KR101481200B1 - Manufacturing device and method thereof for crank throw - Google Patents
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Abstract
본 발명은 크랭크 쓰로우 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 선박용 2행정 대형 디젤 기관의 크랭크 샤프트를 구성하는 단위 부품인 "ㄷ"자 형태의 크랭크 쓰로우를 제조하는 장치 및 그 장치를 이용한 제조 방법에 관한 것이며, 본 발명은, 수직하중을 가하는 프레스 유닛과, 이 프레스 유닛의 하방(下方)에 장착되어, 프레스 유닛의 수직하중을 수평하중으로 변환시키는 복수의 토글(toggle)부와, 상기 복수의 토글부 중 좌우로 대향 배치된 2개 1조가 복수 조로 나열된 토글부의 좌우 각측 선단이 그 이면에 연결되는 한 쌍의 업셋팅(upsetting) 금형과, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 사이에 끼워지는 예비 성형체에, 단조 가공시 압하력(押下力)을 가하도록 상기 프레스에 장착되는 벤딩(bending) 금형과, 상기 벤딩 금형의 저부에 설치되어 금속 유동을 멈추게 하는 앤빌(anvil)로 이루어지는 크랭크 쓰로우(crank throw) 단조 장치로서, 상기 예비 성형체는 환봉(還奉)형상을 갖고, 상기 예비 성형체의 양단은, 크랭크 쓰로우의 샤프트 저널(shaft journal)의 형상에 맞춰, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 각각에 대향 형성된 저널 음각부 사이에 위치하는 것으로 이루어진다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a crank throw and a method for manufacturing the crank throw, and more particularly, to an apparatus for manufacturing a crank throw of a "C" shape, which is a unit component constituting a crankshaft of a two- The present invention relates to a press unit for applying a vertical load, a plurality of toggle units mounted on the lower side of the press unit for converting a vertical load of the press unit into a horizontal load, A pair of upsetting molds connected to the left and right sides of the toggle portion, the toggle portion having a plurality of pairs of two toggle portions opposed to each other, the pair of upsetting molds being interposed between the pair of upsetting molds A bending die mounted on the press so as to apply a downward force to the preform, and a bending die installed on the bottom of the bending die to stop the metal flow Wherein the preform has a rounded shape and both ends of the preform are formed in a shape of a shaft journal of the crank throw. The crank throw forging apparatus according to claim 1, And between the engraved engraved portions formed opposite to each of the pair of the upsetting molds.
Description
본 발명은 크랭크 쓰로우 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 선박용 2행정 대형 디젤 기관의 크랭크 샤프트를 구성하는 단위 부품인 "ㄷ"자 형태의 크랭크 쓰로우를 제조하는 장치 및 그 장치를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a crank throw and a method for manufacturing the crank throw, and more particularly, to an apparatus for manufacturing a crank throw of a "C" shape, which is a unit component constituting a crankshaft of a two- ≪ / RTI >
대형 선박의 주기관은 주로 2행정 디젤엔진이다. 대형 디젤 엔진의 핵심부품인 크랭크 샤프트는 단위 부품을 각각 제작하여 열박음 방식으로 조립하여 제작한다. The main engines of large ships are mainly two-stroke diesel engines. Crankshaft, which is a core part of large-sized diesel engine, is manufactured by assembling the unit parts by heat shrinking method.
선박용 대형 크랭크 샤프트의 단위 부품은 "ㄷ"자 형태의 크랭크 쓰로우, 플랜지가 2개 달린 축인 쓰러스트 샤프트, 플랜지가 1개 달린 축인 샤프트 플랜지로 구성되어 있다. 그리고, 대형 크랭크 샤프트를 구성하는 단위 부품 중 가장 많은 비중을 차지하는 부품은 크랭크 쓰로우이다.The unit parts of large crankshafts for ships are composed of a "C" shaped crank throw, a thrust shaft with two flanges, and a shaft flange with one flange. The crank throw is the largest component among the unit parts constituting the large crankshaft.
기존의 크랭크 쓰로우 제작 방법은 자유 단조 공법으로서, 도 1과 같다. 자유 단조로 제작하는 경우 정밀한 치수 제어가 어려워서 가공량이 많기 때문에 후속 공정인 가스 절단 및 기계 가공 공정에서 많은 공수가 소요된다.The existing crank throw manufacturing method is a free forging method, as shown in Fig. In the case of free forging, it is difficult to precisely control the dimension, and the amount of processing is large. Therefore, a lot of work is required in the subsequent gas cutting and machining processes.
한편 대형 선박의 보조 엔진 또는 중소형 선박의 추진 엔진으로 사용되는 4-행정(stroke) 엔진의 크랭크 샤프트는 연속 단류선(continuous grain flow)공법으로 제작된다. 이러한 공법은 타데우스 루트(Taduesz Rut)에 의해서 고안되어 TR단조라고 불리며, 연속 단류선 공법에 사용되는 장치와 공정은 소개되어 있다(유럽특허 제0003139호).Meanwhile, the crankshaft of a 4-stroke engine used as a secondary engine of a large ship or a small and medium-sized ship is manufactured by a continuous grain flow method. This method is called TR forging, designed by Taduesz Rut, and the devices and processes used in the continuous shear line method are introduced (European Patent No. 0003139).
