KR20110064522A

KR20110064522A - 튜브용 벤딩장치

Info

Publication number: KR20110064522A
Application number: KR1020090121181A
Authority: KR
Inventors: 김시백
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2011-06-15
Also published as: KR101605759B1

Abstract

본 발명은 튜브용 벤딩장치에 관한 것이다. 특히, 튜브의 벤딩 작업시 불량품의 발생을 감소시키고, 작업 효율을 향상시킬 수 있는 튜브용 벤딩장치에 관한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 튜브용 벤딩장치는 튜브를 지지하고, 상기 튜브를 벤딩시키는 가압 수단이 구비되는 지지대와, 상기 튜브의 내부공간으로 삽입되어 상기 튜브의 벤딩시 상기 튜브의 곡면 영역에서의 내주면의 변형을 제한하는 맨드릴 수단과, 상기 지지대의 일측에 구비되는 구동 실린더를 사용하여 상기 맨드릴 수단을 왕복 구동시키는 구동 수단과, 상기 맨드릴 수단과 상기 구동 수단 사이에 구비되어 상기 맨드릴 수단의 불규칙한 구동을 감지하는 센서 수단 및 상기 센서 수단과 연결되어 상기 불규칙한 구동을 의해 상기 곡면 영역에서 주름의 발생을 판별하고, 상기 구동 수단의 구동을 조절하는 제어부를 포함한다.

벤딩, 주름, 맨드릴, 하이드로포밍

Description

튜브용 벤딩장치{Tube bending apparatus}

일반적으로 하이드로포밍(hydroforming) 가공법은 액압(hydraulic pressure)이나 공압(pneumatic pressure)을 이용하여 튜브 등을 확관시키는 기계 판금의 특수한 가공법 중의 하나이다. 이러한 하이드로포밍 가공법은 부품을 제조하는 과정에서 부품을 경량화시킬 수 있는 동시에 부품 안정성을 향상시킬 수 있어서 최근 자동차 산업분야 등에서 많이 사용되고 있다.

하이드로포밍 가공법이 적용되는 자동화 공정은 튜브(tube) 등의 피가공물을 금형에 맞는 일정한 형상으로 구부리는 벤딩 공정(bending process)과, 벤딩된 피가공물을 금형에 세팅하고 액압 또는 공압으로 확관 성형시키는 하이드로포밍 공정(hydroforming process) 및 확관 성형된 피가공물을 트리밍 절단하고 세척하여 완제품화하는 마무리 공정 등을 포함한다.

그런데, 튜브 등의 피가공물을 벤딩시키는 과정에서 튜브의 곡면(round surface) 영역에는 주름(wrinkle) 등의 결함이 발생되는 문제점이 있었다. 이에, 종래에는 튜브의 내부공간으로 굽힘이 가능한 맨드릴 볼(mandrel ball)을 삽입시키고, 맨드릴 볼에 의해 튜브의 곡면 영역에서의 내주면에 주름이 발생되는 것을 억제하였다. 그러나, 위와 같이 맨드릴 볼의 사용에도 불구하고 곡면 영역에서 주름이 발생하는 경우에는 주름의 발생 여부를 벤딩 가공 중에 확인할 수 있는 방법이 없었다. 또한, 튜브의 내부에 삽입된 맨드릴 볼이 주름에 걸려 부분 탈락됨으로써 맨드릴 볼의 일부가 튜브의 내부공간에 남겨지는 문제점이 있었다.

따라서, 종래에는 주름 등의 결함이 발생된 튜브를 선별하는 작업을 벤딩 공정 이후에 실시하여 하이드로포밍 공정시간이 늘어나고, 이에 따라 작업 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 미세한 주름으로 인하여 선별 작업에서 선별되지 못한 튜브가 후공정인 하이드로포밍 공정에서 그대로 가공됨으로써 불량품의 발생률이 높아져 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 주름에 걸려 탈락되어 튜브 내에 맨드릴 볼이 남겨진 상태에서 하이드로포밍 공정이 이루어지면 금형이 손상되거나 파손되는 문제를 야기시켜 하이드로포밍 장치의 보수에 추가 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 튜브의 벤딩 작업시 불량품의 발생을 감소시키고, 작업 효율을 향상시킬 수 있는 튜브용 벤딩장치를 제공한다.

