KR101427285B1 - 캘리퍼용 피스톤의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캘리퍼용 피스톤을 저렴한 제조비용으로 신속하고 정밀하게 단조 성형할 수 있는 캘리퍼용 피스톤의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 캘리퍼용 피스톤의 제조방법은, 환봉재를 준비하는 환봉재 준비단계; 환봉재를 절단하여 외경 보다 높이가 짧은 원통형 소재로 가공하는 절단단계; 상기 원통형 소재를 단조설비의 소재 공급장치에 의해 단조설비의 파츠 포머로 공급하는 소재 공급단계; 파츠 포머로 공급되는 원통형 소재를 한번의 단조작동을 통해 캘리퍼용 피스톤으로 성형하는 성형단계; 및 성형된 캘리퍼용 피스톤을 단조설비에서 취출하는 취출단계;로 이루어진다.

Description

캘리퍼용 피스톤의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING CALIPER PISTON}

본 발명은 캘리퍼용 피스톤에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캘리퍼용 피스톤을 저렴한 제조비용으로 신속하고 정밀하게 단조 성형할 수 있는 캘리퍼용 피스톤의 제조방법에 관한 것이다.

널리 주지된 바와 같이, 디스크 브레이크 캘리퍼(disk brake caliper)는 자동차의 패드를 디스크 브레이크에 밀착시켜 앞바퀴 브레이크를 잡아 주는 장치로서, 유압에 의해 작동된다.

이러한 디스크 브레이크 캘리퍼는 도 1에 예시된 바와 같이, 바퀴휠(wheel)의 안쪽 너클 아암(knuckle arm)에 고정되면서 바퀴휠과 동기 회전하도록 설치된 디스크의 양측면에 슬라이딩되는 브레이크 패드(130)를 가진 캘리퍼 브라켓(caliper bracket,120)과, 유압에 따른 피스톤(113)의 작용에 의해 브레이크 패드(130)를 디스크에 접촉시키도록 캘리퍼 브라켓(120)을 통해 슬라이딩되는 캘리퍼 바디(caliperbody,110)로 구성되어 있다.

또한, 캘리퍼 바디(110)의 중심부에는 브레이크 패드(130)의 슬라이딩 방향으로 휠 실린더(111)가 개구 형성되어 있고, 이러한 휠 실린더(111) 내에는 피스톤(113)이 설치되어 휠 실린더(111) 내로 주입되는 유압에 의해 디스크의 내측에 위치한 브레이크 패드(130)를 디스크측으로 슬라이딩시키도록 되어 있다.

캘리퍼 바디(110)의 하단에는 피스톤(113)의 동작시 그 피스톤(113)에 대한 반작용으로 디스크의 외측에 위치한 브레이크 패드(130)를 디스크의 외측면에 접촉시키도록 포크부(140)가 브레이크 패드(130)측으로 뻗어 이의 후면을 지지하도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 캘리퍼 브레이크(caliper brake)에 의하게 되면, 브레이크 페달(brake pedal)을 밟게 됨에 따라 작용하는 진공 배력장치의 압력이 마스터 실린더의 브레이크 오일을 캘리퍼 바디(110)의 휠 실린더(111) 내부로 주입한다.

이때, 피스톤(113)은 그 주입된 브레이크 오일에 의해 전진하면서 내측에 위치한 브레이크 패드(130)를 디스크에 밀착시킨다. 브레이크 패드(130)가 디스크에 밀착되는 동시에 캘리퍼 바디(110)는 브레이크 오일의 압력에 의해 피스톤(113)의 전진 작용에 대하여 후방으로 반작용한다.

이때의 캘리퍼 바디(110)는 슬라이딩을 이루며 후방으로 이동한다. 후방으로 이동하는 캘리퍼 바디(110)의 하부에 형성된 포크부(140)는 외측에 위치한 브레이크 패드(130)를 디스크의 외측면에 밀착시킨다.

상기와 같은 과정을 통해, 브레이크 패드(130)의 디스크 접촉은 마찰력을 통하여 디스크의 회전 운동을 정지시키거나 회전속도를 감속하게 된다.

그리고, 피스톤(113)의 단부와 휠 실린더(111)의 내면 사이에는 시일(114, seal)이 설치되고, 이러한 시일(114)에 의해 휠 실린더(111)에서 외부로 브레이크 오일이 누설됨이 방지됨과 더불어 브레이스 오일의 주입이 해제될 때 피스톤(113)의 원위치 복원이 이루어질 수 있다.

이와 같이 디스크 브레이크 캘리퍼에서 브레이크 패드(130)를 디스크에 밀착시키는 피스톤(113)(이하에서 '캘리퍼용 피스톤이라 함)은 정밀한 제동성을 위해서 정밀도가 많이 요구되는 부품이다.

종래기술에 따르면, 캘리퍼용 피스톤의 제조방법에는 환봉절단재를 이용한 프레스단조공법과 코일소재를 이용한 포머단조공법이 있다.

먼저, 종래의 환봉절단재를 이용한 프레스단조공법에서는 S10C 등과 같은 환봉재를 일정규격으로 절단한 후에 소둔(annealing), 쇼트 블라스트(shot blast), 윤활피막(bonderizing) 등과 같은 전처리를 수행한 후에 프레스 단조기에 투입하여 원하는 형상으로 성형하는 방식이다.

이러한 종래의 환봉절단재를 이용한 프레스단조공법은 제품의 정밀성형이 가능하고, 외경이 60mm 이상인 대형 제품의 성형 또한 가능하며, 환봉재의 가격이 저렴할 뿐만 아니라 프레스금형의 비용이 저렴한 장점이 있지만, 환봉재를 절단하는 공정이 요구되며 일반적인 소잉 커팅(sawing cutting) 시에는 톱날에 의해 환봉재에 스크랩(scrap)이 심하게 발생하는 단점이 있었다.

