KR20120069129A

KR20120069129A - 크랭크 쓰로우 제조 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20120069129A
Application number: KR1020100130539A
Authority: KR
Inventors: 송민철; 이명규; 김대순; 신상범; 권일근
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: KR101481200B1

Abstract

본 발명은 크랭크 쓰로우 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 선박용 2행정 대형 디젤 기관의 크랭크 샤프트를 구성하는 단위 부품인 "ㄷ"자 형태의 크랭크 쓰로우를 제조하는 장치 및 그 장치를 이용한 제조 방법에 관한 것이며, 본 발명은, 수직하중을 가하는 프레스 유닛과, 이 프레스 유닛의 하방(下方)에 장착되어, 프레스 유닛의 수직하중을 수평하중으로 변환시키는 복수의 토글(toggle)부와, 상기 복수의 토글부 중 좌우로 대향 배치된 2개 1조가 복수 조로 나열된 토글부의 좌우 각측 선단이 그 이면에 연결되는 한 쌍의 업셋팅(upsetting) 금형과, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 사이에 끼워지는 예비 성형체에, 단조 가공시 압하력(押下力)을 가하도록 상기 프레스에 장착되는 벤딩(bending) 금형과, 상기 벤딩 금형의 저부에 설치되어 금속 유동을 멈추게 하는 앤빌(anvil)로 이루어지는 크랭크 쓰로우(crank throw) 단조 장치로서, 상기 예비 성형체는 환봉(還奉)형상을 갖고, 상기 예비 성형체의 양단은, 크랭크 쓰로우의 샤프트 저널(shaft journal)의 형상에 맞춰, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 각각에 대향 형성된 저널 음각부 사이에 위치하는 것으로 이루어진다.

Description

크랭크 쓰로우 제조 장치 및 그 제조 방법{MANUFACTURING DEVICE AND METHOD THEREOF FOR CRANK THROW}

본 발명은 크랭크 쓰로우 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 선박용 2행정 대형 디젤 기관의 크랭크 샤프트를 구성하는 단위 부품인 "ㄷ"자 형태의 크랭크 쓰로우를 제조하는 장치 및 그 장치를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.

대형 선박의 주기관은 주로 2행정 디젤엔진이다. 대형 디젤 엔진의 핵심부품인 크랭크 샤프트는 단위 부품을 각각 제작하여 열박음 방식으로 조립하여 제작한다.

선박용 대형 크랭크 샤프트의 단위 부품은 "ㄷ"자 형태의 크랭크 쓰로우, 플랜지가 2개 달린 축인 쓰러스트 샤프트, 플랜지가 1개 달린 축인 샤프트 플랜지로 구성되어 있다. 그리고, 대형 크랭크 샤프트를 구성하는 단위 부품 중 가장 많은 비중을 차지하는 부품은 크랭크 쓰로우이다.

기존의 크랭크 쓰로우 제작 방법은 자유 단조 공법으로서, 도 1과 같다. 자유 단조로 제작하는 경우 정밀한 치수 제어가 어려워서 가공량이 많기 때문에 후속 공정인 가스 절단 및 기계 가공 공정에서 많은 공수가 소요된다.

한편 대형 선박의 보조 엔진 또는 중소형 선박의 추진 엔진으로 사용되는 4-행정(stroke) 엔진의 크랭크 샤프트는 연속 단류선(continuous grain flow)공법으로 제작된다. 이러한 공법은 타데우스 루트(Taduesz Rut)에 의해서 고안되어 TR단조라고 불리며, 연속 단류선 공법에 사용되는 장치와 공정은 소개되어 있다(유럽특허 제0003139호).

TR단조 장치는 프레스에 장착되어 프레스의 수직 운동이, 토글의 회전으로, 수평운동으로 변환된다. 이때 프레스의 수직 하중은 수평 하중으로 변환되며 토글의 각도에 따라 프레스 수직 하중보다 큰 하중을 소재에 가할 수 있게 된다.

상기 연속 단류선 공법으로 크랭크 샤프트를 제조할 때, 금형은 수직 방향으로 움직이는 수직 금형과 수평방향으로 움직이는 수평 금형으로 구성된다.

