KR100892555B1 - 열교환기 헤더 제조용 공구와, 이를 이용한 헤더 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기 헤더 제조용 공구와, 이를 이용한 헤더 제조 방법에 관한 것으로, 펀치부재(10)와, 길이 방향으로 분리가능하게 결합하는 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)를 사용하여, 관형상의 헤더(1)에 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)를 삽입한 후 펀치부재(10)로 결합구멍(1b)을 간격을 두고 다수 형성하고, 제 2 맨드릴부재(22)와, 제 1 맨드릴부재(21)를 헤더(1) 외부로 순차적으로 분리하여 열교환기의 헤더를 제조하는 것이다.

즉, 펀칭공정에서 발생하는 절삭된 칩을 별도로 제거할 필요가 없어 헤더 제조 시 제조 공정을 단순화하는 효과가 있는 것이다.

또한 펀칭공정에서 헤더(1)의 결합구멍(1b) 내측으로 돌출되는 버어부(1c)를 형성할 수 있으며, 이 버어부(1c)는 튜브부재의 삽입을 안내하여 조립 시 불량률을 감소시키고, 결합구멍으로 결합하는 튜브부재의 접촉 면적을 넓혀 접합 강도를 증대시키는 효과를 발생시키는 것이다.

따라서 헤더 제조 시 제조 편의성과 생산성을 증대시킴은 물론 열교환기의 내구성을 증대시키고, 열교환기 조립 시 발생하는 불량률을 감소시킬 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

열교환기 헤더 제조용 공구와, 이를 이용한 헤더 제조 방법{Manufacturing Tool for Header of Heat Exchanger and Manufacturing Method}

본 발명은 열교환기 헤더 제조용 공구 및 이를 이용한 헤더 제조 방법에 관한 것으로 더 상세하게는 헤더의 튜브 결합면에 튜브부재의 결합을 위한 결합구멍을 일정 간격으로 뚫는 펀칭 공구 및 펀칭 방법에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 내부로 열 교환되는 유체가 통과되며, 간격을 두고 다수개 구비되는 튜브부재와, 상기 튜브부재 사이에 장착되어 열을 전달하는 면적을 넓히는 핀부재와, 상기 튜브부재의 양 단부에 결합하여 연통되며 내부에 열교환 유체를 통과시키는 한 쌍의 헤더부재를 포함한다.

즉, 상기 열교환기는 냉매 유입 파이프를 통해 헤더부재의 내부로 냉매를 유입한 후 튜브부재를 통과시켜 냉매를 열교환시킨 후 다시 헤더부재의 내부로 열교환된 냉매를 일시 저장한 후 냉매 배출 파이프를 통해 외부로 배출하여 냉매를 순환하는 구조를 가지는 것이다.

한편 상기 열교환기의 헤더는 제조 시 관형상으로 제조된 헤더의 결합면에 튜브부재의 단부를 결합할 수 있는 결합구멍을 헤더 제조용 공구로 펀칭하여 제조 되고 있는 실정이다.

상기 헤더 제조용 공구는 도 1에서 도시한 바와 같이 단부에 헤더(1)의 결합면(1a)을 뚫어 결합구멍(1b)을 형성하는 펀칭날(10a)이 구비된 펀치부재(10)와,

일면에 관 형상의 헤더(1) 내부로 결합하여 결합면(1a)을 내측에서 지지하는 지지면(20a)이 형성되되, 상기 지지면(20a)에는 결합구멍(1b)이 형성되는 위치에 대응되는 다수의 펀치 삽입홈(20b)이 형성된 맨드릴부재(20)를 포함한다.

헤더의 펀칭 방법은 관 형상의 헤더(1) 내부에 맨드릴부재(20)를 삽입한 후 펀치부재(10)의 펀칭날(10a)로 결합구멍(1b)의 형성 위치를 가압하면 펀치부재(10)의 펀칭날(10a)이 결합면(1a)을 관통하면서 맨드릴부재(20)의 펀치 삽입홈(20b)에 삽입되어 결합구멍(1b)을 펀칭하게 되는 것이다.

그리고 상기 맨드릴부재(20)는 펀치부재(10)의 펀칭날(10a)이 결합면(1a)을 가압하여 결합구멍(1a)을 뚫을 때 발생하는 가압력에 의해 헤더(1)의 형상이 변형되는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다.

