KR101052244B1 - 전조(轉造)를 이용한 아바 성형용 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전조를 이용한 아바 성형용 장치에 관한 것으로, 아바 성형용 장치에 있어서, 금속의 환봉소재 일측을 아바의 결합부로 형성시키고 중간부분은 플랜지부로 형성시키며 타측은 테이퍼부를 형성시키기 위해 소정각도 경사를 가지도록 하여 상기 아바의 결합부, 플랜지부, 테이퍼부를 각각 성형하기 위한 결합부 성형부, 플랜지 성형부, 테이퍼 성형부가 각각 구비되는 상부금형 및 상기 상부금형과 동일한 형상으로 구비되는 하부금형을 포함하여 구비되며 상기 상부금형과 하부금형 사이로 상기 환봉소재를 위치시키고 각각의 성형부에 따라 가공압력을 달리하여 전조 가공 함으로써 아바를 형성시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 아바를 제조하기 위한 환봉소재의 특성을 유지할 수 있으며, 생산비용을 절감시킬 수 있는 이점이 있다.

전조, 아바, 금형, 쐐기, 커팅

Description

전조(轉造)를 이용한 아바 성형용 장치{arbor mold apparatus using form rolling}

본 발명은 전조를 이용한 아바 성형용 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 절삭공구를 공작기계에 연결하기 위해 사용되는 아바(ARBOR)를 보다 강도 높고 용이하게 제조하기 위한 전조를 이용한 아바 성형용 장치에 관한 것이다.

공구홀더용 아바는 절삭공구를 주축에 장착하기 위한 장비로서, 일측에 절삭공구가 장착되고 타측에 공작기계의 주축에 결합되어 주축으로부터 공급받는 회전력(운동력)을 절삭공구에 전달한다.

이러한 아바는 공작기계와 연결되는 결합부, 절삭공부와 연결되는 테이퍼부 및 결합부와 테이퍼부 사이에 위치하여 강성을 유지시켜주기 위한 플랜지부를 구비하는 형상을 갖추고 있다.

일반적으로 이를 제조하기 위해서는 금속의 환봉소재를 선반이나 밀링, 연삭기, 가공기 등을 이용하여 불필요한 부분을 깍아내어 제조하는 선삭공법을 통해 생산하게 된다.

하지만, 이러한 선삭공법을 원료낭비가 클 뿐만 아니라, 원재료의 메탈 플로우(metal flow)를 상실케 하여 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

또한 많은 생산시간이 요구됨에 따라 결과적으로 가공비, 인건비 등 생산비용을 증대시키는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 공작기계에 사용되어 절삭공구를 공작기계에 장착하기 위해 쓰여지는 아바(연결축)를 보다 강도 높고 용이하게 제조할 수 있는 성형 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 아바 성형용 장치에 있어서, 금속의 환봉소재 일측을 아바의 결합부로 형성시키고 중간부분은 플랜지부로 형성시키며 타측은 테이퍼부를 형성시키기 위해 소정각도 경사를 가지도록 하여 상기 아바의 결합부, 플랜지부, 테이퍼부를 각각 성형하기 위한 결합부 성형부, 플랜지 성형부, 테이퍼 성형부가 각각 구비되는 상부금형 및 상기 상부금형과 동일한 형상으로 구비되는 하부금형을 포함하여 구비되며 상기 상부금형과 하부금형 사이로 상기 환봉소재를 위치시키고 각각의 성형부에 따라 가공압력을 달리하여 전조가공 함으로써 아바를 형성시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 한 특징으로는 상기 상부금형과 하부금형 2 개를 일체 또는 분할로 구비하여 동시에 2 개의 아바를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 다른 특징으로는, 2 개의 상기 상부금형과 하부금형을 통해 제조되는 일체로 형성된 2개의 아바를 분할하기 위한 커팅부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 상/하부금형은, 상기 결합부 성형부와, 테이퍼 성형부로 쇄기 가공부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 공작기계의 주축과 절삭공구를 연결하는 결합부, 플랜지부, 테이퍼부가 각각 형성된 아바 제조 시 전조 공법을 통해 메탈 플로우(metal flow)를 유지할 수 있어 기존의 선삭공법을 통한 아바 제조보다 높은 강도를 유지할 수 있어 파손의 위험을 최소화하며 생산시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 두 개의 아바를 동시에 제작할 수 있도록 상/하부금형을 제공할 경우 전조 시 불균일도를 최소화 할 수 있고 결과적으로 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 전조 공법을 통해 아바를 제작함에 따라 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전조를 이용한 아바 성형용 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 전조를 이용한 아바 성형용 장치의 상/하부금형을 나 타낸 평면도, 도 2는 본 발명에 따른 전조를 이용한 아바 성형용 장치로 제작되는 아바를 나타낸 평면도 및 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 전조를 이용한 아바 성형용 장치의 측면도, 도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로 상/하부금형을 나타낸 평면도, 도 5는 도 4에 따른 상/하 금형을 통해 제작된 아바를 나타낸 평면도이다.

