KR20060064171A - 개폐식 금형을 이용한 단조장치 - Google Patents

Abstract

역구배(逆勾配) 형상이나 허리가 잘록한 형상의 제품을 단조성형한 후 제품의 취출이 가능하도록 분할된 개폐식 금형이 사용되는 단조장치가 개시된다. 본 발명에 따른 개폐식 금형을 이용한 단조장치는 볼스터, 금형부 및 녹아웃장치를 포함한다. 금형부는 볼스터의 상부에 안치되며 상단에는 내측으로 비탈진 경사면이 형성된 메인하형 및 메인하형의 경사면에 안치되면서 다수개로 분할되어 상, 하 이동에 따라 벌어졌다 오므라 들었다 하는 분할하형을 갖는 하형과, 하형의 상부에 배치되어 하형과의 사이에서 가압되어 제품을 단조성형하는 상형으로 이루어진다. 한편, 녹아웃장치는 통상적인 구조를 갖는 것 외에 취출부와, 홀딩부를 더 구비한다. 취출부는 볼스터와 금형부의 사이에 배치되어 각각의 분할하형과 제품을 상측으로 밀어준다. 그리고 홀딩부는 취출부의 하강을 일시적으로 억제하도록 하는 구성을 갖는다.

Description

개폐식 금형을 이용한 단조장치{A forging device using a open and shut type mold}

도 1은 종래기술에 따른 단조장치에서 금형을 나타낸 도면이고,

도 2는 종래기술에 따른 단조장치에서 녹아웃장치를 나타낸 도면이고,

도 3a 및 3b는 종래기술에 따른 단조장치에서는 취출이 어려웠던 허리가 잘록한 형태의 제품 및 역구배형상의 제품을 나타낸 도면이고,

도 4는 종래기술에 따른 단조장치에 의해 성형되는 단조제품의 작업순서를 나타낸 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 단조장치를 나타낸 단면도이고,

도 6은 도 5에 도시된 금형부를 상세하게 나타낸 도면이고,

도 7은 도 6에 도시된 하형을 상측에서 바라본 평면도이고,

도 8은 본 발명에 따른 단조장치에 의해 성형되는 단조제품의 작업순서를 나타낸 도면이고,

도 9는 금형부의 작동상태를 나타낸 도면이며, 그리고

도 10은 본 발명에 따른 단조장치의 작동상태를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 개폐식 금형을 이용한 단조장치

110 : 볼스터 120 : 금형부

122 : 메인하형 124 : 경사면

126 : 내부하형 128 : 센터하형

130 : 분할하형 134 : 제 1 압축스프링

140 : 메인상형 142 : 센터상형

150 : 취출부 152 : 레버

154a, 154b : 녹아웃핀 156 : 제 2 압축스프링

160 : 홀딩부

본 발명은 단조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 단조금형으로는 취출이 불가능한 형상 즉, 역구배(逆勾配) 형상이나 허리가 잘록한 형상의 제품을 단조성형 후 제품의 취출이 가능하도록 분할된 개폐식 금형이 사용되는 단조장치에 관한 것이다.

일반적으로 단조는 금속재료에 압축하중을 가하여 성형하는 가공법으로 가장 오래된 금속 가공 공정의 하나이다. 간단한 단조 공정은 대장간에서 전통적으로 행해온 것처럼 무거운 손 해머와 모루를 사용하여 작업되지만, 대부분의 단조는 금형세트, 단조용 프레스나 기계 해머와 관련 설비를 사용하여 이루어진다. 이러한 단조작업을 통하여 금속재료의 유동과 입자 구조가 조절될 수 있으며, 단조품은 우수한 강도와 인성을 갖게 된다. 따라서 단조품은 응력을 심하게 받는 중요한 용도, 예를 들면, 항공기의 착륙용 기어나 제트엔진의 부품 그리고 자동차용 부품중에서도 각종의 스핀들, 캡, 특수기어, 크랭크축 등의 샤프트류와, 커넥팅로드 등의 로드류 등에 신뢰성 있게 사용될 수 있다.

