KR102521328B1

KR102521328B1 - 컵 형상 부품의 제조방법

Info

Publication number: KR102521328B1
Application number: KR1020210011072A
Authority: KR
Inventors: 정종호
Original assignee: 정종호
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2023-04-12
Also published as: KR20220107866A

Abstract

본 발명은 컵 형상 부품의 제조방법에 관한 것으로, (a) 제1두께를 갖는 철판을 스피닝(spinning) 가공하여 중공 원통형의 측면부와 측면부의 일단에 형성된 원형의 바닥부로 구성된 컵 형상으로 형성하는 단계; 및 (b) 측면부를 유압프레스로 가압하여 측면부의 두께를 제1두께보다 얇은 제3두께로 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

컵 형상 부품의 제조방법{Method for manufacturing cup shaped part}

본 발명은 컵 형상 부품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접을 수행하지 않아 부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 컵 형상 부품의 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 컵 형상의 부품을 제조하기 위한 용접공정을 도시한 것이고, 도 2는 종래의 용접공정을 통해 제조된 컵 형상 부품의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 컵 형상 부품(10)은, 일례로 디젤, 가솔린, 도시가스 등의 다양한 연료를 수소로 전환시켜 공급해주는 개질기(미도시)의 부품으로 사용될 수 있다.

종래에는 컵 형상 부품(10)을 제조하기 위해 먼저 판형 재료를 둥글게 감은 다음 접촉부분을 용접하여 용접부(B)를 형성하여 중공 원통형으로 컵 형상 부품의 측면부(12)를 구성한다.

이후, 컵 형상 부품(10)의 측면부(12)의 일단에 원형으로 형성된 바닥부(11)를 위치시켜 접촉부분을 용접하여 용접부(A)를 형성함으로써 컵 형상 부품(10)을 완성하게 된다.

그러나, 개질기에 사용되는 상기 부품(10)은 상기 부품(10)의 측면부(12)의 두께(일례로, 1.5 mm)와 바닥부(11)의 두께(일례로, 3 mm)가 서로 상이하도록 구성되어야 하기 때문에 용접 작업시에 불량율이 매우 높았다. 이에 따라, 용접사의 기술 및 숙련도가 높은 수준이 되어야 양품을 제작할 수 있게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 부품(10)은 개질기에 장착되어 사용되기 때문에 지속적으로 고온을 유지하게 되는데, 상이한 두께를 갖는 바닥부(11)와 측면부(12)가 용접 결합된 상태이기 때문에 열에 의한 변형으로 용접부(A, B)에 크랙이 발생할 가능성이 커지는 문제점이 있다.

일본 공개특허 2015-30028호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 용접부분이 없이 측면부와 바닥부의 두께가 서로 상이한 컵 형상 부품을 제조할 수 있도록 하는 컵 형상 부품의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 일실시예에 따른 컵 형상 부품의 제조방법은, (a) 제1두께를 갖는 철판을 스피닝(spinning) 가공하여 중공 원통형의 측면부와 측면부의 일단에 형성된 원형의 바닥부로 구성된 컵 형상으로 형성하는 단계; 및 (b) 측면부를 유압프레스로 가압하여 측면부의 두께를 제1두께보다 얇은 제3두께로 형성하는 단계;를 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 컵 형상 부품의 제조방법은, (c) 바닥부를 선반가공하여 바닥부의 두께를 제1두께보다 얇고 제3두께보다 두꺼운 제2두께로 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 컵 형상 부품의 제조방법은, (b)단계에서, 유압프레스에 카메라를 구비하여 가압중인 측면부의 두께를 모니터링하며, 카메라와 연결된 디스플레이부에 측면부의 목표 두께가 표시되어, 상기 카메라에서 획득된 영상 이미지에서의 두께가 목표 두께와 일치할 때가지 가압 성형할 수 있다.

본 발명에 의하면 스피닝(spinning) 가공 및 선반가공, 유압프레스 가공을 통해 바닥부와 측면부의 두께가 상이하며 용접부가 없는 컵 형상의 부품을 성형함으로써 고온에서 사용되는 개질기의 부품으로 적용될 경우 크랙 발생율을 최소화하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 유압프레스 가공시에 카메라를 통해 획득된 영상을 근거로 실시간으로 부품의 두께를 관찰할 수 있도록 구성됨으로써 목표 두께로 정확하고 신속하게 가공할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 부위별로 두께가 상이한 컵 형상의 부품을 제조하기 위한 용접공정을 도시한 것이고,
도 2는 종래의 용접공정을 통해 제조된 상기 컵 형상 부품의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부위별로 두께가 상이한 컵 형상 부품의 제조방법에서 스피닝 가공단계를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부위별로 두께가 상이한 컵 형상 부품의 제조방법에서 선반 가공단계를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부위별로 두께가 상이한 컵 형상 부품의 제조방법에서 유압프레스 가공단계를 도시한 것이고,
도 6은 도 5의 유압프레스 가공단계에서 카메라를 통해 획득된 가공 영상이 디스플레이부에 표시된 상태를 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제조방법을 통해 제조된 부위별로 두께가 상이한 컵 형상 부품을 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부위별로 두께가 상이한 컵 형상 부품의 제조방법에서 스피닝(spinning) 가공단계를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 부위별로 두께가 상이한 컵 형상 부품의 제조방법은, 스피닝 가공을 수행하여 대략적인 컵 형상을 형성하게 되는데, 먼저 제1두께(일례로, 4 mm)를 갖는 철판(100)을 마련하고, 원통형의 성형 지지부(150)의 일측단에 위치시킨다(a).

