KR20110084215A - 중공형 금속 소재 상의 외부 쓰레드의 비절삭 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안정된 연결 또는 고정소자로서 중공형 나사, 중공축, 나사형 슬리브나 부품으로 사용되기 위한 중공형 금속 소재 (hollow metal work piece)상의 외부 쓰레드의 비절삭 제조방법 및 상기 방법을 수행하는데 적절한 장치에 관한 것이다. 종래기술의 문제점에 근거하여, 제시된 본 발명의 방법과 장치는 와이어 또는 강재가 다단 프레스 (20)내에서 베이스 물질로서 공급되며, 상기 다단 프레스는 이동형 캐리지 (21) 및 고정형 소재 캐리어부 (22)를 포함하고, 압출 및 업세팅 공정에 의해 하나 또는 그 이상의 재형성 단계를 통해 완성된 형태의 중공형 블랭크 (4b)로 단계적으로 재형성되고, 미리 제조된 중공형 블랭크 (4b)는 또 다른 단계 (VI)에서 상기 다단 프레스 (20) 내에서 공동이 구비되어 있는 다편 분할 툴 (1, 8)로 삽입되며, 이때 이의 내벽에 부정나사형상 (3)이 장착되어 있고, 상기 분할 툴 (1, 8)이 폐쇄된 상태에서, 적어도 하나의 맨드릴 (6)이 상기 블랭크 (4b)의 중앙 개구에 삽입되고, 상기 블랭크 (4b)는 맨드릴에 의해 그 과정에서 확대되고, 이때 나사형상 (3, 3a)의 외곽은 방사상 물질흐름에 의해 충진되며, 마지막으로, 상기 툴이 개방된 후 다편 분할 툴 (1, 8)로부터 완성된 형태의 소재 (4)가 제거되는 것이다.

Description

중공형 금속 소재 상의 외부 쓰레드의 비절삭 제조방법 및 장치{Method and Device for the Non-cutting Production of an Outside Thread on Hollow Metal Work Pieces}

본 발명은 안정된 연결 또는 고정소자로서 중공형 나사, 중공축, 나사형 슬리브나 부품으로 사용되기 위한 중공형 금속 소재 (hollow metal work piece)상의 외부 쓰레드의 비절삭 제조방법 및 상기 방법을 수행하는데 적절한 장치에 관한 것이다.

금속 소재상의 외부 쓰레드를 제조하는 방식으로 알려진 두 가지 전형적인 예로서 쓰레드의 밀링이나 압연 또는 커팅방법이 있다. 이들 방법은 쓰레드의 크기, 금속소재의 모양 및/또는 금속소재의 경도에 따라 실질적으로 사용된다.

서로를 향해 움직이는 (평행턱) 플랫형 나사 전조(thread-rolling) 다이 또는 두 개 또는 세 개의 구동 라운드형 롤이 구비된 기계들이 밀링이나 압연 작업 시 사용된다. 이때, 상기 쓰레드는 금속소재가 구동되면서 선반에 클램핑된 나사 전조 헤드에 의해서도 제조될 수 있다.

프로파일 롤링기계에 의한 박판 중공부 상의 쓰레드의 냉간 압연에 대한 예가 DE 195 36 817 A1에 기재되어 있다.

실제로, 중공형의 원통형 금속소재상에서 밀링 또는 압연된 외부 쓰레드를 대량 생산하는 것이 매우 중요해지고 있다. 그러나, 상기 공정의 전제조건으로서 중공형의 원통형 소재는 충분한 벽두께를 구비해야 한다. 이때, 벽두께는 나사전조용으로, 두 개의 압연기계에서는 적어도 대략 1/5의 외부 직경/벽두께를, 세 개의 압연기계에서는 대략 1/8의 외부 직경/벽두께를 구비해야 한다.

상기 쓰레드는 절삭공정, 또는 상기 값 이하의 비율을 구비한 선반장착 나사전조 헤드에 의해서만 제조될 수 있다. 그러나, 자동 다축 선반이나 쓰레드 절삭기계상의 쓰레드를 제조할 시 금속형성공정에 비해 소재와 시간적인 면에서 더 많은 비용이 든다.

외부 쓰레드가 절삭도구에 의해 자동 선반상에서 금속절삭 쉐이핑에 의해 제조된, 압연 마무리형 변형경화 표면을 획득하는 것은 불가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 안정된 연결 또는 고정소자로서 중공형 나사, 중공축, 나사형 슬리브나 부품으로 사용되기 위한 중공형 금속 소재상의 외부 쓰레드의 비절삭 제조방법으로써, 특히 박편 소재에 적절하고 경제성이 개선된 것을 특징으로 하는 비절삭 제조방법을 고안하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하는데 적절한 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 제 1 항에 기재된 구성에 의해 달성된다. 청구항 제2항 내지 제11항의 대상기술은 상기 방법의 이로운 발전에 해당된다. 상기 방법을 수행하는데 적절한 장치는 청구항 제12항의 대상기술이며, 상기 장치의 실시예가 청구항 제 13항 내지 제 21항에 기재되어 있다.

상기 제시된 방법에 따르면, 길이가 절개된 금속 와이어 또는 강재 (bar stock)가 베이스 물질로서 사용된다. 와이어부는 단계적으로 재형성되어 다단 프레스내에서 완성된 형태의 중공형 블랭크 (hollow blank)를 형성하며, 상기 프레스는 하나 또는 그 이상의 압출 또는 업세팅 (upsetting) 단계에서 이동형 캐리지 및 고정형 소재 캐리어부 (stationary work piece carrier unit)를 구비한다.

