KR102047966B1

KR102047966B1 - 열간단조장치 및 이를 이용한 절곡형 제품 제조방법

Info

Publication number: KR102047966B1
Application number: KR1020190100960A
Authority: KR
Inventors: 우제호
Original assignee: 디더블유메탈(주)
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2019-11-22

Abstract

본 발명은 완성도 높은 절곡형 제품을 생산할 수 있는 열간단조장치 및 이를 이용한 절곡형 제품의 제조방법에 관한 것으로, 상하로 승강이동이 가능한 승강이동부(110), 상기 승강이동부(110)의 중앙부에 형성되며 상기 승강이동부(110)의 하강이동시 피단조소재(G)를 가압하는 상형펀치(120), 상기 승강이동부(110)의 양측에 형성된 누름봉(130), 상기 누름봉(130)의 하단에 구비된 롤러링크(140), 상기 피단조소재(G)를 고정하고 절곡하기 위한 접이식 판(150), 및 상기 피단조소재(G)를 수납하고 상기 상형펀치(120)와 마주보게 위치되는 하형패드(160)를 포함하되, 상기 상형펀치(120) 및 상기 누름봉(130)은, 상기 승강이동부(110)에 일체로 고정되어, 상기 승강이동부(110)의 하강운동에 의해 함께 하강하며, 상기 승강이동부(110)의 하강운동시, 상기 상형펀치(120)는 상기 하형패드(160) 내에 수납된 피단조소재(G)를 가압하며, 상기 누름봉(130)은 상기 롤러링크(140)의 외측롤러(141)를 가압하도록 구성되며, 상기 롤러링크(140)는, 롤러의 중앙부가 지면에 고정된 형태로 설치되어, 상기 외측롤러(141) 하강시 반대측의 내측롤러(142)가 상승작용하게 되며, 상기 누름봉(130)으로부터 상기 내측롤러(142)로 전달된 힘에 의하여 상기 접이식 판(150)을 회전시키는 것을 특징으로 하는 열간단조장치를 제공한다.

Description

열간단조장치 및 이를 이용한 절곡형 제품 제조방법 {Apparatus for hot forging and method of using the same for manufacturing bending type products}

본 발명은 열간단조장치 및 이를 이용한 절곡형 제품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접이식판금형의 작동에 의하여 피단조소재를 절곡시키는 열간단조장치 등에 관한 것이다.

단조는 기계적 방법으로 압축하중을 가하여 소재를 원하는 형상으로 성형하는 금속 가공방법을 말하는 것으로서, 그 종류로는 재료의 온도에 따라 열간 단조, 온간 단조, 냉간 단조로 분류된다.

열간 단조는 재료를 재결정 온도(1000

℃?) 이상으로 가열해 실시하는 것으로 냉간단조에 비해 정밀도는 떨어지지만 제작비가 저렴하고 단조품 형상에 대한 제약이 적어 일반적으로 많이 사용된다.

온간 단조는 열간 단조와 냉간 단조의 중간온도에서 실시하며 냉간 단조는 재료를 가열하지 않고 상온 또는 상온과 가까운 온도에서 실시한다. 정밀도 면에선 가장 우수한 제품을 얻을 수 있으나 소재는 중.저 탄소강 또는 저합금강으로 한정된다.

냉간 단조는 정형성형이 가능하여 재료 이용률의 대폭적 향상을 도모하고, 후절삭 가공의 배제 및 절감을 실현시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 환경 친화적인 공정으로 환경 유해적 요소 발생을 억제할 수 있으며 자동차 부품의 경우 고정밀도 부품의 생산이 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래의 열간단조공법을 통하여 절곡형 제품을 제조하는 장치의 모습을 보여주는 도면이다. 종래의 열간단조장치의 경우, 피단조소재의 모형에 맞게 1차 수평단조 성형이 끝난 후, 승강이동부가 하강하면서 피단조소재에 압력을 가함으로써 굴곡부를 형성하였다.

