KR101744799B1 - 관재 액압성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 관재 액압성형장치는, 가공대상 관재를 사이에 두고 상하로 적층되어, 상기 관재를 벤딩시키는 하부금형과 상부금형; 상기 하부금형 중 상기 관재와 접촉되는 면에 장착되는 하부성형판; 상기 상부금형 중 상기 관재와 접촉되는 면에 장착되는 상부성형판; 상기 관재의 길이방향 양단을 밀폐시키는 한 쌍의 펀치; 및 상기 한 쌍의 펀치를 이송시키는 한 쌍의 피딩실린더;를 포함하되, 상기 하부성형판의 상면과 상기 상부성형판의 저면에는 각각 하나 이상의 요철부가 형성되어, 상기 하부금형과 상부금형이 상기 관재를 벤딩시킬 때 상기 하부성형판과 상부성형판은 관재의 표면에 상기 요철부와 형합되는 패턴을 형성한다. 본 발명에 의한 관재 액압성형장치를 이용하면, 관재 내부에 고압의 압축수를 채운 상태에서 상기 관재를 벤딩시킴으로써 벤딩부위에 주름이 발생되는 현상을 방지할 수 있고, 관재의 벤딩과 표면가공을 동시에 이루어지는바 생산성 향상 및 불량률 저감이 가능해지고, 하부성형판과 상부성형판만을 교체 장착함으로써 다양한 종류의 관재를 액압성형할 수 있다는 장점이 있다.

Description

관재 액압성형장치 {Hydroforming apparatus for tube}

본 발명은 관재 내부에 고압의 압축수를 주입시킨 상태에서 상기 관재를 소성가공시키는 액압성형장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 한 번의 공정으로 관재의 벤딩 및 표면가공을 동시에 수행할 수 있는 관재 액압성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업이 지속적으로 발전되고 있는 현대 산업에서 소비자들의 구매 기호의 다양화와 산업구조의 다품종 소량화 및 대형화의 흐름에 따라 제품의 주기는 더욱 짧아지고 있다. 이에 대응하기 위해 산업 현장에서는 꾸준히 공정의 자동화를 추구해 왔다.

한편, 자동화 과정에는 필수적으로 신속한 작업과정과 공정의 정밀성과 제품의 품질 향상 등의 요소가 고려되고 반영되어야 함은 주지하는 바와 같다. 최근에는 이러한 소비자의 소득증대와 제품의 다양한 개발에 힘입어 산업용 관재도 증가하고 또한 대형화되고 있다.

또한, 전술한 바와 같은 관재의 수요량에 맞추어 공급물량을 확보하기 위해서는 제작 공정의 소요시간 단축이 필요하고 이를 위해선 관련 공정의 자동화가 필수적이다. 하지만, 최근까지 관재 가공 작업은 수작업으로 대부분 수행되어 왔다.

일반적으로 관재는 일정두께의 금속판재를 말아 끝단의 용접을 통해 제조되며, 일직선의 형태로 사용되기도 하고 중단을 일정 곡률로 절곡 또는 만곡시켜 곡선미를 가미한 형태로 사용되기도 한다. 이때, 관재를 단순 가압하여 벤딩시키는 경우, 벤딩부위에 주름이 발생되거나 접히는 등의 문제가 발생될 뿐만 아니라, 관재의 곡률이 작을 경우에는 밴딩각도가 정확하지 않고 벤딩면도 매끄럽지 않은 단점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 관재 내부에 고압의 압축수를 충진시킨 상태에서 상기 관재를 벤딩시키는 액압성형(Hydroforming) 장치가 제안된바 있다. 그러나 종래의 액압성형장치는 단순히 관재를 벤딩시키는 기능만을 수행할 뿐, 관재에 오목하거나 볼록한 패턴을 형성하지 못하므로, 관재 표면을 가공하기 위한 별도의 소성가공단계를 추가로 거쳐야 하는데, 이와 같이 관재의 벤딩과 표면가공을 별도로 수행하는 경우 생산성이 떨어질 뿐만 아니라, 패턴 형성 위치를 정확하게 선정하는데 어려움이 있어 제품불량이 많아진다는 단점이 있다.