또 다른 단계에서, 상기 미리 제조된 중공형 블랭크는 상기 다단 프레스내에서 공동 (cavity)을 구비하는 다편 분할 툴 속에 삽입되는데, 상기 툴의 내벽에 부정나사형상 (negative threaded profile)이 제공된다. 외부 쓰레드를 형성하기 위해, 적어도 하나의 맨드릴 (mandrel)이 중공형 소재의 일측 상에 이의 중앙 개구에서 삽입되거나 인입되는데, 이때 상기 중공형 소재는 상기 맨드릴에 의해 확대된다. 방사물질의 흐름 (측방 압출)에 의해 확대공정을 거쳐 상기 나사형상의 외곽이 충진됨으로써, 상기 외부 쓰레드가 형성된다.

마지막으로, 상기 완성된 소재는 상기 툴이 개방된 후 상기 툴로부터 제거된다.

상기에 제시된 방법을 통해, 외부 쓰레드가 서로 다른 중공형 소재상에서 매우 경제적인 방식으로 제조될 수 있다. 상기 방법에 적합한 금속 소재들로서 구리, 알루미늄 또는 강철과 같은 냉간 성형 물질들이 사용된다.

외부 쓰레드를 구비하여 제조된 상기 소재들은 중공형 나사, 중공축, 나사형 슬리브나 부품용으로 사용된다. 또한, 이들은 안정적인 연결 또는 고정소자들로서 활용된다.

필요 시, 상기 삽입된 블랭크는 맨드릴이 이동하는 동안 세로로 확장되지 않도록 고정된다.

상기 맨드릴의 움직임뿐만 아니라 상기 분할 툴의 턱 (jaw)의 개폐 움직임 또한 상기 다단 프레스의 중앙 구동부에 의해 트리거링될 수 있다. 이러한 방식을 통해 개별적인 구동부 역시 사용가능하며 이때에는 더 많은 비용이 든다.

상기 중공형 소재는 내부 및 외부적으로 (특히, 나사의 경우)뿐만 아니라 내외부적으로 원형, 타원형 또는 삼엽 (trilobular) 횡단 모양을 구비할 수 있다. 외부 쓰레드가 형성될 상기 소재의 영역에, 칸막이나 그 밖의 다른 한정수단에 의해 몇 개의 중공부로 세분화된 공동이 구비될 수 있다. 이때, 복수 개의 맨드릴부를 구비하는 맨드릴이 상기 공동으로 삽입된다.

각각의 맨드릴부는 자신들의 기하학적 구조에 대해 각각의 중공부에 맞춰 조절되고, 이와 동시에 해당하는 쓰레드부를 확대단계에서 형성한다. 이렇게 형성된 외부 쓰레드는 세로로 차단된 쓰레드로서, 예를 들어 상기 칸막이와 외벽 사이에 교차점이 존재하는 지점에 위치된다.

이에 대한 하나의 적용예로서, 오일을 배출하기 위한 두 개의 축채널이 구비되는 오일배출 플러그를 들 수 있다.

상기 방법의 바람직한 변형에 따르면, 부정나사형상의 형상높이를 줄임으로써 나사 프레스 공정이 진행되는 동안 상기 분할 툴의 상기 턱 사이의 폐쇄 갭으로 물질이 인입되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 감소된 나사형상이 상기 턱의 폐쇄된 가장자리 영역에 있는 블랭크상에 형성된다.

따라서, 상기 쓰레드는 낮아지거나 상기 턱의 폐쇄된 가장자리 영역에 더 이상 실질적으로 존재하지 않게 된다. 대안적으로, 상기 쓰레드가 형성될 부분의 상방향 처리공정 중 어느 하나의 공정 시 상기 다단 프레스 내에 축 방향의 리세스나 그 밖의 다른 블랭크가 생성될 수 있다. 이렇게 생성된 리세스는 분할 툴의 상기 턱의 폐쇄된 가장자리가 놓여 있는 지점에서 방사상으로 배치되어야 한다.

상기 블랭크의 경우에도, 쓰레드가 생성되는 공동을 감싸고 있는 격벽을 하나 또는 그 이상의 지점에서 차단시키는 방식으로 구성될 수 있다. 이러한 공정은 실질적인 나사 프레스를 수행하기 전, 어느 하나의 재형성 단계를 진행할 때 수행된다.

또한, 상기 방법의 이점은 기존 방식에 따라 많은 비용을 들여야만 가능한 박편 중공형 소재상의 외부 쓰레드를 형성할 때에도 적절하게 적용될 수 있다는 점이다. 특히, 중공부의 최소한의 벽두께는 형성되는 쓰레드의 측면 깊이와 블랭크 소재에 따라 결정된다.

본 발명의 또 다른 이점은 확대공정에 의해 쓰레드부를 변형 경화시키고, 동시에 밝은 면을 형성하여 별도의 재작업 공정을 없애는 것이다. 상기 추가적인 변형 경화공정으로 인해 쓰레드부는 더 높은 기계 부하도 견딜 수 있다.

외부 쓰레드를 제조하는데 필요한 기술장비 비용은 비교적 낮은 편이다.

