KR101554982B1 - 스파이럴 파이프 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

스파이럴 파이프 제조장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스파이럴 파이프 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스파이럴 파이프 제조장치는, 압출물이 수용되며 압출되는 다이 하우징; 상기 다이 하우징의 내부 중앙에 회전가능하게 마련되어, 일단부의 외주에 요철이 형성된 제1요철부를 가지며, 상기 다이 하우징과 함께 상기 압출물에 두께와 내부 단면을 형성한 가 파이프 압출물을 압출 성형하는 코어; 상기 코어의 제1요철부와의 사이에 상기 가 파이프 압출물이 통과하는 유동로를 형성하도록 상기 제1요철부와 간격을 두고 암수 결합 형상을 갖는 제2요철부를 가지며, 상기 다이 하우징으로부터 직선 압출되는 상기 가 파이프 압출물에 상기 제1요철부와 상기 제2요철부에 의해 스파이럴 그루브를 형성시킴과 동시에 상기 코어와 함께 회전을 하며, 파이프를 회전 압출 성형하는 인너 금형; 및 상기 인너 금형을 회전가능하게 지지하는 아우터 금형을 포함하며, 상기 제1요철부와 상기 제2요철부는 상기 가 파이프 압출물의 직선 압출방향에 대해 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

스파이럴 파이프 제조장치 및 그 제조방법 {SPIRAL PIPE MANUFACTURING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 스파이럴 파이프 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 압출작업을 통해 파이프의 성형뿐만 아니라 외주에 스파이럴 그루브를 형성할 수 있는 스파이럴 파이프 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 냉장고, 에어컨, 자동차 등의 열교환기용 파이프는 대부분 알루미늄, 스테인레스, 구리 등의 소재를 이용하고, 파이프의 열 발산 면적을 증대시키기 위해, 파이프 외주에 냉각 날개, 냉각 핀을 부착하거나, 또는 파이프의 외부 표면적을 크게 하여 사용한다.
이러한 열교환기용 파이프는 종래에는 구리, 스테인레스 등의 소재를 사용하였으나, 가격, 경량화 및 제조방법을 고려하여 알루미늄 소재를 널리 사용하고 있다.
알루미늄은 용융점이 600℃ 정도 이므로 알루미늄을 480℃로 가열하면 쉽게 압출할 수 있게 된다.
대부분의 열교환기용 파이프는 원형 단면형상을 갖는 파이프이며, 이러한 파이프의 외부 표면적을 높이기 위해, 직선형의 요철이 형성된 열교환기용 파이프가 알려져 있다.
이러한 직선형 요철이 형성된 파이프는 압출물을 금형에 넣고, 푸싱 램(pushing ram)으로 압출물을 가압 압출하고, 압출된 압출물을 금형에 형성된 구멍으로 유출되도록 하여 파이프를 압출 성형함으로써, 직선형의 요철이 형성된 파이프를 제조하여 왔다.
그러나, 근래에는 에너지 절감 등의 관심이 증대됨에 따라, 직선형 요철이 형성된 파이프보다 열 발산 면적을 월등히 증대시킨 열교환기용 파이프로서, 파이프의 외주에 스파이럴 그루브가 형성된 스파이럴 파이프가 널리 사용되고 있다.
이러한 스파이럴 파이프를 제조하기 위해, 종래에는 압출물을 금형에 넣고, 푸싱 램으로 압출물을 가압 압출하고, 압출된 압출물을 금형에 형성된 구멍으로 유출되도록 하여 파이프를 압출 성형한 후, 파이프의 외주에 스파이럴 그루브를 형성하기 위해 압출장치에서 압출 성형된 파이프를 별도의 인발장치에서 인발하거나, 또는 별도의 가공성형기계에서 성형하여 스파이럴 파이프를 제조하여 왔다.
