KR101571975B1 - 압출하중 감소 압출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압출하중을 감소시킬 수 있는 압출장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 빌릿이 수용되고 제1 연장축선을 따라서 연장되는 수용공간을 제공하는 컨테이너; 제2 연장축선을 따라서 연장되며 상기 수용공간과 통하는 배출통로가 형성된 다이를 구비하고 상기 컨테이너에 결합되는 다이 유닛; 상기 다이를 회전시키는 회전 구동부; 및 상기 수용공간 내에 수용된 빌릿을 가압하는 램을 포함하며, 상기 다이는 상기 배출통로와 상기 수용공간이 만나는 지점에 위치하고 상기 제1 연장축선과 상기 제2 연장축선이 통과하는 회전중심점을 중심으로 회전가능하며, 상기 회전 구동부는 상기 제2 연장축선이 상기 제1 연장축선의 둘레를 회전하도록 상기 다이를 회전시키는 것을 특징으로 하는 압출하중 감소 압출장치가 제공된다.

Description

압출하중 감소 압출장치 {EXTRUSION APPARATUS REDUCING EXTRUSION LOAD}

본 발명은 압출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압출하중을 감소시킬 수 있는 압출장치에 관한 것이다.

도 1에는 종래의 압출장치의 구조가 단면도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 압출장치(10)는 빌릿(B)이 수용되는 컨테이너(11)와, 컨테이너(11)에 결합되는 다이(12)와, 빌릿(B)을 가압하는 램(ram)(13)을 구비한다. 이러한 종래의 압출장치에서 램(13)으로 빌릿(B)을 가압하는 과정에서 상당히 큰 압출하중이 발생하는데, 경우에 따라서는 압출하중에 의해 압출장치가 파손되기도 한다.

본 발명의 목적은 압출하중을 감소시키는 구조를 갖는 압출장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,

빌릿이 수용되고 제1 연장축선을 따라서 연장되는 수용공간을 제공하는 컨테이너; 제2 연장축선을 따라서 연장되며 상기 수용공간과 통하는 배출통로가 형성된 다이를 구비하고 상기 컨테이너에 결합되는 다이 유닛; 상기 다이를 회전시키는 회전 구동부; 및 상기 수용공간 내에 수용된 빌릿을 가압하는 램을 포함하며, 상기 다이는 상기 배출통로와 상기 수용공간이 만나는 지점에 위치하고 상기 제1 연장축선과 상기 제2 연장축선이 통과하는 회전중심점을 중심으로 회전가능하며, 상기 회전 구동부는 상기 제2 연장축선이 상기 제1 연장축선의 둘레를 회전하도록 상기 다이를 회전시키며, 상기 다이는 곡면부를 갖는 반구 형상의 회전 지지부와, 상기 회전 지지부의 상단으로부터 상기 제2 연장축선을 따라서 연장되는 연장부를 구비할 수 있다.

삭제

상기 다이 유닛은 상기 회전 지지부가 안착되고 상기 곡면부에 대응하는 형상을 갖는 안착홈이 형성된 다이 안착 부재를 더 구비할 수 있다.

상기 다이 유닛은 상기 다이 안착 부재를 상기 컨테이너에 결합시키는 결합 몸체를 더 구비할 수 있다.

상기 회전 구동부는 상기 제1 연장축선을 중심으로 회전하는 회전부재를 구비하며, 상기 회전부재에는 그 중심이 상기 제1 연장축선으로부터 이격된 편심 구멍이 형성되며, 상기 편심 구멍에 상기 연장부가 통과할 수 있다.

상기 회전 구동부는 상기 편심 구멍에 설치되어서 상기 연장부와의 상대 회전을 지지하는 베어링을 더 구비할 수 있다.

상기 배출통로는 상기 수용공간으로부터 멀어질수록 넓어질 수 있다.

상기 배출통로의 벽면이 상기 제2 연장축선과 이루는 각도는 상기 제1 연장축선과 상기 제2 연장축선이 이루는 각도보다 클 수 있다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 다이가 빌릿과 전면이 접촉하지 않고 일부분이 접촉하면서 회전하므로 빌릿과의 접촉이 점진적으로 이루어져서 압출하중이 감소될 수 있다.