또한, 쓰레드를 서로 다른 기하학적 구조부로 구성할 수 있으며, 이에 따라 상기 공동의 내벽에 나사형상이 생성된다.

또한, 상기 나사형상은 그 밖의 다른 형상들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 외부 쓰레드의 경우 리세스나 원형 형상에 의해 단독으로 또는 결합된 형태로 차단가능하다. 그 밖의 다른 형상들 또한 상기 쓰레드의 외부 및/또는 하부에 생성될 수 있다. 따라서, 각 형성부의 사용목적에 부합되는 추가적인 형상들을 상기 외부 쓰레드와 별도로 제조할 수 있다.

상기 쓰레드를 제외하고, 밀링 또는 압연공정에 의해 외부 쓰레드를 제조하기 위한 기존 방법 중, 하나의 프로세스 단계에서 별도의 형상들 또는 추가적인 형상들을 소재 또는 블랭크상에서 경제적으로 생성할 수 있는 방법은 없다.

축 이동 또는 회전 이동 또는 이들 축 및 회전 이동이 결합된 형태에 의해 블랭크 또는 소재의 공동 속으로 맨드릴을 인입시킴으로써, 필요한 방사물질의 흐름에 대한 필수적인 압출력이 생성된다. 대안적으로, 상기 소재를 맨드릴 상에서 이동시키거나 양측이 서로에 대해 이동될 수 있도록 한다. 상기 맨드릴은 고속의 강철이나 초경합금 (hard metal)으로 만들 수 있다.

쓰레드를 형성하기 위한 확대공정은 서로 다른 외주면의 맨드릴이나 맨드릴부를 이용하여 단계적으로 수행된다.

또한, 치수가 다른 몇 개의 맨드릴을 하나의 맨드릴 대신 연속적으로 사용할 수도 있다. 이는 비교적 두꺼운 벽부에 대해 특히 필요한 것으로 보인다. 하나의 맨드릴 또는 복수개의 맨드릴은 서로 다른 기하학 구조의 폼형성부 (form shaping section)를 구비한다. 첫 번째 폼형성부는 다각형의 접촉면, 바람직하게는 삼각형 또는 사각형의 접촉면을 구비하도록 구성되고, 이때 각 코너는 다소 둥글게 형성된다. 처음에, 맨드릴의 각 코너는 소재의 내벽이 확대되는 동안 블랭크의 내벽과 접촉하는 지점이나 영역에서 축 방향 및 방사 방향으로만 확대된다.

따라서, 상기 소재의 물질이 나사 형상으로 프레스되는 곳은 이들 지점뿐이다. 후속되는 추가 확대공정에서, 공동의 횡단면에 따라 조절된 맨드릴부에 의해 외부 쓰레드는 마지막 형태로 마무리된다. 이들 공정은 소재의 길이가 축 방향으로 확대되는 것을 방해하는데, 상기 첫 번째 확대단계에서 이미 충진되고 변형 경화된 나사 형상의 지점들이 두 번째 확대단계 시 축 방향으로의 길이확대를 저지하거나 이를 제한된 정도로만 허용하기 때문이다.

필요 시, 상기 툴 속으로 삽입 또는 공급하기 전과 후에 상기 소재를 형성온도로 가열시킬 수 있는데, 이때 상기 온도는 벽두께와 소재의 물질에 따라 결정된다.

상기 확대공정은 바람직하게는 복수개의 이동형 턱, 예를 들어 두 개, 세 개 또는 네 개의 턱 (jaw)을 구비하는 다편 분할 툴에서 진행된다. 비교적 큰 나사 깊이를 구비하는 쓰레드를 형성할 때에는, 소재를 확대시키는데 있어 상당한 힘이 요구된다. 따라서, 확대공정이 진행되는 동안 분할 툴의 상기 턱이 자신들의 접촉지점에서 다소 밀려 떨어지면서, 상기 지점에서 세로방향의 가장자리가 형성되는 상황을 배제할 수는 없다. 이를 방지하기 위해, 쓰레드를 형성하도록 구성된 중공형 소재의 영역 또는 부분에서 상기 분할 툴의 턱들이 만나는 지점에, 세로로 구성된 작은 리세스를 상기 나사 프레스공정이 진행되기 전에 생성한다.

이로써 확대공정이 진행되는 동안 상기 턱이 약간 개방될 때 턱 사이의 물질을 방지할 수 있다.

상기 방법을 수행하는데 적절한 장치로 이동형 캐리지 및 고정형 소재 캐리어부를 구비하는 다단 프레스가 포함되는데, 이때 중공형 블랭크가 삽입되는 적어도 하나의 중앙 개구가 포함된 공동 (cavity)을 구비하는 상기 캐리지 또는 상기 고정형 소재 캐리어부 중 어느 하나에서, 개폐 위치로 이동가능한 적어도 하나의 다편 분할 툴이 상기 다단 프레스내에 배치된다.

상기 공동을 한정하는 내벽은 부정나사형상 (negative threaded profile)을 장착한다. 또한, 상기 장치는 소재 (work piece)의 위치를 고정하기 위한 적어도 하나의 정지수단 (stop) 및 이젝터 시스템뿐만 아니라 중공형 소재 속으로 삽입될 수 있는 펀치 또는 적어도 하나의 확대형 맨드릴을 포함한다. 이들이 장착된 상기 펀치 및/또는 툴 (tool) 또는 유닛은 구동부에 의해 이동가능하다. 상기 소재가 형성된 후, 상기 공동 속으로 삽입된 상기 소재는 툴의 개방 움직임에 의해 언로딩되도록 해제된다.

