KR101259986B1 - 컴팩트형 소하중 유압 프레스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압 프레스에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소하중을 필요로 하는 가압 작업에 사용되며, 컴팩트 하면서도 제어가 용이하고 하중 조절이 가능한 유압 프레스에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유압 프레스는, 상부 표면이 편평하게 형성되어 작업대상물이 놓여지는 작업대와; 상기 작업대의 일측 단부로부터 상방으로 연장 형성되는 스탠드와; 내부에 수용공간이 형성된 함체로서, 상기 스탠드에 고정 설치되는 프레스하우징과; 상기 프레스하우징 내부 일측에 구비되어 오일이 저장되는 오일탱크와; 상기 프레스하우징의 내부에 구비되며, 오일탱크에 저장된 오일을 일정 압력으로 일정량 펌핑하여 토출시키는 기어펌프와; 상기 프레스하우징 내부 하측에 장착되고, 기어펌프로부터 펌핑 토출된 오일의 압력에 의해 팽창 및 수축되는 실린더와; 상기 실린더에 결합되어 실린더의 팽창 및 수축에 따라 직선 운동하며, 프레스하우징의 하측을 관통하여 외부로 노출되며 말단에는 작업대상물을 타격하기 위한 해머가 결합되는 피스톤로드를 포함한다.

Description

컴팩트형 소하중 유압 프레스{compact type small load oil-hydraulic press}

본 발명은 유압 프레스에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소하중을 필요로 하는 가압 작업에 사용되며, 컴팩트 하면서도 제어가 용이하고 하중 조절이 가능한 유압 프레스에 관한 것이다.

전자 및 IT 기술의 발달로 가정용 전자제품 또는 모바일 IT 제품들의 크기가 날로 소형화 되어가는 추세에 있다. 이에 따라, 해당 제품을 구성하는 부품들 및 그것들의 조립에 사용되는 장치들 또한 소형화되고 있다.

특히, 보어에 핀을 억지끼움 한다거나 소형 기어에 축을 끼우는 경우, 약 0.5톤 내외의 소하중이 요구되는데, 이러한 소하중 가압 작업에 종래에는 공기압을 이용한 공압 프레스가 주로 사용되어 왔다. 그런데, 공압 프레스를 사용하면, 압축공기를 생성하여 토출하는 컴프레서와, 압축공기를 공급받아 작업 대상물을 가압하기 위한 실린더 등 비교적 큰 장비를 구비하여야 하기 때문에 장치의 부피가 매우 커질 뿐만 아니라, 공기가 압축성 유체이기 때문에 댐핑 현상으로 인하여 정확한 하중 부여 및 장치의 정밀 제어가 쉽지 않다는 단점이 있어 왔다.

한편, 이러한 소하중 가압 작업에 공압 프레스 대신에 유압 프레스를 사용할 수도 있다. 도 1 에는 종래 통상적인 유압 프레스의 구성도가 개략적으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 종래 유압 프레스는 모터(30)의 구동에 따라 작동되는 펌프(50)로 오일탱크(40)내에 저장된 오일을 펌핑하고, 펌핑된 오일을 방향제어밸브(60)에서 스탠드(20)에 장착된 실린더(70)가 팽창 또는 수축이 반복되도록 교번 공급함으로써 실린더(70)의 피스톤로드(74) 말단에 구비된 헤머(80)가 작업대(10)에 놓여진 작업대상물을 가압하도록 구성된다.

그런데, 이러한 종래 유압 프레스에 따르면, 오일이 비압축성 유체이기 때문에 댐핑 현상이 발생하지 않는다는 점에서 정밀한 제어가 가능하다는 장점은 존재하나, 프레스 외측에 별도의 오일탱크(40)를 구비하고, 오일을 펌핑하기 위한 모터(30)와 펌프(50)가 설치되어야 하는 바, 이로 인하여 전체 장비의 부피가 매우 커질 뿐만 아니라, 모터(30)와 펌프(50)가 비교적 고가이기 때문에 설비비가 많이 드는 문제와 함께, 대체로 수십 또는 수백톤의 대하중 가압 작업을 위한 대형 유압 프레스만이 주로 유통되고 있어 소하중 가압 작업에 유연하게 적용하기 어렵고, 하중 조절이 불가능하여, 다양한 작업에 범용으로 사용할 수 없는 문제점이 있어 왔다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 공압 프레스 및 유압 프레스의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 컴팩트 하면서도 정밀 제어가 가능하며 하중 조절이 가능한 소하중 가압 작업용 유압 프레스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유압 프레스는, 상부 표면이 편평하게 형성되어 작업대상물이 놓여지는 작업대와; 상기 작업대의 일측 단부로부터 상방으로 연장 형성되는 스탠드와; 내부에 수용공간이 형성된 함체로서, 상기 스탠드에 고정 설치되는 프레스하우징과; 상기 프레스하우징 내부 일측에 구비되어 오일이 저장되는 오일탱크와; 상기 프레스하우징의 내부에 구비되며, 오일탱크에 저장된 오일을 일정 압력으로 일정량 펌핑하여 토출시키는 기어펌프와; 상기 프레스하우징 내부 하측에 장착되고, 기어펌프로부터 펌핑 토출된 오일의 압력에 의해 팽창 및 수축되는 실린더와; 상기 실린더에 결합되어 실린더의 팽창 및 수축에 따라 직선 운동하며, 프레스하우징의 하측을 관통하여 외부로 노출되며 말단에는 작업대상물을 타격하기 위한 해머가 결합되는 피스톤로드를 포함한다.

