KR101685483B1 - 가변형 콘 성형용 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가압부재가 구비된 상부프레스; 및 상기 상부프레스 하부에, 소정의 이격간격(d)을 두고 상호 대향하는 한 쌍의 베이스가 구비된 하부다이를 포함하고, 상기 베이스는, 일측 상면이 상기 베이스상에 힌지핀으로 고정된 힌지플레이트; 상기 힌지플레이트의 타측 측면을 지지하는 지지가이드; 및 상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에 구비되는 각도조절유닛; 을 포함하는 가변형 콘 성형용 금형에 대한 것으로, 가변형 가압부재 및 각도조절유닛을 활용한 곡률의 치수조정이 가능해 양단의 곡률반경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 대형관 또는 곡면판 성형이 가능한 효과가 있다.

Description

가변형 콘 성형용 금형{A variable shaping mold for cone}

본 발명은 가변형 콘 성형용 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대형 금속판재에 압력을 가해 다양한 곡률을 가지는 관 형상으로 성형하는 가변형 콘 성형용 금형에 관한 것이다.

일반적으로 금속 관은 제작하고자 하는 관의 직경이나 소재의 두께를 고려하여 압출기로 뽑아내거나, 벤딩머신을 이용해 일정한 곡률로 성형된 판재를 이어 용접해 제작할 수 있다.

그러나 특수 플랜트, 대형 선박, 유정설비 등에 특수한 목적으로 사용되는 두께가 두껍고 대구경인 관을 제작하기 위해서는 압출 자체가 불가능하고, 공지된 압출기나 벤딩머신으로는 입출구의 직경이 다른 대형 관의 제작도 어렵다.

또한 벤딩머신을 이용하는 경우, 두께가 70mm이고 직경이 700mm 이상인 대형 관을 형성하려면 대형 금속판재를 롤러로 벤딩해야 하는데, 이론적으로 롤러의 직경 역시 적어도 600~700mm 이상의 충분한 치수를 가져야 금속판재를 파손하지 않고 벤딩 작용이 가능하다. 그리고 두께가 두꺼운 금속판재를 벤딩머신에서 벤딩하는 경우, 롤러 자체에 무리가 가 휘거나 파손될 가능성이 있으며, 따라서 완성된 관의 직경이 700mm가 되는 관은 현실적으로 제작이 힘들다.

또한 공지된 벤딩머신으로는 원기둥 형상의 관만 제작 가능하고, 입출구 직경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 원뿔기둥 형상의 관이나 콘(cone) 형상의 관은 제작이 사실상 불가능하다.

한편, 상기한 벤딩머신 외에 원심주조법을 통해 대형 관을 제작할 수는 있으나 이는 완제품의 강도가 취약하고 내구성이 떨어져 사양을 만족시키기 어려우며, 다양한 규격을 가지는 대형 관을 제작하기 위해서 제조 금형의 치수 또한 저마다 달리 해주어야 하므로 제조 비용과 시간 소모가 크다는 문제점이 있다.

따라서, 하나의 성형장치 만으로도 대형 금속판재의 곡면 성형이 가능하고, 곡률 치수조정이 용이해 입출구 직경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 대형관 또는 곡면판 형성이 가능한 가변형 콘 성형용 금형의 개발이 필요하게 되었다.

