KR101056038B1 - 링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진용 반제품 및 스타트 링 기어, 매스링, T/Q RING, 액슬 하우징용 링 플랜지 등의 제조시보다 정밀한 내경을 얻기 위하여 사각 테이퍼 형상의 바를 사용하여 동일한 원주선상에서 오버랩을 형성시키는 코일링 공정과 동시에 컷팅 공정을 진행할 수 있어서 제조 공수의 단축에 따른 작업 능률을 향상시켜 생산성을 크게 증대시킬 수 있으며, 코일링시 내경 치수의 편차를 효과적으로 감소시켜 높은 정밀도를 확보할 수 있는 링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치를 제공한다.

링 기어, 블랭크, 사각 테이퍼 형상의 바, 코일링 장치

Description

링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치{Coiling apparatus for manufacturing ring gear blank}

본 발명은 링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진용 반제품(BLANK) 및 스타트 링 기어, 매스링 (MASS RING), T/Q RING, 액슬 하우징용 링 플랜지 등의 제조시보다 정밀한 내경을 얻기 위하여 사각 테이퍼 형상의 바를 사용하여 동일한 원주선상에서 오버랩을 형성시키는 코일링 공정과 동시에 컷팅 공정을 진행할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 링 기어는 플라이 휠 외주면에 설치되거나 드라이브 플레이트와 결합하여 엔진을 구동할 때 기동 전동기의 피니언과 물려 크랭크축을 회전시키는 주요 부품으로, 상기 링 기어는 엔진의 구동력을 효율적으로 전달하기 위해 장착된 변속기의 출력축에 맞물리도록 설치되어 함께 회전하게 된다.

종래 링 기어의 외주면에 변속기의 출력축에 치합되는 기어를 가공하기 전의 단계인 링 기어용 블랭크를 제조하고자 할 때는 먼저, 선재를 압연하여 사각 테이 퍼 형상의 바(bar)로 제조한 후, 대략 5000㎜의 긴 바를 벤딩 머쉬인을 사용하여 소정의 직경을 갖는 용수철(=코일)의 형태로 4~7본 연속 권선하여 벤딩(=코일링)한 다음, 균일한 치수를 얻기 위하여 코일의 내경을 확장시킨 후, 전용 컷팅 머쉬인으로 절단하여 일정한 양의 오버랩을 생성시켜 비교적 균일한 내경 치수를 얻도록 컷팅된 양단을 용접하여 하나의 링 형태로 제조하는 것이 일반적인 제조 형태이다.

이때, 상기한 벤딩(코일링) 공정은 작업자가 중량물을 이동하기 좋은 형태로 만드는 작업으로서, 깨끗한 절단면을 확보할 수 있도록 최근들어 여러 종류의 절단 방법, 즉 둥근톱, 워터젯, 띠톱날, 가스 절단 방식 등을 이용하여 절단하는 작업이 상용화되고 있는데, 그 중에서 가장 많이 채용하고 있는 둥근톱 절단 방식은 절단면이 절삭 가공으로 인하여 깨끗한 형상을 얻을 수 있다는 장점이 있는 반면, 톱날의 절단 속도가 늦어 이로 인해 발생되는 공정 정체와 코일링 절삭시 작은 흔들림에도 톱날이 파손되는 결점을 갖고 있으며, 워터젯 절단 방식은 장비가 고가인 점과 절단시 물기가 남아 있기 때문에 녹이 발생하는 결점이 있고, 띠톱날 절단 방식은 상당히 빠른 생산성을 보이지만 정밀한 내경을 확보하기 어려우며, 그리고 가스 절단 방식은 절단시 비교적 깨끗한 절단면을 얻을 수 없고, 또한 가스 공해를 발생시켜 이를 포집하기 위한 장치도 필요하며, 환경적인 유해 요소가 있어 실용화의 걸림돌이 되고 있다.

