KR20020023029A

KR20020023029A - 관상체 성형물의 압출장치

Info

Publication number: KR20020023029A
Application number: KR1020000055689A
Authority: KR
Inventors: 이석규
Original assignee: 이석규
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2002-03-28

Abstract

본 발명은 관상체 성형물의 압출장치에 관한 것으로, 그 목적은 직접 압출법을 적용하면서도 압출공정에서 높은 하중이 인가되더라도 금형의 변형이 발생되지 않도록 하고, 소재유동(Metal Flow)이 압력의 불균형없이 일정하게 유지되도록 하여 압출 완료된 관상체의 내경이 외경에 대비해 편심되게 형성되지 않도록 한 것이다.

본 발명은 소정의 직경을 갖는 원기둥 형태로 이루어지며, 압출방향쪽 단면으로부터 내측으로는 소정의 깊이를 갖는 복수의 삽입홈이 일정한 간격으로 형성되고, 반대쪽 단면으로부터 내측으로는 상기 각 삽입홈의 중심선과 일치하는 선상에 소재유입공이 형성된 단일의 하우징과; 상기 하우징의 각 삽입홈 내측단에 끼워지며, 상기 하우징상의 소재유입공을 따라 유입된 소재가 통과되면서 관상체의 제품이 형성되도록 하는 코어금형과; 상기 하우징상의 각 삽입홈의 내측으로 끼워진 상태에서 코어금형을 받쳐주어 압출하중이 인가될 때 코어금형이 변형되거나 회전되지 않도록 지지하는 백커를 포함한다.

본 발명을 적용하면, 관상체를 성형하는 코어금형이 하우징 중심부에 견고히 고정되어 있고, 백커가 받쳐주고 있기 때문에 코어금형이 압출하중에 의하여 변형되지 않게 되므로 편심없는 균일한 두께의 관상체가 제조된다.

또, 기존의 압출장치와는 달리 소재유동시에 언밸런스 발생이 거의 없기 때문에 압출시 코어금형의 베어링부를 통과하는 소재의 속도 차이에 의한 제품치수의변형을 최소화할 수 있다.

또, 적절한 작업(공정)조건하에서 소재유동을 최적으로 유도해 줄 수 있어 고압출비의 제품에도 응용이 가능하며, 압출비에 따라 제품을 2개의 포트홀 또는 4개의 포트홀 이상으로 설계할 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 기존의 4개의 포트홀을 갖는 압출금형에서는 어느 하나의 포트홀이 파손될 경우에 금형을 내려 전체적으로 수정을 하여야 하지만, 본 발명에 따른 압출장치에서는 하우징내에 복수의 코어금형이 끼워져 설치되어 있기 때문에 금형의 파손시 파손된 부분만 교체하여 사용할 수 있어 금형의 수정 작업성이 매우 용이하다는 효과가 있다.

Description

관상체 성형물의 압출장치{EXTRUSION DEVICE FOR MANUFACTURING TUBULAR MEMBER}

본 발명은 관상체 성형물의 압출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접 압출법을 적용하면서도 압출공정에서 높은 하중이 인가되더라도 금형의 변형이 발생되지 않도록 하고, 소재유동(Metal Flow)이 압력의 불균형 없이 일정하게 유지되도록 하여 압출 완료된 관상체의 내경이 외경에 대비해 편심되게 형성되지 않도록 한 2단 구조의 관상체 성형물의 압출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기에는 고압의 냉매 또는 유체를 전달하는 기능을 수행하기 위한 공조용 튜브 또는 파이프가 적용된다.

이와 같은 공조용 튜브 또는 파이프는 가볍고 성형성이 양호하며, 열교환성이 우수하다는 이유로 알루미늄(Al)재를 압출성형한 제품이 널리 사용되고 있다.