본 발명에 따른 전조를 이용한 아바 성형용 장치는 결합부, 플랜지부, 테이퍼부로 구비되는 아바를 전조(轉造 ; form rolling) 공법으로 제조하기 위해 결합부 성형부(11), 플랜지 성형부(12), 테이퍼 성형부(13)가 구비되는 상부금형(10)과 상기 상부금형과 동일한 성형부를 가지는 하부금형(20)이 마주하게 구비되며, 아바를 제조하기 위한 금속 환봉소재를 상기 상부금형과 하부금형 사이에 위치하여 전조공법을 통해 아바를 제조하는 것을 특징으로 한다.

상부금형(10)은 공작기계의 주축과 절삭공구를 연결시켜주는 아바(30)의 각 부분인 결합부(31), 플랜지부(32), 테이퍼부(33)에 대응하여 이를 형성시키기 위한 성형부가 구비된다.

상기 성형부는 아바의 각 부분을 형성하기 위해 대응되는 결합부 성형부(11), 플랜지 성형부(12), 테이퍼 성형부(13)는 환봉소재가 슬라이딩 되는 진행방향에 따라 순차적으로 위치되어 일체로 형성되어 있다.

아바를 성형하기 위한 금속의 환봉소재는 상기 상부금형의 각 성형부를 순차적으로 통과하면서 압연되어 형성되는데, 이때 제조하고자 하는 아바의 길이보다 짧은 환봉소재를 준비한다. 처음 결합부 성형부(11)를 통과하게 되는데, 슬라이딩 되면서 압연량이 높아지도록 후술할 하부금형과 맞닿아 좁아지는 경사각을 가진다.

또한, 상기 결합부 성형부(11)에는 아바의 결합부가 공작기계와 결합 시 견고하게 고정될 수 있도록 결합부의 외주면을 따라 쇄기가 가공되기 위한 쇄기 가공부(a)가 형성되어 있다. 상기 쇄기 가공부(a)는 결합부 성형부의 평면상에서 대각선 방향으로 형성되어 있어 환봉소재가 점차적으로 이동하면서 결합부의 외주면에 일정하게 쇄기를 형성시켜주게 된다.

이때 성형을 하는 금형의 형태는 환봉소재의 직경이 점차적으로 감소하므로 상기 쇄기가 가공된 가공부(a)는 환봉소재가 구름 슬라이딩이 진행되는 방향으로 점차 벌어지는 형태를 갖도록 형성된다.

따라서 상기 결합부 성형부(11)는 환봉소재가 점차적으로 전조됨에 따라 가공압력이 커지게 되는데, 최초 60 내지 11bar의 압력이 가해지다가 80 내지 110bar까지 가공압력을 가함으로써 아바의 결합부가 형성된다.

플랜지 성형부(12)와 테이퍼 성형부(13)는 동시에 진행될 수 있도록 동일한 위치에서 나란히 시작하게 된다. 이때 플랜지부(31)는 환봉소재의 직경과 거의 변화가 없는 직경을 가짐에 따라 압연 시 발생한 변형에 대한 형태를 바로잡아 주는 압연과정을 거치게 된다.

