KR20010092246A - 금속 축재의 직경을 확대하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

소정의 간격을 두고 상호 마주보는 구동 회전부(4) 및 종동 회전부(6)와, 각각의 회전부에 구비된 축 지지부와, 상기 구동 회전부를 구동시키는 구동 수단(5)과, 지지부에 파지된 축재를 축방향으로 압압하는 가압 수단(8)과, 축재의 축심을 경사지게 하는 편심 수단(7)으로 포함화여 구성됨으로써, 피가공물로서의 선형 금속 축재 또는 금속관이, 상호 마주보고 배치된 한 쌍의 회전 가능 지지부에 의해 적정 간격(D)을 두고 파지되며, 피가공물에 축 방향 회전이 주어지고, 또한 칼라 형상의 직경 확대부가 성형된 상기 피가공물을 진직화하기 위하여 회전 지지체 중 적어도 일방이 타방 지지체를 향해 이동하여 굽힘 해제하도록 된, 금속 축재의 직경 확대 장치를 공개한다.

Description

금속 축재의 직경을 확대하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR INCREASING DIAMETER OF METAL SHAFT MATERIAL}

중간부에 국부적으로 직경 확대부가 설치된 금속 축재를 제작하는 경우에는, 종래, 해당 축재의 직경보다 큰 직경의 봉재를 소재로 하여, 소정의 직경 확대부를 갖는 형상으로 깍아 내는 방법을 취해 왔다. 그러나, 큰 직경의 봉재를 절삭하는 방법으로서는, 절삭가공에 수고가 따르고, 재료적으로도 손실이 많아 비경제적이었다.

한편, 기계 장치의 동력 전달축에는, 해당 전동축보다 큰 직경의 기어, 캠 등의 기계 부품을 장착하는 일이 많지만, 상기와 같이 절삭에 의해 이들을 일체 성형하는 것은 비경제적이기 때문에, 별도 제작한 이들 큰 직경의 부품을 볼트, 혹은 용접 등에 의해 축재에 고정하고 있다. 축재의 중간부를 소정의 큰 직경으로 확대시킬 수 있다면, 해당 축재를 확대시킨 부분에 적당한 성형 가공을 실시함으로써 상기 큰 직경의 부품을 일체 성형하는 것은 가능하지만, 축재의 중간부를 큰 직경으로 확장시키는 것은 종래 불가능한 것으로 되어 있다.

금속 축재의 중간부에 국부적으로 직경 확대부를 만드는 방법으로서, 본원 발명자는, 금속 축재에 회전과 굽힘 및 압축력을 작용시키는 방법을 발명하여, 특허를 얻은 바 있다(일본국 특허 제1993956호). 이 기술에 따르면, 강재(鋼材)의 중간부 직경을 간단히 확대할 수 있기 때문에, 이 직경 확대부를 이용하여 상기 기계 부품을 일체 성형하는 것이 가능하다.

그러나, 상기 특허 발명에서는, 금속 축재에 굽힘 및 회전을 작용시킬 때 소정의 압축 압력을 가하면서 회전시켜, 굽힘을 통해 소정의 형상을 얻은 후에 굽힘 해제를 실시하고, 가압과 회전을 정지시키는 것이었다. 그 때문에, 압축 압력을 작용시키는 경우에는 지지부의 파지력(把持力)이 높을 필요가 있으며, 역으로, 낮은 압력에서는 소정의 형상을 얻기 위해 필요한 회전수가 많아야 하기 때문에 시간이 걸린다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 직경 확대 장치는, 피가공물인 금속 축재를 지지하는 한 쌍의 회전 지지체 중 일측 회전 지지체에 굽힘을 행하기 위한 편심 수단과, 타방 회전 지지체에 접근시키기 위한 가압 수단을 갖고 있기 때문에, 회전 지지체에의 각도 부가를 위한 회전부 및 가압을 위한 접동부(摺動部)로부터 발생하는 정밀도 불안 요인이 많다고 하는 문제가 있었다.

그러므로, 본 발명의 하나의 목적은, 상기 금속 축재의 직경 확대를 보다 효율 좋고, 또한 높은 정밀도로 행할 수 있는 직경 확대 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한, 상기 금속 축재를 직경 확대하는 새로운 기술에 대하여는, 금속 축재의 직경 확대 기구는 아직 충분히 해명되어 있지 않다. 그 때문에, 변형 상태를 관찰함에 적합한 장치를 제공하는 것을 그 외의 목적으로 한다.

아울러, 종래 직경 확대 가능한 칼라(collar) 형상의 직경 확대부의 크기에 제한이 있었지만, 그보다도 큰 직경 확대부를 설치하는 것도 본 발명의 목적 중 하나이다.

또한, 종래의 장치는, 피가공물인 금속 축재(금속관을 포함함)에 대하여, 일측 회전 지지부에 회전 구동력을 작용시키며, 피가공물의 강성에 의해 타방 회전부를 종동적으로 회전시키는 구조였기 때문에, 피가공물인 축재에 다소나마 비틀림이 생겨, 성형후의 인장 강도가 약간 저하하는 일이 있었지만, 본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하는 것도 목적의 하나로 하고 있다.

한편, 상기 특허 발명의 실시에는 전용 장치를 사용하고 있으나, 예컨대 공지된 선반을 이용한 실시가 가능한 실용적인 장치를 제공하는 것도 목적의 하나이다.

본 발명은 금속 축재(軸材)(봉재 및 파이프를 포함함)의 중간부에 국부적으로 직경 확대부를 설치할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명에 관한 금속 축재의 직경 확대 방법의 가공 상태를 나타내는 설명도, 도 2는 본 발명에 관한 직경 확대 장치의 일예를 나타내는 전체 평면도, 도 3은 그 전체 측면도, 도 4는 그 회전 지지체를 나타내는 좌측면도, 도 5는 그 작동 상태를 나타내는 전체 평면도이다.

도 6은 상기와 다른 금속 축재의 직경 확대 장치의 형태를 나타내는 전체 평면도, 도 7은 그 전체 측면도, 도 8은 그 좌측면도, 도 9는 그 구동 회전부를 나타내는 요부(要部) 좌측면도, 도 10은 그 종동 회전부의 요부를 나타내는 좌측면도, 도 11은 그 이동 장치의 요부 평면도, 도 12는 척(chuck) 부재를 나타내는 사시도, 도 13은 다른 척 부재의 사시도, 도 14는 그 직경 확대 장치의 가공 상태 설명도, 도 15는 가공 종료시의 설명도이다.

도 16은 또한 다른 금속 축재의 직경 확대 장치의 전체 평면도, 도 17은 그전체 측단면도, 도 18은 그 접동 프레임과 회동 프레임(가상선)을 나타내는 평면도, 도 19는 그 측단면도, 도 20은 가공 상태의 설명도, 도 21은 상기와 다른 실시 형태를 나타내는 평면도, 도 22는 그 전체 측단면도이다.

도 23은 또 다른 실시 형태에 있어서의 직경 확대 장치의 전체 사시도, 도 24는 그 전체 평면도, 도 25는 그 전체 측단면도, 도 26은 그 접동 프레임과 접동 나타내는 평면도, 도 27은 그 회동 프레임과 편심 수단을 나타내는 평면도, 도 28은 A-A 단면도, 도 29는 그 회동 수단을 나타내는 단면도, 도 30은 상기와 다른 실시 형태를 나타내는 전체 평면도, 도 31은 그 가공 상태 설명도이다.

도 32는 또한 다른 예를 나타내는 금속 축재의 직경 확대 장치의 전체 사시도, 도 33은 그 평면도, 도 34는 그 측단면도, 도 35는 그 동작을 나타내는 측단면도, 도 36은 정반에의 취부 상태를 나타내는 측면도이다.

도 37은 금속관의 직경 확대 장치를 예시하는 측단면도, 도 38은 그 평면도, 도 39는 그 동작을 나타내는 요부 측단면도, 도 40은 관 확대 가공의 제1공정(금속관 장진 상태)을 나타내는 요부 측단면도, 도 41은 관 확대 가공의 제2공정(금속관에 회전과 압축 및 굽힘을 작용시킨 상태)을 나타내는 요부 측단면도, 도 42는 관 확대 가공의 제3공정(제2공정을 계속하는 상태)을 나타내는 요부 측단면도, 도 43은 관 확대 가공의 제4공정(금속관에 회전과 압축을 작용시키면서 굽힘을 해제하는 상태)을 나타내는 요부 측단면도, 도 44는 관 확대 상태를 나타내는 확대관부의 단면도이다.

본 발명에 관한 금속 축재의 직경 확대 방법은, 서로 마주 보는 한 쌍의 회전 지지체로 피가공물인 직석형 금속 축재 혹은 금속관을 적정 간격(D)을 두고서 파지하여, 이 피가공물에 축을 중심으로 한 회전과, 상기 회전 지지체의 적어도 일방을 타방에 접근하는 방향으로 이동시킴으로써 피가공물 축선 방향으로 작용하는 압축 압력과, 양 회전 지지체 중 어느 일방을 타방 회전 지지체의 축선과 교차하는 방향으로 밀어부침으로써 피가공물에 작용하는 굽힘에 의해 생기는 굽힘부 내측의 돌출부를 초기 파지 간격(D) 내의 피가공물 전둘레에 누적시켜 소정의 칼라 형상의직경 확대부를 설치한 후, 굽힘을 해제하여 피가공물을 진직화(眞直化)하는 금속 축재의 직경 확대 방법에 있어서, 피가공물에 상기 회전과 압축 압력과 굽힘을 작용시키는 조건으로 하여, 굽힘을 작용시키기 전에 굽힘의 내측과 외측에 있어 항상 압축 응력이 작용하는 조건하의 적응 압축력을 작용시키는 동시에, 상기 굽힘 개시 전후 어느쪽인가에 회전을 개시하고, 그와 아울러 회전과 압축 압력을 작용시키고 있는 상태로 굽힘 해제를 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 경우에 있어서, 상기 압축 압력을, 직경 확대의 초기에는 굽힘을 작용시킨 때에 굽힘의 내측과 외측에 있어 항상 압축 압력이 작용하는 조건하의 낮은 압축력으로 하고, 직경 확대가 진행됨에 따라 높은 압력을 작용시킴으로써, 과대한 압축력을 이용하지 않고서도 효율 좋게 성형할 수 있다.

또한, 상기 성형을 행하는 장치로서는, 소정 간격을 두고 상호 마주보는 구동 회전부 및 종동 회전부와, 각각의 회전부에 설치된 축재를 지지하는 지지부와, 상기 구동 회전부를 회전시키는 구동 수단과, 상기 지지부에 의해 지지된 축재를 축방향으로 압압하는 가압 수단과, 이 축재의 축심을 경사지게 하는 편심 수단을 구비한 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 구동 회전부와 종동 회전부의 어느쪽 일방에 가압 수단을 작용시키는 동시에, 타방에 상기 편심 수단을 작용시키도록 구성된 직경 확대 장치를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 소정 간격을 두고 상호 마주보는 구동 회전부 및 종동 회전부와, 각각의 회전부에 설치된 축재를 지지하는 지지부와, 상기 구동 회전부를 회전시키는 구동 수단과, 상기 지지부에 의해 지지된 축재를 축방향으로 압압하는 가압 수단과,이 축재의 축심을 경사지게 하는 편심 수단을 구비한 종류의 직경 확대 장치에 있어서, 상기 구동 회전부 또는 종동 회전부를 축재의 축심과 직교하는 방향으로 설치된 회동 지지축을 축심으로 하여 회동 가능 상태로 설치하는 동시에, 이 회동 가능 상태의 회전부를 상기 회동 지지축으로 편측 지지하고, 축재의 굽힘부의 내측과 외측을 동시에 관찰 가능하게 해두면, 피가공물의 변형 상태를 관찰하기 편리하고, 직경 확대 기구의 해명 등에 효과가 있다.