상기의 알루미늄을 압출성형하여 제조한 공조용 튜브 또는 파이프는 그 내부로는 냉매와 같은 고압의 유체가 흐르기 때문에 내외경사이의 두께가 균일하지 않고 편심된 상태로 제작되는 경우에 튜브의 벤딩가공시 벤딩되는 부위의 바깥쪽이 상대적으로 두께가 얇아진다.

그 결과 상대적으로 두께가 얇아지는 부위에서 고압유체의 압력을 견디지 못하여 균열이 발생되거나 심지어는 파열되기 때문에 공조용 튜브의 압출 성형시에는관상체의 내경이 외경에 대하여 편심된 상태로 성형되지 않도록 하는 것이 매우 중요하다.

한편, 상기한 공조용 튜브와 같은 관상체는 일반적으로 고온압출법에 의하여 제조된다.

관상체를 고온 압출법으로 성형하는 과정에서는 압출하중에 의한 금형의 변형(Deflection) 및 포트홀(Port Hole)을 통하여 소재가 유동될 때 그 압력차에 따른 속도편차에 기인하는 편심현상이 발생되지 않도록 하는 것이 매우 어렵다.

그렇기 때문에 현재는 가격이 매우 고가임에도 불구하고 대부분 수입품에 의존하고 있는 실정이다.

도 1은 일반적인 압출장치를 나타내는 분리사시도이다.

이를 참조하면, 공조용 튜브와 같은 관상체를 고온 압출방식으로 성형하는데 적용되는 압출장치(10)는 기본적으로 길이방향으로 다수의 포트홀(11)이 일정한 간격으로 형성된 원기둥형태의 다이(Dies:12)와, 일측단으로부터 내측으로는 상기 다이(12)가 끼워지며 반대쪽 끝부분이 소재로 채워진 콘테이너(13)에 결합되도록 구성된 원통형의 다이링(Die Ring:14)과, 압출방향쪽에 해당되는 다이링(14)의 내측에 끼워져 다이링 내부에 끼워진 다이(12)가 압출하중에 의하여 이탈되지 않도록 지지하는 볼스터(Bolster:15)로 이루어지며, 그 볼스터(15)의 외측에는 플레이트형상을 갖는 다수의 서브링(Sub-Ring:16)이 배치된다.

특히 공조용 튜브 또는 파이프와 같은 관상체를 성형하기 위해서는 포트홀의 중심선상에 맨드렐이 끼워진 중공형의 압출금형이 적용되는데, 일반적인 평금형과는 달리 포트홀을 통과한 소재가 베어링(Land부)을 통과하면서 웰딩되어 압출된다.

그러나, 이와 같은 고온 압출방법의 경우에는 소재를 고온 및 고상의 상태에서 수백톤 이상의 하중으로 강제로 밀어내는 공정이 수반되기 때문에 그 압출하중에 의하여 다이링(14)의 내부에 끼워진 다이(12)에 변형이 발생된다는 심각한 문제가 있다.

도 2는 압출하중에 의하여 금형이 변형되는 상태를 나타내는 측단면도이다.

이를 참조하면, 다이링(14)의 내부에 다이(12)가 끼워지고 그 다이의 길이방향으로 형성된 포트홀(11)의 중심선상에는 압출재가 관상체로 성형되게 하기위한 맨드렐(17)이 끼워져 결합된다.

이와 같이 다이(12)가 끼워진 다이링(14)은 콘테이너(13)의 일측단 내부에 끼워져 결합되고 상기 콘테이너(13)의 내부에는 소재가 채워진다.

이와 같은 상태에서는 콘테이너(13) 내부에 채워진 소재에 수백톤 이상의 하중이 인가되면 소재가 유동성을 갖게 되고, 지속적으로 압출하중이 인가되면, 소재가 다이링(14)의 내부에 끼워진 다이(12)의 포트홀(11)을 통하여 배출된다.

