KR102026239B1

KR102026239B1 - 미세 금속관 제조장치

Info

Publication number: KR102026239B1
Application number: KR1020180126384A
Authority: KR
Inventors: 박종후
Original assignee: 동방새환경엔지니어링(주)
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2019-09-27

Abstract

본 발명은 직경이 0.5~3mm인 미세 금속관의 제조장치에 관한 것으로서, 권취된 금속 스트립(strip)이 인출되는 언와인더와; 상기 금속 스트립이 입력되어 원주방향으로 감아돌아 출력되는 원형테이블과; 상기 원형테이블에 상기 금속 스트립이 입력되는 쪽에서부터 출력되는 쪽까지 배열하여 회전 가능하게 설치되어 상기 금속 스트립의 내측면을 지지하는 다수의 인롤(in-roll)과; 상기 원형테이블의 외측에서 상기 다수의 인롤에 맞물려 상기 금속 스트립을 단계적으로 가압 성형함으로써 최종적으로는 일측단부가 절개된 원형 단면의 금속관을 출력시키는 다수의 아웃롤(out-roll)과; 상기 금속 스트립이 상기 언와인더로부터 상기 원형테이블로 입력되어 상기 다수의 인롤과 아웃롤을 통과하면서 성형 및 상기 금속관으로서 출력되도록 하는 금속 스트립 견인수단과; 상기 다수의 인롤과 아웃롤에 이웃하여 배치되어 상기 금속관의 절개된 일측단부를 용접하는 용접부; 및 상기 용접부를 통과하는 금속관이 인입 및 권취되는 리와인더를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 비교적 작은 설비와 및 작은 설치공간을 이용하여 원형관, 타원관 등 유사 관로의 비규격 내지 임의의 필요 규격의 미세 금속관을 성형할 수 있다.

Description

미세 금속관 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING METALIC STRAW TUBE}

본 발명은 구멍 직경이 0.5~3mm인 미세 금속관의 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속판재 소재에 롤 포밍 공정을 적용하여 비규격 내지 임의규격의 금속관을 성형할 수 있게 해주는 미세 금속관 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 수소가스 등의 가연성 가스는 파이프나 호스와 같은 일정한 관로를 통하여 이송하게 되며 이 경우, 보통 고분자 호스, 열경화성 호스, PVC 관 등을 사용하는데 이는 가연성 가스가 고분자와 반응하여 호스를 훼손하며, 외부적 요인에 의해 파손되거나 열화하며, 화재 발생 시에는 전소되는 문제가 있다. 따라서, 이러한 위험을 예방하기 위하여 본 발명에서는 금속관을 제안하게 되었다.

이러한 금속관은 일반적으로 금속 시트(sheet)를 강도와 연신율의 상대 관계에 따라 항복강도와 파단강도의 영역에서 성형하는데 이 구간에서 롤로 성형하여 선단부가 폐쇄된 파이프로 성형하게 됨으로써 얻어진다. 그러나, 본 발명에서 얻고자 하는 금속관은 직경이 0.5~3mm인 미세 금속관이므로 일반적인 금속관의 제조공정을 그대로 적용하기에는 무리가 있다. 즉, 금속 소재의 미세관을 사용하기 위하여 막대한 시설과 설비가 필요하므로 다품종 소량으로 요구되는 미세 금속관을 사용하고자 하는 데 난제가 되었다.

한편, 롤 포밍 공정(roll forming process)은 금속판재 성형 공정 중의 하나로서 판재를 부분적으로 성형하고자 하는 경우에 큰 효율성을 갖는다. 롤 포밍 공정은 다른 소성공정과 달리 롤(roll) 금형을 이용하여 금속판재의 진행방향의 직각방향으로 순차적으로 변형 영역의 한계 내에서 금속시트의 길이방향 직각으로 순차벤딩 방식의 파이프로 변형을 하는 성형 공법이다. 따라서, 일반적으로 롤 포밍 공정은 형상이 일정하고 길이가 긴 제품을 대량으로 생산할 때 유용한 성형법이므로 용도상의 관점에서부터 본 발명에 그대로 적용되기에는 무리가 있으며, 후술하는 발명의 상세한 설명에서 알 수 있듯이 기본 개념은 그대로 접목하되 세부구성이 상당히 차별화된 모습을 취하게 된다.

[선행기술문헌] 특허공개 제10-2018-0070935호(공개일자:2018.06.27.)

특허공개 제10-2013-0125544호(공개일자:2013.11.19.)

특허등록 제10-1645713호(등록일자:2016.07.29.)

실용신안등록 제20-0216062호(등록일자:2000.12.28.)

