KR100452121B1 - 압축기용 철계 어큐뮤레이터의 일체화 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 내압성이 요구되는 압축기용 철계 어큐뮤레이터를 일체화 제조함으로써, 안정성을 증대시킴과 동시에, 종래의 용접공정 및 그에 따른 특성 분석단계를 생략하여 생산성 향상을 향상시키고 제조비용을 절감할 수 있으며, 비용접 관재 제조를 위해 사용하는 딥 드로잉시에 관재 제조와 동시에 관재의 일단을 축관함으로써, 종래에 2번 실시하던 축관공정을 1번의 축관공정을 거쳐 성형하여 제조시간의 단축 및 원가절감 효과를 얻을 수 있는 압축기용 철계 어큐뮤레이터의 일체화 제조방법에 관한 것이다. 이 제조방법은 철계 판재를 소정의 크기로 절단하는 블랭킹 단계와, 블랭킹된 판재를 고정한 상태에서 1차 연신하는 드로잉 단계와, 결함없이 보다 깊이가 깊은 제품을 성형하기 위해 드로잉된 소재를 뒤집은 상태에서 2차 연신하는 딥 드로잉 단계와, 딥 드로잉된 소재의 바닥을 축관형상으로 성형하는 드로잉단계와, 튜브형상으로 만들어진 소재의 양단을 단면 감소율에 따라 선택된 축관 성형 공정을 통해서 어큐뮤레이터 하우징을 완성하는 축관 성형단계로 이루어져 있다.

Description

압축기용 철계 어큐뮤레이터의 일체화 제조방법{METHOD OF MAKING A ONE BODY TYPE STEEL ACCUMULATOR FOR A COMPRESSOR}

본 발명은 압축기용 어큐뮤레이터의 일체화 제조공정을 통해서 기존의 용접공정 및 그에 따른 특성분석단계를 생략하여 생산성을 향상시키고 제조비용을 절감할 수 있으며 일체형 구조로 인해 안정성이 향상된 압축기용 철계 어큐뮤레이터의 일체화 제조방법에 관한 것이다.

더운 여름철에 실내의 냉방을 위해 사용하는 에어컨에는 냉매를 압축시키기 위한 압축기가 설치되어 있다. 압축기의 핵심부품 중 하나인 어큐뮤레이터 (accumulator)는 고압의 냉매에도 견딜 수 있는 충분한 강도를 지녀야 한다.

도 1은 종래의 방법에 의해 제조된 어큐뮤레이터를 보인 단면도이다. 내부에 필터가 설치되어 있는 어큐뮤레이터의 하우징은 유입 및 유출파이프(6, 8)가 연결되는 양단의 단면이 크게 감소하는 튜브형상을 이루고 있으며, 내부에는 고압의 냉매가 유동하기 때문에 높은 내압성이 요구된다. 종래에 어큐뮤레이터 하우징은 서로 다른 3개의 튜브형상 부품을 브레이징에 의해 접합하여 제조하거나 2개의 드로잉 부품(2, 4)을 용접하는 방식으로 제조하였다.

그런데, 최근 에어컨의 고급화 추세와 함께 대체 냉매의 사용으로 더욱 고압에 견딜 수 있는 강도를 지녀야하므로, 더욱 고성능의 어큐뮤레이터가 요구되고 있는 실정이다. 또한, 보다 내압성이 요구되는 부품의 경우에는 철계소재를 이용하여 2개 또는 3개의 부품으로 제조한 후에 브레이징 작업을 통해 제조하였다.