이 과정에서 각 포트홀(11)의 중심선상에 맨드렐(17)이 삽입되어 있기 때문에 관상체의 제품이 성형되는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 압출장치에 의한 관상체의 압출성형공정에서는 금형제품 성형부에 도달하기 까지의 데드존(Dead Zone :18)이 형성되면서 소재유동에 불균형이 발생되는 것은 물론, 다이링(14)의 내부에 끼워진 다이(12)에 커다란 압출하중이 직접적으로 인가되기 때문에 다이링(14)의 내부에 끼워진 다이(12)가 압출방향쪽으로 부분적으로 이탈되면서 변형이 발생된다.

그에 따라 소재유동의 압출속도가 부분적으로 달라지게 되면서 성형된 관상체의 내외경사이의 두께에 편차가 발생하게 된다.

이와 같이 관상체의 두께에 편차가 발생되는 경우에는 튜브 또는 파이프의 벤딩가공시 벤딩되는 부위의 바깥쪽부분이 상대적으로 얇아지게 되고, 내부에 냉매 또는 증기 등의 고압의 유체가 흐르게 되면 필연적으로 얇은 부위가 터지게 되는 등의 심각한 문제가 발생된다.

따라서 성형된 관상체에서의 편심현상은 제품의 치수에 커다란 영향을 미치게 된다.

한편, 금형을 설계할 때에는 통상 이와 같은 금형의 변형을 고려하지만, 압출속도와 온도변화 및 빌렛(Billet) 잔량에 따른 하중변화 등의 모든 조건을 전부 고려하여 설계하기는 매우 어렵다는 문제가 있다.

또한, 포트홀의 설계 조건에 따라 소재의 유동에 차이가 많기 때문에 실질적으로 1/100mm이하의 편심을 가지도록 제품을 압출한다는 것은 매우 어렵다는 문제가 있다.

따라서 압출할 때 금형의 변형을 최소로 하고, 소재유동을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 금형의 설계제작은 필수적이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 금형의 내부 및 금형제품 성형부에 도달하기 까지의 데드존을 해소하고, 소재유동을 인위적으로 유도하기 위한 여러 가지형태의 압출장치가 제안되고 있는 바, 그 한가지 예로서 직접 압출법에의하여 관상체를 제조하는 기술이 제안되었다.

도 3은 일반적인 직접 압출장치의 단면도이다.

이를 참조하면, 직접 압출장치(20)는 소재로 채워진 콘테이너(21)의 출구쪽에 결합되는 다이링(22)과, 그 다이링(22)의 입구쪽 내부에 끼워져 결합되며, 길이방향 중심선상에는 소재유입공(23)이 형성된 코어금형(24)과, 상기 다이링(22)의 내부에서 코어금형(24)의 뒷면에 밀착되게 끼워져 설치되며, 코어금형(24)상의 소재유입공(23)과 일치하는 중심선상에는 포트홀(25)이 형성된 다이(26)와, 상기 다이링(22)의 내부에서 다이(26)의 뒷부분에 밀착되게 끼워져 결합되어 압출하중에 의한 코어금형(24) 및 다이(26)의 이탈 또는 임의 회전을 방지하는 백커(27)와, 상기 백커(27)의 뒤쪽에 설치되어 코어금형(24) 내지 백커(27)를 지지하는 볼스터(28) 및 서브 볼스터(29)로 이루어진다.

이와 같은 직접 압출장치(20)에서 상기 다이(26)에 형성된 포트홀(25)의 중심선상에는 실제 관상체가 성형되도록 하는 맨드렐(30)이 삽입설치된다.

