나의 이야기
[스크랩] 단조기술/ 냉. 온간 밀폐 단조기술<3회>
주먹대장
2016. 5. 6. 16:59
3. 온간밀폐단조의 동향 |
(3) 온간밀폐단조기 밀폐단조법에서는 일반적으로 금형을 폐쇄된 금형내에 재료를 압송(압축) PUNCH동작이 별개로 행해지도록 하는 금형을 구성한다. 이 2개의 별개의 동작을 복수의 SLIDE로 행하는 구조를 갖는다. 온간밀폐단조를 목적으로 하여 만들어진 PRESS에 복동PRESS가 있다. 이러한 PRESS는 다음의 특징을 갖고 있다. ① 단조가공중에 밀폐금형을 폐쇄시켜둘 수가 있다. ② 밀폐금형내에 재료를 충만시키는 PUNCH동작이 가능하다. ③ PUNCH-STROKE의 조정이 가능하다. ④ 비교적 큰 능력과 STROKE를 갖는 KNOCKOUT 장치를 갖는다. ⑤ PRESS의 FRAME이 집중하중에 대해서 큰 강성을 갖는다. ⑥ 유압식의 PRESS에서는 가공속도가 조정된다. 또 수체의 PUNCH사용의 경우에는 작동 SEQUENCE를 자유로이 바굴 수가 있다. 또한 종래의 형단조PRESS에 대해서 다음의 상위점을 고려해 넣어서 설계가 되고 있다. ⑦ 종래의 열간단조에서는 1) 사상공정에 있어서 FLASH부분은 제품유효부분보다 얇게되므로 빨리 식어서 변형저항이 급격하게 크게 된다. 2) FLASH면적을 포함하면 투영면적이 제품의 그것보다도 상당히 커지게 된다. 3) FLASH는 될 수 있는한 얇게 하고 있다. 이런 이유로 PRESS의 최종압하력의 태반은 이 FLASH를 성형하는 데에 소비된다. 이것에 대해서 온간밀폐단조에서는 제품의 투영면적을 억제하자는 것이므로 PUNCH장 작용하는 단면압력은 높으나, 그 면적이 작고 압하력은 그만큼 크지는 않다. ⑧ 종래으 LSODRKSEKS조에서는 1) 한번에 큰 변형을 줄 수가 없으므로 수대의 PRESS가 필요하다. 2) 중간소둔등을 감안하며 연속생산을 위해서는 수대의 PRESS가 필요하다. 이것에 대해서 냉간밀폐단조에서는 연성, 변형능향상효과가 있어 공정수의 절감이 가능하다. 또 PRESS의 압하력은 1/2~1/3로 충분하다. 이하에 3종의 복동 PRESS를 소개한다. (가) 복동 PRESS-Ⅰ CRANK와 SLIDE의 사이에는 CYLINDER ⑤ 부란쟈 ③ OUTER-RAM ⑥ INNERRAM ⑦이 있다. 이 사이에 유를 개재시켜 그 출입을 제어하는 것에 의해서 SLIDE를 상하 혹은 정지시키는 기구로 되어있다. 구동부가 MECHANICAL기구이므로 빠른 단조속도를 얻을 수 있다. MUCHANICAL PRESS를 사용하여 밀폐단조를 행하는 경우는 PRESS의 강성이 높으므로 소재중량의 편차가 PUNCH 하중에 크게 영향을 준다. 소재중량이 규정의 것보다 크면, 발생한 과부하에 의해서 PUNCH의 절손이나 금형의 파손으로 발전할 염려가 있다. 고로 소재중량을 관리하든가 아니면 적당한 ESCAPE기구를 설정할 필요가 있다. 이것에 대해서 유압PRESS에서는 기름의 압축성에 대해서 상하PUNCH간 또는 상 PUNCH와 하형과의 사이의 강성이 작고 소재중량의 편차에 의한 PUNCH에의 부하변동에 MECHANICAL PRESS의 경우에 비해서 1/3~1/5로 작다. 그러므로 편차가 많은 소재를 사용해도 특별히 과부하를 염려할 필요가 없다. 