그리고, 종래의 코일소재를 이용한 포머단조공법은 소둔 및 표면피막처리된 코일형상으로 감겨진 코일소재를 파츠 포머(parts former)라는 다단식 단조기에 직접 투입하여 절단에서 성형까지 연속하여 가공하는 방식으로, 파츠 포머는 4단~6단 등과 같이 다단으로 단조하여 원하는 형상으로 성형한다.

한편, 파츠포머에 공급되는 소재는 그 공급효율 향상 및 연속적인 제조를 위하여 코일 형태로 감겨진 '코일소재'를 공급하는 방식으로 이루어지고, 이러한 코일소재는 언코일러의 교정롤러에 의해 직선형으로 교정되며, 이렇게 교정된 코일 소재는 전단형 절단기에 의해 전단방식으로 절단된 후에 파츠 포머로 이송된다(등록특허 10-0280894호 참조).

이러한 파츠 포머의 일예가 등록특허 10-0599182호에 예시되어 있으며, 이러한 파츠 포머는 다이블럭의 전면에 병설된 복수의 다이 및 다이블럭에 대향하여 설치된 복수의 펀치를 구비한 램을 포함하고, 복수의 다이 및 복수의 펀치는 상호 대응하는 갯수로 이루어진다. 이러한 파츠 포머는 서로 대응하는 다이 및 펀치가 하나의 단조스테이션을 이룸에 따라 복수의 단조스테이션을 구성하고, 복수의 단조스테이션들 사이로 소재를 순차적으로 이송하는 이송기구가 설치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 복수의 단조스테이션에서 단조공정이 순차적으로 진행되어 제품의 형상이 단계적으로 성형된다.

이러한 종래의 코일소재를 이용한 포머공법은 코일소재를 파측 포머에 직접 투입함에 따라 제품을 직접 얻을 수 있어 공정이 감소하여 개당 생산시간이 프레스에 비해 효율적이고, 예컨대 프레스단조공법의 경우에는 25spm(분당 25개 생산)인 반면에 포머공법의 경우에는 40~50spm 정도가 가능하다. 하지만, 공급하는 코일소재의 직경에 한계가 있고, 예컨대 가공하고자 하는 제품의 직경이 60mm인 경우에는 그에 대응하여 와이어 소재의 직경 또한 커져야 하지만, 코일소재는 그 직경이 40mm 이상을 제조하기 어렵고, 설혹 40mm 이상의 직경을 가진 코일소재의 제조가 가능하더라도 그 소재비용이 상승하여 제조단가를 상대적으로 높일 수 있는 단점이 있었다. 그외에도 파츠 포머의 다단공정방식으로 인해 금형비용 및 아이템 교체시간 등의 비용이 높아질 뿐만 아니라 제품의 정밀도가 저하되는 단점이 있었다.

또한, 종래의 코일소재를 이용한 포머공법은 코일소재를 직선형으로 펴준 후에 절단기 등을 통해 절단하여야 함에 따라 코일 공급기, 언코일러, 절단기 등이 단조모듈의 공급측에 일렬로 배치되어야 하고, 이로 인해 전체 설비공간을 많이 차지하는 단점이 있었다.

KR 10-0280894 B1(2000.11.14) KR 10-0599182 B1(2006.07.04)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러단점을 극복하기 위한 것으로, 종래의 환봉절단재를 이용한 프레스단조공법의 장점과 종래의 코일소재를 이용한 포머공법의 장점만을 접목하여 보다 저렴하고 정밀한 캘리퍼용 피스톤을 제조할 수 있고, 특히 비용이 저렴한 환봉재를 절단하여 형성한 원통형 소재를 적용함과 더불어 이러한 원통형 소재를 파츠 포머에 투입하여 한번의 단조공정에 의해 보다 정밀한 캘리퍼 피스톤을 단조성형하는 캘리퍼용 피스톤의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 캘리퍼용 피스톤의 제조방법은,

환봉재를 준비하는 환봉재 준비단계;

환봉재를 절단하여 외경 보다 높이가 짧은 원통형 소재로 가공하는 절단단계;

상기 원통형 소재를 단조설비의 소재 공급장치에 의해 단조설비의 파츠 포머로 공급하는 소재 공급단계;

파츠 포머로 공급되는 원통형 소재를 한번의 단조작동을 통해 캘리퍼용 피스톤으로 성형하는 성형단계; 및

성형된 캘리퍼용 피스톤을 단조설비에서 취출하는 취출단계;로 이루어진다.

상기 환봉재 준비단계에서, 상기 환봉재는 가열로에서 재가열되면서 압력롤에 의해 환봉 형태로 열간압연된 열간압연재인 것을 특징으로 한다.

상기 환봉재 준비단계에서, 상기 환봉재는 상기 열간압연재를 냉간 재압연하거나 상기 열간압연재의 표면을 절삭함으로써 표면 결함을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 절단단계에서, 상기 환봉재를 원형톱 및 띠톱날 중에서 어느 하나의 절단기를 이용하여 일정길이로 절단하는 것을 특징으로 한다.