대한민국 등록특허공보 제0465427호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 대형의 두꺼운 금속판재에 압력을 점진적으로 가해 곡면 성형하는 가변형 콘 성형용 금형을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 곡률 치수조정이 가능해 하나의 성형장치 만으로도 입출구 직경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 대형관의 형성이 가능한 가변형 콘 성형용 금형을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 가압부재가 구비된 상부프레스; 및 상기 상부프레스 하부에, 소정의 이격간격(d)을 두고 상호 대향하는 한 쌍의 베이스가 구비된 하부다이를 포함하고, 상기 베이스는, 일측 상면이 상기 베이스상에 힌지핀으로 고정된 힌지플레이트; 상기 힌지플레이트의 타측 측면을 지지하는 지지가이드; 및 상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에 구비되는 각도조절유닛; 을 포함하는 가변형 콘 성형용 금형을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 가압부재는, 하부에 길이방향으로 형상된 하부 가압면 및, 측면에 지면과 수직한 방향으로 각도조절되는 각도조절부를 더 포함하는 가변형 콘 성형용 금형을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 힌지플레이트의 타측 측면과 인접한 상기 지지가이드 측면에는, 경사면 및 가이드홈을 더 포함하는 가변형 콘 성형용 금형을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 각도조절유닛은, 상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에 구비되는 힌지가이드; 상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에서 가이드되며 상기 힌지플레이트의 각도를 조절하는 핀부; 및 상기 핀부의 위치를 조절하는 샤프트부; 를 포함하는 가변형 콘 성형용 금형을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 힌지가이드는, 반원형의 몸체; 상기 몸체의 직선측면에 구비되는 가이드홈; 및 상기 몸체를 힌지고정하는 고정수단; 을 포함하는 가변형 콘 성형용 금형을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 핀부는, 일단은 상기 샤프트부에 고정되고 타단으로 갈수록 단면적이 좁아지는 핀 형상이며, 양측면에 클램프를 포함하는 가변형 콘 성형용 금형을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 샤프트부는, 일단은 상기 핀부에 고정되고 타단은 상기 베이스 상에 고정되며, 구동장치에 의해 축방향 왕복운동하는 가변형 콘 성형용 금형을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형은 대형의 두꺼운 금속판재에 압력을 점진적으로 가해 곡면 성형하는 한편, 곡률 치수조정이 가능해 하나의 성형장치 만으로도 입출구 직경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 대형관 또는 곡면판 성형이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 대형 관 성형장치를 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형을 도시한 사시도이고 도 2b는 도2a의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형의 상부프레스를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형의 하부다이를 도시한 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형의 하부다이의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형의 작동상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저 종래의 벤딩머신에 의해서는 두께가 40mm 이상인 강판을 이용해 직경이 700mm 이상인 대형 관을 제작하는 것이 사실상 어렵다. 왜냐하면 금속판재를 가압해 벤딩하려면 롤러의 직경 역시 제조하고자 하는 대형관의 직경에 상응하도록 해야 하는데, 금속판재의 고유 두께 때문에 원하는 사양의 직경으로 제조하기도 힘들 뿐만 아니라, 롤러의 파손을 야기할 수 있기 때문이다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 대형 금속판재를 원주방향으로 점진적으로 가압해 벤딩한 후, 마주보는 양단을 용접하여 원형 관을 만들 수 있다.

도 1은 종래의 대형 관 성형장치를 도시한 도면이다.

종래에 두께가 40mm 이상인 강판을 이용해 직경이 700mm 이상인 대형 관을 제작하기 위해서는, 도 1을 참조한 바, 프레스 베드(1) 위에 서로 대향하여 마주보는 고정되는 지지대(10)가 마련되어, 상기 지지대 사이에 놓이는 금속판재(500)의 위치를 순차적으로 이동해가며 점진적으로 가압해 벤딩하게 된다.

이때, 상기 금속판재(500)가 마주보는 지지대 사이에는 환봉(140)이 일정간격 이격되어 위치하고 그 사이공간으로, 푸셔(20)를 가압해 금속판재를 일정간격마다 이동하며 점진적으로 원형의 관 형상을 가지도록 벤딩시키게 된다.

그러나, 상기 공지된 관 성형장치로는 가압간격의 조절이 어려우므로 완제품의 치수가 부정확하고 성형한 뒤 빈번한 교정작업이 이루어져야 하는 문제점이 있으며, 원기둥 형상의 관만 제작 가능하고 입출구 직경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 원뿔기둥 형상의 관이나 콘(cone) 형상의 관은 제작이 사실상 불가능하다.

따라서, 본 발명에서는 하나의 성형장치 만으로도 대형 금속판재의 곡면 성형이 가능하고, 곡률 치수조정이 용이해 입출구 직경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 대형관 또는 곡면판 형성이 가능한 가변형 콘 성형용 금형을 제공하고자 한다.

도 2a는 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형을 도시한 사시도이고 도 2b는 도 2a의 측면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형의 상부프레스를 도시한 측면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형의 하부다이를 도시한 평면도이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형의 하부다이의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 2a 및 도 2b를 참조한 바, 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형은,

가변형 가압부재(110)가 구비된 상부프레스(100); 및

상기 상부프레스 하부에, 소정의 이격간격(d)을 두고 상호 대향하는 한 쌍의 베이스(220)가 구비된 하부다이(200)를 포함하고,

상기 베이스(220)는,

일측 상면이 상기 베이스상에 힌지핀(231)으로 고정된 힌지플레이트(230);

상기 힌지플레이트의 타측 측면을 지지하는 지지가이드(240); 및,

상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에 구비되는 각도조절유닛(300); 을 포함할 수 있다.

