KR101944889B1 - 웰딩 스터드 볼트 제조장치 - Google Patents

웰딩 스터드 볼트 제조장치 Download PDF

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KR101944889B1 KR1020170124773A KR20170124773A KR101944889B1 KR 101944889 B1 KR101944889 B1 KR 101944889B1 KR 1020170124773 A KR1020170124773 A KR 1020170124773A KR 20170124773 A KR20170124773 A KR 20170124773A KR 101944889 B1 KR101944889 B1 KR 101944889B1
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Abstract

본 발명은 웰딩 스터드 볼트의 선단에 볼을 압입하고 또 이때의 볼을 다이측으로 공급하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 웰딩 스터드 볼트의 선단에 압입되는 볼을 공급할 때, 볼이 충전되어 있는 볼 챔버와 다이측 볼 투입구 사이에 플렉시블 가능한 PVC 소재 등의 볼 튜브를 연결하고, 에어의 힘으로 볼을 공급하는 새로운 형태의 볼 공급 방식을 구현함으로써, 볼 공급을 위한 주변 설비의 구조 단순화는 물론, 웰딩 스터드 볼트 제조 시 정확하고 원활하게 볼을 공급할 수 있고, 이에 따라 볼 공급 불량으로 인한 각종 문제들을 배제할 수 있는 등 설비의 가동률 향상과 더불어 생산성 향상을 도모할 수 있는 한편, 다이측에 세팅되는 웰딩 스터드 볼트의 지지수단으로 적절한 마찰 지지력을 발휘하는 홀더 블록을 채택하고, 이와 더불어 이젝트 핀을 이용하여 웰딩 스터드 볼트를 이젝팅 함과 동시에 웰딩 스터드 볼트 선단 홈에 볼을 압입하는 새로운 볼 압입 방식을 구현함으로써, 금형 설비의 구조를 단순화할 수 있는 동시에 설비의 구동 효율을 향상시킬 수 있는 웰딩 스터드 볼트 제조장치를 제공한다.

Description

웰딩 스터드 볼트 제조장치{Apparatus for manufacturing welding stud bolt}
본 발명은 웰딩 스터드 볼트 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웰딩 스터드 볼트의 선단에 볼을 압입하고 또 이때의 볼을 다이측으로 공급하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 웰딩 스터드 볼트는 I-빔, ㄷ 형강 등과 같은 건축용 강재의 표면에 일정한 간격으로 용접 고정되어 콘크리트 타설 시 건축용 강재와 콘크리트의 결합력을 높이기 위한 용도로 사용된다.
이러한 웰딩 스터드 볼트는 선단에 홈을 형성하고, 이렇게 형성한 홈에 통전단자(通電端子)의 기능을 하는 알루미늄 볼을 압입한 형태로 제조되며, 이때의 알루미늄 볼은 웰딩 스터드 볼트와 건축용 강재와의 전기적 접촉을 양호하게 하고 스파크 발생을 방지하는 역할을 하게 된다.
보통 웰딩 스터드 볼트는, 도 1에 도시한 바와 같이, 소재 커트(A), 헤드 단조(B), 헤드 성형 및 센터 각인(C), 홈 성형(D), 볼 압입(E) 등의 공정으로 거쳐 제조된다.
여기서, 상기 소재 커트 공정에서부터 홈 성형 공정까지는 전용 웰딩 스터드 제조장치에서 진행되고, 볼 압입 공정은 작업자의 수작업에 의존하여 진행된다.
이러한 제조공정은 작업의 정도 및 제품의 양산성이 떨어지고, 작업능률 저조 및 제조단가의 상승 원인이 되며, 이에 따라 최근에는 소재 커트 공정부터 볼 압입 공정까지의 전체 공정을 연속 공정으로 수행하는 방식을 적용하고 있는 추세이다.
예를 들면, 한국 공개실용신안 20-2009-0003230호, 한국 등록특허 10-1587912호, 한국 공개특허 10-2011-0005544호에는 웰딩 스터드 볼트에 대한 단조 형성 시에 알루미늄 볼을 자동으로 압입하는 웰딩 스터드 제조장치가 개시되어 있다.
그러나, 기존의 웰딩 스터드 제조장치는 웰딩 스터드 볼트에 압입되는 볼을 다이측으로 공급할 때, 주변 설비들과의 간섭을 피해 복잡한 배관을 채택하고 있고, 또 볼이 중력에 의해 자유낙하는 방식으로 다이측에 공급되도록 하는 방식을 채택하고 있는 관계로, 구조적으로 불리할 뿐만 아니라, 볼 공급 불량이 빈번하게 발생하면서 생산 라인을 자주 멈추어야 하는 등 설비 가동율 저하는 물론 생산성 저하를 초래하는 문제가 있다.