여기서, 상기 기어펌프와 실린더 사이에 구비되어, 실린더의 팽창 및 수축 작용을 교번하여 수행할 수 있도록 실린더내 오일의 유입 방향을 변경시켜주기 위한 방향제어밸브를 더 포함하되, 상기 방향제어밸브는 사방밸브로 구성되고, 제1방측은 기어펌프의 토출측에 토출관으로 연결되고, 제2방측은 실린더를 팽창시키도록 실린더의 후방측에 팽창용송유관으로 연결되고, 제3방측은 실린더를 수축시키도록 실린더의 전방측에 수축용송유관으로 연결되며, 제4방측은 실린더의 수축시 오일 회수를 위하여 오일탱크에 회수관으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방향제어밸브의 제2방측에 연결되는 팽창용송유관에는 다방밸브로 구성된 하중선택밸브가 장착되되, 상기 하중선택밸브에는 서로 크기가 다른 복수개의 실린더가 병렬로 연결되고, 하중선택밸브의 유로 절환에 따라 특정 크기의 실린더에만 선택적으로 오일이 공급되도록 하여 유압 프레스의 하중 선택이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 외부에 별도의 오일탱크와 모터 및 펌프를 구비하지 않고, 소형의 기어펌프를 사용하고 프레스하우징 내에 오일탱크와 기어펌프, 실린더 등을 모두 내장함으로써 컴팩트 하면서도 제어가 용이할 뿐만 아니라, 다양한 크기의 실린더를 선택적으로 사용함으로써 하중을 용이하게 조절할 수 있도록 하여 다양한 작업에 범용적으로 사용할 수 있는 장점을 갖는다.

도 1 은 종래 유압 프레스의 구성이 개략적으로 도시된 도면,
도 2 는 본 발명에 따른 컴팩트형 소하중 유압 프레스의 구성이 개략적으로 도시된 도면,
도 3 은 본 발명에 따른 유압 프레스의 작동 상태도,
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하중 조절이 가능한 유압 프레스의 구성이 도시된 도면이다.

이하, 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 본 발명에 따른 컴팩트형 소하중 유압 프레스의 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 컴팩트형 소하중 유압 프레스는, 작업대(110), 스탠드(120), 프레스하우징(130), 오일탱크(140), 기어펌프(150), 방향제어밸브(160), 실린더(170), 푸시로드 및 헤머(180)를 포함한다.

상기 작업대(110)는 상부 표면이 편평하게 형성되어 작업대상물을 올려놓는 부분으로, 대체로 사각 또는 원형 판부재로 구성되며, 하측에는 지면상에 작업대(110)를 지지하기 위한 다리가 구비되는 것이 바람직하며, 상측에는 작업대상물을 고정 거치하기 위한 별도의 거치수단이 구비될 수 있다.

상기 스탠드(120)는 작업대(110)의 일측 단부로부터 상방으로 연장 형성되며, 후술하는 프레스하우징(130)을 작업대(110)로부터 일정 간격 이격된 상태로 고정 거치하기 위한 일종의 수직 브라켓이다. 이러한 스탠드(120)는 작업대(110)의 일측 단부로부터 수직 상방으로 연장 형성되어, 도 2 에 도시된 바와 같이, 전면측에 후술하는 프레스하우징(130)이 장착될 수도 있고, 대체로 'ㄱ'자 형상으로 절곡 형성되어 프레스하우징(130)이 수평부 상측에 안치되어 지지될 수도 있다. 이와 같이, 상기 스탠드(120)의 형상 및 구조는 프레스하우징(130)을 안정적으로 지지할 수 있는 구조라면 어떠한 구조든 제한이 없다 할 것이다.

