KR20140071794A - 반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법 - Google Patents

반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법 Download PDF

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Abstract

반경단조 공법을 이용한 사각 봉재의 제조 시 각 모서리 부분의 각을 정교하게 하며 돌출 가능성을 없애 양질의 품질을 얻을 수 있는 반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법이 개시된다. 반경단조용 금형 어셈블리는 길이 방향으로 전진 또는 후진시키는 이송 구동부와, 소재의 좌, 우측에 배치되는 한 쌍의 제1 단조용 다이와, 소재의 상, 하측에 배치되는 한 쌍의 제2 단조용 다이와, 상기 제1 단조용 다이가 소재의 좌, 우측을 각각 반복 가압하도록 구동시키는 제1 성형 구동부와, 상기 제2 단조용 다이가 소재의 상, 하측을 각각 반복 가압하도록 구동시키는 제2 성형 구동부를 포함하며, 상기 제1 단조용 다이와 제2 단조용 다이는 소재의 길이 방향으로 동일 선상에 배치되어 소재를 동시에 가압하고, 상기 가압 시 제1 단조용 다이의 길이 방향 일측은 제2 단조용 다이의 길이 방향 일측 사이에 삽입되며, 제2 단조용 다이의 길이 방향 타측은 제1 단조용 다이의 길이 방향 타측 사이에 삽입된다. 따라서, 소재의 상, 하, 좌, 우의 4 방향에서 동시에 성형을 수행함과 아울러 과도한 압하 시에 발생하는 금형 틈 사이로의 소재 유동을 막을 수 있다.

Description

반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법{Die Assembly For Radial Forging Process And Radial Forging Process Using The Same}
본 발명은 반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉간 또는 열간단조 공정의 하나로 단면이 원형인 봉재를 원주 방향으로 배열된 4개의 금형을 이용하여 단조를 점진적으로 수행하여 단면이 사각형인 봉재로 제조하는 반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법에 관한 것이다.
일반적으로, 반경단조(Radial Forging)는 단면 감소를 단계적으로 얻어내는 점진 성형공정 중의 하나이다. 냉간 또는 열간단조 공정의 하나로 소재를 둘러싸도록 배열된 4개의 금형을 이용하여 단조 순서에 따라 소재를 성형하게 된다. 상기 반경단조는 치수정밀도 측면에서 일반 자유 단조보다 우수하며, 반경단조를 이용한 사각 봉재의 제조 시 소재의 각 모서리를 잘 살릴 수 있으면서도 표면이 매끄러울 수 있어야 한다.
선 출원된 대한민국 공개특허공보 10-2007-0084387호(2007.08.24)에는 이음매 없는 열간 마무리된 강관의 제조 방법 및 그 방법의 수행 장치가 개시된바 있다. 종래에는, 제1 성형 단계에서 천공을 통해 두꺼운 벽의 중공형 모관(Mother Tube)을 제조하고, 제2 성형 단계에서 동일한 온도에서의 압연을 통해 연신시켜 관을 형성한 후, 제3 성형 단계에서 축소 압연을 통해 마무리된 관을 제조한다. 상기 중공형 모관은 단조용 다이(Die)의 대기 스트로크 상태에서 순서가 조절되는 방식으로 회전되며, 축방향으로 전진되도록 이루어진다.
도 1은 종래의 이음매 없는 열간 마무리된 강관의 제조 방법을 설명하기 위한 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 단조되기 위해 고정된 중공의 소재(8)의 종단면도를 설명하면, 중공의 소재(8)는 좌측으로부터 단조기에 들어가서 우측에서 열간 마무리된 관(16)의 형태로 단조기를 빠져나온다. 상기 단조 영역의 외측면에 작용하는 4개의 단조용 다이(21, 21', 21'', 21''')는 내측의 원통형 맨드릴(22)과 상호 작용한다. 맨드릴(22)은 홀딩 로드(23)에 의해 제 위치에 홀딩되지만, 단조 공정 중에 축 방향 전후로 이동 가능하다.
