KR20050029090A - 필로우 볼 제조방법 및 장치와 그 필로우 볼 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다단식 성형기(2)를 이용한 필로우 볼 제조방법에 있어서, 상기 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)에서 제조용 원자재를 절단하여 원기둥 소재(40)를 얻는 예비공정과, 상기 원기둥 소재(40)를 제1단(52) 다이(54)의 가공소재 안착부(56)로 이송시켜 안착공간에 삽입되어 다이측 지지봉(60)에 의해 받쳐지게 안착하고 펀치(62)를 이동시켜 상기 원기둥 소재(40)의 양단면이 가압되게 펀칭해 상하면 평면이 이루어짐과 함께 양측면이 면취 성형된 요입홈을 가지는 예비성형 소재(42)를 얻는 제1공정과, 상기 예비성형 소재(42)를 제2 단(64) 다이(66)의 가공소재 안착부(68)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 예비성형 소재(42)의 양면에 면취 성형된 요입홈(64,66)에 다이핀(70)과 펀치핀(76)을 이용해 양방향 동시 압착 가공하여 중앙부가 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)를 얻는 제2공정과, 상기 중앙부가 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)를 제3 단(92) 다이(94)의 가공소재 안착부(96)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 파이프형 소재(44)의 펀치(114) 및 다이핀(98)을 이용하여 막혀진 중앙 부위를 천공 가공하여 파이프형 소재(46)를 얻는 제3공정과, 상기 파이프형 소재(46)를 제4단(130) 다이(132)의 가공소재 안착부(134)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 펀치(154)를 이동시켜 펀치(158)와 다이(136)가 동시에 파이프형 소재(46)의 양단을 가압하여 몸통부의 구면(球面)을 기초 성형하여 기초구면 파이프형 소재(48)를 얻는 제4공정과, 상기 기초구면 파이프형 소재(48)를 제5단(180) 다이(182)의 가공소재 안착부(186)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 펀치(208)를 이동시켜 펀치핀(210)과 다이핀(188)이 동시에 기초구면 파이프형 소재(48)의 양단을 가압하여 상기 몸통부의 기초구면을 완성구면(球面)으로 성형해 필로우볼 완제품(50)을 얻는 제5공정으로 이루어진다.

본 발명은 자동차용 필로우 볼(pillow ball) 및 제조에 이용될 수 있다.

Description

필로우 볼 제조방법 및 장치와 그 필로우 볼{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING PILLOW BALL, AND PILLOW BALL THEREOF}

본 발명은 차량 부품 제조에 관한 것으로, 특히 다단식 성형기를 이용한 필로우 볼(pillow ball) 제조방법 및 제조장치와 그 필로우 볼에 관한 것이다.

차량 부품중 하나인 필로우 볼(pillow ball)은 자동차용 서스펜션 부위에 사용되는 로워 암(lower arm)의 중요 구성품이다. 상기 필로우 볼의 형상은 관통공을 가지는 파이프인데 그 파이프 중앙부위 외부는 볼록하게 융기된 구면(球面)을 가지고 있다. 이러한 필로우 볼은 정밀한 제품을 대량 제조할 수 있어 생산성 및 원가면 등에서 큰 장점이 있는 다단식 압조 성형방식으로 제조하지 못하고, 주로 절삭 가공방식에 의존해 제조하고 있다. 그 이유는 다단식 압조성형 방법으로 필로우 볼을 제조하게 되면 압조 성형시 중요부위인 볼록하게 융기된 중앙부의 내외부에 좌굴현상이 발생되기 때문이다.

도 1에는 종래 기술에 따른 절삭가공방식에 의해 제조되는 필로우 볼 제조 공정이 순차적으로 도시되어 있으며, 크게 4가지의 공정으로 이루어진다.

도 1을 참조하면, 이음매 없는 파이프(seamless pipe)를 전단기로 필로우 볼 제조용 원자재가 되게 절단한 후(제1공정), 필로우 볼 제조용 원자재 파이프의 외경을 CNC(Computerized Numerical Control) 선반 공작기를 이용하여 1차 절삭가공(제2 공정) 및 2차 정삭가공(제3 공정)을 수행하고, 그 후 양측 개구 모서리부를 절삭 가공 및 내경 면취가공(제4 공정)함으로써 필로우 볼이 완성품(8)으로 제조되어진다.

