KR20140046013A - 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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그레고리 존 블록스햄
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어드밴스드 스파이럴 테크놀로지 피티와이 리미티드
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Abstract

본 발명은 플라이트 블랭크(flight blank)로부터 나선형 스크류 플라이트(screw flight)를 성형하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 장치는 기저부 및 맞물림 수단을 포함한다. 맞물림 수단은 기저부에 이동가능하게 장착되고, 플라이트의 미리 결정된 피치(pitch)에 실질적으로 대응하는 플라이트 블랭크의 적어도 일부분에 비틀림을 형성하기 위해, 블랭크와 성형 맞물림하도록 구성된다.

Description

스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FORMING A SCREW FLIGHT}
본 발명은 전반적으로 물질 처리 설비 분야에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 스크류 또는 오거 플라이트(auger flight)(특히, 단면 플라이트)에 관한 것이고, 또한 그러한 플라이트를 성형하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
발명의 상세한 설명 전반에 걸친 종래 기술의 어떠한 논의도 결코 그러한 종래 기술이 당해 분야에서 널리 공지되었거나 일반 상식의 일부를 형성한다고 인정하는 것으로 생각되어서는 안 된다.
스크류 또는 오거 플라이트는 전형적으로 대량 처리 산업에서 유체, 입상 또는 반고체(semi-solid) 물질을 효율적으로 이동시키기 위해 사용된다. 플라이트의 회전에 의해 물질이 나선형의 코일 섹션의 표면을 따라 운반된다.
종래의 섹션 스크류 플라이트를 제조하는 수단 및 방법은 적절한 형상을 가진 다이(die) 세트 사이에서 플라이트의 각각의 섹션을 압축하는 것을 포함한다. 그러면, 각각의 플라이트 섹션은 전형적으로 차례대로 샤프트에 용접되어 하나의 완성된 컨베이어 스크류를 형성한다.
종래의 다이 압축 방법은 여러 가지 본질적인 단점을 가지고 있다. 이러한 단점은, 사용되는 블랭크 재료의 두께에 따라, 고리의 형상을 블랭크가 그 사이에서 압축되는 다이의 형상에 일치시키기 위하여 다이 압축 동작을 수회 반복하는 것이 종종 요구된다는 것을 포함한다. 압축 사이클을 반복하는 요건은 반드시 이러한 방법을 통해 생산되는 스크류 플라이트의 생산 비용을 증가시킨다.
게다가, 블랭크(blank)는 압축 공정 동안 전형적으로 소성 변형을 겪게 되고, 이것은 원하는 제조 공차를 벗어나는 플라이트 프로파일의 부정확성으로 이어진다. 원하는 제조 공차로부터 벗어나는 그러한 편차는 반드시 질 낮은 제품으로 이어지고, 또한 그 결과 제품 성능과 수명의 감소로 이어진다.
또한, 플라이트를 위한 각각의 특정 사이즈와 피치(pitch)에 대해, 오른나사 및 왼나사 플라이트 모두 생산되어야 한다면, 두 세트의 다이가 필요하고, 이것은 스크류 플라이트를 성형하기 위해 다이를 사용하는 비용을 추가로 증가시킨다.
또한, 특정한 사이즈 및 피치의 플라이트를 생산할 정확한 다이를 생산하는 것은 어렵다. 따라서, 일반적으로 시행착오의 반복 과정이 필요하고, 이것에 의해 원하는 플라이트의 특성이 다이 세트로부터 얻어질 수 있을 때까지, 수개의 다이 세트가 생산되고, 테스트되고, 수정된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점 중 하나 이상을 극복 또는 개선하고, 또는 적어도 유용한 대안을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 플라이트 블랭크(flight blank)로부터 나선형 스크류 플라이트(screw flight)를 성형하기 위한 장치가 제공되는데, 이 장치는 기저부 및 상기 기저부에 이동가능하게 장착된 맞물림 수단을 포함하고, 상기 맞물림 수단은, 상기 플라이트의 미리 결정된 피치(pitch)에 실질적으로 대응하는 상기 플라이트 블랭크의 적어도 일부분에 비틀림을 형성하기 위해, 상기 블랭크와 성형 맞물림하도록 구성된다.
바람직하게는 플라이트 블랭크는 고리 형태이고, 더 바람직하게는 개방단 고리(예컨대, 불완전 고리(penannular))의 형태이고, 이 고리 형상의 블랭크는 내경 및 외경을 가진다. 맞물림 수단은 바람직하게는 고리의 평균 반경 라인(mean radius line)에 대해 고리의 일부분을 비틀도록 구성된다. 통상의 기술자라면, 평균 반경 라인에 대해 블랭크를 비틂으로써, 블랭크의 단면에 걸친 바람직하지 않은 라운딩(rounding) 또는 롤링(rolling)이 실질적으로 방지된다는 것을 이해할 것이다.