이러한 종류의 직경 확대 장치에 있어서, 그 베이스 프레임(base frame) 상을 접동하는 접동 프레임을 설치하고, 이 접동 프레임 전방부에 설치된 접동 베어링에 회동 프레임 하면에 설치된 수직축을 지지하는 동시에, 상기 구동 회전부를 베이스 프레임에 고정하고, 상기 종동 회전부를 회동 프레임에 고정해 두는 것이 구조적으로 간단하다.

한편, 큰 칼라 형상의 직경 확대부를 설치하는 장치로서는, 피가공물인 금속 축재를 지지하는 지지부를 구비하고 상호 마주보는 구동 회전부와 종동 회전부와, 상기 구동 회전부의 지지부에 피가공물을 지지한 상태에서 피가공물을 축 주위로 회전시키는 구동 수단과, 상기 종동 회전부를 구동 회전부로 접근/이반하는 방향으로 상대 이동시키는 접동 가압 수단과, 종동 회전부를 구동 회전부의 지지부의 축심에 대하여 경사지게 하는 편심 수단으로 이루어진 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 상기 편심 수단에 의해 종동 회전부를 경사지게 하는 때 회동의 기단(起端)으로 되는 회동축의 축심을 구동 회전부에 접근/이반하는 방향으로 상대 이동시키는 접동 가압 수단을 설치하고, 각각의 접동 가압 수단의 접동량을 조절함으로써양 지지부 사이로 상기 회동축의 축심을 상대 이동시키는 변위 기구를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 접동 가압 수단의 접동량을 임의 조절함으로써 양 지지부 사이로 상기 회동 지지축의 축심을 상대 이동시키는 변위 기구를 설치해 두어도 좋다.

피가공물인 금속 축재의 비틀림을 방지하기 위해서는, 상호 마주보는 한 쌍의 회전부와, 각각의 회전부에 설치된 피가공물을 지지하는 지지부와, 적어도 일방의 회전부를 타방 회전부에 접근/이반하는 방향으로 상대 이동시키는 접동 수단과, 적어도 일방 지지부를 타방 지지부의 축심에 대하여 경사지게 하는 편심 수단과, 상기 지지부에 의해 피가공물을 지지한 상태에서 피가공물을 축 주위로 회전시키는 구동 수단으로 이루어지는 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 상기 양 지지부의 회전을 상호 전동하여 동기화(同期化)하는 전동 수단을 설치해 두면 좋다.

구체적으로는, 상기 전동 수단으로서, 각각의 회전부에 회동 가능 상태의 브라켓을 배치하고, 이 브라켓 사이에 부설된 한쌍의 스프링에 기어를 설치하여, 이 기어를 회전부에 설치된 종동 기어에 맞물림으로써, 일방 회전력을 타방 회전부에 전달하는 구성이 가능하다.

아울러, 보다 실용적인 장치로서는, 금속 축재를 감싸 지지하는 지지부를 구비하는 동시에, 이 지지부에 금속 축재를 감싸 지지한 상태에서 회전 구동하는 구동 회전부와, 이 구동 회전부의 지지부와 마주보도록지지된 지지부를 구비하는 동시에, 상기 구동 회전부에 대하여 접근/이반하는 방향으로 상대 이동 가능한 종동 회전부와, 상기 종동 회전부의 지지부를 상기 구동 회전부의 지지부의 축심에 대하여 경사지게 하는 편심 수단과, 상기 종동 회전부를 구동 회전부로 향해 압압하는 가압 수단을 구비하는 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 상기 구동 회전부의 구동 수단으로서, 구동 회전부의 지지부를 정반의 척에 취부함으로써 정반의 회전 구동을 이용하도록 구성할 수 있다.

이 경우, 상기 가압 수단을 베이스와 접동 프레임 사이에 배치하는 동시에, 이 베이스에 부설된 테이퍼 축과 구동 회전부의 지지부를 정반에 취부함으로써, 상기 가압 수단 작동시의 반력을 베이스 내에서 상쇄시킬 수 있도록 해 두는 것이 바람직하다.

이하, 도면에 나타낸 본 발명의 실시 형태를 예시함과 아울러, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 도 1(a), (b), (c), (d)은 칼라 형상의 직경 확대부의 가공 상태를 나타내는 설명도이다. 먼저, 양 회전 지지체를 각각의 축심이 동일 직선상에 위치하도록 배치하는 동시에, 피가공물(W)인 금속 축재 혹은 금속관을 지지한다. 이때, 양 회전 지지체 사이에는 소정 간격(D)을 둔다(도1(a)). 다음으로 압축 압력을 작용시키고, 굽힘을 가하며, 또한 회전시킨다(도1(b)). 여기서, 굽힘은 피가공물(W)의 굽힘부 내측에 돌출부를 발생시키기 위한 것이며, 압축 압력은 굽힘부 외측에 발생하는 인장력을 영(0) 또는 반대 부하, 즉 압축력으로 바꾸는 작용을 한다. 회전은 굽힘부 내측에 생기는 돌출부를 피가공물(W) 전체로 누적시키기 위한 것이다. 이를 위해서는, 압축 압력을 건 상태로 굽힘을 행하면 좋다. 회전 개시는 어느 시점이라도 무방하다.

상기 상태에서 수 회전시키면 칼라 형상의 직경 확대부가 성장하며, 돌출부 측면이 지지부에 이르면, 지지부뿐 아니라 그 돌출부 측면에서도 압축력을 받게 되어, 압축 압력을 가산하여 행할 수 있다. 즉, 초기 압축 압력을 낮춤으로써, 지지부의 파지력을 경감시킬 수 있으며, 또한 직경 확대의 진행에 따라, 압축 압력을 증가시킴으로써 칼라 성형 시간을 단축시킬 수 있다(도1(c)). 소정의 직경 확대가 완료되면, 압축 압력과 회전을 유지하면서 굽힘 해제를 행하여 피가공물(W)을 진직화한다(도1(d)). 여기서, 굽힘 해제후의 정지 순서는 회전이 먼저든 압축 압력이 먼저든 관계 없다.

이어서, 본 실시예에 있어서의 칼라 성형 장치에 대해 설명한다. 도 2 내지도5에 있어서, 이 칼라 성형 장치(1)는 바닥상에 재치되는 베이스(2)와, 베이스(2) 위를 전후 방향으로 접동하는 접동 프레임(3)과, 이 접동 프레임(3)상에 설치되는 구동측 회전 지지체(4) 및 이 회전 지지체(4)를 회전 구동하는 구동 수단(5)과, 상기 구동측 회전 지지체(4)와 마주보고 수평 회동 가능 상태로 설치된 종동측 회전 지지체(6)와, 이 종동측 회전 지지체(6)을 상기 구동측 회전 지지체(4)의 축심에 대하여 경사지게 하는 수단으로서의 편심 수단(7)과, 구동측 회전 지지체(4)를 종동측 회전 지지체(6)로 향해 가압하는 가압 수단(8)으로 주로 구성되어 있다.

베이스(2)는 바닥상에 설치되는 설치 부재(9, 9)에 지주(10, 10, ...)가 입설되며, 그 상단부에 소정 간격을 두고 평행으로 레일체(11)를 고정하고, 이 레일체(11, 11) 사이의 전방부에는 가압 수단의 취부 부재(12)를, 약간 중간부에는 종동측 회전 지지체의 취부 부재(13)를 고정하고 있다. 상기 종동측 회전 지지체(6)의 취부 부재(13)에는 회동 가능 상태로 하고자 회동 지지축(14)을 지지하기 위한 구멍부(13a)가 설치되어 있다.

상기 베이스(2) 상에는 접동 프레임(3)이 배치되어 있다. 이 접동 프레임(3)은 상기 레일체(11, 11) 내측 사이로 전후 방향의 측방 테두리(15, 15)와 이 측방 테두리(15, 15) 상면에 고정된 좌우 방향의 테두리 몸체(16, 16)와 테두리 몸체(16, 16)의 일방에 부설된 구동 수단 재치대(17)로 이루어진다. 즉, 접동 프레임(3)은 상기 측방 테두리(15, 15)에 의해 좌우 방향으로 규제하고, 상기 테두리 몸체(16, 16)에 의해 상하 방향으로 규제함으로써, 상기 레일체(11, 11)를 따라 전후로 접동하는 것이다. 또한, 상기 테두리 몸체(16) 하부에는 하부 테두리몸체(18)를 배치하고 있다.

상기 접동 프레임(3)상에는, 구동측 회전 지지체(4)가 배치되어 있다. 회전 지지체(4)는 접동 프레임(3)의 후측 테두리 몸체(16)에 고정된 지지통체(19)에 지지통(20)이 축 주위를 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 지지통(20) 내부에는 구멍부(20a)가 설치되며, 이 구멍부(20a)의 후단부에는 소정의 테이퍼 각(α)가 주어지는 동시에, 지지통(20)의 외주 후단부에는 수나사부(20b)가 설치되어 있다. 또한, 지지통(20) 내부에는 피가공물(W)을 지지하는 지지부로서의 척 부재(21, 21)가 삽입되어 있다. 척 부재(21, 21)는 중공의 통채의 외주부에 소정의 테이퍼 각(α)을 준 것으로서, 그 통체를 복수개로 분할한 것이다. 그리고, 이 척 부재(21, 21)를 구멍부(20a)에 삽입한 상태에서 지지 너트(22)로 하여금 척 부재(21, 21)를 걸어 고정시키도록 하고 있다. 즉, 지지 너트(22)를 체결함으로써, 척 부재(21, 21)가 전방부로 압입되어, 척 부재(21, 21)의 축심부에 설치된 구멍부(21a)가 좁아져 피가공물(W)을 죄게 되는 구성이다.

회전 지지체(4)의 측방에는 구동 수단(5)으로서 모터(23)가 배치되어 있다. 모터(23)의 출력축에는 구동 기어(24)가 취부되며, 상기 지지통(20)의 전단부에 취부된 종동 기어(25)와 맞물려 있다.

상기 구동측 회전 지지체(4)와 마주보도록 종동측 회전 지지체(6)가 배치되어 있다. 이 종동측 회전 지지체(6)는 구동측 회전 지지체(4)와 동일 형상의 구성이다. 상기 종동측 회전 지지체(6)는 전방 하면에 회동 지지축(14)이 고정된 회동 프레임(26)상에 고정되어 있으며, 회동 지지축(14)을 상기 베이스(2)의구멍부(13a)에 지지함으로써 구동측 회전 지지체(4)의 축심에 대하여 경사 가능하게 수평 회동한다. 또한, 구동측 회전 지지체(4)와 종동측 회전 지지체(6)의 축심은 동일 직선상에 위치하는 동시에 회동 지지축(14)을 중심으로 회동 가능하도록 되어 있다.

상기 종동측 회전 지지체(6)를 회전시키는 수단으로는 편심 수단(7)이 부설되어 있다. 편심 수단(7)은, 회동 가능한 회동 프레임(26) 후단부에 고정된 브라켓(27)에 지지 너트(28)를 부착하고, 상기 레일체(11)상에 회동 가능하게 설치된 모터 판(29)에 모터(30)를 취부하며, 이 모터(30)의 출력축에 나사 부재(31)를 취부하고 상기 지지 너트(28)에 나사 체결되어 있다. 즉, 모터(30)를 정역전시키면 나사 부재(31)는 회전하지만, 지지 너트는 브라켓(27)에 부착되어 있기 때문에, 지지 너트(28) 자체는 이동하지 않고, 여기에 나사 결합되어 있는 나사 부재(31)가 회동판(26)을 회전시킨다. 이로써, 종동측 회전 지지체(6)가 회동 지지축(14)을 중심으로 하여 수평면내에서 회동하는 것이다. 또한, 편심 수단(7)은, 본 실시예에 한정되지 않고, 예컨대, 회동 지지축(14)을 축심으로 하여 회전 지지체(6)가 회동 가능하게 되도록 구성되어, 링크식 가압 수단 혹은 유체 실린더 등의 가압 수단으로서 피가공물(W)의 축심과 교차하는 방향의 힘을 작용시켜 경사지게 하여 두면 좋다.