하지만 상기와 같은 필로우 볼 제조 공정은 하기와 같은 문제점이 있다.

(1) 사용되는 원재료 가격이 압조용 원재료에 비해 2배 이상인 고가의 이음매 없는 파이프(seamless pipe)를 사용하여야만 가능하다.

(2) 가공품 치수의 정밀도 보증이 어렵다. CNC선반 등에 의해서 절삭을 행할 시 절삭기계 구성요소 중 바이트 팁(bite tip)등의 공구 마모로 인하여 치수변형이 빈발하였으며, 특히 길이방향의 정밀도는 일반적으로 가공비용을 줄이기 위해 수치제어식 장비가 아닌 일반적인 컷팅 방법을 행함으로써 정밀도 보증이 매우 어려웠다. 요컨대 제품의 품질 산포가 심하다.

(3) 각 공정간의 작업시간이 길다. 1차 컷팅, 2차 및 3차 몸통부위 외경 절삭, 4차 양측 개구의 모서리 절삭 등 약 3분 내외의 작업시간이 소요된다.

(4) 가공품은 구조적으로 금속의 유동가공이 아닌 절삭가공으로 행해짐으로써 금속의 섬유조직(metal fiber flow)이 절단된 상태가 되어 금속의 인장강도, 피로강도 등 기계적 성질에서 취약한 구조로 된다.

따라서 본 발명의 목적은 자동차용 필로우 볼을 다단식 성형기로 제조 가능한 필로우 볼 제조방법 및 제조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 좌굴현상이 없이 다단식 압조 성형방식으로 자동차용 필로우 볼을 제조하는 제조방법 및 제조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속의 인장강도, 피로강도 등 기계적 성질이 우수한 필로우 볼을 제공함에 있다.

상기한 목적에 따라, 본 발명은, 다단식 성형기(2)를 이용한 필로우 볼 제조방법에 있어서, 상기 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)에서 제조용 원자재를 절단하여 원기둥 소재(40)를 얻는 예비공정과, 상기 원기둥 소재(40)를 제1단(52) 다이(54)의 가공소재 안착부(56)로 이송시켜 안착공간에 삽입되어 다이측 지지봉(60)에 의해 받쳐지게 안착하고 펀치(62)를 이동시켜 상기 원기둥 소재(40)의 양단면이 가압되게 펀칭해 상하면 평면이 이루어짐과 함께 양측면이 면취 성형된 요입홈을 가지는 예비성형 소재(42)를 얻는 제1공정과, 상기 예비성형 소재(42)를 제2 단(64) 다이(66)의 가공소재 안착부(68)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 예비성형 소재(42)의 양면에 면취 성형된 요입홈(64,66)에 다이핀(70)과 펀치핀(76)을 이용해 양방향 동시 압착 가공하여 중앙부가 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)를 얻는 제2공정과, 상기 중앙부가 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)를 제3 단(92) 다이(94)의 가공소재 안착부(96)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 파이프형 소재(44)의 펀치(114) 및 다이핀(98)을 이용하여 막혀진 중앙 부위를 천공 가공하여 파이프형 소재(46)를 얻는 제3공정과, 상기 파이프형 소재(46)를 제4단(130) 다이(132)의 가공소재 안착부(134)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 펀치(154)를 이동시켜 펀치(158)와 다이(136)가 동시에 파이프형 소재(46)의 양단을 가압하여 몸통부의 구면(球面)을 기초 성형하여 기초구면 파이프형 소재(48)를 얻는 제4공정과, 상기 기초구면 파이프형 소재(48)를 제5단(180) 다이(182)의 가공소재 안착부(186)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 펀치(208)를 이동시켜 펀치핀(210)와 다이핀(188)이 동시에 기초구면 파이프형 소재(48)의 양단을 가압하여 상기 몸통부의 기초구면을 완성구면(球面)으로 성형해 필로우볼 완제품(50)을 얻는 제5공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기의 다단식 성형기를 이용한 필로우 볼 제조방법으로 필로우 볼을 압조성형 제조하는 바, 상기 필로우 볼의 파이프 중앙부의 외면에는 볼록한 구면이 성형되고 대응 중앙부 내면에는 오목한 구면이 성형된 구조를 가짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시 예에서는 새로운 압조 기술에 의한 다단식 성형기를 이용하여 필로우 볼을 제조한다. 통상 파이프 형상의 제품의 양측 단부를 가압 하게되면 통상 좌굴현상이 나타난다. 이때 좌굴현상은 주로 파이프 내부보다는 파이프 외부에서 길이방향으로 발생되는데, 이는 가이드(guide)나 고정부가 없는 상황에서는 원소재의 응력이 집중되는 부위 즉, 금속 조직의 밀도가 낮은 부분으로 변형되려고 하는 금속의 성질 때문이다.