종래기술에 따른 단조금형을 살펴보면, 도 1에서 보는 바와 같이 금형(1)은 성형될 제품의 하부형상을 본 떠서 제작된 하형(2)과, 하형(2)의 상부에 배치되면서 성형될 제품의 상부형상을 본 떠서 제작된 상형(3)으로 이루어진다. 그리고 성형된 제품을 취출하기 위해 하형(2)의 하부에서부터 관통되어 선택적으로 튕겨지는 녹아웃핀(Knockout pin)을 더 포함한다.

이때, 녹아웃핀은 도 2에서 보는 바와 같이 단조금형(1)이 올려지는 볼스터(Bolster, 5)의 하부 및 측면에 설치된 녹아웃장치(10)에 의해 작동된다. 녹아웃장치(10)는 회전되는 캠축(12)과, 캠축(12)의 회전에 의해 반복적으로 상, 하 왕복운동을 하는 로드부(14)와, 로드부(14)의 하부에 연결되면서 로드부(14)의 상, 하 왕복운동에 의해 녹아웃핀(4)을 상, 하 운동시키는 운동전달부(20)로 이루어진다. 좀더 자세하게 설명하면, 로드부(14)는 캠축(12)의 회전에 의해 상, 하 선회되는 선회대(16)와, 선회대(16)의 끝단에 결합되어 상, 하 왕복운동하는 커넥팅로드(18)로 이루어진다. 운동전달부(20)는 먼저, "ㄱ"자 형상을 가지면서 일단이 커넥팅로드(18)의 끝단에 결합되는 제 1 링크(22)와, 제 1 링크(22)의 타단에 결합되는 장축(24)과, "ㄱ"자 형상을 가지면서 타단이 장축(24)의 중간부 및 끝단부에 결합되는 한 쌍의 제 2 링크(26)와, 각각의 제 2 링크(26)의 일단에 결합되면서 상부면상에 녹아웃핀(4)이 연결되는 판형상의 업다운바아(28)로 이루어진다.

이와 같은 녹아웃장치(10)는 캠축(12)이 회전되면 선회대(16) 및 커넥팅로드(18)가 상측으로 올라가고 커넥팅로드(18)에 연결된 제 1 링크(22)가 시계방향으로 회전된다. 그리고 제 1 링크(22)에 의해서 장축(24)이 제 1 링크(22)측으로 수평하게 이동되고, 장축(24)의 이동에 따라서 각각의 제 2 링크(26)가 제 1 링크(22)와 마찬가지로 시계방향으로 회전되며, 각각의 제 2 링크(26)의 일단에 결합된 업다운바아(28) 및 녹아웃핀(4)이 상측으로 올라간다.

이러한 단조장치는 원하는 모양의 공간을 파놓은 한 쌍의 금형 사이에 재료를 넣고 가압하면, 재료는 금형의 공간 안에서만 금형의 모양대로 변형된다. 이 가공법은 대량생산에 적용되는 방식으로서, 치수 정밀도가 높고 성형을 빨리 할 수 있다.

한편, 상기한 단조장치를 이용한 단조공법을 살펴보면, 도 3a에서 보는 것과 같이 허리가 잘록한 형상의 제품(A)을 성형하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같은 공정을 거쳐 완성된 제품을 제작할 수 있다. 즉, 환봉 또는 각봉의 재료(30)를 준비하고, 준비된 재료(30)를 업셋팅(upsetting)하여 황지상태(31)로 하고, 황지상태(31)의 재료를 블로커 금형으로 피니쉬 형상을 성형하기 용이하도록 블로커(Bloker)상태(32)로 성형하고, 블로커상태(32)의 성형품을 재차 피니쉬(Finisher)상태(33)로 성형하고, 피니쉬(33) 성형과정에서 생성된 Flash를 제거하는 트리밍(Trimming)(34)작업을 하고, 이후 완제품(A)과 동일한 형상을 갖도록 허리부위를 선반 등으로 가공(35)한다.

