KR101611372B1 - 중공소재용 예비 성형장치 - Google Patents

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Abstract

중공소재용 예비 성형장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 중공소재용 예비 성형장치는: 단면적이 가변되는 형상으로 형성되어 코깅된 중공소재의 가운데로 삽입되는 맨드릴바와, 맨드릴바가 삽입된 중공소재를 파지하여 맨드릴바가 수평방향을 향하도록 중공소재를 회전시키는 파지부 및 파지부에 의해 이동된 중공소재를 종방향으로 가압하여 중공소재를 단조 가공하는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

중공소재용 예비 성형장치{APPARATUS FOR PRELIMINARY FORMING OF HOLLOW MEMBER}
본 발명은 중공소재용 예비 성형장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 링 형상으로 성형되는 제품의 성형 불량률을 감소시킬 수 있는 중공소재용 예비 성형장치에 관한 것이다.
최근 화석연료를 대신할 새로운 에너지원으로서 태양에너지, 풍력에너지 등으로 대체하고자 하는 움직임이 활발하게 전개되고 있다. 풍력발전기는 블레이드로부터 전달되는 동력을 기어박스로 전달하는 로터 샤프트와 축 이음을 위한 링부재 등 중공소재를 구비한다. 풍력발전기에 사용되는 중공소재는 지속적인 피로하중 및 진동 등에 의한 가혹한 운전조건을 견딜 수 있어야 하므로 주로 단조에 의하여 생산된다.
일반적으로 풍력발전용 부품은 가열로에서 고온으로 가열한 강괴를 유압 프레스로 가압하여 업셋팅한다. 업셋팅 작업이 완료되면 소재를 유압 프레스의 상부다이 및 하부다이 사이에 위치시켜 횡측 길이방향을 따라 반복 가압하는 코깅(Cogging)작업을 수행한다. 코깅작업을 통해 소재의 두께는 작아지고 길이가 길어지게 된다. 이후 코깅된 소재의 가운데를 펀칭하는 예비성형을 실시한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0015137호(2011.02.15 공개, 발명의 명칭: 풍력발전용 메인샤프트 성형장치 및 이를 이용한 메인샤프트 제조방법)에 개시되어 있다.
종래에는 예비성형된 중공소재와 최종 제품으로 성형된 소재의 형상 차이가 클 경우, 예비성형된 중공소재를 추가 가공하는 작업에서 성형 불량률이 증가된다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 링 형상으로 성형되는 제품의 성형 불량률을 감소시킬 수 있는 중공소재용 예비 성형장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 중공소재용 예비 성형장치는: 단면적이 가변되는 형상으로 형성되어 코깅된 중공소재의 가운데로 삽입되는 맨드릴바와, 맨드릴바가 삽입된 중공소재를 파지하여 맨드릴바가 수평방향을 향하도록 중공소재를 회전시키는 파지부 및 파지부에 의해 이동된 중공소재를 종방향으로 가압하여 중공소재를 단조 가공하는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 맨드릴바는, 중공소재의 내측으로 삽입되는 맨드릴몸체 및 맨드릴몸체의 외측으로 돌출되어 중공소재의 내측에 오목한 형상의 홈을 형성하는 가압돌기부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 가압돌기부는, 맨드릴몸체의 외측에 볼록한 형상으로 돌출되는 것이 바람직하다.
또한 가압돌기부는 맨드릴몸체의 외주면을 따라 링 형상으로 설치되는 것이 바람직하다.
또한 가압돌기부는 맨드릴몸체의 길이방향을 따라 단수 또는 복수로 설치되는 것이 바람직하다.
또한 파지부는, 중공소재의 일측면을 파지하는 제1파지부재 및 제1파지부재와 마주하는 형상으로 설치되며 중공소재의 타측면을 파지하는 제2파지부재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 제1파지부재와 상기 제2파지부재는 판 형상으로 성형되는 것이 바람직하다.
또한 제1파지부재와 제2파지부재는, 맨드릴바가 수평방향을 향한 상태에서 설정된 각도로 중공소재를 회전시키는 것이 바람직하다.