또한, 기존의 웰딩 스터드 제조장치는 웰딩 스터드 볼트에 볼을 압입할 때, 웰딩 스터드 볼트의 헤드부를 받쳐주고 있는 헤드핀측, 펀치측, 고정프레임측 등을 가동시켜서 웰딩 스터드 볼트를 가압하여 볼이 압입되도록 하는 방식을 채택하고 있는 관계로, 가압력에 의해 다이측 금형에 부하를 주게 되는 등 설비의 구동 효율성 측면에서 불리한 점이 있다.
한국 공개실용신안 20-2009-0003230호 한국 등록특허 10-1587912호 한국 공개특허 10-2011-0005544호
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 웰딩 스터드 볼트의 선단에 압입되는 볼을 공급할 때, 볼이 충전되어 있는 볼 챔버와 다이측 볼 투입구 사이에 플렉시블 가능한 PVC 소재 등의 볼 튜브를 연결하고, 에어의 힘으로 볼을 공급하는 새로운 형태의 볼 공급 방식을 구현함으로써, 볼 공급을 위한 주변 설비의 구조 단순화는 물론, 웰딩 스터드 볼트 제조 시 정확하고 원활하게 볼을 공급할 수 있고, 이에 따라 볼 공급 불량으로 인한 각종 문제들을 배제할 수 있는 등 설비의 가동률 향상과 더불어 생산성 향상을 도모할 수 있는 웰딩 스터드 볼트 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 다이측에 세팅되는 웰딩 스터드 볼트의 지지수단으로 적절한 마찰 지지력을 발휘하는 홀더 블록을 채택하고, 이와 더불어 이젝트 핀을 이용하여 웰딩 스터드 볼트를 이젝팅 함과 동시에 웰딩 스터드 볼트 선단 홈에 볼을 압입하는 새로운 볼 압입 방식을 구현함으로써, 금형 설비의 구조를 단순화할 수 있는 동시에 설비의 구동 효율을 향상시킬 수 있는 웰딩 스터드 볼트 제조장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 웰딩 스터드 볼트 제조장치는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 웰딩 스터드 볼트 제조장치는 볼 투입을 위한 반경 방향의 볼 투입구 및 볼 위치정렬을 위한 반경 방향의 볼 스톱퍼와 볼의 이동을 위한 중심축선 방향의 관통홀을 가지는 다이 금형과, 상기 다이 금형의 관통홀에 배치되어 스프링에 의해 탄력 지지를 받으면서 관통홀 내에서 이동가능한 이젝트 핀과, 상기 다이 금형의 볼 투입구에 볼을 공급하기 위한 볼 공급부와, 상기 다이 금형의 선단부에 동축 구조로 결합되면서 중심축선을 따라 형성되는 볼트 수용홀 내에 삽입 안착되는 웰딩 스터드 볼트의 선단부 둘레를 밀착 지지하는 홀더 블록을 포함하는 구조로 이루어진다.
따라서, 상기 홀더 블록의 볼트 수용홀 내에 웰딩 스터드 볼트의 선단부 끼워져 위치됨과 더불어 상기 다이 금형의 관통홀에 볼이 위치된 상태에서, 상기 이젝트 핀의 전진 동작 시 미는 힘에 의해 웰딩 스터드 볼트의 선단 홈에 볼이 압입되는 공정과 웰딩 스터드 볼트가 이젝팅 되는 공정이 동시에 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 홀더 블록의 볼트 수용홀은 웰딩 스터드 볼트의 원활한 진입을 위한 선단부의 테이퍼 구간과 웰딩 스터드 볼트의 밀착 지지를 위한 후단부의 직선 구간으로 구성되고, 상기 직선 구간은 웰딩 스터드 볼트이 전체 길이 대비 1/3 이상에 상응하는 길이를 가질 수 있다.
이때, 상기 볼트 수용홀의 직선 구간의 내경에 끼워지는 웰딩 스터드 볼트의 외경은 중간 끼워맞춤(Transition fit) 상태로 삽입될 수 있다.
또한, 웰딩 스터드 볼트의 선단 홈에 볼이 압입되는 공정과 웰딩 스터드 볼트가 이젝팅 되는 공정을 동시에 수행하는 이젝트 핀과 스프링은 관통홀과 연통되는 제1홈에 지지되는 제1스프링에 의해 탄력 지지되면서 전후 동작하는 제1이젝트 핀과, 상기 제1이젝트 핀의 후단부와 간격을 두고 위치되는 동시에 제1홈과 연통되는 제2홈에 지지되는 제2스프링에 의해 탄력 지지되면서 제1이젝트 핀을 밀어주는 제2이젝트 핀으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 볼 공급부는 압축 에어를 공급하는 에어 콤프레서와, 입구와 출구를 가지면서 다수의 볼이 충전되어 있는 하우징 형태로서 입구는 에어 콤프레서의 토출구와 플렉시블 가능한 합성수지 소재의 제1튜브로 연결되는 동시에 출구는 다이 금형의 볼 투입구와 플렉시블 가능한 합성수지 소재의 제2튜브로 연결되는 볼 챔버로 구성되어, 압축 에어의 힘으로 볼을 다이 금형측에 공급할 수 있다.
