KR20090111872A - 복수 부품을 스피닝 가공하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 복수의 부품을 스피닝 가공하는 방법은, 중간 맨드릴(50)에 2개의 블랭크(30, 40)를 부착하는 단계; 중간 맨드릴과 블랭크를 스피닝 가공 기계의 심압대(20)와 주축대(10) 사이에 클램핑함으로써 중간 맨드릴과 블랭크를 스피닝 가공 기계에 장착하는 단계; 롤러(60, 70)들을 반경 방향 내외측으로 동시에 이동시켜 각 블랭크에 대해 금속 성형을 실행하여 각 블랭크로 부품을 성형하는 단계; 중간 맨드릴을 탈착하는 단계; 및 각 부품을 중간 맨드릴로부터 실질적으로 동시에 탈착하는 단계를 포함한다.

스피닝 가공, 풀리, 롤러, 성형 압연

Description

복수 부품을 스피닝 가공하는 방법{METHOD OF SPINNING MULTIPLE PARTS}

본 발명은 스피닝 가공 기계에서 중간 맨드릴을 이용하여 2개의 부품을 동시에 스피닝 가공하는 방법에 관한 것이다.

스피닝 가공은 롤러(들)에 의해 가해지는 성형 응력을 여러 번 받게 함으로써 부품을 성형하는 제조 공정이다. 각각의 금속 요소를 매우 짧은 시간 동안 그 재료의 소성 변형 영역에 이르게 하여 성형한다. 이 공정은 필요한 만큼 여러 번 반복된다. 부품을 거의 무한 번 성형할 수 있는 능력은 프레스 성형 가공과 같은 다른 공정에 비해 상당한 이점을 스피닝 가공에 부여한다. 몇몇 부품은 실제로 기술적 및 상업적으로 허용될 수 있도록 하기 위해 스피닝 가공 공정에 의해서만 제조될 수 있다.

풀리를 스피닝 가공하는 종래의 기술은, 원형 금속 블랭크의 가장자리를 성형하여 풀리 시브(pulley sheaves)로 만드는 스플릿 금속 공정(split metal process)으로서 공지되어 있다. 풀리의 스피닝 가공은 주축대와 심압대 치구(tooling) 사이의 블랭크에 큰 클램핑 힘이 필요하다. 자동차용 풀리를 위한 클램핑 힘은 40 내지 60 미터톤이다. 클램핑된 부품은 400 내지 1000 rpm으로 회전한다. 클램핑된 부품은 회전할 때에 각각 약 10 내지 15 미터톤 범위의 압력으로 성형 롤로부터 측방향 하중을 받게 된다. 통상의 자동차용 풀리의 경우, 통상 4개의 롤을 사용할 필요가 있다. 이는 큰 클램핑 힘 및 측방향 하중이 회전 베어링에 가해지기 때문에 장비가 매우 무겁고 비싸지게 한다. 따라서, 종래 기술에서는 한번에 하나의 부품만을 제조할 수 있다.

대표적인 종래 기술로는 차량용 일체형 휘일을 스피닝 가공하는 개선된 다중 롤러식 스피닝 가공 기계를 개시하는 미국 특허 제4,669,291호가 있는 데, 여기에서는 스피닝 축선에 대해 평행한 방향으로 슬라이딩할 수 있는 롤러 홀더가 유압 실린더를 구비하며, 이 유압 실린더는 그 축방향으로 이동할 수 있는 피스톤 로드를 매개로 홀더를 수평으로 이동시키고, 이에 의해 복수의 롤러들이 구동 및 피동 스핀들의 다이들 사이에 클램핑된 휘일 재료 바로 위의 작업 위치로 순차적으로 가게하고 있다. 이들 복수의 롤러 각각은 피스톤을 통해 해당 롤러를 후퇴 위치와 휘일 재료 둘레에 대해 롤러를 압박하는 드로잉 성형 위치 간에 수직으로 구동하는 제어용 유압 실린더에 결합된다. 따라서, 가장 바람직한 실시예에서 거친 드로잉 성형에서 다듬질 드로잉 성형에 이르는 다양한 드로잉 성형 단계의 순서를 자동 연속적인 방식으로 완료할 수 있을 뿐만 아니라, 롤러 홀더를 이동시키기 위한 유압 실린더의 작동으로 인해, 휘일 재료의 둘레에 대해 압박되는 특정 롤러가 스피닝 가공 상태로 설정된 상태에서 롤러가 휘일 재료 둘레의 U형 단면 부분에 걸쳐 롤러의 크기보다 넓은 범위를 드로잉 성형하게 된다. 다른 실시예에서는 홀더가 공통의 센터 둘레에 반경 방향으로 배치된 복수 열의 상이한 성형 롤러를 구비하여, 휘일 재료 둘레의 상이한 지점에서 복수의 롤러를 동시에 적용하여 휘일 재료를 드로 잉 성형할 수 있도록 하고 있다.