이때, 상기 힌지플레이트의 타측 측면과 인접한 상기 지지가이드(240) 측면은 경사면(241)으로 이루어지고 가이드홈(242)을 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는 하부다이의 작동상태에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

한편, 상기 한 쌍의 베이스(220)는 사이 이격간격(d)을 적절하게 조정하여 배치할 수 있도록, 상기 한 쌍의 베이스(220)는 베드(210) 상에 고정시킬 수 있다.

또한, 상기 상부프레스(100)에서 상기 가변형 가압부재(110)의 하부 가압면은 상기 상호 대향하여 구비되는 한 쌍의 하부베이스(220) 사이 이격공간과 같은 선상에 위치하여, 상기 한 쌍의 하부베이스(220) 사이에 놓이게 되는 판재(p)의 위치를 이동해가며 이격공간 사이를 눌러 가압해 벤딩하게 된다.

또한, 상기 가변형 가압부재(110)는 하부에 길이방향으로 형상된 하부 가압면 및, 측면에 지면과 수직한 방향으로 각도조절되는 각도조절부(120)를 포함할 수 있다.

상기 각도조절부(120)는, 상기 가변형 가압부재(110)를 지면과 수직한 방향으로 (xz평면 상에서) 각도조절 가능하도록 위한 장치이다.

이때, 상기 가변형 가압부재(110)가 지면과 수직한 방향으로 각도조절 가능하다는 것은, 도 2a 및 도 3에 도시한 좌표계를 참조한 바 상기 가변형 가압부재(110)의 길이방향(x축)과 지면에 수직한 방향(z축)인 xz평면 상에서 각도조절 가능하다는 것으로, 본 발명의 실시예에서 상기 각도조절부(120)는 가변형 가압부재의 일측과 타측에서 지면으로부터의 높이(h)를 달리하는 방법으로 각도조절(θ1)이 가능하도록 구비된다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에서 상기 각도조절부(120)는, 일측에는 지면에 평행하고 가압부재의 길이방향과 수직한 방향, 즉 도 2a 및 도 3을 참조한 바 y축 방향으로 상기 상부프레스에 고정되는 힌지축(121)을 포함하고, 타측에는 상기 상부프레스와의 고정이 높이조절 가능하도록 구비되는 체결부(122)를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 상기 가변형 가압부재(110)가 지면과 수직한 방향으로 각도조절 가능하도록 구비되는 이유는, 판재의 곡면성형 시에 곡률 치수조정이 용이하도록 하기 위함이다. 예를 들어, 입출구 직경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 대형관, 즉 콘(cone) 또는 원뿔대 형상으로 성형하는 경우 관의 입출구 직경이 다르므로 가압해야하는 힘을 다르게하여 상이한 곡률로 벤딩이 이루어져야 한다. 이에 대한 내용은 하부다이(200)의 작동상태에 대한 도 5a 및 도 5b에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

계속해서, 상기 각도조절유닛(300)은,

상기 힌지플레이트(230)의 타측 측면과 상기 지지가이드(240) 사이에 구비되는 힌지가이드(310);

상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에서 가이드되며 상기 힌지플레이트의 각도를 조절하는 핀부(320); 및

상기 핀부(320)의 위치를 조절하는 샤프트부(330); 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 힌지가이드(310)는,

반원형의 몸체(311);

상기 몸체의 직선측면에 구비되는 가이드홈(312); 및

상기 몸체를 힌지고정하는 고정수단(313)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 반원형의 몸체(311)는 상기 힌지플레이트(140)의 타측 측면에 삽입되고, 상기 몸체(311)의 직선측면은 상기 지지가이드(240) 경사면(241)에 인접한 상태로 구비된다.

이때, 상기 힌지가이드(310)는 상기 지지가이드와 인접한 부분에 가이드홈(312)을 포함하고, 상술한 지지가이드(240) 역시 상기 힌지가이드와 인접한 부분에 가이드홈(242)을 포함한다. 즉, 상기 힌지가이드(310) 및 상기 지지가이드(240)가 인접하는 부분에는 각각 가이드홈이 구비될 수 있다.

이때, 상기 핀부(320)는, 일단은 상기 샤프트부(330)에 힌지 고정핀(321)에 의해 고정되고 타단으로 갈수록 단면적이 좁아지는 핀 형상으로 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 핀부(320)는 양측면에 각각 클램프(322)를 포함하여, 상기 클램프(322)가 상술한 각각의 가이드홈(242, 312)에 맞물려 슬라이드 된다.

계속해서, 상기 샤프트부(330)는, 일단은 상기 핀부(320)에 고정되고 타단은 상기 베이스(220) 상에 고정되며, 별도의 액추에이터와 같은 구동장치(미도시)에 의해 샤프트(330)의 축방향 왕복운동을 하게 된다.