이러한 볼 챔버의 내부에는 상부의 입구측과 연통되는 동시에 하부의 출구측에 근접 위치되어 출구로 진입하는 볼에 직접 압축 에어를 분사하는 노즐 파이프가 설치될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 웰딩 스터드 볼트 제조장치는 다이 금형의 볼 투입구측으로 연결되는 제2튜브의 하단 구간을 들뜨지 않게 잡아주는 수단으로서, 제2튜브의 외주면에 삽입 장착되는 클램프 파이프와, 상기 클램프 파이프를 감싸면서 다이 금형 본체측에 고정되는 파이프 브라켓을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 상기 다이 금형의 상부를 수평 방향으로 오가는 트랜스퍼측에 제2튜브가 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 웰딩 스터드 제조장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 웰딩 스터드 볼트의 선단에 압입되는 볼 공급 시 볼 챔버측과 다이측 사이에 플렉시블 가능한 PVC 소재 등의 볼 튜브를 연결하여 에어의 힘으로 볼을 연속 공급하는 새로운 볼 공급 방식을 적용함으로써, 볼 공급을 위해 구비되는 주변 설비들의 구조를 단순화할 수 있는 효과가 있고, 웰딩 스터드 볼트 제조 시 정확하고 원활하게 볼을 공급함에 따른 종전과 같은 볼 공급 불량으로 인한 각종 문제들을 배제할 수 있는 등 설비의 가동률 향상과 더불어 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 다이 금형에 갖추어져 있는 홀더 블록 내에 웰딩 스터드 볼트를 지지한 상태에서 웰딩 스터드 볼트 이젝팅을 위한 이젝트 핀의 동작을 이용하여 웰딩 스터드 볼트 이젝팅과 볼 압입을 동시에 수행하는 방식을 적용함으로써, 다이 금형측의 금형 설비 구조를 단순화할 수 있고, 설비의 구동 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 웰딩 스터드 볼트 제조공정을 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웰딩 스터드 볼트 제조장치에서 볼 공급부를 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웰딩 스터드 볼트 제조장치에서 볼 공급부의 설치상태를 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웰딩 스터드 볼트 제조장치에서 다이 금형을 나타내는 사시도
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 웰딩 스터드 볼트 제조장치에서 웰딩 스터드 볼트의 선단에 볼을 압입하는 과정을 나타내는 단면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웰딩 스터드 볼트 제조장치에서 볼 공급부를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웰딩 스터드 볼트 제조장치에서 볼 공급부의 설치상태를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웰딩 스터드 볼트 제조장치에서 다이 금형을 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 웰딩 스터드 볼트 제조장치는 홀더 블록의 볼트 수용홀 내에 웰딩 스터드 볼트의 선단부 끼워져 위치되고, 이와 동시에 압축 에어의 힘에 의해 공급되는 볼이 다이 금형의 관통홀에 위치된 상태에서, 이젝트 핀의 전진 동작 시 미는 힘에 의해 웰딩 스터드 볼트의 선단 홈에 볼이 압입되는 공정과 웰딩 스터드 볼트가 이젝팅 되는 공정이 동시에 이루어질 수 있도록 한 구조로 이루어진다.
이를 위하여, 상기 웰딩 스터드 볼트 제조장치는 볼 투입을 위한 반경 방향의 볼 투입구(10) 및 볼 위치정렬을 위한 반경 방향의 볼 스톱퍼(11)와 볼의 이동을 위한 중심축선 방향의 관통홀(12)을 가지는 다이 금형(13)을 포함한다.
상기 다이 금형(13)은 웰딩 스터드 볼트 단조 성형을 위한 프레스 금형의 다이측 금형으로서, 전체적으로 원통형의 형태로 이루어지게 되고, 외곽의 하우징 다이(13a)와 상기 하우징 다이(13a)의 내부에 선단측에서부터 순차적으로 동축 구조를 이루며 조립되는 후술하는 홀더 블록(18), 제1다이(13b), 제2다이(13c) 및 제3다이(13d)를 포함한다.
여기서, 상기 하우징 금형(13a)의 상단부 일측에는 후술하는 볼 공급부(16)의 제2튜브(26)를 연결 설치하기 위한 공간을 제공하는 절개부(31)가 형성된다.
이러한 다이 금형(13)에는 중심축선을 따라 관통 형성되면서 서로 연통되는 관통홀(12), 제1홈(19), 제2홈(20)이 형성된다.
