KR20130070331A - 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 최종 성형과정에서 냉각유로를 형성할 수 있도록 4장의 판재가 적절한 패턴으로 확산접합되거나 용접된 콘형 예비성형체를 코어금형에 조립한 다음 상부금형과 하부금형 사이에 코어금형을 위치시키고 가열로 내에서 성형온도까지 승온한 뒤 성형가스를 공급하여 적절한 성형 압력을 확산접합된 콘형 예비성형체 내부로 공급하여 불림성형 되도록하며, 성형하는 동안 판재의 고온 산화 방지를 위하여 보호가스 주입홀을 통해 불활성 가스를 공급할 수 있도록 하였고, 성형온도를 적절히 유지하기 위해 열전대 삽입홀에 열전대를 장착하여 판재의 온도를 성형과정 동안 지속적으로 모니터링 할 수 있도록 구성한 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구에 관한 것이다.

Description

냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구{Blow forming tool for cone shaped nozzle extension of combustion chamber with cooling channel}

본 발명은 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구에 관한 것으로서, 특히, 4장의 판재가 적절한 패턴으로 확산접합되거나 용접된 콘형 인벨로프(envelope) 또는 콘형 예비성형체를 코어금형에 조립한 다음 상부금형과 하부금형의 성형홈에 코어금형을 위치시키고 가열로 내에서 성형온도까지 승온한 뒤, 성형가스를 주입하여 적절한 성형 압력을 확산접합된 콘형 예비성형체 내부로 공급함으로써 불림성형 되도록 하는 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구에 관한 것이다.

기존의 재생 냉각유로를 갖는 액체로켓의 연소기는 노즐목을 기준으로 하여 실린더 헤드부, 노즐목부, 확장부의 3가지로 분할하여 제작하게 된다. 이때, 각 부위는 내부 냉각채널 형성을 위해 내피와 외피로 구분되며, 외피는 판재성형 공정으로, 내피는 기계가공으로 각각 별도로 제작 한 후 브레이징으로 접합하는 방식을 택하고 있다.

이 경우, 제작공정수가 늘어나고 이로 인하여 제작비와 제작기간이 증가하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 4장의 확산접합된 콘형 예비성형체를 단 1회의 공정으로 내피, 외피 및 냉각채널까지 형성할 수 있도록 구성한 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구는, 액체로켓 엔진부품의 하나인 연소기 노즐 확장부를 1회 공정으로 최종 제품 형상으로 성형하는 치구에 관한 것으로, 코어금형과 상기 코어금형을 내부로 안착시키는 성형홈이 구비되며, 복수 개의 성형가스 주입홈과 복수 개의 홀이 구비된 상부금형 및 하부금형으로 구성된다.

상기 코어금형의 일측 상단부와 타측 하단부에는 축정렬 가이드부가 구비되며, 성형홈에는 상기 축정렬 가이드부가 안착되는 안착부가 구비된다.

상기 성형가스 주입홈은 하나의 성형가스 주입홀로도 구성할 수 있으며, 상기 홀은 열전대 삽입홀과 보호가스 주입홀로 구성된 것을 특징으로 한다.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 접합강도가 우수한 확산접합된 콘형 예비성형체를 이용하여 1회 성형 공정으로 냉각채널을 갖는 연소기 노즐 확장부 성형이 가능하므로 제작비용 절감과 기간 단축이 가능하고, 접합패턴의 조절을 통해 다양한 규격의 채널을 형성할 수 있으며, 부품 경량화를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구의 일실시예에 의한 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구의 일실시예에 의한 부분 절개 결합 사시도,
도 3은 도 2의 평단면도,
도 4는 본 발명에 따른 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구의 일실시예에 의한 콘형 예비성형체 사용상태 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구의 일실시예에 의한 콘형 예비성형체의 개략적인 성형단계 단면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구의 일실시예에 의한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구의 일실시예에 의한 부분 절개 결합 사시도이며, 도 3은 도 2의 평단면도이다.

본 발명은 액체로켓 엔진부품의 하나인 연소기 노즐 확장부를 1회 공정으로 최종 제품 형상으로 성형하는 치구에 관한 것으로, 도 1 내지 도 3을 참조하면 다음과 같다.

