KR20040059144A

KR20040059144A - 브이형상의 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의제조방법

Info

Publication number: KR20040059144A
Application number: KR1020020085721A
Authority: KR
Inventors: 김동권; 김영득; 김동영; 배인석
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2002-12-28
Filing date: 2002-12-28
Publication date: 2004-07-05
Also published as: KR100528085B1

Abstract

본 발명은 "V" 형상의 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법에 관한 것으로, 가열된 강괴를 상부 원형 금형을 통해 예비성형체 상태의 프리폼으로 가공하는 프리폼 단조 단계와; 상기 예비성형체 상태의 프리폼을 제 1상부 평금형과 하부 평 금형을 통해 블록형상으로 성형하는 블록 연신 단조단계와; 상기 예비성형체 상태인 프리폼의 중앙부로부터 일정한 간격을 두고 좌·우를 프레스 가공하는 프리폼 좌·우 단조단계와; 상기 프리폼 좌·우 단조단계를 통해 형성된 예비성형체 상태의 프리폼 중앙부 좌·우측면을 상·하부 측면 "V"형상 금형으로 눌러 넥킹각(a)를 가진 "V" 형 넥킹형상을 이루도록 성형하는 "V"형 프리폼 단조단계와; 상기 예비성형체 상태의 프리폼에 굽힘용 상부 금형을 수직방향으로 눌러 굽힘각(e)을 가지도록 "V" 형상으로 단조하는 프리폼 날개 단조단계와; 상기 예비성형체 상태의 프리폼 양측면에 대하여 수직방향으로 누름작업과 연신작업을 하는 프리폼 절곡 단조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 "V" 형상의 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법에 의하면, "V" 형상의 프리폼 제조와 "V" 형 프레싱 작업, 형상작업물 누르기 작업, 마무리 단조작업등을 프레스 금형과 매니플레이터등에 의해 순차적으로 유연하게 작업의 흐름이 이루어질 수 있도록 함으로써 생산성을 극대화하고, 비용 및 작업공수를 절감할 수 있도록 할 뿐만 아니라 "V" 형상의 프리폼 제조와 "V" 형 프레싱 작업, 형상작업물 누르기 작업, 마무리 단조작업등을 작업자의 직접적인 접근없이 작업이 가능하도록 하여 안정성을 증대시키는 효과가 있는 것이다.

Description

브이형상의 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A CRANK THROW BY USING V-FORMED PREFORM}

본 발명은 선박용 크랭크쓰로우에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박 엔진용 크랭크샤프트에 사용되는 핵심부품인 크랭크쓰로우(Crank Throw)를 굽힘용 상·하부 금형과 상·하부 "V"형상 금형을 이용하여 프리폼을 형성한 후, 밴딩 단조 함으로써, 다양한 치수 및 형상조건 변화에도 유연성있게 대처할 수 있도록 한 "V" 형상의 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박용 크랭크쓰로우는 대형 선박용 엔진품에 들어가는 핵심부품으로써, 다수개의 크랭크쓰로우와 저어널축이 서로 열박음 연결되어 하나의 크랭크샤푸트품을 이루게 되는데, 상기 크랭크샤푸트가 회전운동을 하게 되는 경우에 각각 연결된 상기 크랭크쓰로우 사이에 커낵팅 로드가 조립되어 회전운동을 왕복운동으로 바꿔주는 역할을 하게 되는 것이다.