예를 들면, 상기 다이 금형(13)의 제1다이(13b)에는 볼과 후술하는 이젝트 핀(15), 즉 제1이젝트 핀(15a)의 선단 부분이 이동하는 공간을 제공하는 관통홀(12)과 이 관통홀(12) 대비 상대적으로 직경이 큰 제1홈(19)이 형성되고, 상기 다이 금형(13)의 제2다이(13c)와 제3다이(13d)에는 제1이젝트 핀(15a)의 후단 부분과 제2이젝트 핀(15b)이 이동하는 공간을 제공하면서 제1홈(19)에 비해 상대적으로 직경이 큰 제2홈(20)이 형성된다.
특히, 상기 다이 금형(13)의 선단부 윗쪽, 즉 제1다이(13b)의 선단부 윗쪽에는 반경 방향으로 관통되면서 중심축선 상의 관통홀(12)과 연결되는 볼 투입구(10)가 형성되며, 이때의 볼 투입구(10)를 통해 볼이 낙하하여 관통홀(12) 내에 위치될 수 있게 된다.
여기서, 상기 볼 투입구(10)의 입구측에는 볼 공급부(16)의 제2튜브(26)를 연결하기 위한 제1커넥터(35)가 체결구조로 장착될 수 있게 된다.
그리고, 상기 다이 금형(13)의 선단부 아래쪽, 즉 제1다이(13b)의 선단부 아래쪽에는 반경 방향으로 관통되면서 중심축선 상의 관통홀(12)과 연결되는 스톱퍼 홀(32)이 형성되고, 이렇게 형성되는 스톱퍼 홀(32)의 내부에는 관통홀측에 일부가 돌출 위치되는 볼 스톱퍼(11)와 상기 볼 스톱퍼(11)를 탄력 지지하는 스톱퍼 스프링(33)이 장착되며, 스톱퍼 홀(32)의 하단부는 세트 스크류(34)에 의해 마감된다.
여기서, 상기 볼 스톱퍼(11)는 볼 투입구(10)의 축선(수직선) 대비 일정 거리, 예를 들면 대략 볼의 직경에 상응하는 거리만큼 앞선 위치에 장착되며, 이에 따라 상기 볼 스톱퍼(11)의 규제역할에 의해 관통홀(12) 내에 위치되는 하나의 볼은 앞쪽으로 자연 이탈되지 않고 정위치를 고수할 수 있게 된다.
또한, 상기 웰딩 스터드 볼트 제조장치는 다이 금형(13)의 관통홀(12)에 배치되어 스프링(14)에 의해 탄력 지지를 받으면서 관통홀 내에서 이동가능한 이젝트 핀(15)을 포함한다.
상기 이젝트 핀(15)은 성형을 마친 웰딩 스터드 볼트를 다이측에서 밀어내어 이젝팅시키는 역할은 물론, 이때 웰딩 스터드 볼트의 선단 홈에 볼을 압입하는 역할을 하게 된다.
이러한 이젝트 핀(15)은 앞쪽으로 위치되면서 관통홀(12), 제1홈(19) 및 제2홈(20)에 걸쳐 배치되는 제1이젝트 핀(15a)과 이 제1이젝트 핀(15a)과는 간격을 유지함과 더불어 뒷쪽으로 일렬로 나란하게 위치되면서 제2홈(20) 내에 배치되는 제2이젝트 핀(15b)으로 구성된다.
이와 더불어, 상기 제2이젝트 핀(15b)은 프레스 금형의 다이측 금형에 조립되어 다이측 금형의 이젝팅을 위한 가동 시에 전후 동작하면서 제3다이(13d)의 제2홈(20) 내로 진입하여 제2이젝트 핀(15b)과 접하는 푸시 로드(미도시)에 의해 밀려나서 앞쪽으로 전진하게 되고, 스프링 힘에 의해 뒷쪽으로 복원되는 동작을 할 수 있게 된다.
여기서, 상기 다이측 금형의 가동을 이용하여 웰딩 스터드 볼트를 이젝팅 하기 위해 푸시 로드를 작동시켜서 이젝트 핀을 동작시키는 방식은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방식이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.
그리고, 상기 제1이젝트 핀(15a)과 제2이젝트 핀(15b)에 복원력을 제공하는 수단으로 스프링(14)이 구비되며, 이때의 스프링(14)은 제1이젝트 핀(15a)을 탄력 지지하기 위한 제1스프링(14a)과 제2이젝트 핀(15b)을 탄력 지지하기 위한 제2스프링(14b)으로 구성된다.
여기서, 상기 제1스프링(14a)은 제1이젝트 핀(15a)의 둘레에 배치되면서 다이 금형(13)의 내부, 즉 제1다이(13b)에 형성되어 있는 제1홈(19)의 바닥과 제1이젝트 핀(15a)의 헤드 부분 사이에 양단 지지되는 구조로 설치되고, 제2스프링(14b)은 제1이젝트 핀(15a)의 후단부 둘레 및 제2이젝트 핀(15b)의 둘레에 배치되면서 다이 금형(13)의 내부, 즉 제2다이(13b) 및 제3다이(13c)에 형성되어 있는 제2홈(20)의 바닥과 제2이젝트 핀(15b)의 헤드 부분 사이에 양단 지지되는 구조로 설치된다.