프레스 턱 (pressing jaws)의 내벽에 의해 한정된 상기 공동은 그 규모가 제한적이기 때문에, 턱이 폐쇄된 상태에서, 상기 삽입된 소재의 표면적과 상기 공동의 내벽 사이에서는 적은 양의 작용이나 접촉만이 존재한다.

상기 턱의 나사형상은 쓰레드가 존재하지 않는 다른 형상들에 의해 차단될 수 있다. 이들 형상들 역시 상기 나사형상의 외부에 배치가능하다.

예를 들어, 적어도 하나의 정지수단 (stop)은 확대공정이 진행되는 동안 다단 프레스내에서 상기 블랭크의 위치를 고정하는데 사용된다.

상기 턱의 부정나사형상은 바람직하게는 양측의 외부 쓰레드 직경이 턱의 주변부 영역에서 지속적으로 감소하는 형태, 즉 상기 형상의 깊이가 줄어드는 방식으로 구성된다. 이로 인해 나사 프레스 공정이 진행되는 동안 턱 사이에 물질이 개입되는 위험성을 상당히 줄일 수 있다.

턱의 내벽에 의해 한정된 상기 공동은 그 규모가 제한적이기 때문에, 턱이 폐쇄된 상태에서, 삽입된 블랭크의 표면적과 상기 공동의 내벽 사이에서는 적은 양의 작용이나 접촉만이 존재한다.

상기 턱의 나사형상은 그 밖의 다른 형상들에 의해 차단되거나, 상기 나사형상 외부의 턱들은 다른 형상들을 장착한다.

턱의 개폐 움직임뿐만 아니라 확대형 맨드릴, 또는 분할 툴의 움직임을 상기 캐리지의 움직임에 의해 제어할 수 있다. 또한, 상기 턱을 이동시키기 위해 별도의 구동장치를 제공할 수도 있다.

상기 캐리지의 움직임으로 인해 상기 분할 툴과 상기 맨드릴 간에 상대적인 이동이 발생된다.

상기 턱은 상기 캐리지의 움직임 또는 별도의 구동장치에 의해 인장되고 완화되는 스프링 어셈블리에 의해 이동된다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 확대형 맨드릴은 서로 다른 폼형성부를 구비할 수 있는데, 상기 소재 (work piece)로 인입되는 첫 번째 폼형성부는 다각형의 모양으로 형성되며, 상기 소재와 접촉하게 되는 라운딩 형태의 코너 또는 가장자리를 구비한다.

또한, 상기 확대형 맨드릴은 복수개의 세로로 분할된 구획부 또는 부분을 포함하며, 이들 사이에 자유공간이 방사상 방향으로 배치되어 있다. 상기 분할 툴은 단일 또는 다편의 외부 링 (external ring)을 포함하며, 상기 링에서 프레스 턱은 방사상으로 이동가능하게 장착되고 상기 프레스 턱의 표면적과 상기 링의 내부 표면은 원뿔형으로 형성된다. 상기 외부 링은 상기 캐리지에 의해 이동가능한 이동형 원형소자와 접촉한다. 또한, 상기 확대형 맨드릴은 서로 다른 폼형성부를 구비하는데, 상기 소재로 인입되는 첫 번째 폼형성부는 다각형의 모양으로 형성된다. 상기 소재와 접촉하게 되는 코너 또는 가장자리는 라운딩으로 처리된다.

지금부터, 모범적인 실시예에 의해 본 발명을 기술하기로 하며, 첨부된 도면은 다음과 같다:
도 1 은 종단면으로 간략하게 나타낸 이편 분할 툴 (two-part split tool)의 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 따른 분할 툴의 프레스 툴을 도시한다.
도 3 은 폐쇄된 상태의 세 개의 프레스 턱을 구비한 분할 툴을 종단면으로 간략하게 나타낸 사시도이다.
도 4 는 확대공정 시의 도 3에 따른 분할 툴을 도시한다.
도 5 는 개방된 상태에서의 도 3에 따른 분할 툴을 도시한다.
도 6 은 도 3 의 A-A선에 따른 구획부를 도시한다.
도 7 은 확대형 맨드릴의 제 2 실시예에 대한 사시도이다.
도 8 은 도 7 의 B-B 선에 따른 구획부를 도시한다.
도 9 는 확대형 맨드릴의 제 3 실시예에 대한 사시도이다.
도 10 은 도 9 의 C-C 선에 따른 구획부를 도시한다.
도 11 은 간략하게 사시도로 표현된 다단 프레스내의 튜브장비를 제조하기 위한 본 발명에 따른 개별적인 공정단계를 도시한다.
도 12 는 분할 툴의 제 2 실시예에 대한 횡단면을 도시한다.

도 11 은 본 발명에 따라 외부 쓰레드를 구비하는 튜브장비 (4)를 제조하기 위한 I 내지 VI 단계를 보여주는 간략한 사시도이다.

상기 단계는 공급 롤 (supply roll)로부터 공급된 고체 물질 (와이어 또는 바형 물질)로 만들어진 구획부 (27)의 전단 툴 (shearing tool, 19)에 의해 길이방향으로 절삭하는 공정과 관련되어 있다.