특히, 종래에는 코일링 공정과 컷팅 공정을 동시에 진행할 수 없으므로 인해 수직/수평 레벨러를 통해 코일을 교정하여 바를 일직선화시키는 교정 작업, 코일링 작업 및 컷팅 작업을 하는 작업자가 각각 배치되어야 하기 때문에 작업 인력이 많 이 필요하고, 코일링 공정이 약 12초가 소요되는 반면 컷팅 공정은 약 40초가 소요됨에 따라 컷팅 공정에서 병목 현상이 발생하여 생산량을 증대시키는 데 한계가 있으며, 제조시 정밀한 내경을 확보하는 것이 매우 중요한 요소인 데, 종래의 코일링시에는 간헐적으로 발생되는 롤 슬립(roll slip) 현상으로 인해 제조 공차가 크게 발생되어 불량률이 상승하게 되고, 기존의 공법은 3~7개 정도의 코일링을 만들 때 필연적으로 처음과 마지막 단계에 미완성 곡선구간이 발생하게 되어 이 부분은 낱개의 링을 제조시 절단시켜야 하는 데에 따른 스크랩이 많이 발생하여 제조 원가가 상승하게 되는 등의 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 엔진용 반제품 및 스타트 링 기어, 매스링, T/Q RING, 액슬 하우징용 링 플랜지 등의 제조시보다 정밀한 내경을 얻기 위하여 사각 테이퍼 형상의 바를 사용하여 동일한 원주선상에서 오버랩을 형성시키는 코일링 공정과 동시에 컷팅 공정을 진행할 수 있어서 제조 공수의 단축에 따른 작업 능률을 향상시켜 생산성을 크게 증대시킬 수 있으며, 코일링시 내경 치수의 편차를 효과적으로 감소시켜 높은 정밀도를 확보할 수 있는 링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 냉간 압연 공정에서 연속 제조된 코일 형태의 사각 테이퍼 형상의 바를 언코일러를 통해 풀어주면서 필요한 길이만큼 이송시키기 위한 공급 로울러가 설치되고, 이 공급 로울러를 통과하는 바를 공급받아 회전하는 메인 벤딩 로울러가 설치되며, 이 메인 벤딩 로울러를 통과하는 바를 감싸 링 형상으로 성형하기 위해 회전하는 복수개의 성형 가이드 로울러 등이 설치되는 링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치에 있어서, 상기 사각 테이퍼 형상의 바가 공급 로울러로 이송하기 전 상기 테이퍼 형상의 바가 접촉하여 수직/수평 레벨러를 통과함에 따라 일직선화된 형태로 바가 교정되도록 틸딩 작동하는 교정 로울러와, 상기 메인 벤딩 로울러를 통과하는 바를 감싸 링 형상으로 성형하기 위해 회전하며 그 중 어느 하나는 정밀한 내경을 형성시키기 위해 서보 모터가 장착되는 복수개의 성형 가이드 로울러와, 상기 메인 벤딩 로울러와 복수개의 성형 가이드 로울러 사이를 경유하는 바가 상승하면서 통과됨에 따라 오버랩이 형성되는 링 형상으로 유도하기 위해 대향되도록 설치되는 오버랩 가이드 로울러로 구성된 것을 특징으로 하는 링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치가 제공된다.

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이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 엔진용 반제품 및 스타트 링 기어, 매스링, T/Q RING, 액슬 하우징용 링 플랜지 등의 제조시보다 정밀한 내경을 얻기 위하여 사각 테이퍼 형상의 바를 사용하여 동일한 원주선상에서 오버랩을 형성시키는 코일링 공정과 동시에 컷팅 공정을 진행함으로써 제조 공수의 단축에 따른 작업 능률을 향상시켜 생산성을 크게 증대시킬 수 있음은 물론, 코일링시 내경 치수의 편차를 효과적으로 감소시켜 높은 정밀도를 확보할 수 있음과 아울러, 스크랩이 처음 시작 단계와 마지막 단계에서만 발생됨에 따라 원자재의 사용량을 효과적으로 줄일 수 있어서 제작 단가를 절감시킬 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 링 기어 제조용 코일링 장치의 작동 상태를 순차적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 바의 교정시 교정 로울러의 작동 상태를 나타낸 정면도이며, 도 3은 절단후 오버랩이 형성된 링을 나타낸 사시도이고, 도 4는 절단후 오버랩이 형성되지 않고 타원으로 형성된 링을 나타낸 평면 상태의 설명도이며, 도 5는 컷팅시의 상태를 설명하기 위한 정면도이다.

