KR101472614B1

KR101472614B1 - 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치

Info

Publication number: KR101472614B1
Application number: KR1020100059564A
Authority: KR
Inventors: 권일근; 송민철; 황주환; 김대순; 윤영철
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2014-12-16
Also published as: CN102470421A; KR20110139454A; JP5330601B2; DE112010005692T5; WO2011162455A1; JP2012529373A

Abstract

본 발명은 선박용 스러스트축 제작을 위한 단조장치에 관한 것이며, 그 목적은 1회 공정으로 2개소의 플랜지를 갖는 스러스트축의 성형을 간단히 수행할 수 있으며, 수직 가압력을 2개의 수평 가압력으로 균등히 분배하여 일정 간격 이격된 2개소의 플랜지 성형물에 대한 품질 정밀함을 보다 향상시킬 수 있는 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치를 제공함에 있다.
본 발명은 빌렛이 관통하는 장입공이 형성된 링금형과; 중앙에 배치된 상기 링금형을 향해 마주하여 근접 이동하며, 상호 대향면에 상기 장입공과 대응하는 장입홈 및 플랜지 성형을 위한 성형체적을 갖는 좌우 슬라이드금형과; 상기 좌우 슬라이드금형을 이동시키는 수직 가압틀; 및 상기 수직 가압틀의 수직 가압력을 좌우 슬라이드금형의 수평이동으로 전환하는 동력전달수단을 포함하여 구성한 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

선박용 스러스트축의 수평식 단조장치{The horizontal die forging device for the thrust shaft of the marine diesel engine}

본 발명은 스러스트축 단조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박용 축계장치에 부속품 중 하나인 스러스트축을 제작하기 위한 수평식 단조장치에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스러스트축(1)은 축계장치에 사용되는 부속품 중 하나로서, 축간 연결 혹은 지지를 위하여 일정 간격으로 이격 배치된 플랜지(101)(102)를 일체로 형성하게 된다.

일반적으로 이러한 스러스트축(1)은 축의 강도를 위하여 금형 내에서 빌렛(B :billet : 예비성형체)을 단조하여 제작하게 된다.

도 2는 종래 이러한 스러스트축의 단조장치 및 그 작업을 보이는 일예로서, 수직으로 세워진 빌렛(B)의 상, 하부를 지지하는 상, 하부금형(1)(2)과, 상기 상, 하부금형(1)(2)의 사이에 배치되어, 제1 및 제2측부금형(3)(4)과, 상기 제1 및 제2측부금형(3)(4) 사이에 배치되는 인서트금형(5), 및 상기 하부금형(2)으로부터 상기 제1 및 제2측면금형(3)(4) 및 인서트금형(5)을 필요에 따라 들어올리는 플로팅금형(7)을 포함하여 구성하고 있다.

즉, 이러한 종래 스러스트축 단조장치는 하부금형(2)위에 빌렛(B)을 수직으로 올려놓은 후, 플로팅금형(7)에 의하여 인서트금형(5) 및 제1 및 제2측부금형(3)(4)이 들어올려진 상태에서 위쪽 상부금형(1)을 아래쪽으로 가압하여, 인서트금형(5)과 제1측부금형(3) 및 상부금형(1)을 통하여 빌렛 상단에 제1플랜지(101)를 먼저 형성하고, 이후 플로팅금형(7)을 제거한 후 플로팅금형(7)의 제거된 위치만큼 재차 상부금형(1)을 아래쪽으로 가압하여 인서트금형(5)과 제2측부금형(4) 및 하부금형(2)을 통하여 상기 제1플랜지(101)로부터 일정간격 이격한 제2플랜지(102)를 형성하도록 하고 있다.

이상의 수직형 단조공법을 적용하고 있는 종래의 스러스트축 단조장치는, 제1 및 제2플랜지(101)(102)를 형성을 위하여 플로팅금형(7)이 설치된 상태에서 1회 가압하고 이후 플로팅금형(7)이 제거된 상태에서 재차 금형을 가압시키는 2회에 걸친 가압공정을 거치게 됨으로서 전체 단조공정의 작업시간을 늘리게 되었다.

또, 이러한 먼저 제1플랜지(101)를 형성한 후, 재차 상하부금형(1)(2)을 가압하여 제2플랜지(102)를 성형하는 경우에는 미리 성형되었던 제1플랜지(101)와 제2플랜지(102)에 가해지는 불균등한 가압력으로 인하여 최종 단조공정이 종료된 후 플랜지 성형부의 불량 발생율이 높았다.