구동측 회전 지지체(4)의 후부 하방에는 가압 수단(8)이 설치되어 있다. 이 가압 수단(8)은, 상기 구동측 회전 지지체(4)를 종동측 회전 지지체(6)을 향해 가압하는 것으로서, 일단부를 베이스(2)에 타단부를 접동 프레임(3)에 취부한 복동식유압 실린더(32)에 의해 구성되어 있다. 또한, 상기 가압 수단(8)으로서는 유압 잭, 유체 실린더 등을 이용할 수도 있다.

도면에 있어서, 각 모터(23, 30) 및 유압 실린더(32)의 제어 장치가 도시되어 있지 않지만, 이 제어 장치는, 각 모터(23, 30)의 회전수와 유압 실린더로부터 출력되는 압력을 임의로 설정할 수 있는 동시에, 편심 수단(7)에 대하여는 각도를 임의로 설정할 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 칼라 성형 장치(직경 확대 장치)를 이용하여 칼라(직경 확대부)를 성형하는 경우에는, 먼저 양 회전 지지체(4, 6)의 축심이 동일선상에 위치하도록 배치한다. 또한, 마주보는 척 부재(21, 21) 사이에 소정 간격(D)을 두고서 피가공물(W)을 장진한다. 그리고, 지지 너트(22)를 체결하여 피가공물(W)을 파지한다.

이어서, 가압 수단(8)인 유압 실린더(32)를 작동시켜 피가공물(W)에 굽힘부 외측의 인장력이 영 또는 압축력이 될 정도의 압축 압력을 작용시키며, 다음으로 모터(30)를 작동시켜 피가공물(W)에 굽힘을 가한다. 이 굽힘 각도는 3-7도의 미소 각도로 족하다. 또한, 구동 수단의 작동은 어느 시전이라도 무방하다.

상기 상태에서 회전시키면 돌출부가 성장하며, 돌출부 측면에서도 압축 압력을 받을 수 있게 되어, 여기서 압축 압력을 증가시켜도 피가공물(W)과 척 부재(21, 21) 사이에 미끄러짐이 생기지 않게 된다. 압축 압력을 증가시킴으로써 칼라 성형 시간도 단축할 수 있다.

소정의 칼라가 성형되면, 굽힘을 해제하여 피가공물(W)의 진직화를 행한다.그런 다음, 모터(23)와 유압 실린더(32)를 정지시켜 칼라 성형을 종료한다.

피가공물(W)의 빼내기는, 지지 너트(22)를 늦추는 것만으로서 매우 간단히 취출할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 직경 확대 방법 및 직경 확대 장치에 의하면, 피가공물(W)을 지지하는 파지력을 경감할 수 있기 때문에, 장치 내에 있어 파지력 발생 기구를 극히 간단히 할 수 있을 뿐 아니라, 가압 수단과 편심 수단을 각각 별개의 회전 지지체에 작용시킴으로써, 극히 정밀도 높은 칼라 형상의 직경 확대부를 일체적으로 갖는 축재를 얻을 수 있는 것이다.

다음으로, 도 6 내지 도 15는 상기와 다른 실시 형태를 나타낸 것으로서, 직경 확대 장치(101)는, 바닥상에 재치되는 베이스 프레임(102)에 설치된 구동 회전부(103) 및 이 회전 구동부를 회전시키는 구동 수단(104)과, 구동 회전부(103)와 마주보고 설치되는 종동 회전부(105)와, 종동 회전부(105)를 지지하는 접동 프레임(106) 및 회동 프레임(107)과, 접동 프레임(106)과 회동 프레임(107) 사이에 설치된 피가공물인 축재(W)의 축심을 경사지게 하는 편심 수단(108)과, 상기 종동 회전부(105)의 후부에 설치된 가압 수단(109)으로 구성되어 있다.

베이스 프레임(102)은 설치 부재(110, 111)에 지주(111, 111, ...)가 입설되며, 그 상단부에 소정 간격을 두고 전후 방향으로 평행한 한 쌍의 규제 테두리(112, 112)를 설치하고, 이 규제 테두리(112, 112) 사이의 전단부에 구동 수단 취부 부재(113)를 설치하는 동시에, 그 후방부에 상기 구동 회전부(103)의 취부부(114)를, 또한 취부부(114)의 후측에는 접동용 너트 부재(115)를 고정하고 있다.

상기 구동 회전부(103)는, 중공의 지지통체(116)에 지지통(117)이 축 주위를 회전 가능한 상태로 지지되어 있다. 상기 지지통(117) 내부에는 구멍부(117a)가 설치되며, 이 구멍부(117a)의 전단부에는 암나사부가, 후단부에는 소정의 테이퍼 각(α)이 주어져 있다. 또한, 지지체(117) 내부에는, 축재(W)를 지지하는 지지부로서의 척 부재(118, 118)가 삽입되어 있다. 척 부재(118, 118)는 중공의 통체 외주부에 소정의 테이퍼 각(α)을 준 것으로서, 통체를 복수개로 분할한 것이다. 그리고, 척 부재(118, 118) 앞 부분에 지지자(119)를 삽입하고, 이것을 중공의 볼트 부재(120)에 의하여, 후방으로 압입할 수 있는 구조로 되어 있다. 즉, 볼트 부재(120)를 체결함으로써, 척 부재(118, 118)를 후방으로 압출하여, 척 부재(118, 118)와 지지통(117)의 테이퍼 각(α) 의 작용에 의해 척 부재(118, 118)의 중공부가 축소하며, 축재(W)를 죌 수 있는 구성으로 되어 있다.

구동 수단(104)으로서 상기 지지통(107)의 전단부에 종동 기어(121)를 취부하고 있다. 또한, 상기 구동 수단 취부 부재(113)에는 구동원인 모터(122)가 설치되어 있으며, 그 출력축에 취부된 구동 기어(123)가 상기 종동 기어(121)와 맞물려 있다.

상기 구동 회전부(103)와 마주보도록 종동 회전부(105)가 설치되어 있다. 종동 회전부(105)는, 상기 규제 테두리(112, 112) 사이에 배치된 접동 프레임(106)의 상부에 설치된 회동 프레임(107)에 고정되어 있다.

상기 접동 프레임(106)은 규제 테두리(112, 112) 사이에 설치되는 동시에 이송 장치(124)를 부설하고 있다. 이 이송 장치(124)는, 종동 회전부(105)를 구동 회전부(103)에 대하여 접근 혹은 이반하는 방향으로 전후 이동시키는 이송 수단을 이루는 것으로서, 접동 프레임(106)에 전후 방향 한 쌍의 베어링체(125, 126)를 설치하고, 베이스 프레임(102)에 설치된 너트 부재(115)에 감싸인 이송 나사(127) 양단을 상기 베어링부(125, 126)에 지지하고 있다. 즉, 이송 나사(127)는 축 주위를 회전할 수 있도록 지지되어 있으며, 이 이송 나사(127)를 정역전시킴으로써 접동 프레임(106)을 전후 이동시키는 구성이다. 또한, 상기 이송 나사(127) 후단부를 접동 프레임(106)에 배치한 구동원인 모터(128)의 출력축에 연결함으로써, 이송 수단을 구동시키고 있다.

다음으로, 축재(W)의 축심을 경사지게 하는 편심 수단(108)은, 종동 회전부(105)를 고정한 회동 프레임(7)을 상기 규제 테두리(112) 상면에서 수평 회동시키는 것으로서 다음과 같은 구성이다. 상기 편심 수단(108)은, 접동 프레임(106) 전방 중앙부에 설치된 회동축 구멍(106a)에 회동 프레임(107)의 전방 하면부에 설치된 회동 지지축(107a)을 지지하여, 접동 프레임(106)에 대하여 회동 프레임이 회동 지지축(107a)의 축심을 지점으로 하여 회동 가능 상태로 구성하는 동시에, 접동 프레임(106)의 후부에 설치된 구멍부(106b)에 감싸인 너트 부재(129)와 회동 프레임(7)에 설치된 브라켓(130)에 구동원으로서의 모터(131)를 취부하고, 이 모터(131)의 출력축에 나사 부재(132)를 취부하며, 상기 너트 부재(129)에 나사 부재(132)를 나사 결합하고 있다. 즉, 구동원인 모터(131)를 정역전시키면 나사 부재(132)는 회전하지만, 너트 부재(129)는 접동 프레임(106)에 지지되어 있기 때문에, 너트 부재(129) 자체는 이동하지 않고, 이에 나사 결합된 나사 부재(132)가 회동 프레임(107)을 회전시킨다. 이로써, 종동 회전부(105)가 회동 지지축(107a)을 중심으로 하여 수평면내에서 회동하는 것이다. 또한, 편심 수단은, 본 실시예에 한정되지 않고, 예턴대, 회동 지지축(107a)을 축심으로 하여 종동 회전부(105)가 회동할 수 있도록 구성되며, 링크식 가압 수단 혹은 유체 실린더 등의 가압 수단으로 축재(W)의 축심과 직각 방향의 힘을 작용시켜 경사지도록 해 두면 좋다.

종동 회전부(105)는 상기 회동 프레임(7) 상부에 고정되어 있다. 종동 회전부(105)는, 중공의 지지통체(133)에 지지통(134)이 축 주위를 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 지지통(134) 내부에는 구멍부(134a)가 설치되며, 이 구멍부(134a)의 전단부에는 소정의 테이퍼 각(β)이 주어져 있다. 또한, 지지통(134)의 내부에는, 축재(W)를 지지하는 지지부로서의 척 부재(135, 135)가 삽입되어 있다. 척 부재(135, 135)는 중공의 통체의 끝 부분 외주부에 소정의 테이퍼 각(β)을 준 것으로서, 통체를 복수개로 분할한 것이다. 즉, 가압 수단(109)에 의하여, 축재(W)를 가압하면 척 부재(135, 135)는 테이퍼 각(β)의 작용에 의하여 척 부재(135, 135)의 구멍부가 축소하여, 축재(W)를 죌 수 있는 구성으로 되어 있다.

또한, 상기 구동 회전부의 척 부재(118, 118)와 종동측의 척 부재는, 본 실시예에서는, 도12에 나타낸 바와 같이 2분할되어 있으나, 도13에 나타낸 바와 같이 3분할해도 무방하다.

종동 회전부(105)의 후측에는 가압 수단(109)이 설치되어 있다. 이 가압 수단(109)은, 상기 종동 회전부(105)를 구동 회전부(103)를 향하여 압압하는 것으로서, 회동 프레임(7)상에 유체 실린더인 유압 실린더(136)를 설치하고 있다. 또한,유압 실린더(136)는 상기 지지통(134)을 구동 회전부(103)를 향해 압압하기 때문에, 피스톤 로드(136a)에 나사 결합된 베어링(137)에 축 주위를 회전할 수 있도록 지지하는 베어링(138)을 상기 지지통(134)에 나사 결합하고, 지지통(134)의 축 주위의 회전이 피스톤 로드(136a)에 전달되지 않도록 구성되어 있다. 또한, 상기 가압 수단(109)으로서는, 유압 잭, 유체 실린더 등을 이용할 수 있다.

도면에 있어서는, 각 모터(122, 128, 131) 및 유압 실린더(136)의 제어 장치를 도시하지 않았으나, 이 제어 장치는 각 모터의 회전수와 가압시의 압력을 임의로 설정할 수 있는 동시에, 편심 수단에 대하여는 각도를 임의로 설정할 수 있는 것이다.

또한, 본 실시예에 있어 편심 수단은 수평 회동하는 구성이지만, 회동 지지축을 축재(W)와 직교하는 방향의 수평축을 축심으로 하여 상하로 회동하는 구성으로 하고, 측면으로부터 직경 확대 상태를 관찰하는 구성으로 해도 좋다.

