KR101079975B1

KR101079975B1 - 외경이 동일하고 내벽의 두께가 상이한 파이프의 업셋 단조장치

Info

Publication number: KR101079975B1
Application number: KR1020110083957A
Authority: KR
Inventors: 박선용
Original assignee: 박선용
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2011-11-04

Abstract

본 발명은 중공의 파이프형 소재(10)를 사용하여 외경은 동일하고 내벽의 두께가 상이한 파이프형 완성품(100)을 성형하는 업셋 단조장치에 있어서, 내부에 상기 파이프형 소재(10)의 외경(R1)이 끼워지는 내경(R3)을 가지는 펀치공(22)이 형성되고 이 펀치공(22)의 하단부에 상기 소재(10)의 하단부를 지지하는 단턱부(25)가 형성된 금형(20)과, 상기 파이프형 소재(10)의 내경(R2)에 끼워지는 외경(R4)을 가진 선단 소경부(32)와, 이 소경부(32)에서 확장되어 상향연장되며 완성품(100)의 확장된 내경(R8)에 해당하는 외경(R5)의 확경부(34)를 가지는 펀치(30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 업셋 단조장치가 제공된다.

Description

외경이 동일하고 내벽의 두께가 상이한 파이프의 업셋 단조장치{Upset Forging Device of Tube With Different Inner Thickness}

본 발명은 금속 파이프의 대량 생산에 가장 널리 이용되는 업셋 단조(Upset Forging) 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 외경이 동일하고 내벽의 두께가 서로 다른 단일 부품을 단조 공법으로 생산할 때 공정수와 두께 편차를 줄여 생산성과 정밀도를 높이는 새로운 업셋 단조장치에 관한 것이다.

업셋 단조(Upset Forging)는 길이 방향으로 재료를 눌러서 재료의 직경을 증가시키는 단조 방법으로서 생산량 측면에서 모든 단조 공정 중 가장 널리 이용되고 있다. 특히 내벽의 두께가 서로 다른 파이프형 금속 부품을 생산할 때 정밀도와 생산성에서 장점이 큰 업셋 단조 공법의 적용이 늘어나고 있다.

도 1은 단조를 이용하여 내벽의 직경이 서로 다른 금속 파이프형 부품을 제작하는 종래의 제조 방법을 나타내는 것으로서 도 1(a)와 같이 봉재 소재(1)를 금형(Die)에 올려놓고 1차 단조를 통해 도 1(b)와 같이 하단부가 오목하게 성형된 반제품(2)을 얻는다. 이후 도 1(c)와 같이 새로운 펀치로 교체한 후 2차 단조를 통해 도 1(d)의 상단부가 오목하게 형성된 단조성형품(3)을 얻는다. 이러한 단조성형품(3)은 이후의 후가공을 통해 두께가 두꺼운 내벽의 내주면에 CNC 등의 방법으로 탭가공을 하여 암나사부를 성형하는 것이 일반적인데, 이러한 탭가공시에 단조성형품(3) 내부의 막힌 부분이 절단, 제거된다.

그런데 이러한 종래의 단조방법은 두 개의 금형을 사용하여 공정수가 많아 생산 단가가 높으며, 두께의 편차가 심하고 막힘 현상이 발생하는 등 불량율도 높다. 이와 같이 내벽의 두께가 서로 다른 단조품을 제작하는 종래의 업셋 단조방법은 공정이 복잡할 뿐만 아니라 다수의 공정을 거치며 재료의 물리적 특성이 나빠지고 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

일본 특허공개 제2001-300677호 일본 특허공개 제2002-086243호

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 본 발명은 한 번의 공정만으로 외경이 동일하고 내벽의 두께가 서로 다른 단조품을 제작할 수 있는 새로운 업셋 단조장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 특징에 따르면, 중공의 파이프형 소재(10)를 사용하여 외경이 동일하고 내벽의 두께가 상이한 파이프형 완성품(100)을 성형하는 업셋 단조장치에 있어서,

내부에 상기 파이프형 소재(10)의 외경(R1)이 끼워지는 내경(R3)을 가지는 펀치공(22)이 형성되고 이 펀치공(22)의 하단부에 상기 소재(10)의 하단부를 지지하는 단턱부(25)가 형성된 금형(20)과,

상기 파이프형 소재(10)의 내경(R2)에 끼워지는 외경(R4)을 가진 선단 소경부(32)와, 이 소경부(32)에서 확장되어 상향연장되며 완성품(100)의 확장된 내경(R8)에 해당하는 외경(R5)의 확경부(34)를 가지는 펀치(30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 업셋 단조장치가 제공된다.