상기 절단단계와 소재 공급단계 사이에는, 원통형 소재의 경도를 낮춤과 더불어 연성을 높이고, 원통형 소재의 표면에 피막을 형성하는 전처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 공급단계에서, 소재 공급장치 및 소재 정렬장치에 의해 원통형 소재를 일렬로 정렬하여 파츠 포머로 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 소재 공급장치는 전방에서 후방으로 갈수록 각 상단의 위치가 높아지는 계단형 구조로 설치된 복수의 계단부재와, 상기 복수의 계단부재들 사이에서 상하 이동가능하게 설치된 복수의 이송부재를 포함하고,

각 이송부재의 상하 이동거리의 하사점은 그 하측에 인접한 계단부재의 상단 후방지점에 대응하고, 상하 이동거리의 상사점은 그 상측에 인접한 계단부재의 상단 전방지점에 대응하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 소재 정렬장치는 소재 공급장치에 인접하게 배치된 정렬투입부와, 상기 정렬투입부의 하부에 위치한 가이드이송부와, 상기 가이드이송부에 의해 이송되는 소재들을 단조금형 측으로 가압하여 이송시키는 가압이송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 성형단계에서, 원통형 소재를 파츠 포머의 단조스테이션들에 이송시켜 단조성형하고,

상기 단조스테이션들 중에서 어느 하나의 단조스테이션만이 선택적으로 단조작동을 수행하며, 나머지의 단조스테이션들은 원통형 소재의 공급과, 원통형 소재의 단조작동과, 성형된 캘리퍼용 피스톤의 취출에 대한 타이밍을 조절하도록 아이들 작동함으로써 한번의 단조가공에 의해 캘리퍼용 피스톤이 성형되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 종래의 환봉절단재를 이용한 프레스단조공법의 장점과 종래의 코일소재를 이용한 포머공법의 장점만을 접목함으로써 캘리퍼용 피스톤을 보다 저렴하고 정밀하게 성형할 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명은 가격이 저렴한 환봉재를 준비하고, 이 환봉재를 절단하여 동전 형상으로 이루어진 원통형 소재를 성형함으로써 그 소재비용을 대폭 절감할 수 있다. 특히, 종래의 코일소재를 이용한 포머공법의 경우 코일소재의 비용이 높아 전체적인 제조비용을 상승시키는 데 반해, 본 발명은 상대적으로 저렴한 환봉재를 절단하여 원통형 소재를 이용함에 따라 소재비용을 줄여 전체적인 제조단가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 절단 및 전처리를 거친 원통형 소재를 기존의 파츠 포머로 공급하여 한번의 단조작동을 통해 캘리퍼용 피스톤을 성형함으로써 캘리퍼용 피스톤의 품질 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 원통형 소재의 공급, 단조작동, 완성된 캘리퍼용 피스톤의 취출 등에 대한 타이밍을 정밀하게 조절할 수 있어 대량생산을 효과적으로 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 디스크 브레이크 캘리퍼의 일 형태를 예시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 캘리퍼용 피스톤의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 3은 본 발명에 의한 캘리퍼용 피스톤의 제조방법에서, 절단단계를 거쳐 가공된 원통형 소재를 예시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 캘리퍼용 피스톤의 제조방법에서, 파츠 포머 및 이를 이용한 성형단계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 캘리퍼용 피스톤의 제조방법이 적용가능한 단조설비의 일 형태를 예시한 평면도이다.
도 6는 도 5의 화살표 A방향에서 바라본 측면도이다.
도 7은 도 6의 공급케이스 내에 설치된 이송유닛을 도시한 측면도로서, 이송유닛의 이송부재들이 하향 이동한 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 상태에서 이송부재들이 상향으로 이동한 상태를 도시한 도면이다.
도 9은 도 7의 화살표 B부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 10은 도 5의 화살표 C부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 11은 도 6의 화살표 D부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 12는 도 11의 화살표 E방향에서 바라본 도면이다.
도 13은 도 5 및 도 6의 취출장치를 상세히 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리퍼용 피스톤의 제조방법을 도시한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 캘리퍼용 피스톤의 제조방법은 환봉재를 준비하는 환봉재 준비단계(S1)와, 환봉재를 절단하여 외경 보다 높이가 짧은 원통형 소재로 가공하는 절단단계(S2)와, 원통형 소재를 전처리하는 전처리단계(S3)와, 원통형 소재를 단조설비의 공급장치에 의해 단조설비의 파츠 포머로 공급하는 소재 공급단계(S4)와, 파츠 포머로 공급되는 원통형 소재를 한번의 단조작동을 통해 캘리퍼용 피스톤으로 성형하는 성형단계(S5)와, 성형된 캘리퍼용 피스톤을 단조설비에서 취출하는 취출단계(S6)로 이루어진다.

환봉재 준비단계(S1)에서, S10C 등과 같이 가격이 저렴한 환봉재를 일정길이로 준비한다. 이러한 환봉재는 가열로에서 재가열되면서 압력롤에 의해 열간압연된 열간압연재일 수 있다. 또한, 이러한 열간압연재를 냉간 재압연하거나 열간압연재의 표면을 절삭할 수도 있다.

이러한 환봉재의 준비단계를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

일 실시예에 따르면, 환봉재로는 강괴 등을 가열로에서 1200℃ 정도의 온도로 재가열하면서 압연롤에 의해 다양한 형상/치수 등으로 성형 가공된 열간압연재(압연흑피재)를 준비할 수 있다.

한편, 이러한 열간압연재는 가격이 저렴하지만, 스케일, 결육, 흠 등과 같은 표면결함을 가지고 있으므로, 대안적인 실시예에 따르면 환봉재로는 열간압연재의 표면결함을 해소하기 위하여 냉간 재압연한 인발재(cold drawn bar)를 준비할 수 있고, 또한 열간압연재의 표면을 절삭한 필링재(peeled bar)를 준비할 수도 있다.

절단단계(S2)에서, 준비된 환봉재를 일정 길이로 절단함으로써 외경(D) 보다 높이(H)가 짧은 원통형 소재를 가공하고, 이에 원통형 소재(m)는 도 3에 도시된 바와 같이, 외경(D)에 비해 그 높이(H)가 짧게 형성된 동전 형상으로 형성될 수 있다.

