KR100908981B1 - 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기 - Google Patents

밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밴딩 기능이 부착된 파이프성형기에 관한 것으로, 파이프 소재를 연속적으로 이송시키면서, 툴(tool)에 의해 강제적으로 파이프의 선단 형상을 소성변형시켜 성형하고 절단하여 다양한 형상의 파이프를 제조하는 밴딩 기능이 부착된 파이프성형기에 관한 것이다. 상세하게는 언코일러상에 적재된 코일형태의 파이프를 이송롤러와 교정롤러를 거쳐 형상성형 공간까지 공급해 주면서 파이프를 뒤틀어 파이프 원주방향의 각도를 생성시켜주는 파이프이송장치; 파이프의 선단을 툴에 의해 강제로 소성변형을 일으켜 성형[확관(expand),축관(swaging),교정(sizing),비딩 (beading), 스피닝(spining), 벌징(bulging)등]하는 툴유니트; 파이프의 선단 성형작업시 파이프 진행방향의 역방향으로 밀리지 않게 잡아주는 클램프유니트; 파이프이송장치의 각도 생성 기능과 더불어 파이프의 진행방향과 직교방향으로 각도를 생성시켜 3차원 밴딩이 가능한 밴딩(bending)유니트; 성형이 끝난 제품을 절단하여 완성품으로 만드는 절단유니트; 및 상기 주요 구성품과 회로적으로 연결되면서 설정된 시퀀스에 따라 동작을 순차적으로 작동시키며 제어하는 제어부로 구성되어 있다.
파이프, 밴딩, 비딩, 확관, 축관, 벌징, 사이징, 스피닝, 컷팅

Description

밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기{pipe forming mechine with bender}
본 발명은 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파이프 소재를 연속적으로 이송시키면서, 툴(tool)에 의해 강제적으로 파이프의 선단 형상을 소성변형시켜 성형하고 절단하여 다양한 형상의 파이프를 제조하는 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기에 관한 것이다.
구체적으로는, 언코일러상에 적재된 코일형태의 파이프를 이송롤러와 교정롤러를 거쳐 형상 성형 공간까지 공급해 주면서 파이프를 뒤틀어 파이프 원주방향의 각도를 생성시켜주는 기능을 가진 파이프이송장치와 파이프의 선단을 툴(tool)에 의해 강제로 소성변형을 일으켜 성형(즉, 확관 (expand),축관 (swaging), 교정(sizing), 비딩(beading), 스피닝(spining), 벌징 (bulging) 등)하는 툴유니트와, 파이프의 선단 성형작업시 파이프 진행방향의 역방향으로 밀리지 않게 잡아주는 클램프유니트와 파이프이송장치의 각도 생성 기능과 더불어 파이프의 진행방향과 직교방향으로 각도를 생성시켜 3차원 밴딩이 가능한 밴딩(bending)유니트와, 성형이 끝난 제품을 절단(cutting)하는 절단유니트와, 상기 주요 구성품과 회로적으로 연결되면서 설정된 시퀀스에 따라 동작을 순차적으로 작동시키며 제어하는 제어부로 구성되어 있다.