또한 가압부는, 중공소재를 지지하는 하부금형 및 하부금형의 상측에 위치하며 상하 이동되어 중공소재를 가압하는 상부금형을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 가압부는, 상부금형을 관통하여 수직방향으로 설치되며, 상부금형의 상하 이동을 가이드하는 가이드부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 중공소재용 예비 성형장치는, 맨드릴바에 구비된 가압돌기부가 중공소재의 내측에 홈부를 예비 성형하므로, 단조 성형품으로 추가 가공하는 작업이 용이하게 이루어져서 제품의 성형 불량률을 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명은, 맨드릴바가 중공소재에 삽입된 상태에서 중공소재의 측면 둘레를 가압하므로 중공소재의 단조비를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공소재용 예비 성형장치의 요부구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압부의 내측에 중공소재가 이송된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멘드릴바가 중공소재의 가운데로 삽입되는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 하강하여 중공소재를 가압하는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 상승된 후 중공소재의 내측에 맨드릴바가 삽입된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파지부가 맨드릴바가 삽입된 중공소재를 파지하여 가압부의 외측으로 이동시키는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파지부가 맨드릴바가 수평방향을 향하도록 중공소재를 파지한 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 하강하여 맨드릴바가 삽입된 중공소재를 가압하는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 상승한 후 파지부가 중공소재를 소정각도 회전시키는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 하강하여 맨드릴바가 삽입된 중공소재를 가압하는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 중공소재용 예비 성형장치를 설명한다. 설명의 편의를 위해 풍력발전기의 부품 생산에 사용되는 중공소재용 예비 성형장치를 예로 들어 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공소재용 예비 성형장치의 요부구성을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압부의 내측에 중공소재가 이송된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멘드릴바가 중공소재의 가운데로 삽입되는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 하강하여 중공소재를 가압하는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 상승된 후 중공소재의 내측에 맨드릴바가 삽입된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파지부가 맨드릴바가 삽입된 중공소재를 파지하여 가압부의 외측으로 이동시키는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파지부가 맨드릴바가 수평방향을 향하도록 중공소재를 파지한 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 하강하여 맨드릴바가 삽입된 중공소재를 가압하는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 상승한 후 파지부가 중공소재를 소정각도 회전시키는 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형이 하강하여 맨드릴바가 삽입된 중공소재를 가압하는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공소재용 예비 성형장치(1)는, 단면적이 가변되는 형상으로 형성되어 코깅된 중공소재(10)의 가운데로 삽입되는 맨드릴바(20)와, 맨드릴바(20)가 삽입된 중공소재(10)를 파지하여 맨드릴바(20)가 수평방향(H)을 향하도록 중공소재(10)를 회전시키는 파지부(30)와, 파지부(30)에 의해 이동된 중공소재(10)를 종방향으로 가압하여 중공소재(10)를 단조 가공하는 가압부(40)를 포함한다.
풍력발전용 부품은 가열로에서 고온으로 가열한 강괴를 유압 프레스로 가압하여 업셋팅 한 후, 유압 프레스의 상부다이 및 하부다이 사이에 위치시켜 횡측 길이방향(D)을 따라 반복 가압하는 코깅(Cogging)작업을 수행한다. 코깅작업이 완료된 중공소재(10)는 원통형상으로 형성되며, 단조작업이 용이하도록 고온으로 가열된 상태이다.
중공소재(10)는 맨드릴바(20)가 삽입되는 일측면(12)과 타측면(14)이 중공소재(10)의 상측(이하 도 1기준)과 하측에 각각 위치한다. 중공소재(10)의 외측둘레는 원통형상으로 형성되어 외측부(16)를 형성한다.
맨드릴바(20)는 맨드릴바(20)의 길이방향(D)인 상하방향을 따라 단면적이 가변되는 형상으로 형성되며, 코깅된 중공소재(10)의 가운데로 삽입되어 중공소재(10)의 가운데에 중공 형상을 성형하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 맨드릴바(20)는 맨드릴몸체(22)와 가압돌기부(24)를 포함하며, 상부금형(44)에서 중공소재(10)가 위치하는 하부금형(42)을 향하여 상하방향으로 이동된다. 맨드릴몸체(22)는 중공소재(10)의 내측으로 삽입되어 중공소재(10)에 중공을 형성한다. 일 실시예에 따른 맨드릴몸체(22)는 원기둥 형상으로 형성된다.
가압돌기부(24)는 맨드릴몸체(22)의 외측으로 돌출되어 중공소재(10)의 내측에 오목한 형상의 홈을 형성하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 가압돌기부(24)는, 맨드릴몸체(22)의 외측에 볼록한 형상으로 돌출되며, 맨드릴몸체(22)의 외주면을 따라 링 형상으로 설치되거나 배흘림기둥 형상으로 설치된다.
일 실시예에 따른 가압돌기부(24)는 맨드릴몸체(22)의 중간부에서는 굵게 형성되며, 맨드릴몸체(22)의 상측과 하측으로 갈수록 점차적으로 가늘게 형성된다. 최종제품의 형상에 따라 가압돌기부(24)는 맨드릴몸체(22)의 길이방향(D)을 따라 단수 또는 복수로 설치되어 중공소재(10)의 내측에 단수 또는 복수의 홈을 형성한다. 중공소재(10)의 내측에 형성된 홈은 링 형상으로 형성된다.
