KR200418621Y1

KR200418621Y1 - 단조장치

Info

Publication number: KR200418621Y1
Application number: KR2020060002457U
Authority: KR
Inventors: 김동령; 박찬운; 이차환; 한상욱; 김학순; 김동환; 김병민
Original assignee: (주)거양금속; 위스코 주식회사
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2006-06-13

Abstract

본 고안은 다이의 하측에 탄성부재가 구비되어 다이의 상하 유동이 가능하도록 구성되는 단조장치에 관한 것이다.

본 고안에 의한 단조장치는, 저면에는 단조완성품(140)의 상면 외관과 대응되는 형상이 성형되며, 하방으로 이동하여 소재(m)에 타격을 가하는 펀치(100)와; 상기 펀치(100)의 하측에 설치되며, 내부에는 원형의 소재압출공(116)이 상하로 관통 형성되어 소재(m)의 측면을 지지하고, 상단부는 상기 펀치(100)와 선택적으로 접촉하는 다이(110)와; 상기 다이(110)의 하측에 구비되어, 다이(110)를 지지하는 압력판(120)과; 상기 압력판(120)의 내측에 구비되어, 소재(m)의 내부에 홈을 형성하기 위한 성형축(124)과; 상기 압력판(120)과 다이(110)의 사이에 구비되어, 상기 다이(110)가 상하로 유동 가능하도록 지지하는 탄성부재(130) 등으로 구성된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의하면, 단조작업이 보다 원활해지는 이점이 있다.

단조, 장치, 탄성부재, 유동

Description

단조장치{Forging Apparatus}

도 1은 종래기술에 의한 단조장치에 의해 제품이 제조되는 과정을 보인 공정도.

도 2는 본 고안에 의한 단조장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 단조작업 전의 단면도.

도 3은 본 고안에 의한 단조장치에 의해 제조되는 단조완성품의 일례를 보인 사시도.

도 4는 본 고안에 의한 단조장치에 의해 제품이 성형되는 과정을 보인 단계별 제조상태도.

도 5는 본 고안에 의한 단조장치에 의해 단조작업이 이루어진 후의 상태를 보인 단면도.

도 6은 본 고안 실시예를 구성하는 펀치와 다이가 맞닿은 상태를 보인 부분단면도.

도 7은 본 고안 실시예를 구성하는 펀치와 다이 사이에 소재가 삽입된 상태를 보인 부분단면도.

도 8은 본 고안에 의한 단조장치를 이용한 제품 성형 실험의 전체 결과치를 보인 그래프.

도 9a 내지 도 9c는 도 8에 도시된 각 실험 결과치를 부분적으로 나누어 보인 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100. 펀치 102. 상방함몰부

110. 다이 112. 펀치수용부

114. 하방함몰부 120. 압력판

122. 수용홈 124. 성형축

126. 슬리브관 128. 핀삽입홀

130. 탄성부재 140. 단조완성품

m. 소재

본 고안은 단조장치에 관한 것으로, 다이의 하측에 탄성부재가 구비되어 다이의 상하 유동이 가능하도록 구성되는 단조장치에 관한 것이다.

일반적으로 단조(鍛造, forging)는 고체인 금속재료를 해머 등으로 두들기거나 가압하는 기계적 방법으로 일정한 모양으로 만드는 조작을 통칭하는 것으로, 두들기는 온도는 상온(常溫)인 경우도 있으나, 녹는점이 높은 재료에서는 다소 가열해야 할 때도 있다.

그리고, 소재(재료)에서 재결정(再結晶)이 진행되는 온도를 경계로 하여, 그 이상의 온도에서 단조 가공하는 것을 열간단조(熱間鍛造), 그보다 낮은 온도에서 단조 가공하는 것을 냉간단조(冷間鍛造)라 한다.