종래의 파이프의 형상 성형가공기는, 각각의 형상에 맞는 전용기계를 사용하여 형상을 성형하고 다음 공정으로 이동하는 방식이다. 예를 들면, 파이프의 선단이 비딩(beading)되고 다양한 각도로 밴딩(bending)이 필요한 경우 코일형태의 원소재를 소정의 길이에 맞게 절단(cutting)한 다음, 교정작업(straight), 비딩(beading)작업, 3차원 밴딩(bending)작업 등의 개별공정을 거처 완성제품이 생산되는데, 여기에는 4대의 전용장비와 각각의 작업자가 필요하다. 특히 3차원 밴딩작업에는 고가의 수치제어장치가 부착된 전용기가 사용되고, 제품의 공정과 공정간의 이동으로 인한 낭비가 발생하고, 또한 넓은 작업공간을 필요로 하여 생산원가를 상승시키는 원인이 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결할 목적으로 파이프의 선단 형상 및 밴딩의 형상에 따라 툴(tool)의 교체만으로 연속작업이 한 설비 내에서 이루어지도록 하여 공정간의 물류 이동 및 작업인원을 줄여 낭비를 최소화하고 단시간에 완성품이 생산되어지도록하는 밴딩 기능이 부착된 파이프성형기를 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위한 본 발명의 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기는, 언코일러상에 적재된 코일형태의 파이프를 이송롤러와 교정롤러를 거쳐 형상 성형 공간까지 공급해 주면서 파이프를 뒤틀어 파이프 원주방향의 각도를 생성시켜주는 기능을 가진 파이프 이송유니트와, 상기 파이프의 선단을 툴유니트에 의해 강제로 소성변형을 일으켜 성형(확관(expand), 축관(swazing), 교정(sizing), 비딩(beading), 스피닝(spning), 벌징(bulging) 등]하는 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기 있어서, 상기 파이프의 선단 성형 작업시 파이프 진행방향의 역방향으로 밀리지 않게 잡아주는 클램프 유니트와 복수의 툴(TOOL)을 파이프 진행방향의 맞대응 방향 및 방사상으로 설치하여 지지하고, 각 툴의 선단부가 회전하도록 지지하였고, 상기 파이프 이송유니트의 각도 생성 기능과 더불어 파이프의 진행방향과 직교방향으로 각도를 생성시키고 수치제어기능을 더하여 3차원 밴딩(bending)이 가능하도록 하였고, 형상 성형이 완료된 제품을 절단하기 위해 회전 톱날을 회전시키면서 파이프의 진행방향과 직교하게 슬라이딩 가능하도록 설치하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 파이프 형상에 따라 툴(tool)의 교환만으로 연속작업이 한 설비 내에서 이루어지도록 하여, 전용설비 감소 및 공정 간의 물류 이동이나 작업인원을 줄여 낭비를 최소화하고, 단시간에 완성품이 생산이 가능하여 생산원가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 형태에 관해서 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 설명하는 실시 예는 본 발명의 실시 수단으로서의 일례이며, 본 발명은 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 하기 실시 형태를 수정 또는 변형한 것에 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기의 구성을 보이고 있는 정면 사시도이고, 도 2는 상기 밴딩 기능이 부착된 파이프성형기의 측면을 보이고 있는 사시도이다.
상기 도 1,2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기는 베이스(100)의 상부에 각종 툴유니트가 장착된 프레임(200)과, 상기 프레임(200)의 일측에 배치된 파이프 이송유니트(300)와, 상기 프레임(200)의 일면에 방사상 형태와 파이프의 진행 방향에 맞대응하여 설치된 복수의 툴유니트와, 이들의 동작을 순차적으로 제어하고 외부 입출력이 가능하도록 한 제어부(700)로 구성된다. 이때 상기 툴유니트는 클램프유니트(400), 절단유니트(500), 스피닝툴유니트(600), 포밍유니트(800), 밴딩유니트(900)을 말하며, 이는 하기의 각 도면에서 구체적으로 설명한다.
상기 파이프 이송유니트(300)는 도 1과 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이, 형상 성형되어지는 파이프를 언코일러(90)로 부터 강제로 인출하는 이송롤러유니트(310)와, 상기 파이프를 이송시키는 방향과 직각으로 설치한 복수의 대항롤러(315)와, 상기 이송롤러유니트(310)에 의해 압송되면서 교정되는 교정롤유니트(320)로 구비되며, 이들 롤러유니트(310,320)를 구동시키는 구동장치로 정·역회전이 가능한 이송서보모타(311)가 장착된다. 상기 이송서보모타(311)는 후술하는 밴딩유니트(900)의 밴딩 작업시 파이프를 전진, 후진시키면서 파이프의 굴곡점과 밴딩구간의 길이를 조절하는 역할을 한다.