맞물림 수단은 바람직하게는 맞물림 수단의 성형 이동이 플라이트 블랭크의 적어도 일부분에 비틀림을 형성하도록 블랭크의 양측과 맞물린다.
어떤 실시예에서, 맞물림 수단은 적어도 2개의 이격된 위치에서 블랭크와 맞물리기 위한 1차 맞물림 수단을 포함함으로써, 1차 맞물림 수단이 블랭크에서 비틀림을 형성하도록 적어도 2개의 맞물림 위치의 사이에서 상대 운동을 발생시키도록 구성된다.
어떤 바람직한 실시예에서는, 1차 맞물림 수단은 2쌍의 (1차) 측면 플레이트를 포함한다. 각각의 측면 플레이트는 바람직하게는, 예컨대 블랭크를 맞물리기 위한 맞물림 에지 또는 표면과 같은 맞물림 부분을 가진 다이 성형 플레이트이다. 각각의 측면 플레이트는 바람직하게는 블랭크의 평균 반경 라인에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 연장되도록 배치된다.
바람직하게는, 측면 플레이트의 각각의 쌍은 제1 고정 플레이트 및 제2 가동 플레이트를 가지고, 제2 플레이트는 고정 플레이트에 대해 이동가능하다.
어떤 바람직한 실시예에서는, 맞물림 수단은 1차 맞물림 수단 사이에서 적어도 하나의 위치에서 블랭크를 맞물리기 위한 2차 맞물림 수단을 포함한다. 2차 맞물림 수단은 바람직하게는 1차 맞물림 수단 사이의 중앙 또는 중간 포인트에서 블랭크와 맞물린다. 바람직하게는, 2차 맞물림 수단은 한 쌍의 중간 플레이트를 포함한다. 중간 플레이트는 바람직하게는 고정 중간 플레이트 및 가동 중간 플레이트를 포함하고, 가동 중간 플레이트는 고정 중간 플레이트에 대해 이동가능하다.
1차 및 2차 맞물림 수단 모두의 고정 플레이트는 바람직하게는 기저부에 연결된 마운팅 프레임과 같은 마운팅 수단에 장착된다. 바람직하게는, 마운팅 수단은 각각의 고정 플레이트를 수용하기 위한 수용 구조부를 포함한다. 수용 구조부는 바람직하게는 한 쌍의 이격된 채널, 홈, 슬롯(slot), 능선부(ridge), 또는 고정 측면 플레이트를 수용하기에 적절한 구조부 및 고정 중간 플레이트를 수용하기 위한 중앙 수용 구조부(예컨대, 채널)를 포함한다.
바람직하게는, 각각의 고정 플레이트는 플레이트를 수용 구조부 내에 또는 수용 구조부 상에 또는 아니면 수용 구조부에 장착하기 위한 마운팅 구조부를 가진다. 각각의 플레이트의 마운팅 구조부는 바람직하게는 수용 구조부의 형상에 대해 상보적인 형상을 가진다. 예컨대, 마운팅 구조부 및 수용 구조부는 설부-홈 타입(tongue-and-groove type) 배열로서 구성될 수 있다.
어떤 실시예에서는, 마운팅 수단에 대해 각각의 고정 측면 플레이트의 위치를 고정하기 위한 고정 수단이 제공된다. 고정 수단은 바람직하게는 관련된 채널에 마운팅 구조부(예컨대, 설부)를 유지하기 위한 하나 이상의 잠금 스크류를 포함한다. 바람직하게는, 각각의 수용 구조부는 관련된 고정 플레이트가 수용 구조부의 길이를 따라 원하거나 미리 결정된 위치에 선택적으로 장착될 수 있도록 구성된다. 예컨대, 고정 플레이트는 관련된 채널을 따라 미끄러질 수 있고, 그런 다음 원하는 위치에서 잠금될 수 있다.
바람직하게는, 예컨대 록 볼트와 같은 잠금 수단이 마운팅 수단에 대해 고정 중간 플레이트의 위치를 잠그기 위해 제공된다.
1차 맞물림 수단 및 2차 맞물림 수단의 가동 플레이트는 바람직하게는 가동 프레임에 장착되고, 이 프레임은 고정 플레이트와 가동 플레이트의 사이에서 상대 운동이 가능하도록 기저부에 이동가능하게 장착된다.
가동 프레임은 바람직하게는 가동 플레이트를 장착하기 위한 마운팅 구조부를 가진다. 바람직하게는, 가동 프레임의 마운팅 구조부는 고정 마운팅 프레임의 마운팅 구조부에 대응(예컨대, 거울대칭)되어, 고정 및 가동 플레이트의 각각의 쌍의 맞물림 부분이 실질적으로 정렬된다. 즉, 측면 플레이트의 쌍과 중간 플레이트의 쌍이 바람직하게는 맞물림 정렬된다.