파지부(30)는 맨드릴바(20)가 삽입된 중공소재(10)를 파지하여 맨드릴바(20)가 수평방향(H)을 향하도록 중공소재(10)를 회전시키는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 성형될 수 있다. 일 실시예에 따른 파지부(30)는 제1파지부재(32), 제2파지부재(34), 연장부재(36)를 포함한다.
제1파지부재(32)는 중공소재(10)의 일측면(12)을 파지하며, 제2파지부재(34)는 제1파지부재(32)와 마주하는 형상으로 설치되어 중공소재(10)의 타측면(14)을 파지할 수 있다. 또는 제1파지부재(32)와 제2파지부재(34)가 외측부(16)의 양측을 파지하여 중공소재(10)를 이동시킬 수 있다. 제1파지부재(32)와 제2파지부재(34)는 판 형상으로 성형되거나, 중공소재(10)의 외측형상을 따라 오목한 형상으로 성형될 수도 있다.
제1파지부재(32)와 제2파지부재(34)는 연장부재(36)에 각각 연결되며, 연장부재(36)는 구동장치에 연결되어 제1파지부재(32)와 제2파지부재(34)를 이동시킨다. 제1파지부재(32)와 제2파지부재(34)는 로봇팔에 연결되어 이동될 수 있으며, 별도의 자동화 구동장치에 연결되어 이동될 수 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.
또한 제1파지부재(32)와 제2파지부재(34)가 연장부재(36)에 연결되어 이동되는 상세 구성은, 단조제품을 성형에 종사하는 통상의 지식을 가진 자에게는 공지된 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1파지부재(32)와 제2파지부재(34)는, 맨드릴바(20)가 수평방향(H)을 향한 상태에서 설정된 각도로 중공소재(10)를 회전시키므로, 중공소재(10)의 외측부(16)를 따라 단조가 균일하게 이루어질 수 있다.
가압부(40)는 파지부(30)에 의해 이동된 중공소재(10)를 종방향으로 가압하여 중공소재(10)를 단조 가공하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 프레스장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 가압부(40)는 하부금형(42), 상부금형(44), 가이드부(46)를 포함한다. 하부금형(42)은 가압부(40)의 하측에 고정된 상태로 설치되며, 중공소재(10)의 하부를 지지한다.
상부금형(44)은 하부금형(42)의 상측에 위치하며, 상하로 이동되어 중공소재(10)를 가압하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상부금형(44)의 내측에는 맨드릴바(20)를 하측으로 이동시키는 이동장치(미도시)가 구비된다. 이동장치는 실린더 방식으로 동작되며, 상부금형(44) 내측에 구비된 맨드릴바(20)를 상부금형(44)의 하측으로 가압한다.
가이드부(46)는 상부금형(44)을 관통하여 수직방향으로 설치되며, 상부금형(44)의 상하 이동을 가이드하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 가이드장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 가이드부(46)는 봉 형상으로 형성되며, 가이드부(46)의 하측은 하부금형(42)에 고정된다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 '길이방향(D)', '수평방향(H)'은 방향을 나타내는 의미로 사용된다. 즉, 도 1에 도시된 실시예에서 '길이방향(D)'은 상하방향과 동일하며, '수평방향(H)'은 좌우방향 또는 좌우방향과 수평으로 직교하는 방향을 나타낸다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 가압돌기부(24)가 단수로 마련된 것을 예로 들어 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 가압돌기부(24)가 복수 개 설치하여도 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 있는 것은 물론이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 중공소재용 예비 성형장치(1)의 작동상태를 상세히 설명한다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 제1파지부재(32)와 제2파지부재(34)가 중공소재(10)의 외측부(16)를 파지한 후, 상부금형(44)과 하부금형(42)의 사이로 중공소재(10)를 이송시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 중공소재(10)가 하부금형(42)의 상측에 위치된 상태에서 상부금형(44)의 하측으로 맨드릴바(20)가 하강한다. 맨드릴바(20)는 중공소재(10)의 가운데로 삽입되면서 서서히 하강한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 맨드릴바(20)와 함께 상부금형(44)이 하강하여 중공소재(10)의 일측면(12)을 가압한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 중공소재(10)의 상측으로 상부금형(44)이 상승된 후, 상부금형(44)에서 떨어진 맨드릴바(20)가 중공소재(10)의 내측에 삽입된 상태를 유지한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 파지부(30)의 제1파지부재(32)와 제2파지부재(34)가 이동되어 맨드릴바(20)가 삽입된 중공소재(10)를 파지한 후 가압부(40)의 외측으로 이동시킨다. 이때 제1파지부재(32)는 중공소재(10)의 타측면(14)을 파지하며, 제2파지부재(34)는 중공소재(10)의 일측면(12)을 파지한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 파지부(30)는 맨드릴바(20)가 삽입된 중공소재(10)를 90도로 회전시킨다. 따라서 중공소재(10)에 삽입된 맨드릴바(20)가 수평방향(H) 또는 좌우방향을 향하도록 이동이 이루어진다.
