KR102266420B1

KR102266420B1 - 복합단조용 예비성형장치

Info

Publication number: KR102266420B1
Application number: KR1020190152387A
Authority: KR
Inventors: 김상헌; 김기형; 배강국
Original assignee: (주)엘앤비테크
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-06-18
Also published as: KR20210063820A

Abstract

복합단조의 예비성형에 있어서 금속소재의 원형화, 업세팅, 후방압출 및 피어싱 공정시에 금속소재의 고정 및 위치조정 작업을 자동화함으로써, 불량률을 감소시킬 수 있고 작업능률을 향상시켜서 원가절감 및 생산성을 향상시킬 수 있는 복합단조용 예비성형장치(100)가 개시된다. 복합단조용 예비성형장치(100)의 하부 구조물인 베드 프레임(110)의 상부면상에는 가열된 금속소재를 수용하기 위한 예비성형블록(150)이 수평방향으로 이동가능하도록 배치되고, 상기 베드 프레임(110)과 상부 구조물인 크라운 프레임(130) 사이에 개재된 슬라이더 프레임(120)이 상기 예비성형블록(150)에 가까워지거나 멀어지도록 하기 위하여 상기 크라운 프레임(130)에는 메인 실린더(160)와 다수의 키커 실린더(kicker cylinder)(170)이 배치되며, 상기 슬라이더 프레임(120)의 하부면상에서 횡방향으로 이동이 가능하도록 장착된 제2 이송블록(180)은 별도의 서보모터에 의해서 횡방향으로 이동 가능하고, 상기 제2 이송블록(180)의 하부면상에는 가열된 금속소재를 가압하여 예비성형하기 위한 다수의 가압봉들(190)이 하방향으로 연장하도록 일체로 고정 배치된다.

Description

복합단조용 예비성형장치{Preliminary forming apparatus for complex forging processes}

본 발명은 복합단조용 예비성형장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복합단조의 예비성형에 있어서 금속소재의 원형화, 업세팅, 후방압출 및 피어싱 공정시에 금속소재의 고정 및 위치조정 작업을 자동화함으로써, 불량률을 감소시킬 수 있고 작업능률을 향상시켜서 원가절감 및 생산성을 향상시킬 수 있는 복합단조용 예비성형장치를 제공하려는 것이다.

일반적으로, 단조성형은 주조된 소재(특히 금속소재)에 빠른 속도의 압력을 가하여 소성 변형하는 공정으로서, 주조된 소재를 원하는 3차원의 형태를 가지도록 하는 공정을 일컫는다. 단조성형은 일반적인 공정인 자유단조(Open Die Forging)와 형단조(Closed Die Forging)로 구분할 수 있는데, 자유단조는 금형을 구비하지 않은 상태에서 금속소재를 가열한 후 두드림 작업을 통해서 금속소재의 형태를 변화시키는 성형공정을 의미한다. 자유단조는 주로 대형 단조품, 소량의 소형 단조품 생산에 적합하며, 작업속도가 느리고 치수 정밀도가 떨어지는 단점이 있다. 이에 비해서, 형단조는 특정한 형상을 갖고 있는 두 개의 다이(=금형) 사이에서 소재를 단조하여 다이형상부(cavities)의 형상으로 소재를 변형시키는 공정으로서, 연성 증대 및 단조에 필요한 힘의 감소를 위해 일반적으로 고온에서 수행된다. 형단조는 동일금형으로 많은 양의 단조품 생산이 가능하고 정밀도가 우수하다는 장점이 있으나, 장비가 고가여서 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

이와 같은 단조성형은 가장 오래된 소성가공법의 하나로서 대량생산을 가능하게 하고 뛰어난 기계적 특성을 가진 제품의 생산을 가능하게 하기 때문에 산업발전과 더불어 전 세계적으로 널리 사용되어 오고 있다. 최근에는 내구성과 고정밀도를 동시에 만족시킬수 있는 성형법의 필요성이 대두되고 있고, 그에 대한 해법으로서 열간단조와 냉간단조의 특성을 이용한 복합단조가 많이 쓰이고 있다. 복합단조는 열간단조로 형상을 구현하고 냉간단조로 부품을 정밀성형하기 때문에 조직치밀도와 내구성이 높고, 절삭량 및 가공시간을 대폭 절감할 수 있다.

