KR20050067108A - 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더를 폐쇄하는 방법 및 그이행 수단 - Google Patents
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Abstract
양 끝단에서 기부(1)와 헤드(5)가 체결되고, 내측에서 로드(3)와 일체로 피스톤(2)이 활주하는 원통형 튜브 본체(4)를 포함하는 종류의 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더를 제조하는 방법이며, 나사 결합 및/또는 용접 공정을 사용하지 않고 잭의 튜브 본체(4)에 헤드(5)와 기부(1)를 이동 불가능한 방식으로 체결하기 위해, 튜브 본체 자체의 전체 두께로 연장되는 제어된 소성 변형을 튜브 본체의 단부에서 이행하여, 방사상 내측으로 돌출된 적어도 하나의 원주형 링을 각 단부 상에 생성하여 튜브 자체 내에 삽입된 헤드(5)와 기부(1) 상에 배열된 적어도 하나의 특정 그루브(7) 내에 삽입함으로써 단부들을 국부적으로 용이하게 변형시켜 이들을 현장에서(in situ) 로킹하게 하는 것을 특징으로 하는 방법이다. 이러한 소성 변형은 튜브와 기부 사이의 결합과 튜브와 헤드 사이의 결합의 기계적인 밀봉은 보장한다.
Description
본 발명은 대체로 유압, 공압(pneumatic) 및 유공압(oleopneumatic) 실린더를 제조하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기계적 "롤링(rolling)"을 매개로 실린더를 "폐쇄"하는 방법에 관한 것이다.
현재, 잭과 유압, 공압 또는 유공압 실린더의 제조는, 기부 및 헤드를 실린더 자체의 튜브형 몸체에 용접할 것을 규정하며, 용접 공정 동안에 국부적으로 도달하는 고온에 의해 야기되는 재료의 내부 장력의 문제는 물론 명백한 노동과 처리 비용을 수반하게 된다.
예를 들어 주조(coining) 및 적층(lamination)과 같이, 실린더를 폐쇄하기 위해 사용되는 다른 공정들은, 약 20%의 생산 폐기물을 일으키는 소성 변형 영역에서의 내 균열성의 부재와 약 70%의 생산 폐기물과 관련된 기밀 및 기계적인 밀봉에서 필연적인 실패와 함께 소성 변형의 비균일성에 기인하는 중대한 결함을 갖고 있다.
본 발명의 목적은 이행 공정, 특히 유압, 공압 및 유공압 실린더를 폐쇄하는 단계를 개선하는 것이다. 본 발명에 따라, 이러한 것은, 용접 및 나사 결합 공정의 제거를 제공하는 공정을 제공하고, 이들 공정을 기계적인 롤링을 매개로 이행된 소성 변형의 특수 공정으로 대체함으로써 달성될 수 있다.
전술한 공정을 이행하는 수단도 또한 본 발명의 목적이다.
본 발명의 기초를 이루는 발명적 개념은 잭 자체의 튜브형 몸체에 헤드와 기부를 연결하기 위해 나사 결합 및/또는 용접 공정을 사용하지 않고 실린더 또는 잭의 폐쇄를 이행하는 것이다.
이러한 공정들은 특수 장치에 의해 이행된 롤링 공정에 의해 제어된 소성 변형을 이행하는 특수 잠금/폐쇄 방법을 매개로 용이하고 값싸게 이행된다.
본 발명에 따라, 상기와 같은 단점을 제거하기 위해, 특수한, 양호하게는 다중 롤러 성형 헤드를 구비하는 롤링 머신에 의해 이행되는 기계적인 롤링이 제공되어, 처리 폐기물을 상당히 줄일 수 있다.
양호한 실시예를 도시하면서 예시를 위해 간단하게 기재하였지만 제한할 목적이 아닌 첨부 도면 및 후술되는 설명을 참조하여 본 발명을 보다 양호하게 이해할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 잭의 구성요소들의 개략적인 확대도이다.