이때의 제1스프링(14a)은 제2스프링(14b) 대비 상대적으로 작은 직경을 갖는 스프링으로 이루어질 수 있게 된다.
이에 따라, 다이측 금형의 이젝팅 작동을 위한 가동 시 푸시 로드가 전진 동작하면(혹은, 실린더 등의 액추에이터 작동에 의해 푸시 로드가 전진 동작하면) 제2이젝트 핀(15b)이 밀리면서 그 앞쪽의 제1이젝트 핀(15a)을 밀게 되고, 이렇게 제1이젝트 핀(15a)의 전진 동작에 의해 볼이 웰딩 스터드 볼트의 선단 홈에 압입됨과 동시에 웰딩 스터드 볼트가 다이측으로부터 이젝팅될 수 있게 되는 한편, 이젝트 작동 후 푸시 로드의 복귀와 더불어 각각의 스프링(14a,14b)의 복원력에 의해 제1이젝트 핀(15a)과 제2이젝트 핀(15b)도 복귀될 수 있게 된다.
또한, 상기 웰딩 스터드 볼트 제조장치는 다이 금형(13)의 볼 투입구(10)에 볼을 공급하기 위한 볼 공급부(16)를 포함한다.
상기 볼 공급부(16)는 압축 에어의 힘을 이용하여 웰딩 스터드 볼트에 압입되는 볼을 자동으로 공급하는 역할을 한다.
이를 위하여, 압축 에어를 공급하는 수단으로 공지의 에어 콤프레서(21)가 구비되고, 상기 에어 콤프레스(21)의 압축 에어 토출구(24)는 합성수지 소재의 제1튜브(25)에 의해 볼 챔버(27)의 입구(22)와 연결될 수 있게 된다.
그리고, 볼 유입을 위한 상부의 입구(22)과 볼 배출을 위한 하부의 출구(23)가 형성되어 있는 원통형의 하우징 형태로 이루어진 볼 챔버(27)가 구비된다.
이와 같은 볼 챔버(27)는 금형 설비의 프레임(미도시)측에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이때의 상기 볼 챔버(27)의 입구(22)에는 제2커넥터(36)가 장착되는 동시에 이 제2커넥터(36)에는 에어 콤프레서(21)의 토출구(24)측에서 연장되는 제1튜브(25)가 연결될 수 있게 되고, 출구(23)에는 제3커넥터(37)가 장착되는 동시에 이 제3커넥터(37)에는 다이 금형(13)측으로 연장되는 합성수지 소재의 제2튜브(26)가 연결될 수 있게 된다.
이때, 상기 볼 챔버(27)의 출구(23)측에 장착되어 있는 제3커넥터(37)로부터 연장되는 제2튜브(26)는 다이 금형(13)측의 볼 투입구(10)에 연결되는데, 상기 볼 투입구(10)에는 제1커넥터(35)가 장착되고, 이렇게 장착되는 제1커넥터(35) 내에 제2튜브(26)가 삽입되는 구조로 연결될 수 있게 된다.
여기서, 상기 제1커넥터(35) 내지 후술하는 제4커넥터(39)는 원터치 타입의 퀵 커플러 타입을 적용할 수 있는 한편, 상기 제1튜브(25)와 제2튜브(26)의 경우에는 PVC 등과 같은 합성수지 소재로 이루어진 플렉시블한 형태, 즉 휘어지는 등의 변형이 자유로운 형태로 되어 있어서, 복잡한 금형 설비의 공간 내에서 주변 부품들과의 간섭을 피해서 용이하게 설치할 수 있는 이점이 있다.
즉, 플렉시블이 가능한 합성수지 소재의 제1튜브(25)와 제2튜브(26)를 이용하여 볼을 공급함으로써, 볼의 공급 경로는 유지하면서도 자유롭게 구부리거나 휘어서 배관 라인을 설계할 수 있고, 결국 기존 금형 설비의 구조 변경 없이도 복잡한 금형 설비의 공간 내에서 최적의 볼 공급 경로를 확보할 수 있게 된다.
이와 더불어, 상기 볼 챔버(27)의 상면 일측에는 캡(38)이 형성되어 있으며, 이때의 캡(38)을 열고 볼 챔버(27)의 내부에 볼을 보충할 수 있게 된다.
특히, 상기 볼 챔버(27)의 내부에는 챔버 내에 채워져 있는 볼을 출구(23)측으로 원활하게 배출시킬 수 있는 수단으로 노즐 파이프(28)가 구비된다.
이러한 노즐 파이프(28)는 볼 챔버(27)의 내부에서 챔버 축선을 따라 나란하게 수직 배치되면서 볼 챔버(27)의 내부 윗쪽의 입구(22)측에 장착되어 있는 제4커넥터(39)에 상단을 통해 삽입 연결되는 구조로 설치된다.