TR단조 장치는 프레스에 장착되어 프레스의 수직 운동이, 토글의 회전으로, 수평운동으로 변환된다. 이때 프레스의 수직 하중은 수평 하중으로 변환되며 토글의 각도에 따라 프레스 수직 하중보다 큰 하중을 소재에 가할 수 있게 된다.The TR forging device is mounted on the press so that the vertical motion of the press is converted into a horizontal motion by the rotation of the toggle. At this time, the vertical load of the press is converted into a horizontal load, and a load greater than the vertical press load of the press can be applied to the material according to the angle of the toggle.
상기 연속 단류선 공법으로 크랭크 샤프트를 제조할 때, 금형은 수직 방향으로 움직이는 수직 금형과 수평방향으로 움직이는 수평 금형으로 구성된다. When the crankshaft is manufactured by the continuous sheathing method, the mold is composed of a vertical mold moving in the vertical direction and a horizontal mold moving in the horizontal direction.
이러한, 수직 금형과 수평 금형은, 환봉 형태의 소재에 대해, 수직, 수평방향으로 동시에 가압작용하여, 그 결과, "ㄷ"자 형태의 크랭크 쓰로우가 제작된다. 이러한 과정의 반복에 의하여 연속 단류선을 가지는 크랭크 샤프트를 제작한다. The vertical mold and the horizontal mold are simultaneously pressed in the vertical and horizontal directions with respect to the round rod shaped material, and as a result, a "C" shaped crank throw is produced. By repeating this process, a crankshaft having a continuous shear line is manufactured.
한편, TR단조를 고안한 타데우스 러트는 준형단조 공정인 TR단조 공법을 대형 크랭크 쓰로우 제조 공정에 적용하는 방안을 소개하고 있다(미국특허 제4041755호).On the other hand, Tadeusrut, which devised TR forging, introduces a method of applying the TR forging method, which is a quasi-forging process, to a large crank throw manufacturing process (U.S. Patent No. 4041755).
앞서 언급한 바와 같이 자유 단조로 제작하는 대형 크랭크 쓰로우는 정밀한 치수 제어가 어렵고 가공량이 많기 때문에 후속 공정에 많은 비용이 소요된다. As mentioned above, large crank throws made by free forging are difficult to control precisely and have a large amount of processing, which is costly for subsequent processing.
이러한 문제점을 해결하고자 미국특허 제4041755호는 TR단조 공법을 이용한 대형 크랭크 쓰로우 단조 방법을 제시하였으나, 이에 따르면, 사전에 먼저 인고트(ingot)로부터 예비 성형체를 제작해야 하는데, 이를 위해 예비 성형체를 위한 금형의 제작과 이 금형을 이용한 예비 성형체 성형장치가 별도로 요구되어 경제성이 떨어진다.In order to solve such a problem, U.S. Patent No. 4041755 proposes a large crank throw forging method using a TR forging method. However, according to this method, it is necessary to first prepare a preform from an ingot, And an apparatus for molding a preform using the mold are separately required, resulting in low economic efficiency.
그리고, 이러한 단조 장치는 웨지(wedge)와 링크(또는, 토글이라 함)로 구성되어 있는데, 이는 2행정 디젤 엔진의 크랭크 샤프트가 4행정의 크랭크 샤프트에 비하여 상대적으로 행정거리(stroke)가 길어서 이러한 단조 장치로는 적절한 기구학적 특성을 구현하기 어렵기 때문에 상대적으로 수직거리가 긴 웨지와 링크로 구성된 단조 장치를 추가로 구성하고 있다. 하지만 이 역시 별도의 장치를 제작해야 한다는 점에서 추가의 비용이 소요된다.This forging device is composed of a wedge and a link (or a toggle), because the stroke of the crankshaft of the two-stroke diesel engine is relatively long compared with that of the crankshaft of four strokes, Since the forging device is difficult to implement proper kinematic characteristics, a forging device composed of a wedge and a link having a relatively long vertical distance is additionally constituted. However, this also requires additional cost in terms of having to build a separate device.
따라서 본 발명에서는 기존 기술에서 제안된 방법의 문제점을 해결하기 위해 안출되었으며, 최종 성형체와 닮은 꼴로 예비 성형체를 제작할 필요가 없고 범용의 4행정 크랭크 샤프트를 그대로 활용할 수 있는 기술의 제공을 그 목적으로 한다.Therefore, the present invention aims at solving the problems of the method proposed in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a technique which does not need to produce a preformed body resembling the final formed body and can utilize the general four-stroke crankshaft as it is .