필요한 것은 스피닝 가공 기계에서 중간 맨드릴을 이용하여 2개의 부품을 동시에 스피닝 가공하는 방법이다. 이러한 필요성을 본 발명은 충족시킨다.

본 발명의 주요 양태는 스피닝 가공 기계에서 중간 맨드릴을 이용하여 2개의 부품을 동시에 스피닝 가공하는 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 양태들은 아래의 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 지시되거나 명확해질 것이다.

본 발명은 복수의 부품을 스피닝 가공하는 방법을 포함하며, 이 방법은, 중간 맨드릴에 2개의 블랭크를 부착하는 단계, 이들 중간 맨드릴과 블랭크를 스피닝 가공 기계의 심압대와 주축대 사이에 클램핑함으로써 중간 맨드릴과 블랭크를 스피닝 가공 기계에 장착하는 단계, 롤러들을 반경 방향 내외측으로 동시에 이동시켜 각 블랭크에 금속 성형을 실행하여 각 블랭크로 부품을 성형하는 단계, 중간 맨드릴을 탈착(ejecting)하는 단계, 및 각각의 부품을 중간 맨드릴로부터 실질적으로 동시에 탈착하는 단계를 포함한다.

본 명세서에 포함되어 그 일부를 이루는 첨부 도면은 상세한 설명과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1은 스피닝 가공 장치의 측면도이다.

도 2는 블랭크에 인접한 롤러의 측면도이다.

도 3은 블랭크에 인접한 롤러의 측면도이다.

도 4는 블랭크에 인접한 롤러의 측면도이다.

도 5는 블랭크에 인접한 롤러의 측면도이다.

도 6은 다중 리브형 프로파일이 적용된 블랭크의 측면도이다.

도 7은 스피닝 가공 기계의 단면도이다.

도 8은 중간 맨드릴의 단면도이다.

도 9는 중간 맨드릴과 부품을 탈착하는 방법을 나타내는 평면도이다.

도 1에서는 스피닝 가공 장치의 측면도를 나타내고 있다. 본 발명의 방법은, 2개 이상의 부품을 동시에 스피닝 가공하는 신규의 공정 및 치구를 포함한다.

도 1을 참조하면, 주축대(10) 및 심압대(20) 치구는 당업계에 공지된 것과 동일하다. 그러나, 종래 기술에 따라 주축대와 심압대 사이에 한번에 하나의 블랭크만을 장착하기보다는 2개 이상의 블랭크(30, 40)가 그들 사이에 배치될 수 있다. 각 세트 또는 각 쌍의 블랭크(30, 40) 사이에 중간 맨드릴(50)이 배치된다.

이하에서는 2개의 부품, 예를 들면 풀리를 스피닝 가공하는 공정 및 방법에 대해 설명한다. 복수의 부품을 스피닝 가공하는 것은 예시하는 공정의 대안적인 실시예로서, 필요에 따라 단순히 블랭크 및 중간 맨드릴의 개수를 증가시킴으로써 수행된다.

먼저, 주축대(10)를 향한 측부(51)에서는 심압대(20)의 형상을 갖는 한편 심압대(20)를 향한 측부(52)에서는 주축대(10)의 형상을 갖는 중간 맨드릴(50)을 이 용한다. 이 중간 맨드릴(50)은 동시에 스피닝 가공할 수 있는 부품의 개수를 최적화하고 측방향 성형 힘에 의한 치구의 편향을 감소시키도록 가능한 최소의 길이를 갖는다.

장비 활용의 효율성 및 최적화는 물론 사전 준비를 위해, 두 세트 이상의 중간 맨드릴이 이용된다.

이어서, 예비 성형된 블랭크(30, 40)를 중간 맨드릴(50)의 상측부(52)와 하측부(51)에 기계적(예를 들면, 흡인력), 자기적 또는 기타 적절한 수단에 의해 부착한다.