후속 단계인 II 내지 VI 공정은 5단계의 프레스로 구성된 다단 프레스 (20) 내에서 진행된다. 더 상세하게 도시되지 않은 상기 다단 프레스는 이동형 캐리지 (21)와 고정형 소재 캐리어부 (22)를 그 자체적으로 구비하고 있는 기존 구성의 머신 프레임을 구비한다.

상기 다단 프레스는 스웨이징 툴 (swaging tool, 23) (II 단계), 초기 역방향 압출 툴 (24) (III 단계), 제 2 역방향 압출 툴 (25, IV 단계), 펀칭 툴 (26, V 단계), 및 프레스 툴 (VI 단계)로서 분할 툴 (1, 8)을 포함한다. 외부 쓰레드를 구비하는 구리 튜브장비 (4)를 제조하기 위해, 환형 칼라가 구비되는 블랭크 (4b)가 상기 II 내지 V 단계에서 길이방향으로 절개된 와이어부 (27)로부터 생성된다. 이들 II 내지 V 단계에서 각각의 개별 툴은 상기 블랭크 (4b)를 수용하기 위한 중앙 개구형 공동을 구비하는 두 개의 다이, 즉 상부 다이 (28a) 및 하부 다이 (28b), 펀치 (29), 및 상기 펀치 (29)와 반대방향으로 배치된 이젝터 (30)를 포함한다.

상기 다이 (28a)는 상기 툴 (캐리지 또는 워크 캐리어)의 일측에 위치되고 상기 다이 (28b)는 타측에 구비된다.

상기 압출 펀치 (29)는 상기 이젝터 (30) 및 상기 상부 다이 (28a)의 중앙 공동 속으로 인입되거나, 이젝터 슬리브 (7)가 타측의 하부 다이 (28b)로 인입된다.

상기 펀치 (29)의 움직임을 통해 다단 프레스의 캐리지 (21)를 이동시킨다. 필요 시, 생성되는 블랭크의 기하학 구조에 따라 상기 다이들을 다편 분할 툴로서 구성할 수 있다.

펀칭을 위해, V 단계에서 펀치대신에 슬리브형 정지수단 (7)을 제공한다. 상기 첫 번째 다이는 상기 캐리지 (21)의 일부이거나 이에 장착된다. 상기 두 번째 다이 (28b)는 상기 고정형 소재 캐리어부 (22)의 일부에 해당된다. 상기 다이들 (28a, 28b)을 역전된 형태로 배치할 수도 있다.

미리 제조된 블랭크 (4b)의 경우, 하나의 공정단계가 완성되면 그리퍼 장치나 핸들링 장치에 의해 후속공정 시 툴 속으로 삽입된다. 또한, 이와 유사한 구성을 다른 단계에서 적용시킬 수 있다. II 내지 IV 단계에서의 블랭크 형성작업은 바람직하게는 냉간 압출 공정으로서 진행된다.

도 11 에 나타난 것처럼, 길이방향으로 절개되고 공급된 구리 와이어 또는 바 구획부 (4b)는 주로 업세팅 (upsetting) 및 압출공정에 의해 II (업세팅), III (제 1 디싱 (dishing)), IV (제 2 디싱), 및 V (펀칭) 단계에서 환형 칼라가 구비된 튜브장비 속으로 재형성된다. 마지막으로, 상기 튜브장비의 두 개의 원통부 중 어느 하나에서 외부 쓰레드가 생성된다.

이는 다편 분할 툴 (1 또는 8)에 의해 나사 프레스 공정 (VI 단계) 시 상기 다단 프레스 내에서 수행된다. 각각의 분할 툴 (1, 8)은 도 11에 나타난 것처럼, 다른 단계의 툴이 장착되는 유사한 방식으로 캐리지 (21) 및 소재 캐리어부 (22) 상에 구비된다.

외부 쓰레드를 제조하기 위한 분할 툴의 특별한 실시예가 도 1 내지 6 및 12에 나타나 있다.

도 1 및 2 는 VI 단계를 좀 더 상세하게 나타내기 위한 종단면의 이편 분할 툴 (1)을 도시한다. 상기 툴은 두 개의 프레스 턱을 포함하는데, 하나의 프레스 턱 (2) 만이 나타나 있다. 공동을 한정하는 프레스 턱 (2)의 내벽은 부정나사형상 (3)을 장착한다. 상기 프레스 턱 (2)이 폐쇄된 위치를 취한 후, 환형의 링이 구비된 블랭크 (4b) 또는 미리 제조된 튜브장비가 상기 공동 (5)으로 삽입된다. 튜브 칼라 (tube collar)위에 위치된 상기 블랭크 (4b)의 후부는 쓰레드가 형성되는 관부 (tubular section)에 비해 더 큰 내부직경을 구비한다.

상기 삽입된 튜브장비의 경우, 프레스공정이 진행되는 동안 튜브 장비 (4b)의 선형 팽창을 방지하기 위해 정지수단 (stop)으로서 작용하는 공동 속에 삽입된, 이젝터 슬리브 (7)에 의해 하부에서 지지된다.

비스듬한 선단을 구비하는 확대형 맨드릴 (6)은 상부로부터 상기 튜브장비 (4b)의 중앙 개구 속으로 삽입되어, 상기 공동 (5)에서 돌출되는 튜브장비 (4b)의 관부 상에 외부 쓰레드를 생성한다.

