KR102480361B1 - 파이프 벤딩용 와이퍼 다이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벤딩기에 사용되는 와이퍼 다이의 제조 방법에 관한 것으로, 파이프 벤딩가공시 마모에 의해 교체가 요구되는 와이퍼 다이를 보다 신속하고 경제적으로 생산할 수 있는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 원재료의 내부를 선반 가공(선삭)하여 와이퍼 다이의 배면부 및 곡면부를 먼저 성형한 다음 배면부 및 곡면부를 포함하도록 상기 원재료를 원하는 치수의 와이퍼 다이로 커팅하여 와이퍼 다이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 파이프 벤딩시 마모에 의해 교체가 요구되는 와이퍼 다이를 보다 신속하고 경제적으로 생산할 수 있는 방법을 제공한다.

Description

파이프 벤딩용 와이퍼 다이의 제조 방법{The Manufacturing Method of Wiper Die for Pipe Benders}
본 발명은 파이프, 튜브 등의 관상체를 절곡시키는 벤딩기에 사용되는 와이퍼 다이의 제조 방법에 관한 것으로, 파이프 등의 벤딩시 마모 또는 손상에 의해 교체가 요구되는 와이퍼 다이를 보다 신속하고 경제적으로 생산하는 방법에 관한 것이며, 더 상세하게는 성형 작업에 많은 시간이 요구되는 밀링 작업 대신에 원재료의 내부에 선반 작업으로 와이퍼 다이의 아치 형상, 즉 배면부 및 곡면부를 성형한 다음 성형된 배면부 및 곡면부를 포함하도록 상기 원재료를 원하는 치수의 와이퍼 다이의 크기에 맞게 커팅하여 와이퍼 다이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래의 기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 강관 또는 비철금속의 파이프 또는 튜브 소재를 일정한 곡률로 절곡시키기 위해서는 벤딩기를 사용하여 필요로 하는 곡률로 벤딩하게 된다. 이러한 벤딩기는 파이프 등을 절곡하기 위한 벤딩 금형을 이용하며 상기 벤딩 금형은 여러 개의 금형이 하나의 세트로 구성되어 있다.
벤딩기에 사용되는 통상적인 벤딩 금형(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 모터나 실린더 등과 같은 동력원에 의해 회전되는 벤딩홈(112)이 형성된 벤딩다이(bending die, 110), 상기 벤딩다이의 선단에서 회전되지 않고 삽입되는 파이프를 지지하도록 벤딩다이의 벤딩홈과 접촉되게 구비되는 와이퍼 다이(wiper die, 120) 및 프레셔 다이(pressure die, 125)와 상기 벤딩다이와 함께 회전되면서 삽입된 파이프를 벤딩다이(110)의 벤딩홈(112)으로 밀착시키는 한 쌍의 클램프(130), 파이프 벤딩시 파이프의 절곡되는 부분의 진원도를 유지하기 위한 멘드렐(mandrel, 미도시) 및 벤딩시 파이프를 밀어주는 클램핑 척(clamping chuck, 미도시)으로 구성된다.
상기 벤딩기에 구비된 벤딩 금형(100) 중 벤딩다이(110)의 벤딩홈(112)과 접촉되게 구비되는 와이퍼 다이(120)의 경우, 프레셔 다이(125)와 함께 삽입된 파이프를 지지하면서 회전되는 벤딩다이(110)의 벤딩홈(112)과 접촉된다. 따라서 벤딩다이(110)의 벤딩홈(112)과 접한 부분인 와이퍼 다이(120)의 끝단 부분이 벤딩다이가 회전되는 과정에서 그 접한 부분이 마모되거나 뜯겨지게 된다.
즉, 와이퍼 다이는 회전되지 않고 파이프를 지지하고 있는 상태로, 벤딩을 위해 벤딩다이가 회전되는 과정에서 파이프가 절곡되는 부분이 와이퍼 다이의 끝단과 마찰하게 되고 그로 인해 와이퍼 다이의 끝단이 마모 또는 쓸리듯이 뜯겨 파손되므로 와이퍼 다이는 벤딩 가공시 주기적으로 교체가 필요하다.