작업방법으로는 평탄한 공구 사이에 소재를 놓고 적당히 돌리거나 위치를 바꾸어 두들기면서 바라는 모양의 제품으로 만드는 자유단조(自由鍛造)와 일정한 모양으로 요각(凹刻)한 금형(金型) 사이에 소재를 끼우고 두들겨서 바라는 모양의 제품을 만드는 형단조(型鍛造)가 대표적이다.

상기 형단조는 하형(下型) 위에 상형(上型)을 낙하시켜서 두들기거나 상형과 하형을 움직여서 접근시켜 서로 때리는 방법으로 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 단조방법 및 장치에서는 다음과 같은 문제점이 야기된다.

상기와 같은 자유단조에서는 다수의 작업 공정이 필요한 문제점이 있고, 상기 형단조에서는 상형과 부딪치는 하형의 충격이 크며, 한번에 일정한 형상의 제품을 완성하기 위해서는 상형의 낙하속도를 증가시켜야 하는 문제점이 있다.

예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 사이드베벨기어(Side Bevel Gear)를 만들기 위한 중간재(단조완성품)는, 2개의 공정에 의해 이루어진다. 즉, 먼저 소재(10)의 하단 테두리 부분을 하측으로 압출하여 내부가 중공된 하측가이드(12)를 형성하는 가이드압출공정(a)과, 소재(10)의 상단 부분을 포밍(Forming)하여 머리부(14)를 형성하는 머리포밍공정(b)의 2공정으로 이루어지므로, 작업 공정이 많은 문제점이 있다.

따라서 본 고안의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다이가 탄성부재에 의해 지지되어 상하로 유동 가능하도록 구성되는 단조장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 단조장치는, 저면에는 단조완성품의 상면 외관과 대응되는 형상이 성형되며, 하방으로 이동하여 소재에 타격을 가하는 펀치와; 상기 펀치의 하측에 설치되며, 내부에는 원형의 소재압출공이 상하로 관통 형성되어 소재의 측면을 지지하고, 상단부는 상기 펀치와 선택적으로 접촉하는 다이와; 상기 다이의 하측에 구비되어, 다이를 지지하는 압력판과; 상기 압력판의 내측에 구비되어, 소재의 내부에 홈을 형성하기 위한 성형축과; 상기 압력판과 다이의 사이에 구비되어, 상기 다이가 상하로 유동 가능하도록 지지하는 탄성부재;를 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성부재는, 압축스프링 또는 유압을 이용하는 유압수단임을 특징으로 한다.

상기 성형축의 외측에는, 성형축의 외주면을 따라 상하로 슬라이딩하도록 설치되어, 단조완성품의 상방 취출을 강제하는 슬리브관이 더 구비됨을 특징으로 한다.

상기 단조완성품은, 원기둥 형상의 소재로부터 측면으로 압출된 머리부와, 상기 소재의 테두리부가 하측으로 압출되어 형성되는 하측가이드를 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 소재의 높이(H)와 직경(D)의 비율인 형상비(H/D)는 1.4 내지 1.6이며, 상기 단조완성품의 머리부 높이(F)와 하측가이드의 폭(E) 비율인 단조압출비(F/E)가 1.5 내지 1.7이고, 상기 소재가 상기 다이의 소재압출공 내부에 수용되는 높이(G)와 상기 소재의 높이(H) 비율인 가이드비(G/H)는 0.38 이하임을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 단조장치에 의하면, 단조작업이 보다 원활해지는 이점이 있다.

이하 상기한 바와 같은 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 2에는 본 고안에 의한 단조장치의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 즉, 단조작업이 실시되기 전의 단조장치 정단면이 도시되어 있다.

이에 도시된 바에 따르면, 상측에는 펀치(100)가 구비된다. 상기 펀치(100)는 아래에서 설명할 다이(110)로부터 상측으로 일정 거리 이격된 거리에 설치되며, 이러한 펀치(100)는 하방으로 이동(낙하)하여 소재(m)에 상측으로부터의 타격을 가하는 것이다. 상기 펀치(100)는 일반적으로 프레스(Press)라고 부르기도 한다.