상기 확대형 맨드릴 (6)이 삽입되는 동안, 물질이 방사상으로 흘러서 상기 프레스 턱 (1)의 내벽의 부정나사형상 (3)의 외곽에서 상기 물질이 충진되면서, 상기 튜브장비 (4b)의 관부 상에 외부 쓰레드를 형성한다. 상기 확대공정은 상기 확대형 맨드릴 (6)이 슬리브 (7) 속에 삽입되면서 마무리 된다. 그 후, 상기 맨드릴 (6)은 자신의 출발위치로 다시 돌아가고 분할 툴 (1)이 개방된다. 그러면, 외부 쓰레드를 구비하는 완성된 형태의 튜브장비 (4)가 상기 개방된 분할 툴 (1)로부터 이젝터 슬리브에 의해 제거된다.

상기 삽입공정 시 발생하는 마찰을 줄이기 위해 상기 확대형 맨드릴 (6)의 후부 (6a)의 외부직경을 감소시킨다.

도 3 내지 6은 세 개의 이동형 턱들 (도 6의 10, 11, 12)을 구비하는 분할 툴 (8)로서, 보다 변형된 실시예를 도시한다. 상기 분할 툴 (8)은 세 개의 턱들 (10, 11, 12)이 방사상으로 이동되는 축방향에서 이동할 수 있는 외부 링 (9)을 하부 다이의 소자로서 포함한다. 상기 턱들 (10, 11, 12)의 외부 표면은 원뿔형 표면적 (17)을 구비하고, 상기 외부 링 (9)은 이에 해당하는 원뿔형 내부 표면 (18)을 구비함으로써, 상기 턱들 (10, 11, 12)은 외부 링 (9) 내에서 개폐위치로 이동된다. 또한, 상기 턱들 (10, 11, 12)은 자신들의 내면 또는 내벽에 부정나사형상 (3)을 구비한다. 상기 턱들의 내벽은 턱들 (10, 11, 12)이 폐쇄된 상태에서 상하부로 양측면에서 개방되는 공동 (5)을 한정한다.

다단 프레스의 이동형 캐리지에 연결되는 환형소자 (13, 상부 다이)는 상기 외부 링 (9)에 안착된다. 상기 턱들 (10, 11, 12)은 더 상세하게 도시하지 않은 스프링 어셈블리의 움직임에 의해 개폐된다. 상기 스프링 어셈블리는 상기 링 (9)과 접촉하는 환형소자 (13)의 축방향 이동에 의해 캐리지의 인피드식 움직임 (in-feed motion)과 함께 인장되는데, 이때 상기 턱 (10, 11, 12)을 구비하는 프로세스 링 (9)은 정지수단 (14)과 반대로 움직인다.

이렇게 반대방향으로 움직일 때, 상기 스프링 어셈블리는 이완되고 상기 링 (9)의 경우 턱들이 개방된 채 상방으로 움직인다. 또한, 상기 장치는 정지수단으로 작용하는 슬리브형 이젝터 (7) 및 확대형 맨드릴 (6)을 포함한다. 상기 확대형 맨드릴 (6)의 축방향 이동은 캐리지의 움직임에 의해 제어된다.

도 3은 폐쇄된 인장상태에서의 분할 툴 (8)을 도시한다. 블랭크 또는 튜브장비 (4b)는 상세하게 도시되지 않은 그리핑 장치에 의해 상위 단계인 V의 툴로부터 이송된 후, 분할 툴 (8)의 공동 (5)으로 삽입된다. 상기 과정은 툴이 개방된 상태에서 이루어진다. 상기 튜브장비 (4b)는 스프링 텐션 하의 이젝터 슬리브 (7)에 의해 하부에서 지지된다.

그 후, 상기 확대형 맨드릴 (6)이 캐리지의 또 다른 인피드식 움직임을 통해 도 4에 나타난 것처럼, 상부로부터 소재 (튜브장비)의 중앙 공동으로 삽입된다. 이전에 설명한 확대공정에 의해 튜브장비 (4b)의 관부 상에 외부 쓰레드가 형성된다.

상기 형성공정이 완성되면, 확대형 맨드릴 (6) 및 환형소자 (13)가 자신들의 출발위치로 다시 돌아간다. 상기 스프링 어셈블리가 이완되면서 프레스 턱들 (10, 11, 12)은 개방위치 (도 5)로 이동된다. 초기 텐션 하에 있던 이젝터 슬리브 (7)는 분할 툴이 개방되면서 완화된다.

이로써, 현재 완성된 형성부 (4)에 대한 이젝터로서의 기능을 시작한다.

맨드릴 (6)이 이동되는 대신에, 폐쇄된 분할 툴 또한 상기 맨드릴을 통해 이동될 수 있는데, 이는 다단 프레스의 설계배치에 따라 이루어진다.

확대공정이 진행되는 동안 분할 툴의 폐쇄된 가장자리 영역에 세로형 가장자리가 형성되는 것을 방지하기 위해, 쓰레드가 형성되는 블랭크의 관부 상에 리세스 또는 오목부 (indentation, 4a)를 세로방향으로 형성할 수 있다. 이때, 이들을 도 6에서처럼, 분할 툴의 프레스 턱 (10, 11, 12)의 폐쇄된 가장자리가 위치된 지점에 방사상으로 배치시켜야 한다. 그 후, 상기 블랭크 또한 이에 따라 상기 툴 속에 삽입시켜야 한다.