도 1은 종래의 압출장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 압출장치에서 다이, 다이 안착 부재 및 회전부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 다이의 측면도이다.
도 5a와 도 5b는 회전부재의 회전에 따른 연결통로와 다이의 연장부의 위치를 설명하는 도면이다.
도 6은 종래의 압출장치와 도 1에 도시된 압출장치에서 발생하는 압출하중을 비교하여 보여주는 도면이다.
도 7은 종래의 압출장치와 도 1에 도시된 압출장치에 의한 압출재의 유효변형률 분포를 비교하여 보여주는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출하중 감소 압출장치(이하, 압출장치)가 단면도로서 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 압출장치(100)는 빌릿(billet)(B)이 수용되는 컨테이너(110)와, 컨테이너(110)에 결합된 다이 유닛(120)과, 다이 유닛(120)을 구동시키는 회전 구동부(180)와, 빌릿(B)을 가압하는 램(190)을 포함한다.

컨테이너(110)는 내부에 빌릿(B)이 수용되도록 제1 연장축선(A)을 따라 연장되는 수용공간(111)을 제공한다. 수용공간(111)은 제1 연장축선(A)을 중심축으로 하는 원통형상이다. 수용공간(111)은 부피는 이동하는 램(190)에 의해 변한다. 수용공간(111)의 제1 연장축선(A) 방향 일단부는 다이 유닛(120)에 의해 폐쇄된다. 수용공간(111) 내의 빌릿(B)은 램(190)에 의해 가압되어서 다이 유닛(120)을 통해 압출된다.

다이 유닛(120)은 다이(130)와, 다이 안착 부재(160)와, 결합 몸체(170)를 구비한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 다이(130)는 제2 연장축선(B)를 따라서 연장된 기둥 형태로서, 그 내부에는 제2 연장축선(B)을 따라서 연장되는 배출통로(131)가 형성된다. 다이(130)는 배출통로(131)와 수용공간(111)이 만나는 지점에 형성되고 제1 연장축선(A)과 제2 연장축선(B)이 통과하는 회전중심점(D)을 중심으로 회전이 가능하다. 구체적으로 다이(130)는 제2 연장축선(B)이 제1 연장축선(A) 둘레를 회전하도록 회전중심점(D)을 중심으로 회전하게 된다. 다이(130)는 회전 구동부(180)와의 상호작용에 의하여 자전없이 제2 연장축선(B)이 회전중심점(D)을 중심으로 제1 연장축선(A) 주위를 돌도록 회전하게 된다. 이하 설명 및 특허청구범위에서 다이(130)의 회전은 앞 문장에서 설명한 바와 같이 자전없이 제2 연장축선(B)이 회전중심점(D)을 중심으로 제1 연장축선(A) 주위를 돌도록 회전하는 것을 의미한다. 배출통로(131)는 컨테이너(110)의 수용공간(111)과 연결되며, 수용공간(111)으로부터 멀어질수록(즉, 압출재의 배출방향을 따라 가면서) 넓어진다. 배출통로(131)가 압출재의 배출방향을 따라 가면서 넓어짐으로써, 배출되는 압출재가 배출통로(131)의 벽면(131a)의 간섭을 받지 않게 된다. 다이(130)의 회전을 고려하여, 배출통로(131)의 벽면(131a)이 제2 연장축선(B)과 이루는 각도는 제1 연장축선(A)과 제2 연장축선(B)이 이루는 각도보다 크게 형성된다. 다이(130)는 회전 지지부(140)와, 회전 지지부(140)로부터 제2 연장축선(B)을 따라서 연장된 연장부(150)를 구비한다.

회전 지지부(140)는 대체로 반구 형상으로서, 회전 지지부(140)의 외면은 구면의 일부로 형성된 곡면부(141)와, 수용공간(111)과 대향하는 기초면(142)을 구비한다. 기초면(142)의 중심부에 배출통로(131)의 입구가 형성된다. 기초면(142)은 반경방향으로 바깥쪽으로 갈수록 연장부(150) 쪽을 향하도록 경사진다. 다이(130)가 회전하면서 기초면(142)의 일부 영역이 필릿(B)과 점진적으로 접촉하게 된다.

연장부(150)는 곡면부(141)의 끝단으로부터 제2 연장축선(B)을 따라서 연장된다. 연장부(150)는 원기둥 또는 원뿔대 형상을 갖는다. 연장부(150)는 회전 구동부(180)와 접촉한다.