상기 펀치(100)는 지지대(도시되지 않음)에 의해 지지되어 상하로 유동 가능하도록 설치되며, 하중 또는 별도의 동력수단에 의해 하방으로 낙하하거나 강제 이동된다. 즉, 상기 펀치(100)는 일반적으로 수십~수천톤의 무게를 가지도록 설계되어 자체의 하중에 의해 소재(m)에 타격을 가하거나, 별도의 유압장치 등으로 이루어지는 동력수단에 의해 하방으로 강제로 이동하여 소재(m)에 타격을 가한다. 물론, 이러한 펀치(100)가 하방으로 이동할 때 가속도가 생기도록 하여 소재(m)에 가 능한 한 큰 타격이 가해지도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 펀치(100)의 저면은 아래에서 설명할 단조완성품(140)의 상면 외관과 대응되는 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 펀치(100)와 아래에서 설명할 다이(110)가 서로 접촉함에 따라 소재(m)를 압축하게 되고, 이러한 펀치(100)와 다이(110) 사이에서 눌러지는 소재(m)는 펀치(100)의 저면과 다이(110)의 상면 사이의 공간과 대응되는 형상을 가지게 된다.

따라서, 상기 펀치(100)의 저면에는 도시된 바와 같이, 아래에서 설명할 단조완성품(140)의 상면 외관과 대응되는 형상이 성형된다. 즉, 도시된 바와 같이, 상기 펀치(100)의 저면에는 상방으로 함몰된 상방함몰부(102)가 형성되는데, 이러한 상방함몰부(102)는 아래에서 설명할 단조완성품(140)의 상면과 대응되는 형상을 가진다.

상기 펀치(100)의 하측에는 상기 펀치(100)와 선택적으로 접촉하는 다이(110)가 설치된다. 상기 다이(110)는 가공되기 전의 소재(m)를 지지하는 한편, 상기 펀치(100)와 더불어 소재(m)를 압착하여 소재(m)가 원하는 형상으로 성형되도록 한다.

상기 다이(110)에는 상방으로부터 상기 펀치(100)의 하단부가 선택적으로 접촉된다. 따라서, 상기 다이(110)의 상반부에는 상기 펀치(100)의 하단부가 삽입되어 수용되는 펀치수용부(112)가 형성된다. 즉, 상기 다이(110)에는 상면으로부터 하방으로 일정 부분 함몰된 펀치수용부(112)가 형성되며, 상기 펀치(100)의 하단부가 충분히 삽입된 다음 상방으로 용이하게 빠져나갈 수 있도록 충분한 폭(직경)을 가진다.

상기 펀치수용부(112)에는 하방함몰부(114)가 더 형성된다. 보다 상세하게는 상기 펀치수용부(112)의 저면 중앙 부부에는 아래에서 설명할 단조완성품(140)의 상반부(머리 부분) 외관과 대응되는 형상의 하방함몰부(114)가 형성된다. 따라서, 상기 펀치(100)와 다이(110)가 서로 접촉하는 경우에 상기 하방함몰부(114)와 대응되는 상반부 형상을 가지는 단조완성품(140)이 형성되는 것이다.

상기 다이(110)의 내부에는 소재압출공(116)이 상하로 형성된다. 상기 소재압출공(116)은 상기 다이(110)의 중앙부를 상하로 관통하도록 형성되어 소재(m)를 안내하게 된다. 따라서, 상기 펀치(100)가 하측으로 이동(낙하)하는 경우에 상기 다이(110)에 놓여진 소재(m) 테두리가 상기 펀치(100)에 눌려 상기 소재압출공(116)을 따라 하측으로 압출된다.

상기 다이(110)의 저면에는 부재수용홈(118)이 더 형성된다. 상기 부재수용홈(118)은 상기 다이(110)의 저면으로부터 상방으로 함몰 형성된 부분으로, 아래에서 설명할 탄성부재(130)가 수용되는 부분이다.

