KR101195384B1 - 천공된 중공 블록으로 관형 공작물을 제조하기 위한 방법 및 그 장치 - Google Patents

천공된 중공 블록으로 관형 공작물을 제조하기 위한 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 단조기(3)에서 천공된 중공 블록(1)으로 길이가 긴 관형 공작물을 제조하기 위한 방법 및 장치에 있어서, 단조기(3) 내에서 상기 중공 블록(1)의 단조 공정 전에 맨드릴 바(4)에 장착되는 맨드릴(5)이 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)를 축방향으로 통과하고, 계속해서 중공 블록(1)의 내부 보어(7) 내로 삽입되는, 상기 방법 및 장치에 관한 것이다.
중공 블록 내에 맨드릴을 정확하게 중심에 삽입하기 위해, 본 발명에 따라, 맨드릴 바(4)는 적어도 하나의 중심 결정편(8)을 포함하되, 중심 결정편(8)의 외경(DZ)은 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)의 내경(DI)보다 극미하게 작거나, 또는 그와 동일하고, 맨드릴 바(4)의 외경(DA)은 중심 결정편(8)의 외경(DZ)보다 작으며, 그에 따라 중심 결정편(8)의 외부 원주부와 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어 사이에서는 접촉이 이루어지고, 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)와 맨드릴 바(4) 사이에서는 접촉이 이루어지지 않는 방식으로, 맨드릴 바(4)가 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)를 통해 안내된다.
Figure R1020090129808
단조기, 중공 블록, 관형 공작물, 맨드릴, 맨드릴 바, 블록 매니퓰레이터, 중심 결정편, 외부 원주부, 중심 보어.

Description

천공된 중공 블록으로 관형 공작물을 제조하기 위한 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING TUBULAR WORKPIECES OUT OF A PUNCHED HOLLOW BLOCK}
본 발명은, 천공된 중공 블록으로 길이가 긴 관형의 공작물을 제조하기 위한 방법에 있어서, 중공 블록은 블록 매니퓰레이터에 의해 포착되어 단조기의 작업 영역으로 이동되되, 단조기에서 중공 블록의 단조 공정 전에, 맨드릴 바(mandrel bar)에 장착되는 맨드릴이 블록 매니퓰레이터 내 축방향의 중심 보어를 통과하여, 계속해서 중공 블록의 내부 보어 내에까지 삽입되는, 상기 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 천공된 중공 보어로부터 길이가 긴 관형 공작물을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.
상기와 같은 방법과 대응하는 장치는 선행 기술에서 공지되었다. 관형 공작물은, 천공된 중공 블록을 블록 매니퓰레이터를 이용하여 단조기로 이동시키되, 중공 블록은 단조기에서 맨드릴 바의 축방향 단부에 배치되거나 고정되는 맨드릴을 통해서 단조하면서 이루어지는 단조 공정을 통해 중공 블록으로 제조할 수 있다.
단조기는 중공 블록에 반경 방향으로 작용하는 복수의 공구 내지 단조 조(forging jaw)를 포함한다. 장착 측에서, 다시 말하면 전단기 전방에서 예컨대 회동(swing)을 통해 공급되거나 장착되는 중공 블록은 블록 매니퓰레이터에 의해, 예컨대 DE 40 16 534 A1로부터 공지된 바와 같은 플라이어들(pliers)에 의해 포착되고 고정된다. 단조 처리를 위해 블록 매니퓰레이터에 의해 고정되는 중공 블록 내에는 말단측에 배치되는 맨드릴을 구비하는 맨드릴 바가 액추에이터에 의해 축방향으로 공급될 수 있는 방식으로 블록 매니퓰레이터의 중공축(중심 보어)을 통해 삽입 고정된다.
이와 관련하여 중공 블록 내 맨드릴의 중심 삽입은 특히 굽힘을 촉진하는 맨드릴 바의 길이가 길다는 관점에서 큰 문제를 초래한다.
