KR20090057603A - 스피닝 머신의 롤러조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성형롤러가 구비된 스피닝 머신의 롤러조립체에 관한 것으로, 성형롤러가 가공소재에 접촉하는 부위만을 별도로 탈착 가능한 분리형으로 제작하여 성형롤러에 마모가 발생한 경우 성형롤러 전체를 교체하지 않고 상대적으로 작고 가벼운 탈착 가능한 분리형 성형롤러 만을 교체함으로써, 성형롤러의 교체작업이 용이하고 이에 따라 작업 공수가 감소하고 안전사고가 방지되며 교체에 따라 발생하는 성형롤러에 대한 원가 상승 요인이 감소되는 스피닝 머신의 롤러조립체를 제공한다.

스피닝 머신, 롤러조립체, 성형롤러

Description

스피닝 머신의 롤러조립체{Roller Assembly of Spinning Machine}

도 1은 이와 같은 종래 기술에 의한 휠디스크 제작용 스피닝 머신의 구조를 간략하게 도시한 도면,

도 2는 종래 기술에 의한 스피닝 머신의 롤러 조립체 구조를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 스피닝 머신의 롤러조립체의 구조를 나타내기 위한 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 제 2 성형롤러의 형상을 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20: 맨드렐 70: 가공소재

80: 롤러조립체 81: 롤러샤프트

82: 제 1 성형롤러 83: 제 2 성형롤러

84: 베어링 85: 롤러커버

86: 커버조립볼트 87: 롤러고정볼트

88: 롤러조립볼트

본 발명은 성형롤러가 구비된 스피닝 머신의 롤러조립체에 관한 것이다. 보다 상세하게는 성형롤러가 가공소재에 접촉하는 부위만을 별도로 탈착 가능한 분리형으로 제작하여 성형롤러에 마모가 발생한 경우 성형롤러 전체를 교체하지 않고 상대적으로 작고 가벼운 탈착 가능한 분리형 성형롤러 만을 교체함으로써, 성형롤러의 교체작업이 용이하고 이에 따라 작업 공수가 감소하고 안전사고가 방지되며 교체에 따라 발생하는 성형롤러에 대한 원가 상승 요인이 감소되는 스피닝 머신의 롤러조립체에 관한 것이다.

일반적으로 소성가공에는 단조, 압연, 압출, 인발, 프레스 가공, 스피닝 가공 등 다양한 방식이 있는데, 이 중 스피닝(Spinning) 가공이란 맨드렐(Mandrel)에 소재를 고정한 후 맨드렐을 회전시키고 성형롤러를 사용하여 소재를 맨드렐에 밀어 붙임으로써 맨드렐과 같은 형상의 제품으로 성형하는 가공법을 말한다.

이러한 스피닝 가공 방법은 다품종 소량생산에 적합하여 현대의 대량 생산의 개념에는 적합하지 않은 방법이었으나, 최근에는 소비자의 욕구가 다양해짐에 따라 다품종에 대한 수요가 증가하고 기계 기술의 발달과 함께 스피닝 가공 방법에 의해서도 그 생산량이 증가함으로써 최근 박판성형에 있어서 대표적인 가공 방법으로 인식되고 있다.

따라서, 일반적인 박판성형 방법으로는 제품 성형이 곤란한 경우 스피닝 가공 방법을 적용하는 예가 증가하고 있다. 즉, 제품 각 위치에 따른 두께 제어가 필 요하여 일반적인 박판성형 방법으로는 제품 성형이 곤란한 경우에도 스피닝 가공 방법에 의하면 제품의 각 위치에 따른 두께 제어가 가능하기 때문에 두께 제어가 필요한 원통형 용기 등의 제작에 이러한 스피닝 가공 방법이 주로 이용되고 있으며, 각종 가정용품, 자동차 부품 및 우주항공산업분야 등 산업분야 전반에 걸쳐 매우 널리 사용되고 있다.