본 발명은 튜브의 벤딩 과정에서 발생되는 주름을 감지하고, 주름의 발생을 보완하여 벤딩 공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 튜브용 벤딩장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면 튜브 등의 피가공물을 벤딩시키는 공정에서 튜브의 곡면 영역에서 발생되는 주름을 벤딩 공정 중에 실시간으로 확인할 수 있다. 따라서, 튜브의 곡면 영역에 주름이 발생되었는지 확인하는 별도의 선별 작업이 요구되지 않아 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 튜브의 곡면 영역에서 발생되는 주름을 펴주는 맨드릴 볼의 무리한 구동을 방지하여 주름의 발생을 보완할 수 있으며, 더 나아가 맨드릴 볼의 탈락을 방지할 수 있다. 따라서, 벤딩 공정의 후공정인 하이드로포밍 공정에서 맨드릴 볼에 의한 금형의 손상이나 파손을 방지하여 하이드로포밍 장치의 보수에 소요되는 관리비용을 절감할 수 있다. 또한, 주름의 발생을 원활하게 억제하여 하이드로포밍 공정에서 불량품의 발생을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.

이후, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브용 벤딩장치의 일측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 맨드릴 수단을 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 튜브용 벤딩장치의 내부 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 튜브용 벤딩장치(100)는 튜브(tube; 10)를 지지하고, 튜브(10)를 벤딩시키는 가압 수단(210)이 구비되는 지지대(200)와, 튜브(10)의 내부공간(S)으로 삽입되어 튜브(10)의 벤 딩(bending) 시 튜브(10)의 곡면 영역(A₁)에서의 내주면(S₁)의 변형을 제한하는 맨드릴 수단(300)과, 지지대(200)의 일측에 구비되는 구동 실린더(410)를 사용하여 맨드릴 수단(300)을 수평 방향(x방향)으로 왕복 구동시키는 구동 수단(400)과, 맨드릴 수단(300)과 구동 수단(400) 사이에 구비되어 맨드릴 수단(300)의 불규칙한 구동(M1)을 감지하는 센서 수단(500) 및 센서 수단(500)과 연결되어 곡면 영역(A₁)에서 주름(wrinkle; w)의 발생을 판별하고, 구동 수단(400)의 구동을 조절하는 제어부(600)를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 튜브용 벤딩장치(100)는 하이드로포밍 자동화 공정 중의 벤딩 공정에 적용될 수 있으며, 피가공물로서 파이프(pipe)나 튜브(tube)와 같은 관재를 일정한 각도로 벤딩시키는데 사용된다.

지지대(200)는 벤딩 공정의 작업공간을 제공하며, 가압 수단(210) 등을 지면으로부터 이격시키는 작업 테이블(220)을 포함한다. 본 발명의 일실시예에서와 같이 블럭(block) 형상으로 이루어진 작업 테이블(220)은 가압 수단(210), 구동 수단(400) 등이 안정적으로 결합될 수 있도록 상부면이 편평한 상태로 유지되는 경우에는 다양한 형상으로 변형될 수 있다.

가압 수단(210)은 튜브(10)의 외측에서 힘(F)을 가해 튜브(10)를 벤딩시키는 수단으로서 본 실시예에서는 튜브(10)의 상측에서 힘(F)을 가해 튜브(10)를 변형시켰다. 튜브(10)를 벤딩시키는 방법은 다양하게 적용될 수 있으며, 이에 따른 가압 수단(210)의 형상 또는 구성도 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예 에서와 같이 튜브(10)의 일측이 하측 방향(y방향)으로 벤딩되게 할 수 있으며, 작업 테이블(220)의 상부면과 평행하게 수평 방향(x방향)으로 벤딩시킬 수 있다.