절단단계(S2)는 원형톱(circular saw)의 톱날을 이용하여 일정길이 예컨대, 6m의 환봉재를 일정길이로 절단한다. 그 외에도, 띠톱(band saw)의 톱날에 의해 환봉재를 절단할 수도 있고, 빌렛 절단기(billet shear)의 전단식 절단에 의해 환봉재를 절단할 수도 있다. 이 중에서, 환봉재의 절단속도 및 절단효율이 높은 원형톱에 의한 절단이 바람직할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 가격이 저렴한 환봉재를 준비하고, 이 환봉재를 절단하여 동전 형상으로 이루어진 원통형 소재를 성형함으로써 그 소재비용을 대폭 절감할 수 있다. 특히, 종래의 코일소재를 이용한 포머공법의 경우 코일소재의 비용이 높아 전체적인 제조비용을 상승시키는 데 반해, 본 발명은 상대적으로 저렴한 환봉재를 절단하여 원통형 소재를 이용함에 따라 소재비용을 줄여 전체적인 제조단가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

한편, 절단단계(S2)에서 절단된 원통형 소재(m)의 경도가 높을 경우 단조가 용이하게 이루어지 못하므로 원통형 소재(m)의 단조를 원활하게 할 수 있는 전처리가 이루어지는 전처리단계(S3)가 진행될 수 있다.

전처리단계(S3)에서, 원통형 소재(m)에 대해 소둔(annealing), 쇼트 블라스트(shot blast), 피막(bonderizing)을 순차적으로 수행함으로써 경도를 낮춤과 동시에 연성을 높여 원통형 소재(m)의 단조를 매우 원활하게 할 수 있다. 여기서, 소둔(annealing)은 원통형 소재(m)를 적당한 온도로 가열한 다음 서서히 상온까지 냉각시켜 내부 잔류응력을 없애고 결정립을 미세화시켜 연성을 높일 수 있고, 쇼트 블라스트(shot blast)는 원통형 소재(m)의 표면에 쇼트볼(shot ball)을 투사하여 표면의 흑피, 스케일 등을 제거하며, 피막(bonderizing)은 원통형 소재(m)의 표면에 부식액(인산염)에 의해 화학적 또는 전기화학적 반응에 의해 부식생성물층(인산염피막)을 만들어 줌으로써 단조 시의 윤활성을 높일 수 있다.

소재 공급단계(S4)에서, 원통형 소재(m)를 도 5 내지 도 12에 도시된 단조설비의 소재 공급장치(20) 및 소재 정렬장치(40) 등을 통해 단조모듈(10)의 파츠 포머(11)로 신속하고 안정되게 정렬되어 공급할 수 있다.

성형단계(S5)에서, 소재 공급장치(20)에 의해 공급된 원통형 소재(m)를 파츠 포머(11, 도 4 참조)에서 한번의 단조작동을 통해 캘리퍼용 피스톤(cp)을 성형한다.

도 4에 예시된 바와 같이, 파츠 포머(11)는 복수의 다이(12) 및 복수의 펀치(13)가 상호 대응하는 갯수로 이루어지고, 서로 대응하는 다이(12) 및 펀치(13)가 하나의 단조스테이션을 이룸에 따라 복수의 단조스테이션(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)을 구성한다. 이러한 단조스테이션(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)의 갯수는 4~6개 등으로 다양하게 구성될 수 있고, 이에 파츠 포먼(11)는 단조스테이션(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)들의 갯수에 따라 4단~6단으로 이루어질 수 있다. 그리고, 복수의 단조스테이션(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)들 사이로 원통형 소재(m)를 순차적으로 이송하는 이송기구(미도시)가 설치되어 있다.

본 발명에 의하면, 복수의 단조스테이션(11a, 11b, 11c, 11d, 11e) 중에서 에서 어느 하나의 단조스테이션(11c)만이 선택적으로 단조작동하여 원통형 소재(m)를 캘리퍼용 피스톤(cp)으로 성형하고, 나머지 단조스테이션(11a, 11b, 11d, 11e)들은 아이들(idle) 작동한다.

한편, 복수의 단조스테이션(11a, 11b, 11c, 11d, 11e) 중에서 단조가공을 수행하는 단조스테이션은 순서에 상관없이 어느 하나의 단조스테이션(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)만이 선택적으로 단조작동하고, 그외 나머지 단조스테이션(11a, 11b, 11d, 11e)들은 공급되는 원통형 소재(m)의 공급과, 성형된 제품의 취출 작동 등에 대한 타이밍을 조절하도록 아이들(idle) 작동한다. 예컨대, 도 4에서 세번째 단조스테이션(11c)만이 단조작동하여 원통형 소재(m)를 캘리퍼용 피스톤(cp)으로 성형하고, 나머지 단조스테이션(11a, 11b, 11d, 11e)들은 아이들(idle) 작동할 수 있다. 그 외에도 첫번째 단조스테이션(11a), 두번째 단조스테이션(11b), 네번째 단조스테이선(11d), 다섯번째 단조스테이션(11e) 중에서 어느 하나가 단조작동하면, 나머지 단조스테이션들은 아이들(idle) 작동하도록 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 절단 및 전처리를 거친 원통형 소재(m)를 기존의 파츠 포머(11)로 공급하여 한번의 단조작동을 통해 캘리퍼용 피스톤(cp)을 성형함으로써 캘리퍼용 피스톤(cp)의 품질 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 원통형 소재(m)의 공급, 완성된 캘리퍼용 피스톤(cp)의 취출 등에 대한 타이밍을 정밀하게 조절할 수 있어 대량생산을 효과적으로 구현할 수 있다.