도2는 이미 조립되고 폐쇄되어 사용될 준비가 된 도1의 잭의 개략도이다.
도3은 소성 변형을 이행하는 공정 동안에 다중 롤러 헤드를 도시하는 사시도이다.
도4는 본 발명에 따른 소성 변형을 얻기 위한 제2 방법을 도시한다.
도5는 변형 뒤에 잭 헤드의 단부의 3차원 확대 단면도이다.
도6은 단면의 저확대 사진 영상이다.
본 발명은, 잭과 유압(hydroulic), 공압(pneumatic) 및 올레오공압(oleopneumatic) 실린더를 제조하는 공정에서, 나사 결합 및 용접 기계 공정을 특별한 롤링 공정으로 대체함으로써 제거하는 것을 허용한다.
알려진 바와 같이, 잭(도 1 및 도2)은 기부(1), 라이너(liner) 또는 튜브(4), 피스톤(2), 로드(3) 및 헤드(5)로 구성된다.
기부(1) 및 헤드(5)는 라이너(4)에 제거 불가능한 방식으로 체결되어야 하며, 기부(1)는 실린더 또는 잭 자체의 폐쇄 부재로서 작동하고, 헤드(5)는 사용되는 액체 또는 기체에 의해 가압된 로드(3)의 활주를 허용하는 부재로서 작동한다. 결국, 로드(3)은 피스톤(2)에 명백하게 일체로 된다.
라이너 또는 튜브(4) 내측에서 자유롭게 활주하는 피스톤(2)은, 피스톤(2) 자체 상에 배열된 특정 그루브(6) 내에 삽입된 하나 이상의 양호하게는 링형(오링(O-ring)) 가스켓(G)에 의해 유압적으로 또는 공압적으로 밀봉된다.
가스켓(G)과 그루브(6)로 된 동일한 시스템을 사용하여, 기부(1)와 라이너(4) 및 헤드(5)와 라이너(4) 사이의 밀봉은 물론 로드(3)와 헤드(5) 사이의 밀봉을 보장한다.
전술한 바와 같이, 잭을 제조하기 위해, 헤드를 튜브에 연결하고 기부를 튜브에 연결하는 두 가지 다른 기술, 즉 나사 결합 및 용접을 사용하는 몇 가지 다른 방법들이 현재 사용되고 있다. 실제로, 두 가지 기술 모두 기부를 튜브에 체결시키고 헤드를 튜브에 체결시키는 데 사용할 수 있으며, 또는 기부를 튜브에 고정하기 위해 용접이 더 자주 사용되고 헤드를 튜브에 고정하기 위해 나사 결합이 더 많이 사용된다.
특히, 용접 공정을 이행하는 데 요구되는 시간을 별개로 하고, 용접 공정은 튜브(4)에 응력을 발생시키고 튜브(4)를 변형시켜, 실린더 또는 잭 자체의 평균 수명을 줄인다.
본 발명에 따른 롤링 공정은, 튜브 상에 적절하게 작용하므로써, 튜브(4)와 기부(1) 사이의 결합과 튜브(4)와 헤드(5) 사이의 결합에서 완전한 기계적인 밀봉을 허용하는 소정의 소성 변형을 균일하고 재현 가능한 방식으로 균열 없이 시행하는, 특정 성형 다중 롤러 헤드를 구비한 전술한 기계적 롤링 머신을 매개로 수행된다. 이를 위해, 기부와 헤드는 적어도 하나의 각각의 외부 환형 그루브를 구비하며, 그 그루브 내에 튜브의 변형된 영역이 끼워진다.
도2에 도시된 바와 같이, 기부(1)의 최내측 그루브(6)와 헤드(5)의 최내측 그루브는, 유압 또는 공압 밀봉을 보장하는 적절한 재료로 된 가스켓(G)용 시트(sheet)로 작용하는 반면, 각각의 외부 그루브(7)는 기술된 기계적 롤링 공정에 의한 소성 변형에 의해 "이동"되는 튜브(4)의 재료를 용이하게 수용한다.