작업 테이블(220)의 일측, 보다 구체적으로는 작업 테이블(220)의 상부면 일측 가장자리에 설치되는 구동 수단(400)은 유압 또는 공압 방식으로 구동되는 구동 실린더(410)를 포함한다. 여기서, 구동 실린더(410)는 작업 테이블(220)의 일측에 구비되는 제어부(600)에 연결되고, 제어부(600)의 구동 명령을 받아 구동 실린더(410)의 실린더 라드(cylinder rod; 420)를 수평으로 왕복 구동시킨다.

작업 테이블(220)의 상부면에는 튜브(10)을 위치 고정시키고, 구동 수단(400)의 실린더 라드(420)와 맨드릴 수단(300)의 맨드릴 라드(310)를 구동시 작업 테이블(220)의 상부면에서 수평하게 유지되도록 지지하는 수직 프레임(220a, 220b, 220c)이 구비된다.

한편, 작업 테이블(220)의 일측에는 가압 수단(210), 구동 수단(400) 및 센서 수단(500)이 구동되는데 필요한 구동력을 공급하는 구동원공급부(700)가 구비된다.

튜브(10)의 벤딩시 튜브(10)의 내부공간(S)에 삽입되어 곡면 영역(A₁)에서의 내주면(S₁)과 밀착되어 주름(w)의 발생을 억제하는 맨드릴 수단(300)은 센서 수단(500)에 일단부가 연결되어 지지되는 맨드릴 라드(mandrel rod; 310)와, 맨드릴 라드(310)의 타단부에 연결되어 튜브(10)의 내부공간(S)에 밀착되도록 삽입되고, 튜브(10)의 평면 영역(A₂)에서 왕복 구동되는 맨드릴 바디(mandrel body; 320)와, 맨드릴 바디(320)에 연결되어 지지되고, 튜브(10)의 곡면 영역(A₁)에서 내주면(S₁)을 따라 구부러져 밀착되는 다수의 맨드릴 볼(mandrel ball; 330)을 포함한다.

본 실시예에서 맨드릴 라드(310)와 맨드릴 바디(320)는 체결 및 분리가 용이하도록 나사 방식으로 결합된다. 즉, 맨드릴 라드(310)의 일단면에는 암나사(312)가 돌출되도록 형성되고, 맨드릴 라드(310)의 일단면과 마주하는 맨드릴 바디(320)의 일단면에는 암나사(312)와 대응하여 수나사 홈(322)이 형성된다.

위와 같은 맨드릴 수단(300)에서 다수의 맨드릴 볼(330)은 튜브(10)의 벤딩 과정에서 튜브(10)의 곡면 영역(A₁)에서의 내주면(S₁)과 밀착된다. 이때, 튜브(10)의 벤딩되는 형상을 따라 다수의 맨드릴 볼(330)도 따라 구부러지며, 이를 위해 다수의 맨드릴 볼(330) 사이에는 휘어짐 또는 구부러짐이 자유로운 탄성바(340)가 일체로 형성된다.

종래에는 맨드릴 수단(300)과 구동 수단(400)이 직접 연결되었으나, 본 발명의 일실시예에서는 맨드릴 수단(300)과 구동 수단(400) 사이에 센서 수단(500)이 구비된다. 여기서, 센서 수단(500)은 구동 수단(400)에 의해 튜브(10) 내에서 왕복 구동되는 맨드릴 수단(300)이 주름(w)의 발생에 의해 구동에 방해를 받는지 검출하는 수단으로 사용된다.

본 발명에서 센서 수단(500)은 맨드릴 수단(300)이 구동 수단(400)에 의해 튜브(10)의 내부공간(S)으로 삽입되는 왕복 구동시 주름(w)의 발생에 의해 구동이 방해되는 불규칙한 구동(M₁)을 유압 방식의 실린더의 흔들림을 통해 감지한다.