그러나 상기한 종래의 헤더 제조 방법은 펀치부재로 결합구멍을 뚫을 때 발생하는 칩이 맨드릴부재에 형성된 펀치 삽입홈에 끼워져 펀칭 작업이 완료된 후 맨드릴부재를 분리하기 위해서는 별도의 칩 배출 공정을 가지는 불편함이 있었던 것이다.

또한 상기한 종래의 헤더 제조 방법은 헤더의 결합구멍 형성 시 결합 구멍 내측으로 돌출되는 버어부를 형성할 경우 헤더의 결합면 내측으로 돌출되는 버어부가 펀치 삽입홈에 끼워져 맨드릴부재를 분리하기가 불가능하므로 실제로 버어부를 형성하면서 펀칭할 수 없는 문제점이 있었던 것이다.

상기 버어부는 결합구멍의 내측으로 돌출되어 헤더로 결합하는 튜브부재와의 접촉 면적을 넓혀 브레이징 시 접항 강도를 증대시키는 것이나, 종래의 헤더 제조 방법으로는 상기한 바와 같이 버어부를 형성할 수 없으므로 튜브부재의 결합부분에서 접합 강도가 낮고, 블레이징 불량률을 높이는 폐단이 있었던 것이다.

본 발명의 목적은 별도의 칩 배출공정을 제거하여 제조 공정을 단순화하여 제조 시 작업 편의성 및 생산성을 증대시키는 열교환기 헤더 제조용 공구와, 이를 이용한 헤더 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 관 형상의 헤더 제조 시 결합구멍의 내측으로 펀칭과 동시에 버어부를 형성하여 블레이징 시 튜브부재와 접합 강도를 증대시키고, 불량률을 감소시키는 열교환기 헤더 제조용 공구와, 이를 이용한 헤더 제조 방법을 제 공하는 데 있다.

이러한 과제는 단부에 헤더의 결합면을 뚫어 결합구멍을 형성하는 펀칭날이 구비된 펀치부재와,

관 형상의 헤더 내부로 삽입되며, 일면에 헤더의 결합면을 내측에서 지지하는 지지면이 형성되되, 상기 지지면에는 결합구멍이 형성되는 위치에 대응되는 다수의 펀치 삽입홈이 형성된 제 1 맨드릴부재와;

상기 제 1 맨드릴부재에 길이 방향으로 분리가능하게 결합하되, 제 1 맨드릴부재와 결합하여 관형상의 헤더 내부로 삽입되어 제 1 맨드릴부재의 위치를 지지하는 제 2 맨드릴부재를 포함한 열교환기 헤더 제조용 공구를 제공함으로써 해결되는 것이다.

또한 상기 열교환 기 헤더 제조용 공구를 이용한 열교환기 헤더 제조 방법은 관형상의 헤더에 결합된 제 1, 2 맨드릴부재를 삽입하는 삽입공정과, 펀치부재로 헤더의 결합면을 가압하여 관통시켜 결합구멍을 간격을 두고 다수 형성하는 펀칭공정과;

제 2 맨드릴부재를 제 1 맨드릴부재에서 분리하면서 헤더 외부로 빼내는 제 1 분리단계와;

제 1 맨드릴부재를 헤더 외부로 분리하여 빼내는 제 2 분리단계가 순차적으로 이루어지는 것이다.

상기한 본 발명의 구성에 의하면, 제 2 맨드릴부재와 제 1 맨드릴부재를 헤더 내부에서 순차적으로 분리함으로써, 펀칭공정에서 발생하는 절삭된 칩을 별도로 제거할 필요가 없어 헤더 제조 시 제조 공정을 단순화하는 효과가 있는 것이다.

또한 펀칭공정에서 헤더의 결합구멍 내측으로 돌출되는 버어부를 형성할 수 있으며, 버어부는 튜브부재의 삽입을 안내하여 조립 시 불량률을 감소시키고, 결합구멍으로 결합하는 튜브부재의 접촉 면적을 넓혀 접합 강도를 증대시키는 효과를 발생시키는 것이다.

