KR101617674B1 - 유압식 파이프의 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이프 소재를 회전시키면서 전진 공급하고 콘형의 유압실린더로 타발하여 파이프를 가공하는 유압식 파이프의 성형장치에 관한 것으로 베이스 프레임(B) 상의 일측 선단에 가이드레일(10)을 따라 전,후진하는 스프링 죠 타입의 클램프(21)를 설치하고 서보모터(22)가 장착된 회전공급장치(20)를 설치하며 상기 베이스 프레임(B) 상의 타측 선단에 유압실린더(30)를 설치하되 상기 유압실린더(30)는 실린더튜브(33) 내부에 후단으로 멘드렐(40)이 삽입될 수 있는 피스톤 헤드(34)가 설치되고 그 선단에 금형가이드(32)에 콘형금형(31)이 결합된 상태로 설치되어 피스톤 헤드(34)가 전, 후진작동하면 콘형금형(31)ㅇ이 타발 작동하여 파이프 소재(P)를 성형가공할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

Description

유압식 파이프의 성형장치{Molding apparatus of the hydraulic pipe}

본 발명은 파이프 소재를 회전시키면서 전진 공급하고 콘형의 유압실린더로 타발하여 파이프를 가공하는 유압식 파이프의 성형장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고주파로 가열된 파이프 소재를 회전공급장치로 이송시키고 회전공급장치에서 소재를 전진 및 회전작동에 의해 콘형의 유압실린더로 점진적으로 공급하면 멘드렐과 유압실린더가 전,후진하면서 콘형 금형에 의해 타발 가공하여 파이프를 성형하는 장치에 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 가공장치로는 공개특허 제10-2004-0107543호(파이프 가공장치)와 특허등록 제10-0550978호(테이퍼 기울기를갖는 강재파이프 성형장치) 등이 제시되었다.

상기 전자의 공개특허는 골격을 이루는 작업대,작업대의 일단에 고정되고 구동모터에 의하여 회전되는 구동회전부와 작업대의 타단에 구비된 레일 위에 이동하면서 구동회전부의 감속기에서 연장 설치되는 구동회전축의 끝단에 설치된 구동척에 물려 있는 파이프의 회전에 따라 종동되도록 파이프를 물고 있는 종동척을 갖는 이송대로 이루어진 종동회전부로 이루어진 회전장치부,작업대 양측면에 구비된 레일 위를 이동하면서 파이프를 가공하는 데 필요한 압력을 공급하는 가압부,가압부로부터 압력을 받아 파이프에 직접 접촉하여 파이프 형상을 변화시키는 가압구,그리고 일련의 가공장치의 작동을 제어하는 제어부로 구성된다.

상기 후자의 등록특허는 전단부에 위치하여 소재의 선단이 소재성형부의 내측으로 이송하도록 소재를 밀어 넣는 소재이송부와,소재 외주면이 길이방향을 따라 일정한 테이퍼 기울기를 이룰수 있도록 인발하기 위하여 회전통을 포함하여 소재성형부를 구동시키는 회전통형구동부와,회전통형구동부에 의하여 회전하는 회전통과 소재가 이송하는 동안 외주면이 길이방향을 따라 일정한 테이퍼로 성형하는 소재성형부를 포함하는 구조이다.

상기 전자는 가공할 소재인 파이프의 양측 선단을 척으로 고정시켜 하나의 모터로 회전시키고 상기 척에 고정된 파이프의 양측에 다른 모터에 의해 레일을 따라 이동하는 가압구가 장착된 이동구로 구성되어 파이프는 양측이 고정된 상태에서 회전하고 이동구의 유압시린더가 가압구의 롤러를 양쪽에서 밀어 파이프를 가공하고 상기 이동구는 체인에 의해 레일 상에서 좌우로 이동하면서 파이프를 가공하는 것으로 소재의 양측을 클램핑하므로 가공소재의 선택이 제한적이면서 소재의 길이에 따라 설비의 설치공간에 제약이 있고 가압 롤러가 죄우로 이동하면서 소성변형에 의한 가공으로 가공정밀도가 저하되는 등의 문제가 있었다.

