KR101747681B1 - 압력용기용 헤드의 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력용기의 헤드를 성형하기 위한 장치에 관한 것으로서, 반구형의 압력용기 헤드를 제작할 때 블랭크에 배부름 및 주름이 발생함으로 인해 성형과정이 복잡해지는 것을 방지할 수 있고, 성형이 완료된 헤드를 수 금형에서 용이하게 분리해낼 수 있다는 특징을 갖는다.
상기 성형장치는, 반구형의 수 금형 및 상기 수 금형의 평평한 면에 접합되는 지지대로 이루어지는 수 금형부; 상기 수 금형과 맞물리는 반구껍질형의 암 금형, 상기 암 금형의 말단부 외측 둘레에 접하며 암 금형을 수용하는 실린더형의 지지실린더, 상기 암 금형의 말단면 외측 둘레를 따라 형성되는 연장대 및 상기 연장대의 외측 둘레에 등간격으로 형성되는 다수 개의 제1고리로 이루어지는 암 금형부; 제2고리를 구비하는 다수 개의 고정대; 및 상기 암 금형부의 제1고리 및 고정대의 제2고리를 관통하는 결합핀;을 포함하여 구성되되, 상기 결합핀이 제1·2고리를 관통하여 고정대가 암 금형부에 결합되었을 때 상기 고정대는 연장대에까지 미치도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

압력용기용 헤드의 성형장치{Deep drawing apparatus for forming pressure vessel head}

본 발명은 압력용기의 헤드를 성형하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반구형의 압력용기 헤드를 제작할 때 블랭크에 배부름 및 주름이 발생함으로 인해 성형과정이 복잡해지는 것을 방지할 수 있는 압력용기용 헤드의 성형장치에 관한 것이다.

압력을 가진 유체의 저장, 반응, 분리 등에 사용되는 압력용기는, 그 내부에 주입된 유체의 압력을 견딜 수 있도록 헤드가 일체형으로 형성된다.

이러한 일체형 헤드는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 딥 드로잉(deep drawing) 방법에 의해 열간 성형된다. 보다 구체적으로, 반구형의 수 금형(1)과 실린더형의 암 금형(2) 사이에 원형의 블랭크(3)를 위치시킨 후, 수 금형을 암 금형으로 천천히 이동시키면서 블랭크를 가압하면 블랭크가 수 금형의 외주면 형상에 맞게 반구껍질 형상으로 성형된다.

그런데 설계된 헤드가 깊이가 얕은 토리스페리컬(torispherical) 껍질 형상이 아니라 깊이가 깊은 반구(hemispherical) 껍질 형상이거나 블랭크의 두께가 얇은 경우, 수 금형으로 블랭크를 가압할 때 블랭크의 면 중앙 부근에서 배부름 현상이 발생할 수 있다. 그리고 이러한 현상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 블랭크의 크기에 여유를 크게 주면 오히려 블랭크의 가장자리 부분에서 주름이 발생하게 되므로 블랭크의 주름을 편 후에 다시 수 금형으로 블랭크의 가압 작업을 해야 하는 번거로움이 있다.

한편, 블랭크가 가열이 된 상태에서 수 금형에 의한 가압이 이루어지기 때문에, 블랭크의 성형이 완료된 후 수 금형에서 분리할 때 헤드(성형이 완료된 블랭크)가 냉각되면서 수축하여 헤드를 수 금형에서 분리하는 작업이 쉽지 않은 문제점이 있다.

KR 10-1528122 B1

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압력용기 헤드의 성형시 블랭크에 배부름 및 주름이 발생하는 것을 방지하여 성형 작업을 원활하게 진행할 수 있을 뿐만 아니라 성형이 완료된 헤드를 수 금형에서 용이하게 분리해낼 수 있는 압력용기용 헤드의 성형장치에 관한 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 반구형의 수 금형 및 상기 수 금형의 평평한 면에 접합되는 지지대로 이루어지는 수 금형부; 상기 수 금형과 맞물리는 반구껍질형의 암 금형, 상기 암 금형의 말단부 외측 둘레에 접하며 암 금형을 수용하는 실린더형의 지지실린더, 상기 암 금형의 말단면 외측 둘레를 따라 형성되는 연장대 및 상기 연장대의 외측 둘레에 등간격으로 형성되는 다수 개의 제1고리로 이루어지는 암 금형부; 제2고리를 구비하는 다수 개의 고정대; 및 상기 암 금형부의 제1고리 및 고정대의 제2고리를 관통하는 결합핀;을 포함하여 구성되되, 상기 결합핀이 제1·2고리를 관통하여 고정대가 암 금형부에 결합되었을 때 상기 고정대는 연장대에까지 미치도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력용기용 헤드의 성형장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 고정대는 연장대와 동일한 반경을 가지는 호형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력용기용 헤드의 성형장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 암 금형의 꼭대기 부분에는 개구홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력용기용 헤드의 성형장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 암 금형의 외측 둘레를 따라서는 등간격으로 다수 개의 리브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력용기용 헤드의 성형장치가 제공된다.

