KR101524531B1 - 피가공재의 성형 장치 - Google Patents

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알조슈아 란겐노흘
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Abstract

본 발명은 피가공재를 성형하기 위한 성형 장치(1)에 관한 것이며, 상기 성형 장치는 회전축(a)을 중심으로 회전 가능한 구동 샤프트(2)와 이 구동 샤프트에 고정되는 툴(3), 특히 압연롤을 포함하며, 구동 샤프트(2)와 툴(3) 사이에는 토크가 구동 샤프트(2)에서 툴(3)로 전달될 수 있게 하는 형태 결합식 결합부(4), 특히 스플라인 샤프트 결합부가 제공된다. 마모의 감소를 달성하기 위해, 본 발명에 따라서는, 형태 결합식 결합부(4)가 제1 축 방향 섹션(5)에 걸쳐서 연장되고, 제1 축 방향 섹션(5)의 외부에는 제2 축 방향 섹션(6)이 제공되며, 이 제2 축 방향 섹션 내에서 구동 샤프트(2) 및 툴(3)은 반경 방향 힘들을 전달하도록 형성되어 상호 작용하는 제1 원통형 끼워 맞춤면(7, 8)들을 포함한다.

Description

피가공재의 성형 장치{DEVICE FOR FORMING A WORKPIECE}
본 발명은 피가공재를 성형하기 위한 성형 장치에 관한 것이며, 상기 성형 장치는 회전축을 중심으로 회전 가능한 구동 샤프트와, 이 구동 샤프트에 고정된 툴, 특히 압연롤을 포함하고, 구동 샤프트와 툴 사이에는 토크가 구동 샤프트에서 툴로 전달될 수 있게 하는 형태 결합식 결합부, 특히 스플라인 샤프트 결합부가 제공된다.
상기 유형의 장치의 경우 중요한 사항은 구동 샤프트에 툴, 특히 압연롤을 탈착 가능하게 고정하는 점에 있다. 사용 중에는 높은 토크가 구동 샤프트에서 압연롤로 전달되어야만 한다. 이와 관련하여, 구동 샤프트와 압연롤 사이에 스플라인 샤프트 결합부를 이용하는 점은 공지되었다. 상기 유형의 스플라인 샤프트 결합부들은 기계 제작 분야에서 충분히 공지되었고 통용되고 있다. 이와 관련해서는 상기 형태 결합식 결합부의 구성에 대해 설명하고 있는 독일 산업 표준 DIN 5480과 DIN 5466이 참조된다.
구동 샤프트와 압연롤 사이에 스플라인 샤프트 결합부를 이용할 경우 바람직하게는 한편으로 토크 전달이 가능하고, 다른 한편으로는 스플라인 샤프트 결합부가 자체의 개념을 바탕으로 반경 방향 힘도 전달할 수 있으며, 이런 점은 피가공재의 압연 시 이와 관련하여 매우 중요한 사항이다.
다시 말해, 현재 일반적인 유형의 성형 툴의 경우, 구동 샤프트와 압연롤 간의 결합부는 스플라인을 통해 형성된다. 압연력 및 압연 모멘트는 작은 장착 공간을 통해 전달된다. 그 외에도 가공의 높은 경제성을 보장할 수 있도록 하기 위해 신속하면서도 간편한 압연롤 교환에 높은 중요성이 부여된다. 이와 관련하여 스플라인 샤프트 결합부의 이용이 매우 바람직한 것으로 입증되었다.
그러나 구동 샤프트 상에 압연롤을 결합하는 전술한 적용 사례의 경우 결합부의 높은 마모가 존재하며, 그럼으로써 소정의 유효 수명 이후에는, 반경 방향 힘 및 토크의 전달을 확실하게 실현할 수 있도록 하기 위해, 구조 부재들을 교환해야만 한다는 단점이 있다. 요컨대 상대적으로 협폭의 장착 공간으로 반경 방향 힘뿐 아니라 토크가 전달되어야 하며, 이는 마모 민감도와 관련하여 대응하는 문제점을 야기한다.
그러므로 본 발명의 목적은, 최초에 언급한 유형의 장치에 있어서, 이와 관련하여 구제책이 강구되도록 상기 장치를 개량하는 것에 있다. 다시 말하면, 본 발명의 목적은, 구동 샤프트와 압연롤 사이의 결합부의 마모가 실질적으로 감소되게 함으로써, 작동 비용을 그에 상응하게 절감하도록 하기 위해 장치의 유효 수명 증대가 제공되게끔 하는 것에 있다.