그러나 상기한 종래의 단조공법에서 황지상태의 제품을 금형에서 완제품과 동일한 형상으로 성형하여 트리밍작업만을 하면 인력이나 시간 및 재료의 낭비가 현저하게 줄어든 다는 것을 알 수 있다. 하지만 현재 사용되고 있는 단조용 금형에서는 이러한 단조성형을 할 수 는 있지만 성형 후 취출단계에서의 곤란성 때문에 실시되지 못하는 실정이다. 즉, 도 3a 및 3b에서 보는 것과 같은 제품처럼 허리부분이 잘록하다거나 또는 역구배된 형상의 제품을 성형할 수 있다 하더라도 취출할 수 없기 때문에 완제품을 성형하기 전에 두리뭉실한 형태의 블로커공정을 선작업한 후 이후에 재차 가공을 거쳐 완제품을 성형해야 할 수 밖에 없었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 역구배(逆勾配) 형상이나 허리가 잘록한 형상의 제품을 단조성형한 후 제품의 취출이 가능하도록 분할된 개폐식 금형이 사용되는 단조장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 녹아웃핀이 상승한 후 일정시간동안 녹아웃핀의 하강을 억제하여 그 시간사이에 금형의 사이에서 성형된 제품을 배출시킬 수 있는 단조장치에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은,

볼스터;

볼스터의 상부에 안치되며 상단에는 내측으로 비탈진 경사면이 형성된 메인하형 및 메인하형의 경사면에 안치되면서 다수개로 분할되어 상, 하 이동에 따라 벌어졌다 오므라 들었다 하는 분할하형을 갖는 하형과, 하형의 상부에 배치되어 하형과의 사이에서 가압되어 제품을 단조성형하는 상형으로 이루어진 금형부; 및

볼스터와 금형부의 사이에 배치되어 각각의 분할하형과 제품을 상측으로 밀어주는 취출부 및 볼스터를 관통하면서 장착되어 선택적으로 취출부를 상측으로 밀어주는 볼스터녹아웃핀을 갖는 녹아웃장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐식 금형을 이용한 단조장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개폐식 금형을 이용한 단조장치에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 단조장치를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 금형부를 상세하게 나타낸 도면이며, 그리고 도 7은 도 6에 도시된 하형을 상측에서 바라본 평면도이다.

도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 단조장치(100)는 볼스터(Bolster, 110), 금형부(120) 및 녹아웃장치(10)를 포함한다. 바람직하게는 금형부(120)는 볼스터(110)의 상부에 안치되고, 녹아웃장치(10)는 볼스터(110)의 측면 및 하부에 형성된다.

금형부(120)는 도 6 및 7에서 보는 바와 같이 크게 하형과 상형으로 구분되고, 좀더 세분하면, 하형은 메인하형(122), 내부하형(126), 센터하형(128) 및 분할하형(130)으로 구분되고, 상형은 메인상형(140)과, 센터상형(142)으로 구분된다. 메인하형(122)은 볼스터(110)의 상부에 안치되면서 내부에는 다른 금형들이 안치되도록 상, 하로 관통된 형상을 갖는다. 이러한 메인하형(122)의 내측 상부는 하측방향으로 소정의 각도를 가지면서 비탈진 경사면(124)이 형성된다. 이와 같이 형성된 메인하형(122)의 내측에는 내부하형(126)과, 센터하형(128)과, 분할하형(130)이 배치된다.

내부하형(126)은 메인하형(122)의 내측하단에서부터 중앙부까지의 위치에 배치되며, 메인하형(122)과 마찬가지로 볼스터(110)의 상부에 안치된다. 이러한 내부하형(126)의 내측에는 다시 센터하형(128)이 고정배치된다. 바람직하게는 센터하형(128)의 상부면상은 단조성형될 제품의 하부형상과 일치되도록 형성된다.

