KR20140054649A - 성형 벨로우즈 제조방법 - Google Patents

Abstract

성형 벨로우즈 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명은, 상하 폭이 넓고 직선부가 전혀 없는 파형 요홈을 하나 이상 구비하는 블록 형태의 금형에 의해 원통형 금속판을 1차 예비성형하는 단계; 1차 예비성형된 벨로우즈를 상하로 압축시키는 단계; 및 압축된 성형 벨로우즈로부터 하중을 제거시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

성형 벨로우즈 제조방법{Method of manufacturing forming bellows}

본 발명은 성형 벨로우즈 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 주름부의 형상을 다양하게 구성하면서도 생산성을 증대시킬 수 있고, 주름부에 의한 신축성, 내압성 및 굽힘성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 성형 벨로우즈 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 벨로우즈는 유연성, 밀봉성을 필요로 하는 반도체장비, 항공우주, 조선, 석유화학, 자동차 등 다양한 산업분야에 사용되는 것으로, 원통형 파이프 표면에 주름이 연속적으로 형성된 형태로서, 재질의 특수성 및 벨로우즈 표면의 청정도, 대형화, 긴 수명 등의 고도의 사양이 요구되어 지고 있다.

벨로우즈의 종류로서는 크게 용접 벨로우즈와 성형 벨로우즈로 구분할 수 있는데, 용접 벨로우즈는 0.05∼0.2mm의 초미니 박판을 비소모 전극봉에 불활성가스를 이용하여 모재 사이에서 발생하는 아크열로 2겹 또는 용도에 따라 다층의 다이아프램을 용접하여 제작하는 것으로, 신축성, 내압성, 굽힘성 등은 우수하나 수작업으로 제작되다 보니 가격이 고가일 수밖에 없는 단점이 있다.

성형 벨로우즈는 연신율이 우수한 박판 재료를 튜브로 만든 다음 외측에 벨로우즈 성형 금형을 넣어 튜브 내부로 고압의 유체압력을 가하여 성형하는 것으로, 신속, 대량 생산이 가능한 장점이 있으나, 용접 벨로우즈와 같이 주름부의 형상을 다양하게 구성하지 못하여 신축성, 내압성, 굽힘성 등이 떨어지는 단점이 있었다.

금속제 벨로우즈 튜브를 제조하는 방법은 대한민국 공개특허 제2005-57241호에 개시되어 있다. 공개특허 제2005-57241호에는 U자형 단면을 가지는 기초튜브를 형성한 후에, 기초튜브를 그 길이방향으로 압착 성형한 후에 양단부를 반대방향으로 신장함으로써 궁극적으로 V자형 단면을 가지는 금속제 벨로우즈 튜브를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 압착 성형 후에 신장 과정이 필수적으로 요구되어, 제조 과정이 번거롭다는 단점이 있다. 또한, 제조된 금속제 벨로우즈 튜브의 산부 및 골부가 곡면으로 형성되어 있음에도 불구하고, 과도한 압력이나 피로하중에 의해 산부 및 골부가 쉽게 파손되는 문제점이 있다. 특히, 공개특허 제2005-57241호에 개시된 제조방법으로는, 금속제 벨로우즈 튜브의 신축성을 원하는 수준까지 얻기가 매우 힘들다는 한계가 있었다.

도 1은 종래의 성형 벨로우즈 제조공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 공지된 기술은 금형 내부의 파형부가 좁고 내부로 길게 형성되어 있기 때문에, 실제 하이드로포밍(hydroforming) 가공에서는 작업이 이루어지기가 어렵다. 만약에 성형작업이 진행된다고 하여도 가해지는 응력의 차이에 의해 폭이 좁은 구역에서 파손이나 찢김 현상이 발생하게 되는 문제점이 있다.

재차 언급하면, 도 1과 같은 방식으로는 성형 벨로우즈를 가공하기가 어렵고, 실제로 주름부가 형성되고 폭이 좁은 성형 벨로우즈를 한 번에 성형하는 방식은 상기와 같은 문제점 때문에 사용된 적이 없다.

따라서, 최근에는 용접 벨로우즈와 같이 주름부의 형상을 다양하게 구성함으로써 신축성, 내압성, 굽힘성 등이 우수한 성형 벨로우즈의 제조에 대한 요구가 지속적으로 있어 왔다.