온간밀폐단조법에는 STROKE가 큰 KNOCK-OUT장치가 필요하나 유압PRESS에서는 비교적 간단하게 장비할 수 있다. 복동유압PRESS는 그림 24에, 그 작동원리는 그림25에 나와 있다. 이 PRESSDP 있어서는 MAIN RAM에 의해서 상하형이 폐쇄된 후 계속 작동하는 상하PUNCH는 상하 SUBRAM에 의해서 구동된다. (다) 복동PRESSⅢ ECCEN축과 LINK에 의해서 INNER-SLIDE와 OUTER-SLIDE를 구동하는MECHANICAL 복동 PRESS가 그림26에, 그 구동원리가 그림27과 같다. INNER-SLIDE구동용의 ECCEN축은 SLEEVE2를 관통하고 있다. SLEEVE외주는 OUTER-SLIDE4의 CONNECTING ROD3의 고정축의 역할을 준다. CONNECTING ROD6은 INNER SLIDE에 운동을 전해줌과 동시에 LINK기구 7, 8, 9를 통하여 OUTER SLIDE용의 CONNECTING ROD3에도 운동을 전한다. CONNECTING ROD3은 요동하는 것에 의해 ROD10을 통하여 OUTER SLIDE에 운동을 전한다. OUTER SLIDE에는 위치보정을 위해 HYDRO-KNEUMATIC콘벤센타를 갖고 있다. |
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복동PRESS에 의한 금형구조의 예가 그림 28, 29, 30, 31에 금형의 동작도가 그림32에 나와 있다. 그림32는 배관접수용 CHEESE의 단조동작도로 A~D의 행정을 1공정에서 완료한다. 그림 33에서 상기 금형에 의한 제품의 사진이 나와있다. 상기제품사진예에 나온 단조조건을 나타내보면 표1과 같이 된다. |
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[2] 성형장치 및 공구 (1) 성형장치 (가)밀폐단조의 개요 ① 단조와 성형기계 단조는 새로운 성형품의 개발이라고 하는 수요에 대응하여 재료, 공구 가압기계가 개량되어 왔고 다음의 개발수요를 유발시키며 반복하여와서 지금에 이르고 있다. 처음에는 수작업 단련으로 시작하여 도구의 개량에서 기계단련에 이르는 지금까지 생산내용은 다품종소량생산에서 형단조에 의한 소품종다량생산이라고 하는 MASS PRODUCTION의 전형이라고 불리는데까지 변화해왔다. 수작업의 시대는 하나하나의 물건마다 달라서 요즈음 말하는 호환성에 대해서는 상당히 뒤떨어졌던 것이 사실이다. 그것이 형단조라고 하는 공법이 되고나서 형상의 동일성은 비약적으로 향상되고 밀폐형단조에 의해서 치수정밀도도 향상되었다. 그리하여 형태는 보다 복잡해짐과 동시에 정밀도향상의 요구가 높게 되고 경제성의 엄격한 요구는 더욱 강화되고 있다. 품질의 안정 향상은 최근에 시작된 것이 아니고 경제성가 함께 옛날부터 단조계의 큰 명제의 하나였다. 그것이 재료 공구 가압성형기계의 개선으로 연결되어 하나하나 해결되면 그것이 새로운 수요를 창출해 나가는 CYCLE을 반복해 나가면서 지금에는 자동차산업, 농업기계산업선박·차량산업, 항공기산업, 체결부품산업등의 분야에서 다수의 부품의 소형재가공기술로써 활용되고 있다. 그것에 따라 금형기술도 향상되어 성형품의 재질 치수 형상은 날로 고도화 되었으므로 가공조건은 보다 한층 엄격하게 되었다. 