따라서, 종래에는 스파이럴 파이프를 제조하기 위해, 각각 별도로 마련된 압출장치와 인발장치에서 파이프를 각각 압출작업과 인발작업을 해야 하므로, 스파이럴 파이프의 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 압출작업 이후 별도의 인발장치에서 인발작업을 하기 위해서는 압출장치에서 압출 성형된 파이프를 재가열할 추가의 장비가 더 필요하게 되고, 이로 인해 원가가 상승하는 문제점이 있다.
국내등록특허공보 제10-1240500호(발명의 명칭: 편육과 웰더 라인을 최소화할 수 있는 압출금형, 공고일: 2013.03.11.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 장치에서 압출작업을 통해 파이프의 성형뿐만 아니라 외주에 스파이럴 그루브를 형성할 수 있고, 생산성을 향상시키며, 원가를 절감할 수 있는 스파이럴 파이프 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 압출물이 수용되며 압출되는 다이 하우징; 상기 다이 하우징의 내부 중앙에 회전가능하게 마련되어, 일단부의 외주에 요철이 형성된 제1요철부를 가지며, 상기 다이 하우징과 함께 상기 압출물에 두께와 내부 단면을 형성한 가 파이프 압출물을 압출 성형하는 코어; 상기 코어의 제1요철부와의 사이에 상기 가 파이프 압출물이 통과하는 유동로를 형성하도록 상기 제1요철부와 간격을 두고 암수 결합 형상을 갖는 제2요철부를 가지며, 상기 다이 하우징으로부터 직선 압출되는 상기 가 파이프 압출물에 상기 제1요철부와 상기 제2요철부에 의해 스파이럴 그루브를 형성시킴과 동시에 상기 코어와 함께 회전을 하며, 파이프를 회전 압출 성형하는 인너 금형; 및 상기 인너 금형을 회전가능하게 지지하는 아우터 금형을 포함하며, 상기 제1요철부와 상기 제2요철부는 상기 가 파이프 압출물의 직선 압출방향에 대해 경사지게 배치되는, 스파이럴 파이프 제조장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 코어와 상기 인너 금형을 고정하는 세팅핀을 더 포함할 수 있다.
상기 인너 금형과 상기 아우터 금형 사이에는 베어링 또는 복수의 롤러가 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 다이 하우징에 수용된 압출물을 압출하는 단계; 상기 다이 하우징과 상기 코어에 의해 상기 압출물에 두께와 내부 단면을 형성한 가 파이프 압출물을 압출 성형하는 단계; 및 상기 다이 하우징으로부터 직선 압출되는 상기 가 파이프 압출물이 상기 가 파이프 압출물의 직선 압출방향에 대해 경사지게 배치된 상기 제1요철부와 상기 제2요철부 사이를 통과하며 회전하여, 상기 가 파이프 압출물에 스파이럴 그루브를 형성하며, 파이프를 압출 성형하는 단계를 포함하는, 스파이럴 파이프 제조방법에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다이 하우징으로부터 직선 압출되는 가 파이프 압출물이 제1요철부와 제2요철부 사이를 통과함에 따라 스파이럴 그루브를 형성하며 회전 압출됨으로써, 하나의 장치에서 압출작업을 통해 파이프의 성형뿐만 아니라 외주에 스파이럴 그루브를 형성할 수 있고, 생산성을 향상시키며, 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스파이럴 파이프 제조장치의 단면도,
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도,
도 3은 도 1의 B-B선에 따른 단면도,
도 4는 도 1의 스파이럴 파이프 제조장치에서 스파이럴 파이프가 성형되는 모습을 도시한 도면,
도 5는 일 실시예로서 본 발명에 의해 제조된 스파이럴 파이프의 도면,
도 6은 본 발명에 의해 제조된 스파이럴 파이프에 형성된 금속 조직의 단류선의 이미지를 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
설명에 앞서, 이하의 설명에서 압출물로서 알루미늄, 구리 등의 전연성 및 열전도율이 우수한 소재로 이루어질 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 스파이럴 파이프 제조장치가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스파이럴 파이프 제조장치(10)는 다이 하우징(11), 코어(31), 인너 금형(41), 아우터 금형(51)을 포함한다.
