KR100478058B1 - 맨드릴을 사용하지 않고 판금 컵을 성형하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맨드릴을 사용하지 않고 판금 컵을 성형하는 방법을 포함한다. 외주면 또는 림에 릴리프가 마련되어 있는 컵형상의 블랭크를 우선 제조한다. 블랭크는 스피닝 기계에 클램핑한다. 릴리프는 굴곡 공정을 제어하고 용이하게 하여, 소정의 굴곡 지점에 균일한 만곡부를 형성한다. 롤링 공정 중에, 성형 롤러가 림과 맞물리고, 회전 축선과 평행하게 점진적으로 이동한다. 성형 롤러가 이동함에 따라, 림은 회전 축선에 수직인 배치에서 회전 축선에 평행한 위치로 점진적으로 굴곡된다. 그 후, 완전히 성형된 림은 베어링 또는 축을 수용하도록 펀칭 가공될 수 있다. 이에 의해 맨드릴을 사용하지 않고 소직경의 풀리를 성형할 수 있다.

Description

맨드릴을 사용하지 않고 판금 컵을 성형하는 방법{METHOD OF FORMING A SHEET METAL CUP WITHOUT A MANDREL}

본 발명은 판금 컵의 성형 방법, 보다 상세히 설명하면 맨드릴(mandrel)을 사용하지 않고 판금 컵을 성형하는 방법에 관한 것이다.

풀리 및 아이들 기어로 사용되는 판금 컵은 허브를 구비하는 금속 블랭크(blank) 또는 평탄하고 원형인 금속 블랭크를 스피닝 가공하거나 금속 성형하는 것에 의하여 성형될 수 있다. 평탄한 블랭크를 스피닝 기계에 배치하고, 블랭크를 클램핑 척으로 적소에 고정하는 것이 일반적이다. 중앙 맨드릴 또는 심압대(心押臺; tailstock)를 블랭크의 중앙에 대해 가압한다. 또한, 블랭크를 그 전체 폭에 걸쳐 지지하기 위해 맨드릴을 축선 위치에 배치한다. 블랭크는 성형 롤러가 블랭크를 중심으로 반경 방향으로 이동하는 동안 회전하며, 이 때 맨드릴에 의하여 지지되어 있다. 성형 롤러가 내측으로 이동함에 따라, 금속은 중앙 맨드릴에 모여 축적되어, 허브를 형성한다. 성형 공정에서는 중앙 맨드릴에 상당한 측방향 부하가 가해지고, 따라서 그 중앙 맨드릴과 부속 기계는 변형에 저항하기에 두께가 충분하여야 한다.

대표적인 기술로는 판금의 평탄한 디스크로 스피닝 성형되는 일체형 허브를 구비하는 풀리가 개시되어 있는 호자트(Hodjat) 등의 명의의 미국 특허 제5,947,853호(1999년)가 있다. 금속이 지지 맨드릴을 가로질러 풀리 허브를 향해 축적되기 때문에, 중앙 맨드릴이 허브의 위치와 크기를 제어한다.

다른 대표적인 기술로는 컵형 블랭크를 사용하여 풀리를 제조하는 공정이 개시되어 있는 도라코브스키(Dorakovski) 명의의 미국 특허 제4,404,829호(1983년)가 있다. 컵형 블랭크는 피딩 플런저(feeding plunger)와 심압대 조립체 사이에 클램핑되어 있다. 심압대는 블랭크를 리브형 풀리(ribbed pulley)로 성형할 때, 블랭크와 완전히 맞물려 블랭크를 지지한다.

종래 기술의 충분히 굵은 맨드릴을 사용하면 블랭크 컵의 크기가 제한된다. 예를 들어, 외경이 40 mm인 상용 베어링을 구비하는 자동차 풀리를 제조하기 위해, 풀리의 직경이 약 64mm 보다 작을 수는 없다. 그 이유는 맨드릴 굵기가 8mm 보다 작을 수 없기 때문인바, 그렇지 않다면 성형 공정 중에 파손될 수 있다.

맨드릴을 사용하지 않고 판금 컵을 성형하는 방법이 요구된다. 소직경의 컵을 성형하기 위한 맨드릴을 사용하지 않고 판금 컵을 성형하는 방법이 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.

도 1은 블랭크의 절반 단면도이다.

도 2는 성형 기계 내에 있는 블랭크의 절반 단면도이다.

도 3은 성형 기계에서 성형되는 블랭크의 절반 단면도이다.

도 4는 성형 기계에서 풀리를 성형하는 과정의 절반 단면도이다.

본 발명의 제1 양태는 맨드릴을 사용하지 않고 판금 컵을 성형하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 양태는 소직경의 컵을 성형하기 위한 맨드릴을 사용하지 않고 판금 컵을 성형하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 양태는 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 통해 명시되고 명확해 질 것이다.