다만, 종래의 방법으로 성형하는 경우, 압력에 의해 제품의 굴곡부를 형성하는 과정에서 제품과 금형 간에 마찰이 발생하였고 이로 인하여 금형에 마모가 심하게 일어나고, 성형시 압력이 과부하 되는 문제점, 제품의 길이가 불균형하게 생성되는 등의 문제점이 있었다. 또한, 성형 후 제품을 추출하는 단계에서도 제품과 금형간에 마찰이 일어나 제품이 변형되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 열간단조공법을 사용하여 절곡형 제품을 생산하는 경우, 피단조소재와 금형 간 발생하는 마찰을 감소시킬 수 있도록 형성된 열간단조장치 및 이를 이용한 절곡형 제품 제조방법을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열간단조장치는, 상하로 승강이동이 가능한 승강이동부, 상기 승강이동부의 중앙부에 형성되며 상기 승강이동부의 하강이동시 피단조소재를 가압하는 상형펀치, 상기 승강이동부의 양측에 형성된 누름봉, 상기 누름봉 하단에 구비된 롤러링크, 피단조소재를 고정하고 절곡하기 위한 접이식 판 및 피단조소재를 수납하고 상기 상형펀치와 마주보게 위치되는 하형패드로 구성되는 것을 그 특징으로 한다. 여기서 상기 승강이동부의 하강운동에 의하여 승강이동부에 일체로 고정되어 있는 상형펀치와 누름봉이 함께 하강하며, 상형펀치는 하형패드 내에 수납된 피단조소재를 가압하며, 상기 승강이동부 양측의 상기 누름봉이 상기 롤러링크의 외측롤러를 누르게 되며, 상기 롤러링크의 내측롤러가 상승작용 하면서 상기 접이식 판을 회전시키는 것을 특징으로 하는 열간단조장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 열간단조장치 및 이를 이용한 제조방법은 절곡형 제품 생산시 피단조소재와 금형간 발생하는 마찰을 감소시킴으로써 제품의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 미성형 불량, 제품 성형시 오차발생을 감소시킴으로써 생산제품의 완성도를 높일 수 있다.

도 1은 종래의 열간단조장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간단조장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간단조장치의 작동도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간단조장치를 이용하여 제조된 절곡형 제품을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 열간단조장치를 도면을 참고하여 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간단조장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간단조장치의 작동을 나타내는 작동도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간단조장치를 이용하여 제조된 절곡형 제품을 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 열간단조장치는, 접이식판금형을 작동시켜 피단조소재를 절곡시키는 단조장치에 관한 것으로, 접이식 판에 피단조소재를 고정시킨 후 롤러링크에 의하여 접이식 판을 회전시키며 접이식판에 고정된 피단조소재를 가공하기 때문에 가공 오차가 적고 다양한 1차 가공이 가능하도록 해주는 열간단조장치에 관한 것이다.

이러한 열간단조장치(100)는, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 승강이동부(110), 메인 실린더(미도시), 상형펀치(120), 누름봉(130), 롤러링크(140), 접이식 판(150) 및 하형패드(160)를 포함할 수 있다.

승강이동부(110)는 상하로 승강운동이 가능하도록 형성된다. 필요에 따라 승강이동부에는 메인 실린더가 결합될 수 있으며, 메인 실린더의 작동에 의해 승강이동부(110)가 상하로 승강운동 할 수 있다.

상형펀치(120)는 승강이동부(110) 중앙부에 일체로 결합되어 있으며, 피단조소재(G)를 수납하는 하형패드(160)와 마주보게 위치할 수 있다. 상형펀치(120)는 승강이동부(110)가 하강하는 경우, 중력방향으로 하형패드(160)에 힘을 가하여 주는 역할을 한다. 필요에 따라 상형펀치(120)는 피단조소재와 마주 닿는 부분에 상부금형(121)을 추가로 구비할 수 있다. 상부금형(121)은 피단조소재의 모양 및 크기에 맞는 모양으로 제조되며, 필요에 따라 교체될 수 있다.

누름봉(130)은 승강이동부(110) 양측에 승강이동부(110)와 일체로 결합되어 위치할 수 있다. 누름봉(130)은 승강이동부(110)가 하강하는 경우 일체로 하강하면서 롤러링크(140)에 힘을 가하는 역할을 한다.