반면에, 테이퍼 성형부는 아바의 테이퍼부를 형성시켜야 함에 따라 큰 압력이 가해지게 된다. 상기 테이퍼 성형부(13)는 바깥쪽이 높고 안쪽이 낮은 형태로 구비하여 테이퍼부(33)를 가공하게 된다. 이에 따라 바깥쪽으로 가장 큰 압력이 가 해지며 이 보다 안쪽은 낮은 압력이 가해지게 된다.

여기서도 마찬가지로 상기 테이퍼부에 쇄기를 형성하기 위한 성형부가 구비되어 있는데, 테이퍼부의 바깥쪽과 안쪽에 각각 다른 각도의 쐐기를 형성하기 위해 이에 대응하는 쇄기 가공부가 형성되어 있다. 테이퍼 성형부의 압력량은 대략 90 내지 160bar으로 가공되게 된다.

하부금형(20)은 상기 상부금형(10)과 대향면에 인접하게 위치하여 대칭되는 형상을 가지는 것으로, 상부금형(10)과 마주하게 상하 위치하며 그 사이로 환봉소재가 위치하여 금형이 구름 슬라이딩 하면서 환봉소재를 아바의 각 부분에 따라 성형하게 된다.

여기서 구름 슬라이딩라고 기재한 이유는 환봉소재와 금형은 대부분 구름형태로 압연될 것이나 일부분에서는 직경이 작아지면서 슬라이딩도 일어나는 복합적인 거동을 하기 때문이다.

도 3에 도시된 바와 같이 상부금형(10)과 하부금형(20)이 상하 위치하게 되고 그 사이로 환봉소재를 위치시킨 후 전조압을 형성시키는 외부장치에 의해 수평방향으로 이송하면서 아바를 제조한다.

아래 <표 1>은 본 발명에 따른 바람직한 실시예로 아바를 제작하기 위해 금형의 위치에 따른 시간, 압력, 회전량, 압연량, 및 변형률의 실시예를 나타낸 것이다.

금형도번	1	2	3	4	5	6
시간	1~3	1~3	3~5	3~5	3~5	3~5
가공압력 (bar)	60~11	60~11	80~110	80~110	90~160	90~160
회전량	1~3	1~3	1~5	1~5	1~4	1~4
압연량(%)	3~20	3~20	20~40	40~80	40~80	40~80
수직변형률	5~20	5~20	20~40	20~40	40~85	40~85

이렇게 완성된 아바는 추가적으로 전조 후 별도로 구비되는 교정부를 통해 그 양단을 정렬하고, 아바의 형상과 동일한 상/하금형을 통과하면서 최종적으로 전체 형태를 교정하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로 생산성을 향상시키기 위해 상기 상/하부금형 2개를 각각 일체 또는 분할 구비하여 한번의 생산 공정으로 결합부가 마주하여 일체화된 두 개의 아바를 제조하고자 하는데 그 특징이 있다.

이것은 각각의 상/하부금형을 나란히 배열하고 2개의 아바를 제조할 수 있는 길이의 환봉소재를 투입하여 일회 전조를 통해 일체화된 아바를 제조하며, 다음 공정으로 가운데를 분할시킬 수 있는 커팅부(40)를 구비하여 압연과정 완료 후 커팅부를 통해 분할시킴으로써 아바를 제조할 수 있다.

이러한 제조방법은 한쪽 부분만 경사각을 가지는 테이퍼부에 따라 전조 가공 시 환봉소재의 편심회전으로 직경이 균일하지 못한 아바가 제조되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 전조 공법을 통해 결합부, 플랜지부, 테이퍼부가 각각 형성된 아바를 제조함에 따라 제조 소재의 메탈 플로우를 유지할 수 있어 보다 높은 강도를 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 두 개의 아바를 동시에 제작할 수 있도록 상/하부금형을 제공할 경우 전조 시 불균일도를 최소화 할 수 있고 생산비용을 절감시킬 수 있는 이점이 있다.