DE 200 07 682 U1로부터는 공작물의 축방향 지지 및 종동 회전을 위해 제공되고 회전 및 축방향 변위 가능하게 고정 헤드 하우징(gripping head housing) 내에 장착되는 수용 장치 내에서 맨드릴 바를 안내하는 점이 공지되었다. 이를 위해 수용 장치는 가이드 슬리브를 포함하며, 이 가이드 슬리브 내에는 맨드릴 바의 가이드 구간을 수용하기 위한 부시(bush)가 배치된다. 그러나 이런 해결 방법의 경우, 맨드릴 바 가이드의 설계가 매우 복잡하여, 이는 그에 상응하는 비용을 야기하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 중공 블록 내 맨드릴의 중심 삽입을 가능하게 하고, 이때 맨드릴 바의 굽힘을 대부분 배제하는 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라 방법과 관련하여, 맨드릴 바가 적어도 하나의 중심 결정편(centering piece)을 포함하되, 중심 결정편의 외경은 블록 매니퓰레이터의 중심 보어의 내경보다 극미하게 작거나, 또는 그와 공차 범위 내에서 동일하고, 맨드릴 바의 외경은 중심 결정편의 외경보다 작으며, 그에 따라 중심 결정편의 외부 원주부와 블록 매니퓰레이터의 중심 보어 사이에서는 접촉이 이루어지고, 맨드릴 바와 블록 매니퓰레이터의 중심 보어 사이에서는 접촉이 이루어지지 않는 방식으로, 맨드릴 바가 블록 매니퓰레이터의 중심 보어를 통해 안내됨으로써 달성된다.
이와 관련하여 중심 결정편은 바람직하게는 단조기 내에서의 전체 단조 공정 동안 중공 블록 외부와 중공축 내부에서 축방향으로 고정된다.
중공 블록의 내부 보어 및/또는 맨드릴에는 바람직하게는 중공 블록의 내부 보어 내에 맨드릴이 삽입되기 전에 윤활제 내지 이형제가 공급된다.
중공 블록 및 맨드릴의 내부 보어는 그 지름과 관련하여, 중공 블록의 내부 보어 내 맨드릴의 축방향 삽입 시에, 그리고 단조 공정 전에는 중공 블록의 내부 보어와 맨드릴 간에 결코 접촉이 이루어지지 않도록 설계된다.
천공된 중공 블록으로 길이가 긴 관형 공작물을 제조하기 위한 장치는, 중공 블록을 포착하여 축방향으로 변위할 수 있도록 형성되고 중심 보어를 포함하는 블록 매니퓰레이터, 단조기, 그리고 블록 매니퓰레이터 내 중심 보어를 축방향으로 통과하고 중공 블록의 내부 보어 내에 축방향으로 삽입될 수 있도록 장착된 맨드릴을 구비하는 맨드릴 바를 포함한다. 상기 장치는 본 발명에 따라, 맨드릴 바는 적어도 하나의 중심 결정편을 포함하되, 중심 결정편의 외경은 블록 매니퓰레이터의 중심 보어의 내경보다 극미하게 작거나, 또는 그와 공차 범위 내에서 동일하고, 맨드릴 바의 외경은 중심 결정편의 외경보다 작은 것을 특징으로 한다.
중심 결정편은 바람직한 실시예에 따라 적어도 2개의 부재로 형성되되, 적어도 2개의 부재는 상호 간에 동심으로 배치된다. 특히 안쪽에 위치하는 부재는 반경 방향 단면에서 볼록하게 형성되어 바깥쪽에 위치하는 부재에 인접하는 외부 원주부를 포함하고, 바깥쪽에 위치하는 부재는 반경 방향 단면에서 외부 원주부에 부합하게 오목하게 형성되는 내부 원주부를 포함할 수 있다. 중심 결정편은 그것의 외부 원주부에 적어도 하나의 챔퍼부(chamfer)를 구비할 수 있다.
중심 결정편은 맨드릴 바에서 고정 부재들에 의해 양측에서 축방향으로 고정될 수 있다.
중공 블록의 내부 보어의 지름은 그 단조 가공 전일 경우 바람직하게는 맨드릴의 외경보다 더욱 크다.
맨드릴을 구비한 맨드릴 바는 제안한 해결 방법에 따라 바람직하게는 블록 매니퓰레이터의 중공축 내에서, 그에 따라 대응하는 가공 위치에 직접적으로 중심 결정되며, 그런 후에 매니퓰레이터 및/또는 맨드릴 바 액추에이터의 축방향 제어 변위 중에 중심에서 중공축의 전체 길이에 걸쳐 안내된다.
이를 위해 맨드릴 바는 중심 결정편 내지 중심 결정 링을 구비하며, 이 중심 결정편 내지 중심 결정 링의 외경은 대략 블록 매니퓰레이터의 중공축의 내경에 상응한다.
특히 관 단조 시에 제안한 방법 및 장치를 바람직하게 이용할 수 있다. 요컨대 블록 매니퓰레이터 내부에서 조합된 맨드릴 및 맨드릴 바의 기능상 중심 결정이 이루어진다.
상대적으로 길이가 긴 맨드릴 바의 굽힘은 중심 결정편의 이용에 의해 효율적으로 방지되거나, 또는 언제나 대폭 최소화될 수 있다. 맨드릴은 중공 블록 내의 중심으로 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어 있다.