이러한, 수직 금형과 수평 금형은, 환봉 형태의 소재에 대해, 수직, 수평방향으로 동시에 가압작용하여, 그 결과, "ㄷ"자 형태의 크랭크 쓰로우가 제작된다. 이러한 과정의 반복에 의하여 연속 단류선을 가지는 크랭크 샤프트를 제작한다.

한편, TR단조를 고안한 타데우스 러트는 준형단조 공정인 TR단조 공법을 대형 크랭크 쓰로우 제조 공정에 적용하는 방안을 소개하고 있다(미국특허 제4041755호).

앞서 언급한 바와 같이 자유 단조로 제작하는 대형 크랭크 쓰로우는 정밀한 치수 제어가 어렵고 가공량이 많기 때문에 후속 공정에 많은 비용이 소요된다.

이러한 문제점을 해결하고자 미국특허 제4041755호는 TR단조 공법을 이용한 대형 크랭크 쓰로우 단조 방법을 제시하였으나, 이에 따르면, 사전에 먼저 인고트(ingot)로부터 예비 성형체를 제작해야 하는데, 이를 위해 예비 성형체를 위한 금형의 제작과 이 금형을 이용한 예비 성형체 성형장치가 별도로 요구되어 경제성이 떨어진다.

그리고, 이러한 단조 장치는 웨지(wedge)와 링크(또는, 토글이라 함)로 구성되어 있는데, 이는 2행정 디젤 엔진의 크랭크 샤프트가 4행정의 크랭크 샤프트에 비하여 상대적으로 행정거리(stroke)가 길어서 이러한 단조 장치로는 적절한 기구학적 특성을 구현하기 어렵기 때문에 상대적으로 수직거리가 긴 웨지와 링크로 구성된 단조 장치를 추가로 구성하고 있다. 하지만 이 역시 별도의 장치를 제작해야 한다는 점에서 추가의 비용이 소요된다.

따라서 본 발명에서는 기존 기술에서 제안된 방법의 문제점을 해결하기 위해 안출되었으며, 최종 성형체와 닮은 꼴로 예비 성형체를 제작할 필요가 없고 범용의 4행정 크랭크 샤프트를 그대로 활용할 수 있는 기술의 제공을 그 목적으로 한다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 수직하중을 가하는 프레스 유닛과, 이 프레스 유닛의 하방(下方)에 장착되어, 프레스 유닛의 수직하중을 수평하중으로 변환시키는 복수의 토글(toggle)부와, 상기 복수의 토글부 중 좌우로 대향 배치된 2개 1조가 복수 조로 나열된 토글부의 좌우 각측 선단이 그 이면에 연결되는 한 쌍의 업셋팅(upsetting) 금형과, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 사이에 끼워지는 예비 성형체에, 단조 가공시 압하력(押下力)을 가하도록 상기 프레스에 장착되는 벤딩(bending) 금형과, 상기 벤딩 금형의 저부에 설치되어 금속 유동을 멈추게 하는 앤빌(anvil)로 이루어지는 크랭크 쓰로우(crank throw) 단조 장치로서, 상기 예비 성형체는 환봉(還奉)형상을 갖고, 상기 예비 성형체의 양단은, 크랭크 쓰로우의 샤프트 저널(shaft journal)의 형상에 맞춰, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 각각에 대향 형성된 저널 음각부 사이에 위치하는 것으로 이루어진다.

또한, 본 발명에서는, 상기 토글부의 수평하중 작용선상에 있는 상기 업셋팅 금형 상의 가상의 점과 상기 저널 음각부의 외곽선이 접하는 것으로 구성된다.

또한, 본 발명에서, 상기 토글부는 토글각도를 크게 하는 와셔(washer)를, 상기 프레스 유닛과의 연결 지점에 제거가능하게 더 포함하고, 상기 업셋팅 금형의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형을 더 구비한다.