본 발명의 링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치는 냉간 압연 공정에서 연속 제조된 코일(=사각 테이퍼 형상의 바)을 언코일러를 통해 풀어주면서 수직/수평 레벨러를 통하여 교정시 교정 로울러(70)(72)가 틸팅(tilting)되면서 교정되어 일직선화된 사각 테이퍼 형상의 바(10)를 필요한 길이만큼 제어하여 이송시키기 위한 공급 로울러(20)가 설치되는 데, 상기 사각 테이퍼 형상의 바(10)가 교정 로울러(70)(72)를 통과할 때 바(10)가 일직선화된 상태로 이송되도록 이송 방향을 제어한다.
즉, 종래 수평/수직 레벨러 상의 내부에 위치한 로울러의 경우에는 틸팅장치가 구비되어 있지 않아 사각 테이퍼 형상의 바(10)를 통과시키는 경우 바를 서로간에 맞물고 있는 로울러 중 어느 하나는 테이퍼 진 바의 일측면과 접촉하게 되는데, 이러한 경우 바와 바를 맞물고 있는 상,하 또는 좌,우 로울러간의 접촉면적이 상이해지면서 사각 테이퍼 바(10)에 전달되는 힘의 방향이 각각의 로울러 별로 달라지게 되므로 이송되는 바의 균형이 흔들려 곧게 펴지지 못하고 바가 휘어지는 현상이 발생하게 된다. 따라서 본 발명에 따른 교정 로울러(70)(72)는 틸팅장치가 구비되어 있으므로 여러 형태 또는 크기에 따라 다른 테이퍼양을 갖는 형상의 바라 하더라도 휨이 발생하는 정도에 따라 테이퍼 진 바의 일측면과 로울러의 접촉 면적을 틸팅장치에 의해 힌지축을 중심으로 상,하로 조절하여 바를 서로간에 맞물고 있는 로울러 사이의 힘 방향의 균형을 잡아줌으로써 바의 휨현상을 방지하고 바를 곧게 교정할 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 상기 공급 로울러(20)의 전방에는 일정 거리 이격되어 상기 공급 로울러(20)를 통과하는 바(10)를 공급받아 회전하는 메인 벤딩 로울러(30)가 설치되며, 이 메인 벤딩 로울러(30)의 상부에는 메인 벤딩 로울러(30)를 통과하는 바(10)를 감싸 링 형상으로 성형하기 위해 회전하는 복수개의 성형 가이드 로울러(40)가 상기 메인 벤딩 로울러(30)의 상단 중앙으로부터 코일링 방향으로 배치되어 설치된다.

이때, 상기 공급 로울러(20)는 작업이 중단됨이 없이 대기하고 있다가 연속적으로 바(10)가 공급될 수 있도록 적어도 1대 이상 설치하는 것이 바람직하며, 상기한 복수개의 성형 가이드 로울러(40) 중에 어느 하나의 성형 가이드 로울러(40)에는 전기적으로 연결되어 컴퓨터에 의해 제어되는 서보 모터(도시는 생략함)가 장착되어 정밀한 내경을 형성시키게 되는 데, 이와 같은 정밀한 내경은 상기 공급 로울러(20)에서 이송된 길이와 서보 모터의 구동이 동기화됨에 따라 형성될 수 있게 된다.
더욱 상세하게는 상기 서보 모터는 어느 하나의 성형 가이드 로울러(40)와 전기적으로 연결되어 컴퓨터로 제어되며 상기 공급 로울러(20)에서 이송된 길이가 짧은 경우 고속으로 회전하여 필요한 길이만큼 추가적으로 이송시키고, 이송된 길이가 긴 경우에는 저속으로 회전시켜 필요한 길이만을 이송시키도록 공급 로울러(20)에서 이송된 길이와 서보 모터의 구동이 동기화되도록 설치된다. 이러한 일반 모터가 장착된 성형 가이드 로울러 만으로 구성된 경우 일정 길이만큼 이송된 후 절단을 위해 정지시켰을 때 정지 신호와 동시에 정지되지 못하고 최소의 회전 후 정지되는 슬립 현상이 발생할 수밖에 없는데, 이러한 경우 설정된 이송 길이가 달라지게 되며, 이렇게 달라진 길이의 차이에 의해 필요한 내경 보다 내경이 크거나 작을 수 있는 불량이 증가하는 문제점이 발생한다. 따라서 본원 발명의 서보 모터는 절단 전에 이송 길이에 따라 고속과 저속으로 제어하여 이송 길이를 최대한 정확하게 유지할 수 있으므로 정밀한 내경을 위해 반드시 핵심 구성요소이다.

