KR101602164B1 - 다방향 단조방식을 이용한 파이프의 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이프 소재를 회전 및 전진 공급하고 6방향의 유압실린더로 구성된 단조대에서 타발하여 파이프를 가공하는 다방향 단조방식을 이용한 파이프의 가공장치에 관한 것으로 단조대(200)에 설치되는 6방향 실린더(220)(220')는 그 상부에 각각 모션센서(230)(230')가 설치되고 단조대(200)의 상부에 설치된 서포터(600)에 안치된 어큐뮤레이터(240)(240')와 유압펌프(250(250')가 각각의 6방향 실린더(220)(220')에 연결되어 동기화시킬 수 있게 하고 회전공급장치(100)의 클램프(110)는 그 내부에 스프링(111)(111')과 스프링 블럭(112)(112')으로 연결시킨 스프링 죠 방식으로 설치되어 6방향 실린더(220)(220')의 타발시점과 회전공급장치(100)의 회전시점을 보정할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

Description

다방향 단조방식을 이용한 파이프의 가공장치{The pipe processing apparatus using a forging method way}

본 발명은 파이프 소재를 회전 및 전진 공급하고 6방향의 유압실린더로 구성된 단조대에서 타발하여 파이프를 가공하는 다방향 단조방식을 이용한 파이프의 가공장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고주파로 가열된 파이프 소재를 로봇으로 회전공급장치로 이송시키고 회전공급장치에서 소재를 전진 및 회전작동에 의해 6방향 단조대로 점진적으로 공급하면 동기화된 6방향 실린더가 타발 가공하여 파이프를 성형하는 파이프 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로 소성가공 중에서 단조(Forging)가공은 고체인 금속재료를 가압 및 타발시켜 일정한 형상으로 가공하는 것으로 소재의 손실을 최소화하면서 원하는 형상의 제품을 성형하는 가공방법으로 자동차,선박,항공기 등과 같은 산업의 기초 핵심부품을 대량생산 할 수 있어 그 적용범위가 확대되어 가고 있는 실정이다.

특히,소성가공산업은 제품품질의 고급화가 가능하고 다른 제조공정으로 대체 곤란한 고기능,고품질 부품을 부품의 생산방식에 최적의 공정으로써 최근에는 기존 공정의 고도화 및 복합화 가공기술,신기술분야와의 융합에 따른 제품의 고기능화,고부가가치화의 추세에 따라 기술개발 및 실용화가 급속히 확산되고 있다.

상기와 같은 단조가공은 제조공법과 제조설비 등에 따라 열간단조,온간단조,냉간단조 등으로 구분할 수 있으며 이 중 열간단조는 금속유동성 향상과 작은 힘으로 큰 변형을 주어 조형을 용이하게 할 수 있는 장점으로 인하여 통상적으로 많이 사용되고 있다.

또한 냉간단조는 정형(Net Shape)성형이 가능하여 재료 이용률의 대폭적인 향상을 도모하고 후절삭 가공의 배제 및 절감을 이룩하여 자원과 에너지절감을 실현시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고 소재 가열에 따른 환경 유해적인 요소의 발생을 억제할 수 있어 친환경적인 공정으로 자동차 부품의 경우 고정밀도 부품의 생산이 가능한 장점이 있어 다품존 소량 생산이 주를 이루고 있다.

그러나 일부 부품의 경우 특별한 형상 특성에 의해 어느 하나의 통상적인 단조공법만으로는 생산이 불가능하여 단조가공과 기계가공 등을 병행하여 복합적으로 부품을 제조하기도 한다.

종래의 파이프의 단조가공 장치로는 특허등록 제10-1180262호(사방향 단조가공시스템 및 이를 이용한 사방향 단조방법)과 특허등록 제10-1187569호(파이프의 사방향 단조가공시스템 및 이를 이용한 사방향 단조방법) 등이 제시되었다.