본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 용접 벨로우즈와 같이 주름부의 형상을 다양하게 구성함으로써 신축성, 내압성, 굽힘성 등을 우수하게 할 수 있도록 한 성형 벨로우즈 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 생산성 및 작업성이 우수한 성형 벨로우즈 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 성형 벨로우즈 제조방법은,

상하 폭이 넓고 직선부가 전혀 없는 파형 요홈을 하나 이상 구비하는 블록 형태의 금형에 의해 원통형 금속판을 1차 예비성형하는 단계; 1차 예비성형된 벨로우즈를 상하로 압축시키는 단계; 및 압축된 성형 벨로우즈로부터 하중을 제거시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 1차 예비성형 단계는,

원통형 금속판을 상기 금형의 내부에 삽입한 후에 원통형 금속판 내부에 유압을 제공하는 하이드로포밍(hydroforming)에 의해 성형함으로써, 1차로 예비성형된 벨로우즈를 제작하는 것을 특징으로 한다.

상기 1차 예비성형 단계에서,

상기 1차 예비성형된 벨로우즈는 제 1면과 제 2면을 가지며, 제 1면과 제 2면 사이의 내각은 90도 이상의 둔각을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 압축단계에서,

상기 압축은 고무나 우레탄과 같은 탄성을 갖는 연질 재료로 압축하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1면과 제 2면의 연결부는 서로 접한 직선부 형상이 아닌 이격된 호형 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 용접 벨로우즈와 같이 주름부의 형상을 다양하게 구성함으로써 신축성, 내압성, 굽힘성 등을 우수하게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 용접이 아닌 방식이기 때문에 생산성 및 작업성이 우수하면서도 주름부의 형성에 의한 성능이 우수하다는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 성형 벨로우즈 제조공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 성형 벨로우즈를 제조하기 위한 1차 예비성형용 금형을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 1차 예비성형용 금형에 의한 예비성형공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 예비성형공정에 의해 제작된 예비성형된 벨로우즈를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 예비성형된 벨로우즈를 상하로 하중을 가하여 압축함으로써 최종 제조된 벨로우즈를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 성형 벨로우즈 제조용 금형 제작방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 성형 벨로우즈를 제조하기 위한 1차 예비성형용 금형을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 1차 예비성형용 금형에 의한 예비성형공정을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 예비성형공정에 의해 제작된 예비성형된 벨로우즈를 도시한 도면이며, 도 5는 도 4의 예비성형된 벨로우즈를 상하로 하중을 가하여 압축함으로써 최종 제조된 벨로우즈를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 성형 벨로우즈 제조방법은, 크게 특별히 제작된 금형에 의해 원통형 금속판을 1차 예비성형하는 단계와, 1차 예비성형된 벨로우즈를 상하로 압축시키는 단계, 및 압축된 성형 벨로우즈로부터 하중을 제거시키는 단계를 포함한다.

(a) 1차 예비성형 단계

도 2에 도시된 바와 같이, 벨로우즈의 1차 예비성형을 위한 상하 폭이 넓고 직선부가 전혀 없는 다수의 파형 요홈(3)을 구비하는 블록 형태의 금형(1)을 제작할 수 있다.

상기 금형(1)의 요홈(3)은 상하의 폭이 넓고, 직선부가 전혀 없는 파형의 단면을 갖는 것이 특징이다. 또한, 상기 요홈(3)의 측방향 깊이도 깊지 않도록 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 원통형의 금속판(5)을 상기 금형(1)의 내부에 삽입한 후에 원통형의 금속판(5) 내부에 유압을 제공하는 하이드로포밍(hydroforming)에 의해 성형함으로써, 1차로 예비성형된 벨로우즈를 제작할 수 있다. 이때, 상기 원통형의 금속판(5)에는 화살표로 표시한 바와 같이 측방향과 측상방쪽으로 압력이 가해져서 성형되면서, 1차 예비성형된 벨로우즈를 얻을 수 있는 것이다.

이렇게 상기 금형(1)에서 폭이 넓고 깊이가 얕은 요홈(3)에 금속판(5)을 밀어서 성형하기 때문에, 금속판(5)이 파손되거나 찢어지는 현상이 발생되지 않는 것이다.

이렇게 해서 완성된 1차 예비성형된 벨로우즈가 도 4에 도시되어 있다.