롤러링크(140)의 외측롤러(141)는 누름봉(130)의 하단에, 내측롤러(142)는 접이식 판(150) 하단에 위치하도록 설치될 수 있다. 롤러링크(140)는 회전 가능하도록 몸체의 롤러 중앙부가(143) 지면상에 고정된 형태로 설치된다. 이에 따라, 누름봉(130)이 롤러링크(140)의 외측롤러(141)에 힘을 가하는 경우, 롤러링크(140)의 회전에 의하여 내측롤러(142)가 상승이동하게 된다. 즉, 롤러링크(140)는 누름봉(130)의 하강에 의해 누름봉(130)으로부터 전달받은 힘을 접이식 판(150)에 전달하여 주는 역할을 한다.

필요에 따라, 롤러링크(140)의 외측롤러(141)와 내측롤러(142)에 완충패드(144)를 추가적으로 구비할 수 있다. 완충패드(144)는 롤러링크(140)가 누름봉(130)으로부터 받은 힘의 충격을 완충시키는 역할을 하며, 롤러링크(140)가 접이식 판(150)에 힘을 가하는 경우, 접이식 판(150)에 가해지는 충격을 완화시키는 역할을 한다. 이를 통하여 피단조소재(G)에 가해지는 충격을 완화시킴으로써 제품에 오차를 줄이는 역할을 한다.

접이식 판(150)은 일측면이 고정된 채로 설치될 수 있다. 이 때, 고정된 지점을 회전점(151)이라고 하여, 회전점(151)이 고정된 채로 회전운동할 수 있도록 설치될 수 있다. 접이식 판(150)은 피단조소재(G)의 절곡부를 고정시킬 수 있도록 형성되며, 롤러링크(140)로부터 힘을 전달받아 회전한다. 접이식 판(150)의 회전시, 접이식판에 고정되어 있는 피단조소재(G)를 절곡시킬 수 있다. 접이식 판(150)에 고정시킨 채로 피단조소재(G)를 절곡하는 경우, 종래기술과 달리 피단조소재(G)와 접이식 판(150)에 미끄럼 마찰이 발생하지 않아 제품 표면에 변형이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 접이식 판(150)이 회전하면서 고정되어 있는 피단조소재(G)를 성형함에 따라 제품이 균일하게 절곡될 수 있으며, 오차가 적게 성형되는 바, 제품의 완성도를 높일 수 있다. 필요에 따라 접이식 판의 회전점(151)과 피단조소재의 굽힘이 발생되는 중심점(G1)을 동심을 이루도록 배치함으로써 굽힘가공시 피단조소재와 접이식 판(150) 사이에 미끄럼 마찰이 발생되지 않도록 할 수 있다.

하형패드(160)는 승강 이동이 가능하게 설치될 수 있다. 필요에 따라 하형패드(160)에는 피단조소재(G)를 수납할 수 있는 하부금형(161)을 추가로 구비할 수 있다. 하부금형(161)은 제작하려는 제품의 형상에 맞추어 제작할 수 있으며, 필요에 따라 교체가 가능하도록 형성될 수 있다. 상기 상부금형(121) 및 하부금형(161)은 상하로 마주보게 위치되면서 서로 간의 사이에 위치된 피단조소재(G)의 상하측 부위를 단조하도록 이루어지는 부위이다.

하형패드(160)는 하부금형(161)에 수납된 피단조소재(G)를 지지하는 역할을 한다. 필요에 따라 하형패드(160) 하방에는 하형패드(160)가 탄력 이동되도록 복원력을 제공하는 복원부재(170)가 구비될 수 있다. 복원부재(170)는 다이쿠션(Die-cushions), 유압실린더, 공압 스프링 등을 포함할 수 있다. 복원부재(170)는 상형펀치(120) 하강에 의해 하형패드(160)에 힘이 가해지는 경우, 하형패드(160)를 하강시키면서 하형패드(160)에 가해지는 힘을 분산시켜주며, 이를 통하여 피단조소재(G)와 하형패드(160) 상호간에 유격 없이 굽힘작업이 실행되도록 함으로써, 편하중 및 편심동작에 의한 피단조소재의 성형의 길이편차, 굽힘각도불량 등의 문제를 해결할 수 있다. 또한 복원부재(170)는 상형펀치(120)가 상승하는 경우, 하형패드(160)가 원래의 위치로 승강할 수 있도록 복원력을 제공하여 준다.