수용 구조부는 바람직하게는 측면 플레이트의 쌍이 서로에 대해 경사지도록 배치된다. 바람직하게는, 측면 플레이트는 그 사이의 상대 각도가 180도보다 작도록 구성된다. 어떤 바람직한 실시예에서는, 측면 플레이트가 그 사이에서 대략 60도의 각도를 가지도록 배치된다. 1차 맞물림 부재는 60도로 경사지는 것에 한정되는 것이 아니라, 다른 실시예에서 180도보다 작은 어떠한 적절한 각도로도 경사질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 측면 플레이트는 서로에 대해 대략 30, 45, 65, 75, 90, 105, 120, 135, 또는 145도로 경사질 수 있다.
바람직하게는, 지지 수단은 사용 시 플라이트 블랭크를 지지하기 위한 측면 플레이트와 관련된다. 지지 수단은 바람직하게는 블랭크의 외경을 지지하도록 구성된다. 바람직하게는, 지지 수단은 1차 맞물림 측면 플레이트의 제1 쌍의 고정 측면 플레이트에 장착가능한 제1 지지 브라켓 및 1차 맞물림 측면 플레이트의 제2 쌍의 가동 측면 플레이트에 장착가능한 제2 지지 브라켓을 포함한다. 각각의 지지 브라켓은 바람직하게는 관련된 측면 플레이트에 대해 선택적으로 조절가능하게 위치할 수 있고, 하나 이상의 잠금 요소(예컨대, 스크류)와 같은 적절한 잠금 수단에 의해 거기에 고정된다. 본 장치에 의해 오른나사 또는 왼나사 나선형 스크류 플라이트가 성형되는지에 따라, 지지 브라켓이 원하는 측면 플레이트에 선택적으로 장착될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
가동 프레임은 바람직하게는 구동 수단에 의해 움직인다. 구동 수단은 바람직하게는 유압 구동식 실린더를 포함하고, 유압 실린더는 가동 프레임을 움직이고 또한 따라서 1차 및 2차 맞물림 수단의 가동 플레이트를 움직이기 위해서 연장 위치와 수축 위치 사이에서 선택적으로 이동가능하다. 바람직하게는, 유압 실린더는 실린더 로드를 가지는데, 이 실린더 로드는 실린더 로드가 연장되거나 수축될 때 가동 프레임의 직선 운동을 일으키도록 구성된다.
가동 프레임의 전방 및 후방 직선 운동이 용이하도록, 바람직하게는 가동 프레임 및 기저부에는 가이드 수단이 구비된다. 바람직하게는, 가이드 수단은 가동 프레임으로부터 연장되는 적어도 하나의 전방 가이드 바 및 적어도 하나의 후방 가이드 바를 포함한다. 상기 적어도 하나의 전방 가이드 바는 전방 가이드 플레이트에 있는 개구를 관통하도록 배치되고, 상기 적어도 하나의 후방 가이드 바는 후방 가이드 플레이트에 있는 개구를 관통하도록 배치된다. 특히 바람직한 일실시예에서는, 2개의 전방 가이드 바 및 2개의 후방 가이드 바가 구비된다.
바람직하게는 측면 플레이트의 제1 쌍은 측면 플레이트의 그 쌍과 중간 플레이트(즉, 2차 맞물림 수단) 사이에서의 블랭크 부분을 시계 방향으로 회전시키도록 구성되고, 측면 플레이트의 제2 쌍은 측면 플레이트의 그 쌍과 중간 플레이트 사이에서의 블랭크 부분을 반시계 방향으로 회전시키도록 구성되고, 그 반대도 가능하다. 다시 말하지만, 측면 플레이트는, 블랭크에서 오른나사 또는 왼나사 비틀림을 만들기 위해 원하는 회전 방향을 얻도록 장착될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
각각의 측면 플레이트(고정 및 가동)는 전체적으로 사다리꼴 형상이고, 측면 플레이트의 맞물림 에지는 마운팅 구조부에 대해 테이퍼져 있다. 측면 플레이트 사이에 유지된 포인트에서 블랭크의 원하는 회전을 얻기 위해서, 측면 플레이트의 제1 쌍은, 제1 쌍에서 고정 및 가동 플레이트의 테이퍼진 에지들이 실질적으로 평행하고, 음각(또는 반대나사 구조부를 위한 양각)으로 연장된다. 유사하게, 측면 플레이트의 제2 쌍은 제2 쌍에서 고정 및 가동 플레이트의 테이퍼진 에지들이 실질적으로 평행하고, 양각(또는 반대나사 구조부를 위한 음각)으로 연장된다.
따라서, 측면 플레이트의 테이퍼진 맞물림 에지 때문에, 고정 및 가동 측면 플레이트 사이의 상대 직선 운동은 평균 반경 라인에 대한 플레이트 사이의 블랭크의 그 부분의 회전으로 나타나서, 블랭크에서 원하는 비틀림을 만들어 낸다는 것을 이해할 것이다.
