KR100502780B1 - 인너튜브 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 다단식 성형기(2)를 이용한 인너튜브 제조방법에 있어서, 상기 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)에서 제조용 원자재를 절단하여 원기둥 소재(40)를 얻는 예비공정과, 상기 원기둥 소재(40)를 제1단(52) 다이(54)의 가공소재 안착부(56)로 이송시켜 안착공간에 삽입하고 다이측 지지봉(60)으로 받쳐지게 안착하고 펀치(58)를 이동시켜 상기 원기둥 소재(40)의 양단면이 가압되게 펀칭해 상하면 평면이 이루어진 1차 예비성형 소재(42)를 얻는 제1공정과, 상기 예비성형 소재(42)를 제2단(64) 다이(66)의 가공소재 안착부(68)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 예비성형 소재(42)의 양면에 다이측 지지봉(70)과 펀치측 가압봉(74)을 이용해 양방향 동시 압착 가공하여, 소재의 양측단중 펀치측 부분이 수도 테이퍼진 원추형 요입부가 형성되고 소재의 다이측 부분이 수십도 경사진 내측 테두리의 요입 홈에 이어서 상기 수도와 유사한 정도로 경사진 원추형 요입부가 형성된 2차 예비성형 소재(44)를 얻는 제2공정과, 상기 2차 예비성형 소재(44)를 제3 단(76) 다이(78)의 가공소재 안착부(80)로 상하 반전되게 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 2차 예비성형 소재(44)를 펀치측 가압봉(86) 및 다이측 지지봉(82)을 이용하여 상기 2차 예비성형 소재(44)보다 상대적으로 큰 직경을 갖으며 일측에 원추형 요입부가 형성된 가공소재(46)를 얻는 제3공정과, 상기 가공소재(46)를 제4단(88) 다이(90)의 가공소재 안착부(92)로 상하 반전되게 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 펀치(98)를 이동시켜 펀치측 가압봉(100)과 다이핀(94) 및 다이측 슬리브(96)를 이용해 가공소재(46)의 양단을 가압하여 소재 상단에 플랜지의 기본형상이 성형되고 소재 하단부로부터 몸통부에 압출 가공에 의한 긴 홈이 성형된 일측 플랜지형성 비관통 가공소재(48)를 얻는 제4공정과, 상기 가공 소재(48)를 제5단(110) 다이(112)로 이송시켜 가이드금형(138)의 내주 경사 안내면을 따라 미끄럼 운동하는 테이퍼식 분할금형(140)의 안착공간에 삽입 안착하고 펀치를 이동시켜 펀치측 가압봉(150)과 다이핀(126)이 동시에 가공소재(48)의 양단을 가압하여, 다이핀(126)에 의해 가공소재(48)의 비관통된 상단부 천공과 동시에 다이 핀(126)의 상단 봉과 슬리브(124)에 의해서 하부가 플랜지 형상으로 성형되어 인너튜브 완성품(50)을 얻는 제5공정으로 이루어진다.

Description

인너튜브 제조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING INNER TUBE}
본 발명은 차량 부품 제조에 관한 것으로, 특히 자동차용 인너튜브(inner tube) 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
차량 부품중 하나인 인너튜브는 자동차용 엔진 마운팅(engine mounting) 부위에 사용되는 방진구의 구성 부품이다. 방진구는 차량의 엔진 등으로부터 발생되는 진동과 소음을 차단하는 중요 구성품으로서 그 몸체는 메탈 튜브(metal tube)로서 금속재질이고, 외부는 고무재질로 구성되어 있다. 이러한 인너튜브는 정밀한 제품을 대량 제조할 수 있어 생산성 및 원가면 등에서 큰 장점이 있는 다단식 압조 성형방식으로 제조하지 못하고, 주로 절삭 가공방식에 의존해 제조하고 있다. 그 이유는 인너튜브의 형상이 양쪽 끝단부가 플랜지(flange)형상을 하고 있어서 몸통부분에 비해 치수가 더 크므로 다단식 압조 성형기로는 제조가 불가능한 제품으로 인식되었기 때문이다.
도 1에는 종래 기술에 따른 절삭가공방식에 의해 제조되는 인너튜브 제조 공정이 순차적으로 도시되어 있으며, 크게 4가지의 공정으로 이루어진다.
도 1을 참조하면, 이음매 없는 파이프(seamless pipe)를 전단기로 인너튜브 제조용 원자재가 되게 절단한 후(제1공정), 인너튜브제조용 원자재 파이프의 양단을 제외한 외측 중간부분을 CNC(Computerized Numerical Control) 선반 공작기를 이용하여 1차 절삭가공(제2 공정) 및 2차 정삭가공(제3 공정)을 수행하고, 그 후 양측 개구 모서리부를 절삭 가공 및 내경 면취가공(제4 공정)함으로써 인너튜브 완성품(8)으로 제조되어진다.