직경 확대 장치(101)의 사용에 있어서는, 먼저 구동 회전부(103)와 종동 회전부(105)를 각 지지통(117, 134)의 축심이 동일선상에 위치하도록 배치한다. 다음으로 볼트 부재(120)를 느슨하게 함으로써 척 부재(118, 118)의 구멍부를 넓혀, 피가공물인 금속 축재(W)를 삽입한다. 축재(W)의 직경 확대부 개소를 척 부재(118, 118) 후면에 맞추어, 상기 볼트 부재(120)를 체결함으로써 축재(W)를 파지한다. 축재의 위치 결정이 완료되면, 이송 장치(124)를 구동시켜, 상기 종동 회전부(105)를 구동 회전부(103)에 접근시키고, 소정 간격을 두고 종동 회전부(105)의 척 부재(135, 135)로 축재를 죈다. 이어서 모터(112)를 구동 회전시켜, 구동회전부(103)의 지지통(117)을 회전시키면 척 부재(118, 118)로 파지된 축재(W)도 회전한다. 이와 동시에, 종동측의 척 부재(135, 135)도 회전한다. 그런 다음, 가압 수단(109)으로 축재(W)를 축방향으로 가압하고, 편심 수단(108)으로 종동 회전부(105)를 도 14에 나타낸 바와 같이 경사지게 한다. 상기 가압 수단(109)과 편심 수단(108)을 작동 상태로 하면, 척 부재(118, 118, 135, 135)에 지지된 금속봉(W)이 절곡 상태에서 회전 및 압축된다. 회전 속도는 매분 수회 내지 수십회 정도가 좋으며, 굽힘각(θ)은 3-7도 정도가 좋다. 또한, 필요한 가압력은 금속봉의 크기 등에 따라 다르지만, 금속봉의 단축 압축 항복 응력의 약 20-30%의 응력이 발생하는 가압력으로 직경 확대 가능한 것으로 확인되어 있다(니이하마공업고등전문학교기요(新居浜工業高等專門學校紀要) 제34권 "환봉의 직경 확대 방법의 연구 (제1보)" 나가다(長田) 외).

상기 회전, 굽힘 및 가압에 의하여 척 부재(118, 135)의 간격 부분, 즉 초기 파지 간격 부분이 압축되어 직경 확대가 행하여진다. 직경 확대가 진행됨에 따라 파지 간격이 재차 짧아지지만, 이때도 또한, 가압 수단은 작동시켜 일정 압력을 걸어둔다. 이때 압력이 저하하면, 굽힘의 내측과 외측에서 굽힘과 펴짐을 반복하는 상태가 되어 축재(W)가 파단되어 버리고 만다. 소정의 직경 확대가 이루어지면, 회전과 가압을 계속하면서 편심 수단(108)을 원래의 상태(구동 회전부(103)와 종동 회전부(105)의 축심이 동일축으로 되는 위치)로 복귀시켜 축재(W)를 진직화한다. 이로써, 도15에서와 같은 중간부가 확대된 직선상의 축재(W)가 얻어진다. 이때 회전과 가압을 정지하고, 축재(W)를 척 부재(135, 135)로부터 빼내면 된다.

다음으로, 도 16 내지 도 22는, 또 다른 실시 형태를 나타내는 것으로서, 직경 확대 장치(201)는, 바닥상에 설치되는 베이스(202)에 지주(203)가 입설되며, 그 상부에 평면으로 봐서 각형의 프레임(204)이 설치되어 있다. 이 프레임(204)의 전단부(도16에 있어 좌측)에는 구동 회전부(205)가 설치되며, 후단부는 후술하는 바의 접동 가압 수단(206)의 취부 부재(207)가 설치되어 있다. 또한, 상기 프레임(204)의 양측 테두리(208, 208)에는 단면으로 봐서 요(凹)자 형상의 홈부(208a)가 설치되어 있다.

상기 구동 회전부(205)는, 프레임(204) 좌우 방향의 부재(209)에 고정된 지지통체(210)에 원통 형상의 지지통(211)이 회전가능 상태로 지지되며, 지지통(211) 전단부에는 종동 기어(212)가 취부되어 있다. 또한, 지지통(211)의 내부에는 지지부로서 피가공물(W)을 죄는 척 부재(213, 213)가 삽입된다. 그 때문에, 상기 지지통(211) 내후단부 및 척 부재(213, 213) 외주부에는 소정의 테이퍼 각이 주어져 있으며, 피가공물(W)을 죈 상태에서의 척 부재(213, 213)를 지지통(211) 내에 압입함으로써 피가공물(W)을 죄는 구성이다.

상기 지지통(211)의 하방에는 피가공물(W)을 회전시키는 구동원으로서의 모터(214)가 설치되어 있으며, 그 출력축에 취부된 구동 기어(215)가 상기 종동 기어(212)와 맞물려 있다.

(216)은 상기 구동 회전부에 대하여 접근/이반하는 방향으로 상대 이동 가능한 접동 프레임이다. 접동 프레임(216)은 평면에서 봐서 대략 구형(矩形)으로 구성되어 있으며, 좌우의 측방 테두리(217, 217) 측부에는 상기 프레임(204)의구멍부(208a)에 삽입 가능한 돌출부가 설치되어 있으며, 이 양측 테두리(217, 217)의 전방부에는 베어링으로 되는 구멍부(218a)를 구비한 부재(218)가 고정되어 있다. 상기 접동 프레임(216)의 접동 가압 수단(206)으로 하여, 상기 프레임(204) 후단부에 설치된 취부 부재(207)와 상기 부재(218) 사이에 복동식 유체 실린더(219)가 취부되어 있다. 또한, 상기 접동 프레임(216) 후방부에는 유체 실린더(219)의 지지 부재(220)가 고정되어 있다. 유체 실린더(219)의 신축에 의하여, 접동 프레임(216)은 전후로 이동하는 구성이다.

상기 접동 프레임(216)의 상면에는 회동 프레임(221)이 구비되어 있다. 이 회동 프레임(221)은 판(222)의 하면 전방부에 회동 지지축(223)을 고정하고, 판(222)의 상면에는 홈부(224a)가 구비된 한 쌍의 레일체(224, 224)를 고정하고 있다. 또한, 레일체(224, 224)의 후단부에는 후술하는 바의 종동 회전부(225)의 접동 가압 수단(226)인 유체 실린더(227)의 취부 부재(228)가 취부되어 있다. 상기 회동 프레임(221)을 접동 프레임(216)에 축착하여 회동 가능한 구성으로 되어 있다.

상기 회동 프레임(221)상에는 구동 회전부(205)와 마주보도록 종동 회전부(225)가 취부되어 있다. 이 종동 회전부(225)는 구동 회전부(205)와 대략 동일한 구성으로서, 동일한 부분에는 동일 부호를 붙인다. 또한, 종동 회전부(225)의 지지통체(210)는 상기 회동 프레임(221)에 구비된 레일체(224, 224)를 따라 전후로 이동 가능하도록 상기 홈부(224a, 224a)를 접동하는 돌출부를 구비한 부재(229)에 고정되어 있다. 또한, 부재(229)와 상기 회동 프레임(221)의 취부 부재(228) 사이에는 상기 접동 가압 수단(226)으로서 유체 실린더(227)를 취부하고 있다. 이 유체실린더(227)의 신축에 의해 회동 프레임(221)에 대하여, 상기 종동 회전부(225)가 전후로 이동 가능한 상태로 되어 있다.

또한, 본 실시예에서는, 접동 가압 수단으로 하여 유체 실린더를 이용하고 있으나, 상기 접동 프레임을 전후로 이동시킬 수 있는 것이면 좋으며, 예컨대 나사식 이송 기구 등을 사용해도 하등의 문제는 없다.

(230)은 편심 수단이다. 이 편심 수단(230)은 상기 접동 프레임(216)의 지지 부재(220)의 구멍부(220a)에 회동 가능 상태로 구동 수당 취부 부재(231)를 축착하고, 또한 회동 프레임(221)의 레일체(224)에 설치된 구멍부(224b)에 회동 가능한 상태로 너트 부재(232)를 축착하며, 그 구동 숟나으로서 모터(233)를 취부하여, 이 모터(233)의 출력축에 수나사(234)를 취부하고, 상기 너트 부재(232)에 나사 결합한 것이다. 즉, 모터(233)의 정역전에 의하여, 수나사(234)가 회전하며, 너트 부재(232)가 이동함으로써 상기 회동 지지축(223)을 기단(基端)으로 하여 회동 프레임(221)이 회동하는 구성이다. 즉, 상기 회동 프레임(221)상에 구비되어 있는 종동 회전부(225)가 회동하는 것이다.

또한, 도면에 있어서, 모터(214, 233)와 유체 실린더(219, 227)의 제어 장치는 도시되어 있지 않으나, 모터(233)는 정역전을 규제할 수 있고, 또한 유체 실린더(219, 227)는, 각 실린더의 접동량을 임의로 규제할 수 있는 것이다.

상기와 같이, 본 실시예에 있어서는 프레임(204) 전방부에 고정된 구동 회전부(205)는 모터(214)에 의하여, 피가공물(W)을 회전시킬 수 있다. 또한, 구동 회전부(205)와 마주보도록 설치된 종동 회전부(225)는 접동 가압 수단(206, 226)에 의해 상기 구동 회전부(205)에 대하여 접근/이반하는 방향으로 상대 이동 가능한 동시에, 편심 수단(230)에 의해 구동 회전부(205)의 축심에 대하여 경사 가능하고, 또한 상기 접동 가압 수단(206)에 의하여 회동 지지축(223)이 구동 회전부(205)에 접근한 때에 접동 가압 수단(226)에 의하여 종동 회전부(225)를 회동 지지축(223)에 접근시킬 수 있는 구성이다. 즉, 접동 가압 수단(206, 226)의 접동량을 임의 조절함으로써, 항상 양 지지부(213, 213) 사이로 회동 지지축(223)의 축심을 상대 이동 가능하도록 구성되어 있다.

상기 실시예에 있어 직경 확대 장치(201)를 사용하는 때에는, 먼저 양 회전부(205, 225)를 상호 축심이 동일 직선상에 위치하도록 배치한다. 그리고, 지지부인 척 부재(213, 213) 내에 피가공물(W)을 삽입시켜, 각각의 척 부재(213, 213)로 피가공물(W)을 파지한다. 그리고, 모터(214)를 구동시켜 피가공물(W)을 회전시킨다. 또한, 접동 가압 수단(206, 226)을 작동시켜 피가공물(W)에 압축 압력을 작용시킨다. 그런 다음, 편심 수단(230)에 의해 피가공물(W)에 굽힘을 가한다. 한편, 상기 압축 압력은 피가공물(W)의 굽힘에 의해 굽힘부 외측에 발생하는 인장력을 영 또는 반대 부하로 변환할 수 있는 크기이다. 이 압축 압력이 약한 경우에는 피가공물(W)에 압축과 신장이 반복 작용함으로써, 피가공물(W)이 파단하는 경우가 있다. 그리고, 피가공물(W)에 굽힘과 압축 압력을 작용시킨 상태로 회전을 계속하면 소정의 칼라가 성형된다. 소정의 칼라가 성형되면 압축 압력과 회전을 작용시키는 상태 그대로, 편심 수단(230)에 의해 양 회전부(205, 225)의 축심이 동일 직선상에 위치하도록 배치하고, 피가공물(W)을 수회전시켜 진직화하면 된다. 그런 다음, 어느쪽인가의 접동 가압 수단(206, 226)을 단축하면, 지지부(213)로부터 피가공물(W)을 빼낼 수 있다.