따라서, 본 발명의 목적은 금속판재 소재에 롤 포밍 공정을 적용하여 비규격 내지 임의의 필요 규격의 금속관을 성형할 수 있게 해주는 미세 금속관 제조장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 권취된 금속 스트립(strip)이 인출되는 언와인더와; 외주면의 일측에서 상기 인출된 금속 스트립이 입력되어 원주방향으로 감아돌아 상기 외주면의 타측에서 상기 금속 스트립이 출력되는 원형테이블과; 상기 원형테이블의 외주연부에 원주방향으로 상기 금속 스트립이 입력되는 쪽에서부터 출력되는 쪽까지 배열하여 회전 가능하게 설치되어 상기 금속 스트립의 내측면을 지지하는 다수의 인롤(in-roll)과; 상기 원형테이블의 외측에서 원주방향으로 상기 다수의 인롤에 맞물려 기어나 벨트로 회전 가능하게 설치되어 상기 다수의 인롤과의 사이에서 상기 금속 스트립을 단계적으로 가압 성형함으로써 최종적으로는 일측단부가 절개된 원형 단면의 금속관을 출력시키는 다수의 아웃롤(out-roll)과; 상기 금속 스트립이 상기 언와인더로부터 상기 원형테이블로 입력되어 원주방향으로 상기 다수의 인롤과 상기 다수의 아웃롤을 통과하면서 성형이 이루지게 하며 상기 금속관으로서 출력되도록 하는 금속 스트립 견인수단과; 상기 원형테이블의 외주연부에 원주방향으로 상기 다수의 인롤과 아웃롤에 이웃하여 배치되어 상기 금속관의 절개된 일측단부를 용접하는 용접부; 및 상기 용접부를 통과하는 금속관이 인입 및 권취되는 리와인더를 포함하는 미세 금속관 제조장치를 제공한다.

여기서, 상기 미세 금속관 제조장치는 상기 원형테이블의 외주연부에 원주방향으로 상기 용접부에 이웃하여 배치되어 상기 원형테이블에 회전 가능하게 설치되는 교정용 인롤과; 상기 원형테이블의 외측에서 상기 교정용 인롤에 맞물려 회전 가능하게 설치되어 상기 교정용 인롤과의 사이에서 상기 금속관을 재질에 따른 변곡점의 차이를 보완 교정하는 교정용 아웃롤을 더 포함할 수도 있다.

이 경우, 상기 금속 스트립 견인수단은 회전구동모터와, 상기 회전구동모터의 회전력을 상기 교정용 아웃롤에 전달하는 제1 전동요소를 갖는 자동견인부를 포함하는 구성을 취할 수도 있다.

나아가, 상기 금속 스트립 견인수단은 축이 고정된 기어 핸들과, 상기 기어 핸들의 회전력을 상기 교정용 아웃롤에 전달하는 제2 전동요소를 갖는 수동견인부를 더 포함할 수도 있다.

한편, 상기 다수의 인롤은 각각 외주면의 중심선을 따라 일정한 원호의 곡면으로 이루어진 성형요홈부가 동일하게 형성되고, 상기 다수의 아웃롤은, 상기 금속 스트립의 입력 측으로부터, 상기 금속 스트립의 중심부를 가압하여 상기 성형요홈부의 곡면에 일치하도록 변형시키는 돌출벤딩부가 외주면의 중심선을 따라 형성된 1차 포밍롤과, 상기 금속 스트립의 양단부를 가압하여 내측으로 오므라들게 변형시키는 좌우 한 쌍의 경사벤딩부가 외주면의 중심선을 따라 형성된 2차 포밍롤과, 상기 오므라든 금속 스트립의 양단부를 순차로 가압하여 최종적으로 상기 금속 스트립을 원형으로 변형시키는 복수의 3차 포밍롤을 포함할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 미세 금속관 제조장치에 의하면 원형테이블 및 그 둘레로 원주방향으로 배치되는 소규모의 구성으로 금속 스트립을 금속관으로 성형하는 롤 포밍 공정을 구현함으로써 비교적 작은 설비와 및 작은 설치공간을 이용하여 비규격 내지 임의의 필요 규격의 미세 금속관을 성형할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 미세 금속관 제조장치의 평면도 및 측면도,
도 3 내지 도 7은 도 1의 미세 금속관 제조장치를 이용하여 미세 금속관을 성형하는 과정을 설명하기 위한 주요 부분들에서의 확대 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 미세 금속관 제조장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 금속 스트립(1)이 권취되어 인출되는 언와인더(unwinder, 110), 인출된 금속 스트립(1)이 원주방향으로 외주면으로부터 입력 및 출력되는 원형테이블(120), 원형테이블(120)의 외주연부에 내외측으로 서로 짝을 이루어 설치됨으로써 금속 스트립(1)을 성형하여 원형 단면의 금속관(5)으로서 출력시키는 다수의 인롤(in-roll, 131~135) 및 아웃롤(out-roll, 141~145), 원형테이블(120) 둘레의 원주방향으로 금속 스트립(1)을 이송시키는 금속 스트립 견인수단(150, 160), 원형 단면의 금속관(5)의 절개된 일측단부를 용접하는 용접부(170), 용접으로 뒤틀어진 금속관(6)을 교정하는 교정용 인롤(181) 및 아웃롤(182), 교정된 금속관(7)을 인입 및 권취하는 리와인더(re-winder, 190)를 포함한다.