본 발명에 의하면 중공 블록 내 맨드릴의 중심 삽입을 가능하게 하고, 맨드릴 바의 굽힘을 크게 감소시킬 수 있다.
도 1 내지 도 6에는 관형 공작물을 제조하기 위한 장치를 확인할 수 있되, 그 각각에는 시간 순서에 따르는 다양한 공정 단계들이 도시되어 있다.
본원의 장치는 중공 블록(1)(도 5 및 도 6 참조)을 포착 및 고정하기 위한 2개 또는 4개의 플라이어(13, 14)를 포함하는 블록 매니퓰레이터(2)를 포함한다. 블록 매니퓰레이터(2)는 그것의 장착 측이 단조기(3)로 향해 있으며, 이 단조기 내 에서는 중공 블록(1)이 반경 방향에서 외부로부터 중공 블록 자체에 작용하는 단조 툴(19)에 의해 단조 될 수 있다. 단조 툴(18)을 이용한 단조 공정은, 중공 블록(1)의 내부 보어(7)(도 7 참조) 내에 맨드릴(5)이 배치될 때 비로소 실시된다. 맨드릴(5)은 맨드릴 바(4)의 축방향 단부에 장착된다. 공지된 방식으로 맨드릴 바(4)는 맨드릴(5)과 함께 블록 매니퓰레이터(2) 내 중심 보어(6)(중공축)를 통해 안내되며, 중공 블록(1)이 플라이어들(13, 14)에 의해 고정될 때 그 중공 블록의 내부 보어(7) 내로 삽입된다.
맨드릴 바(4)의 조작과 관련하여, 블록 매니퓰레이터(2) 옆의 측면에서는, 도 1에 따른 초기 상태에 상응하는 바와 같이, 맨드릴 바(4)는, 지지부(15)와, 블록 매니퓰레이터(2)에 근접하여 배치되는 추가 지지부(15') 상에 안착된다. 또한, 맨드릴 바(4) 옆의 측면에는 맨드릴 매니퓰레이터(16)가 배치되되, 이 맨드릴 매니퓰레이터(16) 상에는 맨드릴 바(4)의 회전 구동을 위한 캐리지(17)가 장착되어 있다. 도 1에 따라 맨드릴(5)은 맨드릴 바(4)와 함께 지지부들(15) 상에 안착된다.
뒤이어 도 2에 따라서는 맨드릴 바(4)는 맨드릴 매니퓰레이터(16)에 고정되며, 그에 따라 맨드릴(5)은 맨드릴 바(4)와 함께 이제 축방향으로 변위될 수 있을 뿐 아니라, 필요에 따라 종축을 중심으로 회전될 수도 있다.
뒤이어 도 3에 따라서는 블록 매니퓰레이터(2)는 맨드릴 매니퓰레이터(16) 쪽으로 되돌아가면서, 맨드릴 바(4)와 함께 맨드릴(5)을 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6) 내로 삽입한다(중심 보어(6)는 블록 매니퓰레이터(2)의 구성 요소인 중공축 내에 통합되어 있다). 대체되는 실시예에 따라 맨드릴 매니퓰레이터(16) 자체가 구동 장치를 포함하여, 삽입 이동을 실시할 수 있다.
뒤이어 도 4에 따라서는 맨드릴 매니퓰레이터(16)는 맨드릴 바(4)와 함께 맨드릴(5)을 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)(중공축)로 통과시킨다.
도 5에 따라서는 중공 블록(1)의 회동이 연속해서 실시된다. 중공 블록(1)은 플라이어들(13, 14)에 의해 포착 및 고정되는데, 다시 말하면 블록 매니퓰레이터(2)는 단조 준비 중에 중공 블록(1)을 고정한다.
단조 자체는 도 6에 따라 실시된다. 다시 말하면 블록 및 맨드릴 매니퓰레이터(2 및 16)는 단조 위치로 이동한다. 이때 중공 블록(1) 위쪽에서 단조 툴들(18)로 단조 공정이 실시될 수 있도록 맨드릴(5)은 중공 블록(1) 내부에 축방향으로 배치된다.
다시 말하면 도 1 내지 도 6은 바람직하게는, 머신 베드(19)를 형성하는 블록 지지부 및 추가 지지부 상에 맨드릴 바(4)를 안착하는 과정에서부터, 다음에서 설명되는 중심 결정편(8)을 포함하는 맨드릴 바(4)를 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(중공축)에 삽입하는 과정과, 최종에는 맨드릴 매니퓰레이터 캐리지로서 형성되는 맨드릴 바 액추에이터 및/또는 매니퓰레이터의 축방향 이동 시에 자체 중심 결정편을 통해 맨드릴 바를 중심에서 지지하면서 안내하는 과정에 이르기까지, 시간 순서로 중공 블록(1)으로 관형 공작물을 제조하기 위한 시퀀스를 차례대로 도시하고 있다.
