KR102300657B1 - 다단형 인발 다이스 - Google Patents

Abstract

이 발명은 다단형 인발 다이스에 관한 것으로서, 이 발명의 인발 다이스는, 가공 대상물에 대한 1차 인발 가공이 이루어지는 제1 다이스; 가공 대상물의 이송 방향에 대하여 제1 다이스의 하류에 연속하여 배치되고 가공 대상물에 대한 2차 인발 가공이 이루어지는 제2 다이스; 및 제1 및 제2 다이스가 배치되는 중공형의 케이스를 포함하여 구성되고, 제1 다이스를 통과하여 제2 다이스에 유입되는 가공 대상물의 표면에 가압된 윤할유가 도포되도록, 제1 다이스와 제2 다이스 사이에서 가공 대상물의 표면에 가압된 윤할유를 공급하는 윤할유 공급 채널이 마련되는 것이다.

Description

다단형 인발 다이스{A Drawing Dies of Multi-stage Type}

이 발명은 다단형 인발 다이스에 관한 것으로서, 구체적으로는 봉재, 선재 또는 튜브 등을 단면적이 작은 다이스를 통과시켜 원하는 단면 형상의 길이가 긴 제품을 제조하는 인발 가공에서 다단의 인발 가공이 이루어질 수 있는 인발 다이스에 관한 것이다.

인발 가공은 선재, 봉재 혹은 관재를 단면적이 작은 다이를 통과시킨 후 다이의 출구쪽 소재를 잡아당겨 원하는 단면형상의 길이가 긴 제품을 제조하는 소성가공 공정 중 하나이다.

인발 가공에서는 단면적의 축소와 표면 가공이 이루어질 수 있는데, 단면적 감소가 큰 경우에는 한 번의 인발 가공을 한 재료를 다시 인발 가공하여 원하는 최종의 단면적을 얻으며, 일차 인발 가공한 재료를 후속하는 다이스에 통과시켜 진원도나 직선도 또는 표면 조도 등에서 요구되는 품질을 얻을 수 있다.

그러나, 이러한 두 단계의 가공을 별도로 행하는 경우에 설비의 원가가 상승하는 것은 물론이고, 설비가 차지하는 면적의 증대 및 공정 관리의 어려움이 있다.

따라서, 하나의 인발 다이스에서 다단의 가공을 함으로써 원가 및 설비를 감축하고 공정 관리를 용이하게 하고자 하는 수요가 있다.

이러한 수요에 부응하고자 하는 몇가지 기술이 제안되어 있다.

그러한 제안으로서, 대한민국 특허공보 제10-0938008호(문헌 1)에서는 '일체형 인발 다이스'라는 명칭의 발명을 개시하고, 대한민국 특허공보 제10-1732806호(문헌 2)에서는 '인발 가공용 더블 다이스 유닛'이라는 명칭의 발명을 개시하며, 대한민국 특허공보 제10-2022417호(문헌 3)에서는 '다단형 인발 장치'라는 명칭의 발명을 개시하고 있다.

이들 문헌에서는 공통적으로 하나의 케이싱에 2개의 다이스가 배치되어 상류로부터 공급되어 하류로 배출되는 소재가 2개의 다이스를 연속적으로 통과하면서 다단 가공되는 구성을 개시하고 있다.

이와 같이, 2개의 다이스를 연속적으로 배치함으로써 1회 가공에 의해 소재를 높은 단면 감소율로 인발 가공하거나 인발 가공과 소재의 표면 처리가 동시에 이루어질 수 있다.

그러나, 이러한 2단의 인발 가공에서는 높은 단면 감소율로 인하여 표면에서 인장 응력이 발생하고 인발 하중이 높아지며 표면 거칠기가 증가하는 등의 문제가 있다.

문헌 1: 대한민국 특허공보 제10-0938008호 문헌 2: 대한민국 특허공보 제10-1732806호 문헌 3: 대한민국 특허공보 제10-2022417호

이 발명은 전술한 종래의 다단 인발 가공의 문제를 고려하여, 높은 단면 감소율로 다단의 인발 가공이 가능한 인발 다이스로서, 인발 하중이 낮아지고 소재에 압축 응력이 발생할 수 있는 구성의 인발 다이스를 제공하려는 것이다.

이 발명이 해결하고자 하는 과제는 이 발명에 따른 구성을 갖는 인발 다이스에 의해 달성된다.

이 발명의 인발 다이스는, 가공 대상물에 대한 1차 인발 가공이 이루어지는 제1 다이스; 가공 대상물의 이송 방향에 대하여 제1 다이스의 하류에 연속하여 배치되고 가공 대상물에 대한 2차 인발 가공이 이루어지는 제2 다이스; 및 제1 및 제2 다이스가 배치되는 중공형의 케이스를 포함하여 구성되고,

제1 다이스를 통과하여 제2 다이스에 유입되는 가공 대상물의 표면에 가압된 윤활유가 도포되도록, 제1 다이스와 제2 다이스 사이에서 가공 대상물의 표면에 가압된 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 채널이 마련되는 것이다.