하지만 상기와 같은 인너튜브 제조 공정은 하기와 같은 문제점이 있다.
(1) 사용되는 원재료 가격이 압조용 원재료에 비해 2배 이상인 고가의 이음매 없는 파이프(seamless pipe)를 사용하여야만 가능하다.
(2) 가공품 치수의 정밀도 보증이 어렵다. CNC선반 등에 의해서 절삭을 행할 시 절삭기계 구성요소 중 바이트 팁(bite tip)등의 공구 마모로 인하여 치수변형이 빈발하였으며, 특히 길이방향의 정밀도는 일반적으로 가공비용을 줄이기 위해 수치제어식 장비가 아닌 일반적인 컷팅 방법을 행함으로써 정밀도 보증이 매우 어려웠다. 요컨대 제품의 품질 산포가 심하다.
(3) 각 공정간의 작업시간이 길다. 1차 컷팅, 2차 및 3차 몸통부위 외경 절삭, 4차 양측 개구의 모서리 절삭 등 약 3분 내외의 작업시간이 소요된다.
(4) 가공품은 구조적으로 금속의 유동가공이 아닌 절삭가공으로 행해짐으로써 금속의 섬유조직(metal fiber flow)이 절단된 상태가 되어 금속의 인장강도, 피로강도 등 기계적 성질에서 취약한 구조로 된다.
따라서 본 발명의 목적은 자동차용 인너튜브를 한번에 다단식 압조 성형기로 제조 가능한 인너튜브 제조방법 및 제조장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 금속의 인장강도, 피로강도 등 기계적 성질이 우수한 인너튜브를 제조가능한 인터튜브 제조방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적에 따라, 본 발명은, 다단식 성형기(2)를 이용한 인너튜브 제조방법에 있어서, 상기 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)에서 제조용 원자재를 절단하여 원기둥 소재(40)를 얻는 예비공정과, 상기 원기둥 소재(40)를 제1단(52) 다이(54)의 가공소재 안착부(56)로 이송시켜 안착공간에 삽입하고 다이측 지지봉(60)으로 받쳐지게 안착하고 펀치(58)를 이동시켜 상기 원기둥 소재(40)의 양단면이 가압되게 펀칭해 상하면 평면이 이루어진 1차 예비성형 소재(42)를 얻는 제1공정과, 상기 예비성형 소재(42)를 제2 단(64) 다이(66)의 가공소재 안착부(68)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 예비성형 소재(42)의 양면에 다이측 지지봉(70)과 펀치측 가압봉(74)을 이용해 양방향 동시 압착 가공하여, 소재의 양측단중 펀치측 부분이 수도 테이퍼진 원추형 요입부가 형성되고 소재의 다이측 부분이 수십도 경사진 내측 테두리의 요입 홈에 이어서 상기 수도와 유사한 정도로 경사진 원추형 요입부가 형성된 2차 예비성형 소재(44)를 얻는 제2공정과, 상기 2차 예비성형 소재(44)를 제3 단(76) 다이(78)의 가공소재 안착부(80)로 상하 반전되게 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 2차 예비성형 소재(44)를 펀치측 가압봉(86) 및 다이측 지지봉(82)을 이용하여 상기 2차 예비성형 소재(44)보다 상대적으로 큰 직경을 갖으며 일측에 원추형 요입부가 형성된 가공소재(46)를 얻는 제3공정과, 상기 가공소재(46)를 제4단(88) 다이(90)의 가공소재 안착부(92)로 상하 반전되게 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 펀치(98)를 이동시켜 펀치측 가압봉(100)과 다이핀(94) 및 다이측 슬리브(96)를 이용해 가공소재(46)의 양단을 가압하여 소재 상단에 플랜지의 기본형상이 성형되고 소재 하단부로부터 몸통부에 압출 가공에 의한 긴 홈이 성형된 일측 플랜지형성 비관통 가공소재(48)를 얻는 제4공정과, 상기 가공 소재(48)를 제5단(110) 다이(112)로 이송시켜 가이드금형(138)의 내주 경사 안내면을 따라 미끄럼 운동하는 테이퍼식 분할금형(140)의 안착공간에 삽입 안착하고 펀치를 이동시켜 펀치측 가압봉(150)과 다이핀(126)이 동시에 가공소재(48)의 양단을 가압하여, 다이핀(126)에 의해 가공소재(48)의 비관통된 상단부 천공과 동시에 다이 핀(126)의 상단 봉과 슬리브(124)에 의해서 하부가 플랜지 형상으로 성형되어 인너튜브 완성품(50)을 얻는 제5공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예에서는 다단식 성형기로는 제조가 불가능한 제품으로 인식되었던 인너튜브를 새로운 압조 기술에 의한 다단식 성형기를 이용하여 제조한다. 일반적으로 다단식 성형기로써 생산 가능한 형상은 양쪽에 플랜지(flange)가 없는 직선형태의 튜브나 혹은 한쪽방향에만 플랜지가 있는 튜브로 인식되어 있었다. 이는 다단식 성형기의 금형이 다이부와 직선왕복 운동을 하는 펀치부로 구성되어 있으므로 여러 단계에 걸쳐 공정이 행해질 때 다이 혹은 펀치 내부에 제품의 플랜지 등이 성형되어 있으면 탈거할 수 없게 되기 때문이다. 본 발명의 실시 예에서는 완전히 새로운 다이 및 펀치 금형형태로서 다이부 내에서 플랜지가 성형된 제품이 배출 가능하도록 구현하고 있다.