이러한 파이프 이송유니트(300)는 각도조절서보모타(313)의 구동에 의해 파이프를 뒤틀어 파이프의 원주방향으로 임의의 각도로 회전할 수 있게 하여 후술하는 밴딩유니트(900)의 밴딩 작업시 파이프의 원주방향 각도를 생성시킨다.
도 11에서 보는 바와 같이, 이송롤러유니트(310)와 교정롤러유니트(320)에 설치된 대항롤러(315)의 원주면에는 파이프 외경에 대항하는 둥근홈(321)을 형성하면서 1조에 2개씩 서로 마주보게 형성하고, 두 롤러(315)간 중심 거리를 조절할 수 있는 중심조절장치(328)를 설치하여 파이프의 외경보다 0.02mm 작은 공간을 확보하도록 조절하고, 각 대항롤러(315)를 이송서보모타(311)로 파이프 진행방향으로 회전시킴으로써 파이프가 압송되도록 하여 파이프를 형상 성형 공간으로 송출한다.
프레임(200)의 일면에는 파이프를 강제적으로 굽히거나 끝단의 형상을 줄이고, 늘이고, 벌이고, 자르기 등에 의해 소정의 형상을 가지는 파이프를 성형하는 최소 1개 이상의 툴유니트가 파이프의 진행 방향 또는 전후, 좌우 등의 방사상으로 설치된다. 이는 하기에서 구체적으로 설명한다.
상기 프레임(200)에는 도 4 내지 도 8에서 도시한 바와 같이, 파이프 이송유니트(300)를 통하여 압송된 파이프가 선단 성형시 파이프 진행방향에 대한 역방향으로 밀리지 않게 하기 위한 클램프유니트(400)와, 이 클램프유니트(400)을 통과하여 이송된 파이프를 선단 성형하는 포밍유니트(800) 및 밴딩유니트(900), 그리고 완성된 파이프를 절단하는 절단유니트(500) 등이 부착되어 있다.
상기 밴딩유니트(900)는 도 4에서 나타낸 바와 같이, 회전툴(916)을 슬라이드(922)에 의해 슬라이드 가능하도록 지지하면서 회전툴(916)을 툴축 주변으로 회전시키는 회전축(906)과, 이 회전축(906)을 회전구동시키는 밴딩서보모타(902)가 부착되어 있다. 상기 밴딩유니트(900)는 파이프의 진행방향과 일치하게 X축밴딩유니트(908)을 구비하여, 전술한 파이프 이송유니트(300)의 각도생성 기능과 더불어 3차원 밴딩(bending)이 가능하도록 하였다. 즉, 2차원 밴딩의 경우 X축밴딩유니트(908)만을 사용하여 파이프의 직교방향 각도로 밴딩하고, 3차원 밴딩이 필요한 경우 전술한 파이프 이송유니트(300)의 각도생성 기능에 의해 파이프의 원주방향으로 각도를 생성시킨 후 X축밴딩유니트(908)로 다시 밴딩하여 3차원 밴딩작업을 수행하는 구조이고, 이때의 X축밴딩유니트(908)의 회전툴(916)은 밴딩서보모타(902)에 의해 회전이 제어된다.
또한, 밴딩 작업시 회전툴(916)과 밴딩클램프(910)가 파이프를 잡는(이하 '척킹'이하 함) 위치가 밴딩의 굴곡점이 되며, 이 굴곡점은 X축밴딩유니트(908)가 파이프를 척킹하기 전에 클램프(912)와 밴딩클램프(910)가 해제되고, 파이프 이송유니트(300)의 이송서보모타(311)의 정·역회전에 의하여 거리가 조절되고난 후 척킹되므로써 조정이 이루어진다. 또한 밴딩구간이 길이도 상기의 동작에 의해 수행되며, 이들의 동작은 수치제어하여 설정하는 것이 가능하다.