이러한 구성에 따르면, 가공 대상물은 제1 다이스를 통과하면서 1차 인발 가공이 이루어지고 제1 다이스에 인접하여 하류에 배치되는 제2 다이스를 통과하면서 2차의 인발 가공이 연속적으로 이루어진다.

이러한 과정에서 가공 대상물이 제2 다이스에 유입되기에 앞서 제1 다이스와 제2 다이스 사이에서 윤활유가 공급되고 윤활유가 가공 대상물의 표면에 도포되면서 공급 압력이 가공 대상물에 인가된다.

윤활유는 공급 압력으로 가압된 상태에서 가공 대상물에 도포되어 가공 대상물의 표면과 제2 다이스 사이의 마찰을 감소시키고 가공 대상물의 표면에 압축 응력을 인가하면서 가공 대상물과 함께 제2 다이스를 통과하여 유출된다.

이러한 작용에 따라, 2단의 인발 가공에서 가공 대상물을 당기는 인발 하중이 감소하고 2단으로 인발 가공된 가공 대상물에서 원주 방향의 압축 응력이 증대되어 가공 대상물의 품질이 향상된다.

한편, 이러한 윤활유의 가압 공급에 관한 부가적 특징으로서, 윤활유 공급 채널은 케이스와 제2 다이스를 관통하여 마련되고, 윤활유 공급 채널의 케이스 측의 단부에는 외부로부터 가압된 윤활유의 공급 도관이 결합되는 것으로 구성할 수 있다.

또한, 이 발명에 따른 인발 다이스의 구조에 대한 제1 실시 양태로서, 이 발명의 인발 다이스에서,

케이스는 제1 다이스가 장착되는 제1 케이스와 제2 다이스가 배치되는 제2 케이스를 포함하고,

제1 케이스에는 가공 대상물이 통과하도록 길이 방향으로 관통하는 내부 공간이 마련되고, 외표면에는 숫나사가 형성되는 결합면이 형성되며, 내부 공간의 표면에는 제1 다이스의 직경 방향 외측면이 맞닿는 제1 장착면이 마련되며, 길이 방향 상류측에는 제1 다이스의 길이 방향 상류측 단부가 맞닿는 제2 장착면이 마련되고,

제2 케이스에는 가공 대상물의 이동 방향에 대하여 하류 측에 제2 다이스의 직경 방향 외측면이 맞닿는 제1 장착면과 길이 방향 하류 측 단부가 맞닿는 제2 장착면이 마련되고, 가공 대상물의 이동 방향에 대하여 상류 측에는 제1 케이스의 결합면이 형성된 부분이 삽입되어 결합면의 숫나사가 결합되는 암나사가 형성되는 결합면이 형성되며,

제1 다이스를 제1 케이스에 배치하고 제2 다이스를 제2 케이스에 배치한 후에 제1 및 제2 케이스를 서로 결합하여 제1 다이스의 길이 방향 하류 측 단부와 제2 다이스의 길이 방향 상류 측 단부가 서로 맞닿는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 제1 다이스와 제2 다이스는 각각 제1 케이스와 제2 케이스에 장착되고, 제1 케이스와 제2 케이스를 서로 나사 결합함으로써 실질적으로 폐쇄된 구조를 이루는 케이스 내에 2단의 다이스가 연속적으로 배치된다.

각각의 다이스를 서로 별개로 구성되는 제1 및 제2 케이스에 장착한 후에 이들 케이스를 서로 체결하므로 인발 다이스의 분해 조립이 용이하게 된다.

또한, 제1 케이스와 제2 케이스의 나사 결합에 의해 제1 및 제2 다이스가 서로 맞닿아 길이 방향으로 구속되므로 정밀한 가공이나 배치를 위한 별도의 요소를 두지 않아도 다이스들이 정확한 위치 관계로 배치될 수 있다.

한편, 이 발명에 따른 인발 다이스의 구성의 제2 실시 양태로서, 제1 케이스와 제2 케이스 사이의 결합 관계는 제1 실시 양태와 역으로 구성될 수 있다.

즉, 제2 케이스의 외표면에 숫나사가 형성되는 결합면이 형성되며, 제1 케이스에는 가공 대상물의 이동 방향에 대하여 하류 측에 제2 케이스의 결합면이 형성된 부분이 삽입되어 결합면의 숫나사가 결합되는 암나사가 형성되는 결합면이 형성되도록 구성할 수 있다.

이와 같이 구성하여도 제1 실시 양태와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.