따라서 헤더 제조 시 제조 편의성과 생산성을 증대시킴은 물론 열교환기의 내구성을 증대시키고, 열교환기 조립 시 발생하는 불량률을 감소시킬 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명인 열교환기 헤더 제조용 공구를 도시한 분해사시도로서, 제 1, 2 맨드릴부재가 길이방향으로 슬라이딩 결합하며, 헤더의 결합면으로 펀치부재가 가압되어 결합구멍을 형성하는 것을 나타내고 있다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시 예를 도시한 사시도로서, 본 발명의 펀치부재의 형상을 예시하고 있으며, 도 3a에서 도시된 펀치부재는 결합면을 뚫어 천공함으로써 결합구멍을 형성하는데 사용되는 것이고, 도 3b 내지 도 3d에서 도시된 펀치부재는 결합면을 펀칭날로 찢어 결합면 내측으로 버어부를 형성하면서 결합 구멍을 형성하는 데 사용되는 것을 나타내고 있다.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명으로 제조된 열교환기 헤더의 단면도로서, 도 4a는 결합구멍이 뚫려 천공된 헤더의 단면도이고, 도 4는 헤더의 결합면이 찢어져 결합면의 내측으로 버어부를 형성하면서 결합구멍이 형성된 헤더의 단면도를 나타내고 있다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명인 헤더 제조 방법을 순차적으로 도시한 개략도로서, 삽입공정과, 펀칭공정, 제 1, 2 분리단계의 과정을 순차적으로 상세히 나타낸 것이다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명인 헤더 제조 방법의 다른 실시 예를 도시한 개략도로서, 결합면의 내측으로 버어부를 형성하면서 결합구멍을 뚫는 펀칭 공정을 순차적으로 나타내고 있다.

이하, 도 2에서 도시한 바와 같이 본 발명인 열교환기 헤더 제조용 공구는 관형상으로 형성되는 열교환기의 헤더(1)를 펀칭하여 튜브부재(미도시)를 결합할 수 있는 결합구멍(1b)을 형성하는 것으로, 이 열교환기의 헤더(1) 및 튜브부재의 구성은 종래의 공지된 것으로 상세한 설명을 생략함을 밝혀둔다.

열교환기의 헤더(1)는 튜브부재(미도시)가 결합되는 결합면(1a)을 가지며, 본 발명인 헤더 제조용 공구의 펀치부재(10)는 단부에 상기 결합면(1a)을 결합구멍(1b)을 형성하는 펀칭날(10a)을 구비한다.

또한 상기 헤더(1) 내부에는 서로 상호 결합하되, 길이방향으로 분리 가능하게 결합하는 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)가 삽입된다.

상기 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)는 결합면(1a)을 내측에서 지지면(20a)으로 지지하여 결합구멍(1b)을 뚫을 경우 발생하는 헤더(1) 형상의 변형을 방지하는 것이다.

상기 제 1 맨드릴부재(21)는 헤더(1)의 내부로 삽입되어 결합면(1a)의 내측면에 밀착되는 지지면(20a)이 일면에 형성된다.

상기 지지면(20a)에는 길이 방향으로 일정간격을 가지고 다수 파여지는 펀치 삽입홈(20b)이 형성되며, 상기 펀치 삽입홈(20b)은 결합구멍(1b)이 형성되는 간격에 대응되는 일정 간격으로 다수 형성되는 것이다.

상기 제 2 맨드릴부재(22)는 상기 제 1 맨드릴부재(21)의 하부로 길이방향으로 결합되며, 제 1 맨드릴부재(21)와 결합되어 헤더(1)의 내부로 삽입되어 헤더(1)의 내부에서 제 1 맨드릴부재(21)의 지지면(20a)이 헤더(1)의 결합면(1a) 내측면에 밀착되도록 지지하는 것이다.

상기 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)는 서로 대향되어 결합하는 양면 중 어느 일면에 길이방향으로 가이드 돌기부(23)가 형성되고, 다른 일면에 상기 가이드 돌기부(23)가 길이방향으로 결합하는 가이드 홈(24)이 형성되어, 상기 가이드 돌기부(23)가 가이드 홈(24)을 따라 결합하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 가이드 돌기부(23)와 가이드 홈(24)은 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)의 결합과 분리를 안내함과 동시에 결합상태를 유지하는 것이다.