다수의 인롤(131~135)은 원형테이블(120)의 외주연부에 원주방향으로 일정한 간격으로 배치되어 회전가능하게 설치되어 각기 금속 스트립(1)의 내측면을 지지한다.

다수의 아웃롤(141~145)은 원형테이블(120)의 외측에서 원주방향으로 각각의 인롤(131~135)에 대응하여 서로 맞물리며, 각기 고정된 회전축(141a 참조)을 중심으로 하여 회전가능하게 설치된다. 금속 스트립(1)은 이러한 다수의 인롤(131~135)과 아웃롤(141~145)에 입력하여 이들을 통과하는 과정에서 단계적으로 가압 성형됨으로써 최종적으로는 일측단부가 절개된 원형 단면의 금속관(5)으로서 출력된다(도 3 내지 도 7 참조).

최종 인롤(135)과 아웃롤(145)에 원주방향으로 이웃하여 설치되는 용접부(170)는 일측단부가 절개된 금속관(5)을 내측에서 받치는 금속관 받침롤(171)과, 이에 의해 받쳐진 금속관(5)의 절개된 일측단부, 즉 외측단부(5a)를 용접하여 일체로 이어주는 용접봉(172)을 구비한다.

교정용 인롤(181)과 아웃롤(182)은 용접부(170)에 원주방향으로 이웃하여 설치된다. 구체적으로 교정용 인롤(181)은 원형테이블(120)의 외주연부에 회전 가능하게 설치되고, 교정용 아웃롤(182)은 원형테이블(120)의 외측에서 상기 교정용 인롤(181)에 맞물려 고정된 회전축(182a)을 중심으로 하여 회전 가능하게 설치된다.

2개의 금속 스트립 견인수단(150, 160) 중 자동견인부(150)는 모터(151)의 회전구동력을 베벨기어(152) 및 벨트-풀리(153)를 구성으로 하는 전동요소를 통해 교정용 아웃롤(182)에 전달하여 이를 회전시킨다.

이러한 교정용 아웃롤(182)의 회전력은 내측의 교정용 인롤(181)과의 사이에서 맞물리는 금속관(6)을 잡아당김으로써 원형테이블(120)의 외주면을 따라 금속 스트립(1)이 입력, 이송, 성형 및 출력이 이루어지게 한다.

본 실시예에서 자동견인부(150)는 교정용 아웃롤(182)에만 작용하는 것으로 설명되었으나, 필요에 따라서는 다수의 아웃롤(141~145) 중의 하나 이상에 추가적으로 설치되어 작용하도록 구성할 수도 있다.

2개의 금속 스트립 견인수단(150, 160) 중 수동견인부(160)는 상기한 자동견인부(150)와 선택적으로 사용되는 것으로서, 축이 고정된 기어 핸들(161)로부터 입력되는 회전력을 기어차(162) 및 기어결합(163)을 구성으로 하는 전동요소를 통해 교정용 아웃롤(182)에 전달하여 이를 회전시킨다. 수동견인부(160)의 작용은 상기한 자동견인부(150)와 같다. 이 기어 핸들(161)은 곡면 포밍 시의 변화율 실험, 이종 재료 포밍 시 요구사양과 일치하게 셋업 시 수동조작실험으로 사용할 수 있다.

도 1에서 각각의 인롤(131~135)은 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이 모두 동일한 형상으로 이루어지며, 각각 외주면의 중심선을 따라 일정한 원호의 곡면으로 이루어진 성형요홈부(도 3의 131a 참조)가 동일하게 형성된다.

반면에, 다수의 아웃롤(141~145)은 특유 형상의 1차 포밍롤(141)과 2차 포밍롤(142), 그리고 서로 형상이 동일한 3개의 3차 포밍 롤(143, 144, 145; 도 5 내지 도 7 참조)로 구분된다.

1차 포밍롤(141)은 도 3에 도시된 바와 같이 외주면의 중심선을 따라 돌출벤딩부(141a)가 형성되어 이를 통해 금속 스트립(1)의 중심부를 가압하여 인롤(131)측 성형요홈부(131a)의 곡면에 일치하도록 변형시킨다.