본 발명에 의한 압력용기용 헤드 성형장치는, 암 금형이 반구껍질형으로 형성되어 수 금형에 의해 가압되는 블랭크를 전체적으로 지지해줄 수 있기 때문에 가압시 블랭크에 배부름에 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 헤드의 성형작업을 신속하고 용이하게 진행할 수 있다.

그리고 배부름 방지를 위해 블랭크에 많은 여유치를 줄 필요가 없으므로 블랭크에 주름이 발생하는 것 또한 방지할 수 있다.

그뿐만 아니라, 반구껍질형상으로 성형된 블랭크에서 수 금형을 분리할 때, 블랭크가 고정대에 의해 고정되므로 수 금형을 쉽게 분리하는 것이 가능하다.

도 1은 종래의 압력용기 헤드를 제작하는 방법에 관한 설명도이다.
도 2는 본 발명에 의한 압력용기용 헤드 성형장치의 사시도 및 그 일부구성의 단면도이다.
도 3은 상기 성형장치를 이용하여 헤드를 성형하는 과정을 설명하는 설명도이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 도면을 참고하여 자세하게 설명한다.

본 발명은 압력용기의 헤드를 성형하는 데 사용되는 장치에 관한 것으로서, 성형작업시 블랭크에 배부름 및 주름이 발생하는 것을 방지하여 성형작업에 소요되는 시간과 노력을 절감할 수 있고 성형이 완료된 블랭크(헤드)를 금형에서 쉽게 분리해낼 수 있다는 특징을 갖는다.

도 2의 (a)에는 본 발명에 의한 압력용기용 헤드 성형장치(1)의 사시도가 도시되어 있고, 도 2의 (b)에는 상기 성형장치의 암 금형부(20)의 단면도가 도시되어 있다.

본 발명에 의한 압력용기용 헤드 성형장치(1)는 크게, 수 금형부(10), 암 금형부(20), 고정대(30) 및 결합핀(미도시)을 포함하여 이루어진다.

상기 수 금형부(10)는 성형작업시 원판형의 블랭크(2)를 가압하는 부분으로서 프레스에 접합되어 상하방향으로 움직이며 블랭크(2)를 가압한다. 이러한 수 금형부(10)는 보다 구체적으로, 반구형으로 형성되어 블랭크(2)를 직접적으로 가압하는 부분인 수 금형(11)과 상기 수 금형(11)의 평평한 면에 접합되어 수 금형(11)을 프레스 상에 고정하는 지지대(12)로 이루어진다. 수 금형(11)의 곡면부는 헤드의 내측면과 동일한 형상으로 형성하되, 냉각에 의한 헤드의 수축을 고려하여 헤드의 내측면 보다 약간 더 크게 형성한다.

참고로, 블랭크(2)란 성형이 되기 전의 원형 강판재를 가리키는 것으로서 헤드의 면적보다 약간 더 크게 형성된다.

암 금형부(20)는 수 금형부(10)가 블랭크(2)를 가압할 때 블랭크(2)를 지지하는 부분으로서, 상기 수 금형(11)과 맞물리는 반구껍질형의 암 금형(21), 상기 암 금형(21)의 말단부 외측 둘레에 접하며 암 금형(21)을 수용하는 실린더형의 지지실린더(22), 상기 암 금형(21)의 말단면 외측 둘레를 따라 형성되는 연장대(23) 및 상기 연장대(23)의 외측 둘레에 등간격으로 형성되는 다수 개의 제1고리(24)로 이루어진다.