또한, 상기 직경 확대 장치(칼라 성형 장치)(201)에서는 도20에 나타낸 바와 같이 종동 회전부(225)를 구동 회전부(205)에 대하여 접근시킬 때에, 접동 가압 수단(206)에 의하여 접동 프레임(216)을 구동 회전부(205)로 접근시킨다. 또한, 접동 가압 수단(206)에 의하여 상기 회동 프레임(221)상에서 종동 회전부(225)를 회동 지지축(223)으로 접근시킨다. 즉, 회동 지지축(223)이 구동 회전부(205)로 접근하자마자, 종동 회전부(225)를 회동 지지축(223)에 접근시키도록 된 구성으로서, 항상 굽힘 지점으로 되는 회동 지지축(223)의 축심이 양 지지부(213, 213) 사이에 위치하도록 되어 있다. 이로써, 피가공물(W)의 굽힘부 내측에 생기는 돌출부가 칼라 성형 진행시에 있어서도 항상 양 지지부(213, 213)의 중심부 근방에 발생하므로 효율 좋게 칼라형 직경 확대부를 성형할 수 있다.

다음으로, 도21 및 도22는 상기와 다른 실시 형태를 나타낸 것으로서, 상기 실시 형태에서는 구동 회전부(205)를 프레임(204)에 고정한 구성이었으나, 본 실시 형태에서는 회동 지지축(223)의 베어링 부재(218)를 프레임에 고정하고, 이 베어링 부재(218)에 회동 프레임(221)을 축착하는 동시에, 회동 프레임(221)상을 회동 지지축(223)에 대하여 접근/이반하는 방향으로 상대 이동 가능 상태로 종동 회전부(225)를 설치하고, 또한 프레임(204)의 측방 테두리(208)를 따라 회동 지지축(223)에 대하여 접근/이반하는 방향으로 상대 이동 가능하도록 접동 프레임(216)을 설치하며, 이 접동 프레임(216)상에 구동 회전부를 고정한 것이다. 이 실시예에있어서도, 상기 실시예에서와 같이 가압 접동 수단(206, 226)의 접동량을 임의 조절함으로써 회동 지지축(223)의 축심을 양 지지부(213, 213) 사이에 위치시킬 수 있다. 기타의 부분은 상기 실시 형태와 같으며, 동일한 부분에는 동일 기호를 붙인다.

또한, 상기 직경 확대 장치는 접동 가압 수단(206, 226)의 접동량을 동등하게 함으로써, 항상 지지부의 중간부에 굽힘 지점으로 되는 회동 지지축의 축심을 변위시키는 것이 가능하며, 이 상태에서의 성형이 제일 효율 좋게 가공할 수 있는 것이다.

도23 이하는 또 다른 실시 형태를 나타내는 것으로서, 이 칼라 성형 장치 (직경 확대 장치)(301)는, 바닥상에 설치되는 베이스(302, 302)에 지주(303, 303, ...)가 입설되며, 그 상부에 평면으로 봐서 구형의 프레임(304)이 설치되어 있다. 이 프레임(304)의 양측 테두리(305, 305)에는 단면으로 봐서 요(凹)자 형상의 홈부(305a)가 전후 방향으로 설치되어 있다. 그리고, 프레임(304)의 전방부에는 모터 취부 부재(306)와 전방 테두리 몸체(307)가, 또한 후단부에는 후방 테두리 몸체(308)가 배치되어 있다. 한편, (309, 309, ...)는 보강 부재이다.

상기 측방 테두리(305, 305) 사이에는, 전후로 접동 가능한 접동 프레임(310)과 이 접동 프레임(310)을 전후로 접동하는 접동 수단(311)이 배치되어 있다. 상기 접동 프레임(310)은 양 측방 테두리(305, 305)의 홈부(305a)에 삽입되는 돌출부(312a)를 구비한 양 측방 테두리(312, 312)와, 이 양 측방 테두리(312, 312) 사이에 고정된 상하 방향의 구멍부(313a)를 구비한 회동 베어링(313) 및 접동수단(311)의 지지 부재(314)로 구성된다. 그리고, 상기 회동 베어링(313)의 후측면에 접동 수단(311)으로서 복동식 유체 실린더(315)가 취부되어 있다. 또한, 이 유체 실린더(315)는 접동 프레임(310) 후방부에 고정된 지지 부재(314)에 의하여 지지되는 동시에, 상기 프레임(304)의 후방부에 배치된 후방 테두리 몸체(308)에 고정되어 있다. 즉, 상기 접동 프레임(310)은 유체 실린더(315)의 신축(伸縮)에 의하여 전후로 이동 가능하다. 한편, 본 실시예에 있어서는, 접동 수단(311)으로서 복동식 유체 실린더(315)를 이용하고 있으나, 접동 프레임(310)을 전후로 이동 가능한 것이면 좋고, 예컨대 나사식 이송 장치 등을 이용해도 하등의 문제는 없다.

그리고, 상기 접동 프레임(310)상에는 회동 프레임(316)가 설치되어 있다. 회동 프레임(316)은, 배 형상의 판 부재(317)로 되어 하면에는 상기 회동 베어링(313)에 설치된 상하 방향의 구멍부(313a)에 축착되는 회동 지지축(318)을 고정하고 있다. 또한, 회동 프레임(316)의 후부에는 편심 수단(319)이 설치되어 있다. 편심 수단(319)은 상기 회동 프레임(316)의 판 부재(317)의 후방부에 측면에서 봐서 ㄷ자 형상의 판(320)을 배치하여, 이 판(320)에 상하로 구멍부(320a, 320a)를 설치하고, 상하 방향의 축부(321a, 321a)를 구비하여 내부가 암나사(321b)의 이송 너트(321)를 지지하고 있다.

또한, 상기 접동 프레임(310)의 측방 테두리(312)에 상하 방향의 구멍부(312b)를 설치하고, 이 구멍부(312b)에 회동 가능 상태로 지지된 취부 부재(322)를 구비하며, 이 취부 부재(322)에 모터(323)를 취부하고 있다. 그리고, 모터(323)의 출력축에는 수나사(324)를 취부하여 상기 이송 너트(321)에 나사 걀합되어 있다. 즉, 회동 프레임(316)은 접동 프레임(310)상에 설치되어 있기 때문에 전후로 이동 가능하고 또한 모터(323)의 정역전에 의하여, 이송 너트(321)를 모터(323)측으로 접근 혹은 이반함으로써 회동 지지축(318)을 기단으로 하여 회동 가능한 구성으로 되어 있다.

그리고, 상기 프레임(304)상에 설치된 전방 테두리체(307) 및 판 부재(317)상에는, 회전부(325, 326)가 상호 마주보는 동시에, 양 회전부(325, 326)의 축심이 동일 직선상에 위치하도록 배치되어 있다. 이들 회전부(325, 326)는, 상기 전방 테두리체(307) 및 판 부재(317)에 지지되는 취부 부재(327, 327)가 고정된 중공의 지지통체(328) 내에 중공의 지지통체(329)가 회전 가능 상태로 지지되어 있다. 또한, 지지통체(329)의 내측단부에는 테이퍼부를 설치하고, 이 테이퍼부에 지지부(330)로서 척 부재(331, 331)를 감싸고 있다. 척 부재(331, 331)는, 외주부가 상기 지지통체(329)의 테이퍼부에 맞는 테이퍼 형상으로 설치된 중공의 통체를 복수개로 분할한 것이다.

그리고, 상기 회전부(325)의 지지부(330)를 회전시키는 구동 수단(332)으로서, 회전부(325)의 지지통체(329)에는 종동 기어(333)가 고정되어 있다. 한편, 다른 쪽 회전부(326)의 지지통체(329)에도 동일 형태로 종동 기어(333)이 고정되어 있다. 또한, 종동 기어(333)의 전방 하방에는 상기 모터 취부 부재(306)를 매개로 하여 구동원인 모터(334)가 구비되며, 이 모터(334)의 출력축에는 구동 기ㅏ어(335)가 취부되어 있다. 그리고, 구동 기어(335)와 상기 종동 기어(333)를 맞물리게 하여, 회전부(325)에 구동력을 전달하고 있다. 또한, 종동 기어(333)에전달된 회전 구동력을 다른 쪽 회전부(326)에 전달하는 전동 수단(336)으로서, 각각의 지지통체(328, 328)에 고정된 메탈(337, 337)과, 상기 프레임(304)의 전방 테두리체(307)에 설치된 상하 방향의 구멍부(307a) 및 회동 프레임(316)의 판 부재(317)에 설치된 구멍부(317a)에, 브라켓(338, 338)을 회동 가능 상태로 지지하고 있다. 브라켓(338)에는, 베어링부(338b)가 전후 방향으로 설치되어 있으며, 이 베어링부(338b, 338b)에 지지된 한 쌍의 스플라인(339)의 양단에 취부된 기어(340, 340)를 상기 종동 기어(333, 333)와 맞물리게 하고 있다. 즉, 상기 전동 수단(336)은 일방의 회전부(325)에 대하여 타방의 회전부(326)가 접근 혹은 이반하는 동시에 편심하는 때에도, 종동 기어(333, 333)에 기어(340, 340)가 맞물린 상태 그대로, 스플라인 보스(339a)와 스플라인 축(339b)가 미끄럼 운동하는 동시에, 양 회전부(325, 326)에 각각 회동 가능 상태로 취부된 브라켓(338, 338)에 스플라인(339)이 설치되어 있기 때문에 항상 종동 기어(333, 333)와 기어(340, 340)는 맞물려 있어, 일방의 회전 구동력을 타방으로 전달하는 것이 가능하게 되어 있다.

한편, 도면에 있어서는 접동 수단(311)의 유체 실린더(315)와 편심 수단(319)의 모터(323) 및 구동 수단(332)인 모터(334)를 제어하는 제어 장치에 대하여는 도시되어 있지 않으나, 적정 모터(323, 334), 유체 실린더(315)를 시동, 정지시킬 수 있는 것이면 좋고, 각각을 단독으로 제어하는 것이라도 일련의 가공 순서를 따라 제어하는 것이면 문제는 없다.

또한, 앞서 설명한 실시예의 경우 단일 구동력을 양 회전부(325, 326)로 전달하는 것이었으나, 도 30에 나타낸 바와 같이, 회동 프레임(316)상에 구동원으로 되는 모터(341)를 설치하고, 이 모터(341)의 출력축에 구동 기어(342)를 설치하며, 구동 기어(342)를 종동 기어(333)와 맞물리게 하여, 모터(334, 341)를 제어 장치에 의해 제어함으로써 양 회전부(325, 326)의 회전을 동기화하는 것이라도 하등의 문제는 없다.