도 2는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 다단식 성형기의 측단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예의 이해를 돕기 위한 다단식 성형기의 작업 일순간을 포착한 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 다단식 성형기(2)는, 크게 다이측 고정부(4)와 펀치측 구동부(6)로 구성되며, 다이측 고정부(4)의 선단에는 다이블록(10)이 장착되고 펀치측 구동부(6)의 선단에는 펀치블록(12)이 장착된다. 각 단의 다이블록(10) 및 펀치블록(12)에는 본 발명의 실시 예에 따른 다이금형(도 3의 22) 및 펀치금형(도 3의 28)이 설치된다. 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)는, 가공할 소재를 절단하기 위한 절단나이프 블록(knife block)(20)과, 제1단(52) 내지 제5단(110) 블록 어셈블리로 구성하고 있으며, 상기 각 단간에는 이전 단에서 가공된 가공소재를 이후단으로 이동시키기 위한 집게지그(24)를 구비하고 있다.
도 3에서, 미설명된 참조번호 "26"은 집게지그(24)에 집혀서 다음 단으로 이동되고 있는 가공 소재이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)에 의한 인너튜브 가공소재를 공정별로 도시한 도면으로 가공할 소재를 절단하는 예비공정 및 #1공정 내지 #5공정의 본 공정으로 이루어진다.
그리고, 도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 각 단에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이다. 더욱 상세히 설명하면, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제1단(52)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제2단(64)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이며, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제3단(76)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제4단(88)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제5단(110)에 대응된 다이금형 및 펀치 금형의 구체 구조도이다.
본 발명의 실시 예에 따라 새로운 압조방식의 다단식 성형기(2)에 의한 제조공정은, 예비공정과, #1공정 내지 #5공정의 본 공정으로 이루어지며, 공정들 각각에 대해서는 도 2 내지 도 9가 참조하여 상세히 설명될 것이다.
(가) 예비공정
원형 와이어(wire) 선재를 다단식 성형기(2)에 구비된 도 2의 절단나이프 블록(20)의 절단 다이(die)의 면을 절단 나이프(knife)를 직선운동시켜 절단함으로써 도 4에 도시된 바와 같은, 원기둥 소재(40)를 얻는다.
(나) #1공정
#1공정은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제1단(52)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조를 도시하고 있는 도 5가 주로 참조되어 설명될 것이다.
상기 예비공정에서 절단된 원기둥 소재(40)는 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)과 제1단(52)간에 위치하는 집게지그에 의해서 이송되어 제1단(52)의 다이금형(이하 "다이"라 칭함)(54)의 가공소재 안착부(56)에 삽입 안착되어진다. 가공소재 안착부(56)의 하부에는 다이측 지지봉(60)이 가공소재 안착부(56)의 안착공간내에 약간 삽입 고정되어 있는 바, 가공소재 안착부(56)에 삽입 안착된 원기둥 소재(40)의 하부면을 받치게 된다.
그 후 다단식 성형기(2)의 펀치(58)를 하강시켜 제1단 펀치(58)의 펀치측 가압봉(62)이 삽입 안착된 원기둥 소재(40)의 상면을 가압 펀칭한다. 그 결과 원기둥 소재(40)의 절단된 상하면은 다이측 지지봉(60) 및 펀치측 가압봉(62)을 통한 가압에 의해서 교정되어지고, 도 4에 도시된 바와 같은 1차 예비성형 소재(42)가 얻어진다. 상기 원기둥 소재(40)의 절단된 상하면(절단면)을 교정하는 것은 절단면에 생긴 요철부분을 교정하여 평면부를 확보함과 아울러 원기둥 소재(40) 내부조직의 균일화를 이루기 위함이다. 상기와 같이 평면부 확보 및 내부 조직 균일화를 하여야만 추후 전개되는 후차 공정에서의 성형성 확보를 할 수 있다.