한편, 본 발명에 의하면, 공급되는 원통형 소재(m)의 외경이 캘리퍼용 피스톤(cp)의 외경에 비해 0.1~0.2mm 보다 작게 형성됨이 바람직하다. 이에 의해, 성형단계(S5)에서 원통형 소재(m)가 파츠 포머(11)에서 한번의 단조작동에 의해 단조성형될 때 동심도를 정밀하게 유지할 수 있고, 이에 성형되는 캘리퍼용 피스톤(cp)의 가공정밀도가 대폭 향상될 수 있다.

이하에서는, 도 5 내지 도 12에 예시된 단조설비의 소재 공급장치(20) 및 소재 정렬장치(40)에 의해 원통형 소재(m)를 단조모듈(10)의 파츠 포머(11)로 공급하는 공급단계(S4)를 상세히 설명한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 단조설비는 원통형 소재를 한번의 단조공정에 의해 캘리퍼용 피스톤을 성형하는 파츠 포머(11)를 구비한 단조모듈(10)과, 단조모듈(10)로 소재를 공급하는 소재 공급장치(20)와, 단조모듈(10)에 의해 단조된 제품을 외부로 취출하는 취출장치(30)를 포함한다.

단조모듈(10)의 내부에는 파츠 포머(11)의 인입부로 소재(m)를 이송하는 소재 이송파이프(13)가 배치된다.

소재 공급장치(20)는 단조모듈(10)을 향해 절단단계(S2) 및 전처리단계(S3)를 거친 원통형 소재(m)를 공급하도록 구성된다. 그리고, 소재 공급장치(20)와 단조모듈(10) 사이에는 정렬기구(40)가 배치되고, 이 정렬기구(40)는 공급되는 원통형 소재(m)를 일렬로 정렬한 후에 이송파이프(13)를 통해 단조모듈(10)의 파츠 포머(11)로 이송하도록 구성된다.

소재 공급장치(20)는 공급 케이스(21)와, 공급 케이스(21) 내에 설치되어 소재를 하부에서 상부로 이송하는 이송유닛(50)과, 공급 케이스(21) 내로 원통형 소재(m)를 투입하는 투입유닛(60)을 포함한다.

공급 케이스(21)의 내부에는 이송유닛(50)이 설치되고, 공급 케이스(21)의 내부 전방에는 이송경사면(25)이 형성되며, 이송경사면(25)은 이송유닛(50)의 전방 측에 위치하여 투입되는 원통형 소재(m)들을 이송유닛(50)으로 자연스럽게 안내할 수 있다.

그리고, 공급 케이스(21)의 일측에는 회수통로(26)가 형성되고, 정렬기구(40)에서 정렬되지 못한 원통형 소재(m)들이 회수통로(26)를 통해 이송되어 공급 케이스(21)의 내부로 회수될 수도 있다.

이송유닛(50)은 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 공급 케이스(21)의 내부에 설치된 복수의 계단부재(51)와, 복수의 계단부재(51)들 사이에 상하 이동가능하게 설치된 복수의 이송부재(52)를 포함한다.

복수의 계단부재(51)는 공급 케이스(21)의 내부 후방에서 수직방향으로 직립하게 설치되고, 계단부재(51)들은 서로 이격되며, 이러한 계단부재(51)들의 이격간격에는 이송부재(52)가 상하 이동가능하게 설치된다.

그리고, 복수의 계단부재(51)는 그 상단 위치가 전방에서 후방으로 갈수록 높아지는 계단형 구조로 고정되게 설치된다. 각 계단부재(51)의 상단에는 공급방향을 향해 하향 경사진 경사면(51a)이 형성된다.

복수의 이송부재(52)는 계단부재(51)들 사이에 상하 이동가능하게 설치되고, 실린더기구 또는 전동기구 등과 같은 액츄에이터(미도시)에 의해 동시에 상하이동가능하게 설치된다. 특히, 각 이송부재(52)는 그 하측에 인접한 계단부재(51)와 그 상측에 인접한 계단부재(51)들 사이에서 상하 일정거리(S)만큼 이동한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 각 이송부재(52)의 상하 이동거리(S)의 하사점(S1)은 하측에 인접한 계단부재(51)의 상단 후방지점에 대응하고, 그 상사점(S2)은 상측에 인접한 계단부재(51)의 상단 전방지점에 대응하도록 구성된다.

각 이송부재(52)의 상단에는 공급방향을 향해 하향 경사진 경사면(52a)이 형성되고, 이송부재(52)의 경사면(52a)과 계단부재(51)의 경사면(51a)은 서로 동일한 경사각으로 이루어진다.

이러한 이송유닛(50)의 구성에 의해 원통형 소재(m)가 이송되는 작동을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 7과 같이 각 이송부재(52)들이 하향으로 이동하면, 각 이송부재(52)의 경사면(52a)은 그 하측에 인접한 계단부재(51)의 경사면(51a)에 대응하여 위치되고, 더불어 최하단에 위치한 이송부재(52)의 경사면(52a)은 공급케이스(21)의 이송경사면(25)에 대응하여 위치된다. 이런 상태에서 투입유닛(60)에 의해 투입된 원통형 소재(m)들이 최하단 측에 위치한 이송부재(52)의 경사면(52a)에 올려진다.

그런 다음, 도 8과 같이 모든 이송부재(52)들이 상부로 이동하여 각 이송부재(52)의 경사면(52a)이 그 상측에 인접한 계단부재(51)의 경사면(51a)에 대응하여 위치되면, 원통형 소재(m)들은 이송부재(52)의 경사면(52a)에서 계단부재(51)의 경사면(51a) 위로 미끄러져 이송된다. 도 9를 참조하여 이를 구체적으로 설명하면, 하향 이동한 이송부재(52)의 경사면(52a)에 원통형 소재(m)가 올려진 이후에, 이송부재(52)가 상향으로 이동하면(점선 참조) 이송부재(52)의 경사면(52a)에서 계단부재(51)의 경사면(51a)으로 미끄러져 이송된다.