이상과 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 수직하중을 가하는 프레스 유닛과, 이 프레스 유닛의 하방(下方)에 장착되어, 프레스 유닛의 수직하중을 수평하중으로 변환시키는 복수의 토글(toggle)부와, 상기 복수의 토글부 중 좌우로 대향 배치된 2개 1조가 복수 조로 나열된 토글부의 좌우 각측 선단이 그 이면에 연결되는 한 쌍의 업셋팅(upsetting) 금형과, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 사이에 끼워지는 예비 성형체에, 단조 가공시 압하력(押下力)을 가하도록 상기 프레스에 장착되는 벤딩(bending) 금형과, 상기 벤딩 금형의 저부에 설치되어 금속 유동을 멈추게 하는 앤빌(anvil)로 이루어지는 크랭크 쓰로우(crank throw) 단조 장치로서, 상기 예비 성형체는 환봉(還奉)형상을 갖고, 상기 예비 성형체의 양단은, 크랭크 쓰로우의 샤프트 저널(shaft journal)의 형상에 맞춰, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 각각에 대향 형성된 저널 음각부 사이에 위치하는 것으로 이루어진다.In order to achieve the above object, the present invention provides a press apparatus comprising: a press unit for applying a vertical load; a plurality of toggles mounted below the press unit for converting a vertical load of the press unit into a horizontal load; And a pair of upsetting molds connected to the left and right sides of the toggle portion, the toggle portion having a pair of left and right opposed toggle portions, the pair of upsetting molds including a pair of upsetting molds, A bending mold mounted on the press so as to apply a pressing force to the preform held between the bending die and the bending die and an anvil provided on the bottom of the bending die to stop the metal flow, Wherein the preform has a rounded shape and both ends of the preform are shaped to fit the shape of a shaft journal of the crank throw. The crank throw forging apparatus according to
또한, 본 발명에서는, 상기 토글부의 수평하중 작용선상에 있는 상기 업셋팅 금형 상의 가상의 점과 상기 저널 음각부의 외곽선이 접하는 것으로 구성된다.Further, in the present invention, a virtual point on the upsetting mold on the horizontal load acting line of the toggle portion is in contact with the outline of the journal intaglio portion.
또한, 본 발명에서, 상기 토글부는 토글각도를 크게 하는 와셔(washer)를, 상기 프레스 유닛과의 연결 지점에 제거가능하게 더 포함하고, 상기 업셋팅 금형의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형을 더 구비한다.Further, in the present invention, the toggle portion may further include a washer for increasing a toggle angle at a connection point with the press unit, wherein widths of the crank throws on both sides of the upsetting mold, And a side mold for molding the side surface.
본 발명의 제조방법은, 수직하중을 가하는 프레스 유닛과, 이 프레스 유닛의 하방에 장착되어, 프레스 유닛의 수직하중을 수평하중으로 변환시키는 복수의 토글부와, 상기 복수의 토글부 중 수평하중이 내향으로 작용하고 대향 배치된 한 쌍의 토글부의 각 선단에 장착되는 한 쌍의 업셋팅 금형과, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 사이에 끼워지는 예비 성형체에, 단조 가공시 압하력을 가하도록 상기 프레스에 장착되는 벤딩 금형과, 상기 벤딩 금형의 저부에 설치되어 금속 유동을 멈추게 하는 앤빌로 이루어지는 크랭크 쓰로우 제조 장치를 이용한 제조 방법으로서, 인고트를 환봉 형상의 예비 성형체로 성형하는 단계와, 상기 예비 성형체를 상기 크랭크 쓰로우 제조 장치에 의해 중간 성형체를 형성하는 단계와, 상기 중간 성형체를 어닐링 및 재가열하는 단계와, 상기 벤딩 금형을 크랭크 핀(crank pin)의 내측 반원성형용 벤딩 금형으로, 상기 앤빌을 크랭크 핀의 외측 반원성형용 앤빌로 교체하고, 상기 업셋팅 금형의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형을 장착하며, 상기 한 쌍의 토글부 각각에 토글각도를 크게 하는 와셔를 상기 프레스 유닛과의 연결 지점에 장착하여 최종 성형체를 성형하는 단계와, 상기 최종 성형체에 열처리 및 표면가공 및 마무리 가공에 의해 크랭크 쓰로우로 성형하는 단계로 이루어진다.A manufacturing method of the present invention comprises a press unit for applying a vertical load, a plurality of toggle portions mounted below the press unit for converting a vertical load of the press unit into a horizontal load, A pair of upsetting molds mounted on respective ends of a pair of toggle portions which are disposed in an inward direction and which are opposed to each other, and a pair of upsetting molds, which are inserted into the pair of upsetting molds, A bending die mounted on a bending die and an anvil provided at a bottom of the bending die to stop the flow of metal, the method comprising the steps of: molding an ingot into a round bar preform; Forming a formed body by the crank throw manufacturing apparatus; forming an intermediate molded body by annealing and reheating the intermediate molded body; Wherein the anvil is replaced with an outer semicircular forming anvil of the crankpin and the bending mold is replaced with a bending die for inner semicircular molding of a crankpin, Attaching a washer for increasing a toggle angle to each of the pair of toggle portions to a connection point with the press unit to form a final formed body; Heat treatment, surface treatment and finishing to form a crank through.