복합단조가 적용되는 단조작업의 일 예를 들면 링 롤링 밀(Ring Rolling Mill; 일명 "링밀")을 들 수 있다. 링밀 성형의 작업순서를 단계별로 설명하자면, 먼저 원소재를 규격에 맞춰 사각형, 원형 등의 형상으로 절단하고, 절단된 소재를 가열로내에 장입하여 가열한 다음, 가열된 소재를 가열로에서 취출하여 예비성형을 위한 함마 또는 프레스기로 이송한다.

예비성형에 대해서 구체적으로 설명하자면, 가열된 소재를 지게차를 이용해서 함마 또는 프레스기의 작업대 위로 이송한 상태에서 작업자에 의해 수동으로 소재의 위치를 맞추고 원형화를 진행한다. 원형화가 완료된 소재를 작업자에 의해 다시 세로로 세워 축방향으로 압력을 가함으로써 소재의 길이는 짧게하고 면적은 확대시키는 업세팅(upsetting)을 진행하게 된다. 다음에는, 업세팅이 완료된 소재의 상부에 펀치를 올려서 소재의 가운데 부분을 2/3 정도까지 구멍을 내는 후방압출 공정을 진행한 후, 작업자에 의해 다시 소재를 뒤집은 뒤 구멍을 완전히 뚫는 피어싱(piercing) 공정을 진행하게 된다. 이와같은 예비성형 공정이 끝난 후에는 이송 및 링밀 장입, 링성형, 링배출 및 적재로 이어지는 본성형 공정을 수행하게 된다.

그런데, 전술한 바와 같은 예비성형에 있어서 금속소재의 원형화, 업세팅, 후방압출 및 피어싱 공정시에 있어서 금속소재의 위치를 조정하거나 금속소재를 제위치에 고정시켜서 지지하는 등의 작업을 모두 작업인력에 의해 수동으로 수행하여 왔다. 그 결과, 작업자의 숙련도 차이에 의해서 작업속도가 차이가 나고 단조제품의 품질이 들쑥날쑥하여 일관성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 수동작업의 오차로 인하여 공차가 발생하여 불량이 발생하는 등의 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1440873호(등록일자: 2014년 09월 05일)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 복합단조의 예비성형에 있어서 금속소재의 원형화, 업세팅, 후방압출 및 피어싱 공정시에 금속소재의 고정 및 위치조정 작업을 자동화함으로써, 불량률을 감소시킬 수 있고 작업능률을 향상시켜서 원가절감 및 생산성을 향상시킬 수 있는 복합단조용 예비성형장치를 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 복합단조의 예비성형에 있어서 금속소재의 원형화, 업세팅, 후방압출 및 피어싱 공정시에 금속 가공물을 원하는 온도범위로 유지시키기 위한 자동 다이 냉각시스템을 적용함으로써, 성형 설비가 고온에 노출되는 시간을 최소화하여 설비의 수명 연장, 공구들의 마모 방지가 가능하여 비용절감이 가능하고 우수한 품질의 제품 생산이 가능한 복합단조용 예비성형장치를 제공하려는 것이다.

전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,

복합단조용 예비성형장치로서,

하부로부터 수직 상방향으로 순서대로 배치된 베드 프레임, 슬라이더 프레임 및 크라운 프레임, 그리고 상기 크라운 프레임으로부터 상기 슬라이더 프레임을 지나서 상기 베드 프레임에 이르기까지 수직하게 연장 배치된 수직 프레임을 포함하는 프레임 수단;

상기 베드 프레임의 상부면상에 수평방향으로 이동이 가능하도록 배치되고, 가열된 금속소재를 수용하기 위한 예비성형블록;

상기 예비성형블록을 상기 베드 프레임의 상부면상에서 수평방향으로 이동시키기 위한 리니어 액튜에이터 어셈블리;

상기 슬라이더 프레임이 상기 예비성형블록에 가까워지거나 상기 슬라이더 프레임이 상기 예비성형블록으로부터 멀어지도록 상기 수직 프레임을 따라서 상기 슬라이더 프레임을 승하강시키기 위한 승하강장치; 및

상기 슬라이더 프레임의 하부면상에서 횡방향으로 이동이 가능하도록 장착된 제2 이송블록을 횡방향으로 이동시키기 위한 서보모터;를 포함하며,

상기 제2 이송블록의 하부면상에는 상기 가열된 금속소재를 가압하여 예비성형하기 위한 다수의 가압봉들이 하방향으로 연장하도록 일체로 고정 배치된 것을 특징으로 하는 복합단조용 예비성형장치를 제공한다.