그리고, 상기 메인 벤딩 로울러(30)의 하부에는 상기 메인 벤딩 로울러(30)와 복수개의 성형 가이드 로울러(40) 사이를 경유하는 바(10)가 통과됨에 따라 오버랩(OL)이 형성되는 링 형상으로 유도하기 위한 오버랩 가이드 로울러(50)가 대향되도록 설치되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 링 기어 블랭크 제조용 코일링 공정을 진행할 때에는 냉간 압연 공정에서 연속 제조된 코일, 즉 사각 테이퍼 형상을 갖는 바를 언코일러를 통해 풀어주면서 수직/수평 레벨러를 통하여 교정 로울러(70)(72)의 상부 교정로울러(70)가 사각 테이퍼 형상을 갖는 바(10)의 경사진 상단면과 접촉하여 틸팅되면서 사각 테이퍼 형상의 바(10)의 이송 방향이 교정되어 일직선화된 사각 테이퍼 형상의 바(10)가 미리 설정된 제어에 의해 필요한 길이만큼 회전하는 공급 로울러(20)를 경유하는 사각 테이퍼 형상의 바(10)는 계속해서 이 공급 로울러(20)의 전방에 일정 거리 이격되도록 설치되어 회전하는 메인 벤딩 로울러(30) 및 이 메인 벤딩 로울러(30)의 상부에 상단으로부터 일측 중앙까지 배치되어 설치된 복수개의 성형 가이드 로울러(40) 사이를 통과하여 링 형상을 이루면서 계속 이송되고, 계속하여 상기 메인 벤딩 로울러(30)의 하부에 대향되도록 설치된 오버랩 가이드 로울러(50) 사이를 관통하여 상승하면서 오버랩(OL)을 형성한 링(60) 형상을 형성한다.
이때, 상기 사각 테이퍼 형상의 바(10)의 선단이 오버랩 가이드 로울러(50)에 의해 오버랩된 상태에서 그 하단에 장착되어 있는 컷팅 머시인(도시는 생략함)의 펀치가 승강 작동하면서 오버랩된 링 형상의 하단 바를 컷팅시키는 작동을 반복하여 용이하게 진행할 수 있게 된다.
또한, 상기한 링(60)의 제조시 오버랩(OL)을 형성하는 이유는 오버랩이 형성되지 않으면 내경의 편차가 발생되고, 상기 링(60)이 오버랩을 형성하지 않고 링(60)의 양단이 틈새가 있는 개구부가 발생되면 도 3과 같이 링(60)이 타원으로 형성됨에 따라 정밀한 내경을 확보하기 위한 링 기어 제조시 오차가 발생됨은 물론, 상기한 개구부를 후레쉬 버트 용접(Flash butt welding)에 의해 용접하면서 간격이 넓어질 경우 용접 결함이 발생되므로 인해 개구부를 막아주기 위한 추가 작업이 필요하다.

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즉, 상기 오버랩(OL)이 형성되지 않으면 절단한 양단의 부위가 맞대지 않아 후레쉬 버트 용접(Flash butt welding)시 견고하게 융착이 되지 않기 때문에 고부하가 걸릴 경우 파단이 발생되고, 개구부를 용접하면서 일부의 원주를 형성하는 모재부가 용접 불꽃과 압접에 의하여 손실되기 때문에 내경이 작아지고, 진원도가 저하됨에 따라 용접과 압접에 의한 손실을 상기한 오버랩이 보완함과 아울러, 진원도를 유지할 수 있게 된다.

예를 들면, 내경 100㎜의 링을 제조하기 위해서는 100㎜×3.141592, 즉 314㎜의 길이가 필요하지만, 용접시 날라가는 양(비산되는 양)이 10㎜라고 했을 때 100㎜×3.14 + 10㎜의 진원을 형성하는 데, 상기한 바와 같이 링의 제조시 개구부가 발생되지 않도록 해야 진원 형성에 도움이 되고, 또한 링의 제조시 단면적별로 용접량이 다르므로 이를 제어해야 한다.

또한, 컷팅 공정시 얇은 단면적, 예를 들면 Φ5㎜정도를 절단하는 작업은 비교적 용이하지만, 최대 단면적 20×20㎜(가로×세로)를 일정한 간격으로 절단하여 용접시 전,파단면이 용접 불꽃과 압접에 의해 없어지게 되는 데, 이때 용접후 전단 가공시 발생된 파단면이 남아있지 않아야 하므로 인해 편측 3㎜이내에서 전단, 파단면이 존재해야 하며, 도 4와 같이 컷팅시 변형이 발생되기 때문에 변형 방지를 위하여 바(10)의 절단면(C) 앞에서 유압 고정대(도시는 생략함)로 움직이지 않게 고정시킨 후 절단한다.