곡선 화살표(24) 및 축 방향 화살표(25)는 중공형 소재(8)가 단조용 다이(21, 21', 21'', 21''')의 대기 스트로크 중에 회전되고 축 방향으로 전진되는 것을 도시한 것이다. 종단면도에서, 각각의 단조용 다이(21, 21', 21'', 21''')는 실질적으로 원뿔형으로 설계되었으며, 평탄한 부분(27)으로 마무리된 입구 부분(26)을 갖는다. 입구 부분(26)은 볼록하게 굴곡 진다. 모든 단조용 다이(21, 21', 21'', 21''')는 오목한 굴곡부를 갖는다. 양방향 화살표(28)는 각각의 단조용 다이(21, 21', 21'', 21''')의 반경 방향 스트로크를 나타낸다.
종래에는, 반경단조 공법을 이용하여 소재인 원형 봉재를 성형하는데 있어서, 4개의 금형으로 이루어진 단조용 다이를 소재의 상,하,좌,우에 구비하고, 소재를 길이 방향으로 일 측에서 타 측으로 전진시키면서 좌우 한 쌍의 단조용 다이로 소재를 점진적으로 가압한 후에 상하 한 쌍의 단조용 다이로 소재를 점진적으로 가압하게 된다. 하지만, 종래의 반경단조용 금형 어셈블리에서 원형 단면 소재를 사각형 단면 소재로 성형할 때 성형되는 사각 봉재의 모서리의 품질이 좋지 못하고 표면이 거친 등의 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 10-2007-0084387호(2007.08.24)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 반경단조 공법을 이용한 사각 봉재의 제조 시 각 모서리 부분의 각을 정교하게 하며 돌출 가능성을 없애 양질의 품질을 얻을 수 있는 반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 위하여, 본 발명은 길이 방향으로 전진 또는 후진시키는 이송 구동부와, 소재의 좌, 우측에 배치되는 한 쌍의 제1 단조용 다이와, 소재의 상, 하측에 배치되는 한 쌍의 제2 단조용 다이와, 상기 제1 단조용 다이가 소재의 좌, 우측을 각각 반복 가압하도록 구동시키는 제1 성형 구동부와, 상기 제2 단조용 다이가 소재의 상, 하측을 각각 반복 가압하도록 구동시키는 제2 성형 구동부를 포함하며; 상기 제1 단조용 다이와 제2 단조용 다이는 소재의 길이 방향으로 동일 선상에 배치되어 소재를 동시에 가압하고, 상기 가압 시 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이 중 하나는 다른 하나의 사이에 위치하는 반경단조용 금형 어셈블리를 제공한다.
상기에서, 제1 단조용 다이와 제2 단조용 다이는 소재의 길이 방향으로 서로 다른 선상에 배치되어 소재를 시간차를 두고 가압하는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1 단조용 다이와 제2 단조용 다이는 소재의 길이 방향으로 동일 선상에 배치되며, 가압 시 제1 단조용 다이의 길이 방향 일측은 제2 단조용 다이의 길이 방향 일측 사이에 위치하며, 제2 단조용 다이의 길이 방향 타측은 제1 단조용 다이의 길이 방향 타측 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1 단조용 다이는 길이 방향으로 각각 제1 폭 축소부와 제1 폭 확장부를 구비하고, 상기 제2 단조용 다이는 길이 방향으로 각각 제2 폭 축소부와 제2 폭 확장부를 구비하며; 소재의 가압시 상기 제1 폭 축소부는 제2 폭 확장부 사이에 위치하고, 제2 폭 축소부는 제1 폭 확장부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 소재를 길이 방향으로 전진시키는 단계와, 소재의 길이 방향으로 동일 선상에 배치된 제1 단조용 다이와 제2 단조용 다이를 각각 소재의 좌, 우측 및 상, 하측 방향으로 반복 가압하여 1차 가공하는 단계와, 상기 1차 가공된 소재를 길이 방향으로 후진시키는 단계와, 상기 제1 단조용 다이와 제2 단조용 다이를 각각 소재의 좌, 우측 및 상, 하측 방향으로 반복 가압하여 2차 가공하는 단계를 포함하며; 제1 단조용 다이의 길이 방향 일측은 제2 단조용 다이의 길이 방향 일측 사이에 위치하며, 제2 단조용 다이의 길이 방향 타측은 제1 단조용 다이의 길이 방향 타측 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 반경단조 공법을 제공한다.
