KR20200090518A - 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치 - Google Patents

비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치 Download PDF

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김병민
김정훈
고대철
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 봉상의 금속으로부터 이형단면을 가지는 나선형 프로파일을 제조하기 위해 다이와 소재의 마찰력에 의한 다이의 비구동 회전을 통해 외면에 나선형 구조를 성형하는 것을 특징으로 하는 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치은 다양한 단면형상 및 외관구조와 함께 우수한 강도를 갖는 각종 구조관의 제공이 가능하고 또 구조물에 따른 사용 용도를 확대할 수 있음은 물론 다양한 장식적 효과를 연출할 수 있고, 또한 본 발명은 압연 공정을 통해 후방에서 소재를 밀어줌으로써 인발 공정에서 발생하는 단면 미충만을 감소시키는 효과가 있고, 성형 후 제품의 진직도를 향상시키는 효과가 있으며, 본 발명을 통해 복잡한 이형단면을 갖는 나선형 프로파일의 생산성을 향상시킬 수 있고, 구성이 단순하여 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치{Apparatus for manufacturing a helical bar using a non-driven rotating drawing die}
본 발명은 봉상의 금속으로부터 이형단면을 가지는 나선형 프로파일을 제조하기 위해 다이팁과 소재의 마찰력에 의한 다이의 비구동 회전을 통해 외면에 나선형 구조를 성형함으로써, 다양한 단면형상 및 외관구조와 함께 우수한 강도를 갖는 각종 구조관의 제공이 가능하고, 압연부를 통해 후방에서 소재를 밀어줌으로써 인발부에서 발생하는 단면의 미충만 부분을 감소시키고, 성형 후 제품의 진직도를 향상시키며, 복잡한 이형단면을 갖는 나선형 프로파일의 생산성을 향상시킬 수 있고, 구성이 단순하여 생산비를 절감할 수 있는 것을 특징으로 하는 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치에 관한 것이다.
종래의 금속의 나선형 프로파일은 주로 절삭 가공(Machining), 트위스트머신(Twisting machine), 압출 공정(Extrusion process)을 통해 제조되고 있다. 그런데 절삭공정은 소재으로부터 절삭을 통해 제조. 공정 시간이 많이 소요되며 소재 수율이 매우 낮은 단점이 있으며, 트위스트머신 사용의 경우 인발 공정을 통해 제조된 봉형 제품을 꼬아서 제조. 인발 공정 이후에 후가공 공정으로 공정 시간이 많이 소요되며, 높은 장비의 성능이 요구되며, 압출 공정에서의 경우에는 압출 다이의 회전이나 소재의 회전을 통해 나선형으로 제조. 압출 다이의 설계가 필요하며, 길이가 짧은 제품의 제조 공정으로 주로 사용된다.
종래의 인발 공정은 선재, 봉재 혹은 관재를 단면적이 작은 다이를 통과시킨 후 다이 출구쪽 소재를 잡아당김으로써 요구되는 단면형상의 길이가 긴 제품을 제조하는 방법으로, 특허문헌 1에 금속 빌렛으로부터 나선형 리브 파이프를 만들기위해 압출 공정과 인발 공정을 합쳐 놓은 나선형 리브 파이프의 압출장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이 압출 공정은 나선형 또는 직선형 그루브를 가진 맨드릴을 두고 빌렛을 뒤에서 밀어 나선형 형상을 형성하고, 인발 공정은 파이프 선단을 클램핑한 채 당기면서 클램핑 유닛의 회전(구동)하여 나선형 형상을 형성 또는 유지하는 것이 특징으로 클램핑 유닛(186)의 강제(동력) 회전에 의해 다이스(150)가 회전하는 장치에 관한 기술이다.
그리고 특허문헌 2에 도 2에 도시된 바와 같이 다이스(1)와, 플러그(2)와, 맨드릴(3)을 구비하는 냉간 인발 장치를 이용한 라이플 튜브의 제조 방법이 알려져 있지만, 상기 특허문헌 2의 기술은 금속 관제(파이프)의 경우에는 나선형 또는 직선형 그루브가 구비된 맨드릴을 위치시키고 클램핑 유닛 내의 로터리 액추에이터를 구동하여 파이프를 회전시켜 파이프 내면에 나선형 리브를 형성시키는 방법이다.
