KR101343566B1 - 다단 냉간 성형기를 이용한 회전체 소재의 키홈 성형장치 및 그 방법 - Google Patents

다단 냉간 성형기를 이용한 회전체 소재의 키홈 성형장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축봉에 끼워져 회전력을 전달받거나 전달하는 풀리나 기어 등과 같은 회전체 소재의 축공에 키홈을 성형하되, 특히 다단 냉간 성형기(포머)를 이용하여 회전체의 소재를 제작하는 과정에서 축공에 키홈이 형성되게 함으로서, 생산성 및 품질향상은 물론, 비용과 원가절감의 효과를 기대할 수 있게 한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 다단 냉간 성형기의 다이와 펀치를 이용하여 절단되어온 소재를 가압하는 업셋팅단계와, 업셋팅된 소재의 중심에 천공위치를 표시하는 센터단계와, 천공위치가 표시된 소재에 일정깊이의 요입홈을 성형하는 후방압출단계와, 피어싱단계로 소재에 축공을 뚫어 구성하되, 마지막단계의 다이와 펀치에, 키홈성형이 가능케 구성된 다이핀과, 키홈성형과정에서 발생하는 절삭물 배출수단이 구비된 펀치핀을 결합하여 회전체 소재의 축공에 키홈이 성형되게 하는 키홈 성형단계로 구성되게 하여서 된 것이다.

Description

다단 냉간 성형기를 이용한 회전체 소재의 키홈 성형장치 및 그 방법{KEY WAY FORMING APPARATUS/METHOD OF ROTARY BODY FOR MULTI STAGE COLD FORMER}
본 발명은 축봉에 끼워져 회전력을 전달받거나 전달하는 풀리나 기어 등과 같은 회전체 소재의 축공에 키홈을 성형하되, 특히 다단 냉간 성형기(포머)를 이용하여 회전체의 소재를 제작하는 과정에서 축공에 키홈이 형성되게 함으로서, 생산성 및 품질향상은 물론, 비용과 원가절감의 효과를 기대할 수 있게 한 것이다.
일반적으로 축봉에 끼워져 회전력을 전달받거나 전달하는 풀리나 기어 등과 같은 모든 회전체에는 키홈을 형성한 다음 축봉에 끼우고, 키로 결속하여 축봉의 회전력이 회전체에 전달되게 한다.
또한 다양한 종류의 회전체를 제작하기 위한 방법으로서는 주물성형하는 방법과, 다단 냉간 성형기를 이용하는 단조방법이 주로 사용되고 있다.
주물성형의 경우 정밀제작이 어렵고, 생산성이 떨어지기 때문에 최근에는 양산이 가능하면서 품질향상 및 비용절감을 기대할 수 있는 다단 냉간 성형기를 이용한 단조방법이 제공되고 있다.
상기 다단 냉간 성형기를 이용한 회전체의 제조과정을 간략히 설명하면 다단 냉간 성형기 일측에서 공급되어 오는 소재를 일정한 길이로 절단하는 절단단계와, 절단된 소재를 다이와 펀치를 이용하여 원하는 형상으로 가압성형하는 업셋팅단계와, 업셋팅된 소재의 중앙부를 가압하여 천공될 위치를 표시하는 센터(center)단계와, 천공위치가 표시가 된 소재를 다이와 펀치를 이용하여 소재의 중앙부를 좀더 깊게 요입홈을 형성하는 후방압출단계와, 후방압출단계를 거친 소재에 축공을 뚫는 피어싱(piercin)단계와, 피어싱된 소재의 축공을 한번 더 가압하여 원하는 크기의 회전체 소재를 단조성형하는 마무리 단계로 이루어지게 된다.
따라서 상기한 구성의 회전체 소재의 경우 축공 내면에 키홈이 없는 상태이기 때문에 풀리나 기어와 같은 회전체를 가공 이전에, 키홈 성형을 위한 별도의 키홈브로칭 공정을 통하여 키홈을 성형한 다음 회전체를 가공하게 된다.
상기한 이유 때문에 다단 냉간 성형기를 이용하여 축공이 뚫린 회전체 소재를 단조성형하고, 상기 소재를 다시 브로칭머신(Broch machine)을 이용하여 키홈을 절삭가공하여야 함으로 고가의 브로칭머신을 별도로 구입하여야 할 뿐 아니라 기계조작을 위한 인력이 소요되고, 반복되는 절삭가공으로 브로치가 마모되면 가공되는 키홈의 규격이 달라지게 되는 등의 단점이 있는 것이었다.
