조공정을 수행하여 전체적인 형상을 완성한다.

상기와 같이 본 발명은 인곳을 가열한 후 프레스로 열간단조 작업을 하여 블룸 형상으로 단조하고, 상기 블룸의 중앙부에 핀부 성형용 단조금형과 평 엔빌을 이용하여 핀부위에 곡률을 성형시키고, 크랭크스로우 날개부 경사 성형용 단조금형과 평 엔빌을 이용하여 언벤딩 형상의 예비 성형체를 단조하며, 상기 예비성형체를 가열한 후 상부 굽힘단조 금형과 하부 굽힘 단조금형을 이용하여 굽힘과 동시에 핀부를 원형으로 성형하고, 핀 형상 유지용 단조금형과 평엔빌로 마무리하여 최적 크랭크스로우 단조품을 성형하도록 되어 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 종래의 소재 유동양상을 고려하지 않고 단순히 최종제품의 핀부와 날개부의 체적만을 고려하여 설계한 T 자 형상의 예비성형체를 최종크랭크스로우 단조품 형상에서 날개부를 자연스럽게 펼친 언벤딩 형상의 예비성형체로 바꿈으로서 크랭크스로우 날개부 두께감소를 방지하여 작업효율을 향상시켰다.

또한, 굽힘단조 작업시 상부 굽힘 단조금형의 형상을 크랭크스로우 단조품의 핀부 형상과 동일한 원형으로 하여 굽힘과 동시에 핀부를 단조작업함으로써 가스 절단작업 및 기계 가공작업량을 감소시켰으며, 이로 인한 시간과 소재의 손실로 인한 비용의 증가를 방지하고, 가스절단 작업의 생략에 따른 유해 가스의 발생을 제거에 의해 작업자가 쾌적한 작업 환경에서 작업을 할 수 있도록 하여 작업자의 건강에 해를 끼치지 않으며 작업 능률을 향상시키는 등 여러 가지 효과가 있다.

Claims (2)

1차 가열된 인곳을 블룸형상으로 단조하는 블룸 단조단계;

상기 블룸을 2차 가열한 후 가열된 블룸의 중앙 하부에 핀부 성형 단조금형을 놓고 블롬의 중앙 상부를 평 엔빌로 단조작업하여 핀부를 형성하는 핀부 성형 단조단계;

상기 핀부가 성형된 블룸의 상부면에 일정간격을 유지하고 단면이 역삼각형인 측면 경사 성형 단조금형을 통해 블룸 중심부를 형성하는 크랭크스로우 측면 경사 성형 단조단계;

상기 크랭크스로우 측면 경사 성형 단조단계를 통해 형성된 블룸 중심부를 제외한 나머지 부분을 평엔빌로 단조하여 날개부를 형성하는 연신단조단계;

상기 핀부 성형 단조단계, 크랭크스로우 측면경사면 성형 단조단계, 연신단조단계를 통해 형성된 최종 크랭크스로우의 날개부가 펼친 형상인 언벤딩 형상의 예비성형체를 3차 가열한 후 상/하부 굽힘 단조금형에 의해 'ㄷ'자 형상으로 굽힘과 동시에 핀부를 원형으로 성형하는 굽힘단조단계;

상기 굽힘단조단계를 통해 형성된 핀부위를 핀 형상 유지용 단조금형 및 평 엔빌을 통해 마무리하는 마무리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 언벤딩 형상의 예비성형체를 이용하는 크랭크스로우 단조 공법.

인곳을 열간 단조작업하여 블룸의 형상으로 단조하는 프레스와,

상기 단조된 블룸 중앙 하부에 접촉되고, 바닥면에 접촉되는 하부면보다 블룸 중앙 하부에 접촉되는 상부가 협소한 공간을 구비하고, 상기 상부의 중앙부가 원호의 곡선을 구비하도록 형성된 핀부 성형 단조용 금형과,

상기 블룸의 상부에 접촉되어 크랭크스로우 측면경사를 성형하고 역삼각형 단면을 구비하는 측면 경사면 성형용 단조금형과,

상기 블룸을 단조하는 평 엔빌과,

상기 핀부 성형 단조용 금형에 의해 형성된 예비성형체 핀부에 접촉되는 원형의 홈을 구비하고 일측에 손잡이가 형성된 상부 굽힘금형과,

상기 상부 굽힘금형 및 블룸이 삽입되는 개방형 홈을 구비하는 '∪' 형상의 하부 굽힘금형으로 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크스로우 단조장치.