본 발명은 맨드릴을 사용하지 않고 판금 컵을 성형하는 방법을 포함한다. 먼저, 림 외주에 릴리프가 있는 컵 형상의 블랭크를 제조한다. 블랭크는 스피닝 기계에 클램핑되어 있다. 릴리프는 벤딩 공정을 제어 및 용이하게 하여, 소정의 굴곡 지점에 균일한 만곡부를 형성한다. 롤링 공정 중에, 성형 롤러가 림과 맞물리고, 회전 축선과 평행하게 점진적으로 이동한다. 성형 롤러가 이동함에 따라, 림은 회전 축선에 대하여 법선 방향에서 회전 축선에 평행한 위치로 점진적으로 굴곡된다. 그 후, 필요에 따라, 완전히 성형된 림을 펀칭 가공하여 베어링 또는 샤프트를 수납시킬 수 있다. 이에 의하면 풀리 또는 아이들 기어로 사용될 수 있는 소직경의 컵을 맨드릴을 사용하지 않고 성형할 수 있다.

본 명세서에 합체되어 그 일부를 이루는 첨부 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되어 있고, 이 첨부 도면은 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1은 블랭크의 절반 단면도이다. 컵형 블랭크(10)는 림(12)과 허브(13)를 포함한다. 블랭크(10)는 스탬핑 가공에 의해 초기 형상이 부여될 수 있다. 또한, 허브(13)는 중앙 회전 축선 A-A를 중심으로 반경이 R3인 중앙 구멍을 형성한다. 중앙 구멍은 샤프트 또는 베어링(도시되어 있지 않음)을 수용할 수 있다.

림(12)은 또한 릴리프(relief; 11)를 구비한다. 릴리프(11)는 림(12) 표면 상방에 소정의 높이 H를 갖는다. 이 높이 H는 0.05mm 내지 2 mm의 범위에 속한다. 릴리프(11)는 성형 롤러의 이동 방향과 반대 방향으로 돌출한다. 릴리프(11)는 축선 A-A로부터 반경 R에 위치하고, 허브(13)를 둘러싸고 있다. 릴리프(11)는 본원에 기술된 바와 같이 림(12)에서 굴곡 위치를 적절하게 제어하기 위해 롤링 공정에 앞서 블랭크에 형성된다. 이에 의해서, 릴리프는 롤링 공정 중에 굴곡부가 형성되는 예상 가능한 위치를 제공하는데, 결과적으로 본원에서 설명한 바와 같이 외표면이 회전 축선과 동심이 된다.

도 2는 성형 기계 내에 있는 블랭크의 절반 단면도이다. 블랭크(10)는 내측 공구(30)와 외측 공구(40) 사이에 클램핑되어 있다. 허브(13)는 블랭크 부분을 수용하기에 적합한 형상을 각각 갖는 공구 부품 사이에 고정되어 있다. 슴베(tang; 41)은 내측 공구(30)에 대해 허브(13)를 반경방향으로 고정한다. 내측 공구(30)는 허브의 중앙 구멍을 통해 연장하여 롤링 공정 중에 허브를 지지하거나, 허브(13)의 숄더(31)를 지지한다.

성형 중에, 성형 롤러(20)는 림에 인접한 초기 위치에 있게 된다. 성형 롤러는 외표면(21)의 원하는 최종 반경 R3에 의존하여, 축선 A-A로부터 반경 R1에 설정된다. R1은 반경 R보다 크다. 그 후, 롤러는 블랭크(10)의 외표면(21)과 맞물리게 된다. 성형 롤러(20)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 M1 방향으로 중앙 축선 A-A에 실질적으로 평행하게 이동한다.

도 3은 성형 기계에서 성형된 블랭크의 절반 단면도이다. 성형 롤러(20)는 M1 방향으로 점진적으로 이동한다. 시초에 림(12)은 릴리프(11)에서 굴곡하기 시직한다. 블랭크의 림(12)은 회전 축선 A-A에 대하여 평행하게 될 때까지 점진적으로 성형되는데, 회전 축선과 평행하게 되는 지점에서 외측 공구(40)의 표면(42)과 접촉하게 된다. 이 표면(42)은 성형 공정의 완료 시에 림(12)을 이룬다. 완만한 반경 굴곡부(14)가 릴리프(11)의 위치에 형성된다.