도 12는 이에 대한 또 다른 대안으로, 블랭크 또는 튜브장비 없이 툴이 폐쇄된 상태로 도시된 모습을 보여주고 있다. 개별 턱들 (10, 11, 12)의 부정나사형상 (3)의 경우, 상기 턱들 (10, 11, 12)의 가장자리 또는 폐쇄된 갭 방향으로 개별 쓰레드의 쓰레드 (3a) 깊이나 형상의 깊이가 각 케이스에서 감소되는 방식으로 형성된다. 그러면, 상기 턱들 (10, 11, 12)의 폐쇄된 가장자리 바로 그 영역에서 어떠한 부정나사형상도 형성되지 않는다.

이로써, 압출공정으로 인해 폐쇄된 갭 사이로 물질이 침투될 위험성을 상당량 줄일 수 있다.

상기 두 가지 방식은 결합하여 사용가능하다.

도 7 내지 10은 서로 다른 기하학 모양의 확대형 맨드릴에 대한 또 다른 변형 실시예를 나타낸다. 상기 확대형 맨드릴 (도 7 및 8의 15)은 서로 다른 두 개의 폼형성부를 구비한다. 소재 (work piece, 4b)의 공동 (cavity)에 처음으로 삽입되는 상단부 (15a)의 횡단모양은 코너가 둥근 형태의 삼각형 (15b)으로 형성된다. 상기 상단부가 상기 소재 (4b)의 공동에 삽입되는 동안, 물질은 처음에는 이들 코너의 작용범위 내에서 나사형상 (3)의 외곽으로만 유동된다. 후속되는 폼형성부 (15c)의 횡단모양은 공동, 예를 들어 관상 공동에 부합되는데, 상기 관상 공동은 원형의 횡단모양을 구비한다.

소재 (4b)의 공동을 세로방향으로 구성된 개별 챔버로 분할시키는 경우, 도 9 및 10에 도시된 확대형 맨드릴 (16)을 사용한다. 상기 확대형 맨드릴 (16)은 세로로 구성되는 두 개의 맨드릴부 (16b, 16c)를 상기 분할된 공동으로 인입되는 상단부 (16a)에서 구비하는데, 이들 사이에 자유 공간 (16d) 또는 갭이 배치된다. 그 후, 상기 물질이 상기 맨드릴부 (16b, 16c)의 표면적 상에서 나사형상의 외곽으로 방사방향으로 유동된다. 이렇게 생성된 상기 외부 쓰레드는 상기 자유 공간 (16d) 또는 상기 갭이 위치되는 반대지점에서 세로방향으로 차단된다.

Claims (21)

1. 안정된 연결 또는 고정소자로서 중공형 나사, 중공축, 나사형 슬리브나 부품으로 사용되기 위한 중공형 금속 소재 (hollow metal work piece)상의 외부 쓰레드를 비절삭 방식으로 제조하기 위한 방법에 있어서,
   와이어 또는 강재 (bar stock, 27)가 다단 프레스 (20)내에서 베이스 물질로서 공급되며, 상기 다단 프레스는 이동형 캐리지 (21) 및 고정형 소재 캐리어부 (22)를 포함하고, 압출 및 업세팅 공정에 의해 하나 또는 그 이상의 재형성 단계 (II 내지 V)를 통해 완성된 형태의 중공형 블랭크 (4b)로 단계적으로 재형성되고, 미리 제조된 중공형 블랭크 (4b)는 또 다른 단계 (VI)에서 상기 다단 프레스 (20) 내에서 공동이 구비되어 있는 다편 분할 툴 (1, 8)로 삽입되며, 이때 이의 내벽에 부정나사형상 (3)이 장착되어 있고, 상기 분할 툴 (1, 8)이 폐쇄된 상태에서, 적어도 하나의 맨드릴 (6)이 상기 블랭크 (4b)의 중앙 개구에 삽입되고, 상기 블랭크 (4b)는 맨드릴 (6, 15, 16)에 의해 그 과정에서 확대되고, 이때 나사형상 (3, 3a)의 외곽은 방사상 물질흐름에 의해 충진되며, 마지막으로, 상기 툴이 개방된 후 다편 분할 툴 (1, 8)로부터 완성된 형태의 소재 (4)가 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
2. 제 1 항에 따른 방법에 있어서,
   상기 맨드릴 (6, 15, 16)이 움직이는 동안, 상기 분할 툴 (1, 8)에 삽입된 블랭크는 세로방향으로 확대되는 것을 방지하도록 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 따른 방법에 있어서,
   상기 맨드릴 (6, 15, 16)의 움직임뿐만 아니라 상기 분할 툴 (1, 8)의 턱들 (10, 11, 12)의 개폐 움직임은 다단 프레스 (20)의 중앙 구동부에 의해 트리거링되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
   상기 중공형 블랭크 (4b)의 중앙 개구는 원형, 타원형 또는 삼엽 (trilobular) 횡단 모양을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
   상기 블랭크 (4b)의 공동은 적어도 어느 하나의 칸막이에 의해 복수개의 공동부로 분할되고, 복수개의 맨드릴부 (16)를 포함하는 맨드릴이 상기 공동으로 인입되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
   상기 블랭크 (4b)의 공동을 감싸는 한정벽이 하나 또는 그 이상의 지점에서 차단되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
   부정나사형상 (3) 중 어느 하나의 형상 (3a)의 깊이는 상기 턱들 (10, 11, 12)의 폐쇄된 가장자리 영역에서 감소됨으로써, 상기 턱들 (10, 11, 12)의 폐쇄된 가장자리 영역에 위치하는 블랭크 (4b) 상의 지점에서는 어떠한 나사형상도 생성되지 않거나 감소된 형태의 나사형상만이 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
   상기 나사형상 (3)은 서로 다른 나사 기하학 구조의 복수개의 나사부를 포함하고, 상기 서로 다른 나사 기하학 구조의 나사부는 상기 확대공정 중에 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
   상기 나사형상 (3)은 그 밖의 다른 형상들을 포함하면서 생성되거나, 그 밖의 다른 형상들이 상기 나사형상의 외부에서 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
   