원통형 소재(m)는 최하측의 이송부재(52)의 경사면(52a)에서 그 다음단에 위치한 계단부재(51)의 경사면(51a)으로 이동한다. 이후에 다시 이송부재(52)들이 하향으로 이동하면, 계단부재(51)의 경사면(51a)에 위치한 원통형 소재(m)는 다음 단에 위치한 이송부재(52)의 경사면(52a)으로 연속하여 이동하고, 이러한 작동이 반복됨에 따라 복수의 원통형 소재(m)는 이송부재(52)의 경사면(52a) 및 계단부재(51)의 경사면(51a)을 통해 계단식으로 상승한 후에 단계적으로 이송된다.

이와 같이, 이송부재(52)들이 계단부재(51)들 사이에서 하향이동 및 상향이동을 반복함에 따라 원통형 소재(m)들이 단계적으로 전방 하부에서 후방 상부로 이송된다.

이송경사면(25)의 경사각은 이송부재(52) 및 계단부재(51)의 경사면(52a, 51a)과 동일하거나 약간 작게 형성될 수 있으며, 특히 이송경사면(25)의 경사각이 이송부재(52) 및 계단부재(51)의 경사면(52a, 51a)과 동일하게 이루어짐으로써 투입되는 원통형 소재(m)들을 이송유닛(50) 측으로 보다 원활하게 안내할 수도 있다.

그리고, 이송경사면(25)의 하단에는 최하단의 이송부재(51)가 위치되고, 도 7과 같이 최하측의 이송부재(51)가 하향이동한 상태에서 이송부재(51)의 경사면(51a)은 이송경사면(25)에 대응하여 위치된다. 이에, 투입유닛(60)에 의해 투입된 원통형 소재(m)들은 이송경사면(25)을 따라 최하단의 이송부재(51)의 경사면(52a)에 자연스럽게 미끄러져 이동한다.

투입유닛(60)은 공급 케이스(21)의 전방단부에 인접하여 배치된 투입프레임(61)과, 투입프레임(61)에 힌지부(63)를 매개로 회동가능하게 설치된 투입호퍼(64)를 포함한다.

투입호퍼(64)에는 복수의 원통형 소재(m)들이 수용된 수용용기(미도시)가 교체가능하게 설치되고, 투입호퍼(64)가 힌지부(63)를 통해 회동하면 복수의 원통형 소재(m)들이 공급 케이스(21)의 이송경사면(25)으로 투입된다.

소재 정렬장치(40)는 소재 공급장치(20)와 단조모듈(10) 사이에 배치되고, 소재 공급장치(20)의 이송유닛(50)에 의해 공급되는 원통형 소재(m)를 일렬로 정렬한 후에 단조모듈(10)의 파츠 포머(11)으로 이송시키도록 구성된다.

소재 정렬장치(40)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 소재 공급장치(20)에 인접하게 배치된 정렬투입부(41)와, 이 정렬투입부(41)의 하부에 위치한 가이드이송부(43)와, 가이드이송부(43)에 의해 이송되는 원통형 소재(m)들을 단조금형(11) 측으로 가압하여 이송시키는 가압이송부(45)를 포함한다.

정렬투입부(41)는 소재 공급장치(20)의 이송유닛(50)에 인접하여 배치된 경사투입판(41a)과, 경사투입판(41a)의 상부에 설치된 커버(41b)와, 경사투입판(41a)의 상부에 배치된 복수의 정렬부재(41c, 41d)를 포함한다.

경사투입판(41a)은 가이드이송부(43)를 향해 하향으로 경사지게 형성되고, 소재 공급장치(20)의 이송유닛(50)에 의해 공급되는 복수의 원통형 소재(m)들은 경사투입판(41a)의 경사면을 따라 미끄러져 가이드이송부(43)로 투입된다.

커버(41b)는 경사투입판(41a)의 상부에 배치되어 소재 공급장치(20)의 이송유닛(50)에 의해 공급되는 원통형 소재(m)들이 외부로 튀거나 이탈됨을 방지하도록 구성된다.

복수의 정렬부재(41c, 41d)는 경사투입판(41a)과 커버(41b) 사이에 설치되고, 각 정렬부재(41c, 41d)의 상단은 커버(41b)의 저면에 고정되며, 각 정렬부재(41c)의 하단은 경사투입판(41a)에 인접하게 위치한다.

각 정렬부재(41c, 41d)는 도 12에 도시된 바와 같이 원통형 소재(m)들의 자세를 경사투입판(41a)의 경사방향을 따라 눕혀진 상태로 정렬하도록 좌우 양측에 경사진 경사면(41e)을 가진 역"V"자형 구조로 형성되고, 이에 의해 원통형 소재(m)들은 정렬부재(41c, 41d)의 경사면(41e)을 타고 미끄러짐에 따라 경사투입판(41a)에 직교하는 방향으로 세워지지 않고 원통형 소재(m)의 넓은 면이 경사투입판(41 a)과 접촉하도록 눕혀진 상태로 정렬되어 가이드이송부(43)로 안정되게 투입될 수 있다.

그리고, 복수의 정렬부재(41c, 41d)들은 복수의 제1정렬부재(41c)와 복수의 제2정렬부재(41d)들이 투입방향으로 서로 이격되게 배치되고, 도 11에 도시된 바와 같이 복수의 제1정렬부재(41c)와 복수의 제2정렬부재(41d)들은 서로 어긋나게 배치('지그재그식' 배치)됨으로써 원통형 소재(m)들의 정렬효율을 보다 향상시킬 수 있다.