한편, 상기한 직접 압출장치의 경우에는 기존의 고온압출법에서의 문제점들은 일정 부분 해소할 수 있으나, 부품수가 많아지고 고장발생율이 높다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 직접 압출법을 적용하면서도 압출공정에서 높은 하중이 인가되더라도 금형의 변형이 발생되지 않도록 하고, 소재유동(Metal Flow)이 압력의 불균형없이 일정하게 유지되도록 하여 관상체 성형물의 내경이 외경에 대비해 편심되게 형성되지 않도록 한 2단 구조의 관상체 성형물의 압출장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 금형의 수리작업성을 향상시킬 수 있도록 하고, 압출비에 따라 복수의 포트홀로 설계할 수 있도록 하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 2단 구조의 관상체 성형물의 압출장치를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 관상체 성형물의 압출장치를 나타내는 분리사시도,

도 2는 일반적인 관상체 성형물의 압출장치에서 다이에 변형이 발생되는 현상을 나타내는 단면도,

도 3은 일반적인 직접 압출장치의 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 관상체 성형물의 압출장치를 나타내는 부분 단면을 보인 확대 분리사시도,

도 5는 본 발명에 따른 관상체 성형물의 압출장치의 결합상태를 나타내는 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 관상체 성형물의 압출장치의 사용상태를 나타내는 단면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

52 : 하우징 53 : 코어금형

54 : 백커(Backer) 55 : 삽입홈

56 : 소재유입공 57 : 포트홀

58 : 맨드렐 59 : 받침턱

60 : 돌출턱 61 : 제품배출공

62 : 나사산.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소정의 직경을 갖는 원기둥 형태로 이루어지며, 압출방향쪽 단면으로부터 내측으로는 소정의 깊이를 갖는 복수의 삽입홈이 일정한 간격으로 형성되고, 반대쪽 단면으로부터 내측으로는 상기 각 삽입홈의 중심선과 일치하는 선상에 소재유입공이 형성된 단일의 하우징과; 상기 하우징의 각 삽입홈 내측단에 끼워지며, 상기 하우징상의 소재유입공을 따라 유입된 소재가 통과되면서 관상체의 제품이 성형되도록 하는 코어금형과; 상기 하우징상의 각 삽입홈의 내측으로 끼워진 상태에서 코어금형을 받쳐주어 압출하중이 인가될 때 코어금형이 변형되거나 회전되지 않도록 지지하는 백커로 이루어진 특징을 갖는다.

이와 같은 본 발명에서 상기 하우징상에 형성된 소재유입공은 바깥쪽이 넓고안쪽으로 갈수록 좁아지도록 형성된 특징을 갖는다.

이와 같은 본 발명에서 상기 코어금형은 내부에 하우징상의 각 소재유입공과 연통되는 하나 또는 복수의 포트홀이 형성되고, 각 포트홀의 중심선상에는 제품이 관상으로 성형되도록 하는 소정의 길이를 갖는 맨드렐이 압출방향쪽으로 돌출되도록 끼워져 설치되며, 압출방향쪽 선단부에는 백커의 내측 선단부에 의하여 지지되는 받침턱이 형성된 특징을 갖는다.

이와 같은 본 발명에서 상기 백커는 그 내측 선단부에 코어금형의 내측으로 끼워지는 소정 길이의 돌출턱이 형성되고, 내측 중심선상에는 바깥쪽이 넓고, 내측으로 갈수록 좁아져 코어금형상의 포트홀과 서로 맞닿게 되는 제품배출공이 형성된 특징을 갖는다.

이와 같은 본 발명에서 상기 하우징상의 삽입홈의 내측 둘레면과 백커의 외측 둘레면에는 상호 나사결합되기 위한 나사산이 형성된 특징을 갖는다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 관상체 성형물의 압출장치를 나타내는 부분 단면을 보인 확대 분리사시도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 관상체 성형물의 압출장치(50)는 소재로 채워진 콘테이너(51)에 결합되는 하우징(52)과, 상기 하우징(52)의 내부에 끼워져 결합되는 코어금형(53)과, 상기 하우징(52)에 끼워진 각 코어금형(53)의 변형 및 회전을 방지하기 위한 백커(54)로 이루어진다.

상기 하우징(52)은 일정한 크기의 직경과 길이를 갖는 원기둥 형태로 이루어진다.