또한, 본 발명의 제조방법에서, 크랭크 핀의 길이방향 양단 둘레에 둥근 모서리 형상의 필렛(fillet)을 형성하기 위해, 상기 크랭크 핀의 내측 반원성형용 벤딩 금형과, 상기 크랭크 핀의 외측 반원 성형용 앤빌 상의 대응 개소를 모따기 및 라운드 처리한다.Further, in the manufacturing method of the present invention, in order to form a rounded corner fillet around both ends in the longitudinal direction of the crank pin, a bending die for inner semicircular molding of the crank pin, Chamfering and rounding the corresponding portions of the anvil.
본 발명이 적용되면, 고비용의 예비 성형체 제작 단계를 생략할 수 있고, 제조 공수도 획기적으로 줄일 수 있어, 제조비용을 줄이고, 이를 통해 가격 경쟁력의 확보에 기여하는 바가 크다. When the present invention is applied, it is possible to omit the expensive preform production step, and the manufacturing cost can be drastically reduced, thereby reducing the manufacturing cost and contributing to the cost competitiveness.
도 1은 종래의 크랭크 쓰로우의 제조과정을 설명하는 개략 순서도이다.
도 2는 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 1차 가공을 설명하는 개략 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.
도 3은 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 2차 가공을 설명하는 개략 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.
도 4는 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 1차 가공을 설명하는 입체 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.
도 5은 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 2차 가공을 설명하는 입체 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서의 업셋팅 금형으로서, (a)는 사시도를, (b)는 정면도를, (c)는 측단면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서의 벤딩 금형으로서, (a)는 1차 가공용 벤딩 금형의 사시도를, (b)는 (a)의 정면도를, (c)는 (a)의 측단면도를 나타내고, (d)는 2차 가공용 벤딩 금형의 사시도를, (e)는 (d)의 정면도를, (f)는 (d)의 측단면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서의 1차 가공용 앤빌로서, (a)는 사시도를, (b)는 정면도를, (c)는 측단면도를 나타낸다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에서의 2차 가공용 앤빌 및 사이드 금형으로서, (a)는 사시도를, (b)는 정면도를, (c)는 측단면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 대한 시뮬레이션의 3차원 해석결과로서, (a)는 2차 가공을 끝날 무렵을 도시한 사시도이고, (b)는 최종 성형물을 도시한 사시도이며, (c)는 최종 성형물을 도시한 정면도이다.FIG. 1 is a schematic flow chart illustrating a manufacturing process of a conventional crank throw.
Fig. 2 is a schematic front view explaining the primary machining in an embodiment to which the present invention is preferably applied, in which (a) shows before machining, and Fig. 2 (b) shows after machining.
Fig. 3 is a schematic front view explaining secondary machining in an embodiment to which the present invention is preferably applied, in which (a) shows before machining, and Fig. 3 (b) shows after machining.
Fig. 4 is a three-dimensional front view explaining primary processing in an embodiment to which the present invention is preferably applied. Fig. 4 (a) shows a state before machining, and Fig. 4 (b) shows a state after machining.
Fig. 5 is a three-dimensional front view illustrating a secondary machining in an embodiment to which the present invention is preferably applied, in which (a) shows before machining, and Fig. 5 (b) shows after machining.
6 is an upsetting mold according to an embodiment of the present invention, wherein (a) is a perspective view, (b) is a front view, and FIG. 6 (c) is a side sectional view.
Fig. 7 is a perspective view of a bending die for primary machining, in which (a) is a front view of (a), and Fig. 7 (c) is a side cross- (D) is a perspective view of a bending die for secondary machining, (e) is a front view of (d), and (f) is a side sectional view of (d).
FIG. 8 is an anvil for primary processing in an embodiment of the present invention, wherein (a) is a perspective view, (b) is a front view, and FIG. 8 (c) is a side sectional view.
Fig. 9 is a perspective view of a second anvil and side mold for an embodiment of the present invention, wherein (a) is a perspective view, (b) is a front view, and Fig. 9 (c) is a side sectional view.
FIG. 10 is a perspective view showing the end of the secondary machining, FIG. 10 (b) is a perspective view showing the final molded product, and FIG. 10 (c) Is a front view showing the final molded product.