최근 스피닝 가공 방법에 의해 생산되는 자동차 부품으로서, 대표적으로 휠디스크를 들 수 있는데, 휠디스크는 최근 차량 휠의 구조가 대부분 튜브 없는 타입(Tubeless Wheel)으로 적용됨에 따라 그 수요가 매우 증가하였다. 이러한 휠디스크 중 소형 자동차에 사용되는 휠디스크는 프레스 가공 방법에 의해 생산되는 것이 일반적이지만 대형 자동차에 사용되는 휠디스크는 최근 스피닝 가공 방법에 의해 생산되는 체제로 변화하는 경향이다.

이와 같이 휠디스크가 스피닝 가공 방법에 의해 생산되는 경우 프레스 가공 방법과 비교하여 제품의 물리적 특성이 향상될 뿐만 아니라 가공공정에 있어서도 공정단계가 매우 단순화되어 생산 효율이 향상됨으로써, 기술적 및 경제적으로 매우 유리한 특성을 갖는다.

이러한 스피닝 가공에 의한 박판성형을 수행하는 기계를 스피닝 머신이라 하는데, 도 1은 이와 같은 종래 기술에 의한 휠디스크 제작용 스피닝 머신의 구조를 간략하게 도시한 도면이고, 도 2는 종래 기술에 의한 스피닝 머신의 롤러 조립체 구조를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 스피닝 머신은 주축(10)에 소정 제품의 형상과 대 응하는 맨드렐(20)이 장착되고, 주축(10)과 대향하는 반대측에 클램프 슬라이드(Clamp Slide)(30)가 구비된다. 맨드렐(20)의 양측에는 수평 및 수직 방향으로 이동 가능한 수평 및 수직 슬라이드(40,50)가 구비되고, 수평 슬라이드(40)의 끝단부에는 맨드렐(20) 측으로 소정 범위 각도 조절이 가능한 롤러조립체(60)가 장착된다.

롤러조립체(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 상하 각도 조절이 가능한 롤러샤프트(61)와 롤러샤프트(61)의 끝단부 외주면에 장착되어 롤러샤프트(61)를 중심으로 회전하는 성형롤러(62)를 포함하여 구성되고, 롤러샤프트(61) 및 성형롤러(62)의 사이에는 테이퍼베어링(63)이 장착된다. 롤러샤프트(61)의 끝단부에는 롤러커버(64)가 장착되며, 롤러커버(64)는 성형롤러(62)와 커버조립볼트(65)에 의해 결합된다.

이러한 구조에 따라 맨드렐(20)의 상면 중심에 가공소재(70)가 위치되고 클램프 슬라이드(30)를 통해 가공소재(70)가 맨드렐(20)에 고정된 후 주축(10) 및 맨드렐(20)이 회전한다. 주축(10) 및 맨드렐(20)의 회전에 따라 가공소재(70)가 회전하면 롤러조립체(60)가 가공소재(70)에 접촉 회전하며 가공소재(70)를 맨드렐(20)의 표면에 밀착시킴으로써, 가공소재(70)가 맨드렐(20)의 형상과 대응되는 동일한 형상으로 성형 가공된다.

이때, 롤러조립체(60)의 성형롤러(62)는 가공소재(70)와 접촉 회전하며 가공소재(70)를 직접 성형하게 되므로, 성형롤러(62)의 형상 및 재질에 대한 결정은 매우 중요한 설계요소이며, 가공소재(70)의 특성 및 작업방법에 따라 다양하게 설계 될 수 있다. 일반적으로 성형롤러(62)는 가공소재(70)와의 압력 및 마찰 등에 견딜 수 있는 재질로 제작되며, 가공소재(70)와 직접 접촉하는 성형롤러(62)의 커브부위는 곡선형으로 매우 정밀하게 제작된다.