상기 프레스하우징(130)은 내부에 수용공간이 형성되어 후술하는 오일탱크(140), 기어펌프(150), 방향제어밸브(160) 및 실린더(170) 등 본 발명에 따른 유압 프레스의 주요 구성을 내장하는 함체로서, 종래 유압 프레스와 달리, 오일탱크(140)와 펌프 등을 모두 내장하여 장치 부피를 최소화할 수 있도록 구성된 것이다. 상기 프레스하우징(130)은 위에서 이미 언급한 바와 같이, 수직형 스탠드(120)의 전면측에 볼트 등과 같은 별도의 체결구에 의해 고정되어 작업대(110)의 상측에 소정 간격 이격 배치되거나, 'ㄱ'자형 스탠드(120) 또는 기타 다양한 구조의 스탠드(120)에 안정적으로 거치될 수도 있으며, 상기 스탠드(120)와 일체로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 프레스하우징(130)의 일측에는 도어(미도시)가 구비되어 내장된 부품의 교체나 오일 보충 등의 유지 보수 작업이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 프레스하우징(130)의 일측에는 오일탱크(140)가 구비된다. 상기 오일탱크(140)는 후술하는 실린더(170)를 팽창 또는 수축시키기 위한 압력을 제공하는 유체로서 사용되는 오일을 저장하는 용기이다. 상기 오일탱크(140)는 대체로 후술하는 기어펌프(150)의 흡입측보다 상부에 위치되어 기어펌프(150)로 오일이 원활하게 유입되도록 구성되는 것이 바람직하며, 오일 급유는 프레스하우징(130)의 도어를 개방하여 수행하거나, 프레스하우징(130)의 상부에 별도의 급유구를 형성하고, 상측에서 급유구를 통하여 급유를 수행하도록 구성되는 것도 바람직하다.

상기 프레스하우징(130)내 오일탱크(140) 일측에는 기어펌프(150)가 구비된다. 상기 기어펌프(150)는 오일탱크(140)에 저장된 오일을 일정 압력으로 일정량 펌핑하여 토출시키는 펌프이다. 기어펌프(150)는 본래 자동차 등의 기계 부품들 사이에 윤활유를 강제 공급하는데 사용되던 오일펌프로서 토출 압력이 10bar 내지 50bar 정도로 매우 작아 유압 프레스용 펌프로서는 지금까지 사용된 바 없으나, 본 발명은 0.5t 이하의 소하중용 유압 프레스에 관한 것이므로 위와 같은 소압력의 기어펌프(150)를 사용하는 것이 효과적이라 할 것이다. 또한, 상기 기어펌프(150)는 부피가 매우 작아 장치 소형화라는 본 발명의 목적에 부합할 뿐만 아니라, 가격도 일반 펌프에 비하여 저렴하고 정량 토출 등 제어가 용이한 장점도 있다.

이러한 기어펌프(150)는 펌프하우징(152)에 내장된 한 쌍의 외접기어(154)가 서로 반대방향으로 회전할 때 톱니의 홈과 펌프하우징(152)의 내벽 사이에 생기는 공간을 통하여 오일이 압착되면서 이동되도록 구성된 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 펌프하우징(152)의 상부 일측은 상기 오일탱크(140)와 흡입관(156)에 의해 연결되어 오일탱크(140)로부터 오일을 공급받고, 하부에는 토출관(158)이 구비되어 펌프하우징(152)내 외접기어(154)의 작동에 따라 펌핑된 오일이 펌프하우징(152) 외부로 토출되도록 구성된다. 이러한 기어펌프(150) 자체 구조는 위에서 언급한 바와 같이 오일펌프로서 이미 공지된 것이므로 그 작동 및 구조에 대한 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 기어펌프(150)에 의해 펌핑되어 토출되는 오일은 실린더(170)로 공급된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 실린더(170)는 프레스하우징(130)내 하측에 장착되고, 피스톤로드(174)는 프레스하우징(130)의 하측을 관통하여 외부로 노출되며 말단에는 작업대상물을 타격하기 위한 해머가 결합된다. 기어펌프(150)에 의해 펌핑되어 토출된 오일은 실린더(170)내로 공급되고, 공급된 오일의 압력에 의해 피스톤로드(174)가 직선 운동함에 따라 작업대상물을 일정한 하중으로 타격하게 된다.