본 발명은 이러한 종래의 제반 단점을 시정하고자, 다단 냉간 성형기(포머)를 이용하여 회전체 소재를 단조성형하는 단계에서 축공에 키홈이 성형되게 함으로서 생산성 및 품질향상은 물론 비용절감을 기대할 수 있게 한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 다단 냉간 성형기의 다이와 펀치를 이용하여 절단되어온 소재를 가압하는 업셋팅단계와, 업셋팅된 소재의 중심에 천공위치를 표시하는 센터단계와, 천공위치가 표시된 소재에 일정깊이의 요입홈을 성형하는 후방압출단계와, 피어싱단계로 소재에 축공을 뚫어 구성하되, 마지막단계의 다이와 펀치에, 키홈성형이 가능케 구성된 다이핀과, 키홈성형과정에서 발생하는 절삭물 배출수단이 구비된 펀치핀을 결합하여 회전체 소재의 축공에 키홈이 성형되게 하는 키홈 성형단계로 구성되게 하여서 된 것이다.
본 발명은 다단 냉간 성형기를 이용하여 회전체 소재를 단조 성형하되, 마지막 단계의 다이핀과 펀치핀을 이용하여 회전체 소재의 축공 일측에 키홈이 성형되게 함으로서 생산성 및 품질향상은 물론 비용절감의 효과를 기대할 수 있게 된다.
도 1 : 본 발명의 회전체 소재 단조에 사용되는 절단소재의 예시도
도 2 : 본 발명에서 절단소재를 업셋팅한 단계의 상태도
도 3 : 도 2에서 성형된 업셋팅소재와 요부단면구성도
도 4 : 도 2에서 성형된 업셋팅소재의 단면구성도
도 5 : 도 2에서 업셋팅된 소재에 천공될 위치를 표시한 센터단계의 상태도
도 6 : 도 5에서 성형된 소재와 요부단면구성도
도 7 : 도 5에서 성형된 소재의 단면구성도
도 8 : 도 2에서 성형된 소재에 요입홈을 깊게 성형한 후방압출단계의 상태도
도 9 : 도 8에서 성형된 소재와 요부단면구성도
도 10 : 도 8에서 성형된 소재의 단면구성도
도 11 : 도 8에서 성형된 소재에 축공을 천공한 피어싱단계의 상태도
도 12 : 도 11에서 성형된 소재와 요부단면구성도
도 13 : 도 11에서 성형된 소재의 단면구성도
도 14 : 도 11에서 성형된 소재에 키홈이 형성되게 한 키홈성형단계 상태도
도 15 : 도 14에서 성형된 소재와 요부단면구성도
도 16 : 도 14에서 성형된 소재의 단면구성도
도 17 : 도 16의 정면구성도
도 18 : 도 40에서 성형된 소재를 가공하여 기어를 제작한 상태도
도 19 : 본 발명에서 사용되는 다이핀의 측면구성도
도 20 : 본 발명에서 사용되는 다이핀의 정면구성도
도 21 : 본 발명에 사용되는 펀치핀의 측단면구성도
도 22 : 본 발명에서 사용되는 펀치핀의 정면구성도
이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 16은 다단 냉간 성형기(포머)를 이용하여 회전체에 키홈을 성형하는 과정을 단계별로 도시한 도면이고, 도 19 내지 도 22는 본 발명 장치에 사용되는 다이핀과 펀치핀을 도시한 것이다.
도 1은 일측 공급부에서 공급되어 오는 재료를 소재절단단계를 통하여 절단된 소재(20)를 도시한 도면이고, 도 2는 소재절단단계를 통하여 절단된 소재(20)를 다단 냉간 성형기로 1차성형하는 업셋팅단계(100)의 상태이다.
업셋팅단계(100)를 설명하면 다이(100)에 원형요입부(121)가 형성된 다이핀(120)를 결합하고, 펀치(130)에는 원형요입부(141)가 형성된 펀치핀(140)이 결합되어 있다.
따라서 절단소재(20)를 다이(110)의 다이핀(120) 전면에 위치시킨 다음, 펀치(130)와 펀치핀(140)을 전진시키면 절단소재(20)가 가압되면서 도 4에서와 같이 업셋팅된 소재(150)가 성형된다.
도 5는 업셋팅단계(100)에서 얻어진 소재(150)의 표면 중심부에 축공이 천공되는 위치를 표시하는 센터단계(200)의 상태이다.
센터단계(200)를 설명하면 다이(210)에 원형돌부(221)가 형성된 다이핀(220)을 결합하고, 펀치(230)에는 원형돌부(241)가 형성된 다이핀(240)이 결합되어 있다.
따라서 업셋팅된 소재(150)를 다이(210)의 다이핀(220) 전면에 위치시킨 다음, 펀치(230)와 펀치핀(240)을 전진시키면 업셋팅된 소재(150)가 가압되면서 도 7에서와 같이 소재의 중심부에 깊이가 얕은 원형요입부(251)가 형성된 소재(250)가 성형된다.