결국, 이러한 스러스트축의 플랜지 성형 불량을 감안하여 플랜지에 잉여소재를 형성하고 이후 단조 공정 후 별도의 마무리가공을 수행하는 경우가 있었으나, 이 역시 전반적인 스러스트축 제작의 많은 시간과 비용을 소모하게 되는 문제점이 되었다.

또, 빌렛을 금형 내에 축방향으로 세운 상태에서 상부와 하부에서 수직방향으로 가압력을 제공하는 종래 수직형 단조공법은 미리 일정 온도로 가열된 빌렛을 금형의 상부에서 하부로 장입하는 공정이나, 최종 성형이 완료된 스러스트축을 금형으로부터 이탈시키는 공정에서 작업의 고도차로 인하여 상당한 불편함을 가져오게 되었으며, 연결되는 주변 공정라인과의 작업호환성이 떨어지게 되었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 1회 공정으로 2개소의 플랜지를 갖는 스러스트축의 성형을 간단히 수행할 수 있는 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 수직 가압력을 양쪽 2개의 수평 가압력으로 균등히 분배하여 일정 간격 이격된 2개소의 플랜지 성형물에 대한 품질 정밀함을 보다 향상시킬 수 있는 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 빌렛 및 성형 완료된 스러스트축을 금형을 향해 수평방향으로 장입시키거나 이탈시킬 수 있는 수평식 단조장치를 구현함으로서, 전후에 배치되는 주변 공정라인과의 작업호환성을 보다 향상시킬 수 있는 단조장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 빌렛이 관통하는 장입공이 형성된 링금형;

중앙에 배치된 상기 링금형을 향해 마주하여 근접 이동하며, 상호 대향면에 상기 장입공과 대응하는 장입홈 및 플랜지 성형을 위한 성형체적을 갖는 좌우 슬라이드금형;

상기 좌우 슬라이드금형을 이동시키는 수직 가압틀; 및

상기 수직 가압틀의 수직 가압력을 좌우 슬라이드금형의 수평이동으로 전환하는 동력전달수단(Toggle joint)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 링금형에는, 상기 좌우 슬라이드금형의 대향면에 각각 형성된 가이드홈에 끼워지며 좌우 슬라이드금형의 수평이동을 안내하는 가이드봉을 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 좌우 슬라이드금형에는 상기 가이드홈과 가이드봉 사이 공간을 향해 유압을 공급하여, 사이에 배치된 링금형의 위치를 조정할 수 있도록 간격조정용 유압채널이 형성될 수 있다.

이때, 상기 동력전달수단은, 외부 작동압에 의하여 상기 좌우 슬라이드금형의 이동방향에 수직한 방향으로 이동하는 수직 가압틀에 회전가능하게 설치되는 좌우 토글레버와; 상기 좌우 슬라이드금형에 각각 결합되고, 상기 좌우 토글레버가 각각 안착되는 안내홈을 형성하여 상기 수직 가압틀의 수직이동과 연동하여 회전하는 토글레버의 회전력으로부터 좌우 슬라이드금형을 상호 마주하여 근접 이동시키는 좌우 금형연결부재로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 가압틀로부터 제공되는 수직 가압력을 2개의 좌우 슬라이드금형으로 균등히 배분하여, 수평상태의 빌렛의 양쪽단을 가압하여 2개소의 플랜지를 일회공정으로 성형함으로서, 완성된 스러스트축의 플랜지 성형부에 대한 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단조공정의 작업량을 현저히 줄일 수 있어 전체적인 스러스트축의 제작시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 수평방향으로의 단조 가압력을 구현함은 물론 빌렛 및 성형 완료된 스러스트축을 금형을 향해 수평방향으로 장입시키거나 이탈시킬 수 있는 수평식 단조장치를 구현함으로서, 단조장치 전후에 배치되는 주변 공정라인과의 작업호환성을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.

