KR102003257B1 - 수직 밀의 맨드렐에 프리폼을 위치시키기 위한 에어 밸런서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지기둥 역할을 하는 포스트에 대해 수평방향 및 상하방향으로 축회전 운동을 할 수 있도록 포스트에 수직하게 부착되는 제1 아암, 제1 아암에 대해 수평방향으로 축회전 운동할 수 있도록 제1 아암에 수평하게 부착되는 제2 아암, 및 제2 아암에 대해 축회전 운동할 수 있도록 제2 아암의 단부에 수직하게 부착되는 수직 로드를 포함하는 공지의 에어 밸런서를 개량하였다.
본 발명에 따르면, 수직 밀의 맨드렐에 위치될 프리폼의 중앙공으로 삽입되는 홀더부, 홀더부로부터 연장되는 연장부, 및 홀더부에 위치된 프리폼이 연장부로 이동하는 것을 방지하기 위한 배리어로 구성되는 프리폼 홀더가 상기 수직 로드의 하단부에 상,하 방향으로 축회전 가능하게 부착된다. 이때, 상기 홀더부는 수직 밀의 맨드렐의 직경과 동일한 직경을 갖는 원기둥 형상의 로드로 구성된다.

Description

수직 밀의 맨드렐에 프리폼을 위치시키기 위한 에어 밸런서{Air balancer for placing preforms in the mandrel of a vertival mill}

이 출원은 산업통상자원부에서 지원받은 연구과제인 "소재부품기술개발사업(과제번호 10080728)"에 기반한 것입니다.

본 발명은 에어 밸런서에 관한 것으로, 특히 프리폼 성형장치인 수직 밀의 맨드렐에 프리폼을 안전하게 위치시킬 수 있는 에어 밸런서에 관한 것이다.

유체의 신속하고 연속적인 수송은 관(pipe)을 통해 수행되며, 이러한 수송을 위해 일정 직경과 길이의 관을 연결하여 유체의 유동통로를 만든다. 관과 관의 연결을 위해 통상적으로 플랜지(flange)가 사용된다. 다양한 종류의 플랜지가 사용되며 완전 삽입 용접식 플랜지(Slip on welding flange)는 부착이 쉽고 상대적으로 가격이 저렴하기 때문에 저압환경에서 일반적으로 사용되는 플랜지의 일종이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 완전 삽입 용접식 플랜지(1)는 연결할 관과 동일한 내경(2r)의 보어(bore)(7)를 갖는 허브(5)와 규정된 외경(2R)을 갖는 플랜지부(blade)(3)로 구성되며, 플랜지부(3)에는 다른 플랜지(1)와의 볼트방식 체결을 위한 볼트 구멍(9)이 형성된다.

완전 삽입 용접식 플랜지(이하 플랜지라 함)는 일단 최종 치수(보어 직경, 넥 높이, 플랜지부 치수 등)보다 작은 치수를 갖는 플랜지 프리폼(preform)을 열간 성형 방법으로 제조한 후, 이를 플랜지부 성형 롤(메인 롤;main roll)을 구비한 압연장치에서의 열간 성형공정을 실시한 후 마무리 기계가공을 통해 최종 치수를 갖는 플랜지를 제조한다.

통상적인 플랜지 제조는 먼저 보어 내경, 플랜지부 외경 등이 최종 치수보다 작은 치수를 갖는 플랜지 프리폼(preform)을 열간 성형 방법으로 제조하고, 이를 플랜지부 성형 롤(메인 롤;main roll)을 구비한 압연장치에서 열간 성형을 실시한 후 마무리 기계가공을 통해 최종 치수를 갖는 플랜지를 제조한다. 플랜지 제조용 압연장치로는 환상압연장치(ring rolling mill)(등록특허 제1335651호 및 특허출원 2017-80219호 참조)와 수직 밀(vertical mill)이 사용된다. 환상압연장치는 대 직경의 맞대기 용접식 플랜지(weld neck flange or high hub flange) 제조에 주로 사용되며, 수직 밀은 중 또는 소 직경의 완전 삽입 용접식 플랜지제조에 주로 사용된다.