먼저, 코어금형(100)은 연소기 노즐 확장부에 대응되는 형상으로 전체적으로는 일측 상단에서 타측 하단으로 테이퍼지게 형성된다.

또한, 코어금형(100)의 일측 상단 테두리부와 타측 하단 테두리부에는 일정 길이와 직경을 갖는 실린더 형상의 축정렬 가이드부(110)가 형성된다.

또한, 코어금형(100)은 콘형 예비성형체(10) 성형 후 탈형이 용이하도록 금형 진입부에 구배각을 갖도록 하였으며, 이는 중심축을 중심으로 방사형으로 분할된 형태로 제작하는 경우에 비해서 금형가공비와 조립성에서 유리한 장점이 있다.

하부금형(200a)에는 코어금형(100)이 안착지지되되, 코어금형(100)과 마찬가지로 연소기 노즐 확장부의 형상에 대응되는 성형홈(210)이 형성된다.

이때, 성형홈(210)의 일측 상단 및 타측 하단부는 축정렬 가이드부(110)가 안착지지되는 안착부(211)가 형성되며, 안착부(211)를 제외한 성형홈(210)의 둘레면은 코어금형(100)의 외부면으로부터 일정 간격 이격되어 형성된다.

또한, 성형홈(210) 내부로 성형가스를 주입하기 위한 복수 개의 성형가스 주입홈(220)이 형성되며, 하부금형(200a)의 성형가스 주입홈(220) 및 상부금형(200b)의 성형가스 주입홈(220)이 하부금형(200a)과 상부금형(200b) 조립시 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 성형가스 주입홀을 형성하게 된다.

또한, 하부금형(200a)에는 외부에서 성형홈(210) 내부로 통공된 복수 개의 홀(230)이 형성되는데, 성형홈(210) 내부의 온도를 측정하기 위한 열전대 삽입홀(231); 및 보호가스를 주입하기 위한 보호가스 주입홀(232)로 구성된다.

또는, 미도시 하였으나, 성형가스 주입홈(220)의 경우 그 형성 위치를 달리하여 처음부터 열전대 삽입홀(231) 및 보호가스 주입홀(232)과 같이 성형가스 주입홀로 구성할 수 있다.

한편, 상부금형(200b)은 하부금형(200a)의 상부로 결합되며, 하부금형에 대향되는 형상이다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구의 일실시예에 의한 콘형 예비성형체 사용상태 분해 사시도이다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 상하부금형(200a, 200b)의 성형가스 주입홈(220)은 조립되어 성형가스가 주입되는 성형가스 주입홀로 사용되며, 이를 통해 코어금형(100)의 외부로 결합되는 콘형 예비성형체(10)로 성형가스가 주입되며, 제작 환경에 따라 그 수를 달리할 수 있으나 도 3을 기준으로 좌우에 각각 상하부로 두 개씩 형성하여, 총 4방향에서 성형가스를 주입시키는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명을 이용하여 성형하는 동안 콘형 예비성형체(10)의 고온 산화 방지를 위하여 보호가스 주입홀(232)을 통해 불활성 가스를 공급할 수 있으며, 성형온도를 적절히 유지하기 위해 열전대 삽입홀(231)에 열전대(열측정수단)를 장착하여 성형홈(210) 내부의 온도를 성형과정 동안 지속적으로 모니터링 할 수 있다.

보호가스 주입홀(232) 및 열전대 삽입홀(231)은 상부금형(200b) 및 하부금형(200a)의 상부와 하부에 각각 구비되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 보호가스 주입시 성형홈(210) 내부에서의 균일한 분포 및 성형공정에서 성형홈 내부의 균일한 온도 분포 여부를 측정하기 위하여 상부금형(200b) 및 하부금형(200a)에 그 형성 위치를 달리하여 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 코어금형(100), 하부금형(200a) 및 상부금형(200b)이 조립되었을 때, 축정렬 가이드부(110) 및 안착부(211)에 의해 자동적으로 축정렬이 이루어진다.

도 5는 본 발명에 콘형 예비성형체(10)를 삽입하여 성형작업을 하는 동안의 성형과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.

도 5를 참조하면, 초기 확산접합된 콘형 예비성형체(10)를 코어금형(100)에 끼워 넣고, 이를 하부금형(200a)에 안착시킨 다음 성형가스 주입홈(220)에 성형가스 공급배관(미도시)을 연결한 후 성형가스 공급배관에 맞추어 위치를 잡고 하부금형(200a)과 대칭 형상인 상부금형(200b)을 조립하면 일체형 연소기 노즐 확장부 성형을 위한 준비가 끝나게 된다.