본 발명의 실시예에 따른 열간단조장치의 작동방법에 관하여 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 열간단조장치(100)의 작동방법은 하형패드(160)에 고정된 하부금형(161)에 피단조소재(G)를 삽입하는 단계, 삽입된 피단조소재(G)를 수평단조하는 단계, 피단조소재(G)를 절곡시키는 성형단계, 피단조소재(G)를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

피단조소재(G)가 하형패드(160)에 고정된 하부금형(161)에 삽입된다. 가열된 상태의 삽입된 피단조소재(G)는 하부금형(161)의 모양에 맞추어 진다.

피단조소재(G)가 삽입된 후, 승강이동부(110)가 하강하게 된다. 승강이동부(110)의 하강에 따라 상형펀치(120)는 하형패드(160)의 중심에 위치하는 하부금형(161)을 중력방향으로 가압하며, 하형패드(160)를 하강시키며, 이와 동시에 누름봉(130)은 롤러링크(140)의 외측롤러(141)에 중력방향으로 가압하여 준다. 하형패드(160)는 상형펀치(120)로부터 가해진 힘에 의하여 하강하게 되며, 롤러링크(140)는 누름봉(130)에 의하여 외측롤러(141)에 힘이 가하여 지면서 롤러링크(140)의 회전에 의하여 반대쪽 내측롤러(142)가 위로 상승하게 된다. 롤러링크(140)의 내측롤러(142)가 상승하면서 접이식 판(150)에 힘을 가하게 되며, 이에 따라 접이식 판(150)이 회전하면서 접이식 판(150)에 고정되어 있던 피단조소재(G)에 절곡이 생기는 성형단계가 진행된다.

삭제

피단조소재(G)의 절곡작업이 끝나는 경우, 승강이동부(110)가 상승이동하게 되며, 이에 상형펀치(120) 및 누름봉(130)이 상승하게 되고, 이에 따라 하형패드(160)는 복원부재(170)에 의해 상승하게 되며, 절곡형 제품이 추출된다.

도 4는 본 발명에 의해 제조된 절곡형 제품을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 열간단조장치(100)는 절곡되는 부분의 두께가 얇고 깊이가 깊은 제품을 생산할 수 있는 장치로써, 접이식 판(150)을 이용하여 피단조소재(G)를 절곡시킴으로써 미성형부분이 발생하거나 제품의 대칭이 맞지 않는 문제들을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 열간단조장치(100)는 굽힘성형 하고자 하는 피단조소재(G)를 접이식 판(150)에 고정시키고, 상형펀치(120)를 통하여 중력방향으로 힘을 가하여 줌과 동시에, 롤러링크(140)를 통하여 접이식 판(150)을 회전시켜 피단조소재(G)를 굽힘성형시킴으로써, 제품과 접이식 판(150) 사이에 미끄럼 마찰이 없도록 하여 제품 접촉면에 변형이 생기지 않도록 하였으며, 피단조소재(G)를 원하는 각도로 절곡가공할 수 있게 된다. 특히 접이식 판(150)의 회전점(151)과 제품의 굽힘이 발생되는 중심점(G1)이 동일선상에 위치하도록 장치를 설치하는 경우, 굽힘가공시 제품과 접이식 판금형 사이에 미끄럼 마찰이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 피단조소재(G)와 접이식 판(150) 사이의 슬립을 저감시킬 수 있다.

또한, 소성가공시 성형압력을 최소화하여 부하를 해소하고, 과도한 성형압력으로 인한 불량 발생 등의 문제를 해결할 수 있으며, 수평 또는 일정한 단차의 형 분할을 지닌 소성가공품 및 구부러진 형상과 단차가 있어 형 분할이 어려운 제품에 대해서도 확대 적용이 가능하다.