본 발명을 통한 상기 목적의 해결 방법은, 형태 결합식 결합부, 특히 스플라인 샤프트 결합부가 제1 축 방향 섹션에 걸쳐서 연장되고, 제1 축 방향 섹션의 외부에는 제2 축 방향 섹션이 제공되며, 이 제2 축 방향 섹션 내에서 구동 샤프트와 툴은 반경 방향의 힘의 전달을 위해 형성되어 상호 작용하는 제1 원통형 끼워 맞춤면들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그럼으로써 스플라인 샤프트 결합부는 반경 방향 힘의 하중을 받지 않게 된다. 요컨대 스플라인 샤프트 결합부는 이제 토크만을 전달하기만 하면 된다.
이 경우 형태 결합식 결합부는 바람직하게는 회전축으로부터 이격된 제1 원통형 끼워 맞춤면들의 반경 방향 간격보다 더욱 작은 반경 방향 간격으로 회전축으로부터 이격 배치된다.
제1 축 방향 섹션의 외부에, 그리고 제2 축 방향 섹션의 외부에는 매우 바람직한 방식으로 제3 축 방향 섹션이 제공될 수 있으며, 이 제3 축 방향 섹션 내에서 구동 샤프트와 툴은 반경 방향 힘의 전달을 위해 형성되어 상호 작용하는 제2 원통형 끼워 맞춤면들을 포함할 수 있다. 이 경우 바람직하게는 제1 축 방향 섹션은 제2 축 방향 섹션과 제3 축 방향 섹션 사이에 배치된다. 바람직하게는 제2 축 방향 섹션과 제3 축 방향 섹션 사이에 위치하면서 내부적으로는 스플라인 샤프트 결합부를 포함하는 제1 축 방향 섹션이 위치해 있는 공간 내로, 선택에 따라 스플라인 샤프트 결합부로 윤활제를 공급하도록 하기 위해, 윤활제가 유입될 수 있다.
툴의 제2 원통형 끼워 맞춤면은 툴 내에 배치되는 슬리브에 의해 형성될 수 있다. 이 경우 슬리브는 바람직하게는 압입 끼워 맞춤(press fitting)으로 툴의 보어 내에 배치된다. 상기 압입 끼워 맞춤은 바람직하게는 수축을 통해 이루어진다.
형태 결합식 결합부는 바람직하게는, 회전축으로부터 이격된 제2 원통형 끼워 맞춤면들의 반경 방향 간격보다 더욱 큰 반경 방향 간격으로 회전축으로부터 이격 배치된다. 그럼으로써 조립 및 분해가 간단하게 이루어질 수 있다.
형태 결합식 결합부, 즉 제1 원통형 끼워 맞춤면들 중 하나 이상, 또는 제2 원통형 끼워 맞춤면들 중 하나 이상은 바람직하게는 내마모성 코팅층을 구비한다.
구동 샤프트의 중앙 나사부 내로는, 구동 샤프트에 툴을 축 방향으로 고정할 목적으로 플랜지 유형으로 확대된 섹션을 이용하여 선단면에 배치되는 툴의 지지면을 압착하는 인장 볼트가 조여질 수 있다. 상기 선단면의 지지면은 특히 슬리브의 선단면일 수 있다. 플랜지 유형으로 확대되는 섹션 내에는 복수의 나사, 특히 헤드리스 나사가 배치될 수 있으며, 이들 나사는 플랜지 유형으로 확대된 섹션 내에 위치하는 나사 구멍들 내로 각각 조여지며, 나사들은 자체의 일측 축 방향 단부를 이용하여 선단면에 배치되는 툴의 지지면, 특히 슬리브의 선단면을 압착한다.
압연 스톡을 성형하기 위한 압연 장치의 제안되는 구현예로는, 매우 바람직하게는, 구동 샤프트와 툴 사이의 결합부의 마모가 실질적으로 감소될 수 있다. 한편으로 토크 전달의 기능과 다른 한편으로 반경 방향 힘의 전달의 기능은 분리된다. 반경 방향 힘의 하중 완화를 통해서 스플라인 샤프트 결합부는 훨씬 더 낮은 마모 조건에서 높은 토크를 전달할 수 있는 상태가 된다.