상기 베드 프레임은 제1 프레임 본체 및 상기 제1 프레임 본체의 상부면상에 일체로 장착된 제1 지지 플레이트를 포함하며, 상기 리니어 액튜에이터 어셈블리는 상기 제1 지지 플레이트의 상부면상에서 상대적으로 긴 양측면상에 각각 일체로 고정 배치된 레일블록, 상기 레일블록 사이에서 바닥면이 상기 제1 지지 플레이트의 상부면상에 접촉하도록 배치된 어셈블리 본체, 상기 어셈블리 본체의 상대적으로 짧은 측면들중 일측면에 기계적으로 연결하여 설치된 리니어 액튜에이터, 및 상기 어셈블리 본체의 상부면상에 일체로 연결 고정된 제1 이송블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 이송블록은 상기 액튜에이터의 작동에 의해서 상기 어셈블리 본체와 함께 수평방향으로 직선왕복운동할 수 있고, 상기 제1 이송블록의 상부면 중앙부위 전체에는 리세스가 상기 제1 이송블록의 길이방향을 따라서 일정한 깊이로 절개하여 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 이송블록의 상부면상에는 상기 예비성형블록이 배치되고, 상기 예비성형블록은 일정한 두께와 높이를 갖는 성형블록 본체를 구비하며, 상기 성형블록 본체의 중앙위치에는 가열된 금속소재를 수용하기 위한 복수개의 중앙 개구부가 관통하여 형성되고, 상기 중앙 개구부의 방사상 내면상에는 가열된 금속소재을 잡아서 지지하기 위한 가공물 지지편이 각각 삽입하여 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 중앙 개구부는 금속가공물의 형태를 고려하여 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 상기 가공물 지지편은 금속가공물의 가압팽창을 고려해서 일정간격만큼 서로 이격하여 거울대칭의 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 성형블록 본체의 측면에는 냉각수 공급 및 순환을 위한 복수개의 냉각수 공급라인이 연결되고, 상기 냉각수 공급라인은 외부의 냉각장치에 유체 연결된 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래의 복합단조 작업에 있어서 금속소재를 예비성형하는 경우에, 인력에 의해서 금속소재를 위치조정, 고정, 뒤집기 하던 것을 자동화함으로써, 기존 평균공정시간(tact time)이 120초 내외인데 반해서 80초 이내로 단축되어 원가절감을 통해 생산성이 향상되고 불량률이 감소하여 품질이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 멀티 툴(Multi Tool)에 의한 공정분할 및 형단조와 자유단조의 장점을 취한 복합단조 공법으로서 공극축소 및 초경량화(4,000t→1,000t)가 가능하여, 경쟁사의 성형속도(10mm/s) 대비 3배 빠른 초고속성형속도(자사 30mm/s)를 달성할 수 있다. 게다가, 자동 다이 냉각시스템 및 자동 툴(Tool) 교체를 통해 불량률 “제로(Zero)”화가 가능하다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합단조용 예비성형장치의 사시도들;
도 3은 도 1에 도시된 베드 프레임의 확대도;
도 4는 도 1에 도시된 예비성형블록 및 그 주변부를 확대하여 나타낸 도면;
도 5는 도 1에 도시된 예비성형블록만을 확대하여 나타낸 도면;
도 6은 도 1에 도시된 슬라이더 프레임만을 확대하여 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합단조용 예비성형장치에서 수행되는 원형화 공정의 동작을 단계별로 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합단조용 예비성형장치에서 수행되는 업세팅(upsetting) 공정의 동작을 단계별로 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합단조용 예비성형장치에서 수행되는 후방압출 공정의 동작을 단계별로 나타낸 도면; 및
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합단조용 예비성형장치에서 수행되는 피어싱(piersing) 공정의 동작을 단계별로 나타낸 도면.

이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합단조용 예비성형장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합단조용 예비성형장치(100)가 도시되어 있다.

먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 복합단조용 예비성형장치(100)는 하부로부터 수직 상방향으로 순서대로 배치된 베드 프레임(110), 슬라이더 프레임(120) 및 크라운 프레임(130)을 포함한다.