본 발명의 제조방법은, 수직하중을 가하는 프레스 유닛과, 이 프레스 유닛의 하방에 장착되어, 프레스 유닛의 수직하중을 수평하중으로 변환시키는 복수의 토글부와, 상기 복수의 토글부 중 수평하중이 내향으로 작용하고 대향 배치된 한 쌍의 토글부의 각 선단에 장착되는 한 쌍의 업셋팅 금형과, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 사이에 끼워지는 예비 성형체에, 단조 가공시 압하력을 가하도록 상기 프레스에 장착되는 벤딩 금형과, 상기 벤딩 금형의 저부에 설치되어 금속 유동을 멈추게 하는 앤빌로 이루어지는 크랭크 쓰로우 제조 장치를 이용한 제조 방법으로서, 인고트를 환봉 형상의 예비 성형체로 성형하는 단계와, 상기 예비 성형체를 상기 크랭크 쓰로우 제조 장치에 의해 중간 성형체를 형성하는 단계와, 상기 중간 성형체를 어닐링 및 재가열하는 단계와, 상기 벤딩 금형을 크랭크 핀(crank pin)의 내측 반원성형용 벤딩 금형으로, 상기 앤빌을 크랭크 핀의 외측 반원성형용 앤빌로 교체하고, 상기 업셋팅 금형의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형을 장착하며, 상기 한 쌍의 토글부 각각에 토글각도를 크게 하는 와셔를 상기 프레스 유닛과의 연결 지점에 장착하여 최종 성형체를 성형하는 단계와, 상기 최종 성형체에 열처리 및 표면가공 및 마무리 가공에 의해 크랭크 쓰로우로 성형하는 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명의 제조방법에서, 크랭크 핀의 길이방향 양단 둘레에 둥근 모서리 형상의 필렛(fillet)을 형성하기 위해, 상기 크랭크 핀의 내측 반원성형용 벤딩 금형과, 상기 크랭크 핀의 외측 반원 성형용 앤빌 상의 대응 개소를 모따기 및 라운드 처리한다.

본 발명이 적용되면, 고비용의 예비 성형체 제작 단계를 생략할 수 있고, 제조 공수도 획기적으로 줄일 수 있어, 제조비용을 줄이고, 이를 통해 가격 경쟁력의 확보에 기여하는 바가 크다.

도 1은 종래의 크랭크 쓰로우의 제조과정을 설명하는 개략 순서도이다.
도 2는 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 1차 가공을 설명하는 개략 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.
도 3은 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 2차 가공을 설명하는 개략 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.
도 4는 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 1차 가공을 설명하는 입체 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.
도 5은 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 2차 가공을 설명하는 입체 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서의 업셋팅 금형으로서, (a)는 사시도를, (b)는 정면도를, (c)는 측단면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서의 벤딩 금형으로서, (a)는 1차 가공용 벤딩 금형의 사시도를, (b)는 (a)의 정면도를, (c)는 (a)의 측단면도를 나타내고, (d)는 2차 가공용 벤딩 금형의 사시도를, (e)는 (d)의 정면도를, (f)는 (d)의 측단면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서의 1차 가공용 앤빌로서, (a)는 사시도를, (b)는 정면도를, (c)는 측단면도를 나타낸다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에서의 2차 가공용 앤빌 및 사이드 금형으로서, (a)는 사시도를, (b)는 정면도를, (c)는 측단면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 대한 시뮬레이션의 3차원 해석결과로서, (a)는 2차 가공을 끝날 무렵을 도시한 사시도이고, (b)는 최종 성형물을 도시한 사시도이며, (c)는 최종 성형물을 도시한 정면도이다.

이하, 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에 대해 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 실시예에서는 2행정의 대형 디젤엔진의 크랭크 쓰로우를 TR단조 공법으로 제조함에 있어, 예비 성형체로서 완성품과 닮은 꼴의 중간 성형체를 사전에 제작할 필요없이, 단면이 원형상인 긴 인고트를 필요한 길이로 절단하여 마련한 단순 환봉 형상의 예비 성형체(5)를 바로, 본 단조 공정에 투입할 수 있는데, 이러한 특징을 본 실시예에서는, 금형의 구조 및 이들 금형의 최적 배치에 의해, 하중에서 형성된 예비 성형체(5) 내의 반력의 작용방향을 적절히 제어함으로써 실현시킨다.