가이드이송부(43)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 정렬투입부(41)의 하부에 설치된 이송벨트(43a)와, 이송벨트(43a)의 상부에 수직방향으로 직립되게 설치된 가이드수직벽(43b)과, 가이드수직벽(43b)의 단부에 구비된 한 쌍의 곡면가이드판(43c)과, 한 쌍의 곡면가이드판(43c)의 단부에 연결된 한 쌍의 경사가이드부재(43d)를 포함한다.

이송벨트(43a)는 정렬투입부(41)의 하부에서 수평방향으로 길게 설치되고, 이송벨트(43a)의 상면에 투입되는 원통형 소재(m)들을 수평방향으로 이송하도록 구성된다.

가이드수직벽(43b)은 이송벨트(43a)의 상부에 수직방향으로 직립하여 설치되고, 이송벨트(43a)의 길이방향을 따라 길게 연장된다. 이송벨트(43a)의 상면으로 투입되는 원통형 소재(m)들은 가이드수직벽(43b)에 걸려 수직자세로 정렬될 수 있으며, 또한 가이드수직벽(43b)에 의해 소재(m)들의 외부 이탈이 효과적으로 방지될 수 있다.

한 쌍의 곡면가이드판(43c)은 도 9에 도시된 바와 같이 이송벨트(43a)의 하측으로 원통형 소재(m)들을 안내하기 위하여 곡면지게 형성되고, 한 쌍의 곡면가이드판(43c)은 원통형 소재(m)의 두께 보다 약간 큰 간격으로 이격되게 배치됨으로써 원통형 소재(m)들의 가이드를 원활하게 할 수 있다.

한 쌍의 경사가이드부재(43d)는 한 쌍의 곡면가이드판(43c)의 단부에 연결되어 하향으로 경사지게 설치된다. 그리고, 한 쌍의 경사가이드부재(43d)들 사이의 이격간격은 한 쌍의 곡면가이드판(43c)들 사이의 이격간격에 대응한다.

가압이송부(45)는 경사가이드부재(43d)의 하단에 배치되어, 가이드이송부(43)를 통해 이송되는 원통형 소재(m)들을 단조금형(11) 측으로 가압하여 이송시키도록 구성된다.

가압이송부(45)는 가이드이송부(43)의 경사가이드부재(43d)의 하부에 위치한 안착부(45a)와, 안착부(45a)의 전방단에 설치된 이송파이프(45b)와, 안착부(45a)의 후방에 일렬로 배치된 가압플런저(45c)와, 가압플런저(45c)를 전후진구동시키는 구동실린더(45d)를 포함한다.

안착부(45a)에는 경사가이드부재(43d)를 통해 이송된 원통형 소재(m)를 지지하는 지지지그(46)가 설치되고, 이러한 지지지그(46)에 의해 원통형 소재(m)는 정위치에 위치하게 된다.

이송파이프(45b)는 안착부(45a)의 전방단부에서 단조모듈(10)의 단조금형(11)으로 연장되게 설치되고, 원통형 소재(m)의 이송이 방해받지 않도록 이송파이프(45b)의 내경은 원통형 소재(m)의 외경 보다 크게 형성된다.

가압플런저(45c)는 플런저하우징(47)에서 전후진가능하게 설치되고, 가압플런저(45c)의 일측에는 완충스프링(48)이 설치된다. 이에 가압플런저(45b)가 플런저하우징(47)에서 전후진함에 따라 가압플런저(45b)는 안착부(45a)에 위치한 소재(m)를 전방측의 이송파이프(45d)를 향해 가압하도록 구성된다.

구동실린더(45c)는 플런저하우징(47)의 후방단에 설치되어 가압플런저(45b)의 전후진작동을 구동시킨다.

이와 같이, 원통형 소재(m)를 소재 공급장치(20)에 의해 공급하면, 소재 정렬장치(40)에 의해 공급되는 원통형 소재(m)를 매우 신속하고 안정적으로 일렬로 정렬한 후에 단조모듈(10)의 파츠 포머(11) 측으로 효과적으로 이송할 수 있는 장점이 있다.

취출단계(S6)에서, 성형단계(S5)를 통해 성형이 완료된 캘리퍼용 피스톤(cp)을 단조설비에서 취출시킨다.

이러한 취출단계(S7)에서, 단조모듈(10)의 파츠 포머(11)에 의해 성형된 캘리퍼용 피스톤(cp)들이 손상되지 않도록 취출장치(30)에 의해 완충적으로 취출한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 취출장치(30)는 단조모듈(10)에서 단조가공된 캘리퍼용 피스톤(cp)들을 완충적으로 취출하도록 구성되고, 특히 취출장치(30)는 취출되는 제품들을 가이드하는 취출가이드유닛(31)과, 취출가이드유닛(31)의 하단에 배치된 낙하완충유닛(35)을 포함한다.

취출가이드유닛(31)은 단조모듈(10)의 배출부(15)에서 하향으로 경사지게 배치된 가이드프레임(32)과, 가이드프레임(32)의 내부에 설치된 복수의 가이드부재(33)를 포함한다.

가이드프레임(32)의 하단에는 배출개구(32a)가 형성되고, 복수의 가이드부재(33)는 가이드프레임(32)의 내부에서 취출통로(34)를 형성하도록 서로 이격되어 사선방향 및 지그재그방향으로 배치된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 낙하완충유닛(35)은 지지프레임(36)에 구동부(39)에 의해 상하 이동가능하게 설치된 이동프레임(37)과, 이동프레임(37)의 하단에 구비된 낙하완충프레임(38)과, 낙하완충프레임(38) 내에 회동가능하게 설치된 복수의 완충날개(38a)를 포함한다.