이에 더하여 기존의 단조공법으로는 도 4와 같이 제품에 구멍이나 오목형상이 있는 경우 절곡하는데 어려움이 있었다. 기존 공법으로는 피단조소재에 불균일하게 힘이 가해지고, 일부 부분에 압력이 과부하됨으로써 구멍이나 오목형상 등이 비균질적으로 변형이 가하여 지는 경우가 많았기 때문이다. 그러나 본 실시예에 따른 열간단조장치(100)의 경우, 상부금형(121) 및 하부금형(161)을 원하는 제품에 맞게 제작한 후, 피단조소재를 접이식 판에 고정한 상태로 회전시켜 성형함으로써 구멍이나 오목형상의 변형이 없는 제품을 생산할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 열간단조장치 110 승강이동부
120 상형펀치 121 상부금형
130 누름봉 140 롤러링크
141 외측롤러 142 내측롤러
143 롤러 중앙부 144 완충패드
150 접이식 판 151 회전점
160 하형패드 161 하부금형
170 복원부재 G 피단조소재
G1 굽힘이 발생되는 중심점

Claims

상하로 승강이동이 가능한 승강이동부(110);
상기 승강이동부(110)의 중앙부에 형성되며 상기 승강이동부(110)의 하강이동시 피단조소재(G)를 가압하는 상형펀치(120);
상기 승강이동부(110)의 양측에 형성된 누름봉(130);
상기 누름봉(130)의 하단에 구비된 롤러링크(140);
상기 피단조소재(G)를 고정하고 절곡하기 위한 접이식 판(150); 및
상기 피단조소재(G)를 수납하고 상기 상형펀치(120)와 마주보게 위치되는 하형패드(160);를 포함하되,
상기 상형펀치(120) 및 상기 누름봉(130)은,
상기 승강이동부(110)에 일체로 고정되어, 상기 승강이동부(110)의 하강운동에 의해 함께 하강하며, 상기 승강이동부(110)의 하강운동시, 상기 상형펀치(120)는 상기 하형패드(160) 내에 수납된 피단조소재(G)를 가압하며, 상기 누름봉(130)은 상기 롤러링크(140)의 외측롤러(141)를 가압하도록 구성되며,
상기 롤러링크(140)는,
롤러의 중앙부가 지면에 고정된 형태로 설치되어, 상기 외측롤러(141) 하강시 반대측의 내측롤러(142)가 상승작용하게 되며, 상기 누름봉(130)으로부터 상기 내측롤러(142)로 전달된 힘에 의하여 상기 접이식 판(150)을 회전시키는 것을 특징으로 하는 열간단조장치.
제 1항에 있어서,
상기 상형펀치(120)의 하단에 형성된 상부금형(121); 및
상기 하형패드(160)에 피단조소재(G)를 수납하기 위한 하부금형(161);을 포함하며,
상기 하형패드(160)는,
성형압력의 완충역할을 하기 위하여 승하강 작동을 하는 것을 특징으로 하는 열간단조장치.
제 1항에 있어서,
피단조소재(G)에 가해지는 충격을 완화하기 위하여 상기 롤러링크(140)의 외측롤러(141) 및 내측롤러(142)에 구비된 완충패드(144)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간단조장치
제 1항에 있어서,
상기 접이식 판(150)의 회전점(151)은,
상기 피단조소재(G)와 상기 접이식 판(150) 사이의 슬립을 저감시킬 수 있도록 상기 피단조소재(G)의 굽힘이 발생되는 중심점(G1)과 동심을 이루며 배치되는 열간단조장치.
하형패드(160)에 고정된 하부금형(161)에 피단조소재(G)를 삽입하는 단계;
승강이동부(110)의 하강에 의해 상형펀치(120)로 상기 하형패드(160)를 가압하며 상기 하형패드(160)를 하강시키며, 이와 동시에 누름봉(130)으로 롤러링크(140)의 외측롤러(141)를 가압하여 접이식 판(150)을 회전시킴으로써 상기 피단조소재(G)를 절곡시키는 성형단계; 및
상기 승강이동부(110)의 상승에 따라 상기 하형패드(160)가 상승되고, 상기 피단조소재(G)를 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절곡형 제품 제조방법.