이에 따라, 상기 샤프트부의 일측에 고정된 핀부(320) 역시 축방향 왕복운동하며 상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이공간에서 왕복운동을 하며 가이드되며 상기 힌지플레이트의 각도를 조절하게 된다.

한편, 힌지플레이트(141)와 상기 지지가이드 경사면(241) 사이에 구비된 힌지가이드(310)는 상기 고정수단(313)에 의해 힌지 가능하도록 회동되며, 즉 상기 핀부(320)가 상기 힌지플레이트(141)와 지지가이드(240) 사이에서 가이드될 때 각도(α1 → α2)가 변위하기 때문에, 변위하는 각도에 따라 상기 힌지가이드의 몸체(311)가 회동하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서 상기 핀부(320)가 축방향 이동하며 상기 힌지플레이트와 지지가이드 사이에서 가이드될 때 각도가 변위하더라도 회동하는 힌지가이드의 몸체(311)는 이를 지지할 수 있게 된다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형의 하부다이의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조한 바, 상기 힌지플레이트(230)의 각도 조절은, 힌지플레이트 일측이 힌지핀(231)에 의해 회동가능하게 고정되고, 힌지플레이트 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에서 핀부(320)가 가이드될 때, 상기 핀부(320)가 상기 지지가이드에 슬라이드 지지된 상태로 상기 서로 대향하는 한 쌍의 힌지플레이트의 타측 측면방향으로 밀어내는 힘(P)이 작용하여 이루어지게 된다.

이때, 상기 밀어내는 힘(P)은 상호 마주보는 한 쌍의 힌지플레이트(230) 사이간격(d)을 향해 작용하게 된다. 즉, 상기 힌지플레이트의 일측은 힌지핀(231)에 의해 고정된 상태인 반면, 상기 핀부(320)가 x축방향고 근접하게 이동하면서 힌지플레이트의 타측 측면만을 마주보는 한 쌍의 힌지플레이트 사이간격(d)을 향해 밀어내는 힘(P)이 작용하므로 상기 한 쌍의 힌지플레이트(230)의 타측 마주보는 면의 폭이 좁아지며(d2) 각도가 조절되는 것이다.

이를 도 5a 및 도b를 비교하면, 서로 대향하는 한 쌍의 힌지플레이트(230)의 일측은 힌지핀(231)에 의해 고정되어 있으므로 사이간격(d)이 변화가 없는 반면, 상기 서로 대향하는 한 쌍의 힌지플레이트(230)의 타측 사이간격은 d2로 좁아지게 되는 것이다.

다음으로, 상기 핀부(320)의 왕복운동에 따른 힌지플레이트의 각도조절 과정을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 상기 힌지플레이트(230)의 각도조절을 위해, 샤프트부(330)의 액추에이터(미도시)를 작동시켜 샤프트부와 상기 샤프트부의 일측에 고정된 핀부(320)를 축방향 이동시킨다.

이때, 본 발명의 실시예에서 상기 샤프트부(330)의 축방향 이동이라 함은, 지면과 수평한 xy평면 상에서 x축 양의방향에 근접한 상태로 운동하는 것을 의미한다.

상기 샤프트부의 축방향 이동에 따라, 상기 샤프트부의 일측에 고정된 핀부(320) 역시 지지가이드(240)의 경사면(241)을 따라 x축 양의방향에 근접한 상태로 축방향 이동하되, 각도가 α1 → α2로 변위되며 가이드 되어진다.

한편, 상기 한 쌍의 지지가이드(240)의 경사면(241)이 x축과 이루는 각은 도 도 5a 및 도 5b를 참조한 바, 힌지플레이트(230)의 타측(x축 양의방향)으로 갈수록 좁아지는 형상이며, 상기 핀부(320)의 형상 역시 단부로 갈수록 좁아지는 핀 형상이다. 따라서, 상기 핀부가 x축 양의 방향으로 점점 슬라이드 될수록, 상기 지지가이드(240)와 힌지플레이트(230)의 사이공간에 진입하는 핀부의 몸체폭이 증가하므로 결국, 상기 한 쌍의 서로 대향하는 힌지플레이트(230)의 타측 측면의 사이거리(d)가 d1에서 d2로 좁아지는 것이다.