다음으로, 도 3의 (b) 단계와 같이 성형롤러(170)을 철판(100)의 우측에 위치시킨 후 좌측으로 이동시킴으로써 성형롤러(170)가 철판(100)에 접하여 가압하면서 철판(100)이 가운데가 비어 있는 형상으로 점차적으로 성형된다.

다음으로, 성형롤러(170)가 철판(100)의 끝단까지 이동하고 나면, 성형 지지부(150)의 외형을 따라 철판(100)이 컵 형상의 부품(100)으로 성형된다(c).

이후, 성형 지지부(150)와 컵 형상의 부품(100)은 분리됨으로써 중공 원통형의 측면부(102)와 측면부(102)의 일단에 형성된 원형의 바닥부(101)로 구성된 컵 형상 부품(100)이 형성된다.

한편, 컵 형상의 부품(100)은 전술한 메탈 스피닝(metal spinning) 가공공정을 대체하여 딥드로잉(deep drawing) 가공공정을 수행하여 형성할 수도 있다. 다만, 스피닝 공정에 비해 제작 비용이 많이 발생하는 단점이 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 도 3에 도시된 스피닝 가공에 의해 판재형이 컵 형상 부품(100)으로 성형되는데, 스피닝 가공 후 형성된 상기 부품(100)의 바닥부(101)와 측면부(102)는 동일한 두께(제1두께)를 갖기 때문에 추가적인 공정을 통해 바닥부(101)와 측면부(102)의 두께가 상이한 부품(100)으로 형성하여야 한다.

본 발명에서는, 바닥부(101)의 두께를 제1두께(예를 들면, 4 mm)보다 얇은 제2두께(예를 들면, 3 mm)를 갖도록 후속 공정을 수행한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부위별로 두께가 상이한 컵 형상 부품의 제조방법에서 선반 가공단계를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 컵 형상의 부품(100)이 선반 가공장치(미도시)에 장착되어 회전되고, 바이트(180)가 바닥부(101)에 나란한 방향으로 이동된다.

이와 같이 선반 가공에 의해 바닥부(101)가 절삭됨으로써 바닥부(101)의 두께가 목표 두께인 제2두께를 갖게 된다.

한편, 도 4에 도시된 선반 가공단계는 필요로 하는 부품의 치수에 따라서는 수행되지 않을 수도 있다. 즉, 바닥부(101)의 두께가 제1두께와 동일하여도 되는 경우에는 별도의 선반 가공단계를 수행하지 않고 다음 후속 공정을 수행하게 된다.

도 4에 도시된 선반 가공단계를 거친 후, 바닥부(101)와 측면부(102)의 두께는 상이하게 형성되지만, 최종적인 부품으로 가공하기 위해서는 측면부(102)의 두께가 제3두께(일례로, 1.5 내지 1.8 mm)를 갖도록 추가적인 후속 공정을 수행하여야 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부위별로 두께가 상이한 컵 형상 부품의 제조방법에서 유압프레스 가공단계를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 컵 형상 부품(100)은 유압프레스 장치(190)에 컵 형상 부품(100)의 외관에 대응되는 수용홈이 마련된 안착부(195)에 배치된다.

유압프레스 장치(190)는 컵 형상 부품(100)의 내측에서 외측으로 방사형으로 가압력을 발생시키는 가압부(193)와, 가압부(193)를 하방으로 이동시켜 컵 형상 부품(100)의 내부에 위치시킨후 가압부(193)가 반지름 방향으로 방사형으로 이동되며 가압력을 발생시키도록 구동하는 구동부(191)가 포함된다.

여기서, 가압부(193)는 복수개의 대략 부채꼴 형상의 부품으로 구성되며, 반지름 방향으로 이동시에 가압력이 균일하게 발생될 수 있도록 원 중심에 위치한 구동부(191)에 대해 점 대칭되도록 배치되며, 반지름 방향으로 이동시 동일한 가압력을 가지며 동일한 거리로 이동되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에서, 가압부(193)는 구동부(191)의 하단과 연결되는데, 구동부(191)의 하단이 소정 위치(즉, 가압부(193)이 컵 형상 부품(100)의 내측에 삽입이 완료되는 위치)로 이동된 이후에 유압프레스 장치(190)의 가압 유체가 가압부(193)과 구동부(191) 하단과의 연결부분을 통해 각각의 가압부(193)의 반지름 방향으로 안내되도록 구성됨으로써 유압에 의해 가압부(193)가 이동되며 컵 형상 부품(100)을 원하는 두께로 가공하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 컵 형상 부품의 제조방법에 사용되는 유압프레스 장치(190)는, 컵 형상 부품(100)이 가압부(193)에 의해 가압되는 중 컵 형상 부품(100)의 두께를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 컵 형상 부품(100)의 상측에 카메라(197)가 구비된다.