종래기술에 의한 선박용 크랭크쓰로우를 제작하기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 쇳물을 부어 만든 강괴(15a)를 하부 라운드 금형(13)의 상측에 놓고 상부 라운드 금형(10)으로 눌러 1차 라운드 형태로 성형한 후, 일정크기로 절단한 라운드 블록형 프리폼(15b)을 블록받침대(16)의 상측에 얹고, 상부 평 금형(10a)으로 재차 눌러 일정한 형상의 블록형 프리폼(15c)을 성형하는 작업을 수행한다. 그리고, 상기 블록형 프리폼(15c) 성형 작업을 수행한 후, 크레인(미도시)을 이용하여 크레인 고리(23)에 걸어 이동시키고, 외부틀(20)안에 하부 형상 금형(19)과 가이드플레이트(18)를 장착시킨 후, 그 안에 상기 블록형 프리폼(15c)을 크레인으로 들어 외부틀(20)안에 길이방향으로 밀어넣는다. 상기와 같은 작업과정을 거친 후, 프레싱 금형(17)으로 블록형 프리폼(15c)이 하부 형상 금형(19)에 닿도록 누르고, 라운드 형상 안에 소재가 밀려들어 갈 때까지 1차 프레싱하여 성형시킨다. 그리고, 상기 프레싱 금형(17)을 빼어 제거하는 작업을 끝내고, 분할 금형(12)을 1차 프레싱한 프리폼(15d) 상부측의 중심선상에 위치하도록 세팅한 후, 요구되는 거리까지 중심부를 기준으로 누르기 작업을 한다. 상기 작업과정을 거친 후, 성형된 형상작업물과 금형들을 분리하기 위해 분할 금형(12)을 들어 올릴때, 분할받침대(24)를 양측에 놓고 성형된 소재품과 금형이 함께 고정된 것을 크레인으로 들어 고공에서 회전시켜 양측에 고정된 하부 형상 금형(19)과 분할 금형(12)의 끝단을 각각 분할받침대(24)의 상측에 얹어 세팅하고 분할보조대(12a)를 형상작업물의 측면에만 걸치도록 하여 상측에서 상부 평 금형(10a)으로 적절하게 누르는 분리작업을 통해 완제품 상태인 크랭크쓰로우(15e) 단조작업을 마무리하게 된다.

참고로, 상술한 작업과정에서는 상기 강괴를 단조작업을 통해 최종제품인 크랭크쓰로우로 완성하기까지의 단계에서 각각의 명칭을 달리하여 설명하였다.(이하, 동일하다.)

그러나, 종래기술에 의한 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조장치 및 제조방법에 의하면, 상기 블록형 프리폼(15c)을 넣기 위해 크레인을 이용하여 가이드 플레이트(18)를 외부틀(20) 내부에 넣을 때 형상작업물이 1,230℃인 고온 상태이고, 10∼50톤인 고중량이며, 크기는 4,000mm×1,700mm×920mm인 중대형으로 핸들링이 어려울 뿐만 아니라 작업자에게 안전사고의 문제점이 있었다.

또한, 프레싱 금형(17)으로 상기 블록형 프리폼(15c)을 누를 때 하부 형상 금형(19)을 라운드 형상으로 제작하기 어렵고, 분할 금형(12)을 이용한 분할성형작업을 위한 세팅시 중앙라인(CL1)을 따라 좌·우 균일한 분할성형이 이루어져야 하는데, 'CL2'로 이동되어 내려오는 경우(CASE 1상태), 또는 비스듬하게 내려오는 경우(CASE 2상태)가 발생함으로써 좌·우 불균일 현상이 발생하여 불량율이 높아지게된다.

그리고, 상기의 경우 좌·우 균일한 분할을 이룰수 있도록 하기 위해 작업시간이 지연되면 상기 형상작업물의 온도가 떨어져 응고되게 되는데, 이를 분리하기 위해 분할금형(12)을 들어 올릴때 하측의 상기 외부틀(20)과, 상기 하부 형상 금형(19)과, 상기 가이드 플레이트(18) 등이 함께 들어 올려지게 된다. 따라서, 이들을 서로 분리하기 위해서는 수차례에 걸쳐 전체를 들었다가 바닥에 빠르게 떨어드려 충격을 주게 되는데, 이 경우, 분진과 연기가 과도하게 발생되며, 안전상의 위험이 수반되어 하나의 제품을 완전히 만드는데 따른 생산성이 극히 저하되는 문제점이 발생하였다.

또한, 작업과정에서 요구되는 제품치수(C1~C12)와 형상조건들이 변경될 경우, 관련된 모든 금형들을 교체해야 함에 따른 원가 상승 및 경쟁력 저하, 제품 불량율의 상승과 같은 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, "V" 형상의 프리폼 제조와 "V" 형 프레싱 작업, 형상작업물 누르기 작업, 마무리 단조작업 등을 프레스 금형과 매니플레이터 및 금형들에 의해 순차적으로 유연한 작업흐름이 이루어질 수 있도록 하여, 비용 및 작업공수를 절감하고 생상성 향상을 이룰 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, "V" 형상의 프리폼 제조와 "V" 형 프레싱 작업, 형상작업물 누르기 작업, 마무리 단조작업 등을 작업자의 직접적인 접근없이 작업이 가능하도록 하여 안정성을 증대시키는데 있다.