분할하형(130)은 여러 개가 분할된 상태로 내부하형(126)의 상부에 배치된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 분할하형(130)을 네 개로 설정하였지만, 경우에 따라서는 세 개에서 그 이상으로 설정될 수도 있다. 이러한 각각의 분할하형(130)의 외측면은 메인하형(122)의 경사면(124)과 대향되는 경사면(132)이 형성되어 메인하형(122)의 경사면(124)을 따라 방사상 외측 또는 방사상 내측으로 벌어졌다 오므라졌다 하면서 이동된다. 그리고 각각의 분할하형(130)이 서로 맞닿는 접점부위에는 각각의 분할하형(130)을 서로 밀어주는 제 1 압축스프링(134)이 끼워진다. 또한, 분할하형(130)의 내측면상은 성형될 제품의 외측면과 일치되도록 형성된다. 이와 같이 형성된 하형의 상부에 상형이 배치된다.

상형은 전술한 바와 같이 메인상형(140)과 센터상형(142)으로 구분되는데, 메인상형(140)은 분할하형(130)의 상부에 배치된다. 이때, 메인상형(140)의 하부면상 외곽측은 분할하형(130)의 상부면상과 맞닿는 곳으로 분할하형(130)의 형상과 일치하도록 형성되고, 메인상형(140)의 하부면상 중앙부는 성형될 제품의 상부면상과 일치하도록 형성된다. 이러한 메인상형(140)의 중앙으로 센터상형(142)이 배치된다. 센터상형(142)은 메인상형(140)의 내측중앙부에 견고하게 고정되며, 성형될 제품의 상부면상 중앙의 형상과 일치하도록 형성된다.

다시 도 5 및 도 6을 참고하면, 녹아웃장치(10)는 종래기술에서 설명한 바와 같이 회전되는 캠축(12)과, 캠축(12)의 회전에 의해 상, 하 왕복운동을 하는 로드부(14)와, 로드부(14)의 상, 하 왕복운동을 전, 후 왕복운동으로 전환시키는 운동전달부(20)와, 운동전달부(20)의 전, 후 왕복운동을 다시 상, 하 왕복운동으로 전환하는 볼스터녹아웃핀(4)으로 구성되면서, 추가로 볼스터녹아웃핀(4)의 상부에 배치되면서 내부하형(126)의 내측하부에 형성되는 취출부(150) 및 녹아웃장치(10)의 작동을 억제시키는 홀딩부(160)를 더 구비한다.

취출부(150)는 녹아웃핀(154a, 154b), 레버(152) 및 제 2 압축스프링(156)으로 이루어진다. 녹아웃핀(154a)은 각각의 분할하형(130)의 하부에 나사결합되어 내부하형(126)의 내측하부로 연장되며, 각각의 녹아웃핀(154a)의 하단에는 레버(152)가 배치된다. 레버(152)는 네 개의 녹아웃핀(154a)이 상부면상에 올려지도록 "+"형상을 갖는다. 이때, 각각의 녹아웃핀(154a)에는 제 2 압축스프링(156)이 배치된다. 또한, 레버(152)의 중앙에는 또 다른 녹아웃핀(154b)이 안착되어 센터하형(128)의 중앙을 관통하여 금형의 사이에서 성형될 제품측으로 연장된다.

홀딩부(160)는 로드부(14)의 하단에 형성된다. 즉, 로드부(14)에서 커넥팅로드(18)의 하부에 홀딩부(160)가 형성되는데, 이때, 사용되는 홀딩부(160)로는 에어나 또는 유압으로 작동되는 실린더와, 실린더의 작동시간을 조절하는 타이머로 구성된다.

