이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 풀리(10)를 제조하는 방법에 있어서: 반 밀폐식 금형세트를 이용하여 1차 성형품(10′)을 생성하는 단계; 및 3차원 개폐식 금형세트를 이용하여 2차 성형품(10″)을 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 반 밀폐식 금형세트는 스프링의 장력 조절 및 리미트 블록의 높이 조절을 통하여 풀리(10)의 외경의 사이즈와 내경쪽 충진율을 적절히 제어 가능하다.
상기 3차원 개폐식 금형세트는 분할된 인써트(11)가 홀더(12)와 연동하면서 하강시 모아지고 상승시 벌어져 풀리(10) 성형의 지지 및 취출 동작이 가능하다.
이와 같이 본 발명은 종래의 상하 왕복식 냉간 단조 금형 구조로는 양두 일체형상의 제품을 제조 할 수가 없어 반 밀폐 금형세트와 3차원 개폐방식을 이용한 금형 구조를 설계하여 기존 단조공법의 한계를 극복하고 원가절감, 정도 향상, 대량생산 체제 구축 등을 목표로 하는 신 냉간 단조 공법이라 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 풀리의 성형과정을 나타내는 예시도, 도 2는 본 발명에 따른 풀리의 1차 성형공정을 나타내는 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 풀리의 2차 성형공정을 나타내는 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 풀리의 완성공정을 나타내는 구성도이다.
본 기술의 핵심은 반 밀폐식 금형 세트와 3차원 개폐식 금형세트의 설계와 제작에 있다.
도 2에서, 반 밀폐식 금형 세트는 냉간 단조 2회 완성 중 1차 단조시 사용되는 금형 세트이다. 1차 단조시 사용되는 반밀폐식 금형세트는 제품의 플랜지 외경의 크기와 내경쪽 스톱퍼의 충진율을 결정하는 중요한 요소이다.
상형 : 인써트, 멘드렐, 홀더
하형 : 인써트1, 인써트2, 이젝터 링, 카운터 펀치, 리미트 블록5, 장력조절 스프링5, 스프링 시트, 하형 홀더, 하형 클램프, 앤빌, 카운터 핀4, 블록1
위와 같은 구조로 이루어진 금형에 의해 양단면의 플랜지(양두)중 한쪽 단면의 플랜지를 성형하고 내경 스톱퍼 위치의 결육을 막아준다.
도 3 및 도 4에서, 3차원 개폐식 금형세트는 냉간 단조 2차 단조(완성)에 사용되는 금형 세트이다. 1차 단조에서 성형된 플랜지 반대쪽 단면의 플랜지를 성형하고 금형으로부터 취출될 수 있도록 설계된 3차원 개폐방식 구조이다.
상형 : 인써트, 홀더
하형 : 5-piece 인써트, 테이퍼 슬라이딩 홀더, 멘드렐, 이젝터 링, 카운터 펀치, 카운터 핀4, 블록1, 앤빌
이와 같이 본 발명은 상기한 2Set의 금형 세트에 의해 1차 단조, 2차 단조 완성의 공정이 수행된다.
본 발명의 핵심인 반 밀폐식 금형 세트를 이용한 냉간 단조 1차 프로세서와3차원 개폐식 금형세트를 이용한 냉간 단조 2차(완성) 프로세서의 메카니즘을 별도로 기술한다.
본 발명의 양두 일체형 풀리의 소재는 STKM11A 재질의 외경 Φ68.4, 두께 4t의 PIPE를 절단하여 사용한다. 단조 1차에서의 성형 범위는 파이프의 양쪽 절단면 중 한쪽 단면을 가압하여 Φ80의 플랜지를 만들고, 더 이상 플랜지 외경이 커지지 않는 상태로 유지하면서 내경쪽 돌기(베어링 스톱퍼) 성형을 시켜야 한다. 종래의 고정식 금형 구조에서는 내·외경의 치수가 관리되지 않는다. 즉 외경이 관리 치수보다 커지고 내경에 결육이 발생하거나, 외경이 작고 내경에 과부하가 걸려 금형의 파손이 발생하게 된다. 이를 제어하기 위해 스프링의 장력을 이용하여 내·외경 치수 정도를 정확히 유지시켜야 할 필요가 있다.
본 발명의 첫 번째 단계로, 단조 프레스에서 가압시 1차 성형품(10′)이 생성되는 현상을 단계적으로 나타내면
- 상형이 하강하면서 소재(PIPE 절단품)의 위쪽 단면의 플랜지를 먼저 성형시킨다. 이때는 스프링의 장력보다 성형 하중이 적으므로 스프링은 변형되지 않는다.
- 플랜지 외경이 Φ80으로 성형이 되면 이때부터는 성형 하중이 스프링의 장력보다 커지므로 Φ80은 유지되면서 스프링이 작동되어 하형 인써트는 유동하기 시작한다.