상기 와이퍼 다이는 주로 청동에 알루미늄을 첨가한 합금을 재료로 제조된다. 상기 알루미늄 청동은 황동이나 청동에 비해 기계적 성질과 내식성, 내열성, 내마멸 등이 우수하여 주로 기계, 선박, 항공기, 차량 등의 주요 부품으로 쓰인다.
통상적으로 와이퍼 다이는 직육면체와 같은 일정한 형상을 가지는 알루미늄 청동 재료를 밀링 작업을 하여 제조되는 것일 일반적이다. 밀링은 공작물이 이송되고 공구가 회전하면서 공작물을 가공하는 방법이며, 직선 또는 곡선의 가공물을 가공하게 되는데 밀링으로 하는 가공을 전삭이라 한다.
밀링 작업을 통해 와이퍼 다이를 제조하기 위해서는 공작물 또는 공구의 반복적인 왕복운동이 요구되므로 직육면체의 재료를 와이퍼 다이의 형상으로 전삭하는데 시간이 오래 걸리고 한 번의 작업으로 여러 개의 와이퍼 다이를 얻을 수 없다는 단점이 있다.
즉 밀링 작업을 통해 도 2에 도시된 바와 같은 와이퍼 다이를 제조하기 위해서는 일정한 크기로 절단된 원재료로부터 배면부(280), 곡면부(290), 홈(230), 선단부(260) 등을 하나하나씩 전삭하여야 하므로 와이퍼 다이의 제조에 시간이 오래 걸리고 제조 단가도 상승하게 된다.
한편, 선반은 가공하고자 하는 소재를 회전시키면서 고정된 바이트로 깎아 내거나 파내는 작업을 말하고 주로 원형의 가공물을 가공하게 되며, 선반을 이용한 절삭을 선삭이라 한다. 선반 작업은 비교적 고속으로 회전하는 공작물에 대한 작업이 가능하므로 가공 작업에 걸리는 시간을 줄일 수 있다는 장점을 가진다.
본 발명은 상기 와이퍼 다이의 배면부 및 곡면부와 같이 일부분이 내측으로 일정한 곡률을 가지는 아치 형상을 포함하는 기계 부품을 제조함에 있어서, 원재료의 내부를 선반 가공(선삭)하여 상기 아치 형상 또는 곡률에 상응하는 부분으로 먼저 성형한 다음, 상기 성형된 아치 형상 또는 곡률을 가지는 부분을 포함하도록 원재료를 절단(커팅)하여 원하는 기계 부품을 제조함으로써 하나의 원재료로부터 복수개의 기계 부품을 빠르게 얻는 방법을 제공한다.