도 2와 도 3을 참조하면, 다이 안착 부재(160)는 다이(130)의 회전 지지부(140)가 안착되는 안착홈(161)과, 안착홈(161)과 연결되고 다이(130)의 연장부(150)가 통과하는 관통구멍(162)을 구비한다. 안착홈(161)은 회전 지지부(140)의 곡면부(141)에 대응하는 형상을 갖는다. 관통구멍(162)은 연장부(150)보다 크게 형성되어서 관통구멍(162) 내에서 연장부(150)의 이동이 가능하다. 다이 안착 부재(160)는 다이(130)가 회전중심점(D)를 중심으로 회전하도록 지지한다.

결합 몸체(170)는 다이 안착 부재(160)를 컨테이너(110)에 고정시킨다. 결합 몸체(170)의 일단에는 다이 안착 부재(160)가 수용되는 제1 수용홈(171)이 마련되고, 타단에는 회전 구동부(180)가 수용되는 제2 수용홈(172)이 마련된다. 결합 몸체(170)에는 제1 수용홈(171)과 제2 수용홈(172)을 연결하고 다이 안착 부재(160)의 관통구멍(162)과 이어지는 연결구멍(173)이 마련된다. 연결구멍(173)을 통해 다이(130)의 연장부(150)가 지나간다. 제2 수용홈(172) 내에 다이(130)의 연장부(150)가 돌출되어 위치한다.

회전 구동부(180)는 외부 회전력에 의해 회전하는 회전부재(181)와, 회전부재(181)를 지지하는 제1, 제2 베어링(186, 187)을 구비한다. 회전 구동부(180)는 제2 연장축선(B)이 회전중심점(D)을 중심으로 제1 연장축선(A)의 둘레를 회전하도록 다이(130)의 연장부(150)를 회전시킨다.

회전부재(181)는 링형상으로서, 그 중심축이 제1 연장축선(A)과 일치하게 제2 수용홈(172) 내에 위치한다. 회전부재(181)의 내부에는 원형의 편심 구멍(182)이 형성된다. 편심 구멍(182)의 중심축선(C)은 회전부재(181)의 중심축(즉, 제1 연장축선(A))으로부터 이격되어서 편심되어 있다. 편심 구멍(182)에 다이(130)의 연장부(150)가 통과한다. 그에 따라, 회전부재(181)가 제1 연장축선(A)을 중심으로 회전함에 따라 편심 구멍(182)은 제1 연장축선(A) 주위를 회전하게 된다. 편심 구멍(182)의 회전에 의해 다이(130)의 연장부(150)가 제1 연장축선(A) 주위를 회전하게 된다.

제1 베어링(186)은 회전부재(181)의 외주와 결합 몸체(170)에 형성된 제2 수용홈(172)의 측벽 사이에 설치되어서 결합 몸체(170)에 대한 회전부재(181)의 회전을 지지한다.

제2 베어링(187)은 회전부재(181)의 내주와 다이(130)의 연장부(150)의 외주 사이에 설치되어서, 회전부재(181)와 연장부(150) 사이의 상대회전을 지지한다.

램(190)은 컨테이너(110)의 수용공간(111) 내에 수용된 빌릿(B)을 가압한다.

이제, 도면을 참조하여 상기한 일 실시예의 작용을 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 빌릿(B)이 수용공간(111)에 수용되어 있다. 제2 연장축선(B)이 제1 연장축선(A)에 대해 기울어져 있으므로, 다이(130)의 기초면(142) 중 원주방향 일부 영역만이 빌릿(B)의 선단부에서 일부분과 접한다. 이 상태에서 회전부재(181)가 제1 연장축선(A)을 중심으로 화살표로 표시된 바와 같이 회전함과 동시에 램(190)이 빌릿(B)을 가압하게 된다. 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 회전부재(181)가 회전함에 따라 회전부재(181)의 편심 구멍(182)이 제1 연장축선(A) 주위를 회전하면서, 다이(130)의 연장부(150)를 함께 회전시키게 된다(도 5a와 도 5b에서 'O'는 회전부재(181)의 중심을 나타내고, 'O`'는 편심구멍(182)의 중심을 나타낸다). 연장부(150)의 회전에 의하여 제2 연장축선(B)이 회전중심점(D)을 중심으로 제1 연장축선(A) 둘레를 회전하도록 다이(130)가 자전없이 회전하게 된다. 그에 따라, 다이(130)와 빌릿(B)의 접촉 영역(S)이 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 회전하면서 위치가 변하게 된다. 즉, 다이(130)의 기초면(142)에서 전체 영역이 빌릿(B)가 접촉하지 않고 일부 영역만이 접촉하면서 회전함으로써, 램(190)에 가해지는 성형력이 국부적인 접촉부에 작용하게 되므로 소재 변형에 필요한 성형력이 감소하게 되고, 이는 압출하중이 감소하는 효과를 제공하게 된다. 압출하중이 감소되므로 성형 장치의 용량 및 규모를 줄일 수 있게 된다. 다이(130)가 자전하지 않으므로 단순한 봉형상 뿐만이 아니라 다양한 형상재의 압출도 가능하게 된다는 것을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