KR 10-2011-0138705 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 관재 내부에 고압의 압축수를 채운 상태에서 상기 관재를 벤딩시킴으로써 벤딩부위에 주름이 발생되는 현상을 방지할 수 있고, 관재의 벤딩과 표면가공을 동시에 수행함으로써 생산성을 향상시키고 불량률을 저감시킬 수 있는 관재 액압성형장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 관재 액압성형장치는, 가공대상 관재를 사이에 두고 상하로 적층되어, 상기 관재를 벤딩시키는 하부금형과 상부금형; 상기 하부금형 중 상기 관재와 접촉되는 면에 장착되는 하부성형판; 상기 상부금형 중 상기 관재와 접촉되는 면에 장착되는 상부성형판; 상기 관재의 길이방향 양단을 밀폐시키는 한 쌍의 펀치; 및 상기 한 쌍의 펀치를 이송시키는 한 쌍의 피딩실린더;를 포함하되, 상기 하부성형판의 상면과 상기 상부성형판의 저면에는 각각 하나 이상의 요철부가 형성되어, 상기 하부금형과 상부금형이 상기 관재를 벤딩시킬 때 상기 하부성형판과 상부성형판은 관재의 표면에 상기 요철부와 형합되는 패턴을 형성한다.

상기 하부성형판과 상부성형판은, 하나의 관재 외측면 전체를 덮을 수 있도록 각각 반원형상의 횡단면을 갖는 반원통 형상으로 형성되며,

상기 하부성형판과 상부성형판의 폭방향 끝단이 상호 맞닿았을 때, 상기 하부성형판과 상부성형판은 절곡 또는 만곡된 하나의 파이프 형상을 이룬다.

상기 하부성형판과 상부성형판은, 상기 하부금형 및 상부금형보다 강도가 높은 재료로 제작된다.

상기 관재가 상기 하부금형에 안착된 상태에서 상기 상부금형이 하강되어 상기 관재를 벤딩시키며, 상기 한 쌍의 피딩실린더는 상기 상부성형판이 상기 관재에 접촉된 이후 상기 상부금형의 하강속도에 맞춰 상기 펀치를 상기 관재를 향해 이동시킨다.

상기 하부금형과 상부금형은 상기 관재의 중단을 'U'자 형상으로 하향 벤딩시키도록 구성되고, 상기 상부금형의 하강속도와 상기 펀치의 이동속도는 동일하게 설정된다.

상기 한 쌍의 펀치는, 상기 관재의 길이방향 양단에 각각 밀착되되, 끝단 일부가 상기 관재의 내부에 끼워맞춤 방식으로 삽입된다.

상기 펀치의 최대 외경은 상기 관재의 외경과 동일하게 형성된다.

본 발명에 의한 관재 액압성형장치를 이용하면, 관재 내부에 고압의 압축수를 채운 상태에서 상기 관재를 벤딩시킴으로써 벤딩부위에 주름이 발생되는 현상을 방지할 수 있고, 관재의 벤딩과 표면가공을 동시에 이루어지는바 생산성 향상 및 불량률 저감이 가능해지고, 하부성형판과 상부성형판만을 교체 장착함으로써 다양한 종류의 관재를 액압성형할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 관재 액압성형장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 관재 액압성형장치에 포함되는 하부성형판과 상부성형판의 분해사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 관재 액압성형장치를 이용하여 관재를 성형하는 과정을 순차적으로 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 관재 액압성형장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 관재 액압성형장치의 측면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 관재 액압성형장치에 포함되는 하부성형판과 상부성형판의 분해사시도이다.

본 발명에 의한 관재 액압성형장치는 관재(10)를 벤딩시키는 소성가공장치의 일종으로서, 관재(10)의 벤딩 부위에 주름이 형성되는 현상이 발생되지 아니하면서 관재(10)의 각 부위 지름을 일정하게 유지시킬 수 있도록, 관재(10)의 내부에 고압의 압축수를 주입시킨 상태에서 상기 관재(10)를 벤딩하도록 구성된다.

이때 본 발명에 의한 관재 액압성형장치는, 관재(10)를 벤딩시키는 공정에서 표면가공까지 함께 수행할 수 있도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 즉, 본 발명에 의한 관재 액압성형장치는, 가공대상 관재(10)를 사이에 두고 상하로 적층되어 상기 관재(10)를 벤딩시키는 하부금형(110) 및 상부금형(120)과, 상기 하부금형(110) 중 상기 관재(10)와 접촉되는 면에 장착되는 하부성형판(210)과, 상기 상부금형(120) 중 상기 관재(10)와 접촉되는 면에 장착되는 상부성형판(220)과, 상기 관재(10)의 길이방향 양단을 밀폐시키는 한 쌍의 펀치(310)와, 상기 한 쌍의 펀치(310)를 이송시키는 한 쌍의 피딩실린더(320)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 하부성형판(210)의 상면과 상기 상부성형판(220)의 저면에는 각각 하나 이상의 요철부(240)가 형성되어 있다.