또한, 전술한 이 발명의 인발 다이스의 제1 및 제2 실시 양태에 대한 추가의 특징으로서,

제1 다이스는 내측 표면에서 최하류측 표면이 가공 대상물의 배출을 안내하도록 배출되는 가공 대상물의 직경보다 큰 직경을 갖는 배출부로 이루어지고, 제2 다이스는 내측 표면에서 최상류측 표면이 가공 대상물의 유입을 안내하도록 유입되는 가공 대상물이 직경보다 큰 직경을 갖는 안내부로 이루어지고,

제1 다이스의 배출부와 제2 다이스의 안내부는 서로 연속하게 배치되며, 가공 대상물의 표면과의 사이에 오일 공급 채널로부터 가압된 윤활유가 공급되어 체류하는 오일 공급 공간이 형성되는 것으로 구성할 수 있다.

이 발명에서는 제1 및 제2 다이스가 서로 맞닿아서 제1 다이스의 배출부와 제2 다이스의 안내부가 가공 대상물의 표면과의 사이에 공간을 형성하며, 이 공간에 외부로부터 공급되는 가압된 윤활유가 체류하면서 가공 대상물의 표면에 충분히 도포되고 압력을 인가할 수 있다.

한편, 이 발명의 인발 다이스에서 오일 공급 채널로부터 공급되는 윤활유는 5 ~ 20 MPa의 압력으로 가압되는 것이 바람직하다.

이 출원의 발명자들의 테스트와 특정 결과에 따르면, 윤활유가 5 ~ 20 MPa의 압력으로 가압되어 공급되는 경우에 인발 하중의 감소 효과를 최대로 얻을 수 있고 가공 대상물에서 원주 방향의 압축 응력이 최적의 범위에 있게 된다.

도 1과 도 2는 이 발명의 실시예에 따른 인발 다이스의 일측면을 절단하여 도시한 사시 단면도와 종단면도이다.
도 3은 이 발명의 실시예의 인발 다이스가 장착되어 튜브에 대한 다단 인발 가공이 이루어지는 인발 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 정면도이다.
도 4와 도 5는 이 발명의 실시예의 인발 다이스를 이용하여 다단 인발 가공을 수행한 테스트의 결과를 보여주는 그래프이다.

이하에서는 이 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 이 발명에 따른 실시예의 인발 다이스 및 이 실시예의 인발 다이스가 적용된 인발 장치의 구성과 작용을 설명한다.

이하의 설명 및 이 명세서 전체의 기재에서 달리 정의하지 않는 한, '길이 방향' 또는 '이송 방향'이란 이 발명의 인발 다이스에서 가공되는 소재가 인발 다이스를 통과하여 이송되는 방향을 지칭하고, '직경 방향'이란 소재의 이송 방향에 수직한 평면에서 소재로부터 멀어지는 방향을 지칭한다. 또한, '상류'는 소재의 이송 방향의 상류를 지칭하고, '하류'는 소재의 이송 방향의 하류를 지칭한다.

먼저, 이 실시예의 인발 다이스의 구성을 절단 사시도와 종단면도를 나타내는 도 1과 도 2를 참조하여 설명한다.

이 실시예의 인발 다이스(100)는 중공인 튜브형 소재(1)의 직경을 축소시키는 인발 가공을 하는 것이다. 다만, 이 발명의 인발 다이스는 튜브 소재의 인발 가공에 한정되는 것은 아니며, 봉재 및 선재와 같은 소재의 인발 가공에 대해 사용 가능한 것이다.

이 실시예의 인발 다이스(100)는,

가공 대상물인 소재(1)에 대한 1차 인발 가공이 이루어지는 제1 다이스(10), 소재(1)의 이동 방향에 대하여 제1 다이스(10)의 하류에 연속하여 배치되고 소재(1)에 대한 2차 인발 가공이 이루어지는 제2 다이스(20), 제1 다이스(10)가 내부에 배치되는 중공형의 제1 케이스(30) 및 제2 다이스(20)가 내부에 배치되는 제2 케이스(40) 및 소재(1)의 내부 공간에 플로팅 상태로 놓이는 플러그(50)를 포함하여 구성되어 있다.

다만, 플러그(50)는 튜브 형의 소재(1)의 인발 가공에서 내경을 지지하기 위하여 포함되는 것일 뿐이고, 봉형 또는 선재의 소재를 가공하는 경우, 플러그(50)는 포함되지 아니하고, 튜브 소재의 인발 가공에서도 플러그가 포함되지 않을 수 있다.

제1 다이스(10)는 중공형의 원통형으로 형성되며, 원통형으로 형성되는 직경 방향의 외측면을 이루는 외경부(11) 및 길이 방향으로 각각 상류측 단부 및 하류측 단부를 이루고 편평한 표면을 이루는 전단부(12)와 후단부(13)를 갖추고 있다.