내마모성 표면 코팅층들을 구비하고 최적의 윤활제를 이용함으로써 마모의 감소가 조성된다.
바람직하게는, 같은 정도로 장치의 마모가 최소화되게끔 기여하는 유격 없는 축 방향 고정이 추가로 제공된다.
그에 따라 장치 또는 그 부재들의 마모의 확실한 감소와 그에 따른 유의적인 내구성 증가 내지 유효 수명의 증가가 제공된다.
제안되는 툴은 특히 열간 성형 공정에서 이용되는데, 그 이유는 그 경우에 전술한 장점이 특별한 방식으로 효과를 나타내기 때문이다.
본 발명에 따르는 제안은 이제는 분리된 끼워 맞춤면들을 통한 횡력(즉, 반경 방향 힘)의 전달을 허용한다. 축 방향 힘은 이와는 격리되어 인장 볼트(스터드 볼트)를 통해 전달된다. 그에 반해서 구동 샤프트와 압연롤 사이에서 토크의 전달은 스플라인 샤프트 결합부를 통해서만 이루어진다. 그러나 상기 스플라인 샤프트 결합부는 본 발명에 따라서 토크만을 전달하기만 하면 되고 또 다른 힘으로부터는, 특히 반경 방향으로부터는 영향을 받지 않으며, 이런 점은 목표하는 유효 수명의 분명한 증가를 달성한다.
또한, 장치의 윤활에도 상당한 관점이 부여된다. (특히 장치의 고하중 영역의 표면 코팅층과 결부하여) 적합한 윤활제를 선택하는 것을 통해 마모는 추가로 상당한 정도로 감소될 수 있다.
도면에는 본 발명의 실시예가 도시되어 있다.
본 발명에 의하면, 구동 샤프트와 압연롤 사이의 결합부의 마모가 실질적으로 감소되게 함으로써, 작동 비용을 그에 상응하게 절감하도록 하기 위해 장치의 유효 수명이 증대된다.
단일의 도 1은 구동 샤프트와 이 구동 샤프트에 고정된 압연롤을 포함하여 피가공재를 성형하기 위한 성형 장치를 도시한 부분 반경 단면도이다.
도 1에는 (미도시된) 피가공재 또는 압연 스톡을 성형하기 위한 성형 장치(1)가 도시되어 있다. 상기 성형 장치(1)는 회전축(a)을 중심으로 회전될 수 있는 구동 샤프트(2)를 포함한다. 구동 샤프트(2)의 축 방향 단부에는 압연롤의 형태로 툴(3)이 고정된다. 고정은 탈착 가능하게 실행되며, 그럼으로써 압연롤은 구동 샤프트(2)로부터 탈거되고 또 다른 압연롤로 교체될 수 있다.
구동 샤프트(2)와 압연롤(3) 사이의 결합부는, 구동 샤프트(2)에서 압연롤(3)로 토크가 전달될 수 있을 뿐 아니라, 회전축(a)과 관련하여 반경 방향 및 축 방향 힘도 전달될 수 있도록 형성된다. 이 경우 상기 결합부는 우선은 회전축(a)을 중심으로 하는 토크, 그런 다음에는 구동 샤프트(2)와 압연롤(3) 사이의 반경 방향 힘, 그리고 끝으로 구동 샤프트(2)와 압연롤(3) 사이의 축 방향 힘이 각각 상호 간에 분리 및 격리되는 방식으로 전달될 수 있도록 구성된다.
요컨대 토크의 전달을 위해 구동 샤프트(2)와 압연롤(3)은 스플라인 샤프트 결합부 형태의 형태 결합식 결합부(4)를 포함한다. 이 경우 스플라인 샤프트 결합부(4)는 제1 축 방향 섹션(5)을 걸쳐서 연장되고, 이 제1 축 방향 섹션은 자체의 연장부와 관련하여 소요되는 토크가 확실하게 전달될 수 있도록 선택된다. 이 경우 스플라인 샤프트 결합부는 반경 방향 및 축 방향 힘으로부터 완전히 영향을 받지 않는다.