상기 후자는 소재이송부의 롤러로 소재를 이송하여 고주파 가열시킨 후 소재성형부로 공급하면 모터에 의해 회전하는 소재성형부의 회전통 내부에 장착된 장구형 롤러가 소재의 상하부에서 회전하면서 성형하는 것으로 종래 다수의 압입지그에 의해 포밍하던 것을 상하부에 2개의 장구형 롤러를 사용하여 한쪽 방향으로 일정한 테이퍼 기울기를 갖는 성형만을 가능케 한 장점은 있으나 다양한 형상의 파이프 가공 및 성형은 불가능한 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출된 것으로 고주파로 가열된 파이프 소재의 클램핑,회전 및 전진을 스프링 죠 타입의 회전공급장치를 적용하여 최소의 작업공간에서 소재를 가공할 수 있게 하고 콘형 금형과 멘드렐이 설치되는 유압실린더의 전,후진 작동으로 소재의 가압,타발작동을 동일하게 이루어지게 하고 스프링 죠 타입 회전공급장치의 사용으로 소재의 타발시점과 회전시점이 일치하지 않더라도 보정해주므로 뒤틀림에 의한 소재의 불량을 억제할 수 있는 유압식 파이프의 성형장치를 제공할 수 있게 하였다.

본 발명은 베이스 프레임 상의 일측 선단에 가이드레일을 따라 전,후진하는 스프링 죠 타입의 클램프를 설치하고 서보모터가 장착된 회전공급장치를 설치하며 상기 베이스 프레임 상의 타측 선단에 유압실린더를 설치하되 상기 유압실린더(30)는 실린더튜브(33) 내부에 후단으로 멘드렐(40)이 삽입될 수 있는 피스톤 헤드(34)가 설치되고 그 선단에 금형가이드(32)에 콘형금형(31)이 결합된 상태로 설치되어 피스톤 헤드(34)가 전, 후진작동하면 콘형금형(31)ㅇ이 타발 작동하여 파이프 소재(P)를 성형가공할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

또한 유압실린더는 실린더튜브의 전,후단에 각각 금형가이드 커버와 실린더로드 커버가 결합시키되 그 내부에 멘드렐이 삽입될 수 있는 피스톤 헤드가 설치되어 결합된 콘형금형과 금형가이드를 작동시킬 수 있게 하고 실린더로드 커버의 후단에 패스트 실린더 튜브와 패스트 실린더헤드로 결합되게 하며 콘형금형과 금형가이드는 하나 이상으로 분획시켜 구성하고 분획된 각각의 콘형금형과 금형가이드를 하나로 결합시킨 것을 특징으로 한다.

그러므로 본 발명은 회전공급장치와 콘형 유압실린더로 구성되는 단위 가공장치로 구성하여 설비의 설치 공간점유률을 최소화하고 파이프 소재의 가공 및 성형시간을 단축시키며 자동화시켜 작업 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 다수의 콘형금형과 스프링 죠 클램프로 뒤틀림에 의한 제품의 불량율을 최소화할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

도 1 은 본 발명의 전체구조를 도시한 구조개념도
도 2 는 본 발명 콘형 유압실린더의 전진작동 구조를 도시한 단면도
도 3 는 본 발명 콘형 유압실린더의 후진작동 구조를 도시한 단면도

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

도 1 은 본 발명의 전체구조를 도시한 구조개념도로 베이스 프레임 상의 양측에 회전공급장치와 콘형 유압실린더를 설치하여 파이프를 가공할 수 있게 한 구조를 도시하였고,도 2,3 는 본 발명 콘형 유압실린더의 전진 및 후진작동 구조를 도시한 단면도로 유압실린더의 각 부품의 결합구조와 전,후진 작동하면서 콘형금형이 소재를 타발하는 구조단면을 도시하였다.

파이프 소재(P)를 고주파로 가열하여 소재 공급장치로 공급하고 유압실린더로 성형하는 장치에 있어서,

베이스 프레임(B) 상의 일측 선단에 가이드레일(10)을 따라 전,후진하는 스프링 죠 타입의 클램프(21)를 설치하고 서보모터(22)가 장착된 회전공급장치(20)를 설치하며 상기 베이스 프레임(B) 상의 타측 선단에 유압실린더(30)를 설치하되 상기 유압실린더(30)는 실린더튜브(33) 내부에 후단으로 멘드렐(40)이 삽입될 수 있는 피스톤 헤드(34)가 설치되고 그 선단에 금형가이드(32)에 콘형금형(31)이 결합된 상태로 설치되어 피스톤 헤드(34)가 전, 후진작동하면 콘형금형(31)ㅇ이 타발 작동하여 파이프 소재(P)를 성형가공할 수 있게 한 구조이다.