따라서, 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)는 가이드 돌기부(23)와 가이드 홈(24)으로 결합과 분리가 안내되어 헤더(1) 내부로 용이하게 삽입할 수 있으며, 각각 분 리하여 헤더(1) 외부로 용이하게 빼낼 수 있는 것이다.

한편, 상기 펀치부재(10)는 도 3a에서 도시한 바와 같이 펀칭날(10a)을 단부 모서리를 따라 형성한 천공펀치(11)를 사용할 수도 있다.

상기 천공펀치(11)는 도 4a에서 도시한 바와 같이 헤더(1)의 결합면(1a)에 결합구멍(1b)을 천공하도록 형성하는 것이다.

또한 상기 펀치부재(10)는 도 3b 내지 도 3d에서 도시한 바와 같이 몸체 단부에서 테이퍼져 형성되는 선단부(12a)에 펀칭날(10a)을 형성한 절단펀치(12)를 사용할 수도 있는 것이다.

상기 절단펀치(12)는 도 4a에서 도시한 바와 같이 펀칭날(10a)로 헤더(1)의 결합면(1a)을 폭방향으로 절단하면서 관통하고 절단된 부분을 테이퍼부로 가압하면서 안내하여 버어부(1c)를 형성하는 것이다.

그리고 상기 절단펀치(12)의 선단부(12a)는 헤더(1)의 형상 즉, 관형상의 헤더(1)에서 결합구멍(1b)이 형성되는 결합면(1a)의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 도 3b 내지 도 3d에서 도시한 선단부(12a)의 형상 이외에도 제조되는 열교환기 헤더(1)의 형상에 따라 대응되게 형성될 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

상기 본 발명인 헤더 제조용 공구를 이용한 헤더 제조 방법은 하기와 같다.

일단 도 5a에서 도시한 바와 같이 삽입공정을 통해 헤더(1) 내부에 결합된 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)를 삽입하여 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)로 결합구멍(1b)이 형성되는 헤더(1)의 결합면(1a)을 지지하도록 한다.

상기 삽입공정 후 펀치부재(10)로 결합구멍(1b)을 형성하는 펀칭공정이 행해지며, 펀칭공정은 도 5b 내지 도 5c에서 도시한 바와 같이 천공펀치(11)로 헤더(1)의 결합면(1a)을 펀칭하여 결합구멍(1b)을 형성하되, 펀치 삽입홈(20b)에 대응되는 간격 즉, 열교환기의 튜브부재가 결합하는 일정 간격으로 다수의 결합구멍(1b)을 순차적으로 천공하여 형성하는 것이다.

도 5b 내지 도 5c에서 도시한 펀칭공정은 천공펀치(11)를 사용하여 헤더(1)의 결합면(1a)을 천공하여 결합구멍(1b)을 형성하는 것이다.

또한, 펀칭 공정은 도 6a 내지 도 6b에서 도시한 바와 같이 선단부(12a)에 펀칭날(10a)을 구비한 절단펀치(12)를 사용하여 결합구멍(1b)을 형성할 수도 있는 것이다.

상기 절단펀치(12)는 펀칭날(10a)을 형성될 결합구멍(1b)의 중앙에 위치시킨 후 가압되어 펀칭날(10a)이 헤더(1)의 결합면(1a)을 절단하면서 헤더(1) 내부로 관통되는 것이다.

그리고 상기 절단펀치(12)로 절단된 부분은 찢어지면서 절단펀치(12)의 펀칭날(10a)과 함께 제 1 맨드릴부재(21)의 펀치 삽입홈(20b)으로 삽입되어 버어부(1c)를 형성하게 되는 것이다.

상기 제 1, 2 맨드릴부재(21, 22)는 헤더(1) 내에서 결합면(1a)의 내측면에 밀착되어 헤더(1)의 결합면(1a)을 가압하는 펀치부재(10)의 가압력을 지지하여 상기 펀칭공정 중 헤더(1) 형상의 변형을 방지하는 것이다.

상기 펀칭공정 후에는 도 5d에서 도시한 바와 같이 제 2 맨드릴부재(22)를 제 1 맨드릴부재(21)에서 분리하여 헤더(1) 외부로 빼내는 제 1 분리공정이 이루어진다.