이하, 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에 대해 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예에서는 2행정의 대형 디젤엔진의 크랭크 쓰로우를 TR단조 공법으로 제조함에 있어, 예비 성형체로서 완성품과 닮은 꼴의 중간 성형체를 사전에 제작할 필요없이, 단면이 원형상인 긴 인고트를 필요한 길이로 절단하여 마련한 단순 환봉 형상의 예비 성형체(5)를 바로, 본 단조 공정에 투입할 수 있는데, 이러한 특징을 본 실시예에서는, 금형의 구조 및 이들 금형의 최적 배치에 의해, 하중에서 형성된 예비 성형체(5) 내의 반력의 작용방향을 적절히 제어함으로써 실현시킨다.In the present embodiment, in manufacturing a crank throw of a two-stroke large-sized diesel engine by the TR forging method, it is not necessary to preliminarily manufacture an intermediate formed body resembling a finished product as a preform, Shaped preform 5 cut into a single round bar shape can be directly introduced into the present forging process. In this embodiment, by the structure of the mold and the optimal arrangement of these molds, By suitably controlling the direction of action of the reaction force in the
도 2는 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 1차 가공을 설명하는 개략 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타내고, 도 3은 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 2차 가공을 설명하는 개략 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타내며, 도 4는 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 1차 가공을 설명하는 입체 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타내고, 도 5은 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 2차 가공을 설명하는 입체 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.Fig. 2 is a schematic front view explaining primary processing in an embodiment to which the present invention is preferably applied, in which (a) shows the state before the processing, (b) shows the state after the processing, and Fig. 3 shows the state where the present invention is preferably applied Fig. 4 (a) is a schematic front view explaining the secondary machining in one embodiment, Fig. 4 (a) is a view showing the first machining in the embodiment in which the present invention is preferably applied Fig. 5 is a three-dimensional frontal view for explaining secondary processing in an embodiment to which the present invention is preferably applied, in which (a) (B) represents the post-processing.
본 실시예의 제조장치(1)의 구성은 크게 프레스 유닛(2)과 토글부(3, 4), 그리고, 토글부(3, 4)에 의해 예비 성형체(5)를 가압시키는 금형으로 이루어지며, 특히 상기 토글부(3, 4)는, 일반적인 역학 관계로 힘의 증가비가 큰 능률적인 기구로서 널리 이용되는데, 프레스 유닛(2)의 하방(下方)에 장착되어, 프레스 유닛(2)의 수직하중을 증폭된 수평하중으로 변환시킨다.The construction of the
그리고, 본 실시예에서는 토글부에 의한 수평 하중의 증폭을 효과적으로 실현하기 위해, 프레스 유닛(2)의 수직하중 중심 부근에 가상 연직 중심선을 긋고, 이 가상 연직 중심선으로부터 동일한 거리를 두고 좌우로 배치된 상기 한 쌍의 토글부(3, 4)가, 기구학적으로 수평이동거리 > 부가 하중의 관계를 만족하는 범위 내의 토글각도(a)로 경사지고, 그 수평하중이 작용하는 좌우 각각의 선단(先端)이 상기 가상 연직 중심선을 향하도록 배치된다. 한편, 후술하는 2차 가공에서는 상기 토글각도(a)가 수평이동거리 < 부가 하중의 관계를 만족하는 범위 내에서 설정된다.In the present embodiment, in order to effectively amplify the horizontal load by the toggle portion, an imaginary vertical center line is drawn near the vertical load center of the
본 실시예에서는 상기 토글부(3, 4)가 좌우 1개씩 2개가 1조를 이루고 있으나, 이에 한정되지 않고, 좌우로 대향하는 2개 1조를 복수 조로 편성하여 좌우 각각의 토글부(3, 4)의 선단에, 금형의 이면이 복수 개소에서 지지되도록 연결할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함된다.In this embodiment, the
상기 대향 배치된 한 쌍의 토글부(3, 4)의 각 선단에는 한 쌍의 업셋팅(upsetting) 금형(10, 11)이 대향되게 장착된다.A pair of
도 6은 본 발명의 일 실시예에서의 업셋팅 금형으로서, (a)는 사시도를, (b)는 정면도를, (c)는 측단면도를 나타낸다.6 is an upsetting mold according to an embodiment of the present invention, wherein (a) is a perspective view, (b) is a front view, and FIG. 6 (c) is a side sectional view.