제1 다이스(10)에서 소재(1)가 통과하는 직경 방향의 내측 표면은 서로 연속하는 표면을 이루고 있는데, 이 내측 표면에는, 이송 방향의 최상류에 배치되어 소재(1)가 인입되는 위치에 큰 경사각으로 형성되는 안내부(14), 소재(1)의 외표면이 접촉하여 직경 방향 내측으로 가압되어 직경의 축소가 이루어지도록 경사각을 갖는 축경부(15), 축경부(15)에서 직경이 축소된 소재의 외표면의 직경이 결정되도록 소재의 이동 축선과 평행하게 형성되는 직선부(16) 및 직선부(16)를 통과한 소재의 원할한 배출이 가능하도록 직경 방향 외측을 향하여 확장되는 배출부(17)가 순차로 형성되어 있다.

제2 다이스(20)는 각 부분의 직경이나 길이가 상이하다는 것을 제외하고는 기본적인 구성에서는 제1 다이스(10)와 같은 구성을 갖고 있다. 다만, 가공하려는 소재의 특성이나 가공의 종류에 따라 제1 다이스 및 제2 다이스는 다른 구성을 가질 수 있다.

제2 다이스(20)는 중공형의 원통형으로 형성되며, 원통형으로 형성되는 직경 방향의 외측면을 이루는 외경부(21) 및 길이 방향으로 각각 상류측 단부 및 하류측 단부를 이루고 편평한 표면으로 이루어지는전단부(22)와 후단부(23)를 갖추고 있다.

제2 다이스(20)에서 소재(1)가 통과하는 내측면은 서로 연속하는 표면을 이루고 있는데, 이 내측 표면에는, 최상류에 배치되어 소재(1)가 인입되는 위치에 큰 경사각으로 형성되는 안내부(24), 소재(1)의 외표면이 접촉하여 직경 방향 내측으로 가압되어 직경의 축소가 이루어지도록 경사각을 갖는 축경부(25), 축경부(25)에서 직경이 축소된 소재의 외표면의 직경이 결정되도록 소재의 이동 축선과 평행하게 형성되는 직선부(26) 및 직선부(26)를 통과한 소재의 원활한 배출이 가능하도록 직경 방향 외측을 향하여 확장되는 배출부(27)가 순차로 형성되어 있다.

제1 다이스(10)와 제2 다이스(20)는 각각 제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)의 내부 공간에 배치되어 있다.

제1 케이스(30)는 전체적으로 중공의 원통형으로 형성되어 내부 공간을 갖추고, 내부 공간으로는 제1 다이스(10)가 장착되며 소재(1)가 통과한다.

제1 케이스(30)의 내부 공간을 둘러싸는 표면에는 제1 다이스(10)의 외경부(11)가 맞닿도록 길이 방향에 수직한 평면에서 원주 방향으로 연장되는 원통형의 제1 장착면(31)이 마련되어 있고, 길이 방향 상류측에는 제1 다이스(10)의 길이 방향 상류측 단부, 전단부(12)가 맞닿는 제2 장착면(32)이 길이 방향에 수직한 평면상에 놓이는 편평한 표면으로 마련되어 있다.

제1 장착면(31)의 외측면은 제2 케이스(40)의 내부 공간에 삽입되어 제2 케이스(40)과 결합되는 결합면(33)으로서 마련되어 있는데, 이 결합면에는 숫나사가 형성되어 있어서, 후술하는 제2 케이스의 결합면(43)의 암나사와 나사 결합한다.

제1 케이스(30)에서 제2 장착면(32)의 중심은 소재(1)가 통과하도록 소재보다 큰 직경의 통과홀(34)이 형성되어 있다.

제1 다이스(10)는 외경부(11)와 전단부(12)가 각각 제1 케이스(30)의 제1 및 제2 장착면(31. 32)에 맞닿아서 제1 케이스(30)의 내부 공간에 장착되며, 제1 다이스의 후단부(13)가 놓이는 단부면(35)은 개방되어 있어서, 제1 다이스의 후단부(13)가 제1 케이스(30)의 내부 공간으로부터 외부로 노출되고 소재(1)가 빠져나갈 수 있게 되어 있다.

제2 케이스(40)는 제1 케이스(30)와 마찬가지로 전체적으로 중공의 원통형으로 형성되어 내부 공간을 갖추고, 내부 공간으로는 제2 다이스(20)가 장착되며 소재(1)가 통과한다.

제2 케이스(40)의 내부 공간을 둘러싸는 표면에는 제2 다이스(20)의 외경부(21)가 맞닿도록 길이 방향에 수직한 평면에서 원주 방향으로 연장되는 원통형의 제1 장착면(41)이 마련되어 있고, 길이 방향 하류측에는 제2 다이스(20)의 길이 방향 하류측 단부, 후단부(23)가 맞닿는 제2 장착면(42)이 길이 방향에 수직한 평면상에 놓이는 편평한 표면으로 마련되어 있다.