도 2는 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 1차 가공을 설명하는 개략 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타내고, 도 3은 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 2차 가공을 설명하는 개략 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타내며, 도 4는 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 1차 가공을 설명하는 입체 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타내고, 도 5은 본 발명이 바람직하게 적용된 일 실시예에서의 2차 가공을 설명하는 입체 정면도로서, (a)는 가공 전을, (b)는 가공 후를 나타낸다.

본 실시예의 제조장치(1)의 구성은 크게 프레스 유닛(2)과 토글부(3, 4), 그리고, 토글부(3, 4)에 의해 예비 성형체(5)를 가압시키는 금형으로 이루어지며, 특히 상기 토글부(3, 4)는, 일반적인 역학 관계로 힘의 증가비가 큰 능률적인 기구로서 널리 이용되는데, 프레스 유닛(2)의 하방(下方)에 장착되어, 프레스 유닛(2)의 수직하중을 증폭된 수평하중으로 변환시킨다.

그리고, 본 실시예에서는 토글부에 의한 수평 하중의 증폭을 효과적으로 실현하기 위해, 프레스 유닛(2)의 수직하중 중심 부근에 가상 연직 중심선을 긋고, 이 가상 연직 중심선으로부터 동일한 거리를 두고 좌우로 배치된 상기 한 쌍의 토글부(3, 4)가, 기구학적으로 수평이동거리 > 부가 하중의 관계를 만족하는 범위 내의 토글 각도로 경사지고, 그 수평하중이 작용하는 좌우 각각의 선단(先端)이 상기 가상 연직 중심선을 향하도록 배치된다. 한편, 후술하는 2차 가공에서는 상기 토글각도가 수평이동거리 < 부가 하중의 관계를 만족하는 범위 내에서 설정된다.

본 실시예에서는 상기 토글부(3, 4)가 좌우 1개씩 2개가 1조를 이루고 있으나, 이에 한정되지 않고, 좌우로 대향하는 2개 1조를 복수 조로 편성하여 좌우 각각의 토글부(3, 4)의 선단에, 금형의 이면이 복수 개소에서 지지되도록 연결할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

상기 대향 배치된 한 쌍의 토글부(3, 4)의 각 선단에는 한 쌍의 업셋팅(upsetting) 금형(10, 11)이 대향되게 장착된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에서의 업셋팅 금형으로서, (a)는 사시도를, (b)는 정면도를, (c)는 측단면도를 나타낸다.

본 실시예에서는 상기 업셋팅 금형(10, 11)을 원형상으로 하는데, 그 원의 중심을 지나는 중심선을 경계로 그 상부에는, 크랭크 쓰로우의 외부 양측에 돌출형성하는 크랭크 저널(51)의 직경에 상응하는 직경을 갖는 저널 음각부(103)가 형성되고, 상기 중심선을 경계로 그 하부에는, 크랭크 핀(53)을 중심으로 한 크랭크 쓰로우의 둘레에 형성되는 경사벽에 대응하여 오목 경사면(104)이 형성된다.

여기서, 본 실시예의 업셋팅 금형(10, 11)은 상틀(101)과 하틀(102)로 분리되는데, 이는 하나의 크랭크 샤프트 상에서 동일한 샤프트 저널(51)의 직경을 공유하면서 상이한 스트로크를 갖는 다른 크랭크 쓰로우에 대응하여 하틀만 교체 적용함으로써, 금형 제조에 따른 비용을 절감할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 저널 음각부(103)의 중심은, 수평하중의 중심과 일치하는 업셋팅 금형의 중심으로부터 상측으로 오프셋(offset)되어 있다. 이 상태에서, 대면하는 상기 저널 음각부(103) 사이에 환봉형상의 예비 성형체(5)가 끼워져서, 단조 성형 공정이 개시되어 수평하중이 작용하면, 예비 성형체(5) 내에 형성되는 수평하중에 대한 반력은 좌우측에서 동시에 상부로 향하게 되며, 이대로 수평하중이 계속 가해지면 예비 성형체(5)는 상방으로 구부러진 원호형태로 변형하게 된다.