도 8은 센터단계(200)에서 얻어진 소재(250)의 중심부에 좀 더 깊은 원형요입부를 형성하는 후방압출단계(300)의 상태이다.
상기 후방압출단계(300)를 설명하면 다이(310)에 원형돌부(321)가 형성된 다이핀(320)을 결합하고 펀치(330)에는 원형돌부(341)가 형성된 다이핀(340)이 결합되어 있다.
따라서 센터단계(200)에서 얻어진 소재(250)를 다이(310)의 다이핀(320) 전면에 위치시킨 다음, 펀치(330)와 펀치핀(340)을 전진시키면 소재(250)가 가압되면서 도 10에서와 같이 소재의 중심부에 깊이가 깊은 원형요입부(351)가 형성된 소재(350)가 성형된다.
도 11은 후방압출단계(300)에서 얻어진 소재(350)의 중심부에 축공을 천공하는 피어싱단계(400)의 상태이다.
상기 피어싱단계(400)를 설명하면 다이(410)에 다이핀(420)을 결합하고, 펀치(430)에는 관통공(441)이 형성된 펀치핀(440)이 결합되어 있다.
따라서 후방압출단계(300)에서 얻어진 소재(350)를 다이(410)의 다이핀(420) 전면에 위치시킨 다음 펀치(430)와 펀치핀(440)을 전진시키면 다이핀(420)이 소재를 관통하면서 도 13에서와 같이 축공(451)이 뚫린 소재(450)가 성형된다.
도 14는 본 발명의 주요장치부로서 피어싱단계(400)에서 얻어진 소재(450)의축공(451)에 키홈이 형성되게 하는 키홈성형단계(500)의 상태이다.
상기 키홈성형단계(500)를 설명하면 다이(510)에 다이핀(520)을 결합하고, 펀치(530)에는 펀치핀(540)이 결합된다.
상기 다이핀(520)은 도 19에서와 같이 다이핀(520) 하단에 키홈절삭날(521)이 구성되어 있고, 펀치핀(540)에는 관통공(541)이 뚫려지면서, 관통공(541) 내측면 하단에 배출공(542)이 형성된다.
따라서 피어싱단계(400)에서 얻어진 소재(450)를 다이(510)의 다이핀(520) 전면에 위치시킨 다음 펀치(530)와 펀치핀(540)을 전진시키면 펀치핀(540)에 의해 소재가 다이핀(520)쪽으로 이동하면서 키홈절삭날(521)에 의해 축공(451) 일측에 키홈(551)이 절삭가공되면서 키홈(551)이 형성된 회전체 소재(550)가 성형된다.
키홈절삭날(521)에 의해 절삭된 소재의 절삭물(552)은 펀치핀(540)의 관통공(541) 내측면 하단에 구성된 배출공(542)을 통하여 낙하, 수집된다.
상기에서와 같이 키홈성형단계(500)를 거치면서 축공(451) 일측에 키홈(551)이 형성된 회전체 소재(550)를 이용하여 통상의 방법과 같이 풀리나 기어(600)를 가공하여 사용하게 된다.
미설명부호 (610)은 다이필러, (620)은 다이핀필러, (630)은 다이슬리브, (640)은 펀치핀필러, (650)은 펀치필러이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다단 냉간 성형기를 이용하여 회전체 소재를 다단으로 단조성형하는 단계에서, 마지막단계에서 회전체 소재(550)의 축공(451)에 키홈(551)이 형성되게 함으로서, 키홈(551)이 형성된 회전체 소재(550)의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
즉 다단 냉간 성형기 펀치(130)(230)(330)(430)(530)와 펀치핀(140)(240) (340)(440)(540) 및 다이(110)(210)(310) (410)(510)와 다이핀(120)(220)(320) (420)(520)이 동시에 작동하게 되므로 펀치와 다이가 1회왕복하는 과정에서 키홈(551)이 형성된 회전체 소재(550)가 1개씩 단조성형되므로 생산성 향상을 통한 제작원가를 절감시킬 수 있게 된다.
특히 종래와 같이 회전체 소재를 성형한 다음 별도의 브로칭머신을 이용하여 키홈을 가공하는 키홈브로칭공정을 생략할 수 있어 장비구입비용과, 관리인력 및 그에 따른 부대비용을 절감할 수 있게 된다.
또한 마지막 단조공정에서, 키홈절삭날(521)이 형성된 다이핀(520)과 배출공(542)이 형성된 펀치핀(540)을 이용하여, 소재 하나하나의 축공(451)에 키홈(551)이 형성되게 함으로서 키홈(551)의 성형을 정밀하게 가공할 수 있어 품질향상을 기대할 수 있게 된다.