본 발명에 따른 반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법은 소재의 상, 하, 좌, 우의 네 방향에서 동시에 성형을 수행함과 아울러 과도한 압하 시에 발생하는 금형 틈 사이로의 소재 유동을 막을 수 있다. 또한, 소재와의 접촉면을 증가시킴으로써 성형 면적을 증가시킬 수 있고, 생산성 측면이나 치수적인 측면에서 우수한 품질을 확보할 수 있으며, 단조 시에 길이 방향으로의 성형성이 우수하고, 고 정수압 하에서 성형이 이루어지기 때문에 소재 내부와 표면의 품질이 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 이음매 없는 열간 마무리된 강관의 제조 방법을 설명하기 위한 종단면도이고,
도 2는 도 3의 A-A선을 따른 단면도이며,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조 공법의 1차 가공을 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조 공법의 2차 가공을 도시한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 확대 도시한 평면도이며,
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 도시한 사시도이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 도시한 측면도이며,
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 도시한 사시도이고,
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 도시한 정면도이며,
도 11은 본 발명의 제1, 2, 3 실시 예에 따른 반경단조 공법을 통해 제조된 사각 봉재의 단면을 도시한 것이고,
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반경단조 공법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조 공법의 1차 가공을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조 공법의 2차 가공을 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 확대 도시한 평면도이다.
설명의 편의를 위하여 상기 도 5의 좌측을 소재의 전진 방향, 우측을 소재의 후진 방향, 상측을 소재의 우측 방향, 하측을 소재의 좌측 방향, 도면을 수직되게 바라보는 방향을 상측 방향, 도면의 반대편 방향을 하측 방향이라고 명칭한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리는 도 3에 도시된 1차 가공과 도 4에 도시된 2차 가공을 수행하도록 구성된다. 1차 가공에서 원형 봉 형태의 소재는 그 길이 방향으로 전진하고, 1차 가공이 완료되어 대략 사각 봉 형태로 성형된 소재는 길이 방향으로 후진하여 다시 원위치로 복귀함에 따라 2차 가공이 수행되어 단조 공정이 마무리된다.
도 5 및 도 6을 더 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리는 이송 구동부와, 제1 단조용 다이(51, 52)와, 제2 단조용 다이(53, 54)와, 제1 성형 구동부와, 제2 성형 구동부를 포함한다.
이송 구동부는 소재(9)를 그 길이 방향으로 전진 또는 후진시키는 것으로서, 소재(9)를 일 측 방향으로 이동시키는 로드(75) 및 실린더(77)와, 상기 로드(75) 및 실린더(77)의 반대 측에 형성되어 소재(9)를 타 측 방향으로 이동시키는 또 하나의 로드(76) 및 실린더(78)로 구성된다. 본 실시 예에서 이송 구동부는 소재의 양측에 각각 배치된 예를 설명하였으나, 로드가 소재의 일 측 단부에 연결되어 왕복 운동하는 단일의 실린더로 구성되는 것도 가능하다. 이송 구동부에 의해 소재(9)는 길이 방향으로 전진 및 후진하며, 소재(9)의 직선 이동을 안내하기 위한 가이드 레일(79)이 소재(9)의 길이 방향으로 설치된다.
상기 하나의 로드(75) 및 실린더(77)에 의해 전진하는 소재(9)는 도 3과 같이 후술할 단조용 다이들에 의해 반복 가압되어 1차 가공되며, 도 4에 도시된 바와 같이 1차 가공된 소재(9a)는 로드(76) 및 실린더(78)에 의해 후진하여 단조용 다이들에 의해 반복 가압되어 2차 가공된다.
제1 단조용 다이(51, 52)는 한 쌍으로 이루어져 소재(9)의 좌, 우측에 배치된다. 하나의 제1 단조용 다이(51)는 소재(9)의 좌측에, 다른 하나의 제1 단조용 다이(52)는 소재(9)를 사이에 두고 하나의 제1 단조용 다이(51)의 반대 측인 소재(9)의 우측에 마주보게 배치되며, 제1 단조용 다이(51, 52)는 소재(9)의 길이 방향으로 동일 선상에 설치된다. 제1 단조용 다이(51, 52)의 소재(9)와 맞닿는 면은 가압면은 편평하게 이루어지며, 후술할 제1 성형 구동부에 의해 소재(9)의 좌측 및 우측을 각각 반복 가압하도록 소재를 향하여 서로 마주보는 방향으로 직선 이동된다. 소재(9)는 좌측 및 우측에서 제1 단조용 다이(51, 52)에 의하여 동시에 가압되어 성형된다.