(다) #2공정
#2공정은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제2단(64)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조를 도시하고 있는 도 6이 주로 참조되어 설명될 것이다. #2공정은 2차 예비성형 공정으로서 차후공정을 위한 예비성형을 행한다.
#1공정을 거친 1차 예비성형 소재(42)는 다단식 성형기(2)의 제1단(52)과 제2단(64)간에 위치한 집게지그에 의해서 이동되어 제2단(64)의 다이(66)의 가공소재 안착부(68) 하단 안착공간에 안착된다. 가공소재 안착부(68)의 하부에는 다이측 지지봉(70)이 가공소재 안착부(68)의 안착공간내에 약간 삽입 고정되어 있는 바, 가공소재 안착부(68)에 삽입 안착된 1차 예비성형소재(42)의 하부면을 받치게 된다. 상기 가공소재 안착부(68)의 하단 안착공간의 하부면 테두리는 도 6에 도시된 바와 같이, 65˚정도 경사지게 형성되어 있고, 다이측 지지봉(70)의 선단은 30˚정도 경사진 테두리에 이어서 2˚정도 경사진 원추형 돌부가 형성되고, 펀치측 가압봉(74)의 선단도 2˚정도 경사진 원추형 돌부가 형성되어 있다.
따라서 제2단(64)의 다이(66)의 가공소재 안착부(68)에 안착된 다단식 성형기(2)의 제2단 펀치(72)를 하강시켜 펀치측 가압봉(74)으로 1차 예비성형 소재(42)의 상면을 가압 펀칭하게되면, 도 4에 도시된 바와 같은, 2차 예비성형 소재(44)가 얻어진다. 상기 2차 예비성형 소재(44)의 양측단중 펀치측 부분은 약 3˚정도 테이퍼진 원추형 요입부가 형성되어 있고, 다이측 부분은 30˚정도 경사진 내측 테두리의 요입홈에 이어서 2˚정도 경사진 원추형 요입부가 형성되어 있다. 또한 상기 다이측 부분의 외측은 65˚정도 경사지게 형성되어 있다. 상기와 같은 2차 예비성형 소재(44)의 양측 선단부 오목 원추형 요입홈 성형 가공은 차후공정에서의 소재의 유동성 확보를 위한 것이다.
(라) #3공정
#3공정은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제3단(76)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조를 도시하고 있는 도 7이 주로 참조되어 설명될 것이다.
#2공정(2차 예비성형 공정)을 거친 2차 예비성형 소재(44)는 다단식 성형기(2)의 제2단(64)과 제3단(76)간에 위치한 집게지그에 의해서 이동되면서 상하 반전되고 그 후 제3단(76)의 다이(78)의 가공소재 안착부(80) 하단 안착공간에 안착된다. 가공소재 안착부(80)의 하부에는 다이측 지지봉(82)이 가공소재 안착부(80)의 안착공간내에 약간 삽입 고정되어 있는 바, 가공소재 안착부(80)에 삽입 안착된 2차 예비성형소재(44)의 하부면을 받치게 된다. 상기 가공소재 안착부(68)의 안착공간의 직경은 #2공정의 안착공간 직경보다 상대적으로 크고 그에 따라 안착공간의 깊이는 상대적으로 얕게 형성되어 있다. 또한 상기 가공소재 안착부(68)의 하단 안착공간의 하부면 테두리는 도 6에 도시된 바와 같이, 40˚내지 60˚정도 경사지게 형성되어 있고, 펀치측 가압봉(86)의 선단도 2˚정도 경사진 원추형 돌부가 형성되어 있다.
따라서 제3단(76)의 다이(78)의 가공소재 안착부(80)에 안착된 다단식 성형기(2)의 제3단 펀치(84)를 하강시켜 펀치측 가압봉(86)으로 2차 예비성형 소재(44)의 상면을 가압 펀칭하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같은, 소재경이 확대되고 원추형 요입부가 형성된 가공 소재(46)가 얻어진다.
이전 2차 예비공정(#2공정)에서 양측 선단부 오목 원추형 요입홈 성형 가공은 양측 모두 성형가공을 위한 것이며, 본 #3공정에서는 양방향 성형가공성 확보와 아울러 차기공정에서 수행될 압출 가공을 위한 소재경의 확대 업세팅(upsetting) 가압도 이루어진다. 이때의 소재경 확대는 플랜지(flange)가공을 위한 기초경 확보 및 차기 공정에서의 전방향 압출 가공시 소재의 유동성 확보(금속 유동의 유효성)를 위한 것이다.
(마) #4공정
#4공정은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제4단(88)에 대응된 다이 및 펀치 금형(90,98)의 구체 구조를 도시하고 있는 도 8이 주로 참조되어 설명될 것이다.