다이 하우징(11)은 압출물(5)을 수용하며 푸싱 램(21)에 의해 압출되는 수용실(13)과, 압출물(5)의 외형을 형성하는 융착실(15)을 포함한다. 이러한 수용실(13)과 융착실(15)은 원형의 단면형상을 가지며, 특히 융착실(15)은 부분적으로 단면적이 감소하는 단면형상을 가진다.
수용실(13)에는 압출물(5)을 융착실(15)로 압출하는 푸싱 램(21)이 직선 왕복이동가능하게 마련되고, 융착실(15)에는 코어(31)가 마련된다.
또한, 수용실(13)과 융착실(15) 사이에 압출물(5)이 통과하는 복수의 유동 포트(17)가 마련되어 있다. 복수의 유동 포트(17)는 코어(31)를 중심으로 코어(31)의 둘레를 따라 간격을 두고 형성되어 있다. 복수의 유동 포트(17)를 통과한 압출물(5)은 융착실(15)에서 혼합되며 융착된다.
코어(31)는 다이 하우징(11)의 내부 중앙에 회전가능하게 마련되고, 예컨대 다이 하우징(11)의 융착실(15)의 중앙에 회전가능하게 마련되고, 이에, 유동 포트(17)를 통과한 압출물(5)은 융착실(15)의 내주와 코어(31) 사이의 공간을 따라 유동하며 두께와 내부 단면을 형성한 가 파이프 압출물로 압출 성형되고, 가 파이프 압출물은 전연성을 가진다. 코어(31)는 베어링(33)에 의해 다이 하우징(11)에 회전가능하게 지지된다. 코어(31)의 일단부는 인너 금형(41)의 내주를 향해 길이 연장되어 있다.
또한, 인너 금형(41)의 내주에 위치하는 코어(31)의 일단부의 외주에는 요철이 형성된 제1요철부(35)가 마련되어 있다. 제1요철부(35)는 코어(31)의 축선에 대해 경사지게 배치, 예컨대 다이 하우징(11)으로부터 직선 압출되어 배출되는 가 파이프 압출물의 직선 압출방향에 대해 경사지게 배치된다.
인너 금형(41)은 원형 단면의 링 형상을 가지며, 인너 금형(41)의 내주에는 인너 금형(41)의 회전 중심선을 향해, 예컨대 코어(31)를 향해 요철이 형성된 제2요철부(45)가 마련되어 있다.
제2요철부(45)는 코어(31)의 제1요철부(35)와 암수 결합 형상을 가지며, 제2요철부(45)는 코어(31)의 제1요철부(35)와의 사이에 가 파이프 압출물이 통과하는 유동로(47)를 형성하도록 제1요철부(35)와 간격을 두고 배치된다. 또한, 제2요철부(45)는 코어(31)의 축선에 대해 경사지게 배치, 예컨대 다이 하우징(11)으로부터 직선 압출되는 가 파이프 압출물의 직선 압출방향에 대해 경사지게 배치된다.
인너 금형(41)은 한 쌍의 세팅핀(43)에 의해 코어(31)와 고정 결합된다.
한 쌍의 세팅핀(43)은 대칭되게 배치되어 인너 금형(41)과 코어(31)가 일체가 되어 함께 회전하도록 하며, 또한 제1요철부(35)와 제2요철부(45)가 일측 방향으로 쏠리는 것을 방지, 즉 제1요철부(35)와 제2요철부(45) 사이의 유동로(47)의 간격을 일정하게 유지한다. 여기서, 세팅핀(43)은 하나 또는 세 개 이상 마련될 수 있다.
다이 하우징(11)으로부터 직선 압출된 전연성을 갖는 가 파이프 압출물이 제1요철부(35)와 제2요철부(45) 사이에 형성된 유동로(47)를 직진 이동시 가 파이프 압출물의 직선 방향의 압출력이 제1요철부(35) 및 제2요철부(45)와 부딪치며 회전력으로 변환되어, 가 파이프 압출물이 회전을 하며 스파이럴 그루브(3)를 형성함과 동시에, 코어(31)와 인너 금형(41)은 함께 회전을 하게 된다.