따라서 상기 관재(10)를 벤딩시키기 위하여 상기 하부금형(110)과 상부금형(120)이 상기 관재(10)를 가압할 때, 하부금형(110)의 상면에 장착된 하부성형판(210)과 상부금형(120)의 저면에 장착된 상부성형판(220)은 관재(10)의 표면에 압착되므로, 상기 관재(10)는 하부성형판(210)과 상부성형판(220)의 절곡 구조에 따라 벤딩되면서 상기 요철부(240)와 형합되는 패턴이 표면에 형성된다.

즉, 본 발명에 의한 관재 액압성형장치를 이용하면, 관재(10)를 하부금형(110) 상에 안착시킨 상태에서 상부금형(120)을 하강시키는 한 번의 조작에 의해, 관재(10)의 벤딩 및 표면가공이 한 번에 이루어지는바, 생산성이 현저히 향상된다는 장점이 있다.

또한, 관재(10)를 벤딩시킨 이후 소성가공 방식으로 표면가공을 하고자 하는 경우에는, 요철부가 형성된 별도의 금형을 관재(10) 외측면에 압착시켜야 하는데, 동일한 하부금형(110)과 상부금형(120)으로 관재(10)를 벤딩시킨다 하더라도 벤딩이 완료된 관재(10)의 벤딩각도는 미세하게나마 오차가 발생될 수 있어, 상기 요철부가 형성된 별도의 금형을 관재(10) 외측면에 정확하게 밀착시키는 작업이 매우 어려워진다. 이와 같이 요철부가 형성된 금형이 관재(10) 외측면에 정확하게 밀착되지 아니하면 표면가공이 정확하게 이루어지지 아니하게 되는바, 불량률이 증가된다는 문제점이 있다.

그러나 본 발명에 의한 관재 액압성형장치는, 관재(10)를 벤딩시키는 과정에서 하부성형판(210)과 상부성형판(220) 전체가 관재(10)의 외측면에 밀착되는바, 상기 관재(10)의 표면에는 요철부(240)와 대응되는 패턴이 정확한 위치에 형성된다는 장점 즉, 불량률이 거의 발생되지 아니한다는 장점이 있다.

한편, 관재(10) 표면에 형성되어야 할 패턴이 관재(10)의 상면과 저면에만 위치되는 경우, 상기 하부성형판(210)과 상부성형판(220)이 관재(10)의 상면과 저면에만 밀착되도록 구성될 수 있다. 그러나 상기 하부성형판(210)과 상부성형판(220)이 관재(10)의 상면과 저면 일부에만 밀착되면, 관재(10)의 측면 즉, 하부성형판(210)이나 상부성형판(220)이 접촉되지 아니한 면이 불룩하게 팽창되어 관재(10)의 전체적 형상이 비정상적으로 변형될 수 있다.

따라서 상기 하부성형판(210)과 상부성형판(220)은, 하나의 관재(10) 외측면 전체를 덮을 수 있는 형상 즉, 각각 반원형상의 횡단면을 갖는 반원통 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 상기 하부성형판(210)과 상부성형판(220)이 각각 반원통 형상으로 형성되면, 하부성형판(210)과 상부성형판(220)의 폭방향 끝단이 상호 맞닿았을 때 절곡 또는 만곡된 하나의 파이프 형상을 이루는바, 상기 하부성형판(210)과 상부성형판(220) 사이에서 액압성형되는 관재(10)는 절곡 또는 만곡되더라도 횡단면이 원형으로 유지될 수 있다.

관재(10)를 가압하여 벤딩시키고 관재(10) 표면에 요철부(240) 형상의 패턴을 형성하기 위해서는, 관재(10)를 가압하는 구성요소가 관재(10)에 비해 강도가 높은 재료로 제작되어야 한다. 이때, 강도가 높은 재료를 일반적으로 고가(高價)이므로, 하부금형(110)과 상부금형(120)과 하부성형판(210)과 상부성형판(220)을 모두 고강도 재료로 제작하는 경우 관재 액압성형장치의 전체 제조비용이 매우 높아진다.

따라서 본 발명에 의한 관재 액압성형장치는, 관재(10)와 직접 접촉되는 하부성형판(210)과 상부성형판(220)만이 고강도 재료로 제작됨이 바람직하다. 즉, 상기 하부성형판(210)과 상부성형판(220)은, 상기 하부금형(110) 및 상부금형(120)보다 강도가 높은 재료로 제작됨이 바람직하다.