상기 전자의 등록특허는 지지구조물 상에 좌,우측 이동레일을 설치하여 각각의 좌,우측 클램프를 설치하고 가공물을 지지하는 하나 이상의 서포터와 로딩기 및 언로딩기가 설치되며 단조가공하는 단조기기를 설치하고 로딩기와 언로딩기는 클램프,몸체,클램프 실린더,중심축,회전실린더 및 연결힌지를 포함하는 구조의 시스템이다.

상기 후자의 등록특허는 지지구조물 상에 좌,우측 이동레일을 설치하여 각각의 좌,우측 클램프를 설치하고 가공물을 지지하는 하나 이상의 서포터와 로딩기 및 언로딩기가 설치되며 단조가공하는 단조기기를 설치하고 좌,우측 클램프에 멘드릴을 설치하여 좌우이동시킬 수 있는 이동수단을 포함하는 구조의 시스템이다.

상기 전,후자의 등록특허는 4방향에서 동시에 가압 및 타발하여 주물,선삭가공에 비하여 강도가 증대되고 재료비가 절감되는 효과는 있으나 별도의 가열로에서 소재를 가열하는 불편함과 가열로 공간을 확보하여야 하는 문제가 있고 소재를 투입하고 배출할 때 클램프,몸체,클램프 실린더,중심축,회전실린더 및 연결힌지로 구성되는 로딩,언로딩기를 사용하고 각각의 서포터를 사용하므로 시스템의 구조가 복잡하고 설치공간의 점유율이 높아지며 유지보수에 따른 문제가 있으며 단조기기는 4방향에서 실린더를 가압 및 타발하여 가공하는데 4방향의 실린더의 스트로크,속도 및 하중제어의 동기화가 용이하지 않아 단조가공의 불량이 발생하는 문제가 발생하고 좌,우측 클램프와 맨드릴이 소재를 클램핑하여 단조기기로 인입시켜 소재를 회전하면서 가압 및 타발가공하는 공정에서 소재를 순차적으로 전진,회전시키면서 가공할 때 소재의 회전과 동시에 언클램핑하여 회전시키고 소재를 클램핑하여 타발(가압) 가공한 후 소재를 클램핑한 상태로 전진시키는 일련의 순차적인 작동이 일치하지 않아 소재가 뒤틀리는 불량이 발생하는 문제로 인하여 상기 시스템을 운용하지 못하고 있는 실정이다.

또한 상기의 시스템은 좌우 양측에 클램프와 멘드릴을 설치하여 단조기기를 통하여 가공하고 통과시킨 후 양측의 클램프가 동시에 소재를 클램핑시킨 상태로 단조가공할 경우에는 제품의 불량률이 더욱 증가하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출된 것으로 소재의 이송,공급,방향전환 및 배출 등의 작동을 로봇을 통하여 이루어지게 하고 고주파 가열로에서 소재를 가열하며 동기화된 6방향의 실린더가 장착된 단조대로 가공하며 소재의 클램핑,회전 및 전진을 스프링 죠(Spring Jaw) 타입의 회전공급장치를 적용하여 최소의 작업공간에서 소재를 가공할 수 있게 하고 6방향 실린더의 동기화로 소재의 가압,타발작동이 동일하게 이루어지게 하고 스프링 죠 타입 회전공급장치의 사용으로 소재의 타발(가압)시점과 회전시점이 일치하지 않더라도 보정해주므로 뒤틀림에 의한 소재의 불량을 억제할 수 있는 다방향 단조방식을 이용한 파이프의 가공장치를 제공할 수 있게 하였다.