단조방법은 이러한 수요측의 요구에 대응하여 자유단조느 보다 고정밀도로 그러면서도 보다 빨리 만드는 기술이 개발되어 있다. 자유단조기계 SYSTEM은 고정밀도제어에 대응하여 COMPUTER제어가 채용되어 제어기기에도 개량이 더 해진 결과 치수정밀도만이 아니고 형상정밀도도 좋아지게 되어 생산성의 향상, 조작성의 향상도 실현되고 있다. 한편 형단조는 개방형단조에서 반밀폐형단조에 그리고 반밀폐단조에서 밀폐단조에의 단조방법의 종류도 늘어났다. 형단조품의 회수율, 형상정밀도 향상의 복잡화등의 추구는 경량화의 실현, COST DOWN이라고 하는 요구에 대응하여 진전되었고 단조품내부조직의 개선요구에 대응하여 밀폐단조법이 30수년전부터 범용화되기 시작했다. 이 밀폐단조의 실현은 1950년대 초두에는 그림 34와 같은 최대중량 900KG에 달하는 대형 VALUE BODY의 제작도 가능케 되어TEk. 밀폐단조는 이 시대에 다량의 KNOW HOW 이용과 함께 새로운 가압기구를 추가하는 기술개발에 의해서 실현이 가능하게 되었다. 종래에는 금형의 폐지방향이 소재의 가압방향과 일치하여 폐지가 즉 성형이었던 것을 금형에 포함된 폐지기구와 가압기구와의 협동에 의해서 밀폐단조가 시작되었다고 사료된다. 종래의 기계는 형단조용의 단조기이므로 기계 그 자체는 단순한 동작밖에 하지 않으므로 형의 폐쇄, 가압은 기계의 운동을 이 용하고 금형측에서의 임의 동작을 하여왔다. 따라서 가압력도 작고 STROKE도 길게 되지 않고 거기에다 TIMING도 그다지 자유로이 되지 않았다. 그래서 소물부품의 성형밖에 되지 않는다고 하는 제약이 있었다. 그 후 밀폐단조용으로 설계된 성형기계가 현장에 등장하고 대물 복잡형성에의 이용이 넓어졌으므로 이하에 밀폐단조에 대해서 설명한다. ② 밀폐단조의 추구와 현상 비철계금속의 열간성형에서 시작되었다고 생각되는 밀폐단조는 철계금속에 이용되도록 되었을 때도 열간성형이라고 생각되어진다. 종래에 고정밀도의 치수형을 갖는 단조품을 만드는 경우는 공정수를 많게 하든가 아니면 밀폐형단조를 행하였다. 전자는 온도의 저하를 고려하여 재가열하지 않는 것을 전제로 하면 공정 증가에 한도가 있으며 공정증가는 금형증가로 연결되어 불리하다. 후자는 금형폐쇄 즉, 성혀이므로 재료의 유동제어는 FLASH제어에 맡길 수 밖에 없다. 종래형단조의 하나의 결점은 FLASH에 의해 재료 충분을 꾀한다고 하나 재료의 유동거리는 한계가 있고 충분히 진행됨에 따라 유동체적이 현저하게 감소해가고 금형에 의한 급열이 급속하게 진전된다. 성형시의 온도분포를 나타내는 DATA가 그림 35, 그림 36 및 그림37에 나와있다. 한편 재료는 금형내에서의 정수압상태로 된다고 하지만, 기하학적인 치수, 급열의 진전상태, 윤홀상태 및 재료에 주어지는 운동ENERGY등의 QDNLDP 따른 차, 이러한 것들 때문에 균일한 정수압상태로는 되지 않는다. 밀폐단족 노리는 점은 다음과 같이 거론되고 있다. 1) 형상이 보다 복잡하고 UNDERCUT이 있는 부품의 성형 2) 회수율의 향상, 준정미형상소형재의 성형 3) 고정밀도성형에 의한 준공정의 생략화 4) 성형공정수의 절감(공정의 복합)에 의한 금형수절감, 성ENERGY 5) 형상정밀도의 향상에 의한 수정성형, 수정가공의 생략 등의 주된 것을 포함하여 많은 이점을 갖는 것이 밀폐단조이다. 