반경 방향 힘은 2개의 또 다른 축 방향 섹션을 통해 전달되는데, 더욱 정확하게 말하면 제2 축 방향 섹션(6) 및 제3 축 방향 섹션(9)을 통해 전달된다. 상기 두 섹션 내에서 각각의 원통형 끼워 맞춤면들은 상호 간에 공차를 허용하는 구동 샤프트(2)뿐 아니라 압연롤(3)에 배치되며, 그럼으로써 반경 방향 힘의 정의된 전달이 가능해진다.
따라서 구동 샤프트(2)는 제2 축 방향 섹션(6) 내에 제1 원통형 끼워 맞춤면(7)을 포함하고, 이 제1 원통형 끼워 맞춤면은 툴(3)의 제1 원통형 끼워 맞춤면(8)과 상호 작용한다. 그에 반해서 구동 샤프트(2)는 제3 축 방향 섹션(9) 내에 제2 원통형 끼워 맞춤면(10)을 포함하고, 이 제2 원통형 끼워 맞춤면은 툴(3)의 제2 원통형 끼워 맞춤면(11)과 상호 작용한다.
제3 축 방향 섹션(9)의 영역에서는, 제2 원통형 끼워 맞춤면(11)이 압연롤(3) 내의 보어(13) 내에 끼워져 있는 슬리브(12)에 의해 형성되어 있음을 알 수 있다. 더욱 정확하게 말하면, 슬리브(12)는 보어(13) 내에서 열적 수축 과정에 의해 고정된다.
마지막으로 축 방향 힘의 전달은 (다시금 토크 전달 및 반경 방향 힘의 전달로부터 격리되어) 나사 섹션을 갖는 구동 샤프트(2)의 중앙 나사부(14) 내로 조여지는 인장 볼트(15)에 의해 이루어진다. 인장 볼트(15)는 자체의 일측 축 방향 단부에 플랜지 유형으로 확대된 섹션(16)을 포함하고, 이 섹션은 선단면에 배치되는 압연롤(3)의 지지면(17)에 안착하도록 형성된다. 구체적으로 설명하면, 선단면의 지지면은 슬리브(12)의 선단면에 의해 형성된다.
구동 샤프트(2)에서 압연롤(3)의 유격 없는 축 방향 고정을 달성하기 위해, 플랜지 유형으로 확대된 섹션(16)은 자체의 외연부에 걸쳐서 복수의 나사 구멍을 포함하며, 이 나사 구멍들 내로는 헤드리스 나사(18)들이 조여진다. 나사들은 자체의 일측 축 방향 단부가 충분한 예압으로 슬리브(12)의 선단면에 안착될 때까지 조여진다.
추가로 알 수 있듯이, 스플라인 샤프트 결합부(4)의 반경 방향 간격(r1)은 제1 축 방향 섹션(5) 내 원통형의 제1 끼워 맞춤면(7, 8)의 반경 방향 간격(r2)보다 더욱 작다.
그에 반해서 스플라인 샤프트 결합부(4)의 반경 방향 간격(r1)은 제3 축 방향 섹션(9) 내 원통형의 제2 끼워 맞춤면(10, 11)들의 반경 방향 간격(r3)보다 더욱 크다.
슬리브(12)의 수축을 통해서는 압연롤(3) 내 스플라인 샤프트 결합부(4)의 치형 프로파일의 제조 시에 문제없는 가능성을 제공한다. 요컨대 프로파일은 슬리브(12)의 수축 이전에 간단하게, 예컨대 밀링 및 연마로 제조될 수 있는데, 그 이유는 슬리브(12)가 없는 경우 이를 위해 필요한 툴을 위한 공극(air gap)이 제공되기 때문이다. 이후에 비로소 슬리브(12)가 삽입되고(수축되고) 그에 따라 압연롤(3)이 사용 가능한 상태가 된다.
장치(1)의 작동 중에 하중을 받는 모든 표면은 코팅될 수 있으며, 그럼으로써 오랜 유효 수명이 달성될 수 있다. 제2 축 방향 섹션(6)과 제3 축 방향 섹션(9) 사이의 공간 내에는 윤활제가 유입될 수 있고, 그럼으로써 스플라인 샤프트 결합부는 최적의 윤활 조건 하에서 기능할 수 있게 된다.