첨부도면 도 3에는 상기 베드 프레임(110)이 확대하여 도시되어 있다. 베드 프레임(110)은 제1 프레임 본체(111) 및 상기 제1 프레임 본체(111)의 상부면상에 일체로 장착된 제1 지지 플레이트(112)를 포함한다. 상기 제1 프레임 본체(111)의 4곳 모서리 위치에는 각각 제1 관통공(113)이 상기 제1 프레임 본체(111)를 수직방향으로 관통하여 형성된다. 이에 대응하여, 제1 지지 플레이트(112)의 4곳 모서리 위치에는 각각 제2 관통공(114)이 제1 지지 플레이트(112)를 수직방향으로 관통하여 형성된다. 상기 제2 관통공(114)은 상기 제1 관통공(113)에 대하여 수직방향으로 일렬로 연통하도록 동일한 직경으로 형성된다. 수직방향으로 서로 연통하도록 정렬하여 형성된 제1 관통공(113) 및 제2 관통공(114)에는 하기에서 설명할 기둥형태의 수직프레임(200)이 상하방향으로 관통하도록 배치된다. 수직프레임(200)의 하단부는 지면에 접촉하여 지지된다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 지지 플레이트(112)의 상부면상에는 리니어 액튜에이터 어셈블리(140)가 배치된다.

도 4는 도 1의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 상기 리니어 액튜에이터 어셈블리(140)의 구성 및 배치구조가 잘 도시되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 리니어 액튜에이터 어셈블리(140)는 상기 제1 지지 플레이트(112)의 상부면상에서 상대적으로 긴 양측면상에 각각 일체로 고정 배치된 레일블록(142), 상기 레일블록(142) 사이에서 바닥면이 상기 제1 지지 플레이트(112)의 상부면상에 접촉하도록 배치된 어셈블리 본체(141), 상기 어셈블리 본체(141)의 상대적으로 짧은 측면들중 일측면에 기계적으로 연결하여 설치된 리니어 액튜에이터(143), 상기 어셈블리 본체(141)의 상부면상에 일체로 연결 고정된 제1 이송블록(144)을 포함한다.

상기 레일블록(142)의 상부면상에는 레일(142a)이 레일블록(142)의 길이방향을 따라서 연장 설치되어 있다. 상기 어셈블리 본체(141)는 상대적으로 긴 양측에 "ㄱ"자 형상의 날개부(도시되지 않음)가 외부로 돌출하여 형성되어 있고, 상기 날개부의 하부는 상기 레일(142a)에 삽입하여 배치된다. 이에 의해서, 상기 어셈블리 본체(141)는 한쌍의 레일블록(142) 사이에서 리니어 액튜에이터(143)의 작동에 의해 상기 레일(142a)을 따라서 수평방향으로 직선왕복운동할 수 있도록 배치된다.

한편, 상기 제1 이송블록(144)은 상기 어셈블리 본체(141)의 상부면상에 일체로 고정되어 있기 때문에 상기 어셈블리 본체(141)와 함께 상기 액튜에이터(143)의 작동에 의해 상기 레일(142a)을 따라서 수평방향으로 직선왕복운동할 수 있다. 상기 제1 이송블록(144)의 상부면 중앙부위 전체에는 리세스(145)가 상기 제1 이송블록(144)의 길이방향을 따라서 일정한 깊이로 절개하여 형성된다. 리세스(145)는 금속소재가 가공될 때 하부의 여유공간을 제공하는 역할을 하게 된다.

상기 제1 이송블록(144)의 상부면상에는 예비성형블록(150)이 배치된다. 도 5에는 상기 예비성형블록(150)이 확대하여 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 예비성형블록(150)은 일정한 두께와 높이를 갖는 성형블록 본체(151)를 구비하며, 상기 성형블록 본체(151)의 중앙위치에는 가열된 금속가공물(M)(도 7 참조)을 수용하기 위한 중앙 개구부(152)가 관통하여 형성된다. 바람직하게는, 중앙 개구부(152)는 작업의 연속성을 고려하여 복수개가 형성된다. 중앙 개구부(152)는 금속가공물의 형태를 고려하여 다양한 형상으로 형성할 수 있다. 중앙 개구부(152)의 방사상 내면상에는 금속가공물을 잡아서 지지하기 위한 가공물 지지편(153)이 각각 삽입하여 배치되는데, 가공물 지지편(153)은 금속가공물의 가압팽창을 고려해서 일정간격만큼 서로 이격하여 거울대칭의 형태로 배치된다.

