KR102421548B1 - 복합 가공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 단면을 갖는 링을 2개의 단계로 구분하여 신속하게 가공할 수 있는 복합 가공 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가열된 공작물을 이용하여 복합 단면을 갖는 링을 제조하는 복합 가공 장치에 있어서, 가열된 초기 공작물을 사전에 설정된 직경의 직사각형 단면의 링 형태로 가공하는 링 압연 장치; 및 상기 링 압연 장치를 통하여 가공된 사각형 단면 형태의 링을 이용하여 복합 단면의 링을 최종 가공하는 회전 성형 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 가공 장치{Multi working apparatus}

본 발명은 복합 가공 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 복합 단면의 링을 효율적으로 가공할 수 있는 복합 가공 장치에 관한 것이다.

기계 부품 또는 구조물에 링 요소들이 다소 사용되고 있다. 상기 링 요소 중 비교적 크기가 작은 경우에는 절삭에 의하여 가공 가능하나, 대형의 형태인 경우에는 절삭으로 가공하는 것에는 한계가 있다.

이때 적용되는 방식으로 공개특허 제2011-0105889에 개시된 링 압연 장치를 들 수 있다. 상기 가공 방식은 압연에 의하여 링을 가공하므로 재료의 기계적 성질이 향상되고, 또한 절삭 가공보다 높은 생산성을 가지므로 주로 대형 링 요소의 가공에 널리 적용된다.

상기 링 압연 가공 절차를 구체적으로 살펴보면, 먼저 무게를 고려하여 소재를 절단한 뒤 둥근 원통 형태로 만든다.

그리고, 상기 소재의 기계적 성질을 향상시키기 위하여 소재 축 방향으로 압력을 가하여 업셋 가공을 한다.

이후 상기 업셋 가공 후의 소재를 링 압연 장치의 가공에 적합하도록 정 중앙에 구멍을 뚫어 초기 링 형태의 공작물로 가공한다.

마지막으로 링 압연 장치에 의하여 상기 공작물을 소정의 목표 형상으로 가공하여 최종 제품을 완성한다.

상기 링 압연 장치는, 원주 방향의 링의 가공을 위한 압연롤과 공작물의 회전을 위한 구동롤을 포함한다. 상기 구동롤과 압연롤 사이에 공작물이 위치하며, 상기 압연롤의 가압력에 의하여 상기 공작물의 외경 및 내경이 가공이 진행될수록 점점 커지게 된다.

또한, 상기 압연롤과 구동롤의 축간 거리 역시 가공이 진행될수록 줄어들어 소정의 공작물의 외경 및 내경에서 가공을 완료하게 된다. 이때 상기 공작물의 내경 및 외경은 센서에 의하여 측정하여 압연롤의 압력과 압연롤과 구동롤 사이의 거리 등을 적절히 제어한다.

한편, 상기 링 형태의 공작물의 높이는 축롤을 통하여 조절하는데, 상기 축롤은 상부 축롤과 하부 축롤로 이루어지며, 상기 상부 축롤과 하부 축롤 사이에 공작물을 위치시키고, 상기 축롤 사이의 간격을 조절하여 제어한다. 여기서 상기 축롤은 동일 형상이며, 공작물과 접촉하는 부위는 공작물의 크기 변화에 대응하기 위하여 원뿔 형태이며, 공작물의 높이는 상기 원뿔의 외곽 라인과 수평으로 일치시켜 가공이 진행된다.

통상의 사각형 단면의 링의 경우에는 상기와 같은 원통형상의 구동롤과 역시 원통형상의 압연롤을 통하여 별도의 롤 교체없이 전체 가공을 진행할 수 있으나, 복합 단면 형상의 경우에는 초기 사각형 단면으로 가공 후, 롤을 교체하여 이후 단면을 가공하는 방식으로 진행된다.