도 6은 도 5의 유압프레스 가공단계에서 카메라를 통해 획득된 가공 영상이 디스플레이부에 표시된 상태를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 유압프레스 가공단계에서는 도 5에 도시된 유압프레스 장치(190)에 설치된 카메라(197)에서 획득된 컵 형상 부품(100)의 가공 영상이 디스플레이부(198)에 표시된다.

또한, 디스플레이부(198)에는 도 5에 도시된 유압프레스 장치(190)의 가압부(193)에 의해 가압중인 컵 형상 부품(100)의 측면부 두께와 함께, 유압프레스 장치(190)에 의해 가공될 측면부의 목표 두께가 점선으로 형성된 안내선(199)에 의해 확인할 수 있도록 안내선(199)이 더 표시될 수 있다.

이와 같이 구성됨으로써 유압프레스 장치(190)에 의해 컵 형상 부품(100)의 측면부 두께가 가압되는 중에 측면부의 두께를 실시간으로 모니터링함으로써 디스플레이부(198)에 표시된 컵 형상 부품(100)의 영상 이미지에서의 두께가 목표 두께와 일치할 때가지 가압 성형할 수 있게 된다. 결과적으로 추가적인 가공작업 없이 컵 형상 부품(100)의 측면부 두께를 목표 두께인 제3두께(일례로, 1.5 내지 1.8 mm)로 신속하고 정확하게 가공할 수 있게 되는 장점이 있다.

한편, 본 발명은 측면부의 두께를 모니터링하며 가공하는 다른 실시예로도 구현될 수 있다. 일례로, 디스플레이부(198)에 표시된 측면부의 특정 지점에서 내측부와 외측부에 마우스를 클릭할 경우, 측면부의 두께가 디스플레이부(198) 상에 구현되도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 제어부(미도시)에서 화면에 표시된 영상과 실제 부품(100)과의 비율을 미리 입력받아 계산할 수 있도록 구현될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제조방법을 통해 제조된 부위별로 두께가 상이한 컵 형상 부품을 도시한 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 제조방법을 통해 제조된 컵 형상 부품(100)은 용접부가 없이 하나의 철판으로 두께가 상이한 바닥부(101)와 측면부(102)를 성형함으로써 개질기에 장착되는 부품으로 사용될 경우, 지속적으로 고온의 환경에 노출되더라도 부품(100)에 크랙이 발생되지 않고 내구성이 우수한 장점을 갖게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 컵 형상의 부품
101: 바닥부
150: 성형 지지부
170: 성형롤러
180: 바이트
190: 유압프레스 장치
191: 구동부
193: 가압부
197: 카메라
198: 디스플레이부

Claims

(a) 제1두께를 갖는 철판을 스피닝(spinning) 가공하여 중공 원통형의 측면부와 측면부의 일단에 형성된 원형의 바닥부로 구성된 컵 형상으로 형성하는 단계; 및
(b) 측면부를 유압프레스로 가압하여 측면부의 두께를 제1두께보다 얇은 제3두께로 형성하는 단계;를 포함하되,
유압프레스 장치는 컵 형상 부품을 내측에서 외측으로 방사형으로 가압력을 발생시키는 가압부와, 가압부를 하방으로 이동시켜 컵 형상 부품의 내부에 위치시킨후 가압부가 반지름 방향으로 방사형으로 이동되며 가압력을 발생시키도록 구동하는 구동부가 포함되고,
가압부는 복수개의 부채꼴 형상의 부품으로 구성되며, 반지름 방향으로 이동시에 가압력이 균일하게 발생될 수 있도록 원 중심에 위치한 구동부에 대해 점 대칭되도록 배치되며, 반지름 방향으로 이동시 동일한 가압력을 가지며 동일한 거리로 이동되도록 구성되는, 컵 형상 부품의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
(c) 바닥부를 선반가공하여 바닥부의 두께를 제1두께보다 얇고 제3두께보다 두꺼운 제2두께로 형성하는 단계;를 더 포함하는, 컵 형상 부품의 제조방법.
청구항 2에 있어서,
(b) 단계에서,
유압프레스에 카메라를 구비하여 가압중인 측면부의 두께를 모니터링하며, 카메라와 연결된 디스플레이부에 측면부의 목표 두께가 표시되어, 상기 카메라에서 획득된 영상 이미지에서의 두께가 목표 두께와 일치할 때가지 가압 성형하는, 컵 형상 부품의 제조방법.