본 발명의 실시 예에서는 다단식 성형기를 이용한 필로우 볼을 제조하면서도 상기와 같은 좌굴 현상이 발생되지 않도록 하는 필로우 볼 제조장치 및 방법을 구현한다. 이를 위해 일반적인 다단식 성형기 각 단의 다이블록 및 펀치블록에는 본 발명의 실시 예에 따라 좌굴현상 방지를 위한 다이금형 및 펀치금형이 설치된다.

도 2는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 다단식 성형기의 측단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예의 이해를 돕기 위한 다단식 성형기의 작업 일순간을 포착한 평면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 다단식 성형기(2)는, 크게 다이측 고정부(4)와 펀치측 구동부(6)로 구성되며, 다이측 고정부(4)의 선단에는 다이블록(10)이 장착되고 펀치측 구동부(6)의 선단에는 펀치블록(12)이 장착된다. 각 단의 다이블록(10) 및 펀치블록(12)에는 본 발명의 실시 예에 따른 다이금형(도 3의 22) 및 펀치금형(도 3의 28)이 설치된다. 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)는, 가공할 소재를 절단하기 위한 절단나이프 블록(knife block)(20)과, 제1단(52) 내지 제5단(180) 블록 어셈블리로 구성하고 있으며, 상기 각 단간에는 이전 단에서 가공된 가공소재를 이후단으로 이동시키기 위한 집게지그(24)를 구비하고 있다.

도 3에서, 미설명된 참조번호 "26"은 집게지그(24)에 집혀서 다음 단으로 이동되고 있는 가공 소재이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)에 의한 필로우 볼 가공소재를 공정별로 도시한 도면으로 가공할 소재를 절단하는 예비공정 및 #1공정 내지 #5공정의 본 공정으로 이루어진다.

그리고, 도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 각 단에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이다. 더욱 상세히 설명하면, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제1단(52)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제2단(64)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이며, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제3단(92)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제4단(130)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조도이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제5단(180)에 대응된 다이금형 및 펀치 금형의 구체 구조도이다.

본 발명의 실시 예에 따라 새로운 압조방식의 다단식 성형기(2)에 의한 제조공정은, 예비공정과, #1공정 내지 #5공정의 본 공정으로 이루어지며, 공정들 각각에 대해서는 도 2 내지 도 9가 참조하여 상세히 설명될 것이다.

(가) 예비공정

원형 와이어(wire) 선재를 다단식 성형기(2)에 구비된 도 2의 절단나이프 블록(20)의 절단 다이(die)의 면을 절단 나이프(knife)가 직선운동시켜 절단함으로써 도 4에 도시된 바와 같은, 원기둥 소재(40)를 얻는다.

(나) #1공정

#1공정은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제1단(52)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조를 도시하고 있는 도 5가 주로 참조되어 설명될 것이다.

상기 예비공정에서 절단된 원기둥 소재(40)는 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)과 제1단(52)간에 위치하는 집게지그에 의해서 이송되어 제1단(52)의 다이금형(이하 "다이"라 칭함)(54)의 가공소재 안착부(56)에 삽입 안착되어진다. 가공소재 안착부(56)의 하부에는 다이측 지지봉(60)이 가공소재 안착부(56)의 안착공간내에 약간 삽입 고정되어 있는 바, 가공소재 안착부(56)에 삽입 안착된 원기둥 소재(40)의 하부면을 받치게 된다.