상기 기어펌프(150)의 토출측과 실린더(170)는 직결될 수도 있으나, 실린더(170)의 팽창 및 수축 작용을 교번하여 수행할 수 있도록 실린더(170)내 오일의 유입 방향을 변경시켜주기 위하여, 기어펌프(150)와 실린더(170) 사이에는 방향제어밸브(160)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 방향제어밸브(160)는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 사방밸브(4-way valve)로 구성되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 방향제어밸브(160)의 일방측(이하,'제1방측(1)')은 기어펌프(150)의 토출측에 토출관(158)으로 연결되고, 방향제어밸브(160)의 타방측(이하,'제2방측(2)')은 실린더(170)를 팽창시키도록 실린더(170)의 후방측에 팽창용송유관(164)으로 연결되고, 방향제어밸브(160)의 다른 타방측(이하,'제3방측(3)')은 실린더(170)를 수축시키도록 실린더(170)의 전방측에 수축용송유관(166)으로 연결되며, 또 다른 타방측(이하,'제4방측(4)')은 오일 회수를 위하여 오일탱크(140)에 회수관(162)으로 연결된다.

도 3 에는 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 유압 프레스의 작동 관계가 상세히 도시된다.

도시된 바와 같이, 최초에는 방향제어밸브(160)의 제1방측과 제2방측이 연통된 상태에 있고, 제3방측과 제4방측은 폐쇄된 상태에 있다. 그리고, 실린더(170)는 수축된 상태에 있어, 피스톤로드(174) 말단의 헤머(180)는 작업대(110)의 상측에 일정 간격 이격 배치된 상태에 있다.

작업대(110) 위에 놓여진 작업대상물(T)의 가압 작업을 위해, 기어펌프(150)를 가동하면, 오일펌프에 저장된 오일이 흡입관(156)을 통하여 펌프하우징(152)내로 유입되고, 펌프하우징(152) 내부의 외접기어(154)에 의해 펌핑이 수행되어 일정량의 오일이 토출관(158)을 통하여 토출된다. 토출된 오일은 토출관(158)이 연결된 방향제어밸브(160)의 제1방측과 이와 연통된 제2방측을 통과한 후 팽창용송유관(164)을 통하여 실린더(170)의 후방측으로부터 내측으로 유입된다. 유입된 오일은 실린더(170) 내부를 팽창시켜 피스톤(172)을 하방으로 가압함으로써 피스톤로드(174) 및 그 말단의 해머가 일정한 압력으로 가압 이동되도록 하며, 이에 따라, 헤머(180)가 작업대상물(T)을 일정한 압력으로 가압 타격하게 된다.

작업대상물(T)을 가압 타격 후에는 방향제어밸브(160)의 제1방측과 제3방측이 연통되고, 제2방측과 제4방측이 연통되도록 유로가 절환된다. 이에 따라, 기어펌프(150)에서 펌핑 토출된 오일이 방향제어밸브(160)의 제1방측과 제3방측을 통과한 후 수축용송유관(166)을 통하여 실린더(170)의 전방측으로부터 내측으로 유입된다. 유입된 오일은 피스톤(172)을 하방으로 가압함으로써 피스톤로드(174) 및 그 말단의 해머가 다시 상방으로 이동되도록 하며, 실린더(170) 후방측 내부에 있던 오일은 역류하여 방향제어밸브(160)의 제2방측 및 제4방측을 통과한 후 회수관(162)을 통하여 오일탱크(140)로 회수된다.

이러한 동작의 반복에 의해 연속 가압 작업이 반복적으로 수행된다.

본 발명에 사용되는 기어펌프(150)는 외접기어(154) 중 어느 하나를 모터에 의해 회전구동시키게 되는데, 이러한 모터의 회전속도를 일정하게 유지함에 따라 펌핑되는 오일의 양을 일정하게 유지할 수도 있고, 회전속도를 조절함에 따라 펌핑되는 오일의 양을 변화시켜 프레스의 하중을 조절할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 유압 프레스의 하중은 기어펌프(150)로부터 펌핑되는 오일의 양을 일정하게 유지한 상태에서 실린더(170)의 크기를 변화시킴에 따라 조절가능하게 구성할 수도 있다. 즉, 하중(압력)은 접촉하는 면의 단위 면적에 수직으로 작용하는 힘으로 정의되는 바, 유압 프레스의 하중은 공급되는 오일의 양이 일정하다면 실린더(170)내에서 오일에 의해 가압되는 피스톤(172)의 면적에 따라 결정된다. 따라서, 실린더(170)의 크기, 보다 구체적으로는 실린더(170)의 내경을 변경시킴에 따라 유압 프레스의 하중을 조절할 수 있는 것이다.