이때 복합 단면의 형상을 갖는 구동롤의 교체는 2 내지 3시간 정도의 많은 시간이 소모되어 상기와 같은 가공 시에는 일차 가공 후 추가적으로 공작물을 가열한 후 가공하므로, 비용적인 측면에서 불리하고 또한 제조에 많은 시간이 소모되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 복합 단면을 갖는 링을 2개의 단계로 구분하여 신속하게 가공할 수 있는 복합 가공 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가열된 공작물을 이용하여 복합 단면을 갖는 링을 제조하는 복합 가공 장치에 있어서, 가열된 초기 공작물을 사전에 설정된 직경의 직사각형 단면의 링 형태로 가공하는 링 압연 장치; 및 상기 링 압연 장치를 통하여 가공된 사각형 단면 형태의 링을 이용하여 복합 단면의 링을 최종 가공하는 회전 성형 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 링 압연 장치는: 원통형상이며, 공작물의 외경에 접촉하여 공작물을 회전시키는 구동롤; 원통형상으로 공작물의 내경에 가압접촉하여 회전하는 압연롤; 상기 공작물의 상단에 접촉하여 회전하는 상부 축롤; 상기 공작물의 하단에 접촉하여 회전하는 하부 축롤; 및 상기 구동롤의 회전수, 압연롤의 이송속도, 상기 상부 축롤의 이송속도, 상기 상부 축롤 및 하부 축롤의 위치를 제어하는 압연제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 회전 성형 장치는: 회전 가능한 베이스; 상기 베이스 상단에 고정되는 축대칭 형태의 내측 금형; 상기 베이스 상단에 상기 내측 금형 외과에 고정되는 외측 금형; 상기 베이스 상단에 일정한 각도로 경사지게 회전 가능한 회전 금형; 및 상기 회전 금형의 상하 위치를 제어하는 회전제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 베이스 또는 상기 회전 금형은 별도의 구동원에 의하여 회전하고, 상기 구동원은 상기 회전제어부에 의하여 제어되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 내측 금형, 상기 외측 금형, 상기 베이스 상면의 일부 및 상기 회전 금형의 끝단에 의하여 형성되는 성형 공간에 공작물이 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 회전 성형 장치는 상기 회전 금형의 끝단이 상기 내측 금형 및 외측 금형의 상단과 접촉하는 경우 성형을 완료하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 링 압연 장치는 초기 공작물이 상기 성형 공간에 안착될 수 있는 외경까지 상기 공작물을 가공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 복합 가공 장치는 사각형 단면 형태의 링만을 성형하는 링 압연 장치와 상기 링 압연 장치를 통하여 제조된 사각형 단면의 링을 바로 성형하여 최종적으로 L자 형태의 복합 단면을 갖는 링을 제조하는 회전 성형 장치를 포함하는 것으로, 한번의 공작물 가열로 복합 단면의 링을 가공할 수 있으므로, 높은 제품 생산성을 가지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 가공 장치의 구성도이며,
도 2는 도 1의 회전 성형 장치에서이 성형 공간을 설명하는 설명도이며,
도 3은 도 1의 링 압연 장치의 가공상태를 나타내는 설명도이며,
도 4는 도 1의 회전 성형 장치의 가공상태를 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 복합 가공 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 링 압연 장치(1)와 회전 성형 장치(2)를 포함한다.

여기서 상기 링 압연 장치(1)와 회전 성형 장치(2)는 서로 이웃에 배치되고, 처리 용량에 따라 그 수가 변경될 수 있다.

예를 들면 링 압연 장치(1)가 제품 성형 속도가 회전 성형 장치(2)의 두배인 경우에는 상기 회전 성형 장치(2)는 두개가 설치될 수 있으며, 반대의 경우에는 상기 링 압연 장치(1)가 두개 설치될 수 있다.

먼저 상기 링 압연 장치(1)는 가공 중인 공작물(9)과 외면에 접촉하면서 상기 공작물(9)을 회전시키는 구동롤(11), 상기 공작물(9)의 내면에 접촉하며 가압하는 압연롤(12), 상기 공작물(9)의 상면을 가압하는 상부 축롤(13), 상기 공작물(9)의 하면을 가압하는 하부 축롤(14) 및 전체 장치의 동작을 제어하는 압연제어부(19)를 포함하여 구성된다.

상기 구동롤(11)은 원통형상의 롤을 포함하고, 별도의 구동원에 의하여 회전하며, 공작물(9)의 외면에 접촉하여 공작물(9)을 회전시키는 역할을 한다.

한편, 상기 압연롤(12)은 공작물(9)의 내경부에 접촉하여 공작물(9)의 회전에 따라 자유롭게 회전하면서 공작물(9)을 가압하여 가공하는 역할을 한다.

상기 압연롤(12) 역시 원통형상으로 롤을 포함하여 구성된다.

한편, 상기 상부 축롤(13)과 하부 축롤(14)을 상기 구동롤(10)의 반대편에 위치하는 원뿔형태의 롤을 포함하는 것으로, 상기 상부 축롤(13)은 공작물(9)의 상면을, 상기 하부 축롤(14)은 공작물(9)의 하부와 접촉하고, 상기 공작물(9)의 회전에 의하여 회전한다.

또한, 상기 2개의 축롤(13, 14)은 상기 공작물(9)과 접촉하는 부분을 항상 서로 수평을 유지하는 것이 일반적이나, 경사면 등을 가공하는 경우에는 해당 경사에 대응되는 각도로 배치될 수 있다.

그리고 상기 상부 축롤(13)은 공작물(9)의 가공이 진행될 수록 높이를 낮게 조절하는 형태로 제어될 수 있으나, 초기 공작물(9)의 높이가 조절된 경우에는 전체 가공중 이송 없이 특정한 위치에 고정되어 있도록 제어될 수 있다.