여기서 본질적인 사항은, 맨드릴 바(4)가 적어도 하나의 중심 결정편(8)을 포함하고 있다는 점이다(실시예에서는 정확하게 하나의 중심 결정편(8)만이 다루어 진다). 이에 대한 상세 내용은 본원의 장치의 가장 중요한 부재들을 확인할 수 있는 도 7에 도시되어 있다.
중심 결정편(8)의 외경(DZ)은 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)의 내경보다 극미하게 작으며, 경우에 따라 아무리 크더라도 공차 범위 내에서 동일한 크기이다. 그에 반해 맨드릴 바(4)의 외경은 중심 결정편(8)의 외경보다 작다.
그에 따라, 중심 결정편(8)의 외부 원주부와 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6) 간에만 접촉이 이루어지고, 그에 반해 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어와 맨드릴 바(4) 간에는 접촉이 이루어지지 않는 방식으로, 맨드릴 바(4)는 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)를 통해 안내될 수 있는 점이 달성된다.
매우 바람직한 경우는 도 7로부터 알 수 있듯이 지지하는 중심 결정편(8)의 구성이다. 중심 결정편(8)은 실질적으로 2개의 부재로 구성되되, 다시 말하면 반경 방향에서 안쪽에 위치하는 부재(8')와, 이 부재에 대해 동심으로 배치되고 반경 방향에서 바깥쪽에 위치하는 부재(8")로 구성된다(이와 관련하여 주지할 점은, 조립 기술의 측면에서, 안쪽 부재(8) 위에 조립될 수 있도록 하기 위해, 바깥쪽 부재(8")는 다시 분리되는 방식으로 형성되어야 한다는 점에 있다).
안쪽 부재(8')는 도 7에 따른 반경 방향 단면도에 도시된 바와 같이 볼록한 외부 원주부(9)를 포함한다. 그에 상응하게 부재(8")는 오목하게 형성된다. 이와 같은 반구형 형상은, 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)(중공축) 내에 항상 중심에 작용하는 부하가 존재한다는 장점이 있다. 안쪽 부재(8')는 맨드릴 바(4) 상에서 고정 부재들(11, 12)에 의해 양쪽의 축방향에서 고정된다. 맨드릴 바(4)와 그에 따른 중심 결정편(8)이 중심 보어(6) 내에서 변위되고, 특히 그 중심 보어 내로 삽입되는 과정은 바깥쪽 부재(8")에 통합되어 있는 챔퍼부(10)에 의해 용이해진다.
중공 블록(1)의 내부 보어(7) 내에 맨드릴(5)을 삽입할 시에, 맨드릴(5)과 맨드릴 바(4)를 정확하게 중심에서 안내하는 점을 바탕으로, 맨드릴(5)이 내부 보어(7)의 안쪽 벽부에 접촉하는 점을 방지할 수 있다. 내부 보어(7)의 벽부는 일반적으로 윤활제 내지 이형제로 코팅되거나 그 벽부에 공급된다. 그에 따라 내부 보어(7) 내에 맨드릴(5)을 삽입할 시에 맨드릴과 내부 보어 사이에는 도 7에 도시된 바와 같이 공기 갭이 항시 존재한다.
다시 말하면 맨드릴 바(4) 상의 중심 결정편(8)에 의해 중공 블록(1) 내부에서 발생할 수도 있는 맨드릴 바(4)의 굽힘은 대폭 감소된다.
도 1은 천공된 중공 블록으로 관형 공작물을 제조하기 위한 장치에 있어서 제1 공정 상태에 있는 상기 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 장치에 있어서 후속하는 제2 공정 상태에 있는 상기 장치를 도시한 개략도이다.
도 3은 제1에 따른 장치에 있어서 추가 후속하는 제3 공정 상태에 있는 상기 장치를 도시한 개략도이다.
도 4는 제1에 따른 장치에 있어서 추가 후속하는 제4 공정 상태에 있는 상기 장치를 도시한 개략도이다.
도 5는 제1에 따른 장치에 있어서 추가 후속하는 제5 공정 상태에 있는 상기 장치를 도시한 개략도이다.
도 6은 제1에 따른 장치에 있어서 추가 후속하는 제6 공정 상태에 있는 상기 장치를 도시한 개략도이다.
도 7은 도 1에 따른 장치를 반경 방향으로 절개한 단면을 다소 상세하게 도시한 반경 방향 단면도이다.