반경 R에서의 릴리프(11) 위치는 완전히 성형된 컵의 총 반경 R2를 결정한다. 릴리프(11)는 사용자의 필요에 따라 높이 H를 변화시켜 크기를 정할 수 있고, 반경 R을 변화시켜 배치하여 반경 R2가 원하는 수치가 되도록 할 수 있다. 릴리프의 반경 R과 성형 롤러의 맞물림 반경 R1을 조합하여 축선 A-A으로부터 컵(21)의 외표면까지의 총 반경을 결정한다. 표면(42)은 성형된 림을 소정의 최종 반경으로 수용하는 역할을 하고, 성형 공정 중에 림(12)을 지지하는 맨드릴으로서의 역할을 하지는 않는다는 것을 주목해야 한다. 결과적으로, 맨드릴을 사용하지 않고 판금 컵을 완전히 성형한다.

성형된 컵의 표면(15)은 또한 소정의 직경을 갖는 구멍을 형성하거나, 소정의 직경으로 펀칭 가공될 수 있다.

도 4는 성형 기계에서 컵을 성형하는 진행 과정을 보여주는 절반 단면도이다. 림(12)은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 초기에는 위치 A에 있다. 성형 롤러(20)가 림(12)과 맞물리고 M1 방향으로 이동함에 따라, 림(12)은 위치 B로, 다시 위치 C로 점진적으로 롤링된다. 롤링 공정이 완료될 때, 림(12)은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 최종 위치 D에 위치한다. 최종 위치 D는 림(12)이 컵의 회전 축선 A-A와 평행하고 허브(13)와 인접한 위치이다.

개시한 공정을 이용하여, 반경 R2가 반경 R3보다 약간 더 큰 컵을 제조할 수 있다. 이것은 R3가 R2 값의 1.05배 내지 3배에 해당하는 범위, 다르게 말하면, R3=1.05X(R2) 내지 R3=3X(R2)의 범위 내에 있을 수 있다. 일반적으로 알 수 있는 바와 같이, 이 공정에 의해 소직경 판금 컵을 경제적으로 제조할 수 있다.

본 명세서에서 설명한 공정에 의해 제조된 컵은 풀리, 아이들 기어, 또는 원형 회전 요소가 필요한 소정의 다른 용도로서 적용되어 사용될 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명의 한 가지 실시예만 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 발명의 보호 범위 및 기술적 사상을 벗어나지 않는다면 구성 및 부품 관계에 있어서 변형이 있을 수 있다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (10)

1. 허브가 리브로부터 돌출하는 블랭크를 공구에 클램핑하는 단계와;

   상기 블랭크를 회전시키는 단계와;

   성형 롤러를 반경 R1에서 림에 맞물리게 하는 단계와;

   상기 림이 실질적으로 블랭크의 회전 축선과 평행하게 될 때까지 성형 롤러를 블랭크의 회전 축선과 평행하게 점진적으로 이동시켜 림을 성형하는 단계와;

   상기 성형 롤러를 소정의 지점에서 정지시키는 단계;

   를 포함하는 것인 컵 성형 방법.
2. 제1항에 있어서, 허브 원주 둘레에 반경 R로 릴리프를 성형하는 단계를 부가적으로 포함하며, 상기 릴리프에서 성형 롤러에 의해 굴곡되기 시작하는 것인 컵 성형 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 허브는 반경 R3을 가지며, 상기 블랭크를 공구에 클램핑하는 단계는 상기 허브에서 블랭크를 공구에 클램핑하는 단계와, 완료 시에, 림과 동심인 공구 표면으로 림을 지지하는 단계를 부가적으로 포함하는 것인 컵 성형 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 림이 블랭크의 회전 축선과 실질적으로 평행하게 될 때까지 성형 롤러를 블랭크의 회전 축선과 평행하게 점진적으로 이동시킴으로써 림을 성형하는 단계는 실질적으로 허브에 거의 인접한 위치에 림을 성형하는 단계를 부가적으로 포함하는 것인 컵 성형 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 허브 원주 둘레에서 반경 R로 릴리프(상기 릴리프에서 성형 롤러에 의해 굴곡되기 시작한다)를 성형하는 단계는 림 표면 상방으로 높이가 H인 릴리프를 성형하는 단계를 부가적으로 포함하는 것인 컵 성형 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 림이 블랭크의 회전 축선과 실질적으로 평행하게 될 때까지 성형 롤러를 블랭크의 회전 축선과 평행하게 점진적으로 이동시킴으로써 림을 성형하는 단계는 반경 R3보다 더 큰 반경 R2의 위치에서 림을 성형하는 단계를 부가적으로 포함하는 것인 컵 성형 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 반경 R1은 반경 R보다 더 큰 것인 컵 성형 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 림과 공통 평면을 이루는 공구 표면으로 롤링된 림을 지지하는 단계는 상기 공구 표면을 반경 R2와 동일한 반경으로 배치하는 단계를 부가적으로 포함하는 것인 컵 성형 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 높이 H는 0.05mm 내지 2mm 범위에 있는 것인 컵 성형 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 반경 R2는 1.05X(R3) 내지 5X(R3)의 범위에 있는 것인 컵 성형 방법.