도 9와 도 12에서 알 수 있듯이, 밴딩클램프(910)에 부착된 클램프(912)는 고정블록(926)과 상호 T홈으로 연결하면서 형상은 직선형태로 구비되고, 회전툴(916)과 마주보는 면에 파이프 외경에 대항하는 둥근홈(928)을 설치하며, 클램프(912)와 회전툴(916)간 중심 거리를 조절할 수 있는 척킹량조절기(924)를 구비하여 파이프를 척킹할 때, 회전툴(912)과의 틈새가 파이프의 외경보다 0.02mm 작은 공간을 확보하도록 하고, 파이프의 외경을 완전히 감싸도록 하여 파이프의 원주방향으로 찌그러짐을 최소화하였다.
파이프 밴딩시 파이프 이송유니트(300)의 이송서보모타(311)와 밴딩서보모타(902)가 서로 연동하여 밴딩 회전량 만큼의 파이프를 공급하도록 하여 회전시 저항을 최소화하고, 클램프(912)를 고정블록(926))의 T홈을 따라 구속없이 슬라이딩 되도록 하여 회전툴(916)의 접선상의 한 점과 항상 일치되도록 함으로써 파이프의 원주방향으로의 찌그러짐과 주름 발생을 방지하였다.
통상의 작업은 파이프의 선단부를 성형하고 난후 밴딩 작업이 이루어지므로, 밴딩 작업이 없을 때에는 밴딩유니트(900)에 부착된 전후진 실린더(904)에 의해 파이프의 성형공간에서 프레임(200) 측으로 숨겨져 다른 툴유니트의 작업을 방해하지 않는다.
클램프 유니트(400)는 도 5에서 도시한 바와 같이, 파이프의 선단 성형 작업시 포밍유니트(800)의 메인실린더(802)의 작용힘에 대항하여 파이프가 진행방향의 역방향으로 밀리지 않도록 클램프 블록(414)과 T홈으로 연결된 클램프1(416)을 누르는 클램핑실린더(402)에 의해 압착된다. 이때, 파이프의 찌그러짐을 방지하기 위해 클램프1(416)의 상,하 대응면에 파이프 외경에 대항하는 둥근홈(410)을 설치하고, 클램프1(416)의 거리조절기(404)에 의해 그 틈새는 파이프의 외경보다 0.02mm 작게 조절한다. 클램프블록(414)에는 파이프가 통과되도록 파이프의 외경보다 큰 파이프통과구멍(418)을 설치하고, 클램프유니트(400)는 전술한 밴딩 작업시 클램핑이 해제되어 밴딩의 뒤틀림 각도를 크게 하는데 방해하지 않는 구조를 지닌다.
도 7에서 보는 바와 같이, 파이프의 형상 성형이 완료된 뒤 절단유니트(500)에 부착된 회전톱날(506)에 의해 파이프의 절단작업이 이루어진다. 상기 절단유니트(500)는 회전톱날(506)을 회전시키는 회전모타(502)와, 상기 회전모타(502)의 회전력을 전달해주는 회전전달장치(504), 안전카바(508), 슬라이드(510) 등으로 구성되며, 파이프의 진행방향과 직교하게 회전톱날(506)이 슬라이딩되도록 설치되고, 절단작업이 있을 때만 회전하여 절단작업을 수행한다.
도 13은 각종 툴에 의한 파이프 선단 성형 예로서, 플레어(flare), 스피닝(spining), 비딩(beading) 성형을 도시하였다. 비딩 성형의 경우 비딩 형상 및 파이프 소재의 종류 등에 따라 1차로 완성하기 힘든 성형의 경우 1차, 2차 혹은 3차에 걸쳐 작업이 가능하다.