다음으로, 상기 직경 확대 장치(301)를 사용하여 피가공물(W)의 중간부에 소정의 칼라를 성형하는 순서에 대하여 도31에 따라 설명한다. 먼저, 양 회전부(325, 326)의 지지부(330, 330)인 척 부재(331, 331)의 각 축심이 동일 선상에 위치하도록 배치한다. 그리고, 척 부재(331, 331)에 의해 피가공물(W)을 파지한다. 이 척 부재(331, 331)는 지지통체(329)와 척 부재(331)에 설치된 테이퍼부에 의하여 압축 압력을 작용시키면, 피가공물(W)을 견고히 지지하는 구성이다. 한편, 이때, 양 척 부재(331, 331) 사이에는 소정 간격(D)을 둔다. 다음으로, 모터(334)를 작용시켜 피가공물(W)의 축심 주위로 회전을 가하는 동시에, 접동 수단(311)에 의해 일방의 회전부(326)를 타방 회전부(325)로 접근시켜 척 부재(331, 331) 사이의 피가공물(W)에 압축 압력(P)을 작용시킨다. 이때, 전동 수단(336)의 브라켓(338)이 상기 접동 프레임(310)의 접동에 수반하여, 타방 브라켓에 접근하고, 양 브라켓(338, 338) 사이의 간격은 좁아지나, 스플라인(339)도 짧아지고, 종동 기어(333, 333)에 기어(340, 340)가 맞물려 있어 양 회전부(325, 326)의 회전은 동기화된다. (도32(a))

그런 다음, 편심 수단(319)인 모터(323)를 작동시키며, 수나사(324)를 회전시켜 수나사(324)에 나사 결합된 이송 너트(321)를 이반시키고, 회동 지지축(318)을 기단으로 하여 회동 프레임(316)을 회동시킨다. 즉 회동 프레임(316)에 고정된 회전부(326)는 타방의 회전부(325)의 축심에 대하여 경사진 방향으로 회전한다. 이때, 회전부(325, 326)에 설치된 브라켓(338, 338)은 상호 베어링부(338a)의 축심이 동일 직선상에 위치하도록 회동하고, 종동 기어(333)와 기어(340)가 맞물린 상태이기 때문에, 편심할 때에도 회전부(325, 326)의 회전은 동기된다. (도31(b) 참조)

이 상태에서, 피가공물(W)의 굽힘부 내측부에는 돌출부가 생겨 회전함으로써, 이 돌출부가 척 부재(331, 331) 사이의 피가공물(W) 전둘레에 누적되어 소정의 칼라(직경 확대부)로 된다. 한편, 이 상태에서 양 척 부재(331, 331)의 간격은 서서히 좁아지고, 압축 압력도 작아지지만, 압축 압력이 굽힘부 외측에 생기는 인장력보다도 작아지면, 피가공물(W)은 굽힘 및 굽힘 해제 상태로 되어, 피가공물(W)이 파단될 염려가 있다. 때문에, 칼라(직경 확대부) 성형중에는 항상 가압 압축 상태를 유지하지 않으면 안된다(도 31(c)).

그리고, 소정의 칼라가 얻어지면 모터(323)를 역전시키며, 상호 척 부재(331, 331)의 축심을 동일선상에 위치시켜 피가공물(W)을 진직화한다. 이때에도 압축 압력(P)을 작용시키지 않으면 안된다. 이 상태에서, 피가공물(W)을 수 회전시키면, 피가공물(W)은 진직화 가능하다. 피가공물(W)의 진직화가 끝나면, 회전과 압축 압력을 정지하고 피가공물(W)을 빼내면 된다. 피가공물(W)을 빼낼 때는, 유체 실린더(315)에 의해 양 회전부(325, 326)를 이반시키면 좋다. 그렇게 하면, 척 부재(331, 331)는 쉽게 빠져나와, 피가공물(W)을 빼낼 수 있다(도 31(d)).

다음으로, 정반을 이용하는 직경 확대 장치의 예에 대하여 도 32 내지 도 36을 근거로 설명하다. 직경 확대 장치(칼라 성형 장치)(410)는, 정반(M)의 심압대(S)로의 취부부로 되는 테이퍼 축(402)가 부설되는 베이스(403)를 구비하고 있다. 이 베이스(403)는 전후 방향으로 평행한 측방 테두리(404, 404)와 이 양 측방 테두리(404, 404) 사이에 고정된 전방 테두리(405)와 후방 테두리(406)로 주로 구성되어 있다. 또한, 전방 테두리(405)에는 후술하는 구동 회전부(407)의 지지부인 지지통체(408)가 고정되며, 후방 테두리(406)에는 상기 테이퍼 축(402)의 축선이 지지 원통체(408)의 축선과 동일 직선상에 위치하도록 고정되어 있다. 또한, 후방 테두리(406)의 전방부에는 후술하는 바의 가압 수단(409)의 베어링부(410)가 고정되어 있다.

구동 회전부(407)는 상기 지지통체(408)에 지지통(411)이 축 주위를 회전할 수 있도록 지지되어 있으며, 지지통(411)의 내부에는 피가공물(W)을 파지하는 척 부재로서의 척 슬리브(412, 412)를 삽입하고 있기 때문에 소정의 테이퍼 각(α)을 갖는 구멍부를 설치하고 있다. 또한, 상기 지지통(411)의 대략 중간부에는 수나사가 설치되어 있으며, 여기에 암나사인 링(413)을 체결함으로써, 지지통(411)의 전후 어긋남을 방지하고 있다. 또한, 전방부를 정반(M)의 척(T)에 취부함으로써 정반(M)의 회전 구동력을 구동 회전부(407)로 확실히 전달하기 위하여, 지지통(411)의 전방부는 대략 정삼각형에 가까은 형상으로 되어 있다. 한편, 본 실시예에서는 3개 척의 정반(M)을 이용하고 있기 때문에 그러한 형상으로 되어 있으나, 정반(M)의 회전 구동력을 효율 좋게 전달할 수 있는 형상이면 하등의 문제는없다.

상기 척 슬리브(412, 412)는 심부(芯部)에 피가공물(W)을 감싸는 지지 구멍(412a)이 설치되는 동시에, 상기 테이퍼 각(α)을 구비한 통체를 복수개로 분할한 것이다. 척 슬리브(412, 412)를 지지통(411)에 삽입하고, 후방부로부터 너트 부재(414)로 잠겨 있다. 즉, 척 슬리브(412, 412)는 너트 부재를 체결하면 상기 지지통(411)의 테이퍼 각(α)을 따라 척 슬리브(412, 412)가 후방으로 압입되며, 지지 구멍(412a)이 좁아져 피가공물(W)을 죄도록 된 구성이다.

상기 구동 회전부(407)와 마주보도록 종동 회전부(415)가 구비되어 있다. 종동 회전부(415)는 접동 프레임(416)에 축 지지되며, 상하로 회동 가능하다. 접동 프레임(416)은 상기 베이스(403)의 측방 테두리(404)를 레일로 하여 전후로 접동하는 것으로서, 좌우에 설치된 측방 테두리(417, 417)의 외측에 수평 방향으로 고정된 접동 부재(418, 418)와 측방 테두리(417, 417) 사이에 고정된 전방 테두리(419)와 후방 테두리(420)로 구성되어 있다. 즉, 접동 프레임(416)은 측방 테두리(417)의 외측면과 접동 부재(418)의 하면이 접동면으로 되어 베이스(403)의 측방 테두리(404)를 따라 접동하는 구성이다.

상기 종동 회전부(415)는 회동 지지축(421)을 좌우 양측 전방부에 배치한 중공 지지통체(422)에 지지통(423)이 회전 가능 상태로 지지되어 있다. 지지통(423) 후부에는 수나사가 설치되어 있다. 또한 심부에는 소정의 테이퍼 각(β)을 구비한 구멍부가 설치되어 있다. 구멍부(423a)의 내부에는 피가공물(W)을 파지하는 척 슬리브(424, 424)와 통체(425)가 삽입되어 있다. 즉, 이들 척 슬리브(424, 424)는 후방부에 취부된 너트 부재(426)를 체결함으로써 전방으로 압출되며 지지 구멍이 좁아져 피가공물(W)을 죄는 구성이다.

그리고, 피가공물(W)을 가공하는 가공 수단(409)으로서의 유압 실린더(427)가 상기 베이스(403)의 수부(受部)(410)와 상기 접동 프레임(416)의 전방 테두리(419) 사이에 배치되어 있다. 한편, 상기 유압 실린더의 제어 장치 및 조작 스위치는 도시하지 않는다. 즉, 상기 구동 회전부(407) 및 종동 회전부(415)에 의해 파지된 피가공물(W)에 압력을 가하는 경우에는 유압 실린더(427)를 신장하고, 양 회전부(407, 415)의 간격을 좁게 하는 구성이다. 또한, 가압시에 발생하는 반력은 베이스 내에서 상쇄되며, 본 장치를 정반(M)에 취부한 때에 정반(M)에 부하를 주지 않고 가공할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 단동 실린더를 이용하고 있으나, 복동 실린더를 이용하면 성형후 피가공물(W)을 빼내는 것이 용이하며, 또한 실용적인 장치가 된다.

상기 종동 회전부(415)의 후방부에는, 피가공물(W)을 편심시키는 편심 수단(428)을 구비하고 있다. 편심 수단(428)은, 종동 회전부(415)의 지지통체(422) 후부 하방에 고정된 브라켓(429)에 좌우 방향의 구멍부(429a)가 설치되어 있으며, 이 구멍부(429a)에 암나사가 설치된 회동축(430)을 삽입하는 동시에, 이 회동축(430)에 핸들(431)을 구비한 나사봉(432)을 나사 결합하고 있다. 핸들(431)을 회전시키면, 나사봉(432)이 회전하지만, 이 나사봉(432)의 하단부가 접동 프레임(416)의 후방 테두리(420) 상면과 맞닿아 있기 때문에, 나사봉(432) 자체는 상하동하지 않고, 이에 나사 결합되어 있는 회동축(430)이 지지통체(430)와 함께 상하동한다. 이로써, 종동 회전부(415)가 회동 지지축(431)을 중심으로 하여 상하로 회동하게 된다.

이 칼라 성형 장치(401)를 사용함에 있어서는, 먼저 보통 정반(M)의 척(T)에 구동 회전부(407)의 지지통(411)을 취부하는 동시에, 베이스(403)에 취부된 테이퍼 축(402)을 심압대(S)에 삽입한다.

그런 다음, 구동 회전부(407) 및 종동 회전부(415)를 상호 축심을 동일 직선상에 위치시킨다. 즉, 편심 수단(428)을 해제 상태로 한다. 그리고, 양 척 슬리브(412, 424)를 소정의 간격(D)으로 이격시킨 상태로 피가공물(W)을 파지한다. 피가공물을 파지함에 있어서는, 구동 회전부(407)의 너트 부재(414)와 종동 회전부(415)의 너트 부재(426)를 체결되도록 하여 행한다.

그리고, 회전과 가압을 유지하면서 핸들을 조작하여, 종동 회전부(415)를 상향 상향 회동시킨다. 이 상태로 되면, 양 척 슬리브(412, 424) 사이의 간격(D)은 좁아지며, 직경 확대가 진행된다. 이때, 가압을 계속함으로써, 피가공물(W)에 굽힘 및 굽힘 해제 작용에 의한 파단이 발생하지 않도록 하고 있다. 소정의 직경 확대가 이루어지면, 핸들(431)을 조작하여 양 회전부(407, 415)의 축심이 동일 직선상에 위치하는 상태로 되돌린다. 이때에도 회전과 가압은 유지해 둔다. 피가공물의 진직화가 완료되면 회전과 가압을 정지하고, 피가공물을 빼낸다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 직경 확대 장치에 의하면, 회전 구동력을 보통의 정반으로부터 투입할 수 있고, 또한 축재에 가해지는 압축력의 반력이 정반에 미치지 않는 구성으로 되어 있기 때문에, 보통의 정반에 취부된 상태로 직경을 확대할 수 있다. 때문에, 실용성이 우수한 칼라 성형 장치가 될 수 있다.

다음으로, 상기 설명에서는, 금속 축재로서 오직 속이 찬 축재를 예로 설명했으나, 어떤 실시예의 장치라도 중공의 축재, 즉 파이프의 직경 확대를 같은 형태로 할 수 있다. 이하, 도 37 내지 도 44를 참조로 금속관의 직경 확대 방법에 대하여 상세히 설명한다.

종래, 기기의 일부에, 유연성 및 밀봉성 등을 필요로 하는 경우에 사용되는 신축 가능한 가요성 관 등에는 벨로우즈(bellows) 관과 같은 자바라 형태의 금속관이 이용된다. 이 벨로우즈의 제조 기술로서, 예컨대 일본국 특공평3-42969호 공보에 기재된 바와 같이 벌지(bulge) 액압(液壓)을 이용하는 벌지 성형 방법이 알려져 있다. 이 벌지 성형 방법은, 금소관 내에 벌지 액을 주입하고 가압함으로써, 금속관을 금형에 맞춘 형상으로 가공하는 기술이다. 그러나, 이 방법은, 금속관의 두께가 얇아지는 결점이 있었다. 본 발명에 따르면, 이와 같은 두께가 얇아지는 일 없이 확대 관을 성형할 수 있다.