상기 다이(110)의 하측에는 압력판(120)이 설치된다. 상기 압력판(120)은 상기 다이(110)를 지지하기 위한 것으로, 이러한 압력판(120)은 상기 다이(110)를 직접적으로 지지하도록 설치되지는 않으며, 아래에서 설명할 탄성부재(130)를 통해 간접적으로 다이(110)를 지지한다.

상기 압력판(120)의 내측에는 수용홈(122)이 형성된다. 즉, 상기 압력판(120)의 중앙부에는 상면으로부터 하방으로 일정 길이로 함몰된 원형의 수용홈 (122)이 형성된다. 상기 수용홈(122)에는 아래에서 설명할 성형축(124)과 슬리브관(126)이 수용된다.

상기 압력판(120)의 내측에는 소재(m)의 내부에 홈을 형성하기 위한 성형축(124)이 상하로 형성된다. 보다 상세하게는, 상기 성형축(124)은 상기 압력판(120)의 수용홈(122)과 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 내부에 구비된다. 즉, 도시된 바와 같이, 상기 압력판(120)의 수용홈(122) 내부에 구비되는 성형축(124)은 상하로 길게 형성되어 상단부가 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 내측에까지 이르게 된다.

상기 성형축(124)은 원기둥 형상으로 성형되어, 소재(m)의 하단을 지지하게 된다. 그리고, 상기 성형축(124)의 하단은 상기 압력판(120)의 하단부와 일체로 형성됨이 바람직하다.

상기 성형축(124)의 외경은 상기 압력판(120)의 수용홈(122)과 상기 다이(110)의 소재압출공(116)의 직경보다 상대적으로 작은 크기를 가진다. 따라서, 상기 성형축(124)의 외주면과 상기 수용홈(122) 및 소재압출공(116)의 내주면 사이에는 소정의 틈새가 형성된다.

상기 성형축(124)의 외측에는 아래에서 설명할 단조완성품(140)의 상방 취출을 강제하는 슬리브관(126)이 더 구비된다. 상기 슬리브관(126)은 상기 성형축(124)의 외주면을 따라 상하로 슬라이딩 가능하도록 설치되어, 단조작업이 완성된 단조완성품(140)이 상기 다이(110)의 상방으로 취출되도록 안내하게 된다.

상기 압력판(120)의 하단부에는 핀삽입홀(128)이 더 형성된다. 상기 핀삽입 홀(128)은 아래에서 설명할 단조완성품(140)을 상방으로 취출하기 위한 취출핀(도시되지 않음)이 삽입되는 부분이다.

보다 구체적으로 살펴보면, 상기 압력판(120)에 형성되는 상기 수용홈(122)의 하단부 일측(도 2에서는 좌측)에는 상하를 관통하는 소정의 핀삽입홀(128)이 형성된다. 따라서, 이러한 단조작업이 완성되고 난 후, 상기 핀삽입홀(128)의 하부로부터 상방으로 취출핀(도시되지 않음)을 삽입하게 되면, 이러한 취출핀이 상기 슬리브관(126)을 상측으로 밀어올리게 되고, 이러한 슬리브관(126)의 상방 이동에 따라 상측의 단조완성품(140)이 상방으로 밀려 상기 다이(110)의 외부로 취출되는 것이다.

상기 압력판(120)과 다이(110)의 사이에는 탄성부재(130)가 구비된다. 상기 탄성부재(130)는 하나 또는 다수 개가 구비될 수 있으며, 도 2에는 상기 탄성부재(130)가 좌우에 쌍으로 설치되는 경우를 예시하고 있다.

상기 탄성부재(130)는 상기 다이(110)가 상하로 유동 가능하도록 탄성 지지한다. 즉, 초기에는 상기 다이(110)가 도 2과 같이 일정 위치에 놓이도록 지지하고 있다가, 상기 펀치(100)가 하방으로 이동하는 경우에는 상기 다이(110)가 하측으로 일정부분 이동 가능하도록 지지하게 된다.