본 실시예에서는 상기 업셋팅 금형(10, 11)을 원형상으로 하는데, 그 원의 중심을 지나는 중심선을 경계로 그 상부에는, 크랭크 쓰로우의 외부 양측에 돌출형성하는 크랭크 저널(51)의 직경에 상응하는 직경을 갖는 저널 음각부(103)가 형성되고, 상기 중심선을 경계로 그 하부에는, 크랭크 핀(53)을 중심으로 한 크랭크 쓰로우의 둘레에 형성되는 경사벽에 대응하여 오목 경사면(104)이 형성된다.In the present embodiment, the
여기서, 본 실시예의 업셋팅 금형(10, 11)은 상틀(101)과 하틀(102)로 분리되는데, 이는 하나의 크랭크 샤프트 상에서 동일한 샤프트 저널(51)의 직경을 공유하면서 상이한 스트로크를 갖는 다른 크랭크 쓰로우에 대응하여 하틀만 교체 적용함으로써, 금형 제조에 따른 비용을 절감할 수 있다.Here, the
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 저널 음각부(103)의 중심은, 수평하중의 중심과 일치하는 업셋팅 금형의 중심으로부터 상측으로 오프셋(offset)되어 있다. 이 상태에서, 대면하는 상기 저널 음각부(103) 사이에 환봉형상의 예비 성형체(5)가 끼워져서, 단조 성형 공정이 개시되어 수평하중이 작용하면, 예비 성형체(5) 내에 형성되는 수평하중에 대한 반력은 좌우측에서 동시에 상부로 향하게 되며, 이대로 수평하중이 계속 가해지면 예비 성형체(5)는 상방으로 구부러진 원호형태로 변형하게 된다.As described above, in the present embodiment, the center of the journal engraved
따라서, 상기 예비 성형체(5) 내의 좌우측 반력을 하방으로 향하게 하면 하방으로 길게, 즉 4행정 크랭크 쓰로우보다 긴 2행정 크랭크 쓰로우의 절반 스트로크(half stroke)가 최종적으로 얻어진다. 이처럼 반력을 하방으로 향하게 하기 위해, 본 실시예에서는 상기 프레스 유닛(2)과 연동하여 예비 성형체(5)의 중앙부분에 압하력(押下力)을 가하는 벤딩(bending) 금형(20, 21)을 추가하였다.Therefore, if the left and right reaction forces in the
상기 벤딩 금형(20, 21)은 긴 평판형상의 부재로서, 그 상부에는 프레스 유닛(2)과의 연결부(201, 211)가 형성되고, 그 저부에는 크랭크 핀 성형용 오목부(202)가 형성되어 있는데, 후술한 바와 같이, 1차 가공과 2차 가공으로 나누어서 행해지는 크랭크 쓰로우 제조공정에서, 1차 가공용 벤딩 금형(20)과 2차 가공용 벤딩 금형(21)은 그 길이와 상기 크랭크 핀 성형용 오목부(202)의 폭에 있어서 서로 상이하다.The bending dies 20 and 21 are elongated flat plate members having
여기서, 대형 크랭크 쓰로우의 저널(51) 중심과 크랭크 핀(53)의 중심 사이의 거리는 엔진의 행정거리의 절반이 되는데 TR단조시 벤딩 금형의 수직 압하 거리는 절반 스트로크(half-stroke)와 같아야 한다.Here, the distance between the center of the
상기 1차 가공용 벤딩 금형(20)의 경우, 그 길이는 크랭크 쓰로우의 절반 스트로크의 약 2/3에 해당하고, 크랭크 핀 성형용 오목부의 폭(d1)은 최종 성형체(5") 상의 크랭크 핀의 직경의 1.2~1.5배로 한다.In the case of the
한편, 상기 벤딩 금형(20. 21)의 저부에는 하향 반력에 의해 지속적으로 이루어지는 하향으로의 금속 유동을 적정선에서 멈추게 하기 위해 앤빌(anvil)(30)이 구비되는데, 1차 가공에서 형성된 중간 성형체(5')의 높이가 최종 성형체(5")의 60~80%가 되도록 상기 앤빌(30)의 위치를 설정함이 바람직하다.On the other hand, an
이로써, 1차 가공에서 토글부(3, 4)의 수평하중이 예비 성형체(5)에 가해진 후 이 수평하중에 대해 예비 성형체(5)에서 생긴 반력은 상기 벤딩 금형(20)에 의해 하방으로 향하던 도중 상기 앤빌(30)에서 반사되어, 다시 업셋팅 금형(10, 11)의 수평하중 중심선상 부근의 예비 성형체(5)로 향하게 된다. 이러한 반력의 작용 경로를 따라 예비 성형체(5)는 바람직한 중간 성형체(5')로 점차 변형되어 간다.Thus, after the horizontal load of the
2차 가공에서는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 토글각도(a)가 수평이동거리 < 부가 하중의 관계를 만족하는 범위 내에서 설정되어, 이동 거리에 비해 높은 하중이 중간 성형체(5')에 가해져야 하는데, 이를 위해 본 실시예에서는 상기 토글부(3, 4)에 토글각도(a)를 크게 하는 와셔(washer, 6)를, 상기 프레스 유닛(2)과의 연결 지점에 끼워넣는다.In the secondary processing, as described above, the toggle angle a is set within a range satisfying the relationship of the horizontal movement distance < additional load, and a load higher than the movement distance must be applied to the intermediate formed body 5 ' To this end, in the present embodiment, a
한편, 2차 가공에서는 벤딩 금형과 앤빌도 교체하는데, 상기 2차 가공용 벤딩 금형(21)은, 상기한 바와 같은, 절반 스트로크에 상응하는 길이와 크랭크 핀 성형용 오목부의 폭(d2)을 갖는다. 그리고 상기 앤빌은, 최종 성형체(5")에서의 크랭크 핀(53)의 바깥 둘레부 형상에 대응해서 반원형상 오목부(311)를 갖는 앤빌(31)로 교체한다.On the other hand, in the secondary machining, the bending mold and the anvil are also replaced. The bending die 21 for secondary machining has the length corresponding to the half stroke and the width d2 of the recess for crank pin forming as described above. The anvil is replaced with an
그리고, 2차 가공에서는 상기 각 업셋팅 금형(10, 11)의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형(41, 42)이 총 4개 추가됨으로써, 금속 유동물이 외부로 누출되는 것을 방지하는 동시에, 최종 성형체(5")의 측면 형상도 상기 사이드 금형(41, 42)에 의해 결정된다. 그리고, 상기 사이드 금형(41, 42)은 상이한 절반 스트로크의 다른 크랭크 쓰로우에 대응하여 상이한 길이와 측면을 갖는 것으로 교체가능함은 물론이다.In the secondary machining, four
크랭크 쓰로우의 제조방법에 대해 시계열적으로 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the crank throw will be described in a time-wise manner as follows.