그러나 이와 같이 정밀하게 제작된 성형롤러(62)는 사용에 따라 가공소재(70)와의 접촉 마모에 의한 치수 변형이 필연적으로 발생하게 되는데, 마모가 주로 발생하는 부위는 가공소재(70)와 직접 접촉하는 성형롤러(62)의 커브부위이다. 이러한 성형롤러(62)의 커브부위에 마모에 의한 치수변형이 발생하게 되면 가공소재(70)의 성형 가공이 정밀하게 이루어지지 않기 때문에 일반적으로 마모량을 검출하여 마모량에 해당하는 만큼 롤러조립체(60)의 고정 위치를 수정하여 사용한다. 이러한 위치 수정은 스피닝 머신의 작업동작을 제어하는 제어부(미도시)의 프로그램 수정에 의해 이루어지는 것이 일반적이다.

그러나 스피닝 머신의 가동이 계속되어 성형롤러(62)의 마모량이 소정 범위 이상이 되는 경우이거나 또는 성형롤러(62)의 마모가 균일하게 발생하지 않고 편마모가 발생하는 경우에는 제어부의 프로그램을 수정하는 방식으로 마모된 성형롤러(62)를 계속 사용하는 것이 불가능하게 된다. 따라서, 마모된 성형롤러(62)를 새로운 것으로 교체해서 사용해야 하며, 이러한 점에서 롤러조립체(60)의 성형롤러(62)는 일정 주기에 따라 교체해야 하는 소모품에 해당한다고 할 수 있다.

성형롤러(62)의 교체 작업 공정을 살펴보면, 먼저 커버조립볼트(65)를 풀어 롤러커버(64)를 분리하고 롤러고정볼트(66)를 풀어 마모된 성형롤러(62)를 제거한 후, 다시 이와 반대 순서로 새로운 성형롤러(62)를 장착한다. 이때, 성형롤러(62) 의 중량이 크기 때문에 성형롤러(62)의 제거 및 조립시 여러명의 작업자가 필요하며, 크레인과 같은 별도의 장비가 필요하다. 또한, 새로운 성형롤러(62)를 장착하는 경우에 테이퍼베어링(63)의 위치를 재정렬해야 하는 등의 작업 공수가 추가로 요구된다.

이와 같이 성형롤러(62)의 교체 작업은 용이하지 않으며, 특히 휠디스크 제작용 중대형 스피닝 머신과 같은 경우에 상기한 바와 같이 성형롤러(62)의 중량이 크기 때문에 성형롤러(62)의 교체 작업이 매우 어렵고 이에 따른 안전사고가 빈번히 발생하는 등의 문제점이 있었다. 또한, 최근에는 스피닝 머신이 대량 생산체제로 운용되고 있기 때문에 성형롤러(62)의 교체주기가 짧아져서 빈번한 교체 작업에 따른 작업 공수가 증가하고 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 성형롤러가 가공소재에 접촉하는 부위만을 별도로 탈착 가능한 분리형으로 제작하여 성형롤러에 마모가 발생한 경우 성형롤러 전체를 교체하지 않고 상대적으로 작고 가벼운 탈착 가능한 분리형 성형롤러 만을 교체함으로써, 성형롤러의 교체작업이 용이하고 이에 따라 작업 공수가 감소하고 안전사고가 방지되며 교체에 따라 발생하는 성형롤러에 대한 원가 상승 요인이 감소되는 스피닝 머신의 롤러조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가공소재에 접촉회전하며 상기 가공소재를 맨드렐 측으로 밀착시키며 성형하는 스피닝 머신의 롤러조립체에 있어서, 소정 범위의 각도 조절이 가능한 롤러샤프트; 상기 롤러샤프트의 외주면에 장착된 제 1 성형롤러; 상기 제 1 성형롤러가 상기 롤러샤프트를 중심으로 회전 가능하도록 상기 롤러샤프트 및 상기 제 1 성형롤러 사이에 장착된 베어링; 및 상기 제 1 성형롤러의 외곽 끝단에 탈착 가능하게 결합되어 상기 제 1 성형롤러와 일체로 회전하는 제 2 성형롤러를 포함하고, 성형가공시 상기 제 2 성형롤러만 상기 가공소재에 접촉하는 것을 특징으로 하는 스피닝 머신의 롤러조립체를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 스피닝 머신의 롤러조립체의 구조를 나타내기 위한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 제 2 성형롤러의 형상을 도시한 도면이다.