이때 상기 핀부(320)가 상기 경사면(241)을 따라 가이드 되면서 x축과 이루는 각 역시 α1 에서 α2로 증가변위하며 축방향 각도가 약간 틀어진 상태로 가이드되어진다.( α1< α2)

한편, 상기 힌지플레이트(141)와 상기 지지가이드 경사면(241) 사이에 구비된 힌지가이드(310)는 상기 고정수단(313)에 의해 힌지 가능하도록 회동되며, 따라서 상기 핀부(320)가 상기 힌지플레이트(141)와 지지가이드(240) 사이에서 가이드될 때 각도(α1 → α2)가 커지며 변위하기 때문에, 커지는 각도에 따라 상기 힌지가이드의 몸체(311)가 회동하며 힌지플레이트를 지지하며 가이드가 이루어진다.

한편, 상기 핀부(320)는 양측면에 클램프(322)를 포함하고, 상기 양측 클램프(322)가 각각 상기 지지가이드의 가이드홈(242) 및 상기 힌지가이드의 가이드홈(312)에 각각 맞물려 이탈하지 않고 상기 지지가이드와 힌지플레이트 사이공간을 슬라이드하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 각도조절유닛(300)에 의해 각도조절되는 상기 힌지플레이트(230)는, 상기 가변형 가압부재(110)가 지면과 수직한 방향(xz평면)으로 각도조절되는 것과 달리, 지면에 수평한 방향(xy평면)으로 각도조절 가능하게 구비된다.

즉, 도 2a 및 도 4에 도시한 좌표계를 참조한 바 상기 각도조절유닛(300)의 샤프트(330)는 xy평면 상에서 샤프트 축방향 왕복운동을 하게 되고, 상기 샤프트(330)의 왕복운동에 따라 상기 샤프트 일측에 고정된 상기 핀부(32)가 상기 지지가이드(240) 및 상기 힌지플레이트(230) 사이에서 가이드되며 왕복운동하게 되는것이다.

이때, 상기 힌지플레이트(230)와 상기 지지가이드(240) 사이에서 가이드되는 핀부(230)는, 상기 지지가이드(240)의 경사면(241)을 따라 가이드되면서 xy평면 상에서 각도(α1 → α2)가 변위되며 가이드 되어진다.(도 5a 및 도 5b 참조)

한편, 본 발명에서 상기 힌지플레이트(230)의 각도조절을 위한 핵심적인 구성이, 상기 힌지플레이트를 외측에서 지지하는 지지가이드(240) 및 xy 평면상에서 각도변위가 이루어지는 각도조절유닛(300)을 포함하는 것이다.

상기 힌지플레이트의 각도조절을 위해, 상기 각도조절유닛을 없애고 상기 지지가이드 위치에 이를 대신해서 단순한 액추에이터를 y축 방향으로 배치할 수도 있으나, 그렇게 되면 상부프레스(130)가 가압하는 z축 방향의 힘이 수백톤에 달하는 힘을 견딜 수 없기 때문에 힌지플레이트가 각도조절된 상태로 액추에이터에 의해 고정되더라도 상부프레스의 힘을 버티지 못하고 과부하가 걸려 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 상기 힌지플레이트가 각도조절된 상태로 지지되는 액추에이터의 성능을 상부프레스의 가압력에 견딜만큼 크게 설정해야 하므로 비용면에서 비효율적이다.

이와 같이, 하부다이의 상호 마주보는 한 쌍의 힌지플레이트의 회전각도를 조절해 y축 단일 방향에서 각각의 액추에이터를 통해 고정하는 힘에 비해, 본 발명의 실시예에서는 하부다이의 상호 마주보는 한 쌍의 힌지플레이트를 y축 단일방향이 아닌 xy 평면 상에서 분산시켜 준다.

따라서, 본 발명에서는 x축 방향으로는 샤프트부(330)의 액추에이터가 지지하는 힘이 작용하고, 동시에 y축 방향으로도 지지가이드(240)의 측면 경사면(241)이 힘을 지지해 주므로, 상기 프레스가 가압하는 하중을 x축과 y축 방향의 힘으로 적절히 분산시켜 성능이 낮은 액추에이터를 적용하더라도 상부프레스가 가압하는 과정에서 각도조절된 상태의 힌지플레이트의 안정적인 고정이 가능한 효과가 있는 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면 종래의 벤딩머신이 직경이 일정한 원기둥 형상의 관만 제작할 수 있는 것과 비교해, 본 발명은 입출구 직경이 상이한 대형 관이나 곡률이 변하는 곡면판의 벤딩도 가능하다.

즉, 본 발명은 금형을 바꾸지 않고 하나의 성형장치 만으로도 입출구 직경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 대형관 또는 곡률이 변하는 곡면판의 형성이 가능하다.