2차 포밍롤(142)은 도 4에 도시된 바와 같이 외주면의 중심선을 따라 좌우 한 쌍의 경사벤딩부(142a)가 형성되어 이들을 통해 1차 변형된 금속 스트립(2)의 양단부를 가압하여 내측으로 오므라들게 변형시킨다.

3차 포밍롤들(143, 144, 145)은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 외주면의 중심선을 따라 모두 반원형 벤딩부(143a, 144a, 145a)가 형성되어 이들을 통해 2차 변형된 금속 스트립(3)의 양단부를 순차로 가압하여 최종적으로 원형의 금속관(5)으로 변형시킨다.

한편, 이상에서 설명된 미세 금속관 제조장치(100)는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과하며 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.

1: 금속 스트립(strip) 5: 일측단부가 절개된 금속관
7: 금속관 100: 미세 금속관 제조장치
110: 언와인더(un-winder) 120: 원형테이블
131~135: 인롤(in-roll) 131a: 성형요홈부
141~145: 아웃롤(out-roll) 141a: 돌출벤딩부
142a: 경사벤딩부 143a, 144a, 145a: 반원형 벤딩부
150: 자동견인부 160: 수동견인부
170: 용접부 171: 금속관 받침롤
172: 용접봉 181: 교정용 인롤
182: 교정용 아웃롤 190: 리와인더

Claims

권취된 금속 스트립(strip)이 인출되는 언와인더와;
외주면의 일측에서 상기 인출된 금속 스트립이 입력되어 원주방향으로 감아돌아 상기 외주면의 타측에서 상기 금속 스트립이 출력되는 원형테이블과;
상기 원형테이블의 외주연부에 원주방향으로 상기 금속 스트립이 입력되는 쪽에서부터 출력되는 쪽까지 배열하여 회전 가능하게 설치되어 상기 금속 스트립의 내측면을 지지하는 다수의 인롤(in-roll)과;
상기 원형테이블의 외측에서 원주방향으로 상기 다수의 인롤에 맞물려 회전 가능하게 설치되어 상기 다수의 인롤과의 사이에서 상기 금속 스트립을 단계적으로 가압 성형함으로써 최종적으로는 일측단부가 절개된 원형 단면의 금속관을 출력시키는 다수의 아웃롤(out-roll)과;
상기 금속 스트립이 상기 언와인더로부터 상기 원형테이블로 입력되어 원주방향으로 상기 다수의 인롤과 상기 다수의 아웃롤을 통과하면서 성형이 이루지게 하며 상기 금속관으로서 출력되도록 하는 금속 스트립 견인수단과;
상기 원형테이블의 외주연부에 원주방향으로 상기 다수의 인롤과 아웃롤에 이웃하여 배치되어 상기 금속관의 절개된 일측단부를 용접하는 용접부; 및
상기 용접부를 통과하는 금속관이 인입 및 권취되는 리와인더를 포함하는 미세 금속관 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 원형테이블의 외주연부에 원주방향으로 상기 용접부에 이웃하여 배치되어 상기 원형테이블에 회전 가능하게 설치되는 교정용 인롤과;
상기 원형테이블의 외측에서 상기 교정용 인롤에 맞물려 회전 가능하게 설치되어 상기 교정용 인롤과의 사이에서 상기 금속관을 교정하는 교정용 아웃롤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 금속관 제조장치.
제2항에 있어서,
상기 금속 스트립 견인수단은
회전구동모터와, 상기 회전구동모터의 회전력을 상기 교정용 아웃롤에 전달하는 제1 전동요소를 갖는 자동견인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 금속관 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 금속 스트립 견인수단은
축이 고정된 기어 핸들과, 상기 기어 핸들의 회전력을 상기 교정용 아웃롤에 전달하는 제2 전동요소를 갖는 수동견인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 금속관 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 다수의 인롤은 각각 외주면의 중심선을 따라 일정한 원호의 곡면으로 이루어진 성형요홈부가 동일하게 형성되고,
상기 다수의 아웃롤은, 상기 금속 스트립의 입력 측으로부터, 상기 금속 스트립의 중심부를 가압하여 상기 성형요홈부의 곡면에 일치하도록 변형시키는 돌출벤딩부가 외주면의 중심선을 따라 형성된 1차 포밍롤과, 상기 금속 스트립의 양단부를 가압하여 내측으로 오므라들게 변형시키는 좌우 한 쌍의 경사벤딩부가 외주면의 중심선을 따라 형성된 2차 포밍롤과, 상기 오므라든 금속 스트립의 양단부를 순차로 가압하여 최종적으로 상기 금속 스트립을 원형으로 변형시키는 복수의 3차 포밍롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 금속관 제조장치.