KR100999297B1 - 원통부재의 성형방법, 이를 이용하여 제조된 원통부재 및 촉매변환장치의 하우징으로 사용되는 원통부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 원통형상의 몸체부와, 몸체부의 일단부로부터 연장되고 외측으로 갈수록 점진적으로 내경이 좁아지며 중앙에 관통홀이 형성된 콘(CONE)부와, 관통홀의 주변을 따라 돌출 연장되어 형성되는 헤드부를 포함하는 원통형부재를 성형하는 방법에 관한 것으로, 판상의 소재를 원형으로 블랭킹(BLANKING)하는 단계, 블랭킹 된 소재를 원통 형상으로 성형하도록 드로잉(DRAWING)하는 단계, 드로잉된 소재의 플랜지 부분을 원통형 부분과 일치되는 형상으로 오무려서 원통형 소재의 길이(높이)를 늘여주는 플랜지업(Flange-up)하는 단계, 몸체부를 형성하도록 플랜지업된 소재를 아이어닝(Ironing)하는 단계, 몸체부의 일단부로 부터 콘부를 형성하도록 아이어닝된 소재의 상부를 소재의 소성변형에 의해 콘부를 형성하도록 포밍(Forming)하는 단계, 콘부의 상부 중앙에 관통홀을 형성하도록 콘부를 피어싱(Piercing)하는 단계 및 헤드부를 형성하도록 관통홀을 버링(Burring)하는 단계를 포함하는 원통부재의 성형방법을 제공한다.
따라서, 비용부담을 줄일 수 있어 경제적이며, 소품종 다량생산을 유리하게 할 수 있고, 용접부로 인한 터짐에 따른 결함을 방지할 수 있어 품질을 향상시킬 수 있으며, 균일한 두께를 확보할 수 있어 가공제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

원통부재의 성형방법, 이를 이용하여 제조된 원통부재 및 촉매변환장치의 하우징으로 사용되는 원통부재{Method for forming cylindrical member, cylindrical member using the same and cylindrical member for housing of Catalytic Converter}

원통부재의 성형방법, 이를 이용하여 제조된 원통부재 및 촉매변환장치의 하우징으로 사용되는 원통부재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스피닝공정을 거치지 않고 원통부재를 성형할 수 있는 원통부재의 성형방법, 이를 이용하여 제조된 원통부재 및 촉매변환장치의 하우징으로 사용되는 원통부재에 관한 것이다.

일반적으로 원통형 부재, 특히 내경이 변하는 원통형 부재를 성형하기 위해서는 스피닝(spinning)가공 공정을 거쳐 제조된다. 이러한 스피닝가공은 조관(용접)파이프로 이루어진 원통형 부재를 척(chuck)으로 지지하고, 그런 다음 상기 원통형 부재를 축회전시키면서 원통형 부재의 측면을 따라 성형용 롤러를 이동시키는 과정을 통하여 이루어지며, 이러한 공정을 통하여 원통형 부재의 테이퍼부 및 목부(neck portion)로 이루어지는 직경 감소부를 성형한다.

그런데, 상기한 스피닝가공을 이용한 원통부재의 성형방법은 초기 투자비가 과다하게 발생하기 때문에 비용부담이 크고, 다품종 소량 생산에는 유리한 점이 있었으나, 소품종 다량으로 생산하기에는 스피닝가공장치의 생산능력을 고려한다면 투자비측면에서 효율이 떨어져 비경제적인 문제점이 있었다.

또한, 상기한 스피닝가공을 이용한 원통부재의 성형방법은, 조관(용접)파이프를 이용해야하기 때문에 용접부의 터짐과 같은 결함 등이 발생하기 쉬웠으며, 스펀(spun) 끝단부의 추가 가공이 필요할 뿐만 아니라 스피닝과정에서 발생되는 웨이브(wave)의 골부분과 산부분에서 두께차가 발생하여 균일한 두께를 확보할 수 없는 문제점이 있었다.

한편 일반적으로 촉매 컨버터는 대기오염을 유발하는 자동차 배기가스 후처리장치로서, 일예로 웜업 촉매 컨버터(Warm-Up Catalytic Converter)는 촉매의 가열과 관련하여 엔진 배기매니폴더에 근접하여 설치되는 촉매 컨버터이며, 인, 아웃 플랜지와 캔 파이프 등으로 이루어지는 하우징과, 상기 하우징에 수납되는 촉매 부품 등으로 이루어진다.

도 11은 종래 캔 파이프를 사용하여 촉매변환장치의 하우징을 조립하는 과정을 보인 단면도이다.