그러나, 이러한 종래의 제조공정에서는 제품의 제조후에 결함부위의 존재여부를 확인하기 위해 브레이징 부위의 누설시험 등과 같은 추가적인 특성평가를 필요로 하기 때문에 제조원가의 상승을 초래하였다. 그에 따라, 철계 관재(tube)를 이용한 스피닝 공정에 의해서 어큐뮤레이터를 제조하는 방법도 개발되었으나, 관재의 가격이 비싸기 때문에 관재 대신에 용접관재를 사용하기도 한다. 용접관재를 사용하게 되면, 스피닝시에 용접부위에 조직결함이 발생될 위험이 증가되며, 제조후에도 용접부위에서 고압의 냉매에 취약한 단점을 지니고 있어 안정성이 저하되는 문제가 있다.

철계 어큐뮤레이터를 제조하기 위해 종래에는 2개의 드로잉 소재를 중앙 부위에서 브레이징 용접을 수행하거나 용접관재를 로울러 스피닝하는 방법을 채용하였으나, 용접부위에서의 결함유무를 확인하기 위한 특성분석 단계등을 거쳐야 하며 용접부위의 경도가 최대 20～35Hv까지 저하되므로 고압의 대체냉매에서 안정적인 내압성을 제공할 수 없는 단점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 용접관재 대신에 비용접관재를 딥 드로잉하여 튜브형상으로 만든 다음 다양한 축관 성형공정을 통해서 어큐뮤레이터를 일체형으로 제조함과 동시에, 딥 드로잉에 의한 축관용 관재의 제조시에, 관재의 일단을 드로잉 작업과 동시에 축관작업을 병행함으로써, 2번의 축관공정을 거쳐야 하는 종래의 제조방법에 비해서 1번의 축관 성형만으로도 제품을 제조할 수 있으므로 제조공정수를 줄이고 제조원가를 낮출 수 있는 압축기용 철계 어큐뮤레이터의 일체화 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 어큐뮤레이터의 구성을 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 따라 제조된 철계 어큐뮤레이터의 구성을 보인 단면도,

도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 일체화 제조방법에 따라 어큐뮤레이터를 제조하는 과정을 나타낸 공정도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10:어큐뮤레이터 12, 14:단부

16:필터 18, 19:파이프

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압축기용 철계 어큐뮤레이터의 일체화 제조방법은 철계 판재를 소정의 크기로 절단하는 블랭킹 단계와, 블랭킹된 판재를 고정한 상태에서 1차 연신하는 드로잉 단계와, 성형성 향상을 위해 드로잉된 소재를 뒤집은 상태에서 2차 연신하는 딥 드로잉 단계와, 딥 드로잉된 소재의 바닥을 축관형상으로 성형하는 드로잉단계와, 튜브형상으로 만들어진 소재의 양단을 단면 감소율에 따라 선택된 축관 성형 공정을 통해서 어큐뮤레이터 하우징을 완성하는 축관 성형단계로 이루어진 을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축기용 철계 어큐뮤레이터의 일체화 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 2는 본 발명에 따라 제조된 철계 어큐뮤레이터의 구성을 보인 단면도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 어큐뮤레이터 하우징(10)은 일체로 제조되어 있으며, 유입 및 유출파이프(18, 19)가 연결되는 양단부(12, 14)는 단면이 급속히 감소되는 형상을 지니고 있다. 또한, 하우징(10)의 내부에는 냉매중의 이물질을 걸러내기 위한 필터(16)가 설치되어 있다. 이와 같이, 본 발명에 따라 제조된 하우징(10)은 일체형 구조를 지니므로, 고압의 대체냉매를 사용하는 경우에도 안정적인 내압성을 제공할 수 있다.