계속해서, 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형으로 입출구 직경이 같거나, 양단부의 곡률이 같은 곡면판을 성형하기 위한 방법을 도 3 및 도 5a를 통해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3을 참조하면, 상기 가변형 콘 성형용 금형의 상부프레스(100)는, 가압부재(110)의 각도(θ)를 지면과 평행하게 0도를 이루도록 각도조절부(120)로 조정한다. 즉 xz평면상에서 각도가 0이 되도록 조절한다.

또한, 도 5a를 참조하면, 상기 하부다이(200)에 소정의 이격간격(d)을 두고 상호 대향하는 한 쌍의 베이스(220)에 구비된 힌지플레이트(230)의 각도(α) 역시 0이 되도록 각도조절유닛(300)을 조절한다. 이때, 상기 각도조절유닛(300)의 샤프트부(330)의 액추에이터가 작동하지 않는 초기상태의 경우에 힌지플레이트(230)의 타측 측면이 x축과 이루는 각도(α)를 0으로 초기세팅하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 상부프레스의 가압부재의 각도 및 하부다이의 힌지플레이트의 각도를 0으로 세팅한 상태에서, 판재(p)를 순자척으로 진입하여 입출구의 직경이 같은 대형관 또는 양단부의 곡률이 같은 곡면판을 성형할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형으로 입출구 직경이 상이한 대형 관이나 곡률이 변하는 곡면판을 성형하기 위한 방법을 도 6a 및 도 6b를 통해 설명하면 다음과 같다.

도 6a는 입출구 직경이 상이한 대형 관이나 양단의 곡률반경이 상이한 곡면판을 성형하는 방법을 도시한 도면이고, 도 6b는 그 모식도이다.

도 6b는, 다양한 전개각도를 가지는 평판의 판재(P)를 양단부가 상이한 곡률반경을 곡면판(P')으로 성형하는 방법을 나타낸 모식도이며, 즉, 성형하고자 하는 곡면판(P')의 곡률반경이 작은 쪽을 R1, 큰 쪽을 R2라고 했을 때(R1<R2)의 곡면판(P') 성형방법을 도 6a에 도시하였다.

먼저, 도 3을 참조하면, 상기 가변형 콘 성형용 금형의 상부프레스(100)는, 가압부재(110)의 각도를 지면과 일정한 각(θ1)을 이루도록 각도조절부(120)로 조정한다.

이때, 도 6a 및 도 6b를 참조한 바, 성형하고자 하는 곡면판(P')의 곡률반경이 작은 쪽을 R1, 큰 쪽을 R2라고 했을 때(R1<R2), 상기 상부프레스(100)에서 각도조절부로 조절되는 가압부재(110)의 각도(θ1)는, 곡률반경이 작은 R1측 위치의 지면으로부터의 높이(h1)보다 곡률반경이 큰 R2측 위치의 지면으로부터의 높이(h2)를 크게 설정하여 각도(θ1)를 조절하면 된다. (h1<h2)

즉, 상기 가압부재(110)의 하부 가압면과 지면으로부터의 높이가 가까운 쪽(h1)에 곡률반경이 작은 R1측 위치의 평판 부재(P)가 공급된다. 반대로 가압부재의 하부 가압면과 지면으로부터의 높이가 높은 쪽(h2)에는 곡률반경이 큰 R2측 위치의 평판부재(P)가 위치하게 된다.

상기한 바와 같이 가압부재(110)의 각도를 달리하는 이유는, 도 6a 및 도 6b를 참조한 바, 상기 가압부재(110)의 하부면이 평판부재(P)를 가압하는 위치를 A-A' 선상이라고 했을 때에, 같은 A-A' 선상에서 A위치의 곡률반경 R1이 A'위치의 곡률반경 R2보다 작으므로, A' 위치보다 A 위치에 가압하는 프레스(130)의 힘을 크게 해 벤딩이 더 많이 이루어져야 하기 때문이다.

따라서, A' 쪽보다 A 쪽 위치에 가압되는 프레스의 힘을 크게하기 위해, 가변형 가압부재(110)를 각도조절하여 평판 부재(P)의 A' 지점과 가압부재와의 간격(h2) 보다 A 지점과 가압부재와의 간격(h1)을 가까이 설정하는 것이다.