도 11의 a에서 보는 바와 같이, 촉매변환장치의 하우징은 배기파이프 또는 센터 머플러와 연결되는 콘 형상의 아웃 플랜지(61)와 촉매 부품(63)을 수납하기 위한 캔 파이프(62)를 포함한다. 촉매 부품을 수납하기 위한 하우징은 먼저 캔 파이프(62)를 파이프 조관하여 제조하고, 또한 독립된 부품으로 아웃 플랜지(61)를 프레스로 성형하여 제조한 다음, 도 11의 b에서 보는 바와 같이 캔 파이프(62)와 아웃 플랜지(61)를 용접하여 결합한 뒤, 도 11의 C에서 보는 바와 같이, 촉매 부품(63)을 수납하여 촉매변환장치의 하우징 작업을 수행한다.

촉매변환장치의 하우징 작업은 아웃 플랜지를 프레스로 성형하여 제조함으로서 스크랩(SCRAP)이 발생하며, 또한 캔 파이프(62)와 아웃 플랜지(61)를 용접하여 결합함으로서 용접에 따른 중첩구간(64)이 발생하고, 용접설비의 투자비가 과다하고, 용접 공정시간이 증가함으로써 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 스피닝공정을 거치지 않고도 원통부재를 성형할 수 있기 때문에 비용부담을 줄일 수 있어 경제적인 원통부재의 성형방법 및 이를 이용하여 제조된 원통부재를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 배기 다기관 쪽에 부착되어 배기가스를 정화하는 촉매변환장치의 하우징으로 사용되는 원통부재를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 원통형상의 몸체부와, 상기 몸체부의 일단부로부터 연장되고 외측으로 갈수록 점진적으로 내경이 좁아지며 중앙에 관통홀이 형성된 콘(cone)부와, 상기 관통홀의 주변을 따라 돌출 연장되어 형성되는 헤드부를 포함하는 원통형부재를 성형하는 방법에 있어서, 판상의 소재를 원형으로 블랭킹(Blanking)하는 단계; 상기 블랭킹 된 소재를 원통 형상으로 성형하도록 드로잉(Drawing)하는 단계; 상기 드로잉된 소재의 플랜지 부분을 원통형 부분과 일치되는 형상으로 오무려서 원통형 소재의 길이(높이)를 늘여주는 플랜지업(Flange-up)하는 단계; 상기 플랜지업된 소재를 아이어닝(Ironing)하는 단계; 상기 몸체부의 일단부로 부터 상기 콘부를 형성하도록 상기 아이어닝된 소재의 상부를 소재의 소성변형에 의해 콘부를 형성하도록 포밍(Forming)하는 단계; 상기 콘부의 상부 중앙에 관통홀을 형성하도록 상기 콘부를 피어싱(Piercing)하는 단계; 및 상기 헤드부를 형성하도록 상기 관통홀을 버링(Burring)하는 단계를 포함하는 원통부재의 성형방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 드로잉하는 단계와 상기 플랜지업하는 단계 사이에, 상기 드로잉된 소재에 형성된 플랜지부의 외곽을 트리밍(Trimming)하는 단계를 더 포함한다.

여기서, 상기 포밍하는 단계에서, 상기 콘부의 형상은 반구에 가깝도록 형성할 수 있으며, 이때 상기 콘부의 형상이 점차 반구형에 가까와지도록, 상기 아이어닝된 소재의 상부를 복수 번에 걸쳐서 포밍할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 버링하는 단계 후에, 상기 버링된 소재를 리스트라이크(Restrike)하는 단계를 더 포함한다.

한편, 본 발명은 상기한 성형방법으로 제조된 원통부재를 제공한다.

한편 본 발명의 원통부재는 배기 다기관 쪽에 부착되어 배기가스를 정화하는 촉매변환장치의 하우징으로 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 원통부재의 성형방법 및 이를 통하여 제조된 원통부재는, 비용부담을 줄일 수 있어 경제적이며, 소품종 다량생산을 유리하게 할 수 있고, 용접부로 인한 터짐에 따른 결함을 방지할 수 있어 품질을 향상시킬 수 있으며, 균일한 두께를 확보할 수 있어 가공제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 원통부재를 촉매변화장치의 하우징에 이용함에 따라, 캔 파이프 및 아웃 플랜지를 독립적으로 제조하는 공정을 수행할 필요가 없으며, 또한 용접공정을 수행할 필요가 없으므로 공정시간이 단축되고 이에 따라 생산성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 성형된 원통부재를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 원통부재를 성형하기 위한 성형방법을 나타내는 절차도이다.
도 3 내지 도 10은 도 2에 도시된 성형방법을 통하여 제조되는 원통부재를 나타내는 도면이다.
도 11은 종래 캔 파이프를 사용하여 촉매변환장치의 하우징을 조립하는 과정을 보인 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 촉매변환장치의 하우징을 조립하는 과정을 보인 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 성형된 원통부재를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 원통부재를 성형하기 위한 성형방법을 나타내는 절차도이며, 도 3 내지 도 10은 도 2에 도시된 성형방법을 통하여 제조되는 원통부재를 나타내는 도면이다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통부재의 성형방법은, 몸체부(10)와, 콘(cone;20)부와, 헤드부(30)를 포함하는 원통부재(50)를 성형하는 방법을 제공한다.