또한, 본 발명에 의해 링(60)을 제조시 진원도가 향상되는 이유는 동일한 내경에서 오버랩되는 부분이 용접시 미리 파단면이 용접 불꽃과 압접에 의해 없어지는 량을 계산하여 그 정도의 길이를 컷팅한 다음 용접하기 때문에 균일한 내경을 용이하게 확보할 수 있는데, 이는 동일 원주상에서 작업된 후 오버랩 부분이 밀착하여 없어지기 때문이고, 일반적인 방법으로 제조시 0.4~1.2㎜ 정도의 진원도가 발생되지만, 본 발명을 적용했을 때 0.4~0.8㎜ 정도로 진원도를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 종래에는 냉간 압연 공정에서 연속 제조된 코일을 언코일러를 통해 풀어지면서 수직/수평 레벨러를 통하여 교정을 하여 바(10)를 일직선화시키기 위한 교정 작업을 하는 작업자 1명과 코일링 작업을 하는 작업자 1명 및 컷팅 작업을 하는 작업자 1명을 포함한 3명이 필요했으나, 본 발명의 장치를 적용할 경우 교정, 코일링 및 컷팅 작업을 1명이 진행할 수 있기 때문에 작업 인력을 크게 절감시킬 수 있으며, 또한 종래에 평균적으로 코일링 작업시간이 12초가 소요되고, 컷팅 작업시간이 40초가 소요됨에 따라 컷팅 공정에서 병목 현상이 발생되었으나, 본 발명의 복합화된 장치를 적용할 경우 12초로 일정하게 제조가 가능하므로 인해 처리량을 대폭 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의해 상기 링(60)을 제조시 내경이 상당히 중요한 데, 종래의 코일링은 간헐적인 롤 슬립(roll slip) 현상으로 인해 제조 공차가 크게 발생됨에 따라 불량율이 0.5% 발생되었으나, 본 발명의 장치로 인해 제조시 정밀한 내경을 얻을 수 있어서 불량율을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다.

그리고, 종래의 공법은 3~7개 정도의 코일링을 만들 때 필연적으로 발생되는 처음과 마지막 단계에 미완성 곡선구간이 발생하게 되는 데, 이 부분은 낱개의 링을 제조시 스크랩으로 잘라져 나가게 됨에 따라 스크랩이 많이 발생하여 제조 원가의 상승을 초래했으나, 본 발명의 장치를 적용할 경우 처음과 마지막 단계에서만 스크랩이 발생되기 때문에 스크랩 발생을 최소화하여 제조 원가를 효율적으로 절감시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 링 기어 제조용 코일링 장치의 작동 상태를 순차적으로 나타낸 사시도

도 2는 본 발명에 따른 바의 교정시 교정 로울러의 작동 상태를 나타낸 정면도

도 3은 절단후 오버랩이 형성된 링을 나타낸 사시도

도 4는 절단후 오버랩이 형성되지 않고 타원으로 형성된 링을 나타낸 평면 상태의 설명도

도 5는 컷팅시의 상태를 설명하기 위한 정면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10; 바 20; 공급 로울러

30; 메인 벤딩 로울러 40; 성형 가이드 로울러

50; 오버랩 가이드 로울러 60; 링

70,72; 교정 로울러 OL; 오버랩

Claims (4)

1. 냉간 압연 공정에서 연속 제조된 코일 형태의 사각 테이퍼 형상의 바를 언코일러를 통해 풀어주면서 필요한 길이만큼 이송시키기 위한 공급 로울러가 설치되고, 이 공급 로울러를 통과하는 바를 공급받아 회전하는 메인 벤딩 로울러가 설치되며, 이 메인 벤딩 로울러를 통과하는 바를 감싸 링 형상으로 성형하기 위해 회전하는 복수개의 성형 가이드 로울러 등이 설치되는 링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치에 있어서,

   상기 사각 테이퍼 형상의 바(10)가 공급 로울러(20)로 이송하기 전 상기 테이퍼 형상의 바(10)가 접촉하여 수직/수평 레벨러를 통과함에 따라 일직선화된 형태로 바(10)가 교정되도록 틸딩 작동하는 교정 로울러(70)(72)와,

   상기 메인 벤딩 로울러(30)를 통과하는 바(10)를 감싸 링 형상으로 성형하기 위해 회전하며 그 중 어느 하나는 정밀한 내경을 형성시키기 위해 서보 모터가 장착되는 복수개의 성형 가이드 로울러(40)와,

   상기 메인 벤딩 로울러(30)와 복수개의 성형 가이드 로울러(40) 사이를 경유하는 바(10)가 상승하면서 통과됨에 따라 오버랩(OL)이 형성되는 링 형상으로 유도하기 위해 대향되도록 설치되는 오버랩 가이드 로울러(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 링 기어 블랭크 제조용 코일링 장치.
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