상기 유압실린더(30)는 실린더튜브(33)의 전,후단에 각각 금형가이드 커버(35)와 실린더로드 커버(36)가 결합시키되 그 내부에 멘드렐(40)이 삽입될 수 있는 피스톤 헤드(34)가 설치되어 결합된 콘형금형(31)과 금형가이드(32)를 작동시킬 수 있게 하고 실린더로드 커버(36)의 후단에 패스트 실린더 튜브(37)와 패스트 실린더헤드(38)로 결합되게 한 구조이다.

상기 콘형금형(31)과 금형가이드(32)는 하나 이상으로 분획시켜 구성하고 분획된 각각의 콘형금형(31)과 금형가이드(32)를 하나로 결합시킨 구조이다.

도면 중 미 설명 부호 (50)(50')는 선,후단 포트이고 (51)(51')는 금형 가이드 키이다.

이와 같이 된 본 발명은 파이프 소재의 클램핑,회전 및 전진작동을 스프링 죠 타입의 회전공급장치를 적용하여 소재의 회전시점과 유압실린더의 타발시점의 편차가 발생하더라도 스프링 죠 타입의 클램프로 보정할 수 있게 하여 소재의 뒤틀림으로 인한 제품의 불량을 방지할 수 있고 죠 타입의 회전공급장치와 콘형 유압실린더로 설비가 구성되어 공감점유률과 작업공간을 최소화한 상태에서 소재를 가공할 수 있게 하며 콘형 금형과 멘드렐이 설치되는 유압실린더의 전,후진 작동으로 소재의 가압,타발작동을 동일하게 이루어지게 하고 파이프 소재의 가공 및 성형시간을 단축시키며 자동화시켜 작업 생산성을 향상시킬수 있는 유압식 파이프 성형장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 회전공급장치(20)와 콘형 유압실린더(30)로 구성된다.

상기 회전공급장치(20)는 클램프(21)와 서보모터(22)로 구성되어 베이스 프레임(B)의 일측 선단에 설치되고 파이프 소재(P)를 클램핑하여 가이드레일(10)을 따라 콘형 유압실린더(30) 측으로 전,후진 작동과 회전작동을 수행한다.

상기 클램프(21)는 내측에 스프링과 스프링 블럭에 의해 연결시킨 스프링 죠 방식으로 설치되어 파이프 소재(P)를 유압실린더(30)로 공급할 때 소재(P)를 컨트롤러에 입력된 각도만큼 회전시킨다.

상기 클램프(21)의 회전작동은 유압실린더(30)에서 도 2 와 도 3 에 도시된 바와 같이 피스톤 헤드(34)를 전,후진 작동하여 콘형금형(31)이 타발작동을 완료한 후 클램프(21)는 콘형금형(31)이 언클램핑한 상태에서 회전하여야 오작동이 발생하지 않지만 상기의 작동이 원활하지 않을 때 즉,콘형금형(31)의 타발시점과 클램프(21)의 회전시점이 동일하거나 콘형금형(31)이 언클램핑되지 않더라도 클램프(21)가 스프링과 스프링 블럭으로 결합된 스프링 죠 방식으로 인해 일정 각도의 회전량을 축적시켜 클램프(21)는 콘형금형(31)이 언클램핑된 후 원회전위치로 소재(P)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 유압실린더(30)는 실린더튜브(33)의 전단에 금형가이드 커버(35)를 결합시키고 후단에 실린더로드 커버(36)가 결합시킨다.

상기 실린더튜브(33) 내부에 후단으로 멘드렐(40)이 삽입될 수 있는 피스톤 헤드(34)가 설치되고 그 선단에 금형가이드(32)에 콘형금형(31)이 결합된 상태로 설치되어 피스톤 헤드(34)가 전,후진 작동하면 콘형금형(31)이 타발 작동하여 파이프 소재(P)를 성형할 수 있게 하고 실린더로드 커버(36)의 후단에는 패스트 실린더 튜브(37)와 패스트 실린더헤드(38)로 결합,구성되어 피스톤 헤드(34)를 전,후진 작동시킬 수 있게 하였다.

상기 콘형금형(31)과 금형가이드(32)는 하나 이상으로 분획시켜 구성하나 4개로 분획시키는 것이 바람직하고 분획된 각각의 콘형금형(31)과 금형가이드(32)를 볼트에 의해 하나로 결합시킨다.