여기서, 제1요철부(35)와 제2요철부(45) 사이에 형성된 유동로(47)는 스파이럴 파이프(1)의 두께를 형성한다. 또한, 가 파이프 압출물의 직선 방향의 압출력이 제1요철부(35) 및 제2요철부(45)와 부딪치며 발생하는 회전력을 극대화하기 위해, 제1요철부(35) 및 제2요철부(45)는 가 파이프 압출물의 직선 압출방향에 대해 45도 각도 이하의 각도로 배치되는 것이 바람직하다.
따라서, 다이 하우징(11)으로부터 직선 압출되며 배출되는 가 파이프 압출물이 제1요철부(35)와 제2요철부(45) 사이의 유동로(47)를 통과하면서 가 파이프 압출물의 외주에 스파이럴 그루브(3)가 형성되고, 무동력으로 코어(31)와 인너 금형(41)이 함께 회전을 하며 스파이럴 파이프(1)를 성형한다.
아우터 금형(51)은 원형 단면의 링 형상을 가지며, 인너 금형(41)의 외주를 따라 간격을 두고 배치되어 인너 금형(41)을 회전가능하게 지지한다. 아우터 금형(51)은 체결 볼트(53)에 의해 다이 하우징(11)에 고정될 수 있다.
한편, 아우터 금형(51)과 인너 금형(41) 사이에는 복수의 롤러(55)가 배치되어 있으며, 이에 인너 금형(41)은 아우터 금형(51)에 대해 상대 회전하게 된다, 여기서, 도시되어 있지 않지만, 아우터 금형(51)과 인너 금형(41) 사이에는 복수의 롤러(55) 대신에 베어링이 마련될 수 있다.
여기서, 미 설명된 참조부호 57은 체결 볼트(53)가 결합되는 볼트 결합공이다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 스파이럴 파이프 제조장치(10)를 이용하여 스파이럴 파이프를 제조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 다이 하우징(11)의 수용실(13)에 압출물(5)을 수용한 후, 푸싱 램(21)으로 압출물(5)을 압출하여 다이 하우징(11)의 유동 포트(17)를 통과시켜, 다이 하우징(11)의 융착실(15)로 유입시킨다.
다음, 푸싱 램(21)의 지속적인 압출에 의해 다이 하우징(11)의 융착실(15)에 유입된 압출물(5)은 다이 하우징(11)의 융착실(15)에 수용된 코어(31)에 의해 두께와 내부 단면이 형성된 가 파이프 압출물로 압출 성형된다.
이어서, 푸싱 램(21)의 지속적인 압출에 의해 다이 하우징(11)으로부터 직선 압출된 전연성을 갖는 가 파이프 압출물이 인너 금형(41)을 직진 이동하며 통과하여, 원형 단면형상의 스파이럴 파이프(1)로 압출 성형된다.
이 때, 가 파이프 압출물이 가 파이프 압출물의 직선 압출방향에 대해 경사지게 배치된 제1요철부(35)와 제2요철부(45) 사이에 형성된 유동로(47)를 통과함에 따라 가 파이프 압출물은 회전 압출되며 가 파이프 압출물의 외주에 스파이럴 그루브(3)가 형성되고, 동시에 코어(31)와 인너 금형(41)은 함께 회전을 하게 된다.
이로써, 도 5에 도시된 바와 같이 원형의 단면 형상을 가지며, 외주에 복수의 스파이럴 그루브(3)가 형성된 스파이럴 파이프(1)를 얻을 수 있게 된다.