그 후 다단식 성형기(2)의 펀치(58)를 하강시켜 제1단 펀치(58)의 펀치측 가압봉(62)이 삽입 안착된 원기둥 소재(40)의 상면을 가압 펀칭한다. 그 결과 원기둥 소재(40)의 절단된 상하면은 다이측 지지봉(60) 및 펀치측 가압봉(62)을 통한 가압에 의해서 교정되어지고, 도 4에 도시된 바와 같은 예비성형 소재(42)가 얻어진다. 상기 원기둥 소재(40)의 절단된 상하면(절단면)을 교정하는 것은 절단면에 생긴 요철부분을 교정하여 평면부를 확보함과 아울러 원기둥 소재(40) 내부조직의 균일화를 이루기 위함이다. 상기와 같이 평면부 확보 및 내부 조직 균일화를 하여야만 추후 전개되는 후차 공정에서의 성형성 확보를 할 수 있다.

또한 제1단(52)의 펀치측 가압봉(62) 및 다이측 지지봉(60)의 선단부에는 약 3˚정도 테이퍼진 돌출부가 가공되어 있는 바, #1공정 수행에 의해 예비성형 소재(42)의 양단면에는 도 4에 도시된 바와 같이, 면취 성형되어 약 3˚정도 테이퍼진 요입홈(64,66)이 형성된다. 상기 테이퍼진 요입홈(64,66)은 차후 공정(#2공정)에서 펀치 핀(도 6의 76) 및 다이 핀(도 6의 70)의 중앙부가 예비 성형된 소재(42)의 중앙으로 정확히 안내되도록 하는 역할을 담당한다.

(다) #2공정

#2공정은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제2단(64)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조를 도시하고 있는 도 6이 주로 참조되어 설명될 것이다.

#1공정에 의해서 예비 성형된 소재(42)는 다단식 성형기(2)의 제1단(52)과 제2단(64)간에 위치한 집게지그에 의해서 이동되면서 방향이 상하 반전되어지고 그 후 제2단(64)의 다이(66)의 가공소재 안착부(68) 하단 안착공간에 안착된다. 다이(66)의 내부에는 작동실(80)이 구비되어 슬리브작동용 압축스프링(82)이 안치되고 슬리브 받침대(84)에 다이측 슬리브(86) 및 다이핀(70)이 끼워져 결합 설치되고 슬리브받침대(84)의 하부에는 다이블록(88)에 고정된 고정판(86)이 체결된다. 또한 슬리브(72)를 쳐주기 위한 다이측 탈거핀(90)이 고정판(86)과 받침대(84)를 관통하여 다이측 슬리브(72)의 하부면에 맞닿아 있다. 다이측 슬리브(72)의 선단은 가공소재 안착부(68)에 안착된 가공소재(44)의 하부 외주 면을 받치고 있다. 제2단(64)의 펀치(74)는 펀치 핀(76) 및 펀치측 슬리브(78)를 포함하고 있다.

#2공정(1차 예비공정)에서는 예비 성형된 소재(42)의 양면에 면취 성형된 요입홈(64,66)을 양방향 동시 압착 가공 즉, 다이핀(70)과 펀치 핀(76)에 의한 동시 압착 가공을 수행함에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙부가 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)를 얻게된다. #2공정의 중요점은 차후 공정에서 중앙부가 융기(구면)된 파이프의 기본형으로서 상하 동시에 금형을 작동할 때 가공소재가 가지고 있는 금속조직의 유동성을 용이하게 한다.

(라) #3공정

#3공정은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제3단(92)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조를 도시하고 있는 도 7이 주로 참조되어 설명될 것이다.

상기 #2공정에 의해서 성형된 중앙부 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)는 다단식 성형기(2)의 제2단(64)과 제3단(92)간에 위치하는 집게지그에 의해서 이동되어 다이(94)내 가공소재 안착부(96)의 하단 안착공간에 안착된다.

다이(94)의 내부에는 작동실(97)이 구비되어 슬리브작동용 압축스프링(118)이 안치되고 슬리브받침대(120)에 다이측 슬리브(100) 및 다이핀(98)이 끼워져 결합 설치되고 슬리브받침대(120)의 하부에는 다이블록(123)에 고정된 고정판(122)이 체결된다. 또한 다이측 슬리브(100)를 쳐주기 위한 다이측 탈거핀(124)이 고정판(122)과 받침대(120)를 관통하여 다이측 슬리브(100)의 하부면에 맞닿아 있다. 다이측 슬리브(100)의 선단은 가공소재 안착부(96)에 안착된 가공소재(44)의 하부 외주 면을 받치고 있다. 제3단(92)의 펀치(112)는 펀치핀(114) 및 펀치측 슬리브(116)를 포함하고 있다. 상기 펀치측 슬리브(116)는 펀치핀(114)보다 훨씬 더 길게 돌출되어 있다.