따라서, 상기 예비 성형체(5) 내의 좌우측 반력을 하방으로 향하게 하면 하방으로 길게, 즉 4행정 크랭크 쓰로우보다 긴 2행정 크랭크 쓰로우의 절반 스트로크(half stroke)가 최종적으로 얻어진다. 이처럼 반력을 하방으로 향하게 하기 위해, 본 실시예에서는 상기 프레스 유닛(2)과 연동하여 예비 성형체(5)의 중앙부분에 압하력(押下力)을 가하는 벤딩(bending) 금형(20, 21)을 추가하였다.

상기 벤딩 금형(20, 21)은 긴 평판형상의 부재로서, 그 상부에는 프레스 유닛(2)과의 연결부(201, 211)가 형성되고, 그 저부에는 크랭크 핀 성형용 오목부(202)가 형성되어 있는데, 후술한 바와 같이, 1차 가공과 2차 가공으로 나누어서 행해지는 크랭크 쓰로우 제조공정에서, 1차 가공용 벤딩 금형(20)과 2차 가공용 벤딩 금형(21)은 그 길이와 상기 크랭크 핀 성형용 오목부(202)의 폭에 있어서 서로 상이하다.

여기서, 대형 크랭크 쓰로우의 저널(51) 중심과 크랭크 핀(53)의 중심 사이의 거리는 엔진의 행정거리의 절반이 되는데 TR단조시 벤딩 금형의 수직 압하 거리는 절반 스트로크(half-stroke)와 같아야 한다.

상기 1차 가공용 벤딩 금형(20)의 경우, 그 길이는 크랭크 쓰로우의 절반 스트로크의 약 2/3에 해당하고, 크랭크 핀 성형용 오목부의 폭(d1)은 최종 성형체(5") 상의 크랭크 핀의 직경의 1.2~1.5배로 한다.

한편, 상기 벤딩 금형(20. 21)의 저부에는 하향 반력에 의해 지속적으로 이루어지는 하향으로의 금속 유동을 적정선에서 멈추게 하기 위해 앤빌(anvil)(30)이 구비되는데, 1차 가공에서 형성된 중간 성형체(5')의 높이가 최종 성형체(5")의 60~80%가 되도록 상기 앤빌(30)의 위치를 설정함이 바람직하다.

이로써, 1차 가공에서 토글부(3, 4)의 수평하중이 예비 성형체(5)에 가해진 후 이 수평하중에 대해 예비 성형체(5)에서 생긴 반력은 상기 벤딩 금형(20)에 의해 하방으로 향하던 도중 상기 앤빌(30)에서 반사되어, 다시 업셋팅 금형(10, 11)의 수평하중 중심선상 부근의 예비 성형체(5)로 향하게 된다. 이러한 반력의 작용 경로를 따라 예비 성형체(5)는 바람직한 중간 성형체(5')로 점차 변형되어 간다.

2차 가공에서는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 토글각도가 수평이동거리 < 부가 하중의 관계를 만족하는 범위 내에서 설정되어, 이동 거리에 비해 높은 하중이 중간 성형체(5')에 가해져야 하는데, 이를 위해 본 실시예에서는 상기 토글부(3, 4)에 토글각도를 크게 하는 와셔(washer, 6)를, 상기 프레스 유닛(2)과의 연결 지점에 끼워넣는다.

한편, 2차 가공에서는 벤딩 금형과 앤빌도 교체하는데, 상기 2차 가공용 벤딩 금형(21)은, 상기한 바와 같은, 절반 스트로크에 상응하는 길이와 크랭크 핀 성형용 오목부의 폭(d2)을 갖는다. 그리고 상기 앤빌은, 최종 성형체(5")에서의 크랭크 핀(53)의 바깥 둘레부 형상에 대응해서 반원형상 오목부(311)를 갖는 앤빌(31)로 교체한다.