한편, 회전 성형 장치(2)는 지면에 회전 가능하게 설치되는 베이스(20), 상기 베이스(20) 상단에 설치되는 내측 금형(21), 상기 베이스(20) 상단에 상기 내측 금형(21) 외곽에 설치되는 외측 금형(22), 상기 베이스(20) 상단에 일정한 각도로 경사진 상태에서 회전 가능하게 설치되는 회전 금형(30) 및 전체 장치를 제어하는 회전제어부(39)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 베이스(20)는 상단에 공작물(9) 가공을 위한 금형이 장착되는 것으로, 금형의 무게와 공작물(9)의 무게 그리고 상기 회전 금형(30)에 의하여 가해지는 힘을 견딜 수 있는 강도를 가져야 하며, 회전을 안내하는 회전축 역시 베이스(20)에 인가되는 하중을 견딜 수 있는 강도로 구현되어야 한다.

또한 상기 베이스(20) 별도의 동력원(모터 등)에 의하여 회전하도록 구성될 수 있으며, 이때는 상기 회전축에 동력원의 회전력이 전달되도록 구성된다.

또한 상기 베이스(20)는 지속적으로 회전하므로, 축대칭 형상으로 구성되는 것이 바람직하며, 특히 원판 형상으로 구성되는 것이 금형의 설치 등을 고려하는 경우 가장 바람직하다.

상기 베이스(20)의 상단에는 내측 금형(21)이 설치된다. 상기 내측 금형(21)의 측면은 공작물(9)의 내경부와 접촉하여 공작물(9)을 성형하는 역할을 수행하는 것으로, 상기 베이스(20)와는 볼트 등을 통하여 결합된다.

상기 내측 금형(21) 역시 축대칭 형상이며, 상기 베이스(20)에 부착 또는 분리될 수 있으며, 해당 제품에 맞는 내측 금형(21)을 선택하여 장착한다.

한편, 상기 베이스(20) 상단에는 상기 내측 금형(21) 외곽으로 외측 금형(22)이 설치된다. 상기 외측 금형(21)의 측면은 공작물(9)의 외경부와 접촉하여 공작물(9)을 성형하는 역할을 수행하는 것으로, 역시 축대칭 형태이며, 상기 베이스(20)에 부착 또는 분리될 수 있는 구성이다.

한편, 상기 베이스(20)의 상단에는 회전 금형(30)이 배치된다. 상기 회전 금형(30)은 원뿔 형태의 끝단(31)을 포함하고 있으며, 상기 끝단(31)이 상기 베이스(20)와 수평이 되는 형태로 경사지게 배치된다.

상기 회전 금형(30)은 회전 가능하게 설치되며, 필요한 경우 외부 동력원에 의하여 회전하도록 구성될 수 있으며, 이때는 상기 베이스(20)를 회전하는 동력원을 생략한다.

또한 상기 회전 금형(30)은 가공이 진행되는 경우, 점차적으로 하방향으로 이송한다. 즉, 상기 회전 금형(30)을 지지하는 별도의 구조물은 상하로 상기 회전 금형(30)을 이송시킬 수 있는 별도의 액추에이터를 포함하며, 회전 금형(30)이 별도의 동력원에 의하여 회전되는 경우에는 상기 동력원도 같이 이송하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이때 실제 제품은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 외측 금형(22)의 일측면, 상기 내측 금형(21)의 일측면, 상기 베이스(20)의 상부 일면 및 상기 회전 금형(30) 일 끝단(31)에 의하여 형성되는 성형 공간(23) 내에 배치된다.

상기 성형 공간(23)은 상기 회전 금형(30)의 하방향 이송에 의하여 점차적으로 줄어들고, 상기 회전 금형(30)의 일 끝단(31)이 상기 내측 금형(21)와 외측 금형(22) 상단과 접촉하는 경우, 공작물(9)의 성형이 완료된다.

한편, 상기 회전제어부(39)는 상기 베이스(20) 또는 회전 금형(30)의 회전수와 상기 회전 금형(30)의 하방향 이송속도를 제어한다.

필요한 경우 상기 회전제어부(39)는 상기 압연제어부(19)와 통신을 통하여 연결되어 링 압연 장치(1)와 연동하여 장치를 제어할 수 있으며, 압연제어부(19) 역시 필요한 경우 상기 회전제어부(39)와 연동하여 장치를 제어할 수 있다.

또한 필요한 경우 상기 회전제어부(39) 및 압연제어부(19)은 단일 제어장치로도 구현될 수 있다.