먼저, 둥근 단면의 인고트(ingot)를 절단하여 환봉 형상의 예비 성형체(5)로 성형하고, 이어서, 상기 예비 성형체(5)를 상기 크랭크 쓰로우 제조장치(1)에 의해 중간 성형체(5')를 형성한다.First, an ingot having a round cross section is cut to form a round bar-shaped
상기 중간 성형체(5')는 2차 단조 가동에 투입되기 전에 입자간의 응집에 의한 가공경화를 해소하기 위해 어닐링(annealing) 및 재가열단계를 거친다.The intermediate formed body 5 'is subjected to an annealing and reheating step to remove work hardening due to agglomeration between particles before being put into the secondary forging operation.
이어지는 2차 가공에서 상기 업셋팅 금형(10, 11)은 동일하게 유지하지만, 상기 벤딩 금형(20)을 크랭크 핀의 내측 반원성형용 벤딩 금형(21)으로, 또한 상기 앤빌(30)을 크랭크 핀의 외측 반원성형용 앤빌(31)로 교체한다.The bending
그리고, 상기 업셋팅 금형(10, 11)의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형(41, 42)을 장착하며, 상기 한 쌍의 토글부(3, 4) 각각에 토글각도(a)를 크게 하는 와셔(6)를 상기 프레스 유닛(2)과의 연결 지점에 장착하여 2차 가공의 준비를 완료한다.
2차 가공시 상기 토글부(3, 4)는 1차 가공시에 비해 이동거리는 줄어들지만, 늘어난 토글각도(a)에 의해 힘의 증가비는 커진다. 따라서, 소정의 최종 성형체(5")에 가까워지면서 그 두께는 줄어들고, 이에 따라 성형체 내부의 반력은 폭방향 및 길이방향으로 작용하여 그 폭과 길이가 중간 성형체(5')에 비해 크게 증가한다.During the secondary machining, the moving distance of the
2차 가공이 끝나, 소정의 최종 성형체(5")가 얻어지면, 내부 조직에 축적된 응력과 가공 취성을 완화시키기 위해 열처리를 행하고, 이어서, 소정의 표면 조도를 얻기 위해 표면가공을 행하여 최종적으로 크랭크 쓰로우를 완성한다.After the secondary machining is finished and a predetermined final
한편, 상기 크랭크 핀(53)의 길이방향 양단 둘레, 즉 크랭크 아암(52)과의 연계지점을 각진 모서리로 하면, 반복 사용시 응력집중도가 다른 부위에 비해 상대적으로 높아져서 크랙이 발생할 우려가 있다. On the other hand, when the circumferential edges of the
따라서, 상기 모서리는 단면 형상을 둥글게 한 필렛(fillet)으로 성형하는 것이 바람직하며, 이를 위해, 상기 1차 가공용 및 2차 가공용 벤딩 금형(20, 21)의 각각의 크랭크 핀 성형용 오목부(202, 212)에는 그 양면측 둘레를 따라 모따기 및 라운드 처리를 하면 좋다.Therefore, it is preferable that the corner is formed by a fillet having a rounded cross-sectional shape. For this purpose, the crank pin forming concave portion 202 (or 202) of each of the bending dies 20 and 21 for the first- And 212 may be subjected to chamfering and rounding along both sides thereof.
본 발명에서 제시하는 방법은 예비 성형체로서는 단순한 환봉 형태를 제시하여 예비 성형체 제작시 경제성을 확보하고자 하였으며 단조에 의한 제조공정을 2단계로 나누어 수행함으로써 4행정 크랭크 샤프트를 단조하는 제조 장치를 이용하여 행정거리가 긴 2행정 크랭크 쓰로우를 제작할 수 있게 하였다.The method proposed by the present invention is intended to secure economical efficiency in producing a preform by presenting a simple round bar shape as a preform, and by using a manufacturing apparatus for forging a four-stroke crankshaft by dividing the manufacturing process by forging into two stages, Making it possible to produce long two stroke crank throws.
도 10은 3차원 해석결과로서 최종 성형물의 주위에 돌출된 플래쉬는 가스 절단으로 쉽게 제거할 수 있다.Fig. 10 shows that the flash protruding around the final molded article as a result of the three-dimensional analysis can be easily removed by gas cutting.