이와 같이 하부성형판(210)과 상부성형판(220)만이 고강도 재료로 제작되고, 하부금형(110)과 상부금형(120)은 상대적으로 강도가 낮은 재료로 제작되면, 고강도 재료 사용을 최소화시키면서 관재(10)를 액압성형할 수 있으므로, 관재 액압성형장치의 제조비용을 현저히 절감시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 관재 액압성형장치와 같이, 가압력을 발생시키는 하부금형(110) 및 상부금형(120)과, 관재(10)에 직접 압착되는 하부성형판(210) 및 상부성형판(220)이 별도의 구성요소로 이루어지면, 제작하고자 하는 관재(10)의 종류가 변경될 때 하부성형판(210)과 상부성형판(220)만을 교체하고 나머지 구성요소 즉, 하부금형(110), 상부금형(120), 펀치(310), 피딩실린더(320)는 모두 공용으로 사용할 수 있게 되므로, 활용도가 매우 높아진다는 장점이 있다.

한편, 관재 액압성형을 수 회에 걸쳐 반복하면, 관재(10)와 접촉되는 부위가 마모되는데, 본 발명에 의한 관재 액압성형장치와 같이 하부성형판(210)과 상부성형판(220)이 교체 가능하도록 구성되면, 유지비용이 현저히 절감된다는 장점도 기대할 수 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 관재 액압성형장치를 이용하여 관재(10)를 성형하는 과정을 순차적으로 도시한다.

본 발명에 의한 관재 액압성형장치를 이용하여 관재(10)를 성형하고자 하는 경우, 먼저 도 3에 도시된 바와 같이 관재(10)를 하부금형(110) 상에 위치시킨다. 이때 하부금형(110)의 상면에는 하부성형판(210)이 장착되어 있는바, 상기 관재(10)는 하부성형판(210)에 접촉된 상태가 된다.

이와 같이 관재(10)의 안착이 완료되면, 상기 관재(10) 내부로 고압의 압축수를 주입시키고 좌우의 피딩실린더(320)를 작동시켜, 도 4에 도시된 바와 같이 펀치(310)를 관재(10)의 양단에 압착시킨다. 이때 상기 한 쌍의 펀치(310)는, 관재(10) 내의 압축수가 외부로 유출되지 못하도록 상기 관재(10)의 길이방향 양단에 각각 밀착되며, 관재(10)의 길이방향 양단에 밀착되는 과정에서 관재(10) 내의 압축수 압력을 좀 더 높일 수 있도록 상기 펀치(310)의 끝단 일부는 상기 관재(10)의 내부에 끼워맞춤 방식으로 삽입된다. 이와 같이 펀치(310)의 끝단 일부가 관재(10) 내부에 압입되면, 상기 언급한 바와 같이 관재(10) 내부의 압축수 압력을 높이는 효과뿐만 아니라, 관재(10)의 길이방향 양단 밀폐성이 높아진다는 효과도 얻을 수 있다.

관재(10)의 길이방향 양단 밀폐가 완료되면 상부금형(120)을 하강시켜, 하부금형(110)과 상부금형(120)의 형상에 맞추어 관재(10)를 벤딩시킨다. 이때, 도 5에서는 관재(10)가 벤딩되는 형상을 명확하게 도시하기 위하여 하부금형(110)과 상부금형(120), 하부성형판(210), 상부성형판(220)을 수직으로 절개한 구조로 도시하고 있으나, 상기 하부성형판(210)과 상부성형판(220)은 도 2에 도시된 바와 같이 각각 반원통 형상으로 형성되므로 관재(10)의 외측면 전체를 감싸도록 압착된다.

관재(10)를 벤딩시킬 때, 하부금형(110)이 상승하고 상부금형(120)이 하강되도록 구성될 수도 있으나, 하부금형(110)과 상부금형(120)이 모두 승강되면 하부금형(110) 상에 안착된 관재(10)가 흔들려 가공 정밀도가 떨어지고, 하부금형(110)과 상부금형(120)을 승강시키기 위한 구동부가 각각 별도로 마련되어야 한다는 단점이 있다. 따라서 상기 하부금형(110)은 고정되고, 상부금형(120)만이 승강하도록 구성됨이 바람직하다.

한편, 관재(10)의 양단 위치가 고정된 상태에서 관재(10)의 중단이 벤딩되면, 관재(10)의 전체 길이가 증가하게 되어 관재(10)의 지름이 작아지는 문제가 발생된다. 이와 같이 관재(10)의 지름이 작아지면 관재(10)의 표면이 하부성형판(210)과 상부성형판(220)에 밀착되지 못하므로, 관재(10)의 표면가공이 정상적으로 이루어지지 못하게 된다.