다이(94)내 가공소재 안착부(96)의 하단 안착공간에 안착된 후, 펀치(112)가 이동하여 펀치측 슬리브(116)가 상기 중앙부 막혀진 형상의 파이프형 소재(도 4의 44)의 상측 외주면을 가압함으로써 상기 파이프형 소재의 막혀진 중앙 부위를 천공(hole piercing)가공이 되게 하여 도 3에 도시된 바와 같은, 파이프형 소재(46)를 얻게된다. 이때 천공 가공은 다이(94)의 다이 핀(94)에 의해서 수행되어진다.

(마) #4공정

#4공정은 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)의 제4단(130)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조를 도시하고 있는 도 8이 주로 참조되어 설명될 것이다.

상기 #3공정에서 성형된 파이프형 소재(46)는 다단식 성형기(2)의 제3단(92)과 제4단(130)간에 위치하는 집게지그에 의해서 이동되어 제4 다이(132)의 가공소재 안착부(134)에 안착된다. 상기 가공소재 안착부(134)의 개구에는 기초구면 형상이 가공되어 있다.

다이(132) 내부에는 작동실(140)이 구비되어 슬리브작동용 압축스프링(142)이 안치되고 다이측 슬리브(138)와 다이핀(136)이 결합 설치되고, 그 하부에 받침대(144)가 끼워지며 상기 받침대(144) 하부에는 고정판(146)을 고정볼트(147)로 체결시킴으로써, 다이(132)를 구성한다. 또한 다이(132)의 내부에는 작동실(140)로부터 외부로 연통된 가공유 배출구(152)가 형성되어 있고, 슬리브(138)를 쳐주기 위한 탈거핀(148a,148b)이 고정판(146)과 받침대(144)를 관통하여 슬리브(138) 하부면에 맞닿아 있다.

펀치(154) 내부에도 가공소재를 압착 성형하기 위해 다이(132)의 가공소재 안착부(134)와 동일하게 개구에 기초구면이 가공된 구조의 가공소재 삽입부(170)를 가지고 있고, 내부 작동실(506)에 슬리브작동용 압축스프링(162)이 안치되고 슬리브(160)와 펀치핀(158)이 결합 설치되고 고정판(164)이 장착됨으로써, 펀치(154)를 구성한다. 펀치(154)의 내부에도 작동실(156)로부터 외부로 연통된 가공유 배출구(172)가 형성되어 있고, 슬리브(160)를 쳐주기 위한 탈거핀(168a,168b)이 고정판(164)을 관통하여 펀치측 슬리브(164)의 하부면에 맞닿아 있다.

#4공정을 참조하면, 일측단에서는 펀치(154)로 가압하여 펀치핀(158)과 펀치측 슬리브(160)를 이용하여 가공소재의 중간부에 구면작업의 기초형상을 성형하고, 동시에 타측단부에서는 다이(132)의 다이 핀(136) 및 다이측 슬리브(138)을 이용하여 가공소재의 중간부에 구면작업의 기초형상을 성형함으로써 도 4에 도시된 바와 같은, 기초구면성형 파이프형 소재(48)를 만든다. 이때 다이(132)측의 기초구면 형상과 펀치측 기초구면 형상이 균일하게 가공소재가 성형되어야만 차후공정에서 확장된 구의 형상으로 된다. 따라서 #4공정에서의 중요점은 가공소재의 상하부면에 균등한 가압이 이루어지게 한다는 것이다. 즉 균등한 압력과 속도로 가공소재를 가압하여야만 소재 내부조직의 균일화 및 원활한 성형이 가능하다. 이러한 연유로, 다이(132)의 가공소재 안착부(134)에 형성된 기초구면 형상 및 펀치(154)의 가공소재 삽입부(170)에 형성된 기초구면 형상도 가공소재의 재질 및 완성구면의 직경 등이 고려되어서 정해진다.

(바) #5공정

#5공정은 본 발명의 실시 예에 따른 필로우 볼 제조공정중 핵심되는 공정으로서, 다단식 성형기(2)의 제5단(180)에 대응된 다이 및 펀치 금형의 구체 구조를 도시하고 있는 도 9가 주로 참조되어 설명될 것이다.