상기와 같이 구성된 본 발명 성형장치의 작동은 다음과 같다.

소재 적재대에 안치된 파이프 소재(P)를 로봇이 클램핑하여 고주파 가열로로 이송시켜 1,100℃까지 가열시켜 열간단조를 준비한다

상기 가열된 파이프 소재(P)는 로봇이 클램핑하여 일 측단을 회전공급장치(20)의 클램프(21)에 클램핑시키고 전진하여 콘형 유압실린더(30)로 이동시킨다.

상기 콘형 유압실린더(30)로 인입된 파이프 소재(P)의 일 측단의 내부로 피스톤 헤드(34)의 후단 중앙에 설치된 멘드렐(40)의 선단이 인입되고 피스톤 헤드(34)의 테이퍼 면이 금형가이드(32)의 테이퍼 면을 밀어서 금형가이드(32)에 볼팅된 콘형금형(31)이 파이프 소재(P)를 도 2 와 같이 타발한다.

상기 파이프 소재(P)의 타발 완료 후 도 3 과 같이 피스톤 헤드(34)가 후진하면 콘형금형(31)이 볼팅된 금형가이드(32)가 벌어지면서 파이프 소재(P)의 선단이 개방된다.

이때 회전공급장치(20)가 파이프 소재(P)의 타 측단을 클램핑하고 있던 클램프(21)는 서보모터(22)에 의해 파이프 소재(P)를 컨트롤러에 입력된 각도만큼 회전시켜 다음 작업을 대기한다.

상기와 같은 작동을 반복하여 파이프 소재(P)의 요구하는 형상을 성형하는 것이다.

상기와 같은 작동으로 소재(P)의 일측이 가공완료되면 회전공급장치(20)가 후진하여 소재(P)에서 인출시킨 후 로봇이 소재(P)를 클램핑하면 클램프(21)는 언클램핑되어 소재(P)의 타측단이나 타부위의 가공이 필요한 경우에는 방향을 전환시켜 클램프(21)에 다시 클램핑시켜 상기와 같은 단조공정을 재차 수행하고 가공이 완료될 경우에는 소재(P)를 인출하여 제품 배출대로 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.

10: 가이드레일 20: 회전공급장치
21: 클램프 22: 서보모터
30: 유압실린더 31: 콘형금형
32: 금형가이드 33: 실린더튜브
34: 피스톤 헤드 35: 금형가이드 커버
36: 실린더로드 커버 37: 패스트 실린더 튜브
38: 패스트 실린더 헤드 40: 멘드렐
B: 베이스 프레임 P: 파이프 소재

Claims (3)

1. 파이프 소재(P)를 고주파로 가열하여 소재 공급장치로 공급하고 유압실린더로 성형하는 장치에 있어서,
   베이스 프레임(B) 상의 일측 선단에 가이드레일(10)을 따라 전,후진하는 스프링 죠 타입의 클램프(21)를 설치하고 서보모터(22)가 장착된 회전공급장치(20)를 설치하며 상기 베이스 프레임(B) 상의 타측 선단에 유압실린더(30)를 설치하되 상기 유압실린더(30)는 실린더튜브(33) 내부에 후단으로 멘드렐(40)이 삽입될 수 있는 피스톤 헤드(34)가 설치되고 그 선단에 금형가이드(32)에 콘형금형(31)이 결합된 상태로 설치되어 피스톤 헤드(34)가 전, 후진작동하면 콘형금형(31)이 타발 작동하여 파이프 소재(P)를 성형가공할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 유압식 파이프의 성형장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유압실린더(30)는 실린더튜브(33)의 전,후단에 각각 금형가이드 커버(35)와 실린더로드 커버(36)가 결합시키되 그 내부에 멘드렐(40)이 삽입될 수 있는 피스톤 헤드(34)가 설치되어 결합된 콘형금형(31)과 금형가이드(32)를 작동시킬 수 있게 하고 실린더로드 커버(36)의 후단에 패스트 실린더 튜브(37)와 패스트 실린더헤드(38)로 결합되게 한 것을 특징으로 하는 유압식 파이프의 성형장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 콘형금형(31)과 금형가이드(32)는 하나 이상으로 분획시켜 구성하고 분획된 각각의 콘형금형(31)과 금형가이드(32)를 하나로 결합시킨 것을 특징으로 하는 유압식 파이프의 성형장치.

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