그리고, 2차 가공에서는 상기 각 업셋팅 금형(10, 11)의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형(41, 42)이 총 4개 추가됨으로써, 금속 유동물이 외부로 누출되는 것을 방지하는 동시에, 최종 성형체(5")의 측면 형상도 상기 사이드 금형(41, 42)에 의해 결정된다. 그리고, 상기 사이드 금형(41, 42)은 상이한 절반 스트로크의 다른 크랭크 쓰로우에 대응하여 상이한 길이와 측면을 갖는 것으로 교체가능함은 물론이다.

크랭크 쓰로우의 제조방법에 대해 시계열적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 둥근 단면의 인고트(ingot)를 절단하여 환봉 형상의 예비 성형체(5)로 성형하고, 이어서, 상기 예비 성형체(5)를 상기 크랭크 쓰로우 제조장치(1)에 의해 중간 성형체(5')를 형성한다.

상기 중간 성형체(5')는 2차 단조 가동에 투입되기 전에 입자간의 응집에 의한 가공경화를 해소하기 위해 어닐링(annealing) 및 재가열단계를 거친다.

이어지는 2차 가공에서 상기 업셋팅 금형(10, 11)은 동일하게 유지하지만, 상기 벤딩 금형(20)을 크랭크 핀의 내측 반원성형용 벤딩 금형(21)으로, 또한 상기 앤빌(30)을 크랭크 핀의 외측 반원성형용 앤빌(31)로 교체한다.

그리고, 상기 업셋팅 금형(10, 11)의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형(41, 42)을 장착하며, 상기 한 쌍의 토글부(3, 4) 각각에 토글각도를 크게 하는 와셔(6)를 상기 프레스 유닛(2)과의 연결 지점에 장착하여 2차 가공의 준비를 완료한다.

2차 가공시 상기 토글부(3, 4)는 1차 가공시에 비해 이동거리는 줄어들지만, 늘어난 토글각도에 의해 힘의 증가비는 커진다. 따라서, 소정의 최종 성형체(5")에 가까워지면서 그 두께는 줄어들고, 이에 따라 성형체 내부의 반력은 폭방향 및 길이방향으로 작용하여 그 폭과 길이가 중간 성형체(5')에 비해 크게 증가한다.

2차 가공이 끝나, 소정의 최종 성형체(5")가 얻어지면, 내부 조직에 축적된 응력과 가공 취성을 완화시키기 위해 열처리를 행하고, 이어서, 소정의 표면 조도를 얻기 위해 표면가공을 행하여 최종적으로 크랭크 쓰로우를 완성한다.

한편, 상기 크랭크 핀(53)의 길이방향 양단 둘레, 즉 크랭크 아암(52)과의 연계지점을 각진 모서리로 하면, 반복 사용시 응력집중도가 다른 부위에 비해 상대적으로 높아져서 크랙이 발생할 우려가 있다.

따라서, 상기 모서리는 단면 형상을 둥글게 한 필렛(fillet)으로 성형하는 것이 바람직하며, 이를 위해, 상기 1차 가공용 및 2차 가공용 벤딩 금형(20, 21)의 각각의 크랭크 핀 성형용 오목부(202, 212)에는 그 양면측 둘레를 따라 모따기 및 라운드 처리를 하면 좋다.

본 발명에서 제시하는 방법은 예비 성형체로서는 단순한 환봉 형태를 제시하여 예비 성형체 제작시 경제성을 확보하고자 하였으며 단조에 의한 제조공정을 2단계로 나누어 수행함으로써 4행정 크랭크 샤프트를 단조하는 제조 장치를 이용하여 행정거리가 긴 2행정 크랭크 쓰로우를 제작할 수 있게 하였다.

도 10은 3차원 해석결과로서 최종 성형물의 주위에 돌출된 플래쉬는 가스 절단으로 쉽게 제거할 수 있다.