포밍유니트(800)는 도 6에 도시한 바와 같이, 슬라이드(806)를 움직이는 메인실린더(802)가 성형작업을 수행하며, 상기 슬라이더(806)에 파이프의 진행 방향과 직교하게 제어실린더(804)가 설치되고, 상기 슬라이더(806)의 선단에는 3가지의 외경을 가진 포밍툴(810)을 장착하여 순차적으로 작업이 이루어지도록 하였다. 1차, 2차 성형으로 제품이 완성되는 경우 제어실린더(804)를 각 차수에 맞게 동작시키는 것이 가능하다.
도 8은 스피닝(spining) 성형에 필요한 스피닝툴유니트(600)를 나타낸 것으로, 스피닝은 파이프의 외부를 회전하는 회전자(606)의 회전과 동시에 파이프 진행방향의 역방향으로 힘이 가해져야 하므로 실린더(608)와 회전자(606)를 툴축 주변으로 회전시키는 회전축(604)과 이 구동축을 회전 구동시키는 모타(602)가 부착되고, 포밍유니트(800)의 좌우에 각 1조씩 일정 각도를 가지고 설치되는 것이 바람직하다.
도 10은 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기의 제어부(700) 구성을 나타내는 블록도이다. CPU(701)는 제어부의 전체를 총괄 제어한다. ROM(702)은 CPU(701)의 프로그램 및 각종 DATA를 기억한다. RAM(703)은 CPU(701)의 작업공간으로 사용되며, 표시부(704)는 터치 방식 모니터로 각종 설정을 입력, 수정하거나, 작업 진행상황을 모니터링하기 위해 설치된다. 외부기억장치(705)는 DATA의 입출력을 담당하며, 센스류(706)는 파이프의 이송량이나, 길이 측정용으로 사용하기 위해 설치된다.
각 모타(709-1~709-n)들은 파이프 이송롤러유니트(310)와 교정롤러유니트(320)를 구동하는 서보모타(311), 파이프이송유니트(300)의 각도를 생성시키는 각도조절서보모타(313), 밴딩유니트(900)의 회전축(906)을 회전시키는 밴딩서보모타(902), 스피닝성형의 회전자(606)를 회전시키는 모타(602), 절단유니트(500)의 회전톱날(506)와 회전모타(502)를 나타내고, 각 모타(709-1~709-n)들은 각각에 대응하는 모타 제어기(708-1~708-n)에 의해 구동된다. 상기 제어부(700)에서 CPU(701)는 표시부(704)의 입력에 따라 각종 모타(709-1~709-n)를 각각 제어하거나, 외부기억장치(705)와 표시부(704)를 제어하게 된다.
본 발명에 의하면, 파이프의 형상을 성형할 때, 복수의 공정을 거치면서 설비, 인원, 시간 등의 낭비를 제거하고 단시간 내에 작업이 이루어지도록 발명되어, 생산성 향상의 효과를 가져다줄 것으로 예측되어 즉시 산업현장에서 적용가능하다.
파이프의 밴딩에 있어서, 1축의 밴딩유니트와 각도조절 유니트만으로 3차원 밴딩이 가능하게 하는 제어 기술은 향후 설비의 제작에 활용되므로써 설비구조를 단순화하고, 설비 제작금액을 줄이는데 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프성형기의 정면을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프성형기의 측면을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 파이프 이송유니트의 구성을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 밴딩유니트의 구성을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 클램프유니트의 구성을 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 포밍유니트의 구성을 나탠 사시도.
도 7은 본 발명의 절단유니트의 구성을 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 스피닝유니트의 구성을 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 실시형태 가공 예를 나타낸 사시도.
도 10은 본 발명의 제어부의 구성을 나타낸 블록도.
도 11은 본 발명의 이송롤의 구성을 상세하게 나타낸 사시도.
도 12는 본 발명의 밴딩클램프의 구성을 상세하게 나타낸 사시도.