수직 밀의 개략적인 사시도를 보여주는 도 2를 참조하면, 수직 밀(10)은 지지구조(60)에 의해 지면에 대해 수직방향으로 약 74°경사지게 지지되는 지지 프레임(62)을 구비하며, 이 지지 프레임(12)에는 지지 프레임에 수직하게 고정되는 맨드렐(mandrel)(11)과 이 맨드렐(11)을 중심으로 이동 또는 고정가능하게 지지 프레임에 부착되는 3개의 롤 세트가 위치된다. 3개의 롤 세트 중 메인 롤(main roll)(20)은 회전축(15)을 중심으로 회전하며, 피스톤(66)을 구비한 유압 실린더(65)에 의해 이동가능하게 지지 프레임(62)에 부착됨으로써 맨드렐(11)을 향해 이동가능하다. 안내 롤(guide roll)(30)은 지지 프레임(62)에 고정된 안내 롤 지지축(34)으로부터 연장되는 안내 롤 연결부(32)에 축회전 가능하게 고정됨으로써 맨드렐(11)로부터 일정한 거리에 고정된다. 한편, 이동 롤(moving roll)(40)은 이동 롤 지지축(44)으로부터 연장되는 이동 롤 연결부(42)에 축회전 가능하게 고정되며, 일측은 이동 롤 연결부(42)에 고정되고 타측은 지지체(48)에 삽입되되 외면에 나사부를 갖는 이동롤 제어축(46)과, 지지체(48)로부터 연장되는 이동롤 제어축(46)의 길이를 제어하는 제어봉(47)에 의해 이동가능하게 지지 프레임(62)에 부착됨으로써 맨드렐(11)을 향해 이동가능하다. 맨드렐(11)의 하단에는 지지 프레임(62)에 고정된 지지부(13)가 위치되어서 프리폼이 압연될 때 이를 지지하는 역할을 한다. 맨드렐(11)은 지지 프레임(62)에 수직하게 위치되므로 지면에 대해 약 16°경사지게 위치되며, 이는 후술되는 바와 같이 프리폼(50)이 맨드렐(11)에 위치되어 압연될 때 프리폼(50)이 맨드렐(11)로부터 이탈하지 않도록 하기 위함이다. 한편, 맨드렐(11)과 마찬가지로 3개의 롤 세트의 회전중심 역시 지면에 대해 약 16°경사지게 위치된다.

도 3은 도 2에 도시된 수직 밀(10)에서 가장 주요부분인 맨드렐(11) 및 3개의 롤 세트만을 간략하게 도시한 것으로, 설명의 편의를 위해 이하에서는 이와 같이 주요한 부분만을 도시한 도면을 사용한다. 맨드렐(11)은 열간압연될 프리폼을 지지부(13)에 의해 지지된 채로 위치시키는 역할을 하며, 메인 롤(20)은 이동롤로서 맨드렐(11)에 위치된 프리폼을 가압하는 역할을 하며, 안내 롤(30)은 고정 롤로서 메인 롤에 의해 압연된 프리폼을 안내하는 역할을 하며, 이동 롤(40)은 이동롤로서 프리폼의 압연 전에 일정한 위치에 세팅되어서 메인 롤에 의해 압연되는 프리폼의 최종 반경을 결정하는 역할을 한다. 도시된 바와 같이 맨드렐(11) 및 3개의 롤 세트의 회전중심은 지면(H)에 대해 약 16°경사져 있다. 회전축(15)에 축회전 가능하게 고정되는 메인 롤(20)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 그 중앙에는 회전축(15)이 삽입되는 축공(21)이 위치되고, 그 외주연을 따라 플랜지의 외형에 대응하며 일정한 두께(T)를 갖는 성형부(25)가 형성되어 있다.

도 5는 수직 밀(10)의 맨드렐(11)에 프리 폼(50)이 위치된 것을 보여주는 사시도이다. 프리 폼(50)은 사전에 적당한 온도로 가열(예를 들면, 강재의 경우 통상적으로 1200~1250℃)된다. 맨드렐(11)에 프리폼(50)이 위치되면 메인 롤(20)은 맨드렐(11)을 향해 화살표(A) 방향으로 이동하여 프리폼(50)을 일정한 압하율로 압연한다. 한편, 이동롤(40)은 맨드렐(11)을 향해 화살표(B) 방향으로 이동시켜서 프리폼(50)을 맨드렐(11)에 위치하기 전에 미리 원하는 위치에 세팅된다.