계속해서, 도 5b를 참조하면, 양단의 곡률반경이 상이한 곡면판을 성형하기 위해서는 상기 하부다이(200)에 소정의 이격간격(d)을 두고 상호 대향하는 한 쌍의 베이스(220)에 구비된 힌지플레이트(230)의 각도(α)도 역시 각도조절유닛(300)을 통해 조절해야 한다. 이때, 상기 각도조절유닛(300)의 샤프트부(330)의 액추에이터를 작동시켜 힌지플레이트(230)의 타측 측면이 x축과 이루는의 각도(α)를 변화시킬 수 있다.

양단의 곡률반경이 동일한 관을 형성하려면, 도 5a를 통해 상술한 바와 같이 상기 액추에이터를 작동시키지 않고, 한 쌍의 마주보는 힌지플레이트(230)의 각도를 0으로 하여(α0), 즉 한 쌍의 마주보는 힌지플레이트(230)의 사이간격(d0)이 어느 지점에서나 동일하도록 평행하게 배치해 순차적으로 평판 위치를 일방향 직선운동을 하여 점진적으로 가압하면 직경이 일정한 곡면형상으로 벤딩할 수 있게 된다.

그러나, 도 6b를 참조한 바, 성형하고자 하는 곡면판의 양단부의 곡률이 다른 원뿔대 형상 또는 콘(cone) 형상의 곡면부재로 가압할 경우에는, 공급되는 평판 부재를 일방향 직선운동으로 공급하는 것이 아니라, 반경의 중심축(C)을 중심으로 회전반경을 그리며 점진적으로 가압해야 일정한 곡면형상으로 벤딩할 수 있게 되는 것이다.

이때, 성형하고자 하는 곡면판(P')의 곡률반경이 작은 쪽을 R1, 큰 쪽을 R2라고 했을 때(R1<R2), A-A' 선상에서 A위치의 곡률반경 R1이 A'위치의 곡률반경 R2보다 작으므로, 상기 베이스(220)에 놓이는 평판 부재(P)는, 각도조절유닛(300)에 의해 한 쌍의 마주보는 힌지플레이트(230)의 각도를 초기 평행상태의 0도의 각도(α0)보다 크게 조절하여 소정의 각도(α1)로 변화시켜주어야 한다.

즉, A-A' 선상에서 곡률반경이 작은 R1측 위치의 한 쌍의 마주보는 힌지플레이트의 사이간격(d0)보다 곡률반경이 큰 R2측 위치의 한 쌍의 마주보는 힌지플레이트의 사이간격(d1)이 좁아지도록 힌지플레이트의 회전각을 α0 → α1로 조절하면, 상기 A 위치(=곡률반경이 작은 R1측 위치)에서 한 쌍의 마주보는 힌지플레이트의 사이간격은 d0에서 d1으로 좁아지게 된다. (d0>d1)

한편, 상기 상부프레스(100)의 각도조절에서 설명한 바와 같이, A-A' 선상에서 A위치의 곡률반경 R1이 A'위치의 곡률반경 R2보다 작은 평판부재(P)는, A' 위치보다 A 위치에 가압하는 프레스(130)의 힘을 크게 해 벤딩이 더 많이 이루어지게 한 것과 같은 원리는 하부다이(200)의 베이스(220)에서도 적용된다.

즉, 평판부재에 프레스가 가압되는 같은 A-A' 선상에서, 곡률반경이 작은 A 쪽 위치에 높여지는 평판 부재(P)가 A' 쪽보다 더 많이 휘어져야 하므로, A 위치에서 한 쌍의 상소 마주보는 힌지플레이트의 사이간격(d1)이 A'쪽의 사이간격(d0)보다 좁아야 하는 것이다.

계속해서 상기 곡률반경이 작은 R1측, 즉 A 지점에서의 사이간격을 좁게 설정하기 위해, 상기 샤프트부(330)의 액추에이터를 승강시키게 된다. 이와 같이, 샤프트부를 x축 양의 방향에 근접한 상태로 움직이게 되면, 상기 샤프트부에 연결된 핀부(320) 역시 상기 힌지플레이트의 타측 측면과 지지가이드(240)의 내측면 경사면(241) 사이공간에서 가이드되며 핀부의 진입이 이루어진다.

이때, 상기 핀부(320)가 힌지플레이트(230)의 타측 측면과 지지가이드(240)의 내측면 경사면(241) 사이공간에서 점점 진입할수록, 핀부의 형상에 따라 진입하는 핀부의 몸체부 폭이 증가하므로 상기 지지가이드와 힌지플레이트 사이공간에서 차지하는 부피가 커지게 된다. 따라서, 상기 핀부의 양측면에 인접한 힌지플레이트 타측 측면과 지지가이드의 내측면 경사면(241)을 밀어내는 힘이 작용하게 된다.