도 13은 본 발명의 각종 툴에 의한 파이프 선단 형상 예를 나타낸 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 베이스 200: 프레임
300: 파이프 이송유니트 400: 클램프유니트
500: 절단유니트 600: 스피닝툴유니트
700: 제어부 800: 포밍유니트
900: 밴딩유니트
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Claims (7)

  1. 언코일러상에 적재된 코일형태의 파이프를 이송롤러와 교정롤러를 거쳐 형상 성형 공간까지 공급해 주는 파이프이송장치와 파이프의 선단을 툴에 의해 강제로 소성변형을 일으켜 성형(확관, 축관, 교정, 비딩, 스피닝, 벌징 등)하는 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기 있어서,
    상기 파이프를 형상 성형 공간까지 공급해 주면서 상기 파이프를 뒤틀어 파이프 원주방향의 각도를 생성시켜주는 기능을 가진 파이프 이송유니트(300)와;
    상기 파이프의 성형시 진행방향으로 밀리지 않게 하기 위한 클램프유니트(400)와;
    상기 파이프 이송유니트(300)의 각도생성 기능과 더불어 상기 파이프의 진행방향과 직교방향으로 각도를 생성시켜 3차원 밴딩이 가능한 밴딩유니트(900)와;
    상기 파이프의 성형이 완료된 뒤 회전톱날(506)에 의해 파이프를 절단하는 절단유니트(500)와;
    3단 제어가 가능하도록 제어실린더(804)가 설치되고, 슬라이더(806)의 선단에는 3가지의 외경을 가진 포밍툴(810)을 장착하여 순차적으로 작업이 이루어지도록 한 포밍유니트(800)와;
    회전자(606)의 회전과 동시에 파이프 진행방향의 역방향으로 힘이 가해지도록 구성된 스피닝툴유니트(600)와;
    상기 주요구성품과 회로적으로 연결되면서 설정된 시퀀스에 따라 동작을 순차적으로 작동시키며 제어하는 제어부(700)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파이프 이송유니트(300)는 파이프를 이송시키는 방향과 직각으로 설치된 복수의 대항롤러(315)와 파이프 이송롤러유니트(310)에 의해 압송되면서 교정되는 교정롤러유니트(320)를 구성하는 것을 특징으로 하는 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 대항롤러(315)에는 정·역회전이 가능한 이송서보모타(311)가 장착되어 상기 밴딩유니트(900)의 밴딩작업시 파이프를 전진, 후진시키면서 파이프의 굴곡점과 밴딩 구간의 길이를 조절하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 파이프 이송유니트(300)는 각도조절서보모타(313)의 구동에 의해 파이프를 뒤틀어 파이프의 원주방향으로 임의의 각도로 회전할 수 있게 하여 상기 밴딩유니트(900)의 밴딩작업시 파이프의 원주방향 각도를 생성시키는 것을 특징으로 하는 밴딩 기능이 부착된 파이프성형기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밴딩유니트(900)는 파이프의 진행방향과 일치하는 X축밴딩유니트(908)를 구비하여, 상기 파이프 이송유니트(300)의 각도생성 기능과 더불어 3차원 밴딩이 가능한 것을 특징으로 하는 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 밴딩유니트(900)는 상기 이송서보모타(311)와 밴딩서보모타(902)가 서로 연동하여 밴딩 회전량 만큼의 파이프를 공급하도록 하여 회전시 저항을 최소화하고, 클램프(912)를 고정블록(926)의 T홈을 따라 구속 없이 슬라이딩 되도록 하여 중앙롤러(914)의 접선상의 한 점과 항상 일치되도록 함으로써 파이프의 원주방향 찌그러짐과 주름 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포밍유니트(800)의 슬라이더(806)에는 파이프의 진행 방향과 직교하게 제어실린더(804)가 설치되고, 상기 슬라이더(806)의 선단에는 3가지의 외경을 가진 포밍툴(810)을 장착하여 순차적으로 작업이 이루어지도록 하고 선단가공 형태에 따라 교체가 자유로운 것을 특징으로 하는 밴딩 기능이 부착된 파이프 성형기.
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