제2 단조용 다이(53, 54)는 한 쌍으로 이루어져 소재(9)의 상, 하측에 배치된다. 하나의 제2 단조용 다이(53)는 소재(9)의 상측에, 다른 하나의 제2 단조용 다이(54)는 소재(9)를 사이에 두고 하나의 제2 단조용 다이(53)의 반대 측인 소재(9)의 하측에 마주보게 배치되며, 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재(9)의 길이 방향으로 동일 선상에 설치된다. 제2 단조용 다이(53, 54)의 소재(9)와 맞닿는 면은 편평하게 이루어지며, 후술할 제2 성형 구동부에 의해 소재(9)의 상측 및 하측을 각각 반복 가압하도록 소재를 향하여 서로 마주보는 방향으로 직선 이동된다. 소재(9)는 상측 및 하측에서 동시에 제2 단조용 다이(53, 54)에 의하여 동시에 가압되어 성형된다.
제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)는 길이 방향으로 편평한 가압면 양측에 단부로 갈수록 소재로부터 멀어지도록 형성된 경사부가 구비된다.
상기 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재(9)의 길이 방향으로 서로 다른 선상에 배치되어 소재를 시간차를 두고 가압한다. 즉, 상기 제1 단조용 다이(51, 52)는 소재(9)의 전진 방향으로 전방에 배치되고, 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재(9)의 전진 방향으로 제1 단조용 다이(51, 52)보다 후방에 배치된다. 전진하고 있는 소재(9)는 먼저 제1 단조용 다이(51, 52)에 의해 좌, 우측이 평탄하게 가압 성형된 후, 다음으로 제2 단조용 다이(53, 54)에 의해 상, 하측이 평탄하게 가압 성형된다. 상기에서, 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)의 전, 후 방향은 서로 반대로 배치되는 것도 가능하다.
제1 성형 구동부는 제1 단조용 다이(51, 52)가 소재의 좌, 우측을 각각 반복 가압하도록 제1 단조용 다이(51, 52)를 구동시키는 것으로서, 좌측의 제1 단조용 다이(51)를 가압 방향으로 직선 왕복 운동시키는 로드(71) 및 실린더(73)와, 우측의 제1 단조용 다이(52)를 가압 방향으로 직선 왕복 운동시키는 로드(72) 및 실린더(74)로 구성된다. 상기 제1 단조용 다이(51, 52)는 각각 로드(71, 72)에 연결되어 왕복 운동하도록 구동되며, 로드의 가압력에 의해 소재(9) 측으로 전진한 후 별도의 탄성 수단에 의해 후진하도록 구성되는 것도 가능하다.
제2 성형 구동부는 제2 단조용 다이(53, 54)가 소재의 상, 하측을 각각 반복 가압하도록 제1 단조용 다이(53, 54)를 구동시키는 것으로서, 도시되지는 않았으나 상측의 제2 단조용 다이(53)를 가압 방향으로 직선 왕복 운동시키는 로드 및 실린더와, 하측의 제2 단조용 다이(54)를 가압 방향으로 직선 왕복 운동시키는 또 하나의 로드 및 실린더로 구성된다. 상기 제2 단조용 다이(53, 54)는 각각 상기 로드에 연결되어 왕복 운동할 수 있으며, 상기 로드의 가압력에 의해 소재(9) 측으로 전진한 후 별도의 탄성 수단에 의해 후진하도록 구성되는 것도 가능하다.
상기 제1 실시 예의 구성을 통한 반경단조 공법은 소재의 상, 하, 좌, 우의 4 방향에서 성형을 수행하지만, 소재의 동일 가공면에 대해 좌우 및 상하면이 시간차를 갖고 성형이 이루어지게 된다.