제2 케이스(40)에서 제1 장착면(41)의 상류측에는 제1 장착면(41)보다 큰 직경의 결합면(43)이 형성되어 있다. 결합면(43)에는 암나사가 형성되어 있다.

제2 케이스(40)에서 결합면(43)의 내측 공간으로는 제1 케이스(30)의 제1 장착면(31)과 결합면(33)이 형성된 부분이 삽입되어, 제1 케이스의 결합면(33)의 숫나사가 제2 케이스의 결합면(43)의 암나사와 나사 결합되어 있다. 이에 따라, 제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)가 서로 체결되어 있다.

제2 케이스(40)의 결합면(43)은 제1 케이스(30)의 일부를 수용하도록 제1 장착면(41)보다 큰 직경으로 형성되어 있어서, 결합면(43)과 장착면(41) 사이에 직경 방향으로 연장되는 단차면(44)이 형성되어 있다.

제2 케이스(40)에서 제2 장착면(42)이 형성된 부분은 내부 공간을 폐쇄하는 형태로 길이 방향에 수직한 평면상의 형태로 형성되어 있고, 제2 장착면(42)의 직경 방향 내측으로는 소재(1)가 통과하여 나가도록 소재보다 큰 직경의 통과홀(45)이 형성되어 있다.

한편, 제2 케이스(40)에서 제1 장착면(41)의 외측 표면에는 제2 케이스를 포함한 인발 다이스의 냉각 및 중량 경감을 위하여 표면적을 넓히는 형태의 냉각홈(46)이 형성되어 있다.

이상과 같은 구성에서는 제1 케이스(30)의 내부 공간에 제1 다이스(10)를 삽입하여, 제1 다이스(10)의 외경부(11)와 전단부(12)가 각각 제1 장착면(31) 및 제2 장착면(32)에 맞닿도록 한다. 이로써, 제1 다이스(10)는 제1 케이스에 장착된다.

제2 케이스(40)의 내부 공간에 제2 다이스(20)를 삽입하여, 제2 다이스(20)의 외경부(21)와 후단부(23)가 각각 제1 장착면(41) 및 제2 장착면(42)에 맞닿도록 한다. 이로써, 제2 다이스(20)는 제2 케이스(40)에 장착된다.

제1 케이스(30)에서 결합면(33)이 형성된 부분을 제2 케이스(40)에서 결합면(43)이 형성된 부분으로 삽입하면서 각각의 숫나사와 암나사가 체결되도록 회전시킨다. 이로써, 양자의 결합면(33, 43)이 서로 나사 결합되어서 제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)가 결합된다.

제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)를 서로 상대 회전시켜서 양자의 결합면(33, 43)이 서로 나사 결합되면, 제1 케이스(30)는 제2 케이스(40)의 내부 공간으로 삽입되면서 길이 방향으로 서로 근접하게 된다.

이에 따라, 제1 다이스(10)의 후단부(13)가 제2 다이스(20)의 전단부(12)와 근접하여 맞닿고, 제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)는 더 상대 회전하지 않고 결합된 상태로 유지된다.

이 상태에서 제1 다이스(10)와 제2 다이스(20)는 서로 맞닿고, 상류측에서는 제1 다이스의 전단부(12)가 제1 케이스(30)의 제2 장착면(32)에, 하류측에서는 제2 다이스의 후단부(13)가 제2 다이스의 제2 장착면(42)에 맞닿아서, 제1 다이스(10)와 제2 다이스(20)는 서로 길이 방향으로 맞닿은 상태로 제1 및 제2 케이스(30. 40) 내에서 길이 방향으로 구속된 상태로 놓이게 된다.

이 실시예에서는 제1 케이스(30)에서 결합면(43)과 제1 장착면(33)이 형성된 부분이 제2 케이스(40)의 결합면(43)이 형성된 부분으로 삽입되는 것으로 구성하고 있지만, 제1 케이스와 제2 케이스의 상호 결합이 역으로 될 수도 있다.

즉, 하류측에 놓이는 제2 케이스의 외측 표면에 숫나사가 형성된 결합면이 마련되고, 상류 측에 놓이는 제1 케이스의 내측 표면에 암나사가 형성된 결합면이 마련되어, 제2 케이스의 결합면이 형성된 부분이 제1 케이스의 결합면이 형성된 부분으로 삽입되면서 나사 결합이 이루어지도록 구성할 수도 있다.

제2 다이스(20)와 제2 케이스(40)에는 외부로부터 소재(1)의 표면으로 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 채널(28, 47)이 형성되어 있다.