일반적인 스피닝 머신의 가공방법에 따라 본 발명에 따른 롤러조립체(80)는 도 3에 도시된 바와 같이 맨드렐(20)의 상면에 고정되어 회전하는 가공소재(70)에 접촉회전하며, 가공소재(70)를 맨드렐(20) 측으로 밀착시키며 맨드렐(20) 표면에 대응되는 형상으로 가공소재(70)를 성형한다.

본 발명에 따른 롤러조립체(80)는 스피닝 머신의 수평 슬라이드(40)의 끝단부에 부착되며, 상하 방향으로 소정 범위 각도 조절이 가능한 롤러샤프트(81)와, 롤러샤프트(81)의 외주면에 장착되어 회전하는 제 1 및 제 2 성형롤러(82,83)와, 제 1 성형롤러(82) 및 롤러샤프트(81)의 사이에 장착되는 베어링(84)을 포함하여 구성된다.

도 3에 도시된 바와 같이 롤러샤프트(81)는 상하 방향으로 각도 조절이 가능하도록 수평 슬라이드(40)의 끝단부에 부착된다. 롤러샤프트(81)의 끝단부 외주면에는 제 1 성형롤러(82)가 장착되는데, 이때 제 1 성형롤러(82)가 롤러샤프트(81)를 중심으로 회전할 수 있도록 롤러샤프트(81) 및 제 1 성형롤러(82)의 사이에는 베어링(84)이 부착된다. 베어링(84)은 본 발명의 일 실시예에 따라 테이퍼 롤러 베어링이 사용되는 것이 바람직하다. 제 1 성형롤러(82)는 외곽 끝단부위에 원주를 따라 단턱부가 형성되고, 제 2 성형롤러(83)는 단턱부에 안착되며 다수개의 롤러결합볼트(88)에 의해 탈착 가능하게 제 1 성형롤러(82)에 결합된다. 이때, 제 2 성형롤러(83)만이 성형 가공시 가공소재(70)에 접촉하도록 구성되며, 따라서 제 2 성형롤러(83)의 가공소재(70)와 접촉하는 부위는 가공소재(70)의 특성 및 가공 방법에 따라 소정 형상의 커브를 가지도록 형성된다.