수직 밀(10)에서의 작업을 위해 프리폼(50)을 맨드렐(11)에 위치시키는 작업은 통상적으로 지게차를 이용하거나 호이스트를 사용하였다. 이는 프리폼(50)의 무게가 가벼운 것은 약 15Kg 정도이나 무거운 것은 약 400Kg에 이를 정도로 무거우며, 더욱이 프리폼(50)이 예열(예를 들면, 강재의 경우 통상적으로 1200~1250℃)되어 있기 때문이다. 전술한 바와 같이, 맨드렐(11)은 지면(H)에 대해 약 16°경사져 있기 때문에 프리폼(50)을 맨드렐(11)에 위치시키기 위해 지게차 또는 호이스트를 이용하는 종래의 방법은 경험이 많은 숙련자가 필요할 뿐만 아니라, 지게차 또는 호이스트를 조작하는 인력과 지게차 또는 호이스트에 의해 맨드렐에 밀착하여 위치된 프리폼의 중앙공이 경사진 맨드렐로 삽입되도록 하는 작업을 하는 별도의 인력이 필요하였다.

본 발명의 목적은 무거우며 고온으로 예열된 프리폼을 수직밀의 맨드렐에 손쉽게 위치시키는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 가능한 적은 인력을 사용하여 프리폼을 수직밀의 맨드렐에 위치시킬 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 위해 본 발명은 지지기둥 역할을 하는 포스트에 대해 수평방향 및 상하방향으로 축회전 운동을 할 수 있도록 포스트에 부착되는 제1 아암, 제1 아암에 대해 수평방향으로 축회전 운동할 수 있도록 제1 아암에 부착되는 제2 아암, 및 제2 아암에 대해 축회전 운동할 수 있도록 제2 아암의 단부에 수직하게 부착되는 수직 로드를 포함하는 공지의 에어 밸런서를 개량하였다.

본 발명에 따르면, 수직 밀의 맨드렐에 위치될 프리폼의 중앙공으로 삽입되는 홀더부, 홀더부로부터 연장되는 연장부, 및 홀더부에 위치된 프리폼이 연장부로 이동하는 것을 방지하기 위한 배리어로 구성되는 프리폼 홀더가 상기 수직 로드의 하단부에 상,하 방향으로 축회전 가능하게 부착된다. 이때, 상기 홀더부는 수직 밀의 맨드렐의 직경과 동일한 직경을 갖는 원기둥 형상의 로드로 구성된다.

상기 프리폼 홀더의 연장부가 수직 로드의 하단부에 축회전 가능하게 고정되며, 피스톤이 상,하로 왕복운동하도록 에어 실린더가 상기 수직 로드의 하단부에 고정되고 에어 실린더의 피스톤이 상기 프리폼 홀더의 연장부의 단부에 고정됨으로써 프리폼 홀더가 수직 로드의 하단부에 상,하 방향으로 축회전 가능하게 부착된다.

상기 프리폼 홀더의 홀더부 말단부에 이로부터 연장되며 수직 밀의 맨드렐의 직경과 동일한 내경을 갖는 원호형상의 캡이 위치되는 것이 바람직하다. 이 캡은 프리폼 홀더의 홀더부에 위치된 프리폼이 프리폼 홀더를 축회전 시키면 캡을 타고 수직밀의 맨드렐로 안전하고 확실하게 이동할 수 있도록 한다.

본 발명에 의하면, 프리폼이 프리폼 홀더의 홀더부에 위치된 채로 에어 밸런서에 의해 이동되므로 고온 및 고하중의 프리폼을 손쉽게 수직 밀의 맨드렐로 이동시킬 수 있다. 또한, 프리폼 홀더의 홀더부 말단부에 수직 밀의 맨드렐 말단부에 위치되는 캡이 구비됨으로써 경사진 맨드렐로 프리폼 홀더의 홀더부에 위치된 프리폼을 안전하게 이동시킬 수 있다.

도 1은 완전 삽입 플랜지의 사시도이다.
도 2는 수직밀의 개략적인 사시도이다.
도 3은 수직 밀의 주요부분의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 수직 밀에 사용되는 메인 롤의 단면도이다.
도 5 수직 밀에 프리폼이 위치된 것을 보여주는 사시도이다.
도 6은 수직 밀의 맨드렐에 프리폼을 위치시키기 위한, 본 발명에 따른 에어 밸런서의 개략 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 에어 밸런서의 수직 로드 부분의 확대도이다.
도 8은 본 발명에 따른 에어 밸런서를 이용하여 프리폼을 수직밀의 맨드렐에 위치시키는 것을 보여주는 설명도이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

수직 밀의 맨드렐에 프리폼을 위치시키기 위한, 본 발명에 따른 에어 밸런서를 보여주는 도6 및 7을 참조하면, 에어 밸런서(60)는 주요 구성부로 지면에 고정되는 포스트(61), 2개의 아암(65,67), 및 그 하단부에 프리폼 홀더(80)가 부착되는 수직 로드(69)를 포함하며, 이하에서 이들에 대해 간략하게 설명한다.