#3공정에서 성형된 가공소재(46)는 다단식 성형기(2)의 제3단(76)과 제4단(88)간에 위치하는 집게지그에 의해서 이동되면서 상하 반전된 후 제4 다이(88)의 가공소재 안착부(92)의 외측공간에 안착된다. 가공소재 안착부(92)의 내측 개구에는 플랜지 형상이 기초 가공되어 있다. 다이(132) 내부에는 다이측 슬리브(96)와 다이핀(94)이 결합 설치되고, 그 하부에는 받침대(106)와 고정판(102)이 장착되고, 다이측 슬리브(94)를 쳐주기 위한 탈거핀(104)이 고정판(102)과 받침대(106)를 관통하여 슬리브(96) 하부면에 맞닿아 있다.
다이핀(94)은 가공소재 안착부(92)의 내측 개구 부근까지 연장되며, 그 선단부에는 도 8에 참조부호 ⓑ로 표시한 바와 같이, #2공정에서 원추형 요입부 경사각인 2˚보다 상대적인 큰 6˚정도 경사진 원추형 돌부가 형성되어 있다. 상기 6˚정도 경사진 원추형 돌부는 압출가공의 중요 요소가 되는데, 상기 원추형 경사면을 본 발명의 실시 예에서와 같이, 예컨대 6˚형상을 유지한 다이핀(94)으로 가압하여야만 소재의 내부조직이 균일화되고 또한 원활한 성형이 가능하다. 그 이유는 다이핀(94)의 선단 원추형 돌부의 경사각이 이전 #2공정에서 형성된 원추형 요입부의 경사각 2˚보다 상대적으로 켜야만 성형시 공기(air)가 차지 않도록 할 수 있기 때문이다. 만약 공기(air)가 차면 재대로 성형이 되지 않는다.
그리고 가공소재 안착부(92)의 내측 개구부에 가공된 플랜지형상 중 턱부위(ⓐ부위)의 성형각도는 마찰저항과 압출 시 금속의 유동성에 지대한 영향을 미치는 데, 실험을 통해 45˚의 경사 각도를 유지하는 것이 바람직함을 확인하였다.
한편 펀치(98)에는 펀치핀(100)이 결합 설치되어 있다. 펀치핀(100)의 선단은 기초홈 형성을 의한 섬형 돌출부와 그에 연이어 6˚정도 경사진 원추형 돌부가 형성되어 있다.
#4공정에서는, 펀치(100)로 가압하여 소재(46)를 가공소재 안착부(92)의 내측공간으로 밀어넣으면서 소재(46)의 상단에 플랜지의 기본형상이 성형케 되고, 하단부에는 고정된 다이핀(94)에 의해서 소재 몸통부의 압출 가공이 진행되어 긴 홈이 형성되어, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부가 비관통되며 일측에 플랜지가 형성된 가공소재(48)가 얻어진다.
(바) #5공정
#5공정은 본 발명의 실시 예에 따른 인너튜브 제조공정중 핵심되는 공정으로서, 다단식 성형기(2)의 제5단(110)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조를 도시하고 있는 도 9a 및 도 9b, 그리고 도 10이 주로 참조되어 설명될 것이다.
도 9a는 제5단(110)의 다이(112)의 안착공간에 안착된 가공소재(48)의 상단부위를 천공하기 바로 직전 다이 및 펀치의 단면 구성도이고, 도 9b는 다이핀(126)에 의해서 천공되어 가공소재(48)를 인너튜브 완성품(50)으로 성형한 후의 다이 및 펀치의 단면 구성도이다. 그리고 도 10은 도 9의 테이퍼식 분할 금형(140)의 사시도이다.
도 9a 및 도 9b를 함께 참조하면, #4공정에서 얻어진 가공소재(48)는 다단식 성형기(2)의 제4단(88)과 제5단(110)간에 위치하는 집게지그에 의해서 이동되어 제5단(110)의 다이(112)의 테이퍼식 분할금형(140)의 안착공간에 안착된다. 상기 제5단(180)은 다이(182) 및 펀치(208) 양측이 동시성형 작동하는 구조를 가지고 있다.
제5단(110)의 다이(112)는 다이 고정구(die holder)(114)에 의해 다이 블록(die block)(116)에 장착된다. 다이(112)의 내부에는 작동실(118)이 구비되어 가이드금형 작동용 압축스프링(120)이 안치되고 상기 압축 스프링(120)내에 다이핀(126), 슬리브(124) 및 금형 받침대(122)가 결합 설치되고, 후부에 다이핀 홀더(128)와 고정판(130)을 고정볼트(132)들을 이용해서 체결 고정시킨다. 또한 다이(116)의 내부에는 작동실(118)로부터 외부로 연통된 가공유 배출구(134)가 형성되어 있고, 슬리브(124)를 쳐주기 위한 탈거핀(136)이 고정판(130)과 다이핀 홀더(128)를 관통하여 슬리브(124)의 하부면에 맞닿아 있다.