한편, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 도시한 측면도이다. 제2 실시 예에서 설명되는 반경단조용 금형 어셈블리는 전술한 제1 실시 예와 비교하여 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하며 차이가 있는 구성에 대해서만 설명하고, 동일 구성에 대해서는 중복되는 도면 부호를 사용하기로 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리는 이송 구동부와, 제1 단조용 다이(51, 52)와, 제2 단조용 다이(53, 54)와, 제1 성형 구동부와, 제2 성형 구동부를 포함한다. 이송 구동부, 제1 성형 구동부, 제2 성형 구동부는 제1 실시 예의 구성과 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
제1 단조용 다이(51, 52)는 한 쌍으로 이루어져 소재(9)의 좌, 우측에 배치된다. 하나의 제1 단조용 다이(51)는 소재(9)의 좌측에, 다른 하나의 제1 단조용 다이(52)는 소재(9)를 사이에 두고 하나의 제1 단조용 다이(51)의 반대 측인 소재(9)의 우측에 제1 단조용 다이(51)와 마주보게 배치되며, 제1 단조용 다이(51, 52)는 소재(9)의 길이 방향으로 동일 선상에 설치된다. 제1 단조용 다이(51, 52)의 소재(9)를 성형하는 면은 편평하게 이루어지며, 제1 성형 구동부에 의해 소재(9)의 좌측 및 우측을 각각 반복 가압하도록 소재(9)를 향하여 직선 이동된다.
제2 단조용 다이(53, 54)는 한 쌍으로 이루어져 소재(9)의 상, 하측에 서로 마주하도록 배치된다. 하나의 제2 단조용 다이(53)는 소재(9)의 상측에, 다른 하나의 제2 단조용 다이(54)는 소재(9)를 사이에 두고 하나의 제2 단조용 다이(53)의 반대 측인 소재(9)의 하측에 마주보게 배치되며, 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재(9)의 길이 방향으로 동일 선상에 서로 마주보도록 설치된다. 제2 단조용 다이(53, 54)의 소재(9)와 맞닿는 가압면은 편평하게 이루어지며, 제2 성형 구동부에 의해 소재(9)의 상측 및 하측을 각각 반복 가압하도록 직선 이동된다.
제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)는 길이 방향으로 편평한 가압면 양측에 단부로 갈수록 소재로부터 멀어지도록 형성된 경사부가 구비된다.
상기 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재(9)의 길이 방향으로 동일 선상에 배치되어 소재(9)를 네 방향에서 동시에 가압한다. 상기 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)의 가압 작동 시, 제1 단조용 다이(51, 52) 및 제2 단조용 다이(53, 54)가 소재(9)와 접촉되도록 전진된 경우에, 제1 단조용 다이(51, 52)는 제2 단조용 다이(53, 54)의 사이에 위치한다. 즉, 제1 단조용 다이(51, 52)는 상측의 제2 단조용 다이(53)와 하측의 제2 단조용 다이(54)의 사이에 위치하는 크기를 가지도록 폭이 형성된다. 상기에서 제2 단조용 다이(53, 54)가 제1 단조용 다이(51, 52)의 사이에 위치하는 크기를 가지도록 구성되는 것도 가능하다.
상기 제2 실시 예의 구성을 통한 반경단조 공법은 소재의 상, 하, 좌, 우의 네 방향에서 동시에 성형을 수행하여, 소재와의 접촉면을 증가시킴으로써 성형 면적을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 제1 단조용 다이 사이에 제2 단조용 다이가 위치되는 또는 제2 단조용 다이 사이에 제1 단조용 다이가 위치되는 크기를 가지도록 함으로써, 단면이 정방형 형태의 정사각형을 제조할 수 있고, 생산성 측면이나 치수적인 측면에서 우수한 품질을 확보할 수 있으며, 단조 시에 길이 방향으로의 성형성이 우수하고, 고 정수압 하에서 성형이 이루어지기 때문에 소재 내부와 표면의 품질이 향상될 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리를 도시한 정면도이다. 제3 실시 예에서 설명되는 반경단조용 금형 어셈블리는 전술한 제1 실시 예와 비교하여 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하며 차이가 있는 구성에 대해서만 설명하고, 동일 구성에 대해서는 중복되는 도면 부호를 사용하기로 한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반경단조용 금형 어셈블리는 이송 구동부와, 제1 단조용 다이(51, 52)와, 제2 단조용 다이(53, 54)와, 제1 성형 구동부와, 제2 성형 구동부를 포함한다. 이송 구동부, 제1 성형 구동부, 제2 성형 구동부는 제1 실시 예의 구성과 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
제1 단조용 다이(51, 52)는 한 쌍으로 이루어져 소재(9)의 좌, 우측에 서로 마주하도록 배치된다. 하나의 제1 단조용 다이(51)는 소재(9)의 좌측에, 다른 하나의 제1 단조용 다이(52)는 소재(9)를 사이에 두고 하나의 제1 단조용 다이(51)의 반대 측인 소재(9)의 우측에 마주보게 배치되며, 제1 단조용 다이(51, 52)는 소재(9)의 길이 방향으로 동일 선상에 설치된다. 제1 단조용 다이(51, 52)의 소재(9)와 맞닿는 가압면은 편평하게 이루어지며, 제1 성형 구동부에 의해 소재(9)의 좌측 및 우측을 각각 반복 가압하도록 직선 이동된다.