이를 가열로에서 보호가스 공급과 더불어 적절한 온도까지 승온한 뒤 성형가스를 공급하면 시간이 지남에 따라 도 5에 나타낸 바와 같이, 접합되지 않은 부분이 부풀어 올라 자연스럽게 냉각유로가 형성되면서 원하는 연소기 노즐 확장부 형상으로 성형이 되는 것이다.

본 발명이 속하는 성형기술분야는 핫 가스 블로우 포밍(hot gas blow forming) 분야로서 적절한 패턴을 갖는 확산접합 또는 용접된 다층 판재를 이용하여 특정온도하에서 비접합부분에 성형가스를 주입하여 원하는 형상으로 성형하는 기술이다.

또한, 핫 가스 포밍(Hot gas forming) 공정은 블로우포밍 공정의 일종으로서, 부품 소성가공에 많이 이용되는 유압프레스가 아닌 고온의 핫 가스(hot gas) 압력을 성형력으로 사용하는 것이다.

이 경우, 고온에 노출된 재료는 유동특성이 좋아져서 유압프레스를 이용할 경우보다 낮은 성형력으로 원하는 부품을 제조할 수 있고, 확산접합과 함께 사용되면 복잡한 형상의 부품을 기계적 체결요소 없이 일체형으로 성형할 수 있기 때문에 경량화에도 유리하다는 장점이 있다.

10 : 콘형 예비성형체
100 : 코어금형 110 : 축정렬 가이드부
200a : 하부금형 200b : 상부금형
210 : 성형홈 211 : 안착부
220 : 성형가스 주입홈 230 : 홀
231 : 열전대 삽입홀 232 : 보호가스 주입홀

Claims (4)

1. 액체로켓 엔진부품의 하나인 연소기 노즐 확장부를 1회 공정으로 최종 제품 형상으로 성형하는 치구에 관한 것으로,
   상기 연소기 노즐 확장부에 대응되는 형상이며, 일측 상단 테두리부와 타측 하단 테두리부에 축정렬 가이드부가 형성된 코어금형;
   상기 연소기 노즐 확장부에 대응되는 형상이되, 상기 축정렬 가이드부를 제외한 상기 코어금형의 외부면이 내측으로 일정 간격 이격되어 안착되는 성형홈이 구비되며, 상기 성형홈 내부로 성형가스를 주입하기 위한 복수 개의 성형가스 주입홈과 상기 성형홈 내부로 통공된 복수 개의 홀이 형성된 하부금형; 및
   상기 하부금형에 대향되는 형상의 상부금형을 포함하는 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 홀은,
   상기 성형홈 내부의 온도를 측정하기 위한 열전대 삽입홀; 및
   보호가스를 주입하기 위한 보호가스 주입홀로 구성된 것을 특징으로 하는 냉각유로를 갖는 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구.
   
3. 액체로켓 엔진부품의 하나인 연소기 노즐 확장부를 1회 공정으로 최종 제품 형상으로 성형하는 장치에 관한 것으로,
   상기 연소기 노즐 확장부에 대응되는 형상이며, 일측 상단 테두리부와 타측 하단 테두리부에 축정렬 가이드부가 형성된 코어금형;
   상기 연소기 노즐 확장부에 대응되는 형상이되, 상기 축정렬 가이드부를 제외한 상기 코어금형의 외부면이 내측으로 일정 간격 이격되어 안착되는 성형홈이 구비되며, 상기 성형홈 내부로 통공된 복수 개의 홀이 형성된 하부금형; 및
   상기 하부금형에 대향되는 형상의 상부금형을 포함하는 냉각유로를 갖는 콘형 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 홀은,
   상기 성형홈 내부로 성형가스를 주입하기 위한 적어도 하나의 성형가스 주입홀;
   상기 성형홈 내부의 온도를 측정하기 위한 열전대 삽입홀; 및
   상기 성형홈 내부로 보호가스를 주입하기 위한 보호가스 주입홀로 구성된 것을 특징으로 하는 냉각유로를 갖는 연소기 노즐 확장부 불림성형 치구.

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