하기에는 전술한 바와 같이 형성된 개폐식 금형을 이용한 단조장치의 사용상태를 간략하게 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 단조장치에 의해 성형되는 단조제품의 작업순서를 나타낸 도면이고, 도 9는 금형부의 작동상태를 나타낸 도면이며, 그리고 도 10은 본 발명에 따른 단조장치의 작동상태를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 단조장치(100)에서는 종래의 문제점으로 거론되었던 역구배형상이나 허리부분이 잘록한 형상의 제품을 성형한 후 취출할 수 있는 공정을 보인다. 즉, 도 8에서 보는 바와 같이 재료(300) 및 황지상태(310)의 재료를 이용하여 본 발명에 따른 단조장치(100)에서 단조성형하면, 피니쉬상태(320)가 된다. 그리고 이러한 피니쉬상태(320)에서 트리밍작업(330)후 완제품이 완성된다. 이러한 황지상태(310)에서 피니쉬상태(320)로 진행되는 단조장치(100)의 작동은 다음과 같다.

먼저, 하형의 중앙에 황지상태(310)의 재료를 넣는다. 이때, 하형의 상태는 분할하형(130)이 내부하형(126)의 상부에 얹혀진 상태이다. 놓여진 재료의 상부에서 상형이 하형방향으로 가압된다. 상형의 가압에 의해 재료가 눌리면서 재료의 하부면은 센터하형(128) 및 분할하형(130)의 상면형상과 동일하게 형성되고, 재료의 상부면은 메인상형(140) 및 센터상형(142)의 하면과 동일하게 형성된다. 성형이 완료되면 도 9에서 보는 바와 같이 상형이 상측으로 이탈되고, 완성된 제품을 취출한다. 이때, 취출작업은 녹아웃장치(10)에 의해서 이루어진다.

녹아웃장치(10)는 도 10에서 보는 바와 같이 캠축(12)이 회전되면서 선회대(16) 및 커넥팅로드(18)를 상측으로 이동시키고, 커넥팅로드(18)의 이동에 의해서 제 1 링크(22)가 선회되고, 제 1 링크(22)의 선회에 의해서 장축(24)이 제 1 링크(22)측으로 이동되고, 다시 장축(24)의 이동에 의해 제 2 링크(26)가 선회하면서 업다운바아(28) 및 볼스터녹아웃핀(4)을 위로 올려준다. 상측으로 올라가는 볼스터녹아웃핀(4)은 볼스터(110)를 관통하여 볼스터(110)의 상부에 배치된 레버(152)를 올려주고 레버(152)가 올려지면서 녹아웃핀(154a, 154b)들을 올려주어 녹아웃핀(154a, 154b)의 상부에 놓여진 분할하형(130) 및 제품을 올려준다.

이처럼 녹아웃핀(154a)에 의해서 올려지는 분할하형(130)은 비탈진 메인하형(122)의 경사면(124)을 따라 방사상으로 벌어진다. 이때, 분할하형(130)이 방사상 상측으로 벌어지다보면 녹아웃핀(154a)의 상부가 분할하형(130)을 따라 기울어져야만 된다. 따라서 내부하형(126)의 내측면상에는 각각의 녹아웃핀(154a)이 외측으로 일정거리만큼 이동될 수 있는 유격(127)이 형성됨이 바람직하다. 또한, 각각의 분할하형(130)의 사이에는 제 1 압축스프링(134)이 배치되어 있기 때문에 각각의 분할하형(130)이 원활하게 벌어지도록 서포트해준다. 이와 함께 센터하형(128)의 중앙을 관통하는 녹아웃핀(154b)은 제품의 하부를 위로 올려 분할하형(130)이 벌어짐과 동시에 제품이 금형에서 빠질 수 있게 한다. 여기까지의 공정이 이루어지면 완성된 제품을 들어내야 하는데, 녹아웃장치(10)의 캠축(12)이 일회전된 상태에서 더 돌아가게되면 녹아웃핀(154a, 154b)은 자중에 의해서 다시 하강하게 되고, 이로 인해 분할하형(130) 및 제품이 하강할 수 가 있어 원활한 제품취출이 어려워지게 된다. 이때, 일정시간동안 녹아웃핀(154a, 154b)의 하강을 억제하는 홀딩부(160)가 작동된다. 홀딩부(160)는 커넥팅로드(18)의 하단부에 설치되어 커넥팅로드(18)가 캠축(12)에 의해 올려지는 순간 작동되어 커넥팅로드(18)의 하강을 막아 녹아웃핀(154a, 154b)이 하강하는 것을 방지한다. 이러한 홀딩부(160)는 타이머에 의해 지정된 일정시간동안 실린더를 작동시킨다.