제2 단조용 다이(53, 54)는 한 쌍으로 이루어져 소재(9)의 상, 하측에 배치된다. 하나의 제2 단조용 다이(53)는 소재(9)의 상측에, 다른 하나의 제2 단조용 다이(54)는 소재(9)를 사이에 두고 하나의 제2 단조용 다이(53)의 반대 측인 소재(9)의 하측에 마주보게 배치되며, 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재(9)의 길이 방향으로 동일 선상에 설치된다. 제2 단조용 다이(53, 54)의 소재(9)와 맞닿는 가압면은 편평하게 이루어지며, 제2 성형 구동부에 의해 소재(9)의 상측 및 하측을 각각 반복 가압하도록 직선 이동된다.
제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)는 길이 방향으로 편평한 가압면 양측에 단부로 갈수록 소재로부터 멀어지도록 형성된 경사부가 구비된다.
상기 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재(9)의 길이 방향으로 동일 선상에 배치되어 소재(9)를 동시에 네 방향에서 가압한다. 상기 제1 단조용 다이(51, 52) 및 제2 단조용 다이(53, 54)의 가압 작동 시, 제1 단조용 다이(51, 52) 및 제2 단조용 다이(53, 54)가 소재(9)와 접촉되도록 전진된 경우에, 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 일측은 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 일측 사이에 위치하며, 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 타측은 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 타측 사이에 위치한다. 즉, 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 일측은 상측의 제2 단조용 다이(53)의 일측과 하측의 제2 단조용 다이(54)의 일측의 사이에 위치하도록 형성되며, 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 타측은 좌측의 제1 단조용 다이(51)의 타측과 우측의 제1 단조용 다이(52)의 타측 사이에 위치되도록 형성된다.
상기 제1 단조용 다이(51, 52)는 각각 제1 폭 축소부(511, 521)와 제1 폭 확장부(512, 522)를 가진다. 상기 제1 폭 축소부(511, 521)는 각각 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 일 측으로 구비되며, 제1 폭 확장부(512, 522)는 각각 폭 축소부(511, 521)로부터 길이 방향 타측에 구비된다. 상기 제1 폭 축소부(511, 521)는 제1 폭 확장부(512, 522)보다 작은 폭을 가지도록 형성되며, 제1 폭 확장부(512, 522)는 상기 제1 폭 축소부(511, 521)로부터 폭 방향으로 연장된 단차를 형성하며 구비된다.
상기 제2 단조용 다이(53, 54)는 각각 제2 폭 확장부(531, 541)와 제2 폭 축소부(532, 542)를 가진다. 상기 제2 폭 축소부(532, 542)는 각각 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 일 측으로 구비되며, 제2 폭 확장부(531, 541)는 각각 폭 축소부(511, 521)로부터 길이 방향 타측에 구비된다. 상기 제2 폭 축소부(532, 542)는 제2 폭 확장부(531, 541)보다 작은 폭을 가지도록 형성되며, 제2 폭 확장부(531, 541)는 상기 제2 폭 축소부(532, 542)의 제2 폭 축소부(532, 542)로부터 폭 방향으로 연장된 단차를 형성하며 구비된다.
소재(9)를 가압하는 위치에서 제2 폭 확장부(531, 541) 사이로 소재(9)를 사이에 두고 양측에 제1 폭 축소부(511, 521)가 위치하며, 제1 폭 확장부(512, 522) 사이로 소재(9)를 사이에 두고 양측에 제2 폭 축소부(532, 542)가 위치한다.