도 1은 예비성형체인 빌렛과 이로부터 단조 성형되는 스러스트축의 예시도
도 2는 종래 수직식 단조장치 및 그 작업상태도
도 3은 본 발명에 따른 수평식 단조장치의 절개사시도(a) 및 배면사시도(b)
도 4는 본 발명에 따른 수평식 단조장치의 부분 절개사시도
도 5는 본 발명에 따른 수평식 단조장치에 빌렛이 장입된 상태를 보이는 부분 절개사시도
도 6은 본 발명에 따른 수평식 단조장치를 통해 스러스트축의 성형이 완료된 상태를 보이는 부분 절개사시도
도 7은 본 발명에 따른 수평식 단조장치의 성형준비상태 보이는 배면(a) 및 단면(b) 예시도
도 8은 본 발명에 따른 수평식 단조장치의 성형완료상태 보이는 배면(a) 및 단면(b) 예시도
도 9는 본 발명에 따른 수평식 단조장치를 통한 스러스트축의 성형단계를 보이는 개략도

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 예비성형체인 빌렛과 이로부터 단조 성형되는 스러스트축의 예시도를, 도 3은 본 발명에 따른 수평식 단조장치의 절개사시도(a) 및 배면사시도(b)를, 도 4는 본 발명에 따른 수평식 단조장치의 부분 절개사시도를, 도 5는 본 발명에 따른 수평식 단조장치에 빌렛이 장입된 상태를 보이는 부분 절개사시도를, 도 6은 본 발명에 따른 수평식 단조장치를 통해 스러스트축의 성형이 완료된 상태를 보이는 부분 절개사시도를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치는, 링금형(10), 좌우 슬라이드금형(21)(22), 수직 가압틀(30) 및 상기 수직 가압틀(30)과 좌우 슬라이드금형(21)(22)을 연결하는 동력전달수단(40)을 포함한다.

본 발명에 따른 수평식 단조장치는, 상기 링금형(10) 및 좌우 슬라이드금형(21)(22)에 의하여 일정거리를 유지하는 2개의 플랜지(101)(102)를 갖는 스러스트축(100)을 단조형성하게 된다.

또, 본 발명에 따른 수평식 단조장치는, 중앙의 링금형(10)을 향해 좌우 슬라이드금형(21)(22)을 마주하게 동시 1회 이동시키는 것으로 일정거리를 유지하는 2개의 플랜지(101)(102)를 갖는 스러스트축(100)을 단조 성형하게 된다.

보다 구체적으로, 링금형(10)은 빌렛(B)이 관통하는 장입공(11)이 중앙에 형성되는 링 형상을 유지하는 것으로, 차후 성형되는 스러스트축(100)의 제1 및 제2플랜지(101)(102)의 사이공간에 끼워지는 구조를 이루게 된다.

상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)은 상기 링금형(10)과 함께 스러스트축(100)의 외형을 성형하는 것으로, 상호 대향면에 상기 링금형(10)에 형성된 장입공(11)과 대응하게 빌렛(B)의 양쪽단이 안착되는 장입홈(201)이 형성되며, 그 끝단에는 상기 링금형(10)에 밀착되어 플랜지(101)(102)를 각각 성형하기 위한 성형체적(202)을 구비한다.

이러한 좌우 슬라이드금형(21)(22)은 중앙에 배치된 링금형(10)을 향하며 근접하거나 멀어지며 수평 이동하는 구조를 이루며, 링금형(10)으로부터 이격된 상태에서 수평선상에 위치하는 링금형(10)의 장입공(11)과 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 장임홈(201)에 빌렛(B)을 장입시킨 상태에서 좌우 슬라이드금형(21)(22)을 상호 마주하여 근접 이동시키는 것에 의하여 일정 온도로 가열된 빌렛(B)은 수평방향(축방향)으로 압축되고 압축과 동시 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 성형체적(202)내로 채워지고, 계속된 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 근접이동 후 링금형(10)의 양쪽에 좌우 슬라이드금형(21)(22)이 최종 밀착됨으로서 제1 및 제2플랜지(101)(102)의 성형이 완료된다.

도시된 바와 같이, 상기 링금형(10)에는 상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 대향면에 형성된 가이드홈(205)에 끼워져 양쪽에서 근접하거나 멀어지는 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 수평이동을 안내하는 복수의 가이드봉(12)을 구비하도록 한다.

이때, 상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)에는 상기 가이드홈(205)과 가이드봉(12) 사이 공간을 향해 유압을 공급할 수 있게 간격조정용 유압채널(207)을 포함한다.