이러한 구성을 지닌 어큐뮤레이터에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예서는 비용접 관재를 딥 드로잉으로 제조한 후에, 단면 감소율에 따라 선택된 다양한 축관 성형공정을 통해서 일체형 어큐뮤레이터 하우징을 완성하게 된다. 그에 대한 제조과정을 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

다음에, 도 3a 내지 도 3l은 본 발명의 일체화 제조방법에 따라 어큐뮤레이터를 제조하는 과정을 나타낸 공정도이다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 인장강도가 250MPa이상인 철계 판재를 소정의 크기로 블랭킹하여 절단한다. 다음에, 블랭킹 공정을 거쳐 절단된 판재(10a)를 2개의 금형(22), (24)사이에 넣어 고정시킨 상태에서 도 3b에 도시된 바와 같이 펀치(20)를 가압하여 1차 드로잉 한다. 이렇게 만들어진 드로잉 소재(10b)를 다음의 2차 드로잉 공정에서 결함없이 보다 깊이가 깊은 제품을 성형하기 위해 뒤집은 상태에서(도 3d), 도 3e에 도시한 바와 같이 2개의 금형(32), (34)사이에 넣고 고정시킨 다음, 1차 드로잉 과정에서 사용한 펀치(20)보다 작은 직경의 펀치(30)로 딥 드로잉 하여 도 3f에 도시한 바와 같은 소재(10c)를 만든다.

다음에, 딥 드로잉된 소재(10c)를 금형(42)으로 지지한 상태에서 천공용 펀치(40)로 소재(10c)의 바닥(10c')을 축관 형상으로 드로잉하여 도 3h에 도시한 바와 같은 튜브형상의 축관(10d)으로 성형한다.

이렇게 축관 성형된 관재(10d)는 단면 감소율에 따라 적절히 선택된 다양한 축관공정을 거쳐 타단을 축관 성형하게 된다. 가령, 단면 감소율이 84%이하인 경우에는 다이 스피닝(die spinning)과 프레스 스웨징(press swaging) 공정을 이용하여 하우징의 타단을 성형하고, 단면 감소율이 약 84%이상인 경우에는 롤러 스피닝 (roller spinning)과 로터리 스웨징(rotary swaging) 공정을 이용하여 하우징의 타단을 성형하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 단면 감소율이 84%이상으로서 로터리 스웨빙 공정을 거쳐 축관을 성형하는 경우에 대해서 예시한다.

이를 위해서, 관재 일단이 축관 성형된 소재(10d)의 내부에 필터(10f)를 고정시킨 다음(도 3f), 타단의 축관 성형공정을 실시한다. 본 실시예에서는 일예로서 로터리 스웨징 공정을 채용하였다. 로터리 스웨징 공정은 도 3j에 도시된 바와 같이, 3개 이상의 분할 다이(60)가 연속으로 소재(10g)를 가압하면서 성형면(62)과 동일한 형상으로 단면을 소성변형시키는 공정으로서, 점진적으로 단면을 감소시킬 수 있고 변형영역이 국부적이므로, 튜브의 축관공정으로서 적합하며 생산성 및 특성향상에 유리하다. 특히, 단면 감소율이 95%에 달하는 축관을 성형하는 경우에도, 우수한 특성의 제품을 비교적 높은 생산속도로 제조하는 것이 가능하다.

이렇게 제조된 도 31의 하우징(10g) 양단에는 유입 및 유출파이프(18, 19)를 연결하여 도 2에서 설명한 바와 같은 구조의 어큐뮤레이터를 완성하게 된다.

이상의 실시예에서는 단면 감소율이 84%이상인 경우에 로터리 스웨징 공정을 이용하여 축관을 성형하는 공정에 대해서 설명하였으나, 롤러 스피닝 공정을 이용할 수도 있으며, 단면 감소율이 84%이하인 경우에는 프레스 스웨징 공정 및 다이 스피닝 공정을 이용하는 것이 바람직하다.

여기에서 롤러 스피닝 공정은 도시하지는 않았으나, 소재 또는 롤러 중 하나를 고속으로 회전시키면서 성형시에 발생되는 마찰열을 이용하여 소재의 변형영역을 연화시켜 원하는 형상으로 소재를 소성변형 시키는 것으로, 변형영역이 국부적이기 때문에 소재표면의 결합발생이 작고 롤러의 수명이 길다. 반면에, 고정대를 따라 이동하는 롤러의 진행시간이 많이 소요되므로 생산성이 다소 저하되기는 하지만, 단면 감소율이 96.5%에 달하는 축관 제품으로 성형할 수 있으며, 높은 축관비에도 불구하고 결함이 없는 제품을 제조하는 것이 가능하다.