적어도 하나의 바람직한 실시예에서, 구동 수단은 본 장치가 200 bar(2,900 psi)에서 0 내지 60 톤의 범위에 있는 성형 힘(forming force)으로 작동하고, 성형 속도는 0 내지 80 mm/s의 범위 내에 있다. 이러한 파라미터 내에서 동작하는 실시예는 1 mm 내지 300 mm 범위의 두께를 가진 블랭크로부터 나선형 스크류를 성형하는데 적절할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 나선형 스크류 플라이트를 성형하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 미리 결정된 사이즈의 플라이트 블랭크를 제공하는 단계; 및 상기 플라이트 블랭크의 적어도 일부분에 비틀림을 형성하도록 상기 블랭크와 성형 맞물림하는 단계를 포함하고, 상기 비틀림은 상기 플라이트의 미리 결정된 피치에 실질적으로 대응한다.
바람직하게는, 본 방법은 전체적으로 블랭크의 평균 반경 라인에 대해 블랭크의 적어도 일부분을 비트는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 본 방법은 블랭크를 적어도 2개의 이격된 위치에서 1차 맞물림 수단과 맞물리는 단계를 포함하고, 1차 맞물림 수단은 블랭크에서 비틀림을 형성하도록 상기 적어도 2개의 맞물림 위치 사이에서 상대 운동을 발생시키도록 구성된다.
본 방법은 바람직하게는 1차 맞물림 수단 사이에서 적어도 하나의 위치에서 블랭크를 맞물리기 위한 2차 맞물림 수단을 사용하는 단계를 포함하고, 2차 맞물림 수단의 일측상의 블랭크의 맞물린 부분은 제1 방향으로 비틀리고, 2차 맞물림 수단의 타측상의 블랭크의 맞물린 부분은 제2 반대 방향으로 비틀려 진다.
바람직하게는, 본 방법은 성형된 나선형 스크류 플라이트의 원하는 피치, 외경, 내경, 및 두께 중 적어도 하나로부터 블랭크의 사이즈를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 본 발명의 제2 양태의 방법에 따라 제조된 스크류(또는 오거(auger)) 플라이트가 제공된다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 플라이트 블랭크로부터 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치를 설치(set up)하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 중앙 맞물림 수단을 상기 장치에 고정하는 단계; 설치 장치를 상기 중앙 맞물림 수단과 정렬하는 단계; 상기 설치 장치를 정렬된 위치에서 상기 중앙 맞물림 수단에 고정하는 단계; 측면 맞물림 수단을 상기 설치 장치와 상기 중앙 맞물림 수단에 대해 장착하기 위한 위치를 결정하는 단계; 및 상기 측면 맞물림 수단을 미리 결정된 위치에서 상기 장치에 고정하는 단계를 포함한다.
어떤 바람직한 실시예에서, 본 장치를 설치하는 방법은, 지지 브라켓이 측면 맞물림 수단에 대해 고정되어야 할 위치를 결정하는 단계; 및 사용 시, 플라이트 블랭크를 지지하기 위해 결정된 위치에 지지 브라켓을 고정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 이하, 첨부된 도면을 참조하여, 오직 예시로서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 플라이트 성형 장치의 평면도이다.
도 3은 본 장치의 좌측면도이다.
도 4는 본 장치의 정면도이다.
도 5는 판금 패널 커버가 제거된 본 장치의 평면도이다.
도 6은 고리 형상의 플라이트 블랭크를 도시하고 있다.
도 7은 성형된 나선형 스크류 플라이트의 측면도이다.
도 8은 도 7의 성형된 플라이트의 다른 측면으로부터의 도시이다.
도 9는 중간 플레이트가 위치 고정되고, 설치 계측자 조립체가 중간 플레이트에 장착되어 있는, 본 장치의 고정 마운팅 프레임을 도시하고 있다.
도 10은 도 9의 중간 플레이트의 확대도로서, 계측자 조립체와의 정렬을 도시하고 있다.
도 11은 각각의 고정 측면 플레이트와 중간 플레이트 사이의 기저부 오프셋 및 측면 플레이트에 장착된 지지 브라켓에 대한 기저부 오프셋을 도시하고 있다.
도 12는 기저부 오프셋을 설정하기 위한 계측자 조립체와 함께 사용된 계측자 안내부의 확대도이다.
도 13은 도 12의 계측자 가이드의 사시도이다.
도 14는 고정 측면 플레이트의 설치를 도시하고 있는 개략도이다.
도 15는 도 14의 확대 측면도이다.
도 16은 지지 브라켓의 설치를 도시하고 있는 사시도이다.
도 17의 지지 브라켓 설치의 확대도이다.
도 18은 맞물림 수단의 측면도로서, 1차 및 2차 맞물림 플레이트가 블랭크와 성형 맞물림(forming engagement)을 형성하고 있는 것을 도시하고 있다.
도 19는 맞물림 수단의 측면도로서, 유압 실린더가 부분적으로 연장된 위치에 있어서, 블랭크의 조작이 가능하도록 고정 및 가동 플레이트 사이에 롤 갭(roll gap)이 존재한다.