도 6에는 종래의 압출장치와 도 1에 도시된 압출장치에서 발생하는 압출하중을 비교하여 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 6에서 좌측이 종래의 압출장치의 경우로서 약 900톤의 압출하중을 나타내고, 우측이 도 1에 도시된 압출장치의 경우로서 약 230톤의 압출하중을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압출장치는 종래의 압출장치에 비해 압출하중을 1/4로 감소시킨다.

도 7은 종래의 압출장치와 도 1에 도시된 압출장치에 의한 압출재의 유효변형률 분포를 비교하여 보여준다. 도 7에서 좌측이 종래의 압출장치의 경우이고, 우측이 도 1에 도시된 압출장치의 경우로서, 도 7에 도시된 유효변형률 분포를 통해 봤을 때 본 발명에 따른 압출장치가 결정립 미세화 효과를 높인다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

100 : 압출장치 110 : 컨테이너
111 : 수용공간 120 : 다이 유닛
130 : 다이 131 : 배출통로
140 : 회전 지지부 141 : 곡면부
142 : 기초면 150 : 연장부
160 : 다이 안착 부재 161 : 안착홈
162 : 관통구멍 170 : 결합 몸체
171 : 제 수용홈 172 : 제2 수용홈
173 : 연결구멍 180 : 회전 구동부
181 : 회전부재 182 : 편심 구멍
186 : 제1 베어링 187 : 제2 베어링
190 : 램

Claims (8)

1. 삭제
2. 빌릿이 수용되고 제1 연장축선을 따라서 연장되는 수용공간을 제공하는 컨테이너;
   제2 연장축선을 따라서 연장되며 상기 수용공간과 통하는 배출통로가 형성된 다이를 구비하고 상기 컨테이너에 결합되는 다이 유닛;
   상기 다이를 회전시키는 회전 구동부; 및
   상기 수용공간 내에 수용된 빌릿을 가압하는 램을 포함하며,
   상기 다이는 상기 배출통로와 상기 수용공간이 만나는 지점에 위치하고 상기 제1 연장축선과 상기 제2 연장축선이 통과하는 회전중심점을 중심으로 회전가능하며,
   상기 회전 구동부는 상기 제2 연장축선이 상기 제1 연장축선의 둘레를 회전하도록 상기 다이를 회전시키며,
   상기 다이는 곡면부를 갖는 반구 형상의 회전 지지부와, 상기 회전 지지부의 상단으로부터 상기 제2 연장축선을 따라서 연장되는 연장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 압출하중 감소 압출장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 다이 유닛은 상기 회전 지지부가 안착되고 상기 곡면부에 대응하는 형상을 갖는 안착홈이 형성된 다이 안착 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압출하중 감소 압출장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 다이 유닛은 상기 다이 안착 부재를 상기 컨테이너에 결합시키는 결합 몸체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압출하중 감소 압출장치.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 회전 구동부는 상기 제1 연장축선을 중심으로 회전하는 회전부재를 구비하며, 상기 회전부재에는 그 중심이 상기 제1 연장축선으로부터 이격된 편심 구멍이 형성되며, 상기 편심 구멍에 상기 연장부가 통과하는 것을 특징으로 하는 압출하중 감소 압출장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 회전 구동부는 상기 편심 구멍에 설치되어서 상기 연장부와의 상대 회전을 지지하는 베어링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압출하중 감소 압출장치.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 배출통로는 상기 수용공간으로부터 멀어질수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 압출하중 감소 압출장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 배출통로의 벽면이 상기 제2 연장축선과 이루는 각도는 상기 제1 연장축선과 상기 제2 연장축선이 이루는 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 압출하중 감소 압출장치.
   

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