상기 성형블록 본체(151)의 내부에는 냉각수가 공급된다. 즉, 성형블록 본체(151)의 측면에는 냉각수 공급 및 순환을 위한 복수개의 냉각수 공급라인(CL)이 연결된다. 냉각수 공급라인(CL)은 외부의 냉각장치(도시되지 않음)에 유체 연결된다. 외부의 냉각장치(도시되지 않음)로부터 냉각수가 냉각수 공급라인(CL)을 통해서 성형블록 본체(151)의 내부로 공급됨으로써, 금속가공물의 복합단조작업시에 예비성형블록(150)의 온도를 적정 온도로 유지할 수 있다. 다시 말해서, 단조성형시에는 성형시 필요한 힘을 줄이기 위하여 일반적으로 고온에서 공정이 이루어지게 되는데, 이에 따라 성형에 필요한 공구(tool)들이 지속적으로 고온에 노출되어 설비의 수명이 단축된다. 따라서, 본 출원인은 예비성형블록(150)에 자동 다이 냉각시스템을 적용하여, 성형 설비가 고온에 노출되는 시간을 최소화하여 설비의 수명 연장, 공구들의 마모 방지가 가능하여 비용절감이 가능하며, 우수한 품질의 제품 생산이 가능하다.

다시 첨부도면 도 1 및 도 2를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 베드 프레임(110)의 4곳 모서리부분에는 기둥형태의 수직프레임(200)이 수직하게 연장하여 배치된다. 상기 수직프레임(200)의 상부에는 상기 크라운 프레임(130)이 배치된다. 크라운 프레임(130)은 복합단조용 예비성형장치(100)의 상부구조물로서, 크라운 프레임(130)의 본체(131) 중앙위치에는 메인 실린더(160)가 배치된다. 상기 메인 실린더(160)로부터 하방향으로 연장되는 메인실린더 로드(162)의 하단부는 상기 베드 프레임(110)의 아래쪽에 배치된 상기 슬라이더 프레임(120)의 상부에 연결 고정된다. 메인 실린더(160)의 주위에는 복수개의 키커 실린더(kicker cylinder)(170)가 배치된다. 키커 실린더(170)로부터 하방향으로 연장되는 키커실린더 로드들(162)의 하단부는 상기 슬라이더 프레임(120)의 측면에 연결 고정된다.

상기 슬라이더 프레임(120)은 상기 메인 실린더(160)와 상기 키커 실린더들(170)의 작동에 의해서 상기 수직프레임(200)을 따라서 상하로 승하강할 수 있도록 배치된다.

첨부도면 도 6에는 상기 슬라이더 프레임(120)이 도시되어 있다. 슬라이더 프레임(120)의 본체(121) 중앙위치에는 제1 연결플랜지(123)가 제공되어 있는데, 상기 메인 실린더(160)로부터 하방향으로 연장된 메인 실린더로드(162)의 하단부가 상기 제1 연결플랜지(123)에 일체로 연결고정된다. 제2 프레임 본체(121)의 4곳 모서리 부분에는 제3 관통공(122)이 제2 프레임 본체(121)를 상하방향으로 관통하여 각각 형성된다. 이렇게 형성된 제3 관통공(122)에는 수직프레임(200)이 관통하여 지나간다. 제2 프레임 본체(121)의 양측면상에는 복수개의 제2 연결플랜지(124)가 각각 제공되어 있는데, 키커 실린더(170)로부터 하방향으로 연장되는 키커실린더 로드들(162)의 하단부가 상기 제2 연결플랜지(124)에 일체로 연결 고정된다.

상기 슬라이더 프레임(120)의 하부면상에는 제2 이송블록(180)(도 1 및 도 2 참조)이 횡방향으로 이동이 가능하도록 장착된다. 이를 위해서, 슬라이더 프레임(120)의 하부면상에는 다수의 제1 롤러 삽입홈들(125)이 슬라이더 프레임(120)의 길이방향을 따라서 일정한 간격을 두고 절개하여 형성되어 있다. 이에 대응하여 제2 이송블록(180)의 상부면상에는 다수의 제2 롤러 삽입홈들(도시되지 않음)이 형성되어 있다.