본 발명은 단조대에 설치되는 6방향 실린더는 그 상부에 각각 모션센서가 설치되고 단조대의 상부에 설치된 서포터에 안치된 어큐뮤레이터와 유압펌프가 각각의 6방향 실린더에 연결되어 동기화시킬 수 있게 하고 회전공급장치의 클램프는 그 내부에 스프링과 스프링 블럭으로 연결시킨 스프링 죠 방식으로 설치되어 6방향 실린더의 타발시점과 회전공급장치의 회전시점을 보정할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

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그러므로 본 발명은 로봇,고주파가열로,단조대 및 회전공급장치(멘드릴)로 구성되는 단위가공장치로 구성하여 설비의 설치 공간점유률을 최소화하고 파이프 소재의 가공시간을 단축시키며 자동화시켜 작업 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 동기화된 단조대와 스프링 죠 클램프로 뒤틀림에 의한 제품의 불량율을 최소화할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

도 1 은 본 발명의 전체구조를 도시한 사시도
도 2 는 본 발명의 주요부분을 도시한 사시도
도 3 는 본 발명의 주요부분를 도시한 평면구조 개념도
도 4 은 본 발명의 주요부분를 도시한 정면구조 개념도
도 5 는 본 발명의 주요부분을 도시한 측면구조도
도 6는 본 발명 6방향 단조대의 상세구조도
도 7 는 본 발명 회전공급장치의 단면구조도

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1-2 은 본 발명의 전체 및 주용부분을 도시한 사시도로 베이스 프레임의 일측에 스프링죠 타입입의 클램프,멘드릴 및 서보모터가 설치된 회전공급장치를 설치하고 타측에 6방향 실린더가 설치된 실린더하우징으로 구성되는 단조대가 설치되며 그 후단에 로봇과 그 일측에 고주파 가열로 및 소재 적재대가 설치되고 타측은 제품 배출대가 설치된 구성을 도시하였고,도 3-4 는 본 발명의 주요부분을 도시한 평,정,측면구조 개념도로 단조대,회전공급장치,로봇,고주파 가열로,소재 적재대 및 제품 배출대 등의 배치와 구조 등을 하였으며,도 6 은 본 발명 6방향 단조대의 상세구조도로 실린더 하우징에 6방향 실린더가 설치된 구조를 도시하였고,도 7는 본 발명 회전공급장치의 단면구조도로 클램프의 내부에 스프링과 스프링 블럭에 의해 스프링 죠 타입으로 구성된 것을 도시하였다.

베이스 프레임(B) 상의 일측 선단에 스프링 죠 타입의 클램프(110)를 설치하되 그 내부로 인입되는 멘드릴(120)를 설치하고 서보모터(130)가 장착된 회전공급장치(100)를 설치하며 상기 베이스 프레임(B) 상의 타측 선단에 실린더 하우징(210)에 6방향 실린더(220)(220')가 설치된 단조대(200)를 설치하고 단조대(200)의 후단에 파이프 소재(M)를 이송,공급,방향전환 및 배출시키는 로봇(R)이 설치되며 그 일측에 파이프 소재(M)를 1,100℃까지 가열시키는 고주파 가열로(300)와 소재 적재대(400)를 설치하고 로봇(R)의 타측에는 제품 배출대(500)가 설치되는 다방향 실린더로 구성되는 단조대와 소재의 회전공급장치에 의해 파이프소재를 가공하는 장치에 있어서,

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상기 단조대(200)에 설치되는 6방향 실린더(220)(220')는 그 상부에 각각 모션센서(230)(230')가 설치되고 단조대(200)의 상부에 설치된 서포터(600)에 안치된 어큐뮤레이터(240)(240')와 유압펌프(250)(250')가 각각의 6방향 실린더(220)(220')에 연결되어 동기화시킬 수 있게 하고 회전공급장치(100)의 클램프(110)는 그 내부에 스프링(111)(111')과 스프링 블럭(112)(112')으로 연결시킨 스프링 죠 방식으로 설치되어 6방향 실린더(220)(220')의 타발시점과 회전공급장치(100)의 회전시점을 보정할 수 있게 하였다.