상기 원통부재(50)에 대하여 도 1을 참조하여 상세하게 살펴보면, 상기 몸체부(10)는 소정의 내경과 높이를 갖는 원통형상이다. 상기 콘부(20)는 상기 몸체부(10)의 일단부로부터 연장되어 형성되되, 외측으로 갈수록 상기 몸체부(10)의 내경보다 점진적으로 좁아지는 대략 원뿔(cone)형상으로 형성되며, 이때 상기 원뿔형상의 중앙에는 관통홀(40)이 형성되어 있다. 상기 헤드부(30)는 상기 관통홀(40)의 주변을 따라 외측으로 일정 높이를 갖도록 돌출 연장되어 있다.

이에, 상기한 원통형부재를 제조하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 원통부재(50)의 성형방법을 도 2 내지 도 10을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 원통부재의 성형방법은, 도 2 및 3에 나타난 바와 같이, 우선 판상의 소재(1)를 제조하고자 하는 원통부재(50)의 규격에 맞추어 원형으로 블랭킹(BLANKING)하는 단계를 거친다(S10).

여기서, 상기 판상의 소재(1)는 철판으로 할 수 있지만, 이후 실시되는 드로잉공정, 플랜지업공정, 포밍공정 등을 행할 수 있는 소재라면 모두 가능하고, 나아가 표면처리된 소재를 사용할 수도 있다.

그런 다음, 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 블랭킹 된 소재(1)를 일단부에는 원형의 플랜지부(2)를 갖고 일단부로부터 일정 높이를 갖는 제1지지부(10a)를 갖는 원통형상(컵형상)으로 압출성형하는 드로잉(DRAWING)하는 단계를 실시한다(S20).

상기 드로잉공정을 통하여 본 발명의 실시예는 원통형상의 기본형을 이룰 수 있는데, 종래에는 이 부분을 용접한 파이프를 이용하였으나 본 발명의 실시예에서는 판형의 소재(1)를 사용하였기 때문에 용접으로 인한 이음부가 없어 이음부에 의한 결함이 없는 장점이 있다. 한편, 상기 드로잉공정은, 상기 블랭킹 된 소재(1)를 압출성형하여 원통형상으로 성형할 시, 이후에 진행되는 공정들을 거치더라도 소재의 두께를 동일한 수준으로 유지하기 위하여 최종적으로 제작하고자하는 원통부재(50)에 비하여 원통형상의 일단부의 성형내경은 더 크게 성형하고, 성형높이(깊이)는 더 낮게(작게) 성형한다.

상기 드로잉 공정 후에는, 상기 드로잉단계에서 형성된 상기 플랜지부(2)의 외곽을 절단하는 트리밍(Trimming)하는 단계(S30)를 실시한다(도 5 참조).

그런 다음, 상기 트리밍 공정을 실시한 후에는, 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 원통형상으로 드로잉된 소재의 플랜지 부분을 원통부분과 일치되는 형상으로 오무려서 원통형 소재의 길이(높이)를 늘려주어 제2지지부(10b)를 갖도록 플랜지업(Flange-up)하는 단계를 실시한다(S40).

상기한 바와 같이 플랜지업 공정을 거친 원통형상의 소재는 내경(dimension)과 두께 등을 조절하는 아이어닝(Ironing)하는 단계를 거친다(S50).

상기 아이어닝 공정을 거친 후에는 상기 몸체부의 일단부로부터 상기 콘부를 형성하도록 상기 아이어닝된 소재의 상부를 소재의 소성변형에 의해 콘부를 형성하도록 포밍(Forming)하는 단계(S60)를 거치며, 이 과정에서 상기 몸체부(10)와 기본적인 콘부(20a)의 형상이 결정된다(도 7 참조).