이렇게 설치되는 노즐 파이프(28)의 하단부는 볼 챔버(27)의 아래쪽 출구(23)측에 근접 위치되고, 따라서 출구(23)의 부근에 있던 볼이 출구(23)로 진입하는 위치에 오게 되면, 이때의 볼은 노즐 파이프(28)로부터 분사되는 압축 에어에 의해 밀려나면서 출구(23)를 용이하게 빠져나갈 수 있게 된다.
한편, 상기 웰딩 스터드 볼트 제조장치는 다이 금형(13)의 볼 투입구(10)측으로 연결되는 제2튜브(26)의 하단 구간을 들뜨지 않게 잡아주는 수단으로서, 클램프 파이프(29)와 파이프 브라켓(30)을 포함한다.
상기 클램프 파이프(29)는 제2튜브(26)의 외주면에 끼워지는 금속 소재 등의 파이프로서, 파이프 브라켓(30)에 의한 튜브 고정 시 튜브가 눌리지 않도록 공간을 확보해주는 역할을 하게 되며, 이에 따라 제2튜브(26)를 따라 공급되는 볼은 클램프 파이프(29)가 끼워져 있는 튜브 구간도 원활하게 지나갈 수 있게 된다.
상기 파이프 브라켓(30)은 클램프 파이프(29)의 둘레면을 감싸면서 다이 금형 본체(미도시)측에 고정되면서 제2튜브(26)의 하단 구간을 포함하는 클램프 파이프(29) 전체를 들뜨지 않고 다이 금형(13)측에 최대한 근접 위치되도록 잡아주는 역할을 하게 된다.
이에 따라, 웰딩 스터드 볼트의 단조 성형을 위한 각 성형 공정 영역을 수평 방향으로 오가면서 웰딩 스터드 볼트를 각 공정별로 옮겨주는 역할의 트랜스퍼(미도시)측이 제2튜브(26)에 의해 간섭되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 웰딩 스터드 볼트 제조장치는 웰딩 스터드 볼트에 대한 볼 압입 공정 시 웰딩 스터드 볼트를 잡아주는 수단없이 이를 직접 지지하는 역할을 하는 홀더 블록(18)을 포함한다.
상기 홀더 블록(18)은 원통형의 블록 형태로서, 다이 금형(13)의 선단부, 즉 하우징 다이(13a)의 내측 선단부에 하우징 다이측과 동축 구조를 이루며 삽입 안착되는 구조로 설치된다.
이러한 홀더 블록(18)에는 블록 중심축선을 따라 관통되는 동시에 다이 금형(13)측의 관통홀(12)과 동축을 이루는 볼트 수용홀(17)이 형성되며, 이렇게 형성되는 볼트 수용홀(17)의 내부에는 웰딩 스터드 볼트의 선단부가 끼워질 수 있게 된다.
그리고, 상기 홀더 블록(18)의 볼트 수용홀(17)은 선단부의 테이퍼 구간(17a), 즉 선단에서 후단으로 갈수록 직경이 좁아지는 테이퍼 구간(17a)과 이 테이퍼 구간(17a)과 연이어서 형성되는 후단부의 직선 구간(17b)으로 구성된다.
여기서, 상기 볼트 수용홀(17)의 테이퍼 구간(17a)은 웰딩 스터드 볼트의 진입을 용이하게 해주는 역할을 하게 되고, 직선 구간(17b)은 웰딩 스터드 볼트의 선단부 둘레는 밀착 지지하는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 볼트 수용홀(17)의 직선 구간(17b)은 웰딩 스터드 볼트이 전체 길이 대비 약 1/3 이상의 길이에 상응하는 길이를 갖게 되므로서, 웰딩 스터드 볼트의 안정적인 지지상태가 유지될 수 있게 된다.
특히, 상기 홀더 블록(18)의 볼트 수용홀(17)에 끼워져 지지되는 웰딩 스터드 볼트, 즉 직선 구간(17b)에 끼워져 지지되는 웰딩 스터드 볼트는 볼 압입 시 별도의 고정 수단없이 직선 구간(17b)에 끼워져 있는 그 자체 만으로 밀리지 않고 위치를 유지할 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 볼트 수용홀(17)의 직선 구간(17b)의 내경과 이곳에 끼워지는 웰딩 스터드 볼트의 외경은 중간 끼워맞춤(Transition fit) 상태로 삽입될 수 있게 된다.
예를 들면, 상기 볼트 수용홀(17)의 직선 구간(17b)의 경우 내경 치수가 Ø18.87+0.02,-0의 공차로 제작될 수 있고, 웰딩 스터드 볼트의 경우 외경 치수가 Ø19.0+0,-0.4의 공차로 제작될 수 있다.