한편, 필요한 경우 상기 외측 금형(22)의 내측으로는 스프로켓과 같은 홈을 형성하는 경우에는 상기 회전 성형 장치(2)에 의하여 굴삭기의 스프로켓 같은 형태의 링도 제조할 수 있으며, 더 나아가 기어 치형을 형성하는 경우에는 단조형 기어를 성형할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 복합 가공 장치(100)를 이용하여 복합 단면을 갖는 링을 제조하는 절차에 대하여 먼저 설명한다.

먼저 초기 공작물(9)을 준비한다. 상기 초기 공작물(9)은 통상 황지라고 칭하며, 상대적으로 작은 내경과 외경을 가지며, 상기 초기 공작물(9)을 상기 링 압연 장치(1)를 통하여 가공을 수행한다.

초기 가공단계는 도 3의 좌측에 도시되어 있으며, 가공 절차가 진행되는 경우 도 4의 우측에 도시된 바와 같이, 공작물(9)의 외경이 증가되어 있으며, 링 단면은 직사각형의 단면을 지속적으로 유지한다.

상기와 같은 링 압연 장치(1)에 의한 가공은 이후 가공 공정을 고려하여 사전에 설정된 성형 정도로 진행된다.

상기 공작물(9)의 가공정도는 적어도 상기 공작물(9)이 상기 회전 성형 장치(2) 베이스(20) 상단에 형성되는 성형 공간(23)내에 배치될 수 있을 정도로 가공되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 링 압연 장치(1)에서의 공작물의 가공이 완료되면, 사각형 단면을 갖는 링 형태의 공작물(9)을 이동시켜 도 4 좌측에 도시된 형태로 상기 베이스(10) 상단이 성형 공간(23)에 안착시킨 후, 상기 공작물(9)의 상면에 상기 회전 금형(30)의 끝단(31)이 접촉시킨다.

이후 상기 베이스(10) 또는 회전금형(30)을 회전시키면서, 상기 회전금형(30)을 하방향으로 이송한다.

상기 회전금형(30)의 이송은 도 5의 우측에 도시된 바와 같이, 상기 성형 공간(23) 내부에 공작물(9)에 충진이 완료되는 시점인 회전금형(30)의 끝단(31)이 상기 내측 금형(21)와 외측 금형(22)의 상단에 접촉하는 시점에 완료된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 복합 가공 장치를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1: 링 압연 장치 2: 회전 성형 장치
9: 공작물 11: 구동롤
12: 압연롤 13: 상부 축롤
14: 하부 축롤 19: 압연제어부
20: 베이스 21: 내측 금형
22: 외측 금형 23: 성형 공간
30: 회전 금형 31: 끝단
39: 회전제어부 100: 복합 가공 장치

Claims (7)

1. 가열된 공작물을 이용하여 복합 단면을 갖는 링을 제조하는 복합 가공 장치에 있어서,
   가열된 초기 공작물을 사전에 설정된 직경의 직사각형 단면의 링 형태로 가공하는 링 압연 장치; 및
   상기 링 압연 장치를 통하여 가공된 사각형 단면 형태의 링을 이용하여 복합 단면의 링을 최종 가공하는 회전 성형 장치를 포함하되,
   상기 링 압연 장치는:
   원통형상이며, 공작물의 외경에 접촉하여 공작물을 회전시키는 구동롤;
   원통형상으로 공작물의 내경에 가압접촉하여 회전하는 압연롤;
   상기 공작물의 상단에 접촉하여 회전하는 상부 축롤;
   상기 공작물의 하단에 접촉하여 회전하는 하부 축롤; 및
   상기 구동롤의 회전수, 압연롤의 이송속도, 상기 상부 축롤의 이송속도, 상기 상부 축롤 및 하부 축롤의 위치를 제어하는 압연제어부를 포함하고,
   상기 회전 성형 장치는:
   회전 가능한 베이스;
   상기 베이스 상단에 고정되는 축대칭 형태의 내측 금형;
   상기 베이스 상단에 상기 내측 금형 외과에 고정되는 외측 금형;
   상기 베이스 상단에 일정한 각도로 경사지게 회전 가능한 회전 금형; 및
   상기 회전 금형의 상하 위치를 제어하는 회전제어부를 포함하고,
   상기 회전 성형 장치는 상기 회전 금형의 끝단이 상기 내측 금형 및 외측 금형의 상단과 접촉하는 경우 성형을 완료하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 베이스 또는 상기 회전 금형은 별도의 구동원에 의하여 회전하고, 상기 구동원은 상기 회전제어부에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 복합 가공 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 내측 금형, 상기 외측 금형, 상기 베이스 상면의 일부 및 상기 회전 금형의 끝단에 의하여 형성되는 성형 공간에 공작물이 배치되는 것을 특징으로 하는 복합 가공 장치.
   
6. 삭제
7. 청구항 5에 있어서, 상기 링 압연 장치는 초기 공작물이 상기 성형 공간에 안착될 수 있는 외경까지 상기 공작물을 가공하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 장치.

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