공개특허공보 제10-2012-0009003호(2012.02.01.공개)
본 발명은 벤딩기에 사용되는 와이퍼 다이의 제조 방법에 관한 것으로, 파이프 벤딩시 마모에 의해 교체가 요구되는 와이퍼 다이를 보다 신속하고 경제적으로 생산하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 와이퍼 다이의 제조 방법은 원재료의 내부를 선반 가공(선삭)하여 와이퍼 다이의 배면부 및 곡면부를 먼저 성형한 다음 성형된 배면부 및 곡면부를 포함하도록 상기 원재료를 원하는 치수로 커팅하여 와이퍼 다이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 파이프 벤딩기에 사용되는 와이퍼 다이의 제조 방법은 일정한 두께를 가지는 강재를 준비하는 단계; 상기 강재의 내부를 선삭하여 와이퍼 다이의 곡면부 및 배면부 형상을 가지는 홀을 형성하는 단계; 상기 강재를 절단하여 상기 곡면부 및 배면부에 대하여 일측에 배치되는 상단부, 상기 상단부의 타측에 배치되는 하단부 및 상기 상단부 및 하단부의 일단에 배치되는 후단부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제조 방법은 밀링 작업만을 통해 원재료로부터 와이퍼 다이를 제조하는 것에 비하여, 비교적 고속으로 회전하는 원재료를 성형할 수 있는 선반 작업을 통해 와이퍼 다이의 곡면부 및 배면부를 성형할 수 있어 와이퍼 다이의 생산에 소요되는 시간과 비용이 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 원재료로부터 여러 개의 와이퍼 다이 반제품을 제조할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 제조 방법은 절단장치가 선삭에 의하여 형성된 홀을 통하여 배치되므로 추가의 커팅 홀을 형성하는 공정없이 강재를 절단할 수 있으며, 상기 절단장치로는 레이저 커팅 장치 또는 와이어 커팅 장치가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법은 원재료로부터 절단된 와이퍼 다이 반제품의 상단부를 가공하여 홈 및 선단부를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 가공은 와이어 커팅 또는 밀링 가공 중에서 선택될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 와이퍼 다이의 제조 방법은 와이퍼 다이의 본체에 연결부 및/또는 체결부를 더 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 와이퍼 다이를 제조하는 강재는 알루미늄 청동으로 구성될 수 있다.
본 발명은 와이퍼 다이와 같이 일부분이 아치 형상 또는 일정한 곡률을 가지는 기계 부품을 제조함에 있어서, 원재료의 내부를 선반 가공(선삭)하여 상기 아치 형상 또는 곡률을 가지는 부분을 먼저 성형한 다음, 상기 성형된 아치 형상 또는 곡률을 가지는 부분을 포함하도록 원재료를 절단(커팅)하여 하나의 원재료로부터 복수개의 기계 부품을 빠르게 얻을 수 있는 방법을 제공한다.
따라서 본 발명에 따른 제조 방법은 밀링 작업만을 이용하는 방법에 비하여 제품의 생산에 소요되는 시간과 비용이 절감할 수 있을 뿐만 아니라 한번의 작업으로 여러개의 제품을 생산할 수 있다는 효과를 가진다.
도 1은 벤딩기에 구비되는 벤딩금형을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 벤딩기에 구비되는 와이퍼 다이의 형태를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 와이퍼 다이의 제조 방법에 의하여 원재료로부터 와이퍼 다이의 완제품까지의 변화 과정을 나타낸다.
도 4는 원재료로부터 5개의 와이퍼 다이가 얻어지는 경우를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 와이퍼 다이의 다른 실시예를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 는 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 2에 벤딩용 와이퍼 다이의 일례를 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 와이퍼 다이(200)는 와이퍼 다이 본체(210), 벤딩되는 파이프의 외경(R)에 접하는 홈(230)이 형성된 상단부(220), 상단부(220)의 반대측에 형성되는 하단부(240), 상기 상단부(220)와 하단부(240)의 일단에 형성되는 후단부(250), 선단부(260), 측면부(270, 270’), 상기 하단부(240)의 일단으로부터 선단부(260)로 아치 형상으로 연장되는 배면부(280), 상기 배면부(280)와 측면부(270, 270’) 사이의 단차로 인해 형성되는 곡면부(290)를 포함한다.
상기 배면부(280)의 상단부에는 상기 홈(230)이 연장 형성되며, 배면부(280)의 아치 형상은 벤딩다이(110) 벤딩홈(112)의 저면이 형성하는 원주에 대응하는 곡률(R’)과 벤딩홈(112)의 U자 형 홈의 라운드부에 대응되는 곡률(R”)을 갖는다.
본 발명에 따른 와이퍼 다이의 제조 방법의 일실시예에 대하여 기술한다.
먼저 원통형상의 강재를 원하는 완제품의 두께에 맞추어 절단한다(도 3의 (a) 참조). 상기 강재의 종류 및 형상은 제품의 용도에 따라 다양하게 변경되어 구성될 수 있으며, 본 발명에 따른 와이퍼 다이의 경우 육면체 또는 원통형의 알루미늄 청동이 사용될 수 있다.