#4공정에서 기초구면성형 파이프형 소재(48)는 다단식 성형기(2)의 제4단(130)과 제5단(180)간에 위치하는 집게지그에 의해서 이동되어 제5단 다이(182)의 가공소재 안착부(186)의 안착공간에 안착된다. 상기 제5단(180)은 다이(182) 및 펀치(208) 양측이 동시성형 작동하는 구조를 가지고 있다.

제5단(180)의 다이(182)는 다이 고정구(die holder)(202)에 의해 체결되어 다이 블록(die block)(184)에 장착되어 있다. 다이(182)에는 기초구면 파이프형 소재(48)를 안착시키기 위한 가공소재 안착부(186)가 구비된다. 가공소재 안착부(186)의 재질은 내마모성 강한 재질로서, 일 예로 텅스턴 카바이트이다. 다이(182) 내부에는 작동실(194)이 구비되어 슬리브작동용 압축스프링(192)이 안치되고 슬리브(190)와 다이핀(188)이 결합 설치되고, 후부에 받침대(196)가 끼워진 후 고정판(198)을 고정볼트(206)들로 체결시킴으로써, 다이(182)를 구성한다. 또한 다이(182)의 내부에는 작동실(194)로부터 외부로 연통된 가공유 배출구(204)가 형성되어 있고, 슬리브(190)를 쳐주기 위한 탈거핀(200a,200b)이 고정판(198)과 받침대(196)를 관통하여 슬리브(190)의 하부면에 맞닿아 있다.

펀치(208) 내부에도 가공소재를 구면 성형할 수 있게 완성구면형상이 가공되어 있고, 내부 작동실(213)에 슬리브작동용 압축스프링(214)이 안치되고 슬리브(212)와 펀치핀(210)이 결합 설치되고 고정판(216)이 장착됨으로써, 펀치(208)를 구성한다. 펀치(208)의 내부에는 작동실(213)로부터 외부로 연통된 가공유 배출구(219)가 형성되어 있고, 슬리브(212)를 쳐주기 위한 탈거핀(218a,218b)이 고정판(216)을 관통하여 펀치측 슬리브(212)의 하부면에 맞닿아 있다.

기초구면성형 파이프형 소재(48)가 다이(182)의 가공소재 안착부(186)에 삽입 안착될 시 다이핀(188)은 삽입 안착된 파이프형 소재(48)의 하단부 기초구멍에 끼워지고, 다이측 슬리브(190)는 상기 파이프형 소재(48)의 하부 외주면을 받친다.

가공소재 안착부(186)에 기초구면성형 파이프형 소재(48)가 안착된 후 펀치(208)가 다이(182)측 방향으로 이동하면서 상기 파이프형 소재(48)의 상단부 기초구멍에 끼워짐과 동시에 파이프형소재(48)의 상단부를 가압하기 시작한다. 그에 따라 다이(182)측 및 반대측 펀치(208)측도 동시에 압착 성형이 진행된다.

펀치(208)가 미리 설정된 하사점까지 이동되면서 양방향 동시에 기초구면성형 파이프형 소재(48)의 양측 단부를 가압하게 됨으로써 펀치(208)와 다이(182)의 개구부 완성구면 형상 공간영역으로 소재를 확장 유동시켜 소재의 중앙부에 구면이 성형되어진다. 이때 기초구면 성형 파이프형 소재(48)의 몸통 중앙부분은 양쪽 끝단보다 이미 소재의 크기가 커져 있으므로 즉, 기초구면이 성형되어 있으므로 자연스럽게 다이(182)와 펀치(208)에 형성되어 있는 완성구면 공간영역까지 변형 가공되며 완성구면이 성형된다. 그 결과 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙부의 외면에 볼록한 완성구면이 성형된 완제품(50)을 얻게 된다.

본 발명의 실시 예에 따른 필로우 볼 완제품(50)은 도 4에 도시된 바와 같이, 압조 성형을 함에 의해 중앙부의 외면에 볼록한 구면이 성형됨과 아울러 내면에도 오목한 구면이 성형된 특징을 가진다. 이는 종래 기술에 따른 도 1에 도시된 바와 같은, 절삭 가공된 필로우볼 완제품(8)의 파이프구멍 내면 구조와는 상이한 다단식 압조 성형 가공에 따른 구조적 특징이다. 본 발명의 실시 예에 따른 필로우볼 완제품(8)은 금속의 유동가공에 의해 성형되므로 금속의 안장강도, 피로강도 등 기계적 성질이 뛰어나다.