이러한 간격조정용 유압채널(207)은, 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 사이에 배치되는 링금형(10)의 좌우 위치를 조정할 수 있도록 한 것으로, 이를 통하여 차후 빌렛(B)이 장입된 상태에서 제1 및 제2플랜지(101)(102)의 성형 위치를 조정할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 링금형(10) 및 좌우 슬라이드금형(21)(22)은, 원통체의 빌렛(B)의 장입과, 스러스트축(100) 성형물의 이탈을 위하여 상부에 배치되는 가압틀(30)과 바닥에 설치되는 베이스판(9)에 각각 결합되게 링금형(10)은 상, 하부금형(10')(10")으로, 좌우 슬라이드금형(21)(22)은 상, 하부 슬라이드금형(21')(21"),(22')(22")으로 각각 분리 구성된다.(도 9참조)

계속해서, 상기 수직 가압틀(30)의 수직방향 가압력에 의하여 상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)은 중앙의 링금형(10)을 향해 동일한 가압력으로 수평 이동하게 된다.

즉, 상기 수직 가압틀(30)과 상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)은, 수직 가압틀(30)의 수직방향 가압력을 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 수평방향 가압력으로 전환하는 토글 조인트 방식의 동력전달수단(40)에 의하여 연결된다.

이러한 동력전달수단(40)은, 외부 작동압(유압)에 의하여 상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 이동방향에 수직한 방향(도면에서 아래쪽)으로 이동하는 수직 가압틀(30)에 일단이 회전가능하게 설치되는 좌우 토글레버(41)(42)와; 상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)에 각각 결합되고 상기 좌우 토글레버(41)(42)가 각각 안착되는 안내홈(451)(461)(도 7참조)을 형성하여 상기 수직 가압틀(30)의 수직이동과 연동하여 회전하는 토글레버의 회전력으로부터 좌우 슬라이드금형(21)(22)을 상호 마주하여 근접 이동시키는 좌우 금형연결부재(45)(46)로 이루어진다.

즉, 외부 작동압에 의하여 하방으로 수직 이동하는 가압틀(30)과 연동하여, 좌우 토글레버(41)(42)는 각 회전점(회전축)을 중심으로 상호 마주하며 회전하고, 상기 좌우 토글레버(41)(42)와 각각 안내홈(451)(461)을 통하여 결속된 좌우 금형연결부재(45)(46)는 토글레버(41)(42)의 회전각도 만큼 상호 마주하여 수평이동하고, 이때 상기 좌우 금형연결부재(45)(46)는 상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 외부 둘레 일부를 감싸는 형태를 취하며, 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 외부 둘레에 형성된 링형 홈(206)에 끼움 결합된 상태를 유지하게 된다. 결국 상기 좌우 토글레버(41)(42)의 회전력으로부터 수평 이동하는 좌우 금형연결부재(45)(46)는 중앙 링금형(10)의 가이드봉(12)을 따라 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 수평 이동을 구현하게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 수평식 단조장치의 성형준비상태 보이는 배면(a) 및 단면(b) 예시도를, 도 8은 본 발명에 따른 수평식 단조장치의 성형완료상태 보이는 배면(a) 및 단면(b) 예시도를, 도 9는 본 발명에 따른 수평식 단조장치를 통한 스러스트축의 성형단계를 보이는 개략도를 도시한 것으로, 본 발명에 의한 수평식 단조장치를 이용한 스러스트축의 단조과정을 설명하면 다음과 같다.

도 9 (a) 도면에 도시된 바와 같이, 상, 하부 링금형(10')(10")과, 상, 하부 슬라이드금형(21')(21"),(22')(22")이 분리된 상태에서 장입홈(201)에 예비성형체로서 일정온도로 가열된 빌렛(B)을 장착한다.

이후, 수직 가압틀(30)과, 이 수직 가압틀(30)에 결합된 상부 링금형(10')과 상부 슬라이드금형(21')(22')을 하방으로 이동시켜 아래쪽 하부 링금형(10")과 하부 슬라이드금형(21")(22")에 각각 밀착시킨다.

이후, 도 9 (b)도면에 도시된 바와 같이, 실질적인 단조 작업 전 좌우 슬라이드금형(21)(22) 사이에 배치된 링금형(10)의 위치를 확인하고, 좌우 슬라이드금형(21)(22)에 형성된 유압채널(207)을 통하여 가이드홈(205)내로 유압을 공급함으로서 링금형(10)의 위치를 정확히 조정 설정한다.