이에 따라, 상기 볼트 수용홀(17)의 직선 구간(17b)에 끼워져 있는 웰딩 스터드 볼트는 이젝트 핀(15)의 전진 작동에 의한 볼 압입 시 이젝트 핀(15)에 의한 순간적인 타격이 가해지는 경우에도 볼트 수용홀(17)의 직선 구간(17b)에 긴밀하게 밀착 지지되는 지지력을 발휘하여 쉽게 뒤로 밀려나지 않게 되고, 결국 볼이 압입되는 시점에서 제위치를 유지함과 더불어 볼 압입과 동시에 뒤로 슬라이드되면서 이젝팅되므로서, 웰딩 스터드 볼트의 홈에 볼이 압입되는 공정과 웰딩 스터드 볼트가 이젝팅되는 공정이 안정적으로 동시에 이루어질 수 있게 된다.
따라서, 이와 같이 구성되는 웰딩 스터드 볼트 제조장치의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 웰딩 스터드 볼트 제조장치에서 웰딩 스터드 볼트의 선단에 볼을 압입하는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 직선 상의 환봉 소재를 일정한 길이로 절단하는 소재 커트 공정, 1차 내지 3차에 걸친 해머링 작업에 의해 헤드 부분을 성형하는 헤드 단조 공정과 헤드 성형 및 센터 각인 공정, 소재의 단부측에 볼 삽입을 위한 홈을 가공하는 홈 성형 공정 후, 트래스퍼(미도시)에 의해 웰딩 스터드 볼트(110)가 다이 금형(13)에 있는 홀더 블록(18)의 볼트 수용홀(17), 즉 직선 구간(17b)에 끼워지게 된다.
여기서, 상기 트랜스퍼는 웰딩 스터드 볼트 제조를 위한 금형 설비에서 각 공정별로 웰딩 스터드 볼트는 이송시켜주는 트랜스퍼와 동일하므로, 그 구조나 작동관계에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이와 더불어, 에어 콤프레서(21)의 가동에 의해 발생되는 압축 에어는 제1튜브(25)를 거쳐 전달되면서 노즐 파이프(28)를 통해 분사되고, 이렇게 분사되는 압축 에어의 힘에 의해 볼 공급부(16)의 볼 챔버(27)에 있는 볼(100)은 출구(23)를 빠져나온 후에 제2튜브(26)를 거쳐 다이 금형(13)의 볼 투입구(10)로 보내지게 된다.
계속해서, 상기 다이 금형(13)의 볼 투입구(10) 내에는 여러 개의 볼(100)들이 연이어 배열되어 있는 상태가 되며, 압축 에어의 힘에 의해 제2튜브(26)측으로부터 공급되는 볼(100)에 의해 밀려나면서 가장 끝에 있는 1개의 볼(100)은 관통홀(12) 내에 위치된다.
이렇게 관통홀(12) 내에 위치되는 볼(100)은 볼 스톱포(11)에 의해 제위치를 유지하면서 이젝트 핀(15), 즉 제1이젝트 핀(15a)의 선단 바로 앞에 위치된다.
다음, 다이측 금형의 이젝팅 작동을 위한 가동 시 푸시 로드(미도시)가 전진 동작하면(혹은, 실린더 등의 액추에이터 작동에 의해 푸시 로드가 전진 동작하면) 제2이젝트 핀(15b)이 밀리면서 그 앞쪽의 제1이젝트 핀(15a)을 밀게 된다.
계속해서, 상기 제1이젝트 핀(15a)의 전진 동작에 따른 미는 힘에 의해 볼(100)이 홀더 블록(18)측에 지지되어 있는 웰딩 스터드 볼트(110)의 선단 홈(120)에 압입되고, 이와 동시에 볼(100)이 압입되어 있는 웰딩 스터드 볼트(110)는 제1이젝트 핀(15a)의 미는 힘에 의해 홀더 블록(18)의 볼트 수용홀(17)로부터 빠지면서 이젝팅된다.