튜브 또는 라이너(4)의 상기 소성 변형은, 외부 환형 그루브와 튜브 자체의 축을 향하여 방사상 방향으로 돌출하는 대응하는 내부 링을 실제로 형성시키며, 그 링은 기부(1) 및 헤드(5) 상에 배열된 대응하는 환형 그루브(7) 내로 용이하게 삽입된다.
유리하게는, 사용된 기계적 공정은, 튜브(4)와 튜브의 양단에 체결된 구성 요소(기부(1)와 헤드(5)) 사이에 그루브(7) 내측에서 균일한 접촉을 보장한다.
공정 품질은 몇 개의 튜브 표본에 대한 주사 전자 현미경(scan electron microscopy: SEM) 분석을 매개로 조사되고 있다. SEM 관측은 외부 표면, 내부 표면 및 금속분석(metallographic) 기법으로 관측을 위해 준비된 매뉴팩트(manufact) 단면을 포함한다. 조사에 따르면, 외부 표면 상에만 아주 소량으로 균열이 있고 그 균열은 10 내지 20 마이크로미터 미만의 깊이에 한정되며, 내부 표면은 균열이 생기지 않는다. 도6에는, 튜브와 기부 또는 헤드 사이에 접합 영역의, 튜브 자체의 종방향 축에 따라 취해진 저확대 단면도가 도시되어 있다.
폐쇄 공정을 이행하는 특정 성형 다중 롤러 헤드(TM)에 사전 조립된 실린더를 고정함으로써 기계적인 롤링 공정이 수행된다. 매우 넓은 범위에서 다양한 압력에서 또한 마찬가지로 성형 롤러(R1)의 매우 다양한 회전 속도에서, 냉간 및/또는 열간 상태에서 이러한 공정이 수행될 수 있으며, 즉, 생산을 설정하는 동안에 튜브(4)의 크기 및 두께, 구성 재료의 특성 등에 따라 상기 몇 가지 변수들이 결합될 필요가 있다.
각 롤링 공정을 수행하는 시간은 수 초에서 최대 50 내지 50초로 변화한다.
지금까지 적용된 해결책과는 달리, 기술된 공정은, 유리하게는, 생산 폐기물을 70% 초과값으로부터 0.1% 미만의 값으로 줄임으로써, 튜브(4)에 기부(1)와 헤드(5)를 고정하는 것을 보장하는 것을 허용한다.
2000 조각의 모형 생산에 관한 실험 데이터는 관련된 튜브 영역의 구조적인 균일성, 생성된 소성 변형의 치수 재현성 및 잠금(locking) 시트(7)(도6)의 완전하고 동질의 "충전"에 대한 롤링 공정의 절대적인 재현성을 보여주고 있다는 것도 지적된다. 이러한 조건들은 최적의 기계적 유압 밀봉을 보장한다.
제조된 시제품에 수행된 조사에서, 기계적 유압 밀봉은 시장에서 현재 구할 수 있는 제품보다 우수하다는 것을 알게 되었다.
또한, 용접 공정이 전혀 수행되지 않아, 전술한 공정에 따른 라이너(4)는 다른 구성요소와의 허용 공차에 대한 변형을 겪지 않으므로, 본 발명에 따라 얻은 제품의 평균 수명은 현재 공지된 실린더 및 잭의 수명보다 길어진다.
작동 관점에서 보면, 전술한 "롤링" 공정은 다음과 같이 이행되는 데, 즉, 롤링 머신의 특정 성형 다중 롤러 헤드(TM)는 튜브 또는 라이너의 영역에 위치 설정되며, 그 위치에서, 튜브(4)의 축을 향해 방사상 돌출된 라이너 자체의 내부 환형 돌출부(jut)가 대응하게 되는 외부 환형 그루브(7)을 생성하는 소성 변형이 일어나야 한다.