(b) 1차 예비성형된 벨로우즈를 상하로 압축시키는 단계

도 4에 도시된 바와 같이, 1차 예비성형된 벨로우즈(10)를 상하로 하중을 가하여 압축함으로써 예비성형된 벨로우즈(10)는 압축되면서 최종 벨로우즈로 성형된다.

이때, 1차 예비성형된 벨로우즈(10)의 제 1면(11)과 제 2면(12) 사이의 폭은 넓게 형성되지만, 하중을 가하여 압축하게 되면 상기 제 1면(11)과 제 2면(12) 사이의 폭은 좁게 형성되게 된다.

또한, 상기 압축은 고무나 우레탄과 같은 탄성을 갖는 연질 재료로 압축하는 것이 바람직하다. 이는 1차 예비성형된 벨로우즈(10)가 다수의 곡선부를 갖고 있기 때문에, 금속과 같은 경질의 재질로 압축을 할 경우에 곡선부가 변형되는 것을 방지하기 위한 것이다.

(c) 압축된 성형 벨로우즈로부터 하중을 제거시키는 단계

도 5에 도시된 바와 같이, 압축된 성형 벨로우즈로부터 하중을 제거시키면 최종적인 벨로우즈(20)가 완성되게 된다.

본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 성형 벨로우즈(20)는 제 1면(11) 또는 제 2면(12)에 직선부가 전혀 없고 파형으로만 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 제 1면(11)과 제 2면(12)의 연결부(15)는 서로 접한 직선부가 아닌 이격된 호형부 형상으로 이루어져서 신축성 및 내압성을 더욱 우수하게 해준다.

상기 제 1면(11)과 제 2면(12)가 만나는 연결부(15)의 내각은 적어도 30도 이상인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 90도 이상의 둔각은 갖는 것이 좋다.

본 발명에서 가장 큰 특징 중의 하나는 성형 벨로우즈에 직선부를 형성시키기 않는다는 것이다. 이와 같이 하는 이유는, 첫째 직선부를 형성시키게 되면 금형(die)의 제작이 어려울 뿐만 아니라, 가공하기 위한 전극의 제작도 어렵다는 문제가 있다. 둘째, 직선부가 실질적으로 다른 부분의 단면들에 비하여 2배의 두께를 가지므로, 직선부와 곡선부의 접경 부위에서 응력이 발생하여 접경 부위가 파손될 수 있기 때문이다. 셋째, 압축 및 신장에 대응하여 호형부에서 유연하게 대처할 수 있으므로 벨로우즈의 파손을 최소화할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 성형 벨로우즈의 내경부나 외경부를 직선부 대신에 호형부로 형성하는 것이 큰 특징이다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1: 금형 3: 요홈
5: 원통형 금속판 10: 1차 예비성형된 벨로우즈
11: 제 1면 12: 제 2면
15: 연결부 20: 성형 벨로우즈

Claims (5)

1. 상하 폭이 넓고 직선부가 전혀 없는 파형 요홈(3)을 하나 이상 구비하는 블록 형태의 금형에 의해 원통형 금속판을 1차 예비성형하는 단계;
   1차 예비성형된 벨로우즈를 상하로 압축시키는 단계; 및
   압축된 성형 벨로우즈로부터 하중을 제거시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 벨로우즈 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 1차 예비성형 단계는,
   원통형의 금속판(5)을 상기 금형(1)의 내부에 삽입한 후에 원통형의 금속판(5) 내부에 유압을 제공하는 하이드로포밍(hydroforming)에 의해 성형함으로써, 1차로 예비성형된 벨로우즈를 제작하는 것을 특징으로 하는 성형 벨로우즈 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 1차 예비성형 단계에서,
   상기 1차 예비성형된 벨로우즈는 제 1면과 제 2면을 가지며, 제 1면과 제 2면 사이의 내각은 90도 이상의 둔각을 갖는 것을 특징으로 하는 성형 벨로우즈 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 압축단계에서,
   상기 압축은 고무나 우레탄과 같은 탄성을 갖는 연질 재료로 압축하는 것을 특징으로 하는 성형 벨로우즈 제조방법.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제 1면과 제 2면의 연결부는 서로 접한 직선부 형상이 아닌 이격된 호형 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형 벨로우즈 제조방법.

Images