도 20은 맞물림 수단의 측면도로서, 블랭크의 삽입 및 성형된 플라이트의 추출이 가능하도록 유압 실린더가 수축된 위치에 있다.
도 21은 측면 맞물림 플레이트의 측면도이다.
도면을 참조하여, 본 발명은 개방단 고리 형상의 플라이트 블랭크(flight blank; 3)로부터 나선형 스크류 플라이트(screw flight; 2)를 성형하기 위한 장치를 제공한다. 도 6에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 고리 형상의 블랭크(3)는 내경 및 외경을 가진다.
블랭크(3)의 사이즈는, 플라이트(2)의 내경 및 직경, 플라이트의 피치(도 7), 블랭크/플라이트를 성형하기 위해 사용되는 재료의 두께(도 8)를 포함하는, 나선형 플라이트(2)의 원하는 특성의 값으로부터 계산된다. 통상의 기술자라면, 블랭크(3)의 내경 및 외경이 성형된 플라이트(2)의 내경 및 외경보다 필연적으로 크다는 것을 이해할 것이다.
플라이트 성형 장치(1)는 작업장 바닥(미도시)과 같은 지지 표면 위에 장치를 받치기 위한 기저부(4)를 가진다.
본 장치(1)는 기저부(4)에 고정 연결된 마운팅 프레임(5) 형태의 마운팅 수단을 포함한다. 고정 마운팅 프레임(5)은 2개의 이격된 측면 플레이트(6)와 중앙 또는 고정 중간 플레이트(7)의 형태의 고정 맞물림 수단을 장착하도록 구성된다. 이하 더 자세히 설명되는 바와 같이, 고정 측면 플레이트(6) 및 고정 중간 플레이트(7)는 플라이트 블랭크(3)의 제1 측면 표면(8) 상에 각각의 이격된 위치를 맞물리도록 배치된다.
고정 마운팅 프레임(5)은, 각각의 고정 플레이트(6, 7)를 선택적으로 및 분리가능하게 수용하기 위한 3개의 채널(10) 형태의 수용 구조부(receiving formation)를 가진 마운팅 플레이트(9)를 포함한다. 채널(10)은 고정 측면 플레이트(6)를 수용하기 위한 한 쌍의 이격된 측면 채널 및 고정 중간 플레이트(7)를 수용하기 위한 중앙 채널을 포함한다.
도 9에서 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 측면 채널(10)은 중앙 채널의 양측에 대칭적으로 배치되어 있고, 서로에 대해 대략 60도의 각도로 반경 방향으로 연장된다. 측면 플레이트(6)와 중간 플레이트(7)는, 특정 사이즈의 플라이트 블랭크(3) 및 플라이트(2)의 원하는 피치에 적합하도록, 각각의 채널(10) 내로 삽입되어 각각의 채널(10)을 따라 원하는 위치로 미끄러질 수 있다.
블랭크(3)의 반대편 제2 측면(11)을 맞물리기 위하여, 본 장치(1)는 가동 프레임 또는 캐리지(12)에 장착된 가동 맞물림 수단을 더 포함한다. 캐리지(12)는 고정 프레임(5)에 대해 상대 직선 미끄럼 운동을 하는데 적합하도록 구성된다.
캐리지(12)는 가동 맞물림 수단을 선택적으로 및 분리가능하게 수용하기 위한 3개의 채널(14) 형태의 수용 구조부를 가진 마운팅 플레이트(13)를 가진다.
가동 맞물림 수단은 2개의 가동 측면 플레이트(15) 및 가동 중간 플레이트(16)의 형태이다. 가동 마운팅 플레이트(13)의 채널(14)은 고정 마운팅 플레이트(5)의 채널(10)과 대응(또는 거울대칭)되도록 배치되어 있다.
1차 맞물림 수단 및 한 쌍의 중간 플레이트(7, 16)에 대해 2쌍의 측면 플레이트(6, 15)는 함께 본 장치의 2차 맞물림 수단을 형성한다.
측면 및 중간 맞물림 플레이트(고정 및 가동)는 바람직하게는, 블랭크(3)의 각각의 표면을 맞물리기 위한 맞물림 에지(17)를 가진 다이 성형 부품(die formed component)이다. 각각의 맞물림 플레이트는, 관련된 채널 내로 삽입될 때, 블랭크(3)의 평균 반경 라인(mean radius line)에 대해 실질적으로 수직이 되도록, 맞물림 에지(17)가 플라이트 블랭크(3)에 대해 반경 방향으로 연장되도록 구성되어 있다.