소재(9)는 제2 폭 확장부(531, 541)와 제1 폭 축소부(511, 521)에 의하여 네 방향에서 가압되어 성형되고, 제1 폭 확장부(512, 522)와 제2 폭 축소부(532, 542)에 의하여 네 방향에서 가압되어 성형된다.
도 9를 참조하며 가압에 대하여 설명한다. 소재(9)가 제2 폭 확장부(531, 541)에서 제2 폭 축소부(532, 542) 방향으로 이동하면서 가압되어 성형된다고 할 때, 소재(9)는 먼저 제2 폭 확장부(531, 541)와 제1 폭 축소부(511, 521)에 의하여 네 방향에서 가압되고, 제2 폭 축소부(532, 542)와 제1 폭 확장부(512, 522)에 의하여 네 방향에서 가압된다. 소재(9)가 가압될 때, 모서리로 형성되는 부분은 제2 폭 확장부(531, 541)와 제1 폭 축소부(511, 521)에 의한 가압에 의하여 도 9에서 가로 방향으로 모서리가 형성될 수 있으며, 이어서 제2 폭 축소부(532, 542)와 제1 폭 확장부(512, 522)에 의한 가압에 의하여 도 9에서 세로 방향으로 모서리가 형성될 수 있다. 따라서 모서리 부분이 형성 방향이 바뀌면서 성형되므로 과도 성형에 의한 모서리의 과도한 연장이 방지될 수 있다.
상기에서, 폭 축소부와 폭 확장부는 서로 교차되게 포개지도록 구성되는 것으로서, 폭 축소부와 폭 확장부의 전후 방향은 바뀌어도 무방하다.
상기 제3 실시 예의 구성을 통한 반경단조 공법은 소재의 상, 하, 좌, 우의 네 방향에서 동시에 성형을 수행함과 아울러 과도한 압하 시에 발생하는 금형 틈 사이로의 소재 유동을 막을 수 있다. 또한, 소재와의 접촉면을 증가시킴으로써 성형 면적을 증가시킬 수 있고, 생산성 측면이나 치수적인 측면에서 우수한 품질을 확보할 수 있으며, 단조 시에 길이 방향으로의 성형성이 우수하고, 고 정수압 하에서 성형이 이루어지기 때문에 소재 내부와 표면의 품질이 향상될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제1, 2, 3 실시 예에 따른 반경단조 공법을 통해 성형된 사각 봉재의 단면을 도시한 것이다. 도 11을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 반경단조 공법을 통해 제조된 사각 봉재는 단면이 정사각형으로 이루어지지 않고 직사각형으로 성형됨을 확인하였다. 제1 실시 예에서는 상하 및 좌우 방향으로 각각 성형함에 따라 마지막으로 압하되는 금형에 따라 최종적으로 제조되는 제품의 형상이 좌우되기 쉬워, 최종 치수를 제어하기 어렵다.
또한, 제2 실시 예에 따른 반경단조 공법을 통해 제조된 사각 봉재는 단면은 정사각형으로 이루어지나, 고압 하에서 성형을 수행할 때 소재(9)의 유출 틈새가 동일한 방향으로 형성되도록 성형되므로 4개의 금형들 틈 사이로 소재가 유출되어, 최종 사각 봉재의 단면에서 네 모서리 부분이 뾰족하게 돌출 성형됨을 확인하였다.
아울러, 제3 실시 예에 따른 반경단조 공법을 통해 제조된 사각 봉재는 단면은 정사각형으로 이루어지며, 교차 삽입되는 금형 구조로 인해 제1 실시 예와 제2 실시 예의 단점을 보완하여 모서리 부분의 각을 정교하게 할 수 있고 모서리의 돌출 부위를 방지할 수 있어 최적의 결과를 얻어냄을 확인할 수 있었다.
한편, 도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반경단조 공법을 도시한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 반경단조 공법은 소재를 길이 방향으로 전진시키는 단계와(S10), 소재의 길이 방향으로 동일 선상에 배치된 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)를 각각 소재의 좌, 우측 및 상, 하측 방향으로 반복 가압하여 1차 가공하는 단계(S20)와, 상기 1차 가공된 소재를 길이 방향으로 후진시키는 단계(S30)와, 상기 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)를 각각 소재의 좌, 우측 및 상, 하측 방향으로 반복 가압하여 2차 가공하는 단계(S40)를 포함한다.