제2 케이스(40)에는 외측면으로부터 제1 장착면(41)으로 직경 방향으로 연장되는 관통홀 형태의 채널(47)이 형성되어 있고, 제2 다이스(20)에는 외경부(21)로부터 안내부(24)로 연장되는 관통홀 형태의 채널(28)이 형성되어 있다.

제2 케이스의 채널(47)의 외표면측에는 내부에 오일 유통로를 갖춘 결합 포트(61)가 나사 결합되어 있고, 이 결합 포트(61)의 일측 단부에는 외부의 오일 공급원과 연결되는 오일 공급 도관(62)이 맞물려 있다. 결합 포트(61)의 외표면에는 오일 공급 도관(62)이 관통하며 오일 공급 도관을 결합 포트(61)에 구속하는 너트(63)가 체결되어 있다.

외부로부터 결합 포트(61)를 통하여 제2 케이스(40) 및 제2 다이스의 채널(28, 47)로 가압된 윤활유가 공급된다. 윤활유는 제2 다이스의 채널(28)을 통하여 소재(1)의 표면에 공급된다.

제1 다이스의 배출부(17)와 제2 다이스의 안내부(24)는 서로 인접하여 연장되는 형태로 되어 있고, 대향하는 소재(1)의 표면과의 사이에 오일 공급 공간(3)을 형성하고 있다.

제2 다이스의 채널(28)을 통하여 오일 공급 공간(2)으로 윤활유가 공급되고 소재(1)의 표면에 윤활유가 도포된 상태로 소재(1)가 하류로 이송된다.

윤활유는 오일 공급 공간(2)에서 공급 압력 수준의 압력을 가지고 있으며, 소재(1)의 표면에 도포되어 유출되는 상태에서도 약간의 압력 강하는 있을 수 있으나 소재(1)의 표면이 제2 다이스(20)의 배출부(17)에 도달할 때까지는 공급 압력이 소재의 표면에 작용하여 소재의 표면에 압축 하중을 인가하고, 아울러 소재(1)의 표면과 제2 다이스(20)의 축경부(25)와 직선부(26) 사이를 윤활하여 마찰력을 감소시킨다.

이와 같이 구성되는 인발 다이스를 구비한 인발 장치를 구성하고 인발에 관한 몇 가지 테스트를 진행하였다.

도 3을 참조하여 인발 장치의 구성을 설명한다.

인발 장치는, 우선 편평한 상면을 갖춘 프레임(110)을 마련하고, 프레임(110)에 가공 대상물로서 소재(1)에 인발 장력을 인가하는 부분과 인발 다이스(100)를 설치하였다.

인발 장력을 인가하는 구성, 즉 소재(1)를 인발 다이스(100)로부터 인발하는 요소로서, 유압 실린더(120)를 프레임(110)의 상면에 배치하고 유압 실린더(120)의 피스톤 선단에 소재(1)의 선단을 클램핑하는 클램핑 유닛(130)을 결합하여 유압 실린더(120)의 작동에 따라 클램핑 유닛(130)에 클램핑된 소재(1)가 당겨지면서 인발 다이(100)에서 인발이 이루어지도록 구성하였다.

프레임(110)의 하부에는 유압 펌프(121)와 구동 모터(122)를 포함한 유압 실린더(120)를 구동하는 요소들을 배치하였다.

유압 실린더(120)의 길이 방향 반대측에는 이 실시예에 따른 인발 다이스(100)를 배치하고, 소재(1)를 인발 다이스(100)를 통과시킨 후에 클램핑 유닛(130)에 클램핑하였다.

인발 다이스(100)의 아래쪽으로 프레임(110)의 하부에는 인발 다이스(100)에 윤활유를 가압하여 공급하는 요소들을 배치하였다.

구동 모터(150)와 유압 펌프(미도시) 및 오일 탱크(미도시)가 캐비넷(160)에 수납되어 있고, 오일 펌프로부터 오일 공급 도관(62)이 인발 다이스(100)로 연장되어 인발 다이스의 제2 케이스에 결합된 결합 포트(61)를 통하여 제2 케이스(40) 내측의 오일 공급 공간(2)으로 가압된 윤활유가 공급된다.

이러한 인발 장치를 이용하여 다음의 인발 가공을 수행하였다.

소재(1)로서는 외경이 15.88 mm이고 두께가 1.1 mm인 STS304 재질의 튜브를 마련하고, 이 실시예의 인발 다이스(100)를 이용하여 소재(1)를 외경 12.7 mm 및 두께 1.0 mm로 인발 가공하여, 총 단면적 감소율은 28.04 %로 되었다.

이 실시예의 인발 다이스(100)는 제1 다이스(10)에서 단면 감소율이 31.1%가 되도록 하고 제2 다이스(20)에서는 단면 감소율이 3.61 %로 되도록 하여 제1 다이스에서 전체 단면 감소의 90 %의 성형이 이루어지고 제2 다이스에서 나머지 10%의 성형이 이루어지도록 하였다. 제1 및 제2 다이스(10, 20)에서 축경부(15, 25)는 각각 14.5°의 경사각을 갖는 것으로 하였다.