도 21에서 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 각각의 측면 플레이트(고정 및 가동)는 전체적으로 사다리꼴 형상이고, 고정 또는 가동 마운팅 플레이트(5, 13)의 관련된 측면 채널(10, 14)에 수용될 수 있는 계단식 또는 설상 에지(stepped or tongue-shaped edge; 18) 형태의 마운팅 구조부를 가진다. 맞물림 에지(17)는 마운팅 에지(18)에 대해 미리 결정된 다이 플레이트 각도 'α'로 연장되도록 마운팅 구조부에 대해 테이퍼져 있다. 다이 플레이트 각도 'α'는 플라이트(2)의 원하는 피치에 적합하도록 계산된다. 따라서, 다양한 다이 플레이트 각도 'α'를 가진 맞물림 플레이트의 세트는 유리하게는, 다양한 피치의 나선형 플라이트(2)를 제조하는데 요구되는 대로, 상호 교환가능하도록 제조되고 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
측면 플레이트들 사이에서 유지된 포인트에서 블랭크(3)의 원하는 회전(비틀림)을 얻기 위하여, 한 쌍의 측면 플레이트는, 이러한 쌍에서 고정 및 가동 플레이트의 테이퍼진 에지들(17)이 실질적으로 평행하고 음각(negative angle)으로 연장되도록 배치된다. 유사하게, 측면 플레이트의 제2 쌍은, 이러한 쌍에서 고정 및 가동 플레이트의 테이퍼진 에지들(17)이 실질적으로 평행하고 양각(positive angle)으로 연장되도록 배치된다.
따라서, 측면 플레이트의 테이퍼진 맞물림 에지(17) 때문에, 고정 및 가동 측면 플레이트 사이의 상대 직선 운동이, 평균 반경 라인에 대한 측면 플레이트들 사이의 블랭크의 그 부분의 회전으로 나타나서, 블랭크에서의 원하는 비틀림을 만들어 내는 것이 이해될 것이다. 도면에서, 측면 플레이트의 전방 쌍은 음각으로 연장되고, 따라서 반시계 방향으로 블랭크의 그 부분을 회전시키도록 구성된다. 측면 플레이트의 후방 쌍은 양각으로 연장되고, 따라서 시계 방향으로 블랭크의 그 부분을 회전시키도록 구성된다. 통상의 기술자라면, 이 플레이트들이 용이하게 상호 교환될 수 있어서, 측면 플레이트의 전방 및 후방 쌍이 양각으로 연장되어 다른 방향의 플라이트(예컨대, 왼나사 또는 오른나사 플라이트)를 만들어 낸다는 것을 당연히 이해할 것이다.
중간 플레이트(7, 16)의 위치를 고정하기 위해서, 록 볼트(lock-bolt) 형태의 잠금 수단이 각각의 마운팅 플레이트(9, 13)에 대해 중간 플레이트를 잠그기 위해 제공된다.
도 9 내지 17을 참조하면, 중간 플레이트(7, 16)의 위치가 일단 고정되고 나면, 마운팅 브라켓(19) 및 서로 반대 방향으로 지향된 계측자 1쌍(20)을 가진 설치 장치(set up device)가 중간 플레이트(7, 16) 상에 장착된다. 설치 장치는 중간 플레이트에 대하여 각각의 측면 채널에서 측면 플레이트(7, 16)의 정확한 위치를 결정하는데 사용된다. 도 11에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 측면 플레이트의 맞물림 에지(17)는 중간 플레이트로부터 미리 결정된 기저부 오프셋 거리에 위치된다. 측면 플레이트(6, 15)가 서로 반대 방향으로 테이퍼지기 때문에, 도 11의 오른쪽 상의 측면 플레이트는 맞물림 에지(17)가 기저부 오프셋 거리에서 계측자(20)와 만날 때까지 채널(10, 14)을 따라 아래로 미끄러진다. 서로 반대 방향의 테이퍼 때문에, 도 11의 왼쪽 상의 측면 플레이트는 맞물림 에지(17)가 기저부 오프셋 거리에서 계측자(20)를 만날 때까지 채널(10, 14)을 따라 위로 미끄러진다.
측면 플레이트(6, 15)가 복수의 잠금 스크류(21) 형태의 잠금 수단에 의해 각각의 채널에서 위치 고정된다. 잠금 스크류(21)는 채널의 측벽(23)에 있는 구멍(22)을 관통하고, 관련된 측면 플레이트의 마운팅 설부(18)와 고정식으로 맞물린다. 도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도시된 실시예에서, 7개의 잠금 스크류(21)가 각각의 측면 플레이트(6, 15)을 고정하는데 사용된다.
다시 도 11을 참조하면, 한 쌍의 지지 브라켓(24) 형태의 지지 수단이, 사용 시 플라이트 블랭크(3)를 지지하기 위해 제공된다. 하나의 지지 브라켓(24)이 1차 맞물림 플레이트의 제1 쌍의 고정 측면 플레이트에 부착되고, 제2 지지 브라켓이 1차 맞물림 플레이트의 제2 쌍의 가동 측면 플레이트에 부착된다. 지지 브라켓(24)은 관련된 측면 플레이트에 대해 선택적으로 조정가능하게 위치될 수 있고, 잠금 볼트(25) 형태의 적절한 잠금 수단에 의해 거기에 고정된다. 도시된 실시예에서, 3개의 잠금 볼트(25)는 관련된 측면 플레이트(6, 15)에 지지 브라켓(24)을 고정하는데 사용된다. 도 21에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 측면 플레이트(6, 15)는 측면 플레이트(6, 15)에 대해 지지 브라켓(24)을 유지하기 위해 잠금 볼트(25)가 관통하는 3개의 개구(26)를 가진다.