그리고, 상기 탄성부재(130)는 압축스프링으로 이루어짐이 바람직하다. 즉 도시된 바와 같이, 상기 탄성부재(130)는 상기 부재수용홈(118)에 수용되어 상기 다이(110)를 탄성 지지하는 다수의 압축스프링으로 구성됨이 바람직하다.

도 3에는 상기와 같은 단조장치에 의해 단조 가공된 단조완성품(140)의 일례 가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 단조완성품(140)은 원기둥 형상의 소재로부터 측면으로 압출된 머리부(142)와, 상기 소재(m)의 테두리부가 하측으로 압출되어 형성되는 하측가이드(144) 등으로 이루어진다.

보다 상세하게는, 상기에서 설명한 바와 같은 원기둥 형상의 소재(m)는 하나의 단일 공정에 의해 상기 펀치(100)와 다이(110) 및 성형축(124) 사이의 틈새로 압출되어, 상기와 같은 단조완성품(140)을 동시에 성형한다.

즉 상기 소재(m)의 윗부분은 측방으로 퍼져 상기 펀치(100)와 다이(110) 사이의 공간에 충진됨으로써 상대적으로 큰 외경을 가지는 머리부(142)를 형성하고, 상기 소재(m)의 아래부분은 상기 펀치(100)의 힘에 의해 하측으로 이동하면서 테두리 부분이 상기 성형축(124)과 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 사이의 틈새로 충진되어 하측가이드(144)를 형성한다.

상기와 같은 형상을 가지는 단조완성품(140)은 사이드(Side) 베벨기어(Bevel Gear) 제조를 위한 중간재 역할을 하는 제품이다. 즉, 도시되지는 않았지만, 상기와 같은 장치에 의해 제조된 단조완성품(140)은 다시 다음 공정에서 머리부(142) 외측에 기어 이(齒)가 형성되어 베벨기어(Bevel Gear)로 된다.

이하 상기와 같은 구성을 가지는 단조장치에 의해 단조완성품(140)이 제조되는 과정을 살펴본다.

먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 원기둥 형상의 소재(m)를 상기 다이(110)의 소재압출공(116)에 삽입한 다음, 상기 펀치(100)에 힘을 가하여 상기 소재(m)를 하 방으로 타격한다.

상기 소재(m)가 상기 펀치(100)에 의해 힘을 받아 하측으로 이동하게 되면, 상기 소재(m)는 상기 다이(110)의 소재압출공(116)에 끼워진 채로 하측으로 이동하게 되고, 이 과정에서 상기 다이(110)도 하측으로 이동한다. 즉, 상기 탄성부재(130)에 의해 지지되고 있던 상기 다이(110)가 상기 펀치(100)의 힘에 의해 소재(m)와 함께 하측으로 이동하게 되는 것이다.(도 4 참조)

상기 다이(110)가 하측으로 이동함과 동시에 상기 소재(m)는 상기 펀치(100)의 힘에 의해 좌우 상하로 압출이 시작된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 펀치(100)와 다이(110) 및 성형축(124) 사이의 틈새로 소재(m)의 상하 부분이 점차 압출된다.

상기 소재(m)의 하단 중앙부는 상기 성형축(124)에 의해 지지되어 있으므로, 상기 소재(m)의 상측으로부터 펀치(100)의 힘이 계속 가해지면 상기 소재(m)의 하단 테두리부분은 상기 성형축(124)의 외주면과 상기 소재압출공(116)의 내주면 사이의 틈새로 도 4와 같이 점차 압출된다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 소재(m)의 하단부는 상기에서 설명한 바와 같은 하측가이드(144)를 형성한다.

그리고, 상기 소재(m)의 상단부는 상기 펀치(100)의 힘에 의해 측방으로 퍼지게 된다. 즉, 상기 펀치(100)의 상방함몰부(102)와 상기 다이(110)의 하방함몰부(114) 사이의 공간으로 상기 소재(m)의 상단부분이 압출되어 소재(m)의 상단부 외경이 커지게 된다. 따라서, 이러한 소재(m)의 상단 부분은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 단조완성품(140)의 머리부(142)를 형성하게 되는 것이다.