이러한 구조에 따라 제 2 성형롤러(83)가 성형 가공시 맨드렐(20)에 고정되어 회전하는 가공소재(70)에 접촉하며 회전하게 되고, 따라서 제 2 성형롤러(83)와 결합된 제 1 성형롤러(82)가 일체로 회전한다. 즉, 종래의 일체로 형성된 성형롤러 의 구조와 비교해보면, 본 발명에 따른 제 1 및 제 2 성형롤러(82,83)의 결합된 형태는 종래의 성형롤러의 형태와 동일하게 형성된다. 따라서, 종래 기술에서와 같이 동일한 제품, 예를 들면 동일한 휠디스크를 생산하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 스피닝 머신의 롤러조립체(80)는 성형롤러가 제 1 및 제 2 성형롤러(82,83)로 분리 형성되고, 제 2 성형롤러(83) 만이 가공소재(70)에 접촉하기 때문에 스피닝 머신의 사용에 따라 제 2 성형롤러(83)에서만 마모 및 변형이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 마모에 따라 성형롤러를 교체해야 하는 경우에 제 1 성형롤러(82)에 비해 상대적으로 작고 가벼운 제 2 성형롤러(83)만 교체하게 되므로 교체작업이 용이하고 안전사고가 방지되며 원가를 절감할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 따른 스피닝 머신의 롤러조립체(80)는 성형롤러를 일체로 형성하지 않고 가공소재에 접촉하며 마찰 및 마모가 발생하는 부위만을 별도로 탈착가능하게 제 2 성형롤러(83)로 형성함으로써, 마모에 따른 성형롤러의 교체작업을 용이하게 하는 구조이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 롤러조립체(80)는 롤러샤프트(81)의 끝단부위에 장착되는 롤러커버(85)는 제 1 성형롤러(82)와 커버조립볼트(86)에 의해 결합되며, 따라서 마모에 의한 제 2 성형롤러(83)의 교체작업시 롤러커버(85)를 해체할 필요가 없다. 또한, 제 1 성형롤러(82)는 분해하지 않고 제 2 성형롤러(83)만 교체하기 때문에 제 1 성형롤러(82)와 롤러샤프트(81) 사이에 장착되는 베어링(84)을 재정렬하는 등의 작업이 필요하지 않다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제 2 성형롤러(83)에는 원주방향으로 다수개의 롤러결합볼트(88)가 삽입될 수 있는 결합홀(83b)이 형성되고, 결합홀(83b)의 형상은 롤러결합볼트(88)가 제 2 성형롤러(83)의 표면으로 돌출되지 않고 체결될 수 있도록 볼트머리부분까지 포함하는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 롤러결합볼트(88)는 소켓헤드볼트와 같은 형태가 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 성형롤러(82)에는 이러한 결합홀(83b)에 대응되어 롤러결합볼트(88)가 체결될 수 있는 결합탭(미도시)이 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 제 2 성형롤러(83)가 제 1 성형롤러(82)에 조립될 때, 결합위치를 정확하게 가이드하여 조립작업을 용이하게 하는 한편 제 1 및 제 2 성형롤러(82,83)가 일체로 회전하게 하는 고정쇠 역할을 하도록 제 1 및 제 2 성형롤러(82,83)의 상호 결합면에는 각각 대응되는 키 및 키홈(83a)이 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 키홈(83a)은 도 4에 도시된 바와 같이 등간격으로 4개 형성될 수 있으나 3개 또는 5개 등 다양하게 변형하여 형성될 수 있을 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 성형롤러가 가공소재에 접촉하는 부위만을 별도로 탈착 가능한 분리형으로 제작하여 성형롤러에 마모가 발생한 경우 성형롤러 전체를 교체하지 않고 상대적으로 작고 가벼운 탈착 가능한 분리형 성형롤러 만을 교체함으로써, 성형롤러의 교체작업이 용이하고 이에 따라 작업 공수가 감소하고 안전사고가 방지되며 교체에 따라 발생하는 성형롤러에 대한 원가 상승 요인이 감소되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 가공소재에 접촉회전하며 상기 가공소재를 맨드렐 측으로 밀착시키며 성형하는 스피닝 머신의 롤러조립체에 있어서,

   소정 범위의 각도 조절이 가능한 롤러샤프트;

   상기 롤러샤프트의 외주면에 장착된 제 1 성형롤러;

   상기 제 1 성형롤러가 상기 롤러샤프트를 중심으로 회전 가능하도록 상기 롤러샤프트 및 상기 제 1 성형롤러 사이에 장착된 베어링; 및

   상기 제 1 성형롤러의 외곽 끝단에 탈착 가능하게 결합되어 상기 제 1 성형롤러와 일체로 회전하는 제 2 성형롤러

   를 포함하고, 성형가공시 상기 제 2 성형롤러만 상기 가공소재에 접촉하는 것을 특징으로 하는 스피닝 머신의 롤러조립체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 성형롤러는 다수개의 롤러결합볼트에 의해 상기 제 1 성형롤러에 결합 고정되는 것을 특징으로 하는 스피닝 머신의 롤러조립체.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 성형롤러의 상호 결합면에는 각각 대응되는 키 및 키홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스피닝 머신의 롤러조립체.

Images