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이와 같이 된 본 발명은 다방향 실린더를 이용한 단조대와 소재의 회전공급장치에 의해 파이프 소재를 가공하는 장치에서 하나 이상의 실린더가 설치되는 단조대의 스트로크,성형속도 및 성형하중을 제어 시에 발생하는 각 실린더 간의 미동기화로 제품의 단조가공이 원활하게 이루어지지 않던 것을 각각의 실린더에 모션센서를 설치하고 어큐뮤레이터와 유압펌프를 일대 일로 대응되게 연결시켜 각 실린더의 동기화가 가능케 하고 소재의 회전공급장치에서 소재의 회전시점과 단조대의 타발시점의 편차가 발생하더라도 스프링 죠 타입의 클램프로 보정할 수 있게 하여 소재의 뒤틀림으로 인한 제품의 불량을 방지할 수 있으며 소재 적재대의 일측에 고주파 가열로를 설치하여 용이하게 소재를 가열하고 로봇에 의해 소재의 이송,공급,방향전환 및 배출 등의 작동을 자동으로 수행할 수 있는 파이프 가공장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 회전공급장치(100),단조대(200),로봇(R),고주파 가열로(300),소재 적재대(400) 및 제품 배출대로 구성된다.

상기 회전공급장치(100)는 클램프(110),멘드릴(120) 및 서보모터(130)로 구성되어 베이스 프레임(B)의 일측 선단에 설치되고 파이프 소재(M)를 클램핑하여 단조대(200) 측으로 전,후진 작동과 회전작동을 수행한다.

상기 클램프(110)는 도 7 과 같이 내측에 스프링(111)(111')과 스프링 블럭(112)(112')에 의해 연결시킨 스프링 죠 방식으로 설치되어 파이프 소재(M)를 단조대(200)로 공급할 때 소재(M)를 컨트롤러에 입력된 각도만큼 회전시킨다.

상기 클램프(110)의 회전작동은 단조대(200)에서 6방향 실린더(220)(220')가 타발작동을 완료한 후 클램프(110)가 언클램핑한 상태에서 회전하여야 오작동이 발생하지 않지만 상기의 작동이 원활하지 않을 때 즉,실린더(220)(220')의 타발시점과 클램프(110)의 회전시점이 동일하거나 클램프(110)가 언클램핑되지 않더라도 스프링(111)(111')과 스프링 블럭(112)(112')으로 결합된 스프링 죠 방식으로 인해 일정 각도의 회전량을 축적시켜 클램프(110)가 언클램핑된 후 원회전위치로 소재(M)를 회전시킨다.

상기와 같은 장치는 서보모터와 스핀들 유니트의 부하를 감소시키는 역활을 수행하고 별도의 구동력을 가지지 않고 내부 스프링으로만 동작하기 때문에 추가적인 유,공압장치나 전기장치가 요구되지 않는 것이다.

상기 멘드릴(120)은 클램프(110) 내부로 인입시켜 파이프 소재(M)의 내부로 삽입되게 하여 소재(M)를 지지한다.

상기 단조대(200)는 실린더 하우징(210)의 내부에 6방향 실린더(220)(220')가 설치되고 도 6 과 같이 각각의 실린더(220)(220') 상부에 모션센서(230)(230')를 설치하여 실린더(220)(220')의 스트로크,속도 및 하중을 체크하여 각각 설치된 어큐뮤레이터(240)(240')와 유압펌프(250)(250')에 의해 동기화 작동을 수행한다.

상기 로봇(R)은 가공하고자 하는 파이프 소재(M)를 소재 적재대(400)에서 고주파 가열로(300)로 이송하고 가열된 소재(M)를 회전공급장치(100)를 공급하며 소재의 가공부위에 따라 방향전환하고 가공완료된 소재(M)를 인출시켜 제품 배출대(500)로 이송시키는 작동을 자동으로 수행한다.

상기 고주파 가열로(300)는 파이프 소재(M)를 단시간에 1,100℃까지 가열하여 열간 단조공정을 수행할 수 있게 한다.

상기 소재 적재대(400)는 가공하고자 하는 파이프 소재(M)를 적재 및 안치시켜 가공을 대기한다.

상기 제품 배출대(500)는 가공 완료된 제품을 배출하여 적재시키는 것이다.

상기한 본 발명의 파이프 가공장치의 작동은 다음과 같다.

소재 적재대(400)에 안치된 파이프 소재(M)를 로봇(R)의 아암이 클램핑하여 고주파 가열로(300)로 이송시킨다.