상기 암 금형(21)은, 수 금형(11)에 의해 가압되는 블랭크(2)를 직접 지지하며 헤드의 외측면을 성형하는 역할을 한다. 기존에 압력용기용 헤드를 성형할 때에는, 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 수 금형(11)의 외측면은 헤드의 내측면과 동일한 형상을 가지고 있었지만 암 금형(21)은 단순히 실린더형으로 형성되었기 때문에 수 금형(11)에 의해 가압되는 블랭크(2)를 전체적으로 지지해주지 못하였고, 성형작업시 블랭크가 수 금형을 따라 움직여 블랭크의 면 중앙부 주위에서 배부름 현상이 발생하였다. 그러나 본 발명에 의한 성형장치(1)의 암 금형(21)은 반구껍질형으로 이루어져 블랭크(2)를 전체적으로 지지해줄 수 있기 때문에 성형작업시 블랭크(2)에 배부름 현상이 발생할 가능성이 거의 없다.

이에 따라, 종래와 같이 배부름 현상을 방지하기 위하여 블랭크에 여유치를 크게 줄 필요가 없으므로 블랭크의 가장자리 부분에서 주름이 발생할 가능성 또한 줄일 수 있고, 원재료를 절감할 수 있다.

지지실린더(22)는 반구껍질형으로 형성되는 암 금형(21)이 흔들리지 않고 고정된 상태를 유지할 수 있도록 암 금형(21)을 지지하는 역할을 한다.

상기 연장대(23)는, 헤드의 면적보다 약간 더 크게 형성되는 블랭크(2)의 가장자리를 지지한다.

고정대(30)는 다수 개의 제2고리(31)를 구비하고, 결합핀(미도시)은 암 금형부(20)의 제1고리(24) 및 고정대(30)의 제2고리(31)를 관통하여 암 금형부(20)에 고정대(30)를 고정한다. 고정대(30)가 암 금형부(20)에 결합되었을 때 상기 고정대(30)는 연장대(23)에까지 미치도록 형성된다.

이하에서는 본 발명에 의한 성형장치를 이용하여 압력용기용 헤드를 성형하는 과정에서, 상기 고정대(30) 등이 하는 작용에 대하여 설명하도록 한다. 도 3에는 상기 성형장치(1)를 이용한 헤드의 성형과정이 도시되어 있다.

상기 성형장치를 이용한 헤드의 성형과정은, 가열된 상태의 블랭크(2)를 암 금형부(20) 위에 위치시키는 단계(도 3의 (a)), 프레스를 작동시켜 수 금형(11)이 블랭크(2)를 가압하게 함으로써 블랭크(2)를 계획한 헤드의 형상으로 성형하는 단계(도 3의 (b)), 암 금형부(20)의 제1고리(24) 및 고정대(30)의 제2고리(31)에 결합핀을 삽입하여 고정대(30)를 암 금형부(20)에 결합하는 단계(도 3의 (c)) 및 수 금형부(10)를 제자리로 이동시키는 단계(도 3의 (d))를 포함하여 진행된다.

헤드 형상으로 성형된 블랭크(2)는 수 금형(11)과 완전히 맞물린 형태를 가지게 되는데, 블랭크(2)가 냉각되면서 수축하여 수 금형(11)에 매우 견고하게 밀착된다. 그런데 도 3의 (c)에 도시되어 있는 것과 같이 암 금형부(20)에 결합된 고정대(30)는 연장대(23)에까지 미치기 때문에 연장대(23)에 의해 지지되는 블랭크(2)의 둘레 상부에 위치하게 되고, 수 금형부(10)를 제자리로 이동시키더라도 블랭크(2)가 고정대(30)에 걸리어 수 금형부(10)를 따라 이동하지 않고 수 금형부(10)와 쉽게 분리될 수 있다.

블랭크(2)에서 수 금형부(10)를 분리한 이후에는, 암 금형부(20)에서 고정대(30)를 제거하고 암 금형부(20)에서 블랭크(2)를 빼낸 후 계획한 헤드의 크기에 맞게 블랭크(2)의 가장자리를 절단한다.

상기 고정대(30)는 도 2 등에 도시되어 있는 것과 같이 지지대(12)에 체인(C) 등으로 매달아 두어, 필요시 따로 찾지 않고 바로 암 금형부(20)에 결합시킬 수 있도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 수 금형(11)이 블랭크(2)를 가압하는 작업 등의 중에 고정대(30)가 작업을 방해하지 않도록 할 수 있다.

상기 고정대(30)는 연장대(23)와 동일한 반경을 가지는 호형으로 형성될 수 있다.