그리고 작동실(118)의 가이드금형 작동용 압축 스프링(120)상에 위치하며 다이(112)의 걸림턱에 의해 제한되어 금형 받침대(122)의 상면에서부터 다이(112)의 걸림턱까지 제한되게 직선 이송할 수 있는 가이드 금형(138)이 위치하고, 상기 가이드 금형(138)의 내주 경사안내면을 따라 미끄럼 이송운동을 하는 테이퍼식 분할 금형(140)이 위치한다. 가이드금형(138)의 선단부면상에는 스토퍼(142)가 볼트(144)로 체결 고정되어서, 테이퍼식 분할 금형(140)의 미끄럼 이송운동을 제한시킨다.
테이퍼식 분할 금형(140)은 도 10에 상세히 도시된 바와 같이, 테이퍼구조의 4개의 분할 금형들(200a∼200d)이 스프링 조립공(도 9a, 도 9b의 204)을 통해 조립된 분할금형 연결용 압축스프링(202)들에 의해서 탄력 있게 연결되어, 가공소재(48)가 삽입될 수 있는 안착공간을 형성해준다. 테이퍼식 분할금형(140)의 상하부에는 가공소재(48)의 양단부가 플랜지 형태로 성형될 수 있도록 45°경사면이 형성되어 있다.
도 9a 및 도 9b를 다시 참조하면, 펀치의 펀치측 가압봉(150)의 선단에는 다이핀(126)이 삽입될 수 삽입홈이 형성되어 있고 그 주변에 기설정된 플랜지 형상을 수용할 수 있는 안착공간이 마련되어 있다.
테이퍼식 분할금형(140)의 안착공간에 가공소재(48)가 안착된 후 도 9a에 도시된 바와 같이, 펀치가 다이(112)측 방향으로 이동하게 되면 펀치측 가압봉(150)이 가공소재(48)의 상단부를 가압하기 시작한다. 그에 따라 가공소재(48)가 안착된 분할금형(140)은 가이드금형(138)의 내주 경사안내면을 따라 미끄럼 운동을 함에 따라 가공소재(48)를 더욱 견고히 죄게 되고, 다이핀(126)에 의한 가공소재(48)의 상단부가 천공(piercing)됨과 동시에 다이 핀(126)의 상단 봉과 다이측 슬리브(124)에 의해서 하부가 플랜지 형상으로 가압 성형되기 시작한다. 테이퍼식 분할금형(140)이 가이드 금형(138)과 함께 금형 받침대(122)의 상부면에 완전 접촉하게 되면 분할금형(140)의 안착공간에 안착된 가공소재(48)는 완전 구속되어지고 가공소재의 금속 조직을 유동시켜 플랜지 형상으로 성형되게 한다.
펀치가 도 9b에 도시된 바와 같이, 하사점까지 오게 되면 가공소재(48)는 인너튜브 완제품(50)으로 성형된다. 하사점까지 도달한 펀치는 후퇴하게 되고, 그에따라 가이드금형 작동용 압축 스프링(120)의 반력에 의해 가이드금형(138)은 걸림턱까지 후퇴하고 테이퍼식 분할금형(140)도 가이드 금형(138)의 내주 경사안내면을 따라 미끄럼 운동을 하여 스토퍼(142)까지 후퇴하게된다. 이때 테이퍼식 분할금형(140)의 안착공간은 분할금형 연결용 압축스프링(202)에 의해서 충분히 벌어져 있는 바, 탈거 핀(knockout pin)(136)들이 다이측 슬리브(124)를 쳐주므로 인너튜브 완제품(50)을 다이(112)로부터 탈거시킨다.
상기와 같이 공정들에 의해서 다단식 성형기(2)를 이용한 인너튜브 제조공정의 한 사이클(one cycle)이 종료된다. 다단식 성형기(2)의 각 단에서 한 사이클(one cycle) 가공시 걸리는 소요시간은 1초 내외가 소요되는 바, 본 발명에 따른 공정이 기계 성형기 내부에서 5단계의 공정을 거치므로 1단 가공시 1초이면 도합 5초이나 기계가 연속동작으로 이루어짐으로 작업시작 시에만 5초가 소요되고 계속작업이 이루어 질 때는 1초가 된다.
하기 표 1의 테이블에서는 종래기술과 본 발명의 실시 예에 따른 제조방법간을 비교해서 나타내고 있다.
상기한 표 1에서 나타난 바와 같이 여러 가지 항목들로 대비해 본 바와 같이, 본 발명의 다단식 성형기에 의한 인너튜브 제조방법은 종래 절삭 가공에 비해서 생산원가 절감이 상당하며 그에 따라 제품의 가격 경쟁력도 우위를 차지할 것이다.