이를 위해 본 실시예에 따른 센서 수단(500)은 구동 실린더(410)의 실린더 라드(420)와 연결되는 센서 지지대(510)와, 센서 지지대(510)에 지지되는 측정 실린더 몸체(520)와, 측정 실린더 몸체(520)의 내부를 오일(oil)이 충진되는 복수의 압력실(P₁, P₂)로 분할하고, 맨드릴 수단(300)과 연결되어 주름(w)의 발생에 따른 맨드릴 수단(300)의 불규칙한 구동(M₁)에 반응하는 측정 실린더 라드(530) 및 복수의 압력실(P₁, P₂)에 각각 구비되어 측정 실린더 라드(530)의 반응 상태를 감지하는 복수의 압력 센서(540a, 540b)를 포함한다.

튜브(10)의 벤딩시에 튜브(10)의 내주면(S₁)에 주름(w)이 발생되지 않으면, 다수의 맨드릴 볼(330)이 튜브(10)의 내부공간(S)에서 왕복 구동하면서 구동에 방해를 받지 않는다. 따라서, 다수의 맨드릴 볼(330)에 연결되는 맨드릴 바디(320)와 맨드릴 라드(310)에 무리한 힘이 가해지지 않아 센서 수단(500)의 측정 실린더 라드(530)가 복수의 압력실(P₁, P₂)에서 흔들리지 않는다. 즉, 불규칙한 구동(M₁)을 보이지 않는다.

센서 수단(500)에서 불규칙한 구동(M₁)이 감지되면, 복수의 압력실(P₁, P₂)에 구비되는 복수의 압력 센서(540a, 540b)는 감지된 신호를 제어부(600)로 전송하고, 제어부(600)는 센서 수단(500)의 반응 상태, 즉 불규칙한 구동(M₁)의 발생 여부, 불규칙한 구동(M₁)의 크기, 불규칙한 구동(M₁)이 일어나는 범위 등에 따라서 구동 수 단(400)의 구동 속도 또는 구동 방향을 조절한다. 즉, 튜브(10)의 내주면(S₁)에 주름(w)의 발생이 판별되면 구동 수단(400)의 구동 속도 또는 구동 방향을 조절하여 튜브(10)의 내부공간(S1)에 삽입되는 맨드릴 수단(300), 보다 구체적으로는 다수의 맨드릴 볼(330)의 구동 속도 또는 구동 방향을 조절한다.

본 발명의 일실시예에서는 다수의 맨드릴 볼(330)이 튜브(10)의 곡면 영역(A₁)의 내주면(S₁)에서 발생되는 주름(w)을 보완, 즉 편평하게 펴주기 위해서 튜브(10)로 삽입되는 진입 속도보다 낮은 구동 속도로 곡면 영역(A₁)에서 왕복 구동된다. 여기서, 다수의 맨드릴 볼(330)의 구동 속도를 튜브(10)에 삽입되는 진입 속도보다 낮춘 이유는 다수의 맨드릴 볼(330)의 무리한 구동을 방지하여 주름(w)에 의해 다수의 맨드릴 볼(330)의 일부가 탈락되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 곡면 영역(A₁)에서의 왕복 구동을 통해 주름(w)을 보다 효율적으로 편평하게 변형시킬 수 있다.

따라서, 위와 같은 맨드릴 수단(300)의 구동 조절을 통해 맨드릴 수단(300)이 무리하게 왕복 구동되지 않아 다수의 맨드릴 볼(330)에서 일부가 탈락되는 것을 방지할 수 있으며, 구동 수단(400)에 연동되는 다수의 맨드릴 볼(330)의 구동 속도와 구동 방향을 원활하게 제어하여 튜브(10)의 곡면 영역(A₁)의 내주면(S₁)에 발생된 주름(w)이 매끈한 곡면으로 변형되도록 보완시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 튜브용 벤딩장치는 하이드로포밍 공정의 일부인 튜브 등의 피가공물을 벤딩시키는 공정에서 튜브의 곡면 영역에서 발생되는 주름을 벤딩 공정 중에 실시간으로 확인할 수 있다. 따라서, 튜브의 곡면 영역에 주름이 발생되었는지 확인하는 별도의 선별 작업이 요구되지 않아 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브용 벤딩장치의 일측면도.

도 2는 본 발명에 따른 맨드릴 수단을 나타낸 도면.