한편, 상기와 같은 과정에 의해 상기 단조완성품(140)이 형성되기 위해서는 다양한 요소가 구비되어야 한다. 보다 구체적으로는, 어떠한 형상의 단조완성품(140)을 형성하고자 하느냐에 따라 상기 소재(m)의 크기 및 상기 소재(m)가 처음 셋팅(Setting)되는 위치 등이 달라지게 된다. 즉, 어떠한 형상의 단조완성품(140)을 요구하는가에 따라, 상기 소재(m)의 최적 크기 및 소재(m)를 잡아주는 최적의 다이(110)의 셋팅(Setting) 위치가 정해지게 된다.

이하에서는 상기와 같은 단조장치를 이용하여 상기 단조완성품(140)을 형성하는 최적의 단조완성품(140) 성형방법에 대해 설명한다.

도 6에는 상기 펀치(100)가 상기 다이(110)의 펀치수용부(112)에 완전히 수용된 상태의 부분 단면이 도시되어 있다. 이와 같이 상기 펀치(100)가 상기 다이(110)의 펀치수용부(112)에 완전히 수용된 경우에 상기 펀치(100)의 상방함몰부(102)와 상기 다이(110)의 하방함몰부(114) 사이에 형성되는 공간은 상기 단조완성품(140)의 형상과 일치됨이 바람직하다.

따라서, 도시된 바와 같은 상기 펀치(100)의 상방함몰부(102)와 상기 다이(110)의 하방함몰부(114) 사이의 거리(F)는 상기 단조완성품(140)의 머리부(142) 높이와 대응되며, 상기 성형축(124)의 외주면과 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 내주면 사이의 거리(E)는 상기 단조완성품(140)의 하측가이드(144) 폭과 대응된다.

이하에서는 상기 펀치(100)의 상방함몰부(102)와 상기 다이(110)의 하방함몰부(114) 사이의 거리(F)는 상기 단조완성품(140)의 머리부(142) 높이(F)라 칭하며, 상기 성형축(124)의 외주면과 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 내주면 사이의 거 리(E)는 상기 단조완성품(140)의 하측가이드(144) 폭(E)이라 칭하여 설명한다.

그리고, 상기 단조완성품(140)의 머리부(142) 높이(F)와 상기 단조완성품(140)의 하측가이드(144) 폭(E)의 크기 비(F/E)를 단조압출비(Forging & Extrusion Ratio)라 한다.

도 7에는 상기 소재(m)가 변형이 일어나기 직전의 상태가 부분 단면으로 도시되어 있다. 즉, 상기 소재(m)가 상기 펀치(100)에 밀려 하측으로 내려와 저면이 상기 성형축(124)의 상면에 닿은 상태가 도시되어 있다.

여기서 상기 소재(m)의 높이(H)와 직경(D)의 비(H/D)는 형상비(Aspect Ratio)라 하며, 이때 상기 소재(m)가 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 내부에 수용되는 높이는 'G'라 한다. 즉 상기 'G'는 상기 소재(m)의 하단부 외주면과 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 내주면이 접촉하는 높이의 크기이다.

상기 소재(m)는 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 내부에 'G' 만큼 수용됨으로써, 상기 소재(m)의 하단 테두리가 하측으로 압출되도록 가이드하게 되는데, 이때 상기 소재(m)가 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 내부에 수용되는 높이(G)와 상기 소재(m)의 높이(H) 비(G/H)는 가이드비(Guide Ratio)라고 한다.