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    서로 다른 폼형성부를 구비하는 맨드릴 (15, 16)이 상기 외부 쓰레드를 형성하는데 사용되고, 이때 상기 맨드릴 (15, 16)은 라운딩 처리된 코너를 구비하는 다각형 접촉면으로 구성된 첫 번째 폼형성부를 포함하고, 상기 블랭크 (4b)의 내벽은 상기 코너의 작용범위 내에서만 방사상으로 확대되며, 상기 맨드릴은 후속공정으로서 두 번째 폼형성부를 포함하는데, 상기 두 번째 폼형성부는 소재의 공동의 횡단모양과 부합되고, 확대공정 시 쓰레드의 마지막 형성모양을 취하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    쓰레드를 형성하기 위한 영역내에 위치하는 상기 중공형 블랭크 (4b)는 상기 분할 툴 (1, 8)의 턱들 (2, 10, 11, 12)이 만나는 지점에 배치되어 있는 세로방향의 작은 리세스 (4a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    개폐위치로 이동가능하고, 중공형 블랭크 (4b)가 삽입되는 적어도 하나의 중앙 개구가 존재하는 공동을 구비하는 적어도 하나의 다편 분할 툴 (1, 8)은 이동형 캐리지 (21) 또는 고정형 소재 캐리어 (22) 중 어느 하나에서 상기 이동형 캐리지 (21) 및 상기 고정형 소재 캐리어 (22)를 구비하는 다단 프레스 (20)내에 배치되며, 이때 공동 (5)을 한정하는 턱들 (2, 10, 11, 12)의 내벽에 부정나사형상 (3)이 제공되고, 상기 중공형 블랭크 (4b)로 삽입될 수 있는 적어도 하나의 맨드릴 (6, 15, 16)의 경우 확대형 맨드릴 (6, 15, 16) 및/또는 분할 툴 (1, 8)이 구동부에 의해 이동된 상태에서 다단 프레스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
    
13. 제 12 항에 따른 장치에 있어서,
    상기 분할 툴 (1, 8)을 제외하고, 또 다른 스웨이징 툴 (23), 적어도 하나의 역방향 압출 툴 (24, 25), 및 펀칭 툴 (26)이 상기 다단 프레스 (20) 내에 배치되고, 상기 툴들 (23, 24, 25, 26)은 다이 (28a, 28b)를 장착하며, 다이 (28a)는 캐리지 (21) 상에 위치되고 나머지 다이 (28b)는 소재 캐리어부 (22) 상에 반대방향으로 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
    
14. 제 12항 또는 제 13항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,
    적어도 하나의 정지수단 (7)이 확대공정 시 상기 블랭크 (4b)의 위치를 고정하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
    
15. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,
    상기 턱들 (2, 10, 11, 12)의 상기 부정나사형상 (3)은 쓰레드 (3a)의 깊이가 이송영역 내 양측에서 상기 턱들의 주변부로 지속적으로 감소되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
    
16. 제 12항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,
    상기 턱들 (2, 10, 11, 12)의 내벽에 의해 한정되는 공동 (5)은 그 규모가 제한적이기 때문에, 상기 턱이 폐쇄된 상태에서, 상기 삽입된 블랭크 (4b)의 표면적과 상기 공동 (5)의 내벽 간에는 적은 양의 작용이나 접촉만이 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
    
17. 제 12항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,
    상기 턱들 (2, 10, 11, 12)의 나사형상 (3)은 그 밖의 다른 형상들에 의해 차단되는 것을 특징으로 하는 장치.
    
18. 제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,
    상기 나사형상 외부의 턱들 (2, 10, 11, 12)은 그 밖의 다른 형상을 장착하는 것을 특징으로 하는 장치.
    
19. 제 12항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,
    별도의 구동장치가 상기 턱들 (10, 11, 12)을 움직이기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
    
20. 제 12항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,
    상기 확대형 맨드릴 (15)은 서로 다른 폼형성부 (15a, 15b, 15c)를 구비하고, 이때 상기 블랭크 (4b)에 삽입될 수 있는 상기 첫 번째 폼형성부 (15a)는 다각형으로 구성되고, 상기 블랭크 (4b)와 접촉하게 되는 코너 또는 가장자리는 둥글게 처리되는 것을 특징으로 하는 장치.
    
21. 제 13항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서,
    상기 확대형 맨드릴 (16)은 세로방향으로 구성되는 복수개의 구획부 또는 부분 (16b, 16c)을 포함하고, 이들 사이에 자유 공간 (16d)이 방사방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
    

Images