원하는 두께로 절단된 강재를 선반에 장착한 다음 적당한 절삭 공구를 이용하여 강재의 중심부를 선삭하여 강재의 내부에 와이퍼 다이의 곡면부(290)와 벤딩다이(110) 벤딩홈(112)의 저면이 형성하는 원주에 대응하는 곡률을 갖도록 설정된 외경(R’)을 가지면서 벤딩홈의 U자형 홈의 라운드부에 대응되는 곡률(R”)을 가지는 배면부(280)를 형성한다.(도 3의 (b) 참조)
상기 원하는 두께로 절단된 강재의 단면은 와이퍼 다이의 측면부(270, 270’)를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 필요시 선삭 과정에서 측면부(270, 270’)가 형성될 수도 있다.
상기 선삭을 통하여 강재의 내부에는 와이퍼 다이의 배면부(280)에 상응되는 곡률에 대응되는 반지름(R’)을 가지는 원통홀(H)이 형성된다.
상기 원통홀(H)이 형성된 강재를 선반에서 탈착한 다음 절단장치에 장착한다.
상기 절단장치로는 강재를 절단할 수 있는 장치이면 제한이 없으나, 바람직하게는 레이저 커팅기 또는 와이어 커팅기 등이 이용될 수 있다.
절단장치의 커터(즉 커팅 와이어 또는 레이저 빔)는 상기 원통홀(H)을 통하여 배치되어 추가의 커팅홀을 형성하는 공정없이 강재를 절단할 수 있다. 상기 커터를 이용하여 와이퍼 다이의 상단부(220), 후단부(250) 및 하단부(240)의 크기에 맞게(즉 도 3 (c)의 점선을 따라) 강재를 절단한다.(도 3의 (c) 참조)
만약 적당한 크기 및 형상의 강재가 이용되는 경우(즉 후단부(250)의 길이에 맞는 강재가 사용되는 경우) 상단부(220) 및 하단부(240)만을 절단함으로써 와이퍼 다이의 반제품을 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 하나의 강재로부터 4개의 반제품 상태의 와이퍼 다이가 절단된 경우를 예시하였으나(도 3의 (d) 참조), 도 4에 도시된 바와 같이 상기 원통홀(H)이 형성된 강재를 이용하여 얻을 수 있는 와이퍼 다이의 반제품 숫자는 와이퍼 다이의 크기 또는 배면부의 곡률(R’)에 따라 달라질 수 있다.
그리고 와이퍼 다이 본체(210)의 일부분에 와이퍼 다이 본체를 벤딩기에 고정시키기 위한 연결부(도 5 참조)가 필요한 경우 상기 연결부는 상기 강재의 절단 단계에서 형성될 수 도 있다.
상기 절단된 와이퍼 다이 반제품(도 3의 (d) 참조)은 와이퍼 다이의 홈(230)을 제외한 부분이 형성된 상태이다.
상기 절단된 반제품의 상단부(220)를 밀링 가공 또는 와이어를 이용한 절단하여 홈(230) 및 선단부(260)을 형성함으로써 와이퍼 다이 완제품을 제조할 수 있다.
만약 밀링 가공을 통하여 홈(230)을 성형하는 경우 두께가 얇은 선단부(260)의 가공시 선단부가 밀리는 현상이 발생하기 쉽다. 따라서 밀링 가공으로 홈(230) 및 선당부(260)를 가공하는 경우, 와이퍼 다이 반제품을 적당한 지그에 물린 상태로 밀링 가공을 진행하는 것이 바람직하다. 즉 와이어 다이 반제품의 배면부(280)와 곡면부(290)를 지지할 수 있는 형상을 가지는 지그(미도시)에 반제품을 고정시킨 다음 상단부(220)를 밀링 가공하여 홈(230)을 형성하는 것이 바람직하다.