도 8 내지 도 9c에는 상기와 같은 각각의 요인(요소)에 따라 상기 단조완성품(140)의 형상이 성형되는 상태가 그래프로 도시되어 있다. 즉, 상기 단조압출비(F/E)와 형상비(H/D) 및 가이드비(G/H)에 따라 상기 단조완성품(140)의 머리부(142) 완성도가 얼마나 되는지의 여부가 그래프로 도시되어 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 그리프의 X축은 가이드비(G/H)를 나타내며, Y축 은 상기 단조완성품(140)의 머리부(142)가 완성되지 않음 비율(Unfilling Cavity)이다. Y축의 (-)값은 상기 단조완성품(140)의 머리부(142)가 측방으로 지나치게 퍼져 나온 정도를 나타내며, (+)값은 상기 단조완성품(140)의 머리부(142)가 측방으로 퍼진 상태가 미흡한 정도를 나타낸다. 그리고 여기서 상기 단조완성품(140)의 머리부(142)가 완성되지 않음 비율(Unfilling Cavity) 즉, Y축은 0~5% 이내의 영역이 바람직하다.

왜냐하면, 상기 단조완성품(140)은 상기에서 설명한 바와 같이 사이드(Side) 베벨기어(Bevel Gear) 제조를 위한 중간재의 역할을 하는 것이므로, 이러한 단조완성품(140)의 머리부(142) 외면에는 기어 이(齒)가 형성된다. 따라서, 보다 큰 힘을 사용하여 상기 단조완성품(140)의 머리부(142)를 완전한 모습으로 성형할 필요가 없는 것이다. 보다 바람직하게는 상기 Y축에서 5%이 위치가 되는 것이 최적이다.

도시된 바와 같이 도 8에는 상기 단조완성품(140)의 머리부(142) 높이(F)와 하측가이드(144)의 폭(E) 비율인 단조압출비(F/E)가 1.5 내지 1.7이고, 상기 소재(m)의 높이(H)와 직경(D)의 비율인 형상비(H/D)는 1.4 내지 1.6인 각각의 경우에, 소재(m)가 상기 다이(110)의 소재압출공(116) 내부에 수용되는 높이(G)와 상기 소재(m)의 높이(H) 비율인 가이드비(G/H)가 어떻게 나타나는가의 실험 결과이다.

여기서 도시된 바와 같이, 상기 대체적으로 상기 가이드비(G/H)의 값은 0.38 이하가 되는 경우에 Y축의 값이 5이하가 되므로, 가이드비(G/H)의 값은 0.38이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 각각의 그래프가 Y축의 5% 지점과 접하는 각각의 값이 되도록, 가이드비(G/H)의 값이 0.14 내지 0.38 이내 의 값 중 어느 하나의 값이 되도록 하는 것이 좋다.

도 9a 내지 도 9c에는 도 8에 도시된 그래프가 부분적으로 분리되어 나타나 있다.

먼저 도 9a를 살펴보면, 여기에서는 단조압출비(F/E)가 1.5인 경우의 형상비(H/D)와 가이드비(G/H)의 관계를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 단조압출비(F/E)가 1.5이고, 상기 형상비(H/D)가 각각 1.4, 1.5 그리고 1.6인 경우에는 상기 가이드비(G/H)는 0.33 이하가 됨이 바람직하다.

보다 상세하게는 상기 단조압출비(F/E)가 1.5로 고정된 경우에, 상기 형상비(H/D)가 1.4이면 상기 가이드비(G/H)는 0.33이 되는 것이 가장 바람직하며, 상기 형상비(H/D)가 1.5이면 상기 가이드비(G/H)는 0.27이 되고, 상기 형상비(H/D)가 1.6이면 상기 가이드비(G/H)는 0.14가 됨이 가장 바람직하다.(왜냐하면, 도시된 바와 같이 이때의 Y축 값이 5%가 되기 때문이다.)

다음으로, 도 9b를 살펴보면, 여기에서는 단조압출비(F/E)가 1.6인 경우의 형상비(H/D)와 가이드비(G/H)의 관계를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 단조압출비(F/E)가 1.6이고, 상기 형상비(H/D)가 각각 1.4, 1.5 그리고 1.6인 경우에는 상기 가이드비(G/H)는 0.36 이하가 됨이 바람직하다.