이러한 이 실시예의 인발 다이스에 윤활유를 20 MPa로 가압하면서 인발 가공을 시행하고, 아울러 이 실시예의 인발 다이스에 가압된 윤활유의 공급이 없이 일반적인 윤활유의 도포만을 시행하여 인발 가공을 하고, 아울러 동일한 단면 감소율을 갖도록 1단의 다이스를 이용하여 인발 가공을 행하였다.

각각의 인발 가공에 대하여 인발 하중을 시간 단위로 측정하고 인발 후의 소재에 대하여 내표면으로부터의 거리에 따른 원주 방향에서의 잔류 응력을 측정하였다.

이러한 시험 및 측정의 결과를 도 4에서 그래프로 도시하였다.

도 4의 (a) 그래프는 시간 경과에 따른 인발 하중의 추이를 보여주고, (b) 그래프는 원주 방향에서의 잔류 응력의 측정 결과이다.

이 그래프에서 확인할 수 있듯이, 1단 다이스를 이용한 경우와 윤활유의 가압 없이 윤활유를 도포한 경우에 비하여 가압된 윤활유를 도포한 경우에 인발 하중이 현격히 감소한 것을 알 수 있다.

또한, 원주 방향에서의 잔류 응력에서는 1단 다이스를 이용한 경우와 가압 윤활 없는 2단 다이스를 이용한 인발 가공에 비하여 가압된 윤활유를 공급한 경우에 내표면으로부터의 전체 거리에서 압축 잔류 응력이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

이러한 결과로부터 이 실시예의 2단의 인발 다이스를 이용하여 상류의 제1 다이스(10)와 하류의 제2 다이스(20) 사이의 공간에 윤활유를 가압하여 공급함으로써 인발 하중의 감소와 압축 잔류 응력의 증가라는 매우 유리한 효과를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.

이러한 결과는 문헌 2에 따른 인발 다이스에서 상류의 제1 다이스와 하류의 제2 다이스 사이에 오일 배출 통로를 형성하여 윤활유가 배출되도록 하는 구성을 채택한 것과는 정반대의 기술 원리에 따른 것이며, 문헌 2에서 개시하는 발명에서는 전혀 예측하지도 고려하지도 못한 효과이다.

이러한 결과에 따라, 윤활유의 공급 압력이 인발 가공이 미치는 영향에 대해 테스트하였다.

이 실시예에 따른 인발 다이스(100)에 대하여 제1 다이스(10)와 제2 다이스 사이의 오일 공급 공간(2)으로 공급되는 윤활유의 공급 압력을 가변하여 가면서 인발 하중 및 원주 방향의 잔류 응력을 측정하였다.

이러한 테스트 및 측정의 결과를 도 5에 그래프로서 표시하였다.

도 5의 (a) 그래프는 시간 경과에 따른 인발 하중의 추이를 보여주고, (b) 그래프는 원주 방향에서의 잔류 응력의 측정 결과이다.

이 그래프에서 확인할 수 있듯이, 윤활유의 가압 없이 윤활유를 도포한 경우에 비하여 5 MPa 이상으로 가압된 윤활유를 도포한 경우에 20 MPa의 압력까지 인발 하중이 현격히 감소한 것을 알 수 있다.

다만, 인발 하중에 있어서는 윤활유의 압력이 20 MPa에 다다르면 인발 하중의 감소율이 둔화하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 원주 방향에서의 잔류 응력에서는 가압 윤활 없는 2단 다이스를 이용한 인발 가공에 비하여 5 MPa 이상으로 가압된 윤활유를 공급한 경우에 내표면으로부터의 전체 거리에서 압축 잔류 응력이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있고, 윤활유의 압력이 상승할수록 압축 잔류 응력이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 5의 그래프에는 나타내지 않았지만 윤활유의 공급 압력이 5 MPa 미만인 경우에는 인발 하중과 잔류 응력이 가압 윤활이 이루어지지 않은 경우와 거의 차이가 없었고, 20 MPa을 초과하는 경우에는 인발 하중의 감소가 둔화되어 20 MPa인 경우와 차이가 나타나지 않았으며, 공급 압력이 증가할수록 압축 잔류 응력의 증가량이 둔화되었다.

이상으로 이 발명의 실시예의 구성과 작용을 설명하였는바, 이 발명은 이러한 실시예의 구성에 한정되지 아니하고, 청구범위에 기재한 범위에서 다양한 변형과 수정 및 구성 요소의 부가가 가능하다.