한편 하사점까지 이동된 펀치(208)는 하사점으로부터 후퇴하게 되고, 탈거 핀(knockout pin)(86)은 다이측 슬리브(190)를 쳐주므로 구면성형 완제품(90)을 다이(72)의 가공소재 안착부(186)로부터 탈거시킨다. 이때 슬리브(190)는 슬리브작동용 압축 스프링(192)의 반력에 의해서 다시 제자리로 돌아간다.

상기와 같이 공정들에 의해서 다단식 성형기(2)를 이용한 필로우볼 제조공정의 한 사이클(one cycle)이 종료된다. 다단식 성형기(2)의 각 단에서 한 사이클(one cycle) 가공시 걸리는 소요시간은 1초 내외가 소요되는 바, 본 발명에 따른 공정이 기계 성형기 내부에서 5단계의 공정을 거치므로 1단 가공시 1초이면 도합 5초이나 기계가 연속동작으로 이루어짐으로 작업시작 시에만 5초가 소요되고 계속작업이 이루어 질 때는 1초가 된다.

하기 표 1의 테이블에서는 종래 기술과 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기(2)를 이용한 필로우 볼 제조방법간을 대비해서 나타내고 있다.

상기한 표 1에서 나타난 바와 같이 여러 가지 항목들로 대비해 본 바와 같이, 본 발명의 다단식 성형기를 이용한 필로우볼 제조방법은 종래 절삭 가공에 비해서 모든 항목에서 월등한 바, 그에 따라 생산원가 절감이 상당하게 되어 제품의 가격 경쟁력에서도 우위에 있게된다.

상술한 본 발명의 설명에서는 자동차용 플로우 볼과 같은 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 본 발명의 금형 공법은 자동차용 필로우 볼(pillow ball)외에 유사한 제품에도 응용될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 필로우 볼을 다단식 성형기로 제조하면서도 좌굴현상이 없도록 하여 다단식 성형기의 이점을 최대한 이용할 수 있다. 또한 종래 절삭 가공에 비해서 모든 항목에서 월등하여 생산원가 절감을 이룰 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 절삭가공방식에 의해 제조되는 필로우 볼 제조공정도,

도 2는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 다단식 성형기의 측단면도,

도 3은 본 발명의 실시 예의 이해를 돕기 위한 다단식 성형기의 작업 일순간을 포착한 평면도,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기에 의한 필로우 볼 가공소재를 공정별로 도시한 도면.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다단식 성형기 각 단에 대응된 다이 및 펀치 금형 구조도.

<<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>>

2: 다단식 성형기 4: 다이측 고정부

6: 펀치측 구동부 10: 다이

12: 펀치 52: 제1단

64: 제2단 92: 제3단

130: 제4단 180: 제5단

Claims (4)

1. 다단식 성형기(2)를 이용한 필로우 볼 제조방법에 있어서,

   상기 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)에서 제조용 원자재를 절단하여 원기둥 소재(40)를 얻는 예비공정과,

   상기 원기둥 소재(40)를 제1단(52) 다이(54)의 가공소재 안착부(56)로 이송시켜 안착공간에 삽입되어 다이측 지지봉(60)에 의해 받쳐지게 안착하고 펀치(62)를 이동시켜 상기 원기둥 소재(40)의 양단면이 가압되게 펀칭해 상하면 평면이 이루어짐과 함께 양측면이 면취 성형된 요입홈을 가지는 예비성형 소재(42)를 얻는 제1공정과,

   상기 예비성형 소재(42)를 제2 단(64) 다이(66)의 가공소재 안착부(68)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 예비성형 소재(42)의 양면에 면취 성형된 요입홈(64,66)에 다이핀(70)과 펀치핀(76)을 이용해 양방향 동시 압착 가공하여 중앙부가 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)를 얻는 제2공정과,

   상기 중앙부가 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)를 제3 단(92) 다이(94)의 가공소재 안착부(96)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 상기 파이프형 소재(44)의 펀치(114) 및 다이핀(98)을 이용하여 막혀진 중앙 부위를 천공 가공하여 파이프형 소재(46)를 얻는 제3공정과,