따라서, 본 출원인은 종래의 방법들과는 달리 봉상의 금속으로부터 이형단면을 가지는 나선형 프로파일을 제조하기 위해 다이와 소재의 마찰력에 의한 다이의 비구동 회전을 통해 외면에 나선형 구조를 성형하는 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
: 국내 등록특허공보 제10-1287614호(2013년 07월 19일 공고) 나선형 리브 파이프의 압출장치 : 국내 공개특허공보 제10-2017-0087940호(2017년 07월 31일 공개) 라이플 튜브의 제조 방법
본 발명은 봉상의 금속으로부터 이형단면을 가지는 나선형 프로파일을 제조하기 위해 다이팁과 소재의 마찰력에 의한 다이의 비구동 회전을 통해 외면에 나선형 구조를 성형함으로써, 다양한 단면형상 및 외관구조와 함께 우수한 강도를 갖는 각종 구조관의 제공이 가능하고, 압연부를 통해 후방에서 소재를 밀어줌으로써 인발부에서 발생하는 단면의 미충만 부분을 감소시키고, 성형 후 제품의 진직도를 향상시키며, 복잡한 이형단면을 갖는 나선형 프로파일의 생산성을 향상시킬 수 있고, 구성이 단순하여 생산비를 절감할 수 있는 것을 특징으로 하는 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치을 제공하는 것을 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 회전하는 롤러(21) 사이로 소재(110)를 이송시키기 위한 압연부(20)와; 상기 압연부(20)에 의해 이송되는 소재(110)를 이형단면을 갖는 나선형 프로파일(120)로 형성하기 위한 회전다이부(30)와; 상기 회전다이부(30)에 의해 형성된 나선형 프로파일(120)을 인발하기 위한 인발부(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치에서 상기 회전다이부(30)는 소재(110)를 이형단면을 갖는 나선형 프로파일(120)로 형성하기 위한 홀(311)이 형성된 다이팁(31)과; 내부에 상기 다이팁(31)이 위치되고, 상기 다이팁(31)의 홀(311)과 연통되도록 홀(321)이 형성되는 다이케이스(32)와; 상기 다이케이스(32)의 외주면에 형성되는 베어링(33)과; 상기 다이케이스(32)의 전면에 결합되고, 상기 베어링(33)을 지지하기 위한 베어링 지지부(34)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치에서 상기 다이팁(31)의 홀(311)은 입구측에서 출구측으로 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치에서 상기 압연부(20)는 상기 소재(110)의 상부와 하부에 배치되는 롤러(21a)를 갖고, 상기 롤러(21a) 사이로 상기 소재(110)를 이송시키기 위한 수직롤러부(22)와; 상기 수직롤러부(22)의 타측에 위치되고, 상기 소재(110)의 좌측과 우측에 배치되는 롤러(21b)를 가지며, 상기 롤러(21b) 사이로 상기 소재(110)를 이송시키기 위한 수평롤러부(23)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치는 다양한 단면형상 및 외관구조와 함께 우수한 강도를 갖는 각종 구조관의 제공이 가능하고 또 구조물에 따른 사용 용도를 확대할 수 있음은 물론 다양한 장식적 효과를 연출할 수 있다.
그리고 본 발명은 압연부를 통해 후방에서 소재를 밀어줌으로써 인발부에서 발생하는 단면 미충만을 감소시키는 효과가 있고, 성형 후 제품의 진직도를 향상시키는 효과가 있으며, 본 발명을 통해 복잡한 이형단면을 갖는 나선형 프로파일의 생산성을 향상시킬 수 있고, 구성이 단순하여 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 다이스 유닛의 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 종래의 라이플 튜브의 제조 방법에 있어서의 냉간 인발 가공 공정의 모식도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치에서 압연부와 회전다이부를 보여주는 개략도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치에서 회전다이부의 단면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치에서 다이팁의 다양한 실시예를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하며, 도 3 내지 도 6에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 3 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치(10)는 압연부(20), 회전다이부(30), 인발부(40)를 포함하여 이루어진다.