(S10) 단계에서, 로드(75) 및 실린더(77)를 이용하여 소재(9)를 길이 방향으로 전진시킨다. (S20) 단계에서, 제1 성형 구동부와 제2 성형 구동부를 작동시켜, 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)를 각각 소재의 좌, 우측 및 상, 하측 방향으로 반복 가압함으로써 1차 가공을 수행한다. (S30) 단계에서, 1차 가공이 완료된 소재(9a)를 또 하나의 로드(76) 및 실린더(78)를 이용하여 길이 방향으로 후진시킨다. (S40) 단계에서, 제1 성형 구동부와 제2 성형 구동부를 작동시켜, 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)를 각각 소재의 좌, 우측 및 상, 하측 방향으로 반복 가압함으로써 2차 가공을 수행한다.
상기 (S20) 단계 및 (S40) 단계에서 수행되는 1차 가공 및 2차 가공 시, 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 일측은 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 일측 사이에 삽입되고 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 타측은 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 타측 사이에 삽입되는 구조를 통해, 소재는 정사각형의 형태로 정확한 치수로 성형됨과 아울러 모서리 부분의 틈 사이로 소재가 유출되는 것이 방지되어 매끈한 결과물을 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 반경단조용 금형 어셈블리 및 이를 이용한 반경단조 공법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
51, 52 : 제1 단조용 다이 53, 54 : 제2 단조용 다이
511, 521 : 제1 폭 축소부 512, 522 : 제1 폭 확장부
531, 541 : 제2 폭 확장부 532, 542 : 제2 폭 축소부

Claims (5)

  1. 길이 방향으로 전진 또는 후진시키는 이송 구동부와, 소재의 좌, 우측에 배치되는 한 쌍의 제1 단조용 다이(51, 52)와, 소재의 상, 하측에 배치되는 한 쌍의 제2 단조용 다이(53, 54)와, 상기 제1 단조용 다이(51, 52)가 소재의 좌, 우측을 각각 반복 가압하도록 구동시키는 제1 성형 구동부와, 상기 제2 단조용 다이(53, 54)가 소재의 상, 하측을 각각 반복 가압하도록 구동시키는 제2 성형 구동부를 포함하며; 상기 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재의 길이 방향으로 동일 선상에 배치되어 소재를 동시에 가압하고, 상기 가압 시 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54) 중 하나는 다른 하나의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반경단조용 금형 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재의 길이 방향으로 서로 다른 선상에 배치되어 소재를 시간차를 두고 가압하는 것을 특징으로 하는 반경단조용 금형 어셈블리.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)는 소재의 길이 방향으로 동일 선상에 배치되며, 가압 시 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 일측은 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 일측 사이에 위치하며, 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 타측은 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 타측 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반경단조용 금형 어셈블리.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제1 단조용 다이(51, 52)는 길이 방향으로 각각 제1 폭 축소부(511, 521)와 제1 폭 확장부(512, 522)를 구비하고, 상기 제2 단조용 다이(53, 54)는 길이 방향으로 각각 제2 폭 축소부(532, 542)와 제2 폭 확장부(531, 541)를 구비하며; 소재의 가압시 상기 제1 폭 축소부(511, 521)는 제2 폭 확장부(531, 541) 사이에 위치하고, 제2 폭 축소부(532, 542)는 제1 폭 확장부(512, 522)에 위치하는 것을 특징으로 하는 반경단조용 금형 어셈블리.
  5. 소재를 길이 방향으로 전진시키는 단계와(S10), 소재의 길이 방향으로 동일 선상에 배치된 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)를 각각 소재의 좌, 우측 및 상, 하측 방향으로 반복 가압하여 1차 가공하는 단계(S20)와, 상기 1차 가공된 소재를 길이 방향으로 후진시키는 단계(S30)와, 상기 제1 단조용 다이(51, 52)와 제2 단조용 다이(53, 54)를 각각 소재의 좌, 우측 및 상, 하측 방향으로 반복 가압하여 2차 가공하는 단계(S40)를 포함하며; 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 일측은 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 일측 사이에 위치하며, 제2 단조용 다이(53, 54)의 길이 방향 타측은 제1 단조용 다이(51, 52)의 길이 방향 타측 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 반경단조 공법.
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