고주파 가열로(300)에서 파이프 소재(M)를 열간단조를 위하여 1,100℃까지 가열시킨다.

가열된 파이프 소재(M)는 로봇(R)이 클램핑하여 일 측단을 회전공급장치(100)의 클램프(110)에 클램핑시키고 멘드릴(120)이 전진하여 파이프 소재(M)의 내부로 인입시킨 후 회전공급장치(100)가 전진하여 단조대(200)로 이동시킨다.

단조대(200)로 인입된 파이프 소재(M)의 일 측단은 실린더 하우징(210)에 장착된 6방향 실린더(220)(220')가 타발작동한다.

이때 어큐뮤레이터(240)(240')와 유압펌프(250)(250')가 연결된 각각의 실린더(220)(220')는 모션센서(230)(230')에 의해 실린더의 스트로크와 속도 및 하중을 체크하여 동기화시키므로 단조공정의 오작동을 방지한다.

상기의 일차 단조공정(가압,타발)이 완료되면 실린더(220)(220')는 원위치하고 회전공급장치(100)의 클램프(110) 고정척은 언클램핑되고 컨트롤러의 입력된 각도만큼 소재(M)를 회전시킨 다음 클램프(110)의 고정척은 클램핑시키고 실린더(220)(220')는 이차 단조공정을 수행한다.

상기와 같은 작동으로 소재(M)의 일측이 가공완료되면 회전공급장치(100)가 후진하고 멘드릴(120)을 소재(M)에서 인출시킨 후 로봇(R)이 소재(M)를 클램핑하면 클램프(110)는 언클램핑되어 소재(M)의 타측단이나 타부위의 가공이 필요한 경우에는 방향을 전환시켜 클램프(110)에 클램핑시켜 상기와 같은 단조공정을 재차 수행하고 가공이 완료될 경우에는 소재(M)를 인출하여 제품 배출대(500)로 적재시켜 가공을 완료하는 것이다.

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.

100: 회전공급장치 110: 클램프
120: 멘드릴 130: 서보모터
200: 단조대 210,210': 실린더 하우징
220,220': 6방향 실린더 300: 고주파 가열로
400: 소재 적재대 B: 베이스 프레임
M: 파이프 소재 R: 로봇

Claims (3)

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2. 베이스 프레임(B) 상의 일측 선단에 스프링 죠 타입의 클램프(110)를 설치하되 그 내부로 인입되는 멘드릴(120)를 설치하고 서보모터(130)가 장착된 회전공급장치(100)를 설치하며 상기 베이스 프레임(B) 상의 타측 선단에 실린더 하우징(210)에 6방향 실린더(220)(220')가 설치된 단조대(200)를 설치하고 단조대(200)의 후단에 파이프 소재(M)를 이송,공급,방향전환 및 배출시키는 로봇(R)이 설치되며 그 일측에 파이프 소재(M)를 1,100℃까지 가열시키는 고주파 가열로(300)와 소재 적재대(400)를 설치하고 로봇(R)의 타측에는 제품 배출대(500)가 설치되는 다방향 실린더로 구성되는 단조대와 소재의 회전공급장치에 의해 파이프소재를 가공하는 장치에 있어서,
   단조대(200)에 설치되는 6방향 실린더(220)(220')는 그 상부에 각각 모션센서(230)(230')가 설치되고 단조대(200)의 상부에 설치된 서포터(600)에 안치된 어큐뮤레이터(240)(240')와 유압펌프(250(250')가 각각의 6방향 실린더(220)(220')에 연결되어 동기화시킬 수 있게 하고 회전공급장치(100)의 클램프(110)는 그 내부에 스프링(111)(111')과 스프링 블럭(112)(112')으로 연결시킨 스프링 죠 방식으로 설치되어 6방향 실린더(220)(220')의 타발시점과 회전공급장치(100)의 회전시점을 보정할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 다방향 단조방식을 이용한 파이프의 가공장치.
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