본 장치(1)는 캐리지(12)에 결합된 실린더 로드(28)를 가진 유압 구동식 실린더(27) 형태의 구동 수단을 더 포함한다. 결합 배치는 실린더 로드(28)의 운동이 캐리지(12)의 대응하는 직선 운동을 일으키도록 한다. 실린더 로드(28)의 운동은, 1차 및 2차 맞물림 수단의 고정 및 가동 플레이트 사이의 상대적 간격을 제어하기 위해 연장된 위치와 수축된 위치 사이에서 선택적으로 제어가능하다.
가동 프레임(12)의 전방 및 후방 직선 운동이 용이하도록, 특히 이러한 운동의 정확성을 향상시키도록, 전방 및 후방 가이드 바(29)가 캐리지(12)에 장착되어 캐리지(12)로부터 연장된다. 전방 및 후방 가이드 바(29)는 기저부(4) 상에 또는 기저부(4)에 대해 고정된 가이드 슬리브(30)를 미끄럼 가능하게 관통하도록 배치된다.
사용 시, 본 장치(1)는, 새로운 플라이트 블랭크(3)가 고정 및 가동 맞물림 플레이트(6, 7, 15, 16) 사이에 위치될 수 있도록, 수축된 위치에서 실린더 로드(28)와 함께 최초로 시작된다. 그러면, 실린더 로드(28)는 캐리지(12)를 완전 수축 및 연장 위치 사이의 중간 위치로 이동시키도록 연장된다. 이 중간 위치에서, 블랭크(3)는 지지 브라켓(24) 상에서 지지될 수 있다.
그러면, 실린더 로드(28)는 미리 결정된 성형 속도로 연장되도록 구동되어서, 측면 및 중간 플레이트를 블랭크(3)의 각각의 표면(8, 11)과 성형 맞물림 되도록 움직인다. 이 플레이트들은, 측면 플레이트의 전방 쌍이 반시계 방향으로 측면 플레이트와 중간 플레이트의 그 쌍 사이에서 블랭크의 그 부분을 회전시키고, 측면 플레이트의 후방 쌍이 시계 방향으로 측면 플레이트와 중간 플레이트의 그 쌍 사이의 블랭크의 그 부분을 회전시키도록 구성된다.
맞물림 플레이트가 고리의 평균 반경 라인에 대해 실질적으로 수직하게 연장되기 때문에, 맞물림 플레이트에 의해 유발된 회전은 고리의 평균 반경 라인에 대해 고리의 맞물린 부분에서의 비틀림을 형성한다. 통상의 기술자라면, 평균 반경 라인에 대한 블랭크의 비틀림에 의해, 블랭크의 단면에 걸친 바람직하지 않은 라운딩(rounding), 코닝(coning), 또는 롤링(rolling)이 실질적으로 회피된다는 것을 이해할 것이다.
비틀림 성형 공정이 일단 완성되고 나면, 실린더 로드(28)는 중간 위치로 수축되고, 블랭크(3)는 지지 브라켓 상에서 롤링되어서, 블랭크의 그 다음 섹션이 위치로 오고 성형 공정이 반복된다. 이러한 단계들은 전체 블랭크(3)가 비틀려져서 나선형 플라이트(2)가 완성될 때까지 반복된다.
따라서, 본 발명은 다양한 실시예에서 여러 가지 문제점을 극복하고, 여러 가지 이점을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예는, 상호 교환가능한 맞물림 플레이트의 사용으로 인하여 다양한 사이즈, 피치, 방향의 플라이트가 저렴한 방식으로 용이하게 성형될 수 있도록 하는 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 효율적인 장치를 제공한다. 또한, 플레이트의 세트들은 원하는 대로 생산되고 사용도리 수 있기 때문에, 상호 교환가능한 플레이트는 감소된 공구 비용의 관점에서 이점을 제공한다. 필요한 수작업 입력의 감소를 통한 추가적인 관련 비용 절약 이점과 함께 설치 시간도 감소된다. 반경 방향으로 블랭크를 맞물림으로써, 본 장치는 블랭크를 소성으로 작업하지 않고서도 평균 반경에 대해 블랭크에서 원하는 비틀림을 유리하게 형성한다. 반경 방향 맞물림은 또한 유리하게, 재료 전달과 유동률에 악영향을 줄 수 있는 에지의 바람직하지 않은 롤링, 라운딩, 또는 코닝을 방지한다. 본 장치의 바람직한 형태는 설치, 세팅, 및 사용하는데 용이하고, 디자인 요건에 정확성 개선을 제공한다. 여러 측면에서, 본 발명은 바람직한 실시예에서 종래 기술에 비해 실용적이고 상업적으로 상당한 개선을 제시한다.