취출이 완료되면, 홀딩부(160)가 해제되고 녹아웃핀(154a, 154b)이 하강하면서 분할하형(130)이 하강한다. 이때, 분할하형(130)은 올라갈때와 반대로 하강하면서 방사상으로 오므라들면서 하강하는데, 분할하형(130)의 하강은 자체의 중량에 의한 자중으로도 하강하지만, 더욱 확실한 원위치를 위해 녹아웃핀(154a)에 장착된 제 2 압축스프링(156)의 팽창력에 의해 배가된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 개폐식 금형을 이용한 단조장치는 하형을 여러 개로 분할시키면서 상, 하 이동에 따라 벌어졌다 오므라 들었다 하도록 하는 구성을 가짐으로써, 역구배 형상이나 허리부분이 잘록한 형상의 제품을 단조성형할 수 있는 잇점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 볼스터;

   상기 볼스터의 상부에 안치되며 상단에는 내측으로 비탈진 경사면이 형성된 메인하형 및 상기 메인하형의 경사면에 안치되면서 다수개로 분할되어 상, 하 이동에 따라 벌어졌다 오므라 들었다 하는 분할하형을 갖는 하형과, 상기 하형의 상부에 배치되어 상기 하형과의 사이에서 가압되어 제품을 단조성형하는 상형으로 이루어진 금형부; 및

   상기 볼스터와 상기 금형부의 사이에 배치되어 상기 각각의 분할하형과 상기 제품을 상측으로 밀어주는 취출부 및 상기 볼스터를 관통하면서 장착되어 선택적으로 상기 취출부를 상측으로 밀어주는 녹아웃핀을 갖는 녹아웃장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐식 금형을 이용한 단조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 분할금형의 접점부위에는 제 1 압축스프링이 배치되는 것을 특징으로 하는 개폐식 금형을 이용한 단조장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 메인하형의 내측하부에는 상기 취출부가 내장되는 내부하형이 안치되고, 상기 내부하형의 내측 상부에는 상기 제품의 하부중앙과 맞닿는 센터하형이 안치되는 것을 특징으로 하는 개폐식 금형을 이용한 단조장치.
4. 제 1항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 취출부는 상기 내부하형을 관통하여 각각의 상기 분할하형측으로 연장되는 녹아웃핀과, 상기 각각의 녹아웃핀의 하단에 결합되는 "+"자 형상의 레버와, 상기 각각의 녹아웃핀에 끼워지는 제 2 압축스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 개폐식 금형을 이용한 단조장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 레버의 중앙에는 상기 센터하형을 관통하여 상기 제품측으로 연장되는 또 다른 녹아웃핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 개폐식 금형을 이용한 단조장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 녹아웃장치에는 상기 녹아웃핀이 상승하고 난 후 일시적으로 하강을 억제시키는 홀딩부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 개폐식 금형을 이용한 단조장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 홀딩부는 상기 녹아웃장치에서 상, 하 왕복운동하는 커넥팅로드의 하단부에 형성되며, 상기 커넥팅로드의 하강을 억제시키는 실린더와, 상기 실린더의 작동시간을 조절하는 타이머로 이루어진 것을 특징으로 하는 개폐식 금형을 이용한 단조장치.

Images