- 즉 먼저 성형된 플랜지는 Φ80로 유지되면서 내경부 돌기부(베어링 스톱퍼)는 살이 차기 시작한다.
- 내경 돌기부가 Φ54로 완전히 살이 차고 나면 스프링 장력에 의해 지지되며 유동하던 인써트는 리미트 블록에 닿게 되고 이점이 단조 행정중의 하사점이라 할 수 있다.
- 하사점을 지나 상형이 위로 상승하면서 하형 인써트는 스프링의 반발력에 의해 위로 유동되어 원 위치로 돌아간다.
- 금형과 접촉되어 있던 단조 1차 제품은 이젝터 링에 의해 금형으로부터 분리된다.
본 발명의 두 번째 단계로, 냉간 단조 2차에서 3차원 개폐식 금형세트를 이용하여 2차 성형품(10″)을 완성한다.
전술한 바와 같이 단조 1차 공정에서 만들어진 공정품은 단조 2차 공정을 거쳐 완성된다. 단조 1차 공정에서 성형된 플랜지의 반대쪽 단면의 플랜지를 성형하는 공정이다. 기존의 수직 왕복식의 금형 구조로는 성형 불가능한 이유로는
첫째, 단조 1차에서 성형된 한쪽 플랜지의 외경(Φ80)이 금형의 소재 투입구(Φ69)보다 크기 때문에 금형에 재료 투입이 곤란하다.
둘째, 단조 2차 형상으로 성형이 완료되더라도 금형 내부쪽의 플랜지 외경(Φ80)이 금형 인써트(11)의 내경(Φ69)보다 크기 때문에 금형 밖으로 제품 취출이 곤란하다.
이러한 이유로 인하여 기존의 수직 왕복식 금형 구조를 개선하여 금형 인써트(11)를 다섯조각으로 분할하여 15°각도의 사선방향으로 움직이며 단조 성형하고, 제품 취출할 수 있도록 설계한다.
도 3 및 도 4에서 부호 12는 홀더, 13은 멘드렐, 14는 이젝터 링, 15는 카운터 펀치, 16은 카운터 핀, 17은 블록, 18은 앤빌을 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 2차 공정에 사용되는 금형의 주요부를 나타내는 구성도가 도시된다.
본 기술의 핵심은 다섯 조각의 금형 인써트(11)가 15°각도의 테이퍼로 가공되어진 금형 홀더(12)의 내측 슬라이딩 면을 타고 상하로 움직이면, 이젝터 핀에 의해 위로 올라 왔을 때는 인써트(11)의 입구가 Φ90으로 벌어지고 단조 행정에 의해 하사점 방향으로 내려 왔을 때는 다시 원위치 상태 Φ69로 줄어드는 원리를 이용한다. 이때 금형 인써트(11)의 벌어지는 량은 이젝터 핀의 길이로써 조절이 가능하다.
만일 이젝터 길이가 40mm로서 작동되면 벌어진 입구내경 Φ
벌어진 입구내경(φ) = 69 + 2 X (Tan15°X 40) = φ90.4
관계식에 의해 구해진 Φ90.4로 벌어진 금형의 소재 투입구에 Φ80의 단조 1차 제공품의 투입이 가능해지며 또한 단조 2차 성형 후 제품의 취출도 가능해 진다.
단조 2차 공정에서 발생되는 현상을 단계별로 나타내면
- 금형 홀더(12) 슬라이드의 상사점에 정지되어 입구가 Φ90.4로 벌어진 소재 투입구에 1차 단조 제품의 Φ80부위가 밑으로 내려가도록 하여 투입한다.
- 상형이 단조 행정에 의해 내려와 소재에 닿기 시작하고, 하사점 방향으로 더 하강하면 분할된 5 조각의 인써트(11)는 홀더(12) 내측 슬라이딩 면을 타고 15°방향으로 내려오며 줄어들기 시작한다.
- 상형이 하사점 직전까지 하강했을 때 인써트(11) 조각은 완전히 줄어들어 Φ69로 되고 금형 홀더(12)에 간섭을 받아 더 이상 움직이지 않는다.
- 상형이 하사점에 도달했을 때 남은 한쪽면의 플랜지가 Φ80으로 성형 완료된다.
- 단조 행정에 의하여 상형이 먼저 위로 올라가고 이젝터 핀과 링에 의해 금형 인써트(11) 또한 상승하기 시작한다.
- 금형 홀더(12)의 15°슬라이딩 면을 타고 상승하면서 인써트(11)의 5조각은 벌어지고 상사점에 도달하면 ψ90.4로 완전히 벌어진다.
- 이때 단조 완성품은 벌어진 입구를 통해 밖으로 취출되고 이젝터 핀이 원위치로 내려가더라도 금형 인써트(11)는 볼 플랜저에 의해 벌어진 상태로 유지하게 된다.