보다 상세하게는 상기 단조압출비(F/E)가 1.6으로 고정된 경우에, 상기 형상비(H/D)가 1.4 또는 1.5이면 상기 가이드비(G/H)는 0.36이 되는 것이 가장 바람직하며, 상기 형상비(H/D)가 1.6이면 상기 가이드비(G/H)는 0.31이 됨이 가장 바람직하다.

그리고 도 9c를 살펴보면, 여기에서는 단조압출비(F/E)가 1.7인 경우의 형상비(H/D)와 가이드비(G/H)의 관계를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 단조압출비(F/E)가 1.7이고, 상기 형상비(H/D)가 각각 1.4, 1.5 그리고 1.6인 경우에는 상기 가이드비(G/H)는 0.38 이하가 됨이 바람직하다.

보다 상세하게는 상기 단조압출비(F/E)가 1.7로 고정된 경우에, 상기 형상비(H/D)가 1.4 또는 1.5 이거나 1.6이면 상기 가이드비(G/H)는 0.37 내지는 0.38이 됨이 가장 바람직하다.

이러한 본 고안의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 고안을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

예를 들어, 상기의 실시예에서는 상기 탄성부재(130)로 압축스프링이 사용되는 경우를 예기하고 있으나, 이러한 압축스프링 외에 유압을 이용하는 유압수단이 사용될 수도 있다.

상기한 바와 같이 본 고안에 의하면, 단조장치의 압력판과 다이 사이에 완충부재가 더 구비되어 다이의 상하 유동이 어느 정도 가능하도록 구성된다. 따라서, 다이가 고정되는 경우에 비해 단조작업이 보다 원활해지는 이점이 있다. 즉, 다이가 소재와 함께 하방으로 일정 부분 유동 가능하므로, 단조 작업시 적은 힘으로도 원할한 단조가 수행되는 이점이 있다.

또한 본 고안에 의한 단조장치에서는, 단조완성품의 제조를 위한 각 요소 값 인 단조압출비(F/E)와 형상비(H/D) 그리고 가이드비(G/H)의 최적값시 실험에 의해 제시되어 있다. 따라서, 이러한 각 요소 값을 적용하여 성형하게 되면, 보다 수월하게 원하는 단조완성품을 제조할 수 있는 장점이 있다.

Claims

저면에는 단조완성품의 상면 외관과 대응되는 형상이 성형되며, 하방으로 이동하여 소재에 타격을 가하는 펀치와;

상기 펀치의 하측에 설치되며, 내부에는 원형의 소재압출공이 상하로 관통 형성되어 소재의 측면을 지지하고, 상단부는 상기 펀치와 선택적으로 접촉하는 다이와;

상기 다이의 하측에 구비되어, 다이를 지지하는 압력판과;

상기 압력판의 내측에 구비되어, 소재의 내부에 홈을 형성하기 위한 성형축과;

상기 압력판과 다이의 사이에 구비되어, 상기 다이가 상하로 유동 가능하도록 지지하는 탄성부재;를 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 단조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성부재는,

압축스프링 또는 유압을 이용하는 유압수단임을 특징으로 하는 단조장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 성형축의 외측에는,

성형축의 외주면을 따라 상하로 슬라이딩하도록 설치되어, 단조완성품의 상방 취출을 강제하는 슬리브관이 더 구비됨을 특징으로 하는 단조장치.
제 3 항에 있어서, 상기 단조완성품은,

원기둥 형상의 소재로부터 측면으로 압출된 머리부와,

상기 소재의 테두리부가 하측으로 압출되어 형성되는 하측가이드를 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 단조장치.
제 4 항에 있어서, 상기 소재의 높이(H)와 직경(D)의 비율인 형상비(H/D)는 1.4 내지 1.6이며,

상기 단조완성품의 머리부 높이(F)와 하측가이드의 폭(E) 비율인 단조압출비(F/E)가 1.5 내지 1.7이고,

상기 소재가 상기 다이의 소재압출공 내부에 수용되는 높이(G)와 상기 소재의 높이(H) 비율인 가이드비(G/H)는 0.38 이하임을 특징으로 하는 단조장치.