일단 위치 설정되면, 성형 롤러(R1)들은, 방사상 방향을 따라 튜브(4)에 균일하고 점진적인 방식으로 접근한다.
튜브(4)에의 접근 단계 동안에, 롤러(R1)들은 실린더에 대해 방사상 방향으로 대칭적으로 움직이고, 또한 동일한 동시적인 회전 운동을 갖는다. 이런 식으로, 튜브(4)의 내측에 위치 설정된 기부(1) 및/또는 헤드(5)와 일체로 그 고유 축을 중심으로 자유롭게 회전하는 튜브(4)와 일단 접촉하면, 롤링 머신은, 성형 롤러(R1)의 충분한 압력을 매개로 튜브와 접촉하는 동일한 곳에 (냉간 또는 열간 상태로) 소정의 국부적인 환형 소성 변형을 야기한다.
롤러(R1)와 감아올리는 효과(dragging effect)에 의한 (롤러와 반대 방향으로의) 튜브(4)의 회전 운동은, 기부(1) 및/또는 헤드(5)의 대응하는 그루브(7)의 내측을 향하여 이동하는 재료를 최적으로 그리고 일정하게 만들어서, 기부(1) 및/또는 헤드(5)의 로킹(locking)을 수행함으로써, 이러한 공정을 더 용이하게 한다. 도5는 헤드(5)에서 튜브(4)에 가해진 변형이 명확하게 도시된 확대도를 도시하고 있다.
이러한 고정은, 튜브(4) 내측 및 외측에서 균열 형성을 방지하고, 방사상 및/또는 축상 이완(slack) 없이 튜브와 단부 구성 요소 사이에 일체적인 잠금(lock)을 허용한다.
전술한 사항으로부터, 기술된 공정은,
1. 기부(1) 상에 배열된 대응하는 환형 그루브(6) 내측에 가스켓(G)을 위치 설정하는 단계와,
2. 잭의 라이너(4)이 일 단부에 소정 위치에 기부(1)를 삽입하는 단계와,
3. 튜브(4)의 전술한 제1 단부에 다중 롤러 헤드(TM)를 위치 설정하는 단계와,
4. 튜브(4)의 외부 실린더형 표면에 성형 롤러(R1)들을 동시에 접근시키고, 롤링을 매개로 소성 변형을 수행하는 단계와,
5. 실린더로부터 성형 롤러(R1)들을 떨어지게 하는 단계와,
6. 로드(3)와 일체인 피스톤(2) 상에 배열된 대응하는 환형 그루브(6) 내측에 가스켓(6)을 위치 설정하는 단계와,
7. 헤드(5)의 외부 및 내부 실린더형 표면 상에 배열된 대응하는 환형 그루브(6) 내측에 가스켓(6)을 위치 설정하는 단계와,
8. 잭의 라이너(4)의 제2 단부에서 소정 위치에 로드(3) 상으로 이미 삽입된 헤드(5)는 물론 튜브(4) 내측에 피스톤(2)를 삽입하는 단계와,
9. 전술한 제2 단부에 대하여 단계 3 내지 6을 반복하는 단계를 실제로 포함하는 것이 명백하다.
당연히, 먼저 헤드(5)를 체결하고 다음에 기부(1)를 체결하도록 단계의 순서를 바꾸는 것도 가능하다.
또한, 가스켓(G)이 이미 구비된, 체결되는 부품들과 로드(3)를 구비한 피스톤(2)을 대응하는 올바른 위치로 위치 설정한 후에, 실린더(4)의 양 단부 상에서 동시에 작용하는 두 개의 다중 롤러 헤드(TM)을 제공할 수 있다는 것도 주목해야 한다.
바로 전에 설명한 실시예(도3)에서, 양호하게는, 다중 롤러 헤드(TM)는, 장치가 자체 중심 조정(self-centering)되도록 120도로 위치 설정된 세 개의 성형 롤러(R1)을 구비하며, 이러한 것는 부하 및 응력의 절대적으로 균일하면서 대칭적인 분포를 보장하여, 비대칭성 및/또는 균열을 생성할 수 있는 변형 및 내부 응력을 최소로 줄인다.