포스트(61)는 에어 밸런서(60) 전체의 하중을 지지하는 지지기둥 역할을 하며 지면에 단단하게 고정된다. 포스트(61)의 상부에는 하우징(63)이 포스트에 대해 수평방향으로 축회전 가능하게 부착되며, 하우징(63)에는 밸런서(미도시)가 내장되고 이 밸런서로 압축공기를 공급하는 압축공기탱크(62)가 부착된다. 2개의 아암 중 제1 아암(65)은 포스트(61)에 수직한 방향으로 위치되되 그 제1 단부는 하우징(63)에 상하방향으로 축회전할 수 있도록 고정되어서 제1 아암(65)은 포스트(61)에 대해 수평방향 및 상하방향으로 축회전 운동을 할 수 있다. 제1 아암(65)의 제2 단부에는 제1 아암에 대해 수평방향으로 위치되는 제2 아암(67)의 제1 단부가 제1 회전축(66)을 중심으로 수평방향으로 축회전할 수 있도록 고정된다. 제2 아암(67)의 제2 단부에는 제2 아암에 대해 수직방향으로 위치되는 수직 로드(69)가 제2 회전축(68)을 중심으로 축회전할 수 있도록 고정된다.

에어 밸런서는 압축공기를 이용하여 무중력에 근접한 상태에서 수평 아암 또는 수직 로드의 단부에 위치된 물건을 적은 힘으로도 이동시킬 수 있기 때문에 자동차 생산라인 등에서 일반적으로 사용되며, 등록특허 제0422715호, 제0257851호, 등록실용신안 제0355194호에는 다양한 에어 밸런서에 관한 기술이 공지되어 있다. 한편, 본 발명에 사용되는 전술한 바와 같은 구성의 에어 밸런서(60)는 더블 아암형 에어 밸런서로서 3축으로 회동가능하여 이동시킬 물건의 위치를 미세하게 제어할 수 있으며, 이러한 타입의 에어 밸런서는 등록특허 제0655113호에 공지되어 있다. 따라서 본 발명에 사용되는 에어 밸런서(60)의 상세한 구성 및 원리에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는 본 발명의 특징부에 해당하는 프리폼 홀더(80)에 대하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 프리폼 홀더(80)는 홀더부(81), 이 홀더부로부터 연장되는 연장부(84), 및 이들 사이에 위치되는 배리어(83)로 구성된다. 홀더부(81)는, 도 5에 도시된 바와 같이 수직 밀(10)의 맨드렐(11)에 위치될 프리폼(50)의 중앙공으로 삽입되어 프리폼(50)을 파지하는 역할을 한다. 홀더부(81)는 수직 밀의 맨드렐(11) 직경과 동일한 직경을 갖는 원기둥 형상의 로드로 만들어지며, 고온 및 고하중의 프리폼을 충분히 파지할 수 있도록 강과 같은 강체로 구성되는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 이 홀더부(81)의 말단부에는 이로부터 연장되며 수직 밀의 맨드렐 직경과 동일한 내경을 갖는 원호형상의 캡(82)이 형성된다. 배리어(83)는 홀더부(81)에 파지된 고온의 프리폼이 연장부(84)로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 한편, 연장부(84)는 홀더부(81)로부터 연장되는 부분으로 에어 밸런서(60)의 수직 로드(69) 하단부에 상하로 축회전가능하게 고정된다. 즉, 수직 로드(69)의 하단부에는 아래로 개방되는 홈을 갖는 제1 프레임(70)이 고정되며, 이 제1 프레임(70)의 홈에는 프리폼 홀더(80)의 연장부(84)가 삽입되어 회전축부(71)를 회전축으로 상하방향으로 축회전 할 수 있도록 고정된다. 연장부(84)의 단부에는 에어 실린더(75)의 피스톤(76) 단부가 고정된다. 에어 실린더(75)는 수직 로드(69) 하단부의 제1 프레임(70)에 부착되는 제2 프레임(77)에 고정됨으로써 수직 로드(69)의 하단부에 대해 고정된다. 이러한 구성에 의하면, 에어 실린더(75)의 피스톤(76)이 상하방향으로 왕복운동할 때, 프리폼 홀더(80)는 회전축부(71)를 중심으로 상하방향으로 축회전할 수 있게 된다. 제2 프레임(77)에는 에어 밸런서(60)의 상하 방향 및 수평방향 축회전 운동, 및 프리홈 홀더(80)의 상하방향 축회전 운동을 개별적으로 제어할 수 있는 콘트롤러부(64)가 부착된다. 따라서 사용자는 3축으로 운동할 수 있는 에어 밸런서(60)를 콘트롤러부(64)로 조작하여 에어 밸런서의 수직 로드(69)를 원하는 위치에 위치시킬 수 있으며, 이 상태에서 프리폼 홀더(80)를 상하방향으로 개별적으로 축회전 운동시킬 수 있다.