상기 슬라이더 프레임(120)의 하부면상에 형성된 제1 롤러 삽입홈들(125)과 상기 제2 이송블록(180)의 상부면상에 형성된 제2 롤러 삽입홈들(도시되지 않음) 사이에는 다수의 롤러들(도시되지 않음)이 삽입하여 배치된다. 제2 이송블록(180)은 제2 이송블록(180)의 근처위치에 별도로 설치된 서보모터(도시되지 않음)에 전기적 및 기계적으로 연결되며, 상기 서보모터(도시되지 않음)및 롤러들의 구름작동에 의해서 슬라이더 프레임(120)의 하부면상에서 횡방향으로 이동이 가능하다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 이송블록(180)의 하부면상에는 다수의 가압봉들(190)이 하방향으로 연장하도록 일체로 고정 배치된다. 가압봉들(190)은 각기다른 직경과 길이를 갖는다. 가압봉들(190)의 직경과 길이는 단조성형하고자 하는 제품을 고려하여 미리 정하여 설치한다. 가압봉들(190)은 메인 실린더(160)와 키커 실린더(170)의 작동에 의해서 슬라이더 프레임(120)이 수직 프레임(200)을 따라서 하방향으로 이동할 때, 예비성형블록(150)의 가공물 지지편(153)에 의해서 지지되고 있는 금속소재를 가압하게 된다.

하기에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합단조용 예비성형장치(100)의 작동에 대해서 상세하게 설명한다.

금속재질의 원소재를 규격에 맞게 절단한 후 가열로에서 원하는 온도로 가열한 금속 가공물을 지게차를 이용해서 함마 또는 프레스기의 작업대 위로 이송한다. 함마 또는 프레스기의 작업대 위로 이송된 금속가공물은 1단계 예비성형을 위해서 예비성형블록(150)으로의 소재장입 절차를 거치게 된다.

도 7은 상기 복합단조용 예비성형장치(100)에서 수행되는 원형화 공정의 동작을 단계별로 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 원형화 공정은 사각의 금속소재(M)를 원형화하기 위해 금형에 넣어 압축하는 과정으로서, 슬라이더 프레임(120)(도 1 및 도 2 참조)의 하부에 장착된 제2 이송블록(180) 및 그 하부면으로부터 연장된 다수의 가압봉들(190)이 금형인 예비성형블록(150)으로부터 떨어진 상태에서 금속소재(M)를 예비성형블록(150)의 중앙 개구부(152) 내로 삽입한다.

이때, 별도로 설치된 로봇(도시되지 않음)에 의해서 금속소재(M)를 들어서 상기 중앙 개구부(152)내의 가공물 지지편(153)내에 삽입한다. 그런 다음에는, 제2 이송블록(180) 및 가압봉들(190)을 원하는 위치까지 수평이동시킨 후, 메인 실린더(160)와 키커 실린더(170)를 구동시켜서 상기 가압봉(190)을 하강시켜서 금속소재(M)를 가압하게 된다. 이 경우, 약 2초까지는 금속소재(M)가 압축되는 과정에서 큰 하중을 받진 않지만, 2초이상부터는 금속소재(M)의 형상이 금형의 틀에 맞춰지면서 급격히 하중이 상승하게 된다.

도 8은 상기 복합단조용 예비성형장치(100)에서 수행되는 업세팅(upsetting) 공정의 동작을 단계별로 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 업세팅 공정은 원형화 작업을 마친 금속소재(M)를 압착시켜서 길이는 줄이고 Φ를 키우는 공정이다. 이를 위해서, 별도로 설치된 로봇(도시되지 않음)을 이용하여 금속소재(M)의 위치를 조정함과 동시에 제2 이송블록(180) 및 가압봉들(190)을 원하는 위치까지 수평이동시킨 후, 메인 실린더(160)와 키커 실린더(170)를 구동시켜서 상기 가압봉(190)을 하강시켜서 금속소재(M)를 압착하게 된다. 이 경우, 약 2.7초부터 하중이 발생하기 시작하여 예를 들어 원하는 형상인 Φ354 x 204mm를 얻기까지 약 1.8초의 업세팅 시간이 소요된다.

도 9는 상기 복합단조용 예비성형장치(100)에서 수행되는 후방압출 공정의 동작을 단계별로 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 후방압출 공정은 업세팅된 금속소재(M)를 후방압출을 통해서 금속소재(M)의 가운데에 구멍을 뚫는 공정이다. 이를 위해서, 별도로 설치된 로봇(도시되지 않음)을 이용하여 금속소재(M)의 위치를 정확하게 위치조정한 후에, 제2 이송블록(180) 및 가압봉들(190)을 원하는 위치까지 수평이동시킨 후, 메인 실린더(160)와 키커 실린더(170)를 구동시켜서 상기 가압봉(190)을 하강시켜서 금속소재(M)의 가운데 부분을 2/3 정도까지 구멍을 낸다.