상기 제 2 맨드릴부재(22)는 제 1 분리공정에서 제 1 맨드릴부재(21)의 길이방향으로 이동하면서 제 1 맨드릴부재(21)와 분리됨과 동시에 헤더(1) 외부로 빼내져 분리되는 것이다.

상기 제 1 맨드릴부재(21)는 제 1 분리공정으로 제 2 맨드릴부재(22)가 분리되면 하강되어 헤더(1) 내부에서 결합면(1a)의 내측면과 간격을 두고 위치되는 것이다.

상기 제 1 분리공정 후에는 도 5e에서 도시한 바와 같이 제 1 맨드릴부재(21)를 헤더(1) 외부로 빼내 분리하는 제 2 분리공정이 이루어진다.

상기 제 2 분리공정 시 제 1 맨드릴부재(21)는 하강되어 결합면(1a)과 간격을 두고 위치한 상태이므로 펀칭공정에서 발생한 칩, 또는 버어부(1c)에 간섭되지 않고 용이하게 헤더(1) 외부로 분리될 수 있는 것이다.

상기한 헤더 제조 방법으로 도 5f 또는 도 6c에서 도시한 바와 같이 튜브부재를 결합할 수 있는 결합구멍(1b)이 다수 뚫려지는 헤더(1) 및 결합구멍(1b)의 내측으로 버어부(1c)가 돌출되는 헤더(1)를 용이하게 제조할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

도 1은 종래의 열교환기 헤더 제조용 공구를 도시한 분해사시도

도 2는 본 발명인 열교환기 헤더 제조용 공구를 도시한 분해사시도

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시 예를 도시한 사시도

도 4a 내지 도 4b는 본 발명으로 제조된 열교환기 헤더의 단면도

도 5a 내지 도 5f는 본 발명인 헤더 제조 방법을 순차적으로 도시한 개략도

도 6a 내지 도 6c는 본 발명인 헤더 제조 방법의 다른 실시 예를 도시한 개략도

*도면 중 주요 부호에 대한 설명*

1 : 헤더 10 : 펀치부재

21 : 제 1 맨드릴부재 22 : 제 2 맨드릴부재

23 : 가이드 돌기부 24 : 가이드 홈

Claims (5)

1. 단부에 헤더의 결합면을 뚫어 결합구멍을 형성하는 펀칭날이 구비된 펀치부재와,

   관 형상의 헤더 내부로 삽입되며, 일면에 헤더의 결합면을 내측에서 지지하는 지지면이 형성되되, 상기 지지면에는 결합구멍이 형성되는 위치에 대응되는 다수의 펀치 삽입홈이 형성된 제 1 맨드릴부재와;

   상기 제 1 맨드릴부재에 길이 방향으로 분리가능하게 결합하되, 제 1 맨드릴부재와 결합하여 관형상의 헤더 내부로 삽입되어 제 1 맨드릴부재의 위치를 지지하는 제 2 맨드릴부재를 포함한 것을 특징으로 하는 열교환기 헤더 제조용 공구.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1, 2 맨드릴부재는 서로 대향되어 결합하는 양면 중 어느 일면에 길이방향으로 가이드 돌기부가 형성되고, 다른 일면에 상기 가이드 돌기부가 길이방향으로 결합하는 가이드 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 헤더 제조용 공구
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 펀치부재는 몸체 단부에서 테이퍼져 형성되는 선단부에 펀칭날을 형성한 절단펀치를 사용하는 것을 특징으로 하는 열교환기 헤더 제조용 공구.
4. 관형상의 헤더에 결합된 제 1, 2 맨드릴부재를 삽입하는 삽입공정과;

   펀치부재로 헤더의 결합면을 가압하여 관통시켜 결합구멍을 간격을 두고 다수 형성하는 펀칭공정과;

   제 2 맨드릴부재를 제 1 맨드릴부재에서 분리하면서 헤더 외부로 빼내는 제 1 분리단계와;

   제 1 맨드릴부재를 헤더 외부로 분리하여 빼내는 제 2 분리단계가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기 헤더 제조 방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 펀칭공정은 선단부에 펀칭날을 구비한 절단펀치를 사용하여 절단펀치로 절단된 부분을 찢어 결합구멍의 내측으로 돌출시켜 버어부를 형성하면서 결합구멍을 뚫어 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기 헤더 제조 방법.

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