<도면부호에 대한 설명>
1: 중공 블록
2: 블록 매니퓰레이터
3: 단조기
4: 맨드릴 바
5: 맨드릴
6: 블록 매니퓰레이터 내 중심 보어
7: 중공 블록 내 내부 보어
8: 중심 결정편
8': 중심 결정편의 안쪽 부재
8": 중심 결정편의 바깥쪽 부재
9: 볼록한 외부 원주부
10: 챔퍼부(chamfer)
11: 고정 부재
12: 고정 부재
13: 블록 매니퓰레이터의 플라이어(plier)
14: 블록 매니퓰레이터의 플라이어
15: 지지부
15': 추가 지지부
16: 맨드릴 매니퓰레이터
17: 캐리지
18: 단조 툴
19: 머신 베드
DZ: 중심 결정편의 외경
DI: 중심 보어의 내경
DA: 맨드릴 바의 외경

Claims (8)

  1. 천공된 중공 블록(1)으로 길이가 긴 관형 공작물을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 중공 블록(1)은 블록 매니퓰레이터(2)에 의해 포착되어, 단조기(3)의 작업 영역으로 이동되되, 상기 단조기(3) 내에서 상기 중공 블록의 단조 공정 전에, 맨드릴 바(4)에 배치되는 맨드릴(5)이 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)를 축방향으로 통과하며, 그리고 계속해서 상기 중공 블록(1)의 내부 보어(7) 내로 삽입되는, 상기 관형 공작물 제조 방법에 있어서,
    상기 맨드릴 바(4)는 적어도 하나의 중심 결정편(8)을 포함하되, 이 중심 결정편(8)의 외경(DZ)은 상기 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)의 내경(DI)보다 극미하게 작거나, 또는 그와 공차 범위 내에서 동일하고, 상기 맨드릴 바(4)의 외경(DA)은 상기 중심 결정편(8)의 외경(DZ)보다 작으며, 그에 따라 상기 중심 결정편(8)의 외부 원주부와 상기 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6) 사이에서는 접촉이 이루어지고, 상기 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)와 상기 맨드릴 바(4) 사이에서는 접촉이 이루어지지 않는 방식으로, 상기 맨드릴 바(4)는 상기 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중심 결정편(8)은 상기 단조기(3) 내에서의 전체 단조 공정 동안, 상기 중공 블록(1)의 외부에서, 그리고 상기 중심 보어(6)의 내부에서 축방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 중공 블록(1)의 내부 보어(7) 또는 상기 맨드릴(5) 중 적어도 하나에는, 상기 중공 블록(1)의 내부 보어(7) 내로 상기 맨드릴(5)이 삽입되기 전에 윤활제 내지 이형제가 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 천공된 중공 블록(1)으로 길이가 긴 관형 공작물을 제조하기 위한 장치로서,
    특히 제 1 항 또는 제 2 항에 따르는 제조 방법을 실행하기 위해,
    상기 중공 블록을 포착하여 축방향으로 변위시킬 수 있도록 형성되고 중심 보어(6)를 포함하는 블록 매니퓰레이터(2),
    단조기(3), 및
    상기 블록 매니퓰레이터(2) 내의 중심 보어(6)를 통해 축방향으로 통과하고 상기 중공 블록(1) 내에 축방향으로 삽입될 수 있도록 배치되는 맨드릴(5)을 구비한 맨드릴 바(4)를 포함하는 상기 관형 공작물 제조 장치에 있어서,
    상기 맨드릴 바(4)는 적어도 하나의 중심 결정편(8)을 포함하되, 이 중심 결정편(8)의 외경(DZ)은 상기 블록 매니퓰레이터(2)의 중심 보어(6)의 내경(DI)보다 극미하게 작거나, 또는 그와 공차 범위 내에서 동일하며, 상기 맨드릴 바(4)의 외경(DA)은 상기 중심 결정편(8)의 외경(DZ)보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 중심 결정편(8)은 적어도 2개의 부재로 형성되되, 이 적어도 2개의 부재는 상호 간에 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 안쪽에 위치하는 부재(8')는 반경 방향 단면에서 볼록하게 형성되는 외주 원주부(9)를 포함하고, 이 외부 원주부는 반경 방향 단면에서 그에 부합하게 오목하게 형성되는 내부 원주부를 포함하여 바깥쪽에 위치하는 부재(8")에 인접하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 중심 결정편(8)은 그것의 외부 원주부에 적어도 하나의 챔퍼부(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 중심 결정편(8)은 상기 맨드릴 바(4)에서 고정 부재들(11, 12)에 의해 양측에서 축방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
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