이때, 상기 지지가이드(240)는 상기 베이스 상에 고정된 상태로 구비되므로, 상기 힌지플레이트의 타측 측면만 내측으로 밀어내는 힘만 작용하여 힌지플레이트가 힌지핀을 중심으로 마주보는 힌지플레이트 내측공간으로 회전하며 각도가 α0 → α1로 조절되는 것이다.

이와 같이, 금속판재를 입출구 직경이 상이한 관, 즉 콘(cone) 형상으로 가공하기 위해, 상부프레스(100)는 종방향(xz축 상에서) 각도조절이 가능하도록 구비되는 동시에 하부다이(200)의 한 쌍의 베이스(220)는 상호 대향하여 횡방향(xy축 상에서) 각도조절이 가능하도록 구비된다.

따라서, 상부프레스에 의해 금속판재 양단에 가압하는 힘을 다르게 하는 한편, 하부다이의 한 쌍의 베이스에 의해 금속판재가 양단이 지지되는 이격간격을 다르게 설정하여, 결과적으로 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형에 의해 입출구 직경이 상이한 콘(cone) 형상의 관을 성형할 수 있게 된다.

한편, 상기 힌지플레이트(141)와 상기 지지가이드 경사면(241) 사이에 구비된 힌지가이드(310)는 상기 고정수단(313)에 의해 힌지 가능하도록 회동되며, 따라서 상기 핀부(320)가 상기 힌지플레이트(141)와 지지가이드(240) 사이에서 진입되는 부피가 증가하며 가이드되며 각도가 틀어지게 되지만, 상기 힌지플레이트(141)와 지지가이드(240) 사이공간에 구비되는 힌지가이드의 몸체(311)가 회동하며 힌지플레이트가 틀어지며 가이드 되더라도 이를 제대로 지지하면서 가이드될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 가변형 콘 성형용 금형은 대형의 두꺼운 금속판재에 압력을 점진적으로 가해 곡면 성형하는 한편, 곡률 치수조정이 가능해 하나의 성형장치 만으로도 입출구 직경이 상이한 다양한 전개각도를 가지는 대형관 또는 곡면판 성형이 가능한 효과가 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 상부프레스 110: 가압부재
120: 각도조절부 121: 힌지축
122: 체결부 130: 프레스
200: 하부다이 210: 베드
220: 베이스 230: 힌지플레이트
231: 힌지핀 240: 지지가이드
241: 경사면 242, 312: 가이드홈
300: 각도조절유닛 310: 힌지가이드
311: 몸체 313: 고정부
320: 핀부 321: 고정핀
322: 클램프 330: 샤프트부

Claims (7)

1. 가압부재가 구비된 상부프레스; 및
   상기 상부프레스 하부에, 소정의 이격간격(d)을 두고 상호 대향하는 한 쌍의 베이스가 구비된 하부다이를 포함하고,
   상기 베이스는,
   일측 상면이 상기 베이스상에 힌지핀으로 고정된 힌지플레이트;
   상기 힌지플레이트의 타측 측면을 지지하는 지지가이드; 및
   상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에 구비되는 각도조절유닛; 을 포함하고,
   상기 각도조절유닛은,
   상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에 구비되는 힌지가이드;
   상기 힌지플레이트의 타측 측면과 상기 지지가이드 사이에서 가이드되며 상기 힌지플레이트의 각도를 조절하는 핀부; 및
   상기 핀부의 위치를 조절하는 샤프트부; 를 포함하는 가변형 콘 성형용 금형.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가압부재는,
   하부에 길이방향으로 형상된 하부 가압면 및, 측면에 지면과 수직한 방향으로 각도조절되는 각도조절부를 더 포함하는 가변형 콘 성형용 금형.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 힌지플레이트의 타측 측면과 인접한 상기 지지가이드 측면에는, 경사면 및 가이드홈을 더 포함하는 가변형 콘 성형용 금형.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 힌지가이드는,
   반원형의 몸체;
   상기 몸체의 직선측면에 구비되는 가이드홈; 및
   상기 몸체를 힌지고정하는 고정수단; 을 포함하는 가변형 콘 성형용 금형.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 핀부는,
   일단은 상기 샤프트부에 고정되고 타단으로 갈수록 단면적이 좁아지는 핀 형상이며, 양측면에 클램프를 포함하는 가변형 콘 성형용 금형.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 샤프트부는,
   일단은 상기 핀부에 고정되고 타단은 상기 베이스 상에 고정되며, 구동장치에 의해 축방향 왕복운동하는 가변형 콘 성형용 금형.

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