이렇게 선단의 홈(120)에 볼(100)이 압입되어 있는 웰딩 스터드 볼트(110)가 이젝팅되는 공정을 끝으로 1개의 웰딩 스터드 볼트를 제조하기 위한 1사이클이 완료되며, 이러한 과정의 반복을 통해 웰딩 스터드 볼트의 제조 공정 및 이와 연계되는 볼 압입 공정이 연속 자동화 공정으로 이루어질 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 볼 투입구 11 : 볼 스톱퍼
12 : 관통홀 13 : 다이 금형
13a : 하우징 다이 13b : 제1다이
13c : 제2다이 13d : 제3다이
14 : 스프링 14a : 제1스프링
14b : 제2스프링 15 : 이젝트 핀
15a : 제1이젝트 핀 15b : 제2이젝트 핀
16 : 볼 공급부 17 : 볼트 수용홀
17a : 테이퍼 구간 17b : 직선 구간
18 : 홀더 블록 19 : 제1홈
20 : 제2홈 21 : 에어 콤프레서
22 : 입구 23 : 출구
24 : 토출구 25 : 제1튜브
26 : 제2튜브 27 : 볼 챔버
28 : 노즐 파이프 29 : 클램프 파이프
30 : 파이프 브라켓 31 : 절개부
32 : 스톱퍼 홀 33 : 스톱퍼 스프링
34 : 세트 스크류 35 : 제1커넥터
36 : 제2커넥터 37 : 제3커넥터
38 : 캡 39 : 제4커넥터

Claims (7)

  1. 볼 투입을 위한 반경 방향의 볼 투입구(10) 및 볼 위치정렬을 위한 반경 방향의 볼 스톱퍼(11)와 볼의 이동을 위한 중심축선 방향의 관통홀(12)을 가지는 다이 금형(13);
    상기 다이 금형(13)의 관통홀(12)에 배치되어 스프링(14)에 의해 탄력 지지를 받으면서 관통홀 내에서 이동가능한 이젝트 핀(15);
    상기 다이 금형(13)의 볼 투입구(10)에 볼을 공급하기 위한 볼 공급부(16);
    상기 다이 금형(13)의 선단부에 동축 구조로 결합되면서 중심축선을 따라 형성되는 볼트 수용홀(17) 내에 삽입 안착되는 웰딩 스터드 볼트의 선단부 둘레를 밀착 지지하는 홀더 블록(18);
    을 포함하며, 상기 홀더 블록(18)의 볼트 수용홀(17) 내에 웰딩 스터드 볼트의 선단부 끼워져 위치됨과 더불어 상기 다이 금형(13)의 관통홀(12)에 볼이 위치된 상태에서, 상기 이젝트 핀(15)의 전진 동작 시 미는 힘에 의해 웰딩 스터드 볼트의 선단 홈에 볼이 압입되는 공정과 웰딩 스터드 볼트가 이젝팅 되는 공정이 동시에 이루어지도록 하고,
    웰딩 스터드 볼트의 선단 홈에 볼이 압입되는 공정과 웰딩 스터드 볼트가 이젝팅 되는 공정을 동시에 수행하는 이젝트 핀(15)과 스프링(14)은 관통홀(12)과 연통되는 제1홈(19)에 지지되는 제1스프링(14a)에 의해 탄력 지지되면서 전후 동작하는 제1이젝트 핀(15a)과, 상기 제1이젝트 핀(15a)의 후단부와 간격을 두고 위치되는 동시에 제1홈(19)과 연통되는 제2홈(20)에 지지되는 제2스프링(14b)에 의해 탄력 지지되면서 제1이젝트 핀(15a)을 밀어주는 제2이젝트 핀(15b)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 웰딩 스터드 볼트 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀더 블록(18)의 볼트 수용홀(17)은 웰딩 스터드 볼트의 원활한 진입을 위한 선단부의 테이퍼 구간(17a)과 웰딩 스터드 볼트의 밀착 지지를 위한 후단부의 직선 구간(17b)으로 구성되고, 상기 직선 구간(17b)은 웰딩 스터드 볼트이 전체 길이 대비 1/3 이상에 상응하는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 웰딩 스터드 볼트 제조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 볼트 수용홀(17)의 직선 구간(17b)의 내경에 끼워지는 웰딩 스터드 볼트의 외경은 중간 끼워맞춤(Transition fit) 상태로 삽입되는 것을 특징으로 하는 웰딩 스터드 볼트 제조장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼 공급부(16)는 압축 에어를 공급하는 에어 콤프레서(21)와, 입구(22)와 출구(23)를 가지면서 다수의 볼이 충전되어 있는 하우징 형태로서 입구(22)는 에어 콤프레서(21)의 토출구(24)와 플렉시블 가능한 합성수지 소재의 제1튜브(25)로 연결되는 동시에 출구(23)는 다이 금형(13)의 볼 투입구(10)와 플렉시블 가능한 합성수지 소재의 제2튜브(26)로 연결되는 볼 챔버(27)로 구성되어, 압축 에어의 힘으로 볼을 다이 금형측에 공급하는 것을 특징으로 하는 웰딩 스터드 볼트 제조장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 볼 챔버(27)의 내부에는 상부의 입구(22)측과 연통되는 동시에 하부의 출구(23)측에 근접 위치되어 출구로 진입하는 볼에 직접 압축 에어를 분사하는 노즐 파이프(28)가 설치되는 것을 특징으로 하는 웰딩 스터드 볼트 제조장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 다이 금형(13)의 볼 투입구(10)측으로 연결되는 제2튜브(26)의 하단 구간을 들뜨지 않게 잡아주는 수단으로서, 제2튜브(26)의 외주면에 삽입 장착되는 클램프 파이프(29)와, 상기 클램프 파이프(29)를 감싸면서 다이 금형 본체측에 고정되는 파이프 브라켓(30)을 더 포함하며, 상기 다이 금형의 상부를 수평 방향으로 오가는 트랜스퍼측에 제2튜브가 간섭되는 것을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 웰딩 스터드 볼트 제조장치.
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