여기서, 상기 포밍공정은 상기 콘부(20a)의 형상이 반구형에 가깝도록 성형한다. 이러한 이유는, 이후 실시되는 버링공정에서의 두께감소율을 20% 미만으로 유지하기 위함이다. 여기서, 상기 버링공정에서의 상기 소재의 두께감소율을 20%미만으로 유지하는 이유는, 만약 두께감소율이 20%이상이면 상기 소재의 취성이 높아져 파손될 가능성이 높고, 또한 두께가 얇아짐에 따라 강도가 약해지므로 외부충격에 대한 내구성이 저하되기 때문이다. 여기에서, 상기 두께감소율이 20%이상일 경우 취성이 높아지는 이유는, 상기 소재가 성형과정을 통하여 두께가 얇아지는 것은 금속재질인 상기 소재를 압연에 의한 것이 아닌 인장하는 것이므로, 이 때 만약 상기 인장이 과다하면 상기 소재 내부의 성상이 특정 방향으로 변형이 과다해 지고 이로 인하여 취성을 증대시키는 결과를 초래하게 되기 때문이다.

한편, 상기 몸체부(10)와 콘부(20a)를 성형하는 포밍공정은, 상기 아이어닝공정에 의하여 얇아진 소재의 두께를 두껍게 하는 역할도 한다. 이러한 이유는, 전체를 구성하는 소재의 양이 동일한 상태에서, 상기 콘부(20a)의 성형공정에서 내경이 짧아지면 이에 따라 소재의 표면적은 줄어들고 이에 따라 소재의 두께는 두꺼워지기 때문이다.

상기한 바와 같이, 포밍공정을 통하여 몸체부(10)와 기본적인 콘부(20a)의 형상이 성형된 후에는, 도 8과 같이, 콘부(20)의 형상이 점차 제조하고자하는 콘부(20)의 형상인 반구형에 가까워지도록 상기 아이어닝된 소재의 상부를 복수 번에 걸쳐서 포밍하는 리포밍 공정을 실시한다(S70). 여기서, 상기 리포밍공정은 원하는 콘부(20)의 형상이 되기까지 1회 이상 실시할 수 있다.

한편, 상기 포밍공정과 상기 리포밍공정을 비교하면, 상기 포밍하는 공정은 도 7에 나타난 바와 같이 콘부(20a)를 납작한 반구형으로 중심부분이 구형에 가깝게 성형하며, 상기 리포밍하는 공정은 상기 콘부(20)를 도 8에 나타난 바와 같이 상기 포밍공정에 비하여 높이가 높아지고 중심부분이 납작하게 눌린 형태로 성형한다.

상기한 포밍공정을 통하여 몸체부(10)와 콘부(20)가 형성된 후에는, 상기 콘부(20)의 상부 중앙에 제1관통홀(40a)을 형성하는 피어싱(Piercing)하는 공정(S80)을 실시한다(도 9참조). 이때 상기 제1관통홀(40a)의 내경은 이후 실시되는 버링공정을 통하여 성형되는 헤드부(30)의 높이를 결정하는 역할을 하며, 이러한 헤드부(30)의 높이 및 내경을 고려하여 상기 제1관통홀(40a)의 내경을 설정하여 성형한다.

상기 피어싱공정을 통하여 제1관통홀(40a)이 형성된 후에는, 상기 제1관통홀(40a)의 주변으로 상기 제1관통홀(40a)을 버링(Burring)하는 단계를 거치며(S90), 이 공정을 통하여 제조하고자하는 관통홀(40) 및 상기 헤드부(30)의 형상이 성형된다(도 10 참조).

상기한 공정을 통하여 몸체부(10), 콘부(20) 및 헤드부(30)를 포함하는 원통부재(50)가 성형된 후에는, 상기 원통부재(50)의 스프링 백을 방지하고 재성형을 위한 리스트라이크(Restrike)하는 단계를 실시한다(S100).

한편, 본 발명의 실시예에 따라 각 공정에서 행해지는 각각의 가공장치는 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 가공장치를 적용한 것으로서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 마찬가지로 각 공정에서의 작업조건 또한 각 소재에 따른 일반적인 가공조건을 실시하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하였다.

더불어, 상기한 본 발명의 실시예에 따른 각 공정은 바람직한 실시예로서, 이중 상기 아이어닝공정과 상기 포밍공정은 성형하고자 하는 원통부재(50)의 내경(직경)과 높이(길이)에 따라 그 공정수를 달리할 수 있음은 물론이다.