본 발명의 금속관(W)의 확대 관 성형 방법을 구체적으로 설명하면, 먼저 피가공물인 직선상의 금속관(W)을 상호 마주보는 한 쌍의 회전 지지체로 죄어 지지한다. 회전 지지체는, 예컨대 정반의 척과 같은 것으로서, 적정 간격(D)을 두고 금속관(W)을 견고히 파지한 상태로 회전시킬 수 있는 것이면 된다. 또한, 확대시키는 금속관(W)이 짧은 경우에는, 금속관(W)의 끝부분으로부터 가압 가능한 척 슬리브를 이용해도 무방하다. 양 회전 지지체로 피가공물을 파지하는 간격(D)은, 금속관(W)의 내외경 및 관 확대량과 관 확대부의 길이에 따라 십 수 밀리미터(mm) 내지 수백밀리미터의 범위에서 변경 가능하면 된다.

이 상태에서 적어도 일방의 회전 지지체를 회전 구동하여, 죈 상태의 금속관(W)을 회전시킨다. 회전 속도는 통상 매분 매분 수 회전 내지 수백 회전으로서, 금속관(W)의 재질, 치수 등에 따라 적절한 것을 선택하면 된다. 또한, 회전 속도가 늦으면 성형 시간이 길고, 너무 빠르면, 후술하는 바의 소성 변형이 발생한 때에, 소성 변형에 맞춰 가압하는 것이 곤란하게 되며, 피로에 의한 파단이 발생할 염려가 있다.

이어서, 회전중의 금속관(W)에 압축력을 작용시킨다. 압축은, 통상 유압 잭 또는 유압 실린더 등으로 작용시킨다. 이 압축력은 금속관(W)의 재질이나 외경 또는 두께에 따라 다르다. 그러나, 벌지 거공시의 압축력과 비교하면 극히 작은 압축력으로 소정의 형상을 얻을 수 있다.

상기 압축 및 회전을 유지하는 상태 그대로, 금속관(W)에 굽힘 방향의 힘을 작용시킨다. 이 굽힘력은, 예컨대 나사식 이송 장치를 이용하여 어느 쪽 일방의 회전 지지체를 타방 회전 지지체의 축선과 교차하는 방향으로 편심시킨다. 그렇게 하면, 양 회전 지지체 사이의 금속관(W)은 만곡됨과 동시에 회전한다. 또한, 굽힘 각도는 수 도 내지 수십 도 정도이며, 이 각도가 작아지면 소정의 형상을 얻을 수 없고, 역으로, 너무 커지면 금속관(W)의 굽힘부에 무리한 힘이 작용하여 금속관(W)이 손상된다.

이처럼, 금속관(W)에 압축력을 가하면서 굽히면, 굽혀진 부분의 내측에 큰 압축력이 작용하기 때문에, 이 부분에 소성 변형이 생기고, 압축력을 회피하는 방향의 변형, 즉 관 확대 방향의 팽창이 발생한다. 금속관(W)은 회전하고 있기 때문에, 금속관(W)의 전둘레가 교대로 굽힘부 내측에 위치하게 되어, 전둘레에 걸쳐 소성 변형이 생긴다. 한편, 이때 굽힘부의 외측에도 압축력을 작용시키는 것이 중요하며, 만약 그 외측 부분에 인장력이 작용하면, 금속관(W)에 신장 및 수축이 발생하여 피로에 의해 파단한다. 또한, 관 확대 방향의 팽창이 발생하면, 그 만큼 초기 파지 간격(D)이 좁아지지만, 상기와 같이 만곡부의 전둘레에 압촉력이 작용하지 않으면 안되기 때문에, 간격이 좁아지는 만큼 어느 일방의 회전 지지체를 타방 회전 지지체로 접근시키도록, 연속적으로 가압하지 않으면 안된다. 이와 같이 금속관(W)을 회전시키면서 압축과 굽힘을 작용시키기 때문에, 벌지 가공과 비교하여 작은 압축력으로 금속관(W)의 확대가 가능하다.

소정의 관 확대가 이루어지면, 금속관(W)의 굽힘을 해제하기 위하여 양 회전 지지부의 축선이 직선상이 되도록 복귀시켜 금속관(W)을 진직화한다. 이 경우에도, 굽힘부 외측과 내측에 항상 압축력을 계속 작용시킨다. 여기서, 압축을 완화하면, 앞서 설명한 바와 같이 금속관(W)의 굽힘 부분에 신장과 수축이 반복적으로 작용하여 파단의 염려가 있다. 확대된 금속관(W)이 진직화 가능하면, 압축력을 제거하고 회전을 정지시켜, 금속관(W)을 빼내면 된다.

본 관 확대 방법에 따르면, 금속관(W)에 축선 방향의 압축력을 작용시키면서 회전 및 굽힘을 가하여 확대관을 성형하고 있으며, 소재가 되는 금속관(W)의 길이는 가공전과 비교하여 짧아진다. 금속관(W)이 짧아진 부분은 관 확대부에 흡수되며, 관 확대부의 두께는 소재 이상으로 된다. 이와 같이, 관 확대부의 두께가 감소되지 않으므로, 종래의 벌지 가공품과 비교하여 강도가 증가하게 된다.

이하, 상기 금속관의 직경 확대 확대에 이용되는 가공 장치의 일실시예를 도면을 근거로 설명한다. 관 확대 장치(501)는, 바닥상에 설치되는 베이스(502)의 측부에 한 쌍의 측판(503)을 입설하고, 그 상부에 평면에서 봐서 장방형의 프레임(504)이 설치되어 있다. 이 프레임(504)의 전방부에는, 일방의 회전 지지체인 구동 회전부(505)가 설치되어 있다.

구동 회전부(505)는, 프레임(504)의 좌우 방향의 부재(505a)에 고정된 지지통체(506) 내에 원통형의 지지통(507)이 회전 가능 상태로 지지되며, 이 지지통(507)의 끝 부분에는 종동 기어(508)가 취부되어 있다. 지지통(507)의 내부에는, 금속관(W)을 지지하는 척 부재로서의 척 슬리브(509)가 삽입되어 있다. 척 슬리브(509)의 심부에는 금속관(W)을 감싸는 지지 구멍(509a)이 설치되어 있으며, 이 척 슬리브(509)의 전방부에는 전후 방향의 슬릿(509b)이 설치되어 있다. 슬릿(509b) 부분에 고정 부재(510, 510)를 취부하고, 볼트(511, 511)를 체결함으로써 금속관(W)을 파지한다.

상기 지지통체(506)의 하방에는, 구동원인 모터(512)가 설치되어 있으며, 그 출력축에 취부된 구동 기어(513)가 상기 종동 기어(508)와 맞물려 있다.

상기 구동 회전부(505)와 마주보도록 타방의 회전 지지체인 종동 회전부(514)가 설치되어 있다. 종동 회전부(514)는, 프레임(504)의 상부 가장자리 부분에 설치된 레일부(515)를 따라 전후로 미끄러지는 접동체(516)를 구비하며, 이 접동체(516)의 끝 부분에는 링 형상의 회동 프레임(517)이 축(518)에 의해 지지되어 있다. 회동 프레임(517)에는 종동측 지지통체(519)가 고정되어 있으며, 이 지지통체(519)의 내부에는 지지통(520)이 회전 가능 상태로 지지되어 있다. 지지통(520)의 내부에는, 상기 구동 회전부(505)의 척 슬리브(509)와 동일 형상의 피가공물 지지용 척 슬리브(521)가 삽입되어 있다. 척 슬리브(521)의 심부에는 지지 구멍(521a)이 설치되며, 이 지지 구멍(521a)의 후단부에는 전후 방향의 슬릿(521b)을 설치하고, 이 슬릿(521b)을 고정구(522)로 취부하여 금속관(W)을 지지하는 구성이다.

접동체(516)의 후부에는 이송 장치(523)가 설치되어 있다. 이송 장치(523)는, 종동 회전부(514)를 구동 회전부(505)에 대하여 접근/이반하는 방향으로 전후 이동시키는 이송 수단으로 구성되는 것으로서, 상기 접동체(516)의 후단부에 브라켓(524)이 설치되며, 이 브라켓(524)에 베어링(525)이 설치되어 있다. 또한, 프레임(504)의 후단부의 테두리(526)에는 통공(526a)이 설치되는 동시에, 전방에는 이송 수단을 구성하는 통체(527)가 고정되어 있다. 통체(527)에는 전후 방향의 슬릿(527a)이 설치되며, 내부에는 전후 방향의 나사 구멍을 갖춘 이동 블록(528)이, 그 상단부에 설치된 돌기(528a)를 상기 슬릿(527a)으로부터 돌출된 상태에서 전후 방향 이동 가능한 상태로 삽입되어 있다.

상기 브라켓(524)의 베어링(525)과 테두리(526)에 의하여, 이송 로드(529)가 가 축 주위를 회전 가능 상태로 지지되어 있다. 이송 로드(529)의 외주부에는 수나사가 설치되며, 이에 상기 이동 블록(528)이 나사 결합되어 있다. 이송 로드(529)의 전단부에는 빠짐 방지용 링(530)이 설치되며, 후단부에는 핸들(531)이 취부되어있다.

종동 회전부(514)의 하방에는 가압 장치(532)가 설치되어 있다. 이 가압 장치(532)는, 상기 종동 회전부(514)를 구동 회전부(505)를 향하여 압압하는 가압 수단을 구성하는 것으로서, 베이스(502)상에 유체 잭인 유압 잭(533)이 설치되어 있다. 이 유압 잭(533)의 상단부에는, 축(534)에 의해 상하 회동 가능하도록 지지된 캠(535)이 설치되어 있다. 캠(535)의 전부에는 상기 종동 회전부(514)의 접동부(516) 후부에 결합되는 결합부(535a)가 성형되어 있다. 또한, 캠(535)의 후부측에는 상기 유압 잭(535)의 피스톤 로드에 맞닿아 잭의 상승 압력을 받아들이는 수부(536)가 설치되어 있다.

상기 종동 회전부(514)에는, 이 종동 회전부(514)를 상하로 회동시키는 편심 수단으로서의 편심 장치(537)가 설치되어 있다. 편심 장치(537)는, 종동 회전부(514)의 지지통체(519)에 고정된 너트 부재(538)와, 이 너트 부재(538)에 나사 결합되는 나사봉(539)을 구비하고 있다. 나사봉(539)의 하단부는 상기 접동체(516)에 맞닿아 있으며, 그 상단부에는 핸들(540)이 취부되어 있다. 핸들(540)을 회전시키면, 나사봉(539)이 회전하지만, 나사봉(539)의 하나부는 접동체(516) 상단면에 맞닿아 있기 때문에, 나사봉(539) 자체로는 상하 이동하지 않고, 이에 나사 결합되어 있는 너트 부재(538)가 지지통체(539)와 함께 상하 이동한다. 이로써, 종동 회전부가 축을 중심으로 상하로 회동하는 것이다.

상기 관 확대 장치의 사용시에 있어서는, 먼저 구동 회전부(505)와 종동 회전부(514)를 상호 지지통(507, 520)의 축선이 동일선상에 위치하도록 배치한다.즉, 편심 장치(537)에 의한 각도 부가를 해제한 상태로 해 둔다. 다음으로 구동 회전부(505)의 척 슬리브(509)와 종동 회전부(514)의 척 슬리브(521)에 금속관(W)을 삽입하여 지지한다. 이때, 관 확대부로 하는 개소를 척 슬리브(509)의 후단부에 맞추고, 고정 부재(510)를 슬릿(509b) 위치에 배치하며, 나사(511)로 척 슬리브(509)를 체결하여, 금속관(W)을 파지한다.