와이어 커팅기를 이용하는 경우 상기한 바와 같은 배면부(280)와 곡면부(290)를 지지하는 별도의 지그가 없는 상태에서 상단부(220)에 홈(230)을 형성할 수 있다.
상기 커팅 공정을 통하여 제조된 와이퍼 다이는 상기한 도 2와 같은 형태를 갖게 된다.(도 3의 (e) 참조)
상기한 와이퍼 다이 완제품은 필요에 따라 추가적인 공정을 거쳐 부가적인 형상을 갖도록 성형될 수 있다.
즉 도 5에 도시된 바와 같이 와이퍼 다이 본체(210)의 하단부(240), 상단부(220) 및 후단부(250)에 와이퍼 다이 본체를 벤딩기에 고정시키기 위한 연결부 및/또는 볼트와 같은 체결구가 고정되는 나사산 등의 체결수단이 더 구비될 수 있으며, 상기 연결부의 형태 및 그 가공 방법에는 특별한 제한이 없다.
또한, 와이퍼 다이 완제품의 정밀도 및 표면 조도 등을 향상시키기 위한 추가의 공정이 진행될 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 와이퍼 다이의 제조 방법은 밀링 작업을 통하여 곡면부, 배면부, 측면부, 상단부, 하단부, 후단부, 홈 등을 각각 성형하여야 하는 것과는 달리, 와이퍼 다이의 두께에 맞게 절단된 원재료의 내부에 선삭 작업을 통하여 와이퍼 다이의 배면부와 곡면부를 빠르고 쉽게 성형한 다음 상기 배면부와 곡면부가 형성된 원재료를 절단하여 상단부, 하단부, 후단부를 형성함으로써 밀링 작업을 통한 제조 방법에 비하여 제조 시간 및 단가가 절감되고 복수개의 와이퍼 다이를 동시에 제조할 수 있다는 장점을 가진다.
200; 와이퍼 다이
210; 와이퍼 다이 본체
220; 상단부
230; 홈
240; 하단부
250; 후단부
260; 선단부
270, 270’; 측면부
280; 배면부
290; 곡면부
H; 홀
R, R’, R”; 반지름 또는 곡률

Claims (6)

  1. 파이프 벤딩기에 사용되는 와이퍼 다이의 제조 방법에 있어서, 일정한 두께를 가지는 강재를 준비하는 단계; 상기 강재의 내부를 선삭하여 와이퍼 다이의 곡면부 및 배면부 형상을 가지는 홀을 형성하는 단계; 상기 강재를 절단하여 상기 곡면부 및 배면부에 대하여 일측에 배치되는 상단부, 상기 상단부의 타측에 배치되는 하단부 및 상기 상단부 및 하단부의 일단에 배치되는 후단부를 형성하는 단계를 포함하는 와이퍼 다이의 제조 방법.
  2. 파이프 벤딩기에 사용되는 와이퍼 다이의 제조 방법에 있어서, 일정한 두께를 가지는 알루미늄 청동재를 준비하는 단계; 상기 알루미늄 청동재의 내부를 선삭하여 와이퍼 다이의 곡면부 및 배면부 형상을 가지는 홀을 형성하는 단계; 상기 알루미늄 청동재를 절단하여 상기 곡면부 및 배면부에 대하여 일측에 배치되는 상단부, 상기 상단부의 타측에 배치되는 하단부 및 상기 상단부 및 하단부의 일단에 배치되는 후단부를 형성하는 단계를 포함하는 와이퍼 다이의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 절단은 상기 홀을 통하여 배치되는 커팅 와이어 또는 레이저 빔을 이용하는 것을 특징으로 하는 와이퍼 다이의 제조 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 형성된 상단부를 가공하여 홈 및 선단부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이퍼 다이의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 가공은 와이어 커팅 또는 밀링 가공 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 와이퍼 다이의 제조 방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 와이퍼 다이 본체에 연결부 및/또는 체결수단을 더 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이퍼 다이의 제조 방법.
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