한편, 본 발명의 실시예는 상기한 성형방법으로 제조된 원통부재(50)를 제공하며, 상기 원통부재(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 몸체부(10)와, 콘(ccone;20)부와, 헤드부(30)를 포함하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 원통부재(50)의 성형방법은, 블랭킹 공정, 드로잉 공정, 플랜지업 공정, 아이어닝 공정, 콘부 포밍공정, 피어싱 공정 및 버링 공정을 통하여, 스피닝 공정을 실시하지 않고도 원하는 규격의 원통부재(50)를 성형할 수 있기 때문에, 비용부담을 줄일 수 있어 경제적이고, 소품종 다량생산을 효과적으로 실시할 수 있으며, 용접부(이음부)가 있는 파이프를 사용하지 않고 판형의 소재를 사용하기 때문에 용접부의 터짐으로 이한 결함이 없으며, 균일한 두께를 확보할 수 있어 제조되는 원통부재(50)의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 촉매변환장치의 하우징을 조립하는 과정을 보인 단면도이다.

도 12의 a에서 보는 바와 같이, 원통부재(50)는 촉매 부품(63)을 수납하기 위한 하우징으로 사용된다. 본 발명의 공정을 통하여 몸체부, 콘부 및 헤드부를 포함하는 원통부재(50)는 종래 촉매변환장치의 하우징에 사용되는 캔 파이프 및 아웃 플랜지를 대체할 수 있다. 즉 도 12의 b에서 보는 바와 같이, 몸체부, 콘부 및 헤드부를 포함하는 원통부재(50)에 종래 각 각 독립적인 구성품인 캔 파이프와 아웃 플랜지를 중첩하여 결합시키기 위한 용접공정을 수행할 필요없이 간편하게 촉매 부품(63)을 수납할 수 있다.

따라서 본 발명의 원통부재를 촉매변화장치의 하우징 공정에 사용함으로써 캔 파이프 및 아웃 플랜지를 독립적으로 제조하는 공정을 수행할 필요가 없으며, 또한 용접공정을 수행할 필요가 없으므로 공정시간이 단축되고 이에 따라 생산성이 향상된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10:몸체부 20:콘부
30:헤드부 40:관통홀
50:원통부재 60:촉매변환장치
63:촉매 부품

Claims (7)

1. 원통형상의 몸체부와, 상기 몸체부의 일단부로부터 연장되고 외측으로 갈수록 점진적으로 내경이 좁아지며 중앙에 관통홀이 형성된 콘(cone)부와, 상기 관통홀의 주변을 따라 돌출 연장되어 형성되는 헤드부를 포함하는 원통형부재를 성형하는 방법에 있어서,
   판상의 소재를 원형으로 블랭킹(Blanking)하는 단계;
   상기 블랭킹 된 소재를 원통 형상으로 성형하도록 드로잉(Drawing)하는 단계;
   상기 드로잉된 소재의 플랜지 부분을 원통부분과 일치되는 형상으로 오무려서 원통형 소재의 길이(높이)를 늘려주는 플랜지업(Flange-up)하는 단계;
   상기 플랜지업된 소재를 아이어닝(Ironing)하는 단계;
   상기 몸체부의 일단부로 부터 상기 콘부를 형성하도록 상기 아이어닝된 소재의 상부를 소재의 소성변형에 의해 콘부를 형성하도록 포밍(Forming)하는 단계;
   상기 콘부의 상부 중앙에 관통홀을 형성하도록 상기 콘부를 피어싱(Piercing)하는 단계; 및
   상기 헤드부를 형성하도록 상기 관통홀을 버링(Burring)하는 단계를 포함하는 원통부재의 성형방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 드로잉하는 단계와 상기 플랜지업하는 단계 사이에,
   상기 드로잉된 소재에 형성된 플랜지부의 외곽을 트리밍(Trimming)하는 단계를 더 포함하는 원통부재의 성형방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 포밍하는 단계에서,
   상기 콘부의 형상은 반구에 가깝도록 형성되는 원통부재의 성형방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 포밍하는 단계에서,
   상기 콘부의 형상이 점차 반구형에 가까와지도록, 상기 아이어닝된 소재의 상부를 복수 번에 걸쳐서 포밍하는 원통부재의 성형방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 버링하는 단계 후에, 상기 버링된 소재를 리스트라이크(Restrike)하는 단계를 더 포함하는 원통부재의 성형방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 성형방법으로 제조된 원통부재.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 원통부재는 배기 다기관 쪽에 부착되어 배기가스를 정화하는 촉매변환장치의 하우징으로 사용되는 것을 특징으로 하는 원통부재.

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