만약 한 개의 아바를 제작할 경우는 도 4에서 ⑥부위를 제거하고 ②④ 부위를 추가한 상태에서 전조를 시행한다. 실제 한 개의 아바를 제조한다면, ⑥부위 및 ②④ 부위가 모두 필요하지 않으나, 원활한 전조를 위해 ②④ 부위를 함께 사용하는 것이 바람직하다.

도 4는 실제 본 발명에서 사용되는 금형의 평면도를 나타낸 것이다.

도 4의 ①② 부위는 결합부(31)을 전조하는 역할을 수행한다. 전조하는 과정은 전제 지름이 동일한 환봉소재를 ①②에서 보이는 “V” 형태의 하단부터 전조를 시작하는데, 도 3과 같이 상부금형(10)과 하부금형(20)이 서로 반대방향으로 수평이동하면 지름이 동일한 환봉소재는 ①②부위를 지나면서 결합부(31)가 형성된다.

결합부(31)가 형성된 환봉소재는 금형의 플랜지부(32)의 전조를 담당하는 부위(도번 12 참조)와 테이퍼부(33)의 전조를 담당하는 부위(도면 13참조)를 거치면서, 아바가 형성된다.

본 발명의 금형은 결합부(31), 플랜지부(32) 및 테이퍼부(33)의 형성부위와 커팅 부(40) 사이에는 각 부위의 치수정밀도를 높이기 위해 교정부를 포함한다.

교정부는 결합부와 플랜지부 및 테이퍼부를 전조하는 과정과 동일하나, 치수정밀도를 높이기 상부금형과 하부금형의 간극을 결합부와 플랜지부 및 테이퍼부의 직경에 맞추어 조절한다.

필요에 따라 상기교정부는 커팅부 이후에 설치될 수 도 있음은 당연하다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전조를 이용한 아바 성형용 장치의 상/하부금형을 나타낸 평면도,

도 2는 본 발명에 따른 전조를 이용한 아바 성형용 장치로 제작되는 아바를 나타낸 평면도 및 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 전조를 이용한 아바 성형용 장치의 측면도,

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시 예로 상/하부금형을 나타낸 평면도,

도 5는 도 4에 따른 상/하 금형을 통해 제작된 아바를 나타낸 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 상부금형

11 : 결합부 성형부

12 : 플랜지 성형부

13 : 테이퍼 성형부

20 : 하부금형

30 : 아바

40 : 커팅부

Claims (6)

1. 아바 성형용 장치에 있어서,

   금속의 환봉소재 일측을 아바의 결합부로 형성시키고 중간부분은 플랜지부로 형성시키며 타측은 테이퍼부를 형성시키기 위해 소정각도 경사를 가지도록 하여 상기 아바의 결합부, 플랜지부, 테이퍼부를 각각 성형하기 위한 결합부 성형부, 플랜지 성형부, 테이퍼 성형부가 각각 구비되는 상부금형; 및

   상기 상부금형과 동일한 형상으로 구비되는 하부금형;을 포함하여 구비되며,

   상기 상부금형과 하부금형 사이로 상기 환봉소재를 위치시키고 각각의 성형부에 따라 가공압력을 달리하여 전조가공 함으로써 아바를 성형시키되,

   상기 상부금형과 하부금형 각각 2 개를 구비하여 동시에 2 개의 아바를 성형하고,

   상기 상/하부금형은, 상기 결합부/테이퍼부/플랜지부의 성형부와 커팅부 사이에 치수를 교정하는 교정부를 더 구비하며,

   2 개의 상기 상부금형과 하부금형을 통해 제조되는 일체로 형성된 2개의 아바를 분할하기 위한 커팅부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전조를 이용한 아바 성형용 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 상부금형과 하부금형의 성형부는 변형량이 가장 많은 결합부를 먼저 성 형하고, 플랜지부와 테이퍼부를 나중에 성형하도록 배치된 것을 특징으로 하는 전조를 이용한 아바 성형용 장치.
4. 삭제
5. 제 1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 상/하부금형은, 상기 결합부 성형부와, 테이퍼 성형부에는 쇄기 가공부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전조를 이용한 아바 성형용 장치.
6. 삭제

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