10: 제1 다이스 20: 제2 다이스
30: 제1 케이스 40: 제2 케이스

Claims (6)

1. 인발 다이스로서,
   가공 대상물에 대한 1차 인발 가공이 이루어지는 제1 다이스;
   가공 대상물의 이송 방향에 대하여 제1 다이스의 하류에 연속하여 배치되고 가공 대상물에 대한 2차 인발 가공이 이루어지는 제2 다이스; 및
   제1 및 제2 다이스가 배치되는 중공형의 케이스를 포함하여 구성되고,
   제1 다이스를 통과하여 제2 다이스에 유입되는 가공 대상물의 표면에 가압된 윤활유가 도포되도록, 제1 다이스와 제2 다이스 사이에서 가공 대상물의 표면에 가압된 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 채널이 마련되며,
   상기 케이스는 제1다이스가 장착되는 제1케이스와 제2다이스가 배치되는 제2케이스를 포함하고, 상기 제2케이스에서 제1장착면의 외측 표면에는 제2케이스를 포함한 인발 다이스의 냉각 및 중량 경감을 위한 냉각홈;을 구성하고,
   상기 윤활유 공급 채널은 케이스와 제2 다이스를 관통하여 마련되고, 윤활유 공급 채널의 케이스 측의 단부에는 외부로부터 가압된 윤활유의 공급 도관이 결합되며,
   상기 제1 케이스에는 가공 대상물이 통과하도록 길이 방향으로 관통하는 내부 공간이 마련되고, 외표면에는 숫나사가 형성되는 결합면이 형성되며, 내부 공간의 표면에는 제1 다이스의 직경 방향 외측면이 맞닿는 제1 장착면이 마련되며, 길이 방향 상류측에는 제1 다이스의 길이 방향 상류측 단부가 맞닿는 제2 장착면이 마련되고,
   상기 제2 케이스에는 가공 대상물의 이동 방향에 대하여 하류측에 제2 다이스의 직경 방향 외측면이 맞닿는 제1 장착면과 길이 방향 하류측 단부가 맞닿는 제2 장착면이 마련되고, 가공 대상물의 이동 방향에 대하여 상류측에는 제1 케이스의 결합면이 형성된 부분이 삽입되어 결합면의 숫나사가 결합되는 암나사가 형성되는 결합면이 형성되며,
   제1 다이스를 제1 케이스에 배치하고 제2 다이스를 제2 케이스에 배치한 후에 제1 및 제2 케이스를 서로 결합하여 제1 다이스의 길이 방향 하류측 단부와 제2 다이스의 길이 방향 상류측 단부가 서로 맞닿는 것이고,
   상기 케이스는 제1 다이스가 장착되는 제1 케이스와 제2 다이스가 배치되는 제2 케이스를 포함하고,
   제2 케이스에는 가공 대상물이 통과하도록 길이 방향으로 관통하는 내부 공간이 마련되고, 외표면에는 숫나사가 형성되는 결합면이 형성되며, 내부 공간의 표면에는 제2 다이스의 직경 방향 외측면이 맞닿는 제1 장착면이 마련되며, 길이 방향 하류측에는 제2 다이스의 길이 방향 하류측 단부가 맞닿는 제2 장착면이 마련되고,
   제1 케이스에는 가공 대상물의 이동 방향에 대하여 상류측에 제1 다이스의 직경 방향 외측면이 맞닿는 제1 장착면과 길이 방향 상류측 단부가 맞닿는 제2 장착면이 마련되고, 가공 대상물의 이동 방향에 대하여 하류측에는 제2 케이스의 결합면이 형성된 부분이 삽입되어 결합면의 숫나사가 결합되는 암나사가 형성되는 결합면이 형성되며,
   제1 다이스를 제1 케이스에 배치하고 제2 다이스를 제2 케이스에 배치한 후에 제1 및 제2 케이스를 서로 결합하여 제1 다이스의 길이 방향 하류측 단부와 제2 다이스의 길이 방향 상류측 단부가 서로 맞닿는 것인, 인발 다이스.
   
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3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   제1 다이스는 내측 표면에서 최하류측 표면이 가공 대상물의 배출을 안내하도록 배출되는 가공 대상물의 직경보다 큰 직경을 갖는 배출부로 이루어지고, 제2 다이스는 내측 표면에서 최상류측 표면이 가공 대상물의 유입을 안내하도록 유입되는 가공 대상물이 직경보다 큰 직경을 갖는 안내부로 이루어지고,
   제1 다이스의 배출부와 제2 다이스의 안내부는 서로 연속하게 배치되며, 가공 대상물의 표면과의 사이에 오일 공급 채널로부터 가압된 윤할유가 공급되어 체류하는 오일 공급 공간이 형성되는 것인, 인발 다이스.
6. 청구항 1에 있어서,
   오일 공급 채널로부터 공급되는 윤할유는 5 ~ 20 MPa의 압력으로 가압되는 것인, 인발 다이스.

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