1: 제조 장치
2: 프레스 유닛
3, 4: 토글부
5: 예비 성형체
5': 중간 성형체
5": 최종 성형체
6: 와셔
10, 11: 업셋팅 금형
101: 상틀
102: 하틀
103: 저널 음각부
104: 오목 경사면
20, 21: 밴딩 금형
201, 211: 연결부
202, 212: 크랭크 핀 성형용 오목부
30, 31: 앤빌
311: 반원형상 오목부
41, 42: 사이드 금형
51: 크랭크 저널
52: 크랭크 아암
53: 크랭크 핀

Claims

수직하중을 가하는 프레스 유닛과, 이 프레스 유닛의 하방(下方)에 장착되어, 프레스 유닛의 수직하중을 수평하중으로 변환시키는 복수의 토글(toggle)부와, 상기 복수의 토글부 중 좌우로 대향 배치된 2개 1조가 복수 조로 나열된 토글부의 좌우 각측 선단이 그 이면에 연결되는 한 쌍의 업셋팅(upsetting) 금형과, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 사이에 끼워지는 예비 성형체에, 단조 가공시 압하력(押下力)을 가하도록 상기 프레스에 장착되는 벤딩(bending) 금형과, 상기 벤딩 금형의 저부에 설치되어 금속 유동을 멈추게 하는 앤빌(anvil)로 이루어지는 크랭크 쓰로우(crank throw) 단조 장치로서,
상기 예비 성형체는 환봉(還奉)형상을 갖고,
상기 예비 성형체의 양단은, 크랭크 쓰로우의 샤프트 저널(shaft journal)의 형상에 맞춰, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 각각에 대향 형성된 저널 음각부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 토글부의 수평하중 작용선상에 있는 상기 업셋팅 금형 상의 가상의 점과 상기 저널 음각부의 외곽선이 접하는 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 장치.
제2항에 있어서,
상기 토글부는 토글각도를 크게 하는 와셔(washer)를, 상기 프레스 유닛과의 연결 지점에 제거가능하게 더 포함하고,
상기 업셋팅 금형의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 장치.
수직하중을 가하는 프레스 유닛과, 이 프레스 유닛의 하방에 장착되어, 프레스 유닛의 수직하중을 수평하중으로 변환시키는 복수의 토글부와, 상기 복수의 토글부 중 수평하중이 내향으로 작용하고 대향 배치된 한 쌍의 토글부의 각 선단에 장착되는 한 쌍의 업셋팅 금형과, 상기 한 쌍의 업셋팅 금형 사이에 끼워지는 예비 성형체에, 단조 가공시 압하력을 가하도록 상기 프레스에 장착되는 벤딩 금형과, 상기 벤딩 금형의 저부에 설치되어 금속 유동을 멈추게 하는 앤빌로 이루어지는 크랭크 쓰로우 제조 장치를 이용한 제조 방법으로서,
인고트를 환봉 형상의 예비 성형체로 성형하는 단계와,
상기 예비 성형체를 상기 크랭크 쓰로우 제조 장치에 의해 중간 성형체를 형성하는 단계와,
상기 중간 성형체를 어닐링 및 재가열하는 단계와,
상기 벤딩 금형을 크랭크 핀(crank pin)의 내측 반원성형용 벤딩 금형으로, 상기 앤빌을 크랭크 핀의 외측 반원성형용 앤빌로 교체하고, 상기 업셋팅 금형의 폭방향 양측에, 크랭크 쓰로우의 폭방향 측면을 성형하는 사이드 금형을 장착하며, 상기 한 쌍의 토글부 각각에 토글각도를 크게 하는 와셔를 상기 프레스 유닛과의 연결 지점에 장착하여 최종 성형체를 성형하는 단계와,
상기 최종 성형체에 열처리 및 표면가공 및 마무리 가공에 의해 크랭크 쓰로우로 성형하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 방법.
제4항에 있어서,
크랭크 핀의 길이방향 양단 둘레에 둥근 모서리 형상의 필렛(fillet)을 형성하기 위해, 상기 크랭크 핀의 내측 반원성형용 벤딩 금형과, 상기 크랭크 핀의 외측 반원 성형용 앤빌 상의 대응 개소를 모따기 및 라운드 처리한 것을 특징으로 하는 크랭크 쓰로우 제조 방법.