외경이 동일하고 내벽의 두께가 서로 다른 파이프형 금속 단조품은 다양한 분야에서 광범위하게 사용되는 부품으로서 종래의 제작 방법으로는 여러 공정을 거쳐야 제작이 가능하였다. 그러나 본 발명의 기술을 적용하여 상기 단조품을 제작하게 되면 공정이 단순하여 비용 절감 효과가 크고 작업 속도가 빨라져 생산성이 향상된다. 또한 최종 단조품의 재료 역학적 특성이 종래에 비해 우수해지며, 생산에 사용되는 펀치와 금형의 수명이 연장되는 부수적 장점까지 있다.

도 1은 종래의 업셋 단조방법으로 외경이 동일하고 내벽의 두께가 상이한 파이프형 단조품을 제작하는 과정을 나타내는 공정순서도
도 2는 본 발명에 적용되는 소재의 단면도 및 완성품의 단면도와 사시도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 사시도 및 작동전과 후의 단면도

도 2는 본 발명에 따른 장치에 적용되는 파이프형 소재(10) 및 완성품(100)의 구조를 보여주는데, 좌측에 도시된 파이프형 소재(10)는 내경(R2)과 외경(R1)을 가진 중공 관체로 이루어지고, 이를 단조성형하여 얻어지는 완성품(100)은 우측에 각각 단면도와 상면 사시도 및 저면 사시도로 도시된 바와 같이, 하단부 내경(R7)이 작고 그 상부 내경(R8)이 크며 전 길이에 걸쳐서 동일한 외경(R6)을 가져서, 전체적으로 볼 때 외경이 동일하고 상부와 하단부의 내벽의 두께가 서로 다른 성형품이다. 이러한 단조품은 예를 들면 후가공을 통해 하단부(14)의 두꺼운 내벽에 암나사 가공을 하여 이후에 관연결 등의 용도로 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 일실시예로서, 단일 금형과 펀치만으로 상기 완성품을 한 번의 공정만으로 제작할 수 있는 장치이다. 도 3의 좌측과 중간도면은 소재를 가공하지 전단계의 사시도 및 단면도이고, 도 3의 우측도면은 펀칭가공 후의 단면도이다. 본 발명에 사용되는 금형(20)은 그 내부에 상기 파이프형 소재(10)의 외경(R1)이 끼워지는 내경(R3)을 가진 펀치공(22)이 수직방향으로 형성되고 이 펀치공(22) 내부 하단부에 상기 파이프형 소재(10)의 하단부를 지지하는 단턱부(25)가 형성된다. 이러한 단턱부(25)를 형성하기 위해 별도의 단관체(24)가 금형(20)의 펀치공(22) 내에 삽입될 수 있다.

그리고 금형(20)에 대응하는 펀치(30)는, 상기 파이프형 소재(10)의 내경(R2)에 끼워지며 완성품(100)의 하단부 내경(R7)과 동일한 외경(R4)을 가진 선단 소경부(32)와, 이 소경부(32)에서 확장되어 상향 연장되며 성형된 완성품(100)의 확장된 내경(R8)에 해당하는 외경(R5)을 가진 확경부(34)를 구비한다. 도 3의 우측 도면은 본 발명의 업셋 단조장치를 사용하여 소재(10)를 타격하여 완성품(100)을 성형한 것을 보여준다.

본 발명에서 사용하는 소재(10)는 종래의 업셋 단조에서 사용하던 봉재나 각재를 사용하지 않고, 최종 완성품의 재료역학적 특성과 기하학적 특성이 반영된 적절한 규격의 중공 파이프를 압출성형하여 사용한다. 이와 같이 본 발명은 최종 부품의 재료역학적 특성과 기하학적 특성을 반영하여 설계된 파이프형 소재를 압출하여 사용함으로써, 종래의 업셋 단조에서 하단부 형성을 위해 필요했던 추가적인 단조 공정이 불필요하고, 단일의 펀칭동작에 의해 단조품을 완성할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 금형을 사용하는 경우 펀치(30)에 의해 소재(10)에 가해지는 임팩트는 소재의 상단에서 하단으로 균일하게 전달되어 최종 단조품은 균일한 물리적 특성을 갖게 된다. 또한 금형과 펀치가 수직으로 충돌하는 경우가 없기 때문에 금형과 펀치의 수명이 연장되어 생산성과 가격 경쟁력도 높아지게 된다.

Claims

중공의 파이프형 소재(10)를 사용하여 외경은 동일하고 내벽의 두께가 상이한 파이프형 완성품(100)을 성형하는 업셋 단조장치에 있어서,
내부에 상기 파이프형 소재(10)의 외경(R1)이 끼워지는 내경(R3)을 가지는 펀치공(22)이 형성되고 이 펀치공(22)의 하단부에 상기 소재(10)의 하단부를 지지하는 단턱부(25)가 형성된 금형(20)과,
상기 파이프형 소재(10)의 내경(R2)에 끼워지는 외경(R4)을 가진 선단 소경부(32)와, 이 소경부(32)에서 확장되어 상향연장되며 완성품(100)의 확장된 내경(R8)에 해당하는 외경(R5)의 확경부(34)를 가지는 펀치(30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 업셋 단조장치.