이동프레임(37)은 구동모터(39a) 및 구동스트립(39b)으로 이루어진 구동부(39)에 의해 지지프레임(36)에 대해 상하 이동하도록 구성된다.

낙하완충프레임(38)은 도 13에 도시된 바와 같이, 그 내부가 상하로 개방된 구조로 구성된다. 그리고, 낙하완충프레임(38)의 하단개구에는 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 완충날개(38a)가 대칭적으로 회동가능하게 설치되며, 각 완충날개(38a)는 경첩(38b)에 의해 회동가능하게 설치된다.

이러한 취출장치(30)의 구성에 의해, 단조모듈(10)에서 단조가공된 캘리퍼용 피스톤(cp)들은 취출가이드유닛(31)의 가이드프레임(32)에서 복수의 가이드부재(33)에 의해 완충되면서 가이드된다. 이렇게 가이드된 캘리퍼용 피스톤(cp)들은 이동프레임(35)이 상하 이동하면서 낙하완충프레임(37)의 완충날개(38a)들이 회동함에 따라 취출되는 캘리퍼용 피스톤(cp)들이 포장용기(P)에 낙하될 때, 충분히 완충되어 취출 시의 손상이 최소화될 수 있다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

10: 단조모듈 11: 파츠 포머
20: 소재 공급장치 30: 취출장치
40: 소재 정렬장치 50: 이송유닛

Claims (8)

1. 환봉재를 준비하는 환봉재 준비단계;
   환봉재를 절단하여 외경 보다 높이가 짧은 원통형 소재로 가공하는 절단단계;
   단조설비의 소재 공급장치 및 소재 정렬장치에 의해 상기 원통형 소재를 일렬로 정렬하여 단조설비의 파츠 포머로 공급하는 소재 공급단계;
   파츠 포머로 공급되는 원통형 소재를 한번의 단조작동을 통해 캘리퍼용 피스톤으로 성형하는 성형단계;
   성형된 캘리퍼용 피스톤을 단조설비에서 취출하는 취출단계;로 이루어지고,
   상기 소재 공급단계에서 공급되는 원통형 소재의 외경은 성형단계에서 성형된 캘리퍼용 피스톤의 외경 보다 작게 형성되며,
   상기 소재 정렬장치는 소재 공급장치에 인접하게 배치된 정렬투입부와, 상기 정렬투입부의 하부에 위치한 가이드이송부와, 상기 가이드이송부에 의해 이송되는 소재들을 단조금형 측으로 가압하여 이송시키는 가압이송부를 포함하고,
   상기 정렬투입부는 소재 공급장치의 이송유닛에 인접하여 배치된 경사투입판과, 경사투입판의 상부에 설치된 커버와, 경사투입판의 상부에 배치된 복수의 정렬부재를 가지며,
   각 정렬부재는 원통형 소재들의 자세를 경사투입판의 경사면에 눕혀진 상태로 가이드하여 정렬하도록 좌우 양측에 경사진 경사면을 가진 역"V"자형 구조로 형성되고,
   상기 가이드이송부는 상기 정렬투입부의 하부에 설치된 이송벨트와, 이송벨트의 상부에 수직방향으로 직립되게 설치된 가이드수직벽과, 가이드수직벽의 단부에 구비된 한 쌍의 곡면가이드판과, 한 쌍의 곡면가이드판의 단부에 연결된 한 쌍의 경사가이드부재를 가지며,
   가압이송부는 상기 가이드이송부의 경사가이드부재를 통해 이송된 원통형 소재를 지지하는 지지지그가 설치된 안착부와, 상기 안착부의 전방단부에서 단조모듈의 단조금형으로 연장되게 설치된 이송파이프와, 상기 안착부의 후방에 배치되어 상기 안착부의 지지지그에 지지된 소재를 전방측의 이송파이프를 향해 가압하는 가압플런저와, 상기 가압플런저를 전후진시키는 구동실린더를 가지고,
   상기 성형단계는 원통형 소재를 파츠 포머의 단조스테이션들에 이송시켜 단조성형하고, 상기 단조스테이션들 중에서 어느 하나의 단조스테이션만이 선택적으로 단조작동을 수행하며, 나머지의 단조스테이션들은 원통형 소재의 공급과, 원통형 소재의 단조작동과, 성형된 캘리퍼용 피스톤의 취출에 대한 타이밍을 조절하도록 아이들 작동함으로써 한번의 단조가공에 의해 캘리퍼용 피스톤이 성형되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 캘리퍼용 피스톤의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 환봉재 준비단계에서, 상기 환봉재는 가열로에서 재가열되면서 압력롤에 의해 열간압연된 열간압연재인 것을 특징으로 하는 캘리퍼용 피스톤의 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 환봉재 준비단계에서, 상기 환봉재는 상기 열간압연재를 냉간 재압연하거나 상기 열간압연재의 표면을 절삭함으로써 표면 결함을 제거하는 것을 특징으로 하는 캘리퍼용 피스톤의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 절단단계와 소재 공급단계 사이에는, 원통형 소재의 경도를 낮춤과 더불어 연성을 높이고, 원통형 소재의 표면에 피막을 형성하는 전처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리퍼용 피스톤의 제조방법.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 소재 공급장치는 전방에서 후방으로 갈수록 각 상단의 위치가 높아지는 계단형 구조로 설치된 복수의 계단부재와, 상기 복수의 계단부재들 사이에서 상하 이동가능하게 설치된 복수의 이송부재를 포함하고,
   각 이송부재의 상하 이동거리의 하사점은 그 하측에 인접한 계단부재의 상단 후방지점에 대응하고, 상하 이동거리의 상사점은 그 상측에 인접한 계단부재의 상단 전방지점에 대응하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 캘리퍼용 피스톤의 제조방법.
7. 삭제
8. 삭제

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