이상과 같이 내부에 장입된 빌렛(B)에 대한 링금형(10)과 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 위치 세팅이 완료된 이후에는, 도 7, 도 8 및 도 9 (c)도면에 도시된 바와 같이, 외부 작동압(유압)을 이용하여 수직 가압틀(30)을 하방으로 가압하게 되는데, 이와 동시 수직 가압틀(30)과 한쪽이 회전축으로 결합된 좌우 토글레버(41)(42)는 회전축을 중심으로 상호 마주하며 회전(각운동)한다. 이와 동시 상기 좌우 토글레버(41)(42)와 각각의 안내홈(451)(461)을 통하여 결속된 좌우 금형연결부재(45)(46)는 토글레버(41)(42)의 각운동에 대응하여 상호 마주하여 수평이동하며, 각 좌우 금형연결부재(45)(46)에 각각 결합된 좌우 슬라이드금형(21)(22)은 중앙 링금형(10)의 가이드봉(12)을 따라 상호 마주하며 수평 이동하게 된다.

이렇게 상호 마주하며 수평 이동하는 좌우 슬라이드금형(21)(22)은 빌렛(B)의 양쪽을 동일한 가압력으로 가압하여 빌렛(B)을 압축시키며 제1 및 제2플랜지(101)(102) 형성을 위한 성형체적(202)을 채우게 되고, 수직 가압틀(30)의 계속된 수직방향 이동과 연동하여 좌우 슬라이드금형(21)(22)이 중앙 링금형(10)의 양쪽면에 밀착되어 이동 완료됨과 동시 스러스트축(100)의 제1 및 제2플랜지(101)(102)의 성형이 완료된다.

이후, 도 9(d)도면에 도시된 바와 같이, 수직 가압틀(30) 및 상부 링금형(10')과 상부 슬라이드금형(21')(22')을 상승시켜 크레인 등의 권양장치를 이용하여 성형 완료된 스러스트축(100)을 취출한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(10) : 링금형 (11) : 장입공
(12) : 가이드봉 (21)(22) : (좌우) 슬라이드금형
(201) : 장입홈 (202) : 성형체적
(205) : 가이드홈 (206) : 링형 홈
(207) : 간격조정용 유압채널 (30) : 수직 가압틀
(40) : 동력전달수단 (41)(42) : (좌우) 토글레버
(45)(46) : (좌우) 금형연결부재 (451)(461) : 안내홈
(100) : 스러스트축 (101) : 제1플랜지
(102) : 제2플랜지 (B) : 빌렛(billet)

Claims

빌렛이 관통하는 장입공이 형성된 링금형(10);
중앙에 배치된 상기 링금형을 향해 마주하여 근접 이동하며, 상호 대향면에 상기 장입공과 대응하는 장입홈 및 플랜지 성형을 위한 성형체적을 갖는 좌우 슬라이드금형(21)(22);
상기 좌우 슬라이드금형을 이동시키는 수직 가압틀(30); 및
상기 수직 가압틀의 수직 가압력을 좌우 슬라이드금형의 수평이동으로 전환하는 동력전달수단(40);을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치.
제1항에 있어서,
상기 링금형(10)에는, 상기 좌우 슬라이드금형의 대향면에 각각 형성된 가이드홈(205)에 끼워지며 좌우 슬라이드금형의 수평이동을 안내하는 가이드봉(12)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치.
제2항에 있어서,
상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)에는 상기 가이드홈(205)과 가이드봉(12) 사이 공간을 향해 유압을 공급하여, 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 사이에 배치된 링금형의 위치를 조정하는 간격조정용 유압채널(207)이 형성된 것을 특징으로 하는 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치.
제1항에 있어서,
상기 동력전달수단(40)은, 외부 작동압에 의하여 상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 이동방향에 수직한 방향으로 이동하는 수직 가압틀(30)에 회전가능하게 설치되는 좌우 토글레버(41)(42);
상기 좌우 슬라이드금형(21)(22)에 각각 결합되고, 상기 좌우 토글레버(41)(42)가 각각 안착되는 안내홈(451)(461)을 형성하여 상기 수직 가압틀(30)의 수직이동과 연동하여 회전하는 토글레버(41)(42)의 회전력으로부터 좌우 슬라이드금형(21)(22)을 상호 마주하여 근접 이동시키는 좌우 금형연결부재(45)(46);로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치.
제4항에 있어서,
상기 좌우 금형연결부재(45)(46)는 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 둘레 일부를 감싸는 형태를 이루며, 좌우 슬라이드금형(21)(22)의 외부 둘레에 형성된 링형 홈(206)에 내면이 끼움 결합된 것을 특징으로 하는 선박용 스러스트축의 수평식 단조장치.