도 1은 종래기술에 의한 선박용 크랭크쓰로우의 제조공정을 도시한 개략적인 전체공정도이고,

도 2는 종래기술에 따른 블록형 프리폼의 사시도이며,

도 3은 종래기술에 따른 프리폼을 도시한 도면으로써, 3a는 프리폼의 평면도이고, 3b는 프리폼의 측면도이며,

도 4는 본 발명에 의한 선박용 크랭크쓰로우의 제조공정을 도시한 개략적인 전체공정도이고,

도 5는 본 발명에 따른 "V" 형상의 프리폼을 도시한 도면으로서, 도 5a는 예비 성형체 상태인 "V" 형상 프리폼의 측면도이고, 도 5b는 예비성형체 상태인 "V" 형상 프리폼의 평면도이며, 도 5c는 "V" 형상 프리폼을 이용하여 완성된 최종 제품상태인 크랭크쓰로우의 사시도이다.

** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10...상부 라운드 금형, 10a...상부 평 금형,

12...분할 금형, 12a...분할보조대,

13...하부 라운드 금형, 15a...강괴,

15b...라운드 블록형 프리폼, 15c...블록형 프리폼,

15d...1차 프리폼, 15e...크랭크쓰로우,

16...블록받침대, 17...프레싱 금형,

18...가이드 플레이트, 19...하부 형상 금형,

20...외부틀, 23...크레인 고리,

24...분할받침대, 100...상부 원형 금형,

101a...상부 측면 "V"형상 금형, 101b...하부 측면 "V"형상 금형,

102a...강괴, 102b,102c...프리폼,

102d...크랭크쓰로우, 103...제 1 상부 평 금형,

104...굽힘용 상부 금형, 105...굽힘용 하부 금형,

106...디바이딩 금형, 107...매니플레이트,

110...하부 블록받침대, 111...제 2상부 평 금형,

112...하부 평 금형.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 "V" 형상의 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법에 의하면, 가열된 강괴를 상부 원형 금형을 통해 예비성형체 상태의 프리폼으로 가공하는 프리폼 단조 단계와; 상기 예비성형체 상태의 프리폼을 제 1상부 평 금형과 하부 평 금형을 통해 블록형상으로 성형하는 블록 연신 단조단계와; 상기 예비성형체 상태인 프리폼의 중앙부로부터 일정한 간격을 두고 좌·우를 프레스 가공하는 프리폼 좌·우 단조단계와; 상기 프리폼 좌·우 단조단계를 통해 형성된 예비성형체 상태의 프리폼 중앙부 좌·우측면을 상·하부 측면 "V"형상 금형으로 눌러 넥킹각(a)를 가진 "V" 형 넥킹형상을 이루도록 성형하는 "V"형 프리폼 단조단계와; 상기 예비성형체 상태의 프리폼에 굽힘용 상부 금형을 수직방향으로 눌러 굽힘각(e)을 가지도록 "V" 형상으로 단조하는 프리폼 날개 단조단계와; 상기 예비성형체 상태의 프리폼 양측면에 대하여 수직방향으로 누름작업과 연신작업을 하는 프리폼 절곡 단조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 "V"형 프리폼 단조단계에서 "V" 형 넥킹형상을 이루도록 하는 넥킹각(a)은 30°±10°를 이루도록 단조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프리폼 날개 단조단계에서 굽힘용 상부 금형을 수직방향으로 누를 때의 굽힘각(e)은 60°±10°를 이루도록 단조하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 의한 선박용 크랭크쓰로우의 제조공정을 도시한 개략적인 전체공정도이고, 도 5는 본 발명에 따른 "V" 형상의 프리폼을 도시한 도면으로서, 도 5a는 예비성형체상태인 "V" 형상 프리폼의 측면도이고, 도 5b는 예비성형체상태인 "V" 형상 프리폼의 평면도이며, 도 5c는 "V" 형상 프리폼을 이용하여 완성된 최종제품상태인 크랭크쓰로우의 사시도이다.