이와 같이, 다이 하우징(11)으로부터 직선 압출된 가 파이프 압출물이 코어(31)의 제1요철부(33)와 인너 금형(41)의 제2요철부(45) 사이의 유동로(47)를 통과하면서 회전 압출하며 스파이럴 그루브(3)를 형성함과 동시에 스파이럴 파이프(1)로 압출 성형됨으로써, 스파이럴 파이프(1)에서의 금속 조직의 단류선이 도 6에 도시된 바와 같이 직선이 아닌 비틀리게 되어 조직이 치밀해지고, 소재의 강도, 즉 인장강도 및 압축강도가 향상되어 내구성이 증대하게 된다.
여기서, 도시되어 있지 않지만, 스파이럴 파이프 제조장치(10)의 다이 하우징(11) 및 각 금형(41,51)에는 각 금형(41,51)의 과열을 방지하도록 금형(41,51)을 냉각시키기 위한 별도의 냉각수 라인이 마련될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 압출물을 압출하여 두께와 내부 단면을 형성한 가 파이프 압출물을 직선 압출 성형하고, 직선 압출되는 가 파이프 압출물이 코어의 제1요철부와 인너 금형의 제2요철부 사이의 유동로를 통과함에 따라 스파이럴 그루브를 형성하며 회전 압출됨으로써, 하나의 장치에서 압출작업을 통해 파이프의 성형뿐만 아니라 외주에 스파이럴 그루브를 형성할 수 있고, 생산성을 향상시키며, 원가를 절감할 수 있게 된다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1, 1′: 스파이럴 파이프 3, 3′: 스파이럴 그루브
10 : 스파이럴 파이프 제조장치 11 : 다이 하우징
13 : 수용실 15 : 융착실
17 : 유동 포트 21 : 푸싱 램
31 : 코어 33 : 제1요철부
41 : 인너 금형 43 : 세팅핀
45 : 제2요철부 47 : 유동로
51 : 아우터 금형 55 : 롤러

Claims (4)

  1. 압출물이 수용되며 압출되는 다이 하우징;
    상기 다이 하우징의 내부 중앙에 회전가능하게 마련되어, 일단부의 외주에 요철이 형성된 제1요철부를 가지며, 상기 다이 하우징과 함께 상기 압출물에 두께와 내부 단면을 형성한 가 파이프 압출물을 압출 성형하는 코어;
    상기 코어의 제1요철부와의 사이에 상기 가 파이프 압출물이 통과하는 유동로를 형성하도록 상기 제1요철부와 간격을 두고 암수 결합 형상을 갖는 제2요철부를 가지며, 상기 다이 하우징으로부터 직선 압출되는 상기 가 파이프 압출물에 상기 제1요철부와 상기 제2요철부에 의해 스파이럴 그루브를 형성시킴과 동시에 상기 코어와 함께 회전을 하며, 파이프를 회전 압출 성형하는 인너 금형; 및
    상기 인너 금형을 회전가능하게 지지하는 아우터 금형을 포함하며,
    상기 제1요철부와 상기 제2요철부는 상기 가 파이프 압출물의 직선 압출방향에 대해 경사지게 배치되는, 스파이럴 파이프 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어와 상기 인너 금형을 고정하는 세팅핀을 더 포함하는, 스파이럴 파이프 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인너 금형과 상기 아우터 금형 사이에는 베어링 또는 복수의 롤러가 마련되는, 스파이럴 파이프 제조장치.
  4. 제1항에 따른 스파이럴 파이프 제조장치를 이용하여 스파이럴 파이프를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 다이 하우징에 수용된 압출물을 압출하는 단계;
    상기 다이 하우징과 상기 코어에 의해 상기 압출물에 두께와 내부 단면을 형성한 가 파이프 압출물을 압출 성형하는 단계; 및
    상기 다이 하우징으로부터 직선 압출되는 상기 가 파이프 압출물이 상기 가 파이프 압출물의 직선 압출방향에 대해 경사지게 배치된 상기 제1요철부와 상기 제2요철부 사이를 통과하며 회전하여, 상기 가 파이프 압출물에 스파이럴 그루브를 형성하며, 파이프를 압출 성형하는 단계를 포함하는, 스파이럴 파이프 제조방법.
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