이와 같이, 유압 프레스의 하중을 조절하기 위하여, 상기 실린더(170)와 팽창용송유관(164), 그리고 실린더(170)와 수축용송유관(166)을 상호 나사결합 방식 등으로 결합 및 분리가능하게 구성하여, 작업자가 프레스하우징(130)에 구비된 도어(도어)를 열고 다른 크기의 실린더(170)로 교체함으로써 유압 프레스의 하중을 용이하게 변경시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

더 나아가서는, 작업에 요구되는 하중에 따라 서로 다른 크기의 실린더(170)를 작업자가 용이하게 선택할 수 있도록, 도 4 에 도시된 바와 같이, 하중선택밸브(190)를 설치하는 것도 바람직하다 할 것이다. 보다 구체적으로, 본 실시예에서는 방향제어밸브(160)의 제2방측에 연결되는 팽창용송유관(164)에 다방밸브(multi-way valve)로 구성된 하중선택밸브(190)를 장착하고, 상기 하중선택밸브(190)에 서로 크기(내경)가 다른 복수개의 실린더(170)를 병렬로 설치하여, 외부에 별도 구비된 하중선택버튼(미도시)을 누름에 따라 하중선택밸브(190)의 유로가 절환되어 특정 크기의 실린더(170)에만 선택적으로 오일이 공급되도록 하여 하중 선택이 가능하도록 구성할 수 있다. 실린더(170)의 개수에는 특별한 제한이 없으나, 유압 프레스의 크기를 고려할 때 2-3개가 바람직하며, 이에 따라, 상기 하중선택밸브(190)는 삼방 또는 사방밸브로 구성되는 것이 바람직할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 유압 프레스는 기어펌프(150)를 사용하고 프레스하우징(130) 내에 오일탱크(140)와 기어펌프(150), 실린더(170) 등을 모두 내장함으로써 컴팩트하면서도 제어가 용이할 뿐만 아니라, 다양한 크기의 실린더(170)를 선택적으로 사용함으로써 하중을 용이하게 조절할 수 있다.

지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 미친다 할 것이다.

110 : 작업대 120 : 스탠드
130 : 프레스하우징 140 : 오일탱크
150 : 기어펌프 152 : 펌프하우징
154 : 외접기어 156 : 흡입관
158 : 토출관 160 : 방향제어밸브
162 : 회수관 164 : 팽창용송유관
166 : 수축용송유관 170 : 실린더
172 : 피스톤 174 : 피스톤로드
180 : 헤머 190 : 하중선택밸브

Claims (3)

1. 상부 표면이 편평하게 형성되어 작업대상물이 놓여지는 작업대와;
   상기 작업대의 일측 단부로부터 상방으로 연장 형성되는 스탠드와;
   내부에 수용공간이 형성된 함체로서, 상기 스탠드에 고정 설치되는 프레스하우징과;
   상기 프레스하우징 내부 일측에 구비되어 오일이 저장되는 오일탱크와;
   상기 프레스하우징의 내부에 구비되며, 오일탱크에 저장된 오일을 일정 압력으로 일정량 펌핑하여 토출시키는 기어펌프와;
   상기 프레스하우징 내부 하측에 장착되고, 기어펌프로부터 펌핑 토출된 오일의 압력에 의해 팽창 및 수축되는 실린더와;
   상기 실린더에 결합되어 실린더의 팽창 및 수축에 따라 직선 운동하며, 프레스하우징의 하측을 관통하여 외부로 노출되며 말단에는 작업대상물을 타격하기 위한 해머가 결합되는 피스톤로드와;
   상기 기어펌프와 실린더 사이에 구비되어, 실린더의 팽창 및 수축 작용을 교번하여 수행할 수 있도록 실린더내 오일의 유입 방향을 변경시켜주기 위한 방향제어밸브를 포함하되;
   상기 방향제어밸브는 사방밸브로 구성되고, 제1방측은 기어펌프의 토출측에 토출관으로 연결되고, 제2방측은 실린더를 팽창시키도록 실린더의 후방측에 팽창용송유관으로 연결되고, 제3방측은 실린더를 수축시키도록 실린더의 전방측에 수축용송유관으로 연결되며, 제4방측은 실린더의 수축시 오일 회수를 위하여 오일탱크에 회수관으로 연결되고;
   상기 방향제어밸브의 제2방측에 연결되는 팽창용송유관에는 다방밸브로 구성된 하중선택밸브가 장착되되, 상기 하중선택밸브에는 서로 크기가 다른 복수개의 실린더가 병렬로 연결되고, 하중선택밸브의 유로 절환에 따라 특정 크기의 실린더에만 선택적으로 오일이 공급되도록 하여 유압 프레스의 하중 선택이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 컴팩트형 소하중 유압 프레스.
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