하우징(52)의 압출방향쪽 단면으로부터 내측으로는 소정의 직경과 깊이를 갖는 복수의 삽입홈(55)이 일정한 간격으로 형성된다.

또, 콘테이너(51)와 결합되는 쪽에 해당되는 반대쪽 단면으로부터 내측으로는 상기 각 삽입홈(55)의 중심선과 일치하는 선상에 소재유입공(56)이 형성되며, 소재유입공(56)은 바깥쪽이 넓고 안쪽으로 갈수록 좁아지는 형태로 형성된다.

상기 하우징(52)에 형성된 각 삽입홈(55)의 내측단에는 코어금형(53)이 끼워져 결합된다.

상기 각 코어금형(53)의 내부에는 하우징(52)상의 소재유입공(56)과 연통되는 하나 또는 복수의 포트홀(57)이 형성되고, 각 포트홀(57)의 중심선상에는 제품이 관상으로 성형되도록 하는 소정의 길이를 갖는 맨드렐(58)이 압출방향쪽으로 돌출되도록 끼워져 설치된다.

각 코어금형(53)의 압출방향쪽 선단부에는 백커(54)의 내측단에 의하여 지지되는 받침턱(59)이 형성된다.

상기 백커(54)는 소정의 직경과 길이를 갖는 원통형으로 이루어지며, 그 내측 선단부에 코어금형(53)의 압출방향쪽 선단부에 형성된 받침턱(59)과 밀착되는 소정 길이의 돌출턱(60)이 형성된다.

또, 내측 중심선상에는 바깥쪽이 넓고 내측으로 갈수록 좁아져 코어금형(53)상의 포트홀(57)과 상호 맞닿게 되는 제품배출공(61)이 형성된다.

한편, 상기 하우징(52)상의 삽입홈(55)의 내측 둘레면과 백커(54)의 외측 둘레면에는 상호 나사결합을 위한 나사산(62)이 형성된다.

도 5는 본 발명에 따른 관상체 성형물의 압출장치의 결합상태를 나타내는 단면도이다.

이를 참조하면, 하우징(52)에서 압출방향쪽 단면으로부터 내측으로 형성된 각 삽입홈(55)의 내측단에는 코어금형(53)이 끼워져 결합된다.

이 상태에서 상기 삽입홈(55)에 백커(54)가 나사결합방식으로 끼워져 결합되면, 백커(54)의 선단에 형성된 돌출턱(60)이 코어금형(53)의 압출방향쪽 선단부에 형성된 받침턱(59)에 밀착됨과 동시에 백커(54)의 내부에 형성된 제품배출공(61)이 코어금형(53)의 중심선상에 형성된 포트홀(57)의 선단과 맞닿게 된다.

이 상태에서는 상기 코어금형(53)의 포트홀(57)의 중심선상에 설치된 맨드렐(58)의 선단부가 제품배출공(61)의 내측으로 끼워진 상태가 된다.

이를 참조하면, 도 5의 결합상태에서 공조용 튜브 또는 파이프와 같은 관상체를 성형하고자 하는 경우에, 소재로 채워진 콘테이너(51)의 출구쪽에 하우징(52)을 결합시키고, 유압실린더를 작동시켜 상기 콘테이너(51)의 내부에 채워진 소재에 하중을 가하면, 콘테이너(51)내에 채워진 소재가 하우징(52)에 형성된 소재유입공(56)쪽으로 유동된다.

상기 하우징(52)상의 소재유입공(56)의 내측으로 유동된 소재는 코어금형(53)상의 포트홀(57)의 내측으로 유입된 후 맨드렐(58)의 외측면을 따라 배출되면서 소정의 두께를 갖는 관상체가 만들어진다.

이와 같이 성형된 관상체는 백커(54)의 내측 중심선을 따라 형성된 제품배출공(61)을 따라 이동되어 하우징(52)의 외부로 배출된다.