이 경우, 반구껍질형으로 성형된 블랭크(2)에서 수 금형(11)을 분리할 때 고정대(30)의 일면이 블랭크(2)의 가장자리에 전체적으로 접하여 국부적인 하중이 가해지지 않으므로 블랭크(2)가 변형될 가능성을 줄일 수 있다.

이와는 달리, 상기 고정대(30)가 반듯한 막대형상으로 형성되어 블랭크(2)의 가장자리 일부분만을 고정해줌으로써 블랭크(2)의 규격에 관계없이 고정대(30)로 블랭크(2)를 고정해줄 수도 있다.

상기 암 금형(21)의 꼭대기 부분에는 개구홀(H)이 형성될 수 있다.

반구껍질형의 암 금형(21)에서 꼭대기 부분이라 함은 암 금형(21)의 원형 말단면에서 가장 멀리에 위치한 부분을 가리킨다.

수 금형(11)에 의해 가압되어 반구껍질형으로 성형되는 블랭크(2)는, 성형시 그 가장자리에서 가장 크게 변형되고 중앙에서는 거의 변형이 되지 않으므로 중앙부를 지지해주어야할 필요성이 적다. 상기 개구홀(H)은 블랭크(2)의 중앙부와 접하도록 형성되어 암 금형(21)에 의한 블랭크(2) 지지의 효율을 떨어뜨리지 않으면서도 암 금형(21)을 제작하는 데 드는 재료를 절감할 수 있도록 해준다.

상기 암 금형(21)의 외측 둘레를 따라서는 등간격으로 다수 개의 리브(25)가 형성될 수 있다.

상기 리브(25)는, 수 금형(11)이 블랭크(2)를 가압할 때 수 금형(11)의 가압력이 암 금형(21)에까지 전달되어 암 금형(21)이 변형되지 않도록 암 금형(21)을 보강하는 역할을 한다.

이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 도면을 참고하여 설명하였으나, 청구범위의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자가 본 발명을 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것이며, 이 또한 청구범위의 기재에 따라 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

1 : 압력용기용 헤드의 성형장치
10 : 수 금형부 11 : 수 금형
12 : 지지대 20 : 암 금형부
21 : 암 금형 22 : 지지실린더
23 : 연장대 24 : 제1고리
23a : 경사면부 30 : 고정대
23b : 지지면부
25 : 리브
31 : 제2고리
H : 개구홀

Claims (4)

1. 블랭크(2)를 딥드로잉(Deep Drawing) 가공하는 압력용기용 헤드의 성형장치로서,
   반구형의 수 금형(11) 및 상기 수 금형(11)의 평평한 면에 접합되는 지지대(12)로 이루어지는 수 금형부(10);
   암 금형부(20); - 상기 암 금형부(20)는,
   상기 수 금형(11)과 맞물리는 반구껍질형의 암 금형(21)와,
   상기 암 금형(21)의 말단부 외측 둘레에 접하며 암 금형(21)을 수용하는 실린더형의 지지실린더(22)와,
   상기 암 금형(21)의 말단면 외측 둘레를 따라 형성되어 가공시 블랭크(2)의 가장자리를 지지하는 경사면부(23a)와, 상기 경사면부의 외측 둘레를 따라 형성되어, 가공전 블랭크(2)의 가장자리를 지지하는 지지면부(23b)로 구성된 연장대(23) 및,
   상기 지지면부의 상부 가장자리 둘레에 등간격으로 형성되는 다수 개의 제1고리(24);를 구비함 -
   제2고리(31)를 구비하는 다수 개의 고정대(30); 및
   상기 암 금형부(20)의 제1고리(24) 및 고정대(30)의 제2고리(31)를 관통하는 결합핀(미도시);을 포함하여 구성되되,
   상기 결합핀이 제1·2고리(24, 31)를 관통하여 고정대(30)가 암 금형부(20)에 결합되었을 때, 상기 고정대(30)는 상기 지지면부(23b)의 상면을 가압하도록 형성되되, 크기가 경사면부(23a)의 상방 소정 위치까지 다다르는 것을 특징으로 하는 압력용기용 헤드의 성형장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정대(30)는 연장대(23)와 동일한 반경을 가지는 호형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력용기용 헤드의 성형장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 암 금형(21)의 꼭대기 부분에는 개구홀(H)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력용기용 헤드의 성형장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 암 금형(21)의 외측 둘레를 따라서는 등간격으로 다수 개의 리브(25)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력용기용 헤드의 성형장치.
   

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