나) 밀폐단조용성형장치 밀폐단조용성형장치의 중심이 되는 금형에 대해서는 별항에서 상술되고 있고 여기서는 성형장치측에서 본 금형에 대해서 간단히 설명한다. 단조용 금형의 상·하DIEBLOCK의 분할선은 소재투입시의 금형내에서의 안정성, KNOCKOUT의 용이함과 KNOCKOUT에 의한 성형품의 변형방지, 금형의 제작 및 보수의 용이함, 자료유동의 균일성확보, 성형품의 꺼냄, 다음에는 자동화의 용이함 등의 많은 조건을 확보해가면서 정해지고 있다. 분할선은 일반적으로 수평일직선으로 이루어지는 것이 많다. 이상적으로는 재료의 유동이 극소이면서도 조직의 개선이 이루어지는 단조가공이 바람직하지만 그 목적을 노리는 공법이 다방향가압성형이다. 다방향가압성형의 하나는 이용기술이 폐쇄단조기술ㄹ 이하에 성형장치등에 대해서 설명하기로 한다. ① 폐쇄 및 가공방법 다방향가압이라고 해도 자유단조처럼 가압의 TIMING이 다름과 함께 재료의 유동제어가 어려운 것에서는 단시간에 목적으로 하는 복잡형상을 만들어내는 것은 되지 않는다. 즉 형상제어해 가면서 단시간에 조형하는 수단이지 않으면 다방향가압성형도 의미가 없다. 금형단조에의 다방향가압의 채용 부분사용이 필요하고 이것이 밀폐단조이다. 따라서 밀폐단조에 있어서 요건은 다음과 같다. 1) 재료를 가장 효율좋게 최소거리유동시켜 얻는 위치에 가압기구가 오지 않으면 안된다. 2) 금형내에 재료 DEAD가 되는 곳이 생기지 않도록 가압TIMING이 움직이지 않으면 안된다. 3) 금형캐비티가 확보되고서부터 가압성형기구가 작용하지 않으면 안된다. 4) 최소유동거리에서 금형캐비팀내에 재료를 충전됨녓도 금형폐쇄시에 재료가 흘러나가지 않도록 FREEFORM된 소재가 필요하다. 5) 금형폐쇄기구는 가압성형중에 폐쇄가 느슨해지지 않도록 되어있지 않으면 안된다. 6) 금형은 성형품을 꺼내기 쉽도록 분할되지 않으면 안된다. 등이 있고 이것들을 고려해가면서 금형이 설계되고, 가압기구 즉 성형장치가 설계되어있지 않으면 안된다. 앞의 내용의 요건중에서 소재에 관한 것은 ① 및 ④이고 금형에 관한 것은 ② 및 ⑥이지만 이것에 대해서는 별장에서 상술하므로 여기서는 가압기구에 관한 ①, ②, ③ 및 ⑤에 대해서 설명하기로 한다. 각각의 가압능력은 성형중의 DIE캐비티내가 완전정수압의 상태로 생각한다면 발생내압과 캐비티투영면적과 적 이상의 폐쇄력이 폐쇄기구에 필요하기 때문에 PRESS등의 주가압기구(예를들면 SIDE등)가 쓰여진다. 한쪽의 형상을 내는 부문의 가동PUNCH는 그것에 비교하여 소능력으로 좋은 경우가 많고 그래서 가압기구의 구동방법은 CAM이나 LINK기구 등의 소MECHANISM적인 경우라도 충분한 경우도 있다. 물론 PRESS등의 대능력기구에서 구동하는 것도 이용되고 있다. 이상과 같이 성형장치의 기본적인 구비조건은 TIMING을 계산하여 폐쇄하고 가압하는 기능이다. ② 성형장치 1) 기계식성형장치 표3-2에 나온 것과 같이 기계식의 경우는 금형을 특별히 만드는 것에 의해서 밀폐단조가 이루어지는 것에 의해서 밀폐단조가 이루어지는 것도 있어 동합금의 VALVE BODY의 단조에 벌써부터 쓰여져오고 있고 유압식보다 실적이 많다. 