도 10은 상기 복합단조용 예비성형장치(100)에서 수행되는 피어싱(piersing) 공정의 동작을 단계별로 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 피어싱 공정은 후방합출 공정을 거치면서 가운데 부분이 2/3 정도까지 막힘구멍이 천공된 금속소재(M)를 뒤집어서 나머지 1/3 정도를 천공하여 관통구멍을 형성하는 공정이다. 이를 위해서, 별도로 설치된 로봇(도시되지 않음)을 이용하여 금속소재(M)를 뒤집어서 다시 중앙 개구부(152)내의 가공물 지지편(153)내에 삽입하고, 제2 이송블록(180) 및 가압봉들(190)을 원하는 위치까지 수평이동시킨 후, 메인 실린더(160)와 키커 실린더(170)를 구동시켜서 상기 가압봉(190)을 하강시켜서 금속소재(M)의 가운데 나머지 부분을 관통시켜서 구멍을 뚫는다.

전술한 바와 같은 자동화된 복합단조작업을 통해서 금속소재(M)를 예비성형삼으로써, 기존의 수동식 복합단조작업에 비해서 평균공정시간(tact time)이 크게 단축되어 생산성이 향상되고, 수작업으로 인한 작업공차가 줄어들어서 불량률이 감소하고 품질이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에서 표현된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 하기 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 복합단조용 예비성형장치 110 : 베드 프레임
111,121 : 프레임 본체 112 : 제1 플레이트
120 : 슬라이더 프레임 123,124 : 연결 플랜지
130 : 크라운 프레임 140 : 리니어 액튜에이터 어셈블리
141 : 어셈블리 본체 142 : 레일블록
142a : 레일 144,180 : 이송블록
145 : 리세스 150 : 예비성형블록
151 : 성형블록 본체 152 : 중앙 개구부
153 : 가공물 지지편 160 : 메인 실린더
170 : 키커 실린더 190 : 가압봉
200 : 수직 프레임 CL : 냉각수 라인