상술한 본 발명의 설명에서는 자동차용 인너튜브와 같은 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 본 발명의 금형 공법은 자동차용 인너튜브외에 유사한 제품에도 응용될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 양단 모두에 플랜지 형상이 있는 인너튜브를 다단식 성형기로 제조할 수 있으므로 다단식 성형기의 이점을 최대한 이용할 수 있다. 또한 종래 절삭 가공에 비해서 모든 항목에서 월등하여 생산원가 절감을 이룰 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 절삭가공방식에 의해 제조되는 인너튜브 제조공정도,
도 2는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 다단식 성형기의 측단면도,
도 3은 본 발명의 실시 예의 이해를 돕기 위한 다단식 성형기의 작업 일순간을 포착한 평면도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기에 의한 인너튜브 제조과정을 공정별로 도시한 도면.
도 5 내지 도 9a,도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기 각 단에 대응된 다이 및 펀치 금형 구조도,
도 10은 도 9의 테이퍼식 분할금형 사시도.
<<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>>
2: 다단식 성형기 4: 다이측 고정부
6: 펀치측 구동부 10: 다이
12: 펀치 52: 제1단
64: 제2단 76: 제3단
88: 제4단 110: 제5단

Claims (5)

  1. 다단식 성형기(2)를 이용한 인너튜브 제조방법에 있어서,
    상기 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)에서 제조용 원자재를 절단하여 원기둥 소재(40)를 얻는 예비공정과,
    상기 원기둥 소재(40)를 제1단(52) 다이(54)의 가공소재 안착부(56)로 이송시켜 안착공간에 삽입하고 다이측 지지봉(60)으로 받쳐지게 안착하고 펀치(58)를 이동시켜 상기 원기둥 소재(40)의 양단면이 가압되게 펀칭해 상하면 평면이 이루어진 1차 예비성형 소재(42)를 얻는 제1공정과,
    상기 예비성형 소재(42)를 제2 단(64) 다이(66)의 가공소재 안착부(68)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 예비성형 소재(42)의 양면에 다이측 지지봉(70)과 펀치측 가압봉(74)을 이용해 양방향 동시 압착 가공하여, 소재의 양측단중 펀치측 부분이 수도 테이퍼진 원추형 요입부가 형성되고 소재의 다이측 부분이 수십도 경사진 내측 테두리의 요입 홈에 이어서 상기 수도와 유사한 정도로 경사진 원추형 요입부가 형성된 2차 예비성형 소재(44)를 얻는 제2공정과,
    상기 2차 예비성형 소재(44)를 제3 단(76) 다이(78)의 가공소재 안착부(80)로 상하 반전되게 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 2차 예비성형 소재(44)를 펀치측 가압봉(86) 및 다이측 지지봉(82)을 이용하여 상기 2차 예비성형 소재(44)보다 상대적으로 큰 직경을 갖으며 일측에 원추형 요입부가 형성된 가공소재(46)를 얻는 제3공정과,
    상기 가공소재(46)를 제4단(88) 다이(90)의 가공소재 안착부(92)로 상하 반전되게 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 펀치(98)를 이동시켜 펀치측 가압봉(100)과 다이핀(94) 및 다이측 슬리브(96)를 이용해 가공소재(46)의 양단을 가압하여 소재 상단에 플랜지의 기본형상이 성형되고 소재 하단부로부터 몸통부에 압출 가공에 의한 긴 홈이 성형된 일측 플랜지형성 비관통 가공소재(48)를 얻는 제4공정과,
    상기 가공 소재(48)를 제5단(110) 다이(112)로 이송시켜 가이드금형(138)의 내주 경사 안내면을 따라 미끄럼 운동하는 테이퍼식 분할금형(140)의 안착공간에 삽입 안착하고 펀치를 이동시켜 펀치측 가압봉(150)과 다이핀(126)이 동시에 가공소재(48)의 양단을 가압하여, 다이핀(126)에 의해 가공소재(48)의 비관통된 상단부 천공과 동시에 다이 핀(126)의 상단 봉과 슬리브(124)에 의해서 하부가 플랜지 형상으로 성형되어 인너튜브 완성품(50)을 얻는 제5공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 인너튜브 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제5공정이, 상기 가이드금형(138)의 내주 경사 안내면을 따라 후퇴된 테이퍼식 분할금형(140)의 벌어진 공간을 통해 안착공간에 삽입 안착된 양측단 플랜지 성형된 인너튜브 완성품(50)을 다이측 탈거핀(136)을 이용하여 탈거시킴을 특징으로 하는 인너튜브 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2공정에서, 소재의 양측단중 펀치측 부분이 3˚정도 테이퍼진 원추형 요입부가 수도 테이퍼진 원추형 요입홈이 형성되고 소재의 다이측 부분이 30˚정도 경사진 내측 테두리의 요입홈에 이어서 2˚정도 경사진 원추형 요입부가 형성되어 있음을 특징으로 하는 인너튜브 제조방법.