1: 제조 장치
2: 프레스 유닛
3, 4: 토글부
5: 예비 성형체
5': 중간 성형체
5": 최종 성형체
6: 와셔
10, 11: 업셋팅 금형
101: 상틀
102: 하틀
103: 저널 음각부
104: 오목 경사면
20, 21: 밴딩 금형
201, 211: 연결부
202, 212: 크랭크 핀 성형용 오목부
30, 31: 앤빌
311: 반원형상 오목부
41, 42: 사이드 금형
51: 크랭크 저널
52: 크랭크 아암
53: 크랭크 핀1: Manufacturing apparatus
2: Press unit
3, 4: toggle portion
5: preform
5 ': intermediate mold
5 ": final formed body
6: Washer
10, 11: Upsetting mold
101: Suttle
102: Hartle
103: Journal intaglio part
104: Concave slope
20, 21: Bending mold
201, 211: Connection
202 and 212: recesses for crank pin formation
30, 31: Anvil
311: Semicircular concave portion
41, 42: side mold
51: Crank Journal
52: crank arm
53: Crank pin
Claims (5)
상기 예비 성형체는 환봉(還奉)형상을 갖고,
상기 예비 성형체의 양단은, 크랭크 쓰로우의 샤프트 저널(shaft journal)의 형상에 맞춰, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 각각에 대향 형성된 저널 음각부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 장치.A plurality of toggle portions mounted on the lower side of the press unit for converting a vertical load of the press unit into a horizontal load, A pair of upsetting molds connected to the left and right sides of the toggle portion in which a pair of two sets of the toggle portions are arranged in a plurality of sets and a pair of upsetting molds connected to the pair of upsetting molds, A crank throw forging device comprising a bending mold mounted on the press to apply a pressing force to the bending mold and an anvil installed on a bottom of the bending mold to stop the flow of metal,
Wherein the preform has a round shape,
Wherein both ends of the preform are located between journal intaglio parts formed opposite to the pair of upsetting dies in conformity with the shape of a shaft journal of the crank throw.
상기 저널음각부의 중심은 수평하중의 중심과 일치하는 상기 업셋팅 금형의 중심으로부터 상측으로 오프셋 되어 있는 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 장치. The method according to claim 1,
Wherein the center of the journal engraved portion is offset upward from the center of the upsetting die that matches the center of the horizontal load.
상기 토글부는 토글각도를 크게 하여 최종 성형체의 두께를 조정하는 와셔(washer)를, 상기 프레스 유닛과의 연결 지점에 제거가능하게 더 포함하고,
상기 업셋팅 금형의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 장치. 3. The method of claim 2,
Wherein the toggle portion further comprises a washer capable of adjusting the thickness of the final formed body by increasing a toggle angle at a point of connection with the press unit,
Further comprising side molds on both sides of the upsetting mold in the width direction for forming side surfaces in the width direction of the crank throw.
인고트를 환봉 형상의 예비 성형체로 성형하는 단계와,
상기 예비 성형체를 상기 크랭크 쓰로우 제조 장치에 의해 중간 성형체를 형성하는 단계와,
상기 중간 성형체를 어닐링 및 재가열하는 단계와,
상기 벤딩 금형을 크랭크 핀(crank pin)의 내측 반원성형용 벤딩 금형으로, 상기 앤빌을 크랭크 핀의 외측 반원성형용 앤빌로 교체하고, 상기 업셋팅 금형의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형을 장착하며, 상기 한 쌍의 토글부 각각에 토글각도를 크게 하여 최종 성형체의 두께를 조정하는 와셔를 상기 프레스 유닛과의 연결 지점에 장착하여 최종 성형체를 성형하는 단계와,
상기 최종 성형체에 열처리 및 표면가공 및 마무리 가공에 의해 크랭크 쓰로우로 성형하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 방법.A plurality of toggles which are mounted below the press unit and convert the vertical load of the press unit into a horizontal load; A pair of upsetting molds mounted on respective front ends of the pair of toggle portions; a bending mold mounted on the press so as to apply a pressing force to the preforming body sandwiched between the pair of upsetting molds during forging; And an anvil provided at a bottom of the bending mold to stop the flow of metal, the method comprising:
Molding the ingot into a round bar-shaped preform,
Forming the preform by an intermediate mold by the crank throw manufacturing apparatus,
Annealing and reheating the intermediate formed body;
Wherein the bending mold is replaced with a bending die for inner semicircular molding of a crank pin, the anvil is replaced with an outer semicircular forming anvil of the crankpin, A step of mounting a side mold for molding a side surface and a toggle angle for each of the pair of toggle portions to form a final molded body by mounting a washer for adjusting a thickness of the final formed body to a connection point with the press unit;
And shaping the final formed body into a crank through by heat treatment, surface finishing and finishing.
크랭크 핀의 길이방향 양단 둘레에 둥근 모서리 형상의 필렛(fillet)을 형성하기 위해, 상기 크랭크 핀의 내측 반원성형용 벤딩 금형과, 상기 크랭크 핀의 외측 반원 성형용 앤빌 상의 대응 개소를 모따기 및 라운드 처리한 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 방법.
5. The method of claim 4,
A bending die for inner semicircular molding of the crankpin and a corresponding portion of an outer semicircle forming anvil of the crankpin are chamfered and rounded to form a rounded corner fillet around both longitudinal ends of the crankpin Wherein the crankshaft is a crankshaft.
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