이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 에어 밸런서(60)로 프리폼을 수직밀의 맨드렐에 위치시키는 것을 설명한다.

우선, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 예열된 프리폼(50)의 중앙공으로 프리폼 홀더(80)의 홀더부(81)가 삽입됨으로써 프리폼(50)이 프리폼 홀더(80)에 의해 파지된다. 이러한 파지는, 예를 들면, 예열된 프리폼(50)이 작업대(미도시)에 수직하게 직립된 상태로 위치된 상태에 있을 때 에어 밸런서(60)의 콘트롤러부(64)를 조작하여 프리폼 홀더(80)의 홀더부(81)를 프리폼(50)의 중앙공으로 삽입함으로써 이루어 질 수 있다. 다음에는, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 프리폼(50)이 파지된 홀더부(81)의 단부가 수직 밀(10)의 맨드렐(11)의 단부와 인접하도록 콘트롤러부(64)를 조작한다. 이때, 맨드렐(11)은 수평방향에 대해 약 16° 정도 경사져 있으므로 수평하게 위치된 홀더부(81)의 단부와 맨드렐(11)의 단부는 완전히 밀접하도록 일치되지 않으나, 캡(82)에 의해 충분히 밀접하게 위치된다. 다음에는, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 프리폼 홀더(80)가 상하방향으로 축회전하도록 콘트롤러를 조작하면, 프리폼 홀더의 홀더부(81)에 위치된 프리폼(50)은 중력에 의해 캡(82)을 타고 맨드렐(11)로 이동하여 위치된다. 이와 같이 캡(82)은 홀더부(81)에 위치된 프리폼(50)이 안전하고 확실하게 이동할 수 있도록 한다. 한편, 이러한 작업은 작업자 1인이 간단하게 콘트롤러부를 조작함으로써 수행될 수 있다.

이상에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자라면, 후술될 청구범위 내에서 다양한 변경이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 도시된 실시예에서는 에어 실린더(75)가 사용되었으나, 유압실린더가 사용될 수도 있다.

Claims (3)

1. 지지기둥역할을 하는 포스트, 포스트에 대해 수평방향 및 상하방향의 축회전 운동을 할수 있도록 포스트에 부착되는 제1 아암, 제1 아암에 대해 수평방향의 축회전 운동할 수 있도록 제1 아암에 부착되는 제2 아암, 및 제2 아암에 대해 축회전 운동할 수 있도록 제2 아암의 단부에 수직하게 부착되는 수직 로드를 포함하는 에어 밸런서에 있어서,
   수직 밀의 맨드렐에 위치될 프리폼의 중앙공으로 삽입되는 홀더부, 홀더부로부터 연장되는 연장부, 및 홀더부에 위치된 프리폼이 연장부로 이동하는 것을 방지하기 위한 배리어로 구성되는 프리폼 홀더가 상기 수직 로드의 하단부에 상하 방향으로 축회전 가능하게 부착되되, 상기 홀더부는 수직 밀의 맨드렐의 직경과 동일한 직경을 갖는 원기둥 형상의 로드로 구성됨을 특징으로 하는 수직 밀의 맨드렐에 프리폼을 위치시키기 위한 에어 밸런서.
2. 제1항에 있어서, 상기 프리폼 홀더의 연장부가 수직 로드의 하단부에 축회전 가능하게 고정되며, 피스톤이 상하로 왕복운동하도록 에어 실린더가 상기 수직 로드의 하단부에 고정되고 에어 실린더의 피스톤이 상기 프리폼 홀더의 연장부의 단부에 고정됨으로써 프리폼 홀더가 수직 로드의 하단부에 상하 방향으로 축회전 가능하게 부착됨을 특징으로 하는 수직 밀의 맨드렐에 프리폼을 위치시키기 위한 에어 밸런서.
3. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 프리폼 홀더의 홀더부 말단부에 이로부터 연장되며 수직 밀의 맨드렐의 직경과 동일한 내경을 갖는 원호형상의 캡이 위치됨을 특징으로 하는 수직 밀의 맨드렐에 프리폼을 위치시키기 위한 에어 밸런서.

Images