압연부(20)는 프레임(200)의 일측에 설치되고, 회전하는 롤러(21) 사이로 소재(110)를 이송시키기 위한 것으로, 롤러(21)를 구동하기 위한 모터(24)를 포함하여 이루어진다.
압연부(20)는 소재(110)의 상부와 하부에 배치되는 롤러(21a)를 갖고, 롤러(21a) 사이로 소재(110)를 이송시키기 위한 수직롤러부(22)와, 수직롤러부(22)의 타측에 위치되고, 소재(110)의 좌측과 우측에 배치되는 롤러(21b)를 가지며, 롤러(21b) 사이로 소재(110)를 이송시키기 위한 수평롤러부(23)를 포함하여 이루어진다. 즉, 수직롤러부(22)에 의해 이송되는 소재(110)는 수평롤러부(23)로 이송되어 수평롤러부(23)를 통해 회전다이부(30)로 이송되어 지는 것이다.
한편, 본 발명에서는 수직롤러부(22)의 타측에 수평롤러부(23)를 구성하였지만, 수평롤러부(23)가 수직롤러부(22)의 타측에 설치되어 질 수 있을 것이다. 즉, 수직롤러부(22)와 수평롤러부(23)의 설치위치는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
회전다이부(30)는 압연부(20)를 통해 이송되는 소재(110)를 이형단면을 갖는 나선형의 프로파일(120)로 형성하기 위한 것으로, 소재(110)를 이형단면을 갖는 나선형 프로파일(120)로 형성하기 위한 홀(311)이 형성된 다이팁(31)과, 내부에 다이팁(31)이 위치되고, 다이팁(31)의 홀(311)과 연통되도록 홀(321)이 형성되는 다이케이스(32)와, 다이케이스(32)의 외주면에 형성되는 베어링(33)과, 다이케이스(32)의 전면에 결합되고, 베어링(33)을 지지하기 위한 베어링 지지부(34)를 포함하여 이루어진다.
다이팁(31)은 도 6에서 보는 바와 같이 원통형상으로 이루어져 내부에 이형단면을 갖는 나선형 프로파일(120)로 형성하기 위한 홀(311)이 형성된다. 이때, 내부에 형성되는 홀(311)은 입구측(312)에서 출구측(313)으로 나선형으로 형성되어 진다.
한편, 다이팁(31)은 입구측(312)과 출구측(313)이 다른 단면 형상을 갖도록 형성되는 것으로, 입구측(312)의 단면 형상은 사각형, 오각형, 육각형으로 이루어질 수 있고, 출구측(313)의 단면 형상은 사각형, 오각형, 육각형, 별모양의 형상 등 다양하게 형성될 수 있다. 즉, 원하는 단면 형상의 나선형 프로파일(120)을 형성하는 것은 출구측(313)에 형성되는 단면 형상인 것이다.
다이케이스(32)는 다이팁(31)이 내부에 결합되도록 결합홈(322)이 형성되고, 결합홈(322)과 연통되는 홀(321)이 형성되어 진다. 이때, 홀(321)은 다이팁(31)의 홀(311)과 연통되어 다이팁(31)을 통과하면서 형성되는 나선형의 프로파일(120)이 이송되어 진다. 그리고, 홀(321)과 연통되는 홀(341)이 형성된 베어링 지지부(34)가 결합되어 진다.
베어링(33)은 소재(110)가 회전다이부(30)를 통과하면서 회전다이부(30)의 회전방향의 구속을 제거하기 위한 것으로, 다이케이스(32)의 외주면 상에 회전축 방향 및 반경 방향 하중을 동시에 지지하기 위한 테이퍼 롤러 베어링(331)이 형성되고, 다이케이스(32)에 결합되는 베어링 지지부(34)의 외측에 하중이 축과 일치되는 방향으로 가해질 경우 회전방향의 구속을 제거하기 위한 스러스트 베어링(332)이 형성되어 진다.