따라서 본 발명에 의한 관재 액압성형장치는, 관재(10)가 벤딩되더라도 관재(10)의 전체 길이가 증가하는 현상과 관재(10)의 직경이 감소하는 현상이 발생되지 아니하도록, 상기 한 쌍의 피딩실린더(320)가 관재(10)의 양단을 점진적으로 밀어 넣도록 구성됨이 바람직하다. 즉, 상기 한 쌍의 피딩실린더(320)는, 상기 상부성형판(220)이 상기 관재(10)에 접촉된 이후, 상기 상부금형(120)의 하강속도에 맞춰 상기 펀치(310)를 상기 관재(10)를 향해 이동시키도록 설정됨이 바람직하다.

이와 같이 관재(10)의 길이방향 양단을 지지하는 펀치(310)가 관재(10) 벤딩과정동안 관재(10)를 압축시키는 방향으로 이동되면, 관재(10)의 직경이 줄어드는 현상이 방지되어 상기 관재(10)의 표면이 하부성형판(210)과 상부성형판(220)에 압착될 수 있고, 이에 따라 관재(10)의 표면가공이 정상적으로 이루어질 수 있게 된다.

이때, 펀치(310)의 최대 외경이 관재(10)의 외경보다 크게 설정되면, 상기 펀치(310)가 하부금형(110)과 상부금형(120) 사이에서 원활하게 수평 이송될 수 없으므로, 상기 펀치(310)의 최대 외경은 관재(10)의 외경과 동일하게 설정됨이 바람직하다.

한편, 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 하부금형(110)과 상부금형(120) 관재(10)의 중단을 'U'자 형상으로 하향 벤딩시키도록 구성되는 경우, 상부금형(120)이 관재(10)에 접촉된 상태에서 10㎝ 하강될 때 상기 관재(10)의 길이방향 양단이 고정되어 있다면 상기 관재(10)의 길이는 20㎝ 증가하게 되는바, 상기 한 쌍의 피딩실린더(320)는 관재(10)의 길이방향 양단을 각각 10㎝씩 밀어 넣도록 구성됨이 바람직하다. 즉, 상기 상부금형(120)의 하강속도와 상기 펀치(310)의 이동속도는 동일하게 설정됨이 바람직하다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10 : 관재 110 : 하부금형
120 : 상부금형 210 : 하부성형판
220 : 상부성형판 240 : 요철부
310 : 펀치 320 : 피딩실린더

Claims (7)

1. 가공대상 관재를 사이에 두고 상하로 적층되어, 상기 관재의 중단을 'U'자 형상으로 하향 벤딩시키는 하부금형과 상부금형;
   상기 하부금형보다 강도가 높은 재료로 제작되어 상기 하부금형 중 상기 관재와 접촉되는 면에 장착되는 하부성형판;
   상기 상부금형보다 강도가 높은 재료로 제작되어 상기 상부금형 중 상기 관재와 접촉되는 면에 장착되는 상부성형판;
   상기 관재의 길이방향 양단을 밀폐시키는 한 쌍의 펀치; 및
   상기 한 쌍의 펀치를 이송시키는 한 쌍의 피딩실린더;
   를 포함하되,
   상기 하부성형판의 상면과 상기 상부성형판의 저면에는 각각 하나 이상의 요철부가 형성되어, 상기 하부금형과 상부금형이 상기 관재를 벤딩시킬 때 상기 하부성형판과 상부성형판은 관재의 표면에 상기 요철부와 형합되는 패턴을 형성하고,
   상기 관재가 상기 하부금형에 안착된 상태에서 상기 상부금형이 하강되어 상기 관재를 벤딩시키며,
   상기 한 쌍의 피딩실린더는 상기 상부성형판이 상기 관재에 접촉된 이후 상기 관재의 길이방향 양단을 가압하는 방향으로 상기 펀치를 이송시키되, 상기 펀치의 이송속도는 상기 상부금형의 하강속도와 동일한 것을 특징으로 하는 관재 액압성형장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부성형판과 상부성형판은, 하나의 관재 외측면 전체를 덮을 수 있도록 각각 반원형상의 횡단면을 갖는 반원통 형상으로 형성되며,
   상기 하부성형판과 상부성형판의 폭방향 끝단이 상호 맞닿았을 때, 상기 하부성형판과 상부성형판은 절곡 또는 만곡된 하나의 파이프 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 관재 액압성형장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 한 쌍의 펀치는, 상기 관재의 길이방향 양단에 각각 밀착되되, 끝단 일부가 상기 관재의 내부에 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 관재 액압성형장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 펀치의 최대 외경은 상기 관재의 외경과 동일한 것을 특징으로 하는 관재 액압성형장치.
   

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