(20)--소재 (100)--업셋팅단계
(110)--다이 (120)--다이핀
(121)--원형요입부 (130)--펀치
(140)--펀치핀 (141)--원형요입부
(150)--소재 (200)--센터단계
(210)--다이 (220)--다이핀
(230)--펀치 (240)--펀치핀
(241)--원형돌부 (250)--소재
(300)--후방압출단계 (310)--다이
(320)--다이핀 (321)--원형돌부
(330)--펀치 (340)--펀치핀
(341)--원형돌부 (350)--소재
(400)--피어싱단계 (410)--다이
(420)--다이핀 (430)--펀치
(440)--펀치핀 (441)--관통공
(451)--축공 (500)--키홈성형단계
(510)--다이 (512)--안내관체
(520)--다이핀
(521)--키홈절삭날 (530)--펀치
(540)--펀치핀 (541)--관통공
(542)--배출공 (550)--회전체 소재
(551)--키홈 (552)--절삭물

Claims (4)

  1. 다단 냉간 성형기를 이용하여 축공이 뚫린 회전체 소재를 단조성형하되, 다단 냉간 성형기 일측에서 공급되어 오는 소재를 절단하는 절단단계와, 절단된 소재를 다이와 펀치를 이용하여 가압성형하는 업셋팅단계와, 업셋팅된 소재의 중앙부를 다이와 펀치로 가압하여 천공될 위치를 표시하는 센터단계와, 천공위치가 표시된 소재를 다이와 펀치를 이용하여 소재의 중앙부에 좀더 깊게 요입홈을 형성하는 후방압출단계와, 후방압출단계를 거친 소재에 다이와 펀치를 이용하여 축공을 천공하는 피어싱단계를 통하여 회전체 소재를 단조성형함에 있어서, 피어싱단계 후방에 키홈성형단계(500)를 구성하고, 상기 키홈성형단계(500)의 구성은 다이(510)에 다이핀(520)을 결합하고, 펀치(530)에는 펀치핀(540)을 결합구성하되, 다이핀(520) 하단에는 키홈절삭날(521)이 구성되고, 펀치핀(540)에는 관통공(541)이 뚫리면서 관통공(541) 일측에 배출공(542)이 형성되게 함으로서, 피어싱단계에서 얻어진 소재를 다이핀(520) 전면에 위치시킨 다음, 펀치핀(540)을 전진시키면 펀치핀(540)에 의해 소재가 다이핀(520)쪽으로 이동하면서 키홈절삭날(521)에 의해 회전체 소재(450)의 축공(451) 일측에 키홈(551)이 절삭가공되게 구성함을 특징으로 하는 다단 냉간 성형기를 이용한 회전체 소재의 키홈성형장치.
  2. 제1항에 있어서, 다이핀(520)의 키홈절삭날(521)에 의해 절삭된 절삭물(552)은 펀치핀(540)에 구성된 배출공(542)을 통하여 아래로 낙하수집될 수 있게 구성함을 특징으로 하는 다단 냉간 성형기를 이용한 회전체 소재의 키홈성형장치.
  3. 다단성형기를 이용하여 축공이 뚫린 회전체 소재를 단조성형하되, 다단냉간성형기 일측에서 공급되어 오는 소재를 절단하는 절단단계와, 절단된 소재를 일측으로 이동, 다이핀과 펀치핀으로 가압성형하는 업셋팅단계와, 업셋팅된 소재를 일측으로 이동, 다이핀과 펀치핀으로 중앙부를 가압하여 천공될 위치를 표시하는 센터단계와, 천공될 위치가 표시된 소재를 일측으로 이동, 다이핀과 펀치핀으로 소재의 중앙부에 좀더 깊게 요입홈을 형성하는 후방압출단계와, 후방압출단계를 거친 소재를 일측으로 이동, 다이핀과 펀치핀으로 소재의 중앙부에 축공을 천공하는 피어싱단계와, 피어싱단계를 거친 소재를 일측으로 이동, 다이핀과 펀치핀으로 축공 일측에 키홈이 형성되게 하는 키홈성형단계를 통하여 회전체 소재를 단조성형함과 동시에 축공 일측에 키홈이 형성되게 함을 특징으로 하는 다단 냉간 성형기를 이용한 회전체 소재의 키홈성형방법.
  4. 제3항에 있어서, 키홈성형단계에 구성된 다이핀 일측 하단에는 키홈절삭날을 구성하고, 펀치핀에는 배출공이 구성되게 함으로서, 키홈절삭날에 의해 소재의 축공에 키홈이 절삭가공되게 하고, 절삭시 발생되는 절삭물은 펀치핀의 배출공을 통하여 외부로 배출되게 함을 특징으로 하는 다단 냉간 성형기를 이용한 회전체 소재의 키홈성형방법.
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