1: 피가공재의 성형 장치
2: 구동 샤프트
3: 툴
4: 형태 결합식 결합부(스플라인 샤프트 결합부)
5: 제1 축 방향 섹션
6: 제2 축 방향 섹션
7: 구동 샤프트의 제1 원통형 끼워 맞춤면
8: 툴의 제1 원통형 끼워 맞춤면
9: 제3 축 방향 섹션
10: 구동 샤프트의 제2 원통형 끼워 맞춤면
11: 툴의 제2 원통형 끼워 맞춤면
12: 슬리브
13: 보어
14: 중앙 나사부
15: 인장 볼트
16: 플랜지 유형으로 확대된 섹션
17: 선단면에 배치되는 지지면
18: 나사
a: 회전축
r1: 반경 방향 간격
r2: 반경 방향 간격
r3: 반경 방향 간격

Claims (10)

  1. 회전축(a)을 중심으로 회전 가능한 구동 샤프트(2)와 이 구동 샤프트에 고정되는 툴(3)을 포함하여 피가공재를 성형하기 위한 성형 장치로서, 구동 샤프트(2)와 툴(3) 사이에는 토크가 구동 샤프트(2)에서 툴(3)로 전달될 수 있게 하는 형태 결합식 결합부(4)가 제공되는, 상기 성형 장치에 있어서,
    상기 형태 결합식 결합부(4)는 제1 축 방향 섹션(5)에 걸쳐서 연장되고, 제1 축 방향 섹션(5)의 외부에는 제2 축 방향 섹션(6)이 제공되며, 이 제2 축 방향 섹션 내에서 상기 구동 샤프트(2)와 상기 툴(3)은 반경 방향 힘의 전달을 위해 형성되어 상호 작용하는 제1 원통형 끼워 맞춤면(7, 8)들을 포함하고,
    상기 구동 샤프트(2)의 중앙 나사부(14) 내로는 인장 볼트(15)가 조여지고, 이 인장 볼트는 상기 구동 샤프트(2)에서 상기 툴(3)을 축 방향으로 고정할 목적으로, 플랜지 유형으로 확대된 섹션(16)을 이용하여, 선단면에 배치되는 상기 툴(3)의 지지면(17)을 압착하는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 형태 결합식 결합부(4)는 회전축(a)으로부터 이격된 제1 원통형 끼워 맞춤면(7, 8)들의 반경 방향 간격(r2)보다 더욱 작은 반경 방향 간격(r1)으로 회전축(a)으로부터 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 축 방향 섹션(5)의 외부에, 그리고 상기 제2 축 방향 섹션(6)의 외부에 제3 축 방향 섹션(9)이 제공되며, 이 제3 축 방향 섹션 내에서 상기 구동 샤프트(2)와 상기 툴(3)은 반경 방향 힘의 전달을 위해 형성되어 상호 작용하는 제2 원통형 끼워 맞춤면(10, 11)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 축 방향 섹션(5)은 상기 제2 축 방향 섹션(6)과 상기 제3 축 방향 섹션(9) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  5. 제3항에 있어서, 툴의 제2 원통형 끼워 맞춤면(11)은 툴(3) 내에 배치되는 슬리브(12)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 슬리브(12)는 압입 끼워 맞춤으로 상기 툴(3)의 보어(13) 내에 안착되는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  7. 제3항에 있어서, 형태 결합식 결합부(4)는, 회전축(a)으로부터 이격된 제2 원통형 끼워 맞춤면(10, 11)들의 반경 방향 간격(r3)보다 더욱 큰 반경 방향 간격(r1)으로 회전축(a)으로부터 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 형태 결합식 결합부(4)와 상기 제1 원통형 끼워 맞춤면(7, 8)들과 상기 제2 원통형 끼워 맞춤면(10, 11)들 중 적어도 하나는 내마모성 코팅층을 구비하는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 플랜지 유형으로 확대된 섹션(16) 내에는 복수의 나사(18)가 배치되고, 이들 나사는 플랜지 유형으로 확대된 섹션(16) 내에 위치하는 나사 보어들 내로 조여지며, 상기 나사(18)들은 자체의 일측 축 방향 단부를 이용하여 선단면에 배치되는 상기 툴(3)의 지지면(17)을 압착하는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
KR1020130047350A 2012-06-20 2013-04-29 피가공재의 성형 장치 KR101524531B1 (ko)

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