즉, 본 발명에 의한 브이형 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법에 의하면, 가열된 강괴(102a)의 내부조직을 치밀하게 다지기 위해 블록받침대(110)에 올려놓고, 강괴(102a)의 상부면을 상부 원형 금형(100)으로 다져주는 프리폼 단조 단계와; 하부 평 금형(112)의 상측에 다져진 프리폼(102b)를 올려 놓고 프리폼(102b)의 상면을 제 2상부 평 금형으로 일정크기의 블록형상으로 성형하는 블록 연신 단조단계와; 상기 프리폼(102b)의 중앙부에 일정간격을 두고 좌·우를 눌러 다지는 프리폼 좌·우 단조단계와; 상기 프리폼 좌·우 단조단계를 통해 형성된 예비성형체 상태의 프리폼(102b) 중앙부 좌·우측면을 상·하부 측면 "V"형상 금형(101a)(101b)으로 눌러 넥킹각(a)를 가진 "V" 형 넥킹형상을 이루도록 성형하는 "V"형 프리폼 단조단계와; 상기 프리폼(102b)을 "U" 형상의 굽힘용 하부 금형(105)의 상측에 놓고 제 1상부 평 금형(103)과 일체형을 이루는 굽힘용 상부 금형(104)을 수직방향으로 눌러 굽힘각(e)을 가지도록 "V" 형상으로 단조하는 프리폼 날개 단조단계와; 상기 블록 연신 단조단계, 프리폼 성형 단조단계, 프리폼 날개 단조단계를 통해 형성된 예비성형체를 이루는 프리폼(102c)의 일측을 하부 블록받침대(110)에 지지하고, 상기 프리폼(102c)의 중심부에 매니플레이터(107)에 고정된 일정폭을 가진 디바이딩 금형(106)으로 지지한 후 상기 프리폼(102c)의 일측을 제 1상부 평 금형(103)을 통해 수직방향으로 누름작업과 연신작업을 하는 프리폼 절곡 단조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프리폼 단조 단계에서는, 가열된 강괴(102a)를 상기 항 하부 블록받침대(110)에 올려놓고, 예비성형체 상태인 프리폼(102b)의 상부면을 상부 원형 금형(100)의 하측 수평면으로 눌러 주어 상기 프리폼(102b)의 내부조직을 치밀하게 다지게 된다.

그리고, 상기 블록 연신 단조단계에서는, 하부 평 금형(112)의 상측에 가열된 프리폼(102b)를 올려 놓고 프리폼(102b)의 상면을 제 2상부 평 금형으로 누르기작업을 하여 일정크기의 블록형상으로 성형하게 된다.

또한, 상기 프리폼 좌·우 단조단계에서는, 프리폼(102b)의 중앙부에 일정간격을 두고 좌·우 양측부를 눌러 요구되는 제품의 치수에 맞게 적절한 형상으로 단조작업을 하게 된다.

그리고, 상기 "V"형 프리폼 단조단계에서는, 상기 프리폼 좌·우 단조단계를 통해 형성된 예비성형체 상태의 프리폼(102c) 중앙부 좌·우측면을 상·하부 측면 "V"형상 금형(101a)(101b)으로 눌러 넥킹각(a)를 가진 "V" 형 넥킹형상을 이루도록 성형한다. 여기서, 상기 "V" 형상의 프리폼은 도 4 및 도 5a, 도 5b, 도 5c에 도시된 바와 같이, 하단부 치수(N2, N3b, N3h) 중 N2는 제조 완료된 완제품의 CT2에 해당되며, N3b, N3h는 CT3와 같이 소재가 함몰되어 부족하게 될 경우 이 부분을 눌러 줌으로써 이를 채워주는 역할을 하게 된다. 상기 크랭크쓰로우(103)에서 단조완제품의 관계요소를 살펴보면 N1은 CT1에, N6는 CT6에, N4는 CT4에, N5는 CT5에 해당되고, N7은 N7L의 간격에 따라 크랭크쓰로우의 CT7에 영향을 주게 되는데, 이때, 그 넥킹각(a)은 30°±10°을 이루도록 하여 최상의 치수 및 형상으로 성형한다. 상기 "V" 형상의 최종제품 단계인 크랭크쓰로우의 CT8은 디바이딩 금형(106)의 두께(t)에 따라 결정되도록 한다.