그런 다음, 이송 장치(523)에 의하여 구동 회전부(505)의 척 슬리브(509)와 종동 회전부(514)의 척 슬리브(521)의 간격을 소정의 간격(D)으로 한다. 이 간격(D)은, 소정의 확대관이 얻어지는 거리로서, 미리 시험을 통해 결정해 둔다. 간격 조절은, 핸들(531)을 조작하여 이동 블록(528)을, 그 돌기(528a)가 슬릿(527a)의 후단부에 멎닿을 때까지 후진시킨 다음, 재차 핸들(531)을 회전시켜 이송 로드(529)를 서서히 전진시켜 행한다. 이송 로드(529)의 선단부는 접동체(516)에 접속되어 있기 때문에, 종동 회전부(514)가 레일(515)을 따라 전진한다. 그리고, 소정의 간격(D)로 된 다음에는, 구동 회전부의 척 슬리브의 슬릿(521b)에 고정 부재(522)를 취부하여 금속관(W)을 파지한다.

이어서, 가압 장치(532)로 금속관(W)을 축심 방향으로 가압하고, 구동 수단인 모터(521)를 작동시킨다. 가압은, 유압 잭(533)을 작동시켜, 캠(535)을 화살표(X) 방향으로 회전시킴으로써 행한다. 또한, 모터(512)를 작동시키면, 척 슬리브(509, 521)에 지지된 금속관(W)이 회전한다. 즉, 금속관(W)은 축 방향으로 압축되는 동시에 회전하게 된다. 이때의 회전 속도는 매분 수 회 내지 수백 회 정도면 된다. 그런 다음, 편심 장치(537)에 의하여 금속관(W)에 굽힘을 가한다. 이때의굽힘 각은 3도 내지 7도이면 좋다.

한편, 일실시예로서 외경 22.2 밀리미터 두께 1.6 밀리미터인 기계구조용 탄소강 관의 중간부에 외경 27 밀리미터 폭 7 밀리미터의 관 확대부를 설치하는 경우에는, 회전수를 매분 4회전으로 하여 굽힘 각도 6도, 또한 압축력을 1-2 톤 작용시키는 관 확대가 가능하다.

상기 가압, 회전 및 굽힘에 의하여 척 슬리브(509, 521)의 간격 부분이 압축되며 관 확대가 이루어진다. 관 확대의 진행에 의하여 초기 간격(W)은 좁아지지만, 이때에도 가압을 계속한다. 이때, 가압 상태가 풀리면, 금속관(W)의 간격(D) 내에서 굽힘 및 신장이 반복되는 상태가 되며, 금속관(W)의 파단이 발생하고 만다. 소정의 관 확대가 이루어지면, 회전과 가압을 계속하는 동시에 편심 장치(537)를 원래의 장치로 복귀시켜 금속관(W)을 진직화한다. 이때도 가압을 계속한다. 이로써, 중간부가 확대된 직선상의 금속관 (W)이 얻어진다. 회전과 가압을 정지하고,금속관(W)의 척 슬리브(509, 521)로부터 빼낸다.

금속관(W)은, 양측 척 슬리브(509, 521)에 초기에는 여유 있게 감싸져 있으나, 상기 회전, 굽힘, 압축에 의해 관 확대부 부근이 척 슬리브(509, 521)에 견고히 죄어든 상태로 된다. 때문에, 금속관(W)의 취출은 다음과 같이 행한다. 먼저, 유압 잭(533)을 후방으로 밀어내고, 캠(535)을 반(反) X 방향으로 내린다. 그리고, 고정 부재(522)를 느슨하게 하여, 이송 장치(523)에 의하여, 구동 회전부(505)와 종동 회전부(514)를 이격시켜, 척 슬리브(521)로부터 금속관(W)을 빼낸다. 핀(541)을 뽑고, 프레임(504)과 테두리(526)의 고정을 해제하여, 종동 회전부(514)를 후방으로 밀어내고 금속관(W)을 빼낸다. 그런 다음, 고정 부재(510)를 늦추고, 구동 회전부(505)측으로부터 금속관(W)을 빼내도 무방하다.

본 발명에 의하면, 금속 축재(봉 및 파이프를 포함함)의 중간부에 국부적으로 직경 확대부를 설치할 수 있기 때문에, 용접 가공이나, 대량의 절삭 가공을 할 필요 없이 금속 축재의 중간부에 기어, 캠 등을 일체 성형하는 것이 가능하여, 기계 장치의 동력 전달축 등의 제작에 효과적으로 이용할 수 있다.

Claims (11)

1. 상호 마주보는 한 쌍의 회전 지지체로 피가공물인 직선상의 금속 축재 또는 금속관을 적정 간격(D)을 두고 파지하여, 이 가공물에 축 주위의 회전과, 상기 회전 지지체 중 적어도 일방을 타방에 접근하는 방향으로 이동시킴에 따라 피가공물 축선 방향으로 작용하는 압축 압력과, 양 회전 지지체의 어느쪽 일방을 타방 회전 지지체의 축선과 교차하는 방향으로 경사지게 함에 따라 피가공물에 작용하는 굽힘에 의해 생기는 굽힘부 내측의 돌출부를 초기 파지 간격(D) 내의 피가공물 전둘레에 누적시켜 소정의 칼라형 직경 확대부를 성형한 다음, 굽힘을 해제하여 피가공물을 진직화하는 금속 축재의 직경 확대 방법에 있어서, 굽힘을 작용시키기 전에 굽힘부 내측과 외측에 있어 항상 압축 압력이 작용하는 조건하의 적응 압축력을 작용시키는 동시에, 상기 굽힘의 개시 전후 어느쪽인가에 회전을 개시하고, 또한 회전과 압축 압력을 작용시키고 있는 상태에서 굽힘 해제를 행하는 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 압축 압력을, 직경 확대 초기에는 굽힘을 작용시킨 때 굽힘부 내측과 외측에 있어 항상 압축 압력이 작용하는 조건하의 낮은 압력으로 하고, 직경 확대가 진행됨에 따라 높은 압력을 작용시키는 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 방법.
3. 소정의 간격을 두고 상호 마주보는 구동 회전부(4) 및 종동 회전부(6)와, 각각의 회전부에 설치된 축재를 지지하는 지지부와, 상기 구동 회전부를 회전시키는 구동 수단(5)과, 상기 지지부에 의해 지지된 축재를 축 방향으로 압압하는 가압 수단(8)과, 축재의 축심을 경사지게 하는 편심 수단(7)을 구비한 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 구동 회전부와 종동 회전부 중 어느쪽 일방에 가압 수단을 작용시키는 동시에, 타방에 상기 편심 수단을 작용시키도록 구성한 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 장치.
4. 소정의 간격을 두고 상호 마주보는 구동 회전부(103) 및 종동 회전부(105)와, 각각의 회전부에 설치된 축재를 지지하는 지지부와, 상기 구동 회전부를 회전시키는 구동 수단(104)과, 상기 지지부에 의해 지지된 축재를 축방향으로 압압하는 가압 수단(109)과, 축재의 축심을 경사지게 하는 편심 수단(108)을 구비한 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 상기 구동 회전부 또는 종동 회전부를 축재의 축심과 직교하는 방향으로 설치된 회동 지지축(107a)을 축심으로 하여 회동 가능 상태로 설치하는 동시에, 당해 회동 가능한 회전부를 상기 회동 지지축으로 편측 지지하고, 축재의 굽힘부 내측과 외측을 동시에 관찰 가능하도록 한 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 장치.
5. 제4항에 있어서, 베이스 프레임(102)상을 접동하는 접동 프레임(106)을 설치하고, 접동 프레임 전방부에 설치된 베어링에 회동 프레임(107) 하면에 설치된 수직축을 지지하는 동시에, 상기 구동 회전부(103)를 베이스 프레임(103)에 고정하고, 상기 종동 회전부(105)를 회동 프레임에 고정한 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 장치.
6. 피가공물인 금속 축재를 지지하는 지지부를 구비하고 상호 마주보는 구동 회전부(205) 및 종동 회전부(225)와, 구동 회전부의 지지부에 피가공물을 지지한 상태에서 피가공물을 축 주위로 회전시키는 구동 수단(214)과, 상기 종동 회전부를 구동 회전부에 접근/이반하는 방향으로 상대 이동시키는 접동 가압 수단(206)과, 종동 회전부를 구동 회전부의 지지부 축심에 대하여 경사지게 하는 편심 수단(230)으로 구성되는 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 상기 편심 수단에 의해 종동 회전부를 경사지게 할 때 회동의 기단이 되는 회동축의 축심을 구동 회전부에 접근/이반하는 방향으로 상대 이동시키는 접동 가압 수단(226)을 설치하고, 각각의 접동 가압 수단(206, 226)의 접동량을 조절함으로써 양 지지부 사이로 상기 회동축의 축심을 상대 이동시키는 변위 기구를 설치한 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 장치.
7. 피가공물인 금속 축재를 지지하는 지지부를 구비하고 상호 마주보는 구동 회전부(205) 및 종동 회전부(225)와, 구동 회전부의 지지부에 피가공물을 지지한 상태에서 피가공물을 축 주위로 회전시키는 구동 수단(214)과, 어느쪽 일방의 회전부를 타방 회전부의 지지부 축심에 대하여 경사지게 하는 편심 수단(230)과, 이 편심수단에 의해 기울어지게 할 때 회동의 기단이 되는 회동 지지축(223)의 축심에 대하여 양 회전부를 접근/이반하는 방향으로 상대 이동시키는 접동 가압 수단(206, 226)으로 구성되는 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 상기 접동 가압 수단의 접동량을 임의 조절함으로써 양 지지부 사이로 상기 회동 지지축의 축심을 상대 이동시키는 변위 기구를 구비한 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 장치.
8. 상호 마주보는 한 쌍의 회전부(325, 326)와, 각각의 회전부에 설치된 피가공물을 지지하는 지지부와, 적어도 일방의 회전부를 타방 회전부에 접근/이반하는 방향으로 상대 이동시키는 접동 수단(311)과, 적어도 일방의 지지부를 타방 지지부의 축심에 대하여 경사지게 하는 편심 수단(319)과, 상기 지지부에 의해 피가공물을 지지한 상태에서 피가공물을 축 주위로 회전시키는 구동 수단(322)으로 구성되는 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 상기 양 지지부의 회전을 상호 전동하여 동기화하는 전동 수단(336)을 설치한 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 전동 수단(336)을, 각각의 회전부에 회동 가능한 브라켓(338)을 배치하고, 이들 브라켓 사이에 부설된 한 쌍의 스플라인(339)에 기어(340)를 설치하고, 이 기어를 회전부에 설치된 종동 기어(333)와 맞물림으로써, 일방의 회전력을 타방 회전부에 전달하도록 구성한 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 장치.
10. 금속 축재를 감싸 지지하는 지지부를 구비하는 동시에, 이 지지부에 금속축을 지지한 상태에서 회전 구동하는 구동 회전부(407)와, 구동 회전부의 지지부와 마주보도록 설치된 지지부를 구비하는 동시에 상기 구동 회전부에 대하여 접근/이반하는 방향으로 상대 이동 가능한 종동 회전부(415)와, 종동 회전부의 지지부를 구동 회전부의 지지부의 축심에 대하여 경사지게 하는 편심 수단(428)과, 상기 종동 회전부를 구동 회전부로 향해 압압하는 가압 수단(409)을 구비한 금속 축재의 직경 확대 장치에 있어서, 상기 구동 회전부의 구동 수단으로서 구동 회전부의 지지부를 정반의 척에 취부함으로써 정반(M)의 회전 구동력을 이용하도록 구성한 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 가압 수단(409)을, 베이스(103)와 접동 프레임(416) 사이에 배치하는 동시에, 이 베이스에 부설된 테이퍼 축(402)과 구동 회전부의 지지부를 정반에 취부함으로써, 상기 가압 수단 작동시의 반력을 베이스 내에서 상쇄시킬 수 있는 구성인 것을 특징으로 하는, 금속 축재의 직경 확대 장치.