여하튼, 세 개보다 적거나 많은 수의 롤러가 사용될 수도 있다는 것은 명백하다.
결국, 도4에 도시된 본 발명의 변형은 다중 롤러 헤드(TM)을 성형 링 매트릭스(M1)로 대체하는 것을 제공한다.
전술한 실시예와는 달리, 소성 변형은, 내측 상에 성형되고 소정 속도로 회전하면서 실린더의 튜브(4)에 점차 접근하는 두 개의 반 링(half ring)(매트릭스)(M1)에 의해 구성된 성형 링에 의해 이행되므로써, 원하는 소성 변형을 이행한다.
성형 롤러(M1)에 대한 대안으로서, 본 발명에 따라 소성 변형을 수행하는 헤드의 다른 변형은, 소성 변형에 의해 생성된 응력을 보상하기 위해 하나 이상의 스러스트 롤러와 하나의 성형 롤러(R1)를 제공한다.
본 발명은, 한 가지 실시예와 몇 가지 변형을 참조하여 기술되었지만, 당업자라면 기술적 및/또는 동작 관점에서 동등하지만 본 산업상 발명의 보호 범위 내에 포함되는 변형 및/또는 대체물에 적용할 수 있을 것이다.
Claims (12)
- 양 끝단에 기부(1)와 헤드(5)가 체결되고, 내측에 로드(3)와 일체로 된 피스톤(2)이 활주하는 원통형 튜브 본체(4)를 포함하는 종류의 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더를 제조하는 방법이며,나사 결합 및/또는 용접 공정을 사용하지 않고 잭의 튜브 본체(4)에 헤드(5)와 기부(1)를 이동 불가능한 방식으로 체결하기 위해, 방사상 내측으로 돌출된 적어도 하나의 원주형 링을 각 단부 상에 생성하여 튜브 자체 내에 삽입된 헤드(5) 및 기부(1) 상에 각각 배열된 적어도 하나의 특정 그루브(7) 내에 삽입함으로써 각 단부들을 국부적으로 용이하게 변형시켜 이들을 현장에서(in sito) 로킹하도록, 튜브 본체 자체의 전체 두께로 연장되는 제어된 소성 변형을 튜브 본체(4)의 단부들에서 이행하는 단계를 제공하며, 상기 소성 변형은 튜브(4)와 기부(1) 사이의 그리고 튜브(4)와 헤드(5) 사이의 결합의 기계적인 밀봉을 보장하는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제어된 소성 변형은 기계적 롤링에 의해 이행되는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 기부(1)와, 헤드(5)와, 피스톤(2)과 로드(3)의 밀봉을 보장하기 위해, 내측으로 로드가 활주하는 헤드의 외부 및 내부 실린더 표면 상에는 물론 기부와 피스콘의 외부 실린더 표면 상에 배열된 특정 그루브(6) 내에 가스켓(G)을 위치 설정하는 단계를 제공하는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 튜브 또는 라이너(4)의 상기 소성 변형은, 외부 환형 그루브 및 튜브의 자체 축을 향하여 방사상 방향으로 돌출하는 대응하는 내부 링을 생성함으로써 튜브 자체의 전체 두께에 용이하게 영향을 미치고, 내부 링은 기부(1)과 헤드(5) 상에 배열된 각각의 환형 그루브(7) 내로 끼워지는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 실린더의 폐쇄 과정을 수행하는 하나 이상의 성형 롤러(R1)을 포함하는 적어도 하나의 특정 다중 롤러 헤드(TM)에 사전 조립된 실린더 또는 잭을 고정함으로써 기계적 롤링 과정을 수행하는 단계를 제공하고, 소성 성형은 성형 롤러(R1)의 다양한 압력과 회전 속도에서 냉각 또는 가열 상태에서 발생할 수 있는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 롤러(R1)는, 실린더(4)에 대하여 방사상 방향으로 대칭적으로 이동하고, 동일한 동시적인 회전 운동을 가지며, 다중 롤러 헤드(TM)는, 튜브 내측에 위치 설정된 헤드(5) 및/또는 기부(1)에 일체인 