한편, 상기와 같은 회전다이부(30)는 챔버(35)내에 구성되고, 챔버(35)는 프레임(200)의 상부에 고정 설치되어 챔버(35) 내에서 회전다이부(30)는 회전하면서 소재(110)를 이형단면을 갖는 나선형의 프로파일(120)로 형성하게 되는 것이다. 즉, 다이팁(31)을 통과하는 소재(110)는 다이팁(31)과 마찰력에 의해 다이팁(31)의 비구동 회전을 통해 외면에 나선형 구조를 형성하는 것이다.
인발부(40)는 프레임(200)의 일측에 설치되고, 회전다이부(30)에 의해 형성된 나선형 프로파일(120)을 인발하기 위한 것으로, 회전다이부(30)에 의해 형성된 나선형 프로파일(120)을 고정하기 위한 클램프(41)와, 클램프(41)를 전후 이동시키기 위한 실린더(42)와, 실린더(42)를 구동하기 위한 모터(43)를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 구성을 갖는 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치(10)의 동작을 설명하면, 압연부(20)의 수직롤러부(22)의 롤러(21a)와 수평롤러부(23)의 롤러(21b) 사이로 소재(110)가 회전다이부(30)로 이송된다. 회전다이부(30)로 이송된 소재(110)는 회전다이부(30)가 회전하면서 소재(110)를 이형단면을 갖는 나선형의 프로파일(120)로 형성하고, 나선형의 프로파일(120)은 인발부(40)에 의해 인발되어 진다.
본 발명에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치(10)는 다양한 단면형상 및 외관구조와 함께 우수한 강도를 갖는 각종 구조관의 제공이 가능하고 또 구조물에 따른 사용 용도를 확대할 수 있음은 물론 다양한 장식적 효과를 연출할 수 있다.
그리고 본 발명은 압연부(20)를 통해 후방에서 소재(110)를 밀어줌으로써 인발부(40)에서 발생하는 단면 미충만을 감소시키는 효과가 있고, 성형 후 제품의 진직도를 향상시키는 효과가 있으며, 본 발명을 통해 복잡한 이형단면을 갖는 나선형 프로파일(120)의 생산성을 향상시킬 수 있고, 구성이 단순하여 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10 : 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치
20 : 압연부 21 : 롤러
21a, 21b : 롤러 22 : 수직롤러부
23 : 수평롤러부 30 : 회전다이부
31 : 다이팁 311 : 홀
32 : 다이케이스 321 : 홀
33 : 베어링 34 : 베어링 지지부
40 : 인발부
110 : 소재
120 : 나선형 프로파일

Claims (4)

  1. 회전하는 롤러(21) 사이로 소재(110)를 이송시키기 위한 압연부(20)와;
    상기 압연부(20)에 의해 이송되는 소재(110)를 이형단면을 갖는 나선형 프로파일(120)로 형성하기 위한 회전다이부(30)와;
    상기 회전다이부(30)에 의해 형성된 나선형 프로파일(120)을 인발하기 위한 인발부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전다이부(30)는 소재(110)를 이형단면을 갖는 나선형 프로파일(120)로 형성하기 위한 홀(311)이 형성된 다이팁(31)과;
    내부에 상기 다이팁(31)이 위치되고, 상기 다이팁(31)의 홀(311)과 연통되도록 홀(321)이 형성되는 다이케이스(32)와;
    상기 다이케이스(32)의 외주면에 형성되는 베어링(33)과;
    상기 다이케이스(32)의 전면에 결합되고, 상기 베어링(33)을 지지하기 위한 베어링 지지부(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다이팁(31)의 홀(311)은 입구측에서 출구측으로 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압연부(20)는 상기 소재(110)의 상부와 하부에 배치되는 롤러(21a)를 갖고, 상기 롤러(21a) 사이로 상기 소재(110)를 이송시키기 위한 수직롤러부(22)와;
    상기 수직롤러부(22)의 타측에 위치되고, 상기 소재(110)의 좌측과 우측에 배치되는 롤러(21b)를 가지며, 상기 롤러(21b) 사이로 상기 소재(110)를 이송시키기 위한 수평롤러부(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비구동 회전형 인발 다이를 이용한 헬리컬 바의 제조장치.
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KR20170087940A (ko) 2014-11-25 2017-07-31 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 라이플 튜브의 제조 방법

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