중간 맨드릴은 중앙 구멍(53, 54), 이와 협동하는 센터 포스트(55, 56) 및 핀(57, 58)을 포함하며, 이들은 블랭크(30, 40)를 중간 맨드릴(50)에 위치 설정하는 한편, 중간 맨드릴을 스피닝 가공 기계의 치구에 위치 설정한다.

이어서, 중간 맨드릴(50) 및 이에 부착된 예비 성형된 블랭크(30, 40)를 스피닝 가공 기계(100)에 장착한다. 심압대(20)가 아래쪽으로 이동되어, 큰 클리어런스를 갖고 서로 협동하는 핀, 홀, 및 포스트를 사용함은 물론, 가압 하에서 심압대가 근접할 때에 기밀한 위치 설정 클리어런스를 위한 가이드 단부의 원추 형상부를 사용함으로써 중간 맨드릴을 클램핑한다.

그 후, 롤러(60, 70)를 반경 방향 내외측으로 이동시켜, 풀리 또는 기타 부품이 완성될 때까지 복수회의 금속 성형 단계를 실시한다. 도 2에서는 블랭크에 인접한 롤러의 측면도를 나타내고 있다. 당업계에 공지되어 있는 바와 같이 롤러(60, 70)는 각각의 성형 압연 단계에 적합한 프로파일을 갖는다. 도시한 바와 같은 롤러들은 각각의 블랭크 재료를 반경 방향 내측으로 성형 압연하여 블랭크의 가장자리를 스피닝 축선을 따라 두껍게 하고 팽창시킨다.

도 3에서는 블랭크에 인접한 롤러의 측면도를 나타내고 있다. 롤러(61, 71)는 각 블랭크(30, 40)의 가장자리를 편평하게 하고 더 팽창시키고 있다.

도 4에서는 블랭크에 인접할 롤러의 측면도를 나타내고 있다. 롤러(61, 71)에 의해 각 블랭크의 표면(31, 41)이 편평하게 되었다.

도 5에서는 블랭크에 인접한 롤러의 측면도를 나타내고 있다. 롤러(62, 72)들은 각각 다중 리브형 프로파일을 표면(31, 41) 상에 스피닝 가공하도록 구성된 표면(620, 720)을 갖고 있다. 그러한 다중 리브형 프로파일은 다중 리브형 벨트와 맞물리는 풀리에 이용된다. 롤러의 표면(620, 720)들은 유사할 필요는 없고, 리브 개수의 차이 등과 같이 상이한 표면 프로파일을 갖는 풀리의 제조가 가능하도록 서로 상이할 수 있다.

도 6에서는 다중 리브형 프로파일이 적용된 블랭크의 측면도를 나타내고 있다. 블랭크(30, 40)는 이제는 다중 리브형 표면(310, 410)을 각각 갖고 있다.

도 6의 단계를 통해 스피닝 가공 공정이 일단 완료되면, 심압대(20)를 축방향으로 후퇴시켜, 완성된 부품을 중간 맨드릴(50)과 함께 탈착한다. 풀리가 냉간 성형에 의해 성형되기 때문에, 필요한 측방향 성형 힘(즉, 회전 축선에 비교할 때에 반경 방향으로 가해지는 힘)이 크다(부품 당 ∼12+ 톤). 따라서, 부품은 스피닝 가공 후에 중간 맨드릴에 고착되어 강제로 제거되어야 할 수 있다. 당업계에 공지되어 있는 바와 같이, 주축대(10) 및 심압대(20)에 있는 유압 이젝터는 통상 5 내지 10톤의 힘을 이용하여 완성된 부품을 강제로 빼내게 된다.

본 발명의 공정에 있어서, 부품의 장착 및 분리를 간단히 하기 위해, 선택적 탈착이 수행된다. 즉, 주축대(10) 및 심압대(20)의 모든 이젝터가 완성된 부품을 스피닝 가공 기계에 부착된 치구 부분에서 떼어 내거나 빼내는 데에 이용된다. 이젝터(150, 250)는 도 7에 도시되어 있다. 도 7에서는 스피닝 가공 기계의 단면도를 나타내고 있다. 결과적으로, 두 부품 모두는 가운데 중간 맨드릴(50)에 끼워진 상태로 유지된다. 이러한 제거 후에 바로 2개 이상의 블랭크가 있는 새로운 맨드릴을 스피닝 가공 기계에 다시 장착한다.