Claims

복합단조용 예비성형장치(100)로서,
하부로부터 수직 상방향으로 순서대로 배치된 베드 프레임(110), 슬라이더 프레임(120) 및 크라운 프레임(130), 그리고 상기 크라운 프레임(130)으로부터 상기 슬라이더 프레임(120)을 지나서 상기 베드 프레임(110)에 이르기까지 수직하게 연장 배치된 수직 프레임(200)을 포함하는 프레임 수단 - 상기 베드 프레임(110)은 제1 프레임 본체(111) 및 상기 제1 프레임 본체(111)의 상부면상에 일체로 장착된 제1 지지 플레이트(112)를 포함함 -;
상기 베드 프레임(110)의 상부면상에 수평방향으로 이동이 가능하도록 배치되고, 가열된 금속소재를 수용하기 위한 예비성형블록(150);
상기 예비성형블록(150)을 상기 베드 프레임(110)의 상부면상에서 수평방향으로 이동시키기 위한 리니어 액튜에이터 어셈블리(140) - 상기 리니어 액튜에이터 어셈블리(140)는 상기 제1 지지 플레이트(112)의 상부면상에서 상대적으로 긴 양측면상에 각각 일체로 고정 배치된 레일블록(142), 상기 레일블록(142) 사이에서 바닥면이 상기 제1 지지 플레이트(112)의 상부면상에 접촉하도록 배치된 어셈블리 본체(141), 상기 어셈블리 본체(141)의 상대적으로 짧은 측면들중 일측면에 기계적으로 연결하여 설치된 리니어 액튜에이터(143), 및 상기 어셈블리 본체(141)의 상부면상에 일체로 연결 고정된 제1 이송블록(144)을 포함함 -;
상기 슬라이더 프레임(120)이 상기 예비성형블록(150)에 가까워지거나 상기 슬라이더 프레임(120)이 상기 예비성형블록(150)으로부터 멀어지도록 상기 수직 프레임(200)을 따라서 상기 슬라이더 프레임(120)을 승하강시키기 위한 승하강장치; 및
상기 슬라이더 프레임(120)의 하부면상에서 횡방향으로 이동이 가능하도록 장착된 제2 이송블록(180)을 횡방향으로 이동시키기 위한 서보모터;를 포함하며,
상기 제2 이송블록(180)의 하부면상에는 상기 가열된 금속소재를 가압하여 예비성형하기 위한 다수의 가압봉들(190)이 하방향으로 연장하도록 일체로 고정 배치된 것을 특징으로 하는 복합단조용 예비성형장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 레일블록(142)의 상부면상에는 레일(142a)이 상기 레일블록(142)의 길이방향을 따라서 연장 설치되어 있고, 상기 어셈블리 본체(141)는 상대적으로 긴 양측에 기역(ㄱ)자 형상의 날개부가 외부로 돌출하여 형성되어 있고, 상기 날개부의 하부는 상기 레일(142a)에 삽입하여 배치되고, 이에 의해서, 상기 어셈블리 본체(141)는 상기 한쌍의 레일블록(142) 사이에서 상기 리니어 액튜에이터(143)의 작동에 의해 상기 레일(142a)을 따라서 수평방향으로 직선왕복운동할 수 있는 것을 특징으로 하는 복합단조용 예비성형장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 이송블록(144)은 상기 액튜에이터(143)의 작동에 의해서 상기 어셈블리 본체(141)와 함께 수평방향으로 직선왕복운동할 수 있고, 상기 제1 이송블록(144)의 상부면 중앙부위 전체에는 리세스(145)가 상기 제1 이송블록(144)의 길이방향을 따라서 일정한 깊이로 절개하여 형성된 것을 특징으로 하는 복합단조용 예비성형장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 이송블록(144)의 상부면상에는 상기 예비성형블록(150)이 배치되고, 상기 예비성형블록(150)은 일정한 두께와 높이를 갖는 성형블록 본체(151)를 구비하며, 상기 성형블록 본체(151)의 중앙위치에는 가열된 금속소재를 수용하기 위한 복수개의 중앙 개구부(152)가 관통하여 형성되고, 상기 중앙 개구부(152)의 방사상 내면상에는 가열된 금속소재을 잡아서 지지하기 위한 가공물 지지편(153)이 각각 삽입하여 배치된 것을 특징으로 하는 복합단조용 예비성형장치.
제 5 항에 있어서, 상기 중앙 개구부(152)는 금속가공물의 형태를 고려하여 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 상기 가공물 지지편(153)은 금속가공물의 가압팽창을 고려해서 일정간격만큼 서로 이격하여 거울대칭의 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 복합단조용 예비성형장치.
제 5 항에 있어서, 상기 성형블록 본체(151)의 측면에는 냉각수 공급 및 순환을 위한 복수개의 냉각수 공급라인(CL)이 연결되고, 상기 냉각수 공급라인(CL)은 외부의 냉각장치에 유체 연결된 것을 특징으로 하는 복합단조용 예비성형장치.
제 1 항에 있어서, 상기 승하강장치는, 상기 크라운 프레임(130)의 본체(131) 중앙위치에 배치된 메인 실린더(160), 및 상기 본체(131)에서 상기 메인 실린더(160)의 주위에는 배치된 복수개의 키커 실린더(kicker cylinder)(170)로 구성되며, 상기 메인 실린더(160)로부터 하방향으로 연장되는 메인실린더 로드(162)의 하단부는 상기 슬라이더 프레임(120)의 상부에 연결 고정되고, 상기 키커 실린더(170)로부터 하방향으로 연장되는 키커실린더 로드들(162)의 하단부는 상기 슬라이더 프레임(120)의 측면에 연결 고정되는 것을 특징으로 하는 복합단조용 예비성형장치.
제 1 항에 있어서, 상기 슬라이더 프레임(120)의 하부면상에는 다수의 제1 롤러 삽입홈들(125)이 상기 슬라이더 프레임(120)의 길이방향을 따라서 일정한 간격을 두고 절개하여 형성되어 있고, 이에 대응하여 상기 제2 이송블록(180)의 상부면상에는 다수의 제2 롤러 삽입홈들이 형성되어 있고, 상기 슬라이더 프레임(120)의 하부면상에 형성된 제1 롤러 삽입홈들(125)과 상기 제2 이송블록(180)의 상부면상에 형성된 제2 롤러 삽입홈들 사이에는 다수의 롤러들이 삽입하여 배치되고, 상기 제2 이송블록(180)은 상기 서보모터에 전기적 및 기계적으로 연결되며, 상기 서보모터 및 상기 다수의 롤러들의 구름작동에 의해서 상기 슬라이더 프레임(120)의 하부면상에서 횡방향으로 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 복합단조용 예비성형장치.