본 발명이 구체적인 예시를 참조하여 설명되었지만, 통상의 기술자라면 본 발명이 여러 다른 형태로도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (18)

  1. 플라이트 블랭크(flight blank)로부터 나선형 스크류 플라이트(screw flight)를 성형하기 위한 장치로서,
    기저부 및 상기 기저부에 이동가능하게 장착된 맞물림 수단을 포함하고,
    상기 맞물림 수단은, 상기 플라이트의 미리 결정된 피치(pitch)에 실질적으로 대응하는 상기 플라이트 블랭크의 적어도 일부분에 비틀림을 형성하기 위해, 상기 블랭크와 성형 맞물림하도록 구성되는,
    나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 맞물림 수단의 성형 이동이 상기 플라이트 블랭크에 비틀림을 형성하도록 상기 맞물림 수단이 상기 블랭크의 양측과 맞물리는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 맞물림 수단은 적어도 2개의 이격된 위치에서 상기 블랭크와 맞물리기 위한 1차 맞물림 수단을 포함함으로써, 상기 1차 맞물림 수단이 상기 블랭크에서 비틀림을 형성하도록 상기 적어도 2개의 맞물림 위치의 사이에서 상대 운동을 발생시키도록 구성되는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 1차 맞물림 수단은 2쌍의 측면 플레이트를 포함하는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 측면 플레이트는 상기 블랭크의 평균 반경 라인(mean radius line)에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되도록 배치되는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    측면 플레이트의 각각의 쌍은 제1 고정 플레이트 및 제2 가동 플레이트를 가지고, 상기 제2 플레이트는 상기 고정 플레이트에 대해 이동가능한, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 맞물림 수단은 상기 1차 맞물림 수단 사이에서 적어도 하나의 위치에서 상기 블랭크와 맞물리기 위한 2차 맞물림 수단을 포함하는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 2차 맞물림 수단은 상기 1차 맞물림 수단 사이의 중간 위치에서 상기 블랭크와 맞물리는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 2차 맞물림 수단은 한 쌍의 중간 플레이트를 포함하는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중간 플레이트는 고정 중간 플레이트 및 가동 중간 플레이트를 포함하고, 상기 가동 중간 플레이트는 상기 고정 중간 플레이트에 대해 이동가능한, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치.
  11. 나선형 스크류 플라이트를 성형하는 방법으로서,
    미리 결정된 사이즈의 플라이트 블랭크를 제공하는 단계; 및
    상기 플라이트 블랭크의 적어도 일부분에 비틀림을 형성하도록 상기 블랭크와 성형 맞물림하는 단계
    를 포함하고,
    상기 비틀림은 상기 플라이트의 미리 결정된 피치에 실질적으로 대응하는,
    나선형 스크류 플라이트를 성형하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 맞물림 수단의 성형 이동이 상기 플라이트 블랭크에 비틀림을 형성하도록, 상기 블랭크의 양측을 맞물림 수단과 맞물리는 단계를 포함하는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하는 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 블랭크를 적어도 2개의 이격된 위치에서 1차 맞물림 수단과 맞물리는 단계를 포함하고,
    상기 1차 맞물림 수단은 상기 블랭크에서 비틀림을 형성하도록 상기 적어도 2개의 맞물림 위치 사이에서 상대 운동을 발생시키도록 구성되는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하는 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블랭크를 상기 1차 맞물림 수단 사이에서 적어도 하나의 위치에서 2차 맞물림 수단과 맞물리는 단계를 포함하는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하는 방법.
  15. 플라이트 블랭크로부터 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치를 설치하는 방법으로서,
    중앙 맞물림 수단을 상기 장치에 고정하는 단계;
    설치 장치를 상기 중앙 맞물림 수단과 정렬하는 단계;
    상기 설치 장치를 정렬된 위치에서 상기 중앙 맞물림 수단에 고정하는 단계;
    측면 맞물림 수단을 상기 설치 장치와 상기 중앙 맞물림 수단에 대해 장착하기 위한 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 측면 맞물림 수단을 미리 결정된 위치에서 상기 장치에 고정하는 단계
    를 포함하는,
    나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치를 설치하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 설치 장치는 마운팅 브라켓을 가지고, 한 쌍의 서로 반대방향으로 지향된 계측자(ruler)가 상기 중간 플레이트에 장착되는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치를 설치하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 측면 맞물림 수단을 상기 중앙 맞물림 수단으로부터 기저부 오프셋 거리에 고정하는 단계를 포함하고,
    상기 기저부 오프셋 거리는 상기 설치 장치의 계측자로 측정되는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치를 설치하는 방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    플라이트 지지 브라켓을 상기 설치 장치로부터 측정된 지지부 오프셋 거리에서 상기 측면 맞물림 수단에 고정하는 단계를 포함하는, 나선형 스크류 플라이트를 성형하기 위한 장치를 설치하는 방법.
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