도 8에서는 중간 맨드릴의 단면도를 나타내고 있다. 도 8a를 참조하면, 중간 맨드릴(50)은 이젝터 부재(501) 및 이젝터 부재(502)와 상호 협동적으로 맞물리는 플런저(500)를 포함한다. 플런저(500)가 반경 방향 내측으로 가압될 때에, 플런저는 이젝터 부재(501, 502)를 축방향으로 이동시켜 완성된 부품(도시 생략)을 중간 맨드릴로부터 탈착시킨다. 도 8b를 참조하면, 플런저(500)는 반경 방향 내측으로 가압되고 있고 이젝터 부재(501, 502)는 축방향 외측으로 연장되어 있으며, 이에 의해 완성된 부품(도시 생략)을 탈착시키고 있는 것을 도시하고 있다.

플런저(500) 및 이젝터 부재(501, 502)는 스프링(503, 504, 505)에 의해 후퇴 위치로 압박된다.

도 9에서는 중간 맨드릴과 부품을 탈착하는 방법을 평면도로 나타내고 있다. 부품이 부착된 상태로 중간 맨드릴이 일단 스피닝 가공 기계로부터 제거되면, 이 중간 맨드릴로부터 간단한 액추에이터, 기계적 힘 또는 공압적 힘에 의해 완성된 부품을 분리한다. 예를 들면, 이젝터(600)들이 플런저(500) 상에 동시에 압력을 가하여 완성된 부품을 탈착시킨다.

완성된 부품의 탈착은 중간 맨드릴이 스피닝 가공 기계 내에 있는 상태로 이루어질 수 있어, 완성될 부품을 탈착하고 새로운 블랭크를 장착할 수 있다.

대안으로서, 중간 맨드릴을 스피닝 가공 기계에서 제거하여, 완성된 부품을 별도의 단계에서 탈착할 수 있다. 그 동안에, 새로운 블랭크를 이미 다시 장착한 다른 중간 맨드릴을 바로 스피닝 가공 기계에 삽입하여, 제조 공정을 신속하게 진행할 수 있다. 즉, 대안적인 방법은 스피닝 가공 기계를 통해 복수의 중간 맨드릴을 돌아가면서 이용하는 것을 포함하여, 각각의 연속하는 중간 맨드릴이 스피닝 가공 기계에 장착되고 있거나, 그 기계에서 스피닝 가공 중에 있거나, 탈착되고 있거나, 혹은 부품이 탈착 중에 있게 된다. 이 경우, 제조 공정에서 돌아가면서 이용되는 맨드릴의 개수는 단지 중간 맨드릴의 제거 및 탈착 사이클 시간에 좌우된다.

본 발명의 실시 형태에 대해 본 명세서에서 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 부품의 제작 및 관련 구성에 있어는 변형이 이루어질 수 있다는 점은 당업자에게는 자명할 것이다.

Claims (6)

1. 복수의 부품을 스피닝 가공하는 방법으로서,

   중간 맨드릴에 2개의 블랭크를 부착하는 단계;

   상기 중간 맨드릴과 블랭크를 스피닝 가공 기계의 심압대와 주축대 사이에 클램핑함으로써 중간 맨드릴과 블랭크를 스피닝 가공 기계에 장착하는 단계;

   롤러들을 반경 방향 내외측으로 동시에 이동시켜 각 블랭크에 대해 금속 성형을 실행하여 각 블랭크로 부품을 성형하는 단계;

   상기 중간 맨드릴을 탈착하는 단계; 및

   각 부품을 중간 맨드릴로부터 실질적으로 동시에 탈착하는 단계

   를 포함하는 복수의 부품의 스피닝 가공 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 중간 맨드릴에 블랭크를 부착하기 전에 블랭크를 예비 성형하는 것을 더 포함하는 것인 복수의 부품의 스피닝 가공 방법.
3. 제1항에 있어서, 주축대 이젝터와 심압대 이젝터를 동시에 사용하여 중간 맨드릴을 탈착하는 것을 더 포함하는 것인 복수의 부품의 스피닝 가공 방법.
4. 제1항에 있어서, 중간 맨드릴에 2개의 새로운 블랭크를 다시 장착하는 것을 더 포함하는 것인 복수의 부품의 스피닝 가공 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 스피닝 가공 기계를 통해 복수의 중간 맨드릴을 돌아가면서 이용하는 것을 더 포함하는 것인 복수의 부품의 스피닝 가공 방법.
6. 제1항에 있어서, 상이한 표면 프로파일을 갖는 롤러들을 이용하여 부품을 스피닝 가공하는 것을 더 포함하는 것인 복수의 부품의 스피닝 가공 방법.

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