자체 축을 중심으로 자유롭게 회전하는 튜브(4)와 일단 접촉하면, 상기 성형 롤러(R1)의 충분한 압력을 매개로 소정의 국한된 환형 소성 변형을 실린더 자체에 발생시키는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,A) 기부(1) 상에 구비된 대응하는 환형 그루브(6) 내측에 적절한 가스켓(G)을 위치 설정하는 단계와,B) 잭의 라이너(4)의 제1 단부에 소정 위치에 기부(1)를 삽입하는 단계와,C) 튜브(4)의 상기 제1 단부에 하나 이상의 성형 롤러(R1)를 포함하는 특정 다중 롤러 헤드(TM)를 위치 설정하는 단계와,D) 튜브(4)의 외부 실린더형 표면에 성형 롤러(R1)들을 동시에 접근시키고, 롤링을 매개로 소성 변형을 수행하는 단계와,E) 실린더로부터 성형 롤러(R1)들을 떨어지게 하는 단계와,F) 로드(3)와 일체인 피스톤(2) 내에 구비된 대응하는 환형 그루브(6) 내측에 가스켓(6)을 위치 설정하는 단계와,G) 헤드(5)의 외부 및 내부 실린더형 표면 상에 구비된 대응하는 환형 그루브(6) 내측에 추가적인 가스켓(6)을 위치 설정하는 단계와,H) 잭의 라이너(4)의 제2 단부에서 소정 위치에 로드(3) 상에 이미 삽입된 헤드(5)는 물론 튜브(4) 내측에 피스톤(2)를 삽입하는 단계와,I) 튜브(4)의 상기 단부에 하나 이상의 성형 롤러(R1)를 포함하는 특정 다중 롤러 헤드(TM)를 위치 설정하는 단계와,J) 튜브(4)의 외부 실린더형 표면에 성형 롤러(R1)들을 동시에 접근시키고, 롤링을 매개로 소성 변형을 수행하는 단계와,K) 실린더로부터 성형 롤러(R1)들을 떨어뜨리는 단계를 실제로 포함하는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 다중 롤러 헤드(TM)가 존재하는 경우에, 단계 A, B 및 F 내지 H가 먼저 이행되는 반면, 후속 단계 C 내지 E 및 I 내지 K는 동시에 이행되는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 매개로 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더를 제조하는 장치이며, 동시적인 그리고 대칭적인 방식으로 튜브(4)이 표면에 접근하는 적어도 두 개의 반대로 회전하는 성형 롤러(R1)를 포함하는 다중 롤러 헤드(TM)를 구비하는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 장치.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 성형 롤러(R1) 대신에, 소성 변형에 의해 생성된 응력을 상쇄하기 위해 하나 이상의 스러스트 롤러와 하나의 성형 롤러(R1)을 구비하는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 장치가 자체 중심 조정되도록 120도로 위치 설정된 세 개의 회전 성형 롤러(R1)을 구비하여, 응력 및 부하의 절대적으로 균일하고 대칭적인 분포를 보장함으로써, 비대칭성 및/또는 균열을 생성할 수 있는 내부 변형 및 응력을 최소로 줄이는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 매개로 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더를 제조하는 장치이며, 내측 상에 적절하게 성형된 두 개의 반 링(M1)에 의해 구성되고, 잭의 튜브(4)에 소정 속도로 회전하면서 점점 접근하여 원하는 소성 변형을 이행하게 되는 성형 링을 포함하는 매트릭스를 구비하는 것을 특징으로 하는 잭 또는 유압, 공압 및/또는 유공압 실린더 제조 장치.
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