또한, 상기 프리폼 날개 단조단계에서는, 상기 프리폼(102c)을 "U" 형상의 굽힘용 하부 금형(105)의 상측에 놓고 제 1상부 평 금형(103)과 일체형을 이루는 굽힘용 상부 금형(104)을 수직방향으로 눌러 굽힘각(e)을 가지도록 "V" 형상으로 단조하게 된다. 이때, 상기 굽힘각(e)은 약60°±10°를 이루어 프레싱하게 된다.

그리고, 상기 프리폼 절곡 단조단계에서는, 상기 블록 연신 단조단계, 프리폼 성형 단조단계, 프리폼 날개 단조단계를 통해 형성된 예비성형체를 이루는 프리폼(102c)의 일측을 하부 블록받침대(110)에 지지하고, 상기 프리폼(102c)의 중심부에 매니플레이터(107)로 잡은 일정폭을 가진 디바이딩 금형(106)으로 지지한 후 상기 프리폼(102c)의 일측을 굽힘용 상부 금형(104)을 통해 수직방향으로 누름작업과 연신작업을 하게 된다.

이어서, 마무리단계에서는,· 상기 프리폼 절곡 단조단계를 거쳐 형성된 "V" 형상의 프리폼(102d)을 꺼내어 보관하게 된다.

상기의 작업과정을 일명 벤드포징 제조공법이라 하는데, 이러한 벤드포징 제조방법을 이용하면 생산성이 매우 향상되며, 제품생산 비용 및 작업공수를 최소화할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 브이형 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법에 의하면, "V" 형상의 프리폼 제조와 "V" 형 프레싱 작업, 형상작업물 누르기 작업, 마무리 단조작업등을 프레스 금형과 매니플레이터 및 금형들에 의해 순차적으로 유연하게 작업의 흐름이 이루어질 수 있도록 하여 빠른 생산성 향상과 비용 및 작업공수를 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 다른 효과는 "V" 형상의 프리폼 제조와 "V" 형 프레싱 작업, 형상작업물 누르기 작업, 마무리 단조작업등을 작업자의 직접적인 접근없이 작업이 가능하도록 하여 안정성을 증대시키는데 있다.

Claims

선박용 크랭크쓰로우의 제조방법에 있어서,

가열된 강괴를 상부 원형 금형을 통해 예비성형체 상태의 프리폼으로 가공하는 프리폼 단조 단계와;

상기 예비성형체 상태의 프리폼을 제 1상부 평 금형과 하부 평 금형을 통해 블록형상으로 성형하는 블록 연신 단조단계와;

상기 예비성형체 상태인 프리폼의 중앙부로부터 일정한 간격을 두고 좌·우를 프레스 가공하는 프리폼 좌·우 단조단계와;

상기 프리폼 좌·우 단조단계를 통해 형성된 예비성형체 상태의 프리폼 중앙부 좌·우측면을 상·하부 측면 "V"형상 금형으로 눌러 넥킹각(a)를 가진 "V" 형 넥킹형상을 이루도록 성형하는 "V"형 프리폼 단조단계와;

상기 예비성형체 상태의 프리폼에 굽힘용 상부 금형을 수직방향으로 눌러 굽힘각(e)을 가지도록 "V" 형상으로 단조하는 프리폼 날개 단조단계와;

상기 예비성형체 상태의 프리폼 양측면에 대하여 수직방향으로 누름작업과 연신작업을 하는 프리폼 절곡 단조단계:

를 포함하는 것을 특징으로 하는 브이형 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 "V"형 프리폼 단조단계에서 "V" 형 넥킹형상을 이루도록 하는 넥킹각(a)은 30°±10°를 이루도록 단조하는 것을 특징으로 하는 브이형 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 프리폼 날개 단조단계에서 굽힘용 상부 금형을 수직방향으로 누를때의 굽힘각(e)은 60°±10°를 이루도록 단조하는 것을 특징으로 하는 브이형 프리폼을 이용한 선박용 크랭크쓰로우의 제조방법.