또 전성형 CYCLE시간적으로도 기계쪽이 빠르기 때문에 생산성의 면에서 다용되었다. 이하 간단히 성형기계와 금형에 대해서 설명하기로 한다. ⅰ)성형기계(기계식) 기계식성형기계는 STROKE길이가 일정한 것 및 STROKE속도가 고정적이고 TIMING적인 자유도가 없는 것이 같으므로 일반적으로는 금형폐쇄용으로 이용하고 PUNCH 구동은 유압구동을 이용하는 것이 많다. 기계식PRESS에 복동식나 있으나 많이 이용되고 있는 것은 판금성형기계이다. 이유는 단조PRESS처럼 가압능력대신에 COMPACT하게 만들지 않으면 안된다. PRESS에서는 복잡한 구동기구가 들어가지 않을 것과 TIMING이 자우로 되지 않을 것에 의한다. 따라서 기계식 PRESS의 경우는 SPRING 또는 CYLINDER에 의해서 금형을 폐쇄하는 등의 연구가 필요하게 되어 범용적이지는 않다. ⅱ) 금형 금형이용의 밀폐단조는 성형품에 최적으로 설계될 수 있으나 그 성형품전용에 가까울 것, 대압력으로 가지 않을 것, STROKE길이가 짧은 것, TIMING의 자유도의 폭이 좁은 것, HANDLING의 자동화가 어려운 것(사람손 또는 ROBOT로 된다.) 윤활 및 금형내청소가 까다롭다하는 등의 이유에서 특정의 분야에 한정되기 쉽다. 금형에 CYLINDER 구동되기 것같은 소재안정기구등도 필요하다. 쓰는 쪽에서 여러 가지 연구를 하면 기존설치한 범용 PRESS가 쓰여질 수가 있다고 하는 MERIT는 신규설비의 COSTBUSH를 생각하지 않아도 좋은 점에, 이 금형방식의 매력이 있다. 2) 유압식 성형기계 기계식에 비해 프렉시블한 면에서 유리함과 동시에 구동장치가 기계식보다 COMPACT하게 되는 이점이 있다. 프렉시블한 점은 밀폐 및 PUNCH 구동의 TIMING, STROKE, 가압력의 조정이 CONTROLABLE한 것이 있다. 유압식 PRESS에 CAM식 혹은 LINK식 구동의 금형을 쓰는 경우는 전술과 같으므로 이 항에서는 성형기계와 보조장치에 대해서 설명하기로 한다. ⅰ) 성형기계(유압식) 유압식의 MERIT는 단동PRESS보다도 복동이상의 PRESS에 크다. 밀폐방향과 크게 다른 방향에서의 가압이면 기계식도 좋으나 거의 같은 방향이든가 금형중심에 PUNCH가 들어가는 등의 경우 유압식은 유리하게 됩니다. 또 유압식의 지금 또 하나의 MERIT는 가압CYLINDER의 취부에 의해서 대가압력을 PUNCH에 가할 수가 있으므로 대형부품의 다방향가압성형을 행할 수가 있는 것이다. 또 CYLINDER의 취부에 의해서 대가압력을 PUNCH에 가할 수가 있으므로 대형부품의 다방향가압성형을 행할 수가 있는 것이다. 또 CYLINDER의 이동이 가능하므로 어느정도 성형품에 맞는 위치에 가압CYLINDER를 설치할 숙 있어 성형 및 금형구조의 면에서 유리하게 된다. 생산내용의 변경에 대해서 PRESS등 성형장치의 운전조건이 프렉시블하게 대응되는 것이 유압식성형기계의 특징이므로 금후 날로 다종소량생산품이 증대하는 환경으로 갈 것이다. 유압식의 대형성형기계는 이미 1953년에 나왔고 주가압능력은 5000TON횡2방향의 부가압능력은 2000TON이었다. 