또한, 다이 스피닝 공정의 경우에는 위에서 설명한 롤러 스피닝 공정과 비교하여 볼 때에, 롤러 대신에 다이를 이용하는 점을 제외하고는 대체로 유사하다. 다이 스피닝 공정은 롤러 스피닝 공정에 비해서 생산속도가 매우 높기 때문에, 어큐뮤레이터와 같은 형상의 제품을 대량으로 생산할 수 있다. 그러나, 프레스 스웨징 공정과 마찬가지로, 단면 감소율이 84%이상에서는 다이 수명이 감소되고 소재 표면에 결함이 발생하는 등의 문제가 있기 때문에, 단면 감소율이 84%이하인 경우에 주로 사용한다.

그리고, 프레스 스웨징 공정은 단면이 감소되는 형상을 갖는 다이를 이용하여 프레스의 하중을 소재에 가해 압출시키는 것으로, 프레스의 상하 운동력을 이용하여 튜브를 강제로 압출하여 단면 감소시키므로 제조가 가능한 단면 감소율에 한계가 있다. 실험결과 이 프레스 스웨징 공정을 이용하여 단면을 감소시킬 수 있는 최대 범위는 84%정도로서, 그 이상의 범위에서는 좌굴과 같은 결함이 발생된다. 특히, 용접에 의해 제조된 튜브의 경우에는 용접부위에서 좌굴이 발생되기 때문에, 성형이 곤란하며 성형성을 향상시키기 위해서는 구상화 소둔과 인발공정을 거쳐야 하므로 제조비용이 상승되는 원인이 된다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 냉간압연 판재를 이용하여 일단이 축관된 형상의 예비 성형체를 제조한 후에, 단면 감소율에 따라 적절히 선택된 다양한 축관 성형 공정을 이용하여 어큐뮤레이터를 제조함으로써, 2개 이상의 드로잉 관재를 브레이징 용접에 의해 제조하는 종래의 방법에 비해서 용접공정을 생략할 수 있으므로 제조원가를 25%이상 절감할 수 있으며, 특성 평가단계를 거치지 않기 때문에 생산속도가 향상되는 이점이 있다.또한, 용접 관재를 이용하여 스피닝하는 종래의 방법에 비해서는 용접부의 결함발생 위험을 제거할 수 있으므로 제품 불량율이 20%이상 감소되며 특성 평가단계를 거치지 않기 때문에 생산성이 향상되는 이점이 있다.그 밖에도, 일체형 하우징 구조이므로 안정성이 높기 때문에, 높은 내압성을 요구하는 대체냉매용 어큐뮤레이터로서도 적합하며, 관재 제조를 위해 사용하는 딥 드로잉시에 관재 제조와 동시에 관재의 일단을 축관함으로써, 2번의 축관 공정을 1번의 축관공정으로 공정수를 줄여 제조시간의 단축 및 원가절감 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 철계 판재를 소정의 크기로 절단하는 블랭킹 단계와;

   블랭킹된 판재를 고정한 상태에서 1차 연신하는 드로잉 단계와;

   성형성 향상을 위해 드로잉된 소재를 뒤집은 상태에서 2차 연신하는 딥 드로잉 단계와;

   딥 드로잉된 소재의 바닥을 축관형상으로 성형하는 드로잉V단계와;

   튜브형상으로 만들어진 소재의 양단을 단면 감소율이 84%이상일 때, 로터리 스웨징 공정으로 축관을 성형하여 어큐뮤레이터 하우징을 완성하는 축관 성형단계로 이루어짐을 특징으로 하는 압축기용 철계 어큐뮤레이터의 일체화 제조방법.
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