   상기 파이프형 소재(46)를 제4단(130) 다이(132)의 가공소재 안착부(134)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 펀치(154)를 이동시켜 펀치(158)와 다이(136)가 동시에 파이프형 소재(46)의 양단을 가압하여 몸통부의 구면(球面)을 기초 성형하여 기초구면 성형 파이프형 소재(48)를 얻는 제4공정과,

   상기 기초구면 성형 파이프형 소재(48)를 제5단(180) 다이(182)의 가공소재 안착부(186)로 이송시켜 안착공간에 삽입 안착하고 펀치(208)를 이동시켜 펀치핀(210)와 다이핀(188)이 동시에 기초구면 성형 파이프형 소재(48)의 양단을 가압하여 상기 몸통부의 기초구면을 완성구면(球面)으로 성형해 필로우 볼 완제품(50)을 얻는 제5공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 필로우 볼 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 예비 성형된 소재(42)의 양측면 면취 성형된 요입 홈은 수 도정도 테이퍼져 있음을 특징으로 하는 필로우 볼 제조방법.
3. 제1항의 다단식 성형기를 이용한 필로우 볼 제조방법으로 압조성형 제조하여 상기 필로우 볼의 파이프 중앙부의 외면에는 볼록한 구면이 성형되고 대응 중앙부 내면에는 오목한 구면이 성형된 구조를 가짐을 특징으로 하는 필로우 볼.
4. 다단식 성형기(2)를 이용한 필로우 볼 제조장치에 있어서:

   상기 다단식 성형기(2)를 절단블록(20) 및 제1단(52) 내지 제5단(180)으로 구성하고, 상기 각 단간에는 이전 단에서 가공된 가공소재를 이후단으로 이송시키기 위한 집게지그를 구비하며;

   상기 다단식 성형기(2)의 절단나이프 블록(20)은, 제조용 원자재를 절단하여 원기둥 소재(40)를 성형하고,

   상기 제1단(52)은, 집게지그에 의해서 제1단(52) 다이(54)의 가공소재 안착부(56)에 이송된 상기 원기둥 소재(40)를 펀치(62)를 이동시켜 상기 원기둥 소재(40)의 양단면이 가압되게 펀칭해 상하면 평면이 이루어짐과 함께 양측면이 면취 성형된 요입홈을 가지는 예비성형 소재(42)를 성형하고,

   상기 제2단(64)은, 집게지그에 의해서 제1단(52)으로부터 제2단(64)의 다이(66)의 가공소재 안착부(68)에 이송된 상기 예비성형 소재(42)를 다이핀(70)과 펀치핀(76)을 이용해 상기 예비성형 소재(42)의 양면에 면취 성형된 요입홈(64,66)의 안내로 양방향 동시 압착 가공하여 중앙부가 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)로 성형하며,

   상기 제3단(64)은, 집게지그에 의해서 제2단(64)으로부터 제3단(92)의 다이(94)의 가공소재 안착부(94)에 이송된 상기 중앙부가 막혀진 형상의 파이프형 소재(44)를 상기 파이프형 소재(44)의 펀치(114) 및 다이핀(98)을 이용하여 막혀진 중앙 부위를 천공 가공하여 파이프형 소재(46)로 성형하고,

   상기 제4단(130)은, 집게지그에 의해서 상기 파이프형 소재(46)를 제3단(92)으로부터 제4단(130)의 다이(132)의 가공소재 안착부(134)에 이송시겨 삽입안착시키고, 펀치(154)를 이동시켜 펀치(158)와 다이(136)가 동시에 파이프형 소재(46)의 양단을 가압하여 몸통부의 구면(球面)을 기초 성형하여 기초구면성형 파이프형 소재(48)로 성형하며,

   상기 제5단(180)은, 집게지그에 의해서 제4단(130)으로부터 제5단(180)의 다이(182)의 가공소재 안착부(186)에 이송된 상기 기초구면 파이프형 소재(48)를 펀치(208)를 이동시켜 펀치핀(210)과 다이핀(188)이 동시에 기초구면 파이프형 소재(48)의 양단을 가압하여 상기 몸통부의 기초구면을 완성구면(球面)으로 성형해 필로우볼 완제품(50)을 얻도록 구성됨을 특징으로 하는 필로우 볼 제조장치.