도 3은 도 1에 도시된 튜브용 벤딩장치의 내부 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100 : 튜브용 벤딩장치 200 : 지지대

210 : 가압 수단 300 : 맨드릴 수단

310 : 맨드릴 라드 320 : 맨드릴 바디

330 : 맨드릴 볼 400 : 구동 수단

410 : 구동 실린더 500 : 센서 수단

510 : 센서 지지대 520 : 측정 실린더 몸체

530 : 측정 실린더 라드 600 : 제어부

700 : 구동원공급부

Claims

튜브를 지지하고, 상기 튜브를 벤딩시키는 가압 수단이 구비되는 지지대와;

상기 튜브의 내부공간으로 삽입되어 상기 튜브의 벤딩시 상기 튜브의 곡면 영역에서의 내주면의 변형을 제한하는 맨드릴 수단과;

상기 지지대의 일측에 구비되는 구동 실린더를 사용하여 상기 맨드릴 수단을 왕복 구동시키는 구동 수단과;

상기 맨드릴 수단과 상기 구동 수단 사이에 구비되어 상기 맨드릴 수단의 불규칙한 구동을 감지하는 센서 수단; 및

상기 센서 수단과 연결되어 상기 불규칙한 구동을 의해 상기 곡면 영역에서 주름의 발생을 판별하고, 상기 구동 수단의 구동을 조절하는 제어부;

를 포함하는 튜브용 벤딩장치.
청구항 1에 있어서,

상기 센서 수단은,

상기 맨드릴 수단이 상기 구동 수단에 의해 상기 튜브의 내부공간으로 삽입되는 왕복 구동시 상기 주름의 발생에 의해 구동이 방해되어 발생되는 상기 불규칙한 구동을 유압 방식의 실린더의 흔들림을 통해 감지하는 튜브용 벤딩장치.
청구항 2에 있어서,

상기 센서 수단은,

상기 구동 실린더의 실린더 라드와 연결되는 센서 지지대와;

상기 센서 지지대에 지지되는 측정 실린더 몸체와;

상기 측정 실린더 몸체의 내부를 오일이 충진되는 복수의 압력실로 분할하고, 상기 맨드릴 수단과 연결되어 상기 주름의 발생에 따른 상기 맨드릴 수단의 불규칙한 구동에 반응하는 측정 실린더 라드; 및

상기 복수의 압력실에 각각 구비되어 상기 측정 실린더 라드의 반응 상태를 감지하는 복수의 압력 센서;

를 포함하는 튜브용 벤딩장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 주름의 발생이 판별되면 상기 구동 수단의 구동 속도 또는 구동 방향을 조절하여 상기 튜브의 내부공간에 삽입되는 상기 맨드릴 수단의 구동 속도 또는 구동 방향을 조절하는 튜브용 벤딩장치.
청구항 4에 있어서,

상기 맨드릴 수단은,

상기 센서 수단에 일단부가 연결되어 지지되는 맨드릴 라드와;

상기 맨드릴 라드의 타단부에 연결되어 상기 튜브의 내부공간에 밀착되도록 삽입되고, 상기 튜브의 평면 영역에서 왕복 구동되는 맨드릴 바디와;

상기 맨드릴 바디에 연결되어 지지되고, 상기 튜브의 곡면 영역에서 내주면을 따라 밀착되는 다수의 맨드릴 볼;

을 포함하는 튜브용 벤딩장치.
청구항 5에 있어서,

상기 다수의 맨드릴 볼은,

상기 튜브의 곡면 영역의 내주면에서 발생되는 상기 주름을 펴주기 위해 상기 튜브의 진입 속도보다 낮은 구동 속도로 상기 곡면 영역에서 왕복 구동되는 튜브용 벤딩장치.
청구항 5에 있어서,

상기 맨드릴 라드와 상기 맨드릴 바디는 나사 방식으로 결합되는 튜브용 벤딩장치.
청구항 5에 있어서,

상기 다수의 맨드릴 볼은,

굽힘이 자유로운 탄성바에 결합되어 일체로 형성되는 튜브용 벤딩장치.