또 이때 주가압능력 11,000TON 횡2방향의 부가압능력이 6000TON거기에다 PIERCING용으로 5000TON이라고 하는 가압기구를 갖는 성형기계가 계획되어 왔다. ⅱ) 보조장치 여기서 말하는 보조장치는 범용PRESS에 유압 CYLINDER등을 이용한 보조가압장치를 설치, 밀폐 혹은 PUNCH가압을 행하는 것이다. 별도의 유압 UNIT에서 제어·공급되는 유압에서 구동되는 CYLINDER를 성형기계의 금형취부면, 혹은 금형 그것에 설치하고 성형기계와 전기적으로 연동시키면 간단하게 복동이상의 성혀기SYSTEM으로 하는 것이 가능하다. STROKE, TIMING, 위치 및 가압방향 등에 프렉시블성을 가지나 기계식보다도 크게 되므로 성형기계의 작업영역이 큰 경우에 이용된다. 이 장치는 밀폐후의 금형열림을 방지하는 LOCKING장치로 이용되기도 하고 소재의 KEEPING임의의 TIMING으로 작동하는 KNOCK-OUT장치로서도 이용된다. 다) 성형장치(성형기계)와 주변장치의 현상과 장래 전항까지는 기계와 금형에 대해서 개요를 설명해왔으므로 이 항에서는 현상고 장래에 대해거 간단히 설명하고 앞으로의 개발문제에 참고로 하고 싶다. ① 성형장치(성형기계) 대형의 장치로서는 하기의 장소에서 사용되고 있는 것이 유명한데 이것들은 모두 유압식이다. 1) CAMERON사(미국) : 전출의 6000TON이상의 성형기로 대형VALVEBODY등을 성형 2) G.K.N.FORGING사(영국) : 능력은 불명확하나 대형의 복잡형상품을 성형. 3) 일본제강소 : 주능력 500~8000TON의 성형기로 역시 대형의 VALVE-BODY등을 성형 그외에 다방향성형기로서는 서독의 HASENCLEVER사가 1967년 이전에 발표하고 있다. ② 자동화장치 등 종래의 밀폐단조 SYSTEM은 성형기 및 금형에 중점이 주어졌었고 자동화의 쪽은 그 다음의 일이라고 보는 것은, 막힌 공간의 불안정한 위치에, 불안정한 형상의 소재를 놓고 혹은 그러한 한계가 있는 공간에서 부정형의 성형품을 꺼내고 그러면서도 금형내 청소 및 윤활을 해나가며 또 금형의 점검도 피룡로 한다고 본다면 자동화는 다른 형단도나 냉간단조에 비해 훨씬 어렵다. 따라서, 자동화를 위해서는 다음과 같은 협력이 필요할 것이다. 1) 금형내 KEEPING장치의 내장과 안정형상으로 되는 FREEFORM형상의 채용 2) ROBOT,에 의한 HANDING, 금형청소와 금형윤활을 해내는 금형구조의 채용 3) COMPACT한 한편 형상대응성이 있는 ROBOT용 CLAMP의 개발. 한편 다종소량생산에 있어서 빈번한 금형교환에 대응할 수 있는 급속교환장치(가열로, SLUG공급장치, 다개소금형CLAMP장치, 운전조건의 정확·단시간변경장치등)도 앞으로는 필요하게 될 것이다. 또 각종의 MONITOR장치(VOLUME편차에 대응, 정밀도, 금형손상 등)도 자동화에 필요한 기술요소이다. ③ 기타 성형장치에 관한 그외의 요소기술은 금형비저감을 위한 성혀장치, 금형SET의 공용화이다. 각 가압기구와 DIEPARTS의 기계적 INTERFACE는 이것을 위한 불가결한 기술요소이다. |
출처 : 프레스금형 카페
글쓴이 : 금형박사 원글보기
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