  4. 다단식 성형기(2)를 이용한 인너튜브 제조장치에 있어서:
    상기 다단식 성형기(2)를 절단나이프 블록(20) 및 제1단(52) 내지 제5단(110)으로 구성하고, 상기 각 단간에는 이전 단에서 가공된 가공소재를 이후단으로 이송시키기 위한 집게지그를 구비하며;
    상기 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)은, 제조용 원자재를 절단하여 원기둥 소재(40)를 성형하고,
    상기 제1단(52)은, 집게지그에 의해서 제1단(52) 다이(54)의 가공소재 안착부(56)에 이송되어 다이측 지지봉(60)으로 받쳐지게 안착된 원기둥 소재(40)를 펀치(58)를 이동시켜 상기 원기둥 소재(40)의 양단면이 가압되게 펀칭해 상하면 평면이 이루어진 1차 예비성형 소재(42)로 성형하고,
    상기 제2단(64)은, 집게지그에 의해서 제1단(52)으로부터 제2단(64)의 다이(66)의 가공소재 안착부(68)에 이송된 상기 1차 예비성형 소재(42)의 양면을, 선단이 30°정도 경사진 테두리에 이어 2°정도 경사진 윈추형 돌부가 형성된 다이측 지지봉(70)과 선단이 2°정도가 원추형 돌부가 형성된 펀치측 가압봉(74)을 이용해 가압하여 소재의 양측단중 펀치측 부분이 2°정도 테이퍼진 원추형 요입부가 형성되고 소재의 다이측 부분이 30°정도 경사진 내측 테두리의 요입 홈에 이어서 2°정도 경사진 원추형 요입부가 형성된 2차 예비성형 소재(44)로 성형하며,
    상기 제3단(76)은, 다이(78)의 가공소재 안착부(80)의 안착공간의 직경이 상기 2차 예비성형 소재(44)보다 상대적으로 큰 직경을 가지며, 집게지그에 의해서 제2단(64)으로부터 상하반전되게 이송되어 상기 가공소재 안착부(80)의 안착공간에 안착된 2차 예비성형 소재(44)를 펀치측 가압봉(86) 및 다이측 지지봉(82)을 이용하여 압착 가공하여 상기 2차 예비성형 소재(44)보다 상대적으로 큰 직경을 갖으며 일측에 원추형 요입부가 형성된 가공소재(46)로 성형하고,
    상기 제4단(88)은, 다이(90)의 가공소재 안착부(92)의 내측 개구부에 가공된 플랜지형상 중 턱부위의 성형각도가 45˚의 경사를 가지며, 집게지그에 의해서 상하반전되게 이송되어 상기 가공소재(46)가 상기 가공소재 안착부(92)에 삽입 안착되면 펀치(98)를 이동시켜 펀치측 가압봉(100)과 다이핀(94) 및 다이측 슬리브(96)를 이용해 가공소재(46)의 양단을 가압하여 소재 상단에 플랜지의 기본형상이 성형되고 소재 하단부로부터 몸통부에 압출 가공에 의한 긴 홈이 성형된 일측 플랜지형성 비관통 가공소재(48)로 성형하며,
    상기 제5단(110)은, 작동실(118)의 가이드금형 작동용 압축 스프링(120)상에 위치하며 다이(112)의 걸림턱에 의해 제한되어 금향 받침대(122)의 상면으로부터 다이(112)의 걸림턱까지 제한되게 직선 이송할 수 있는 가이드금형(138)이 위치하고, 상기 가이드금형(138)의 내주 경사 안내면을 따라 미끄럼 운동하는 테이퍼식 분할금형(140)의 안착공간에 삽입 안착하고 펀치를 이동시켜 펀치측 가압봉(150)과 다이핀(126)이 동시에 가공소재(48)의 양단을 가압하여, 다이핀(126)에 의해 가공소재(48)의 비관통된 상단부 천공과 동시에 다이 핀(126)의 상단 봉과 다이측 슬리브(124)에 의해서 하부가 플랜지 형상이 성형하여 인너튜브 완성품(50)을 얻도록 구성함을 특징으로 하는 인너튜브 제조장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제4단(88)의 다이핀(94)의 선단은 제3단(76)에서 성형된 가공소재(46)의 원추형 요입부의 원추형 요입부 경사면 보다 적어도 큰 경사면을 가지는 원추형 돌부를 가지게 구성함을 특징으로 하는 인너튜브 제조장치.
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