이와 같은 관상체의 성형과정에서는 콘테이너(51)쪽으로부터 코어금형(53)쪽으로 압출하중이 인가되더라도 백커(54)의 내측단으로부터 돌출되어 코어금형(53)의 외측단의 받침턱(59)에 밀착된 돌출턱(60)의 지지력에 의하여 코어금형(53)이 변형되거나 임의로 회전되지 않게 된다.

따라서 코어금형(53)의 포트홀(57)쪽으로 유입되는 소재에 균일한 압력이 작용되고, 그 결과 편심없는 균일한 두께의 관상체가 얻어진다.

이에 따라 본 발명에 따른 관상체 성형물의 압출장치(50)는 콘덴서 튜브 같은 멀티홀 튜브, 공조용 튜브, 고압출비의 각종 박막튜브와 같은 무편심(Non-Eccentricity)이 요구되는 소형, 박막 파이프 및 튜브제품을 압출성형하는 데 널리 적용될 수 있다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 관상체를 성형하는 코어금형이 하우징 중심부에 견고히 고정되어 있고, 백커가 받쳐주고 있기 때문에 코어금형이 압출하중에 의하여 변형되지 않게 되므로 편심없는 균일한 두께의 관상체가 제조된다.

또, 기존의 압출장치와는 달리 소재유동시에 언밸런스 발생이 거의 없기 때문에 압출시 코어금형의 베어링부를 통과하는 소재의 속도 차이에 의한 제품치수의 변형을 최소화할 수 있다.

Claims

소정의 직경을 갖는 원기둥 형태로 이루어지며, 압출방향쪽 단면으로부터 내측으로는 소정의 깊이를 갖는 복수의 삽입홈(55)이 일정한 간격으로 형성되고, 반대쪽 단면으로부터 내측으로는 상기 각 삽입홈(55)의 중심선과 일치하는 선상에 소재유입공(56)이 형성된 단일의 하우징(52)과;

상기 하우징(52)의 각 삽입홈(55) 내측단에 끼워지며, 상기 하우징(52)상의 소재유입공(56)을 따라 유입된 소재가 통과되면서 관상체의 제품이 형성되도록 하는 코어금형(53)과;

상기 하우징(52)상의 각 삽입홈(55)의 내측으로 끼워진 상태에서 코어금형(53)을 받쳐주어 압출하중이 인가될 때 코어금형(53)이 변형되거나 회전되지 않도록 지지하는 백커(54)를 포함하는 관상체 성형물의 압출장치.
제 1항에 있어서,

상기 하우징(52)상에 형성된 소재유입공(56)은 바깥쪽이 넓고안쪽으로 갈수록 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 관상체 성형물의 압출장치.
제 1항에 있어서,

상기 코어금형(53)은 내부에 하우징(52)상의 각 소재유입공(56)과 연통되는 하나 또는 그 이상의 포트홀(57)이 형성되고, 각 포트홀(57)의 중심선상에는 제품이 관상으로 형성되도록 하는 소정의 길이를 갖는 맨드렐(58)이 압출방향쪽으로 돌출되도록 끼워져 설치되며, 압출방향쪽 선단부에는 백커(54)의 선단부에 의하여 지지되는 받침턱(59)이 형성된 것을 특징으로 하는 관상체 성형물의 압출장치.
제 1항에 있어서,

상기 백커(54)는 그 내측 선단부에 코어금형(53)의 내측으로 끼워지는 소정 길이의 돌출턱(60)이 형성되고, 내측 중심선상에는 바깥쪽이 넓고, 내측으로 갈수록 좁아져 코아금형(53)상의 포트홀(57)과 상호 맞닿게 되는 제품배출공(61)이 형성된 것을 특징으로 하는 관상체 성형물의 압출장치.
제 1항에 있어서,

상기 하우징(52)상의 삽입홈(55)의 내측 둘레면과 백커(54)의 외측 둘레면에는 상호 나사결합되기 위한 나사산(62)이 형성된 것을 특징으로 하는 관상체 성형물의 압출장치.