도 8과 도 10에 도시된 바와 같이, 중공소재(10)에 삽입된 맨드릴바(20)가 수평방향(H) 또는 좌우방향을 향한 상태에서 상부금형(44)이 하강하여 맨드릴바(20)가 삽입된 중공소재(10)를 가압한다. 이때 중공소재(10)의 내측에 삽입된 가압돌기부(24)가 중공소재(10)의 내측에 오목한 홈부를 예비성형하므로, 중공소재(10)의 내측에 별도의 홈부 가공이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한 가압돌기부(24)와 상부금형(44)과 하부금형(42)에 의해 중공소재(10)의 내외측이 균일하게 가압되므로 단조비를 향상시킬 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 중공소재(10)에 삽입된 맨드릴바(20)가 수평방향(H) 또는 좌우방향을 향한 상태에서 상부금형(44)이 하강하여 중공소재(10)를 가압한 후 다시 상부금형(44)이 상승된 상태에서 파지부(30)가 동작되어 중공소재(10)를 소정각도 회전시킨다. 중공소재(10)가 회전된 후 다시 상부금형(44)이 하강하여 중공소재(10)의 외측부(16)를 가압하는 단조 작업이 반복된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 맨드릴바(20)에 구비된 가압돌기부(24)가 중공소재(10)의 내측에 홈부를 예비성형하므로, 중공소재(10)의 내측에 별도의 홈부 가공이 용이하게 이루어져서 중공소재(10)의 성형 불량률을 감소시킬 수 있다.
또한 맨드릴바(20)가 중공소재(10)에 삽입된 상태에서 중공소재(10)의 측면 둘레를 가압하므로 중공소재(10)의 단조비를 높일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 풍력발전기의 부품 생산에 사용되는 중공소재용 예비 성형장치를 예로 들어 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 중공형 소재를 생산하는 다른 생산공장에서도 본 발명에 의한 중공소재용 예비 성형장치를 사용할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 중공소재용 예비 성형장치
10: 중공소재 12: 일측면 14: 타측면 16: 외측부
20: 맨드릴바 22: 맨드릴몸체 24: 가압돌기부
30: 파지부 32: 제1파지부재 34: 제2파지부재 36: 연장부재
40: 가압부 42: 하부금형 44: 상부금형 46: 가이드부
D: 길이방향 H: 수평방향

Claims (10)

  1. 단면적이 가변되는 형상으로 형성되어 코깅된 중공소재의 가운데로 삽입되는 맨드릴바;
    상기 맨드릴바가 삽입된 상기 중공소재를 파지하여 상기 맨드릴바가 수평방향을 향하도록 상기 중공소재를 회전시키는 파지부; 및
    상기 파지부에 의해 이동된 상기 중공소재를 종방향으로 가압하여 상기 중공소재를 단조 가공하는 가압부;를 포함하며,
    상기 맨드릴바는, 상기 중공소재의 내측으로 삽입되는 맨드릴몸체; 및
    상기 맨드릴몸체의 외측으로 돌출되어 상기 중공소재의 내측에 오목한 형상의 홈을 형성하는 가압돌기부;를 포함하며,
    상기 가압돌기부는, 상기 맨드릴몸체의 외주면을 따라 링 형상으로 설치되며, 상기 맨드릴몸체의 외측에 볼록한 형상으로 돌출되며,
    상기 파지부는, 상기 중공소재의 일측면을 파지하는 제1파지부재; 및
    상기 제1파지부재와 마주하는 형상으로 설치되며, 상기 중공소재의 타측면을 파지하는 제2파지부재;를 포함하며,
    상기 제1파지부재와 상기 제2파지부재는, 상기 맨드릴바가 수평방향을 향한 상태에서 설정된 각도로 상기 중공소재를 회전시키는 것을 특징으로 하며,
    상기 가압부는, 상기 중공소재를 지지하는 하부금형; 및
    상기 하부금형의 상측에 위치하며, 상하 이동되어 상기 중공소재를 가압하는 상부금형;을 포함하며,
    상기 상부금형의 내측에는 상기 맨드릴바를 하측으로 이동시키는 이동장치가 구비되며, 상기 이동장치는 실린더 방식으로 동작되는 것을 특징으로 하는 중공소재용 예비 성형장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압돌기부는 상기 맨드릴몸체의 길이방향을 따라 단수 또는 복수로 설치되는 것을 특징으로 하는 중공소재용 예비 성형장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1파지부재와 상기 제2파지부재는 판 형상으로 성형되는 것을 특징으로 하는 중공소재용 예비 성형장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압부는, 상기 상부금형을 관통하여 수직방향으로 설치되며, 상기 상부금형의 상하 이동을 가이드하는 가이드부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공소재용 예비 성형장치.
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