KR101200023B1 - 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공처럼 둥근 구(球) 형상을 갖고 내부에 공간이 존재하는 탱크(이하 '구형탱크'라 함)을 성형하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 엔벨로프 제조장치는, 원형의 판을 겹쳐놓고 고상확산접합법을 통해 접합시켜 엔벨로를(envelope)를 제조하기 위한 장치이며, 상부면에 원형의 판이 안치되는 판안치홈이 형성되어 있되 상기 판안치홈 중 상기 원형의 판 가장자리가 위치되는 부분에는 상기 원형의 판 중심부 방향으로 갈수록 낮아지는 경사를 형성하고 있는 하부경사면이 형성되어 있는 하부금형; 상기 하부금형의 상부에 위치되어 하부금형의 판안치홈에 겹쳐서 위치된 원형의 판을 가압할 수 있도록 되어 있고, 겹쳐진 원형의 판 중 상부에 위치된 원형의 판이 위치되는 판위치홈이 형성되어 있되 상기 판위치홈 중 상기 상부에 위치된 원형의 판 가장자리가 위치되는 부분에는 상기 원형의 판 중심부 방향으로 갈수록 높아지는 경사를 형성하고 있는 상부경사면이 형성되어 있는 상부금형; 하부금형이나 상부금형 사이의 간격이 좁아져 판안치홈에 안치된 원형의 판 가장자리가 가압되면서 고상확산접합법에 의해 상기 겹쳐진 원형의 판이 서로 접합되도록 하는 가압수단을 포함하여 구성된다.
본 발명의 장치는, 구형탱크 성형용 엔벨로프를 용이하게 제조할 수 있고, 제조된 엔벨로프의 접합면은 깨끗한 특징이 있다.

Description

구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치{ENVELOPE MANUFACTURING DEVICE FOR FORMING OF SPHERICAL TANK}

본 발명은 공처럼 둥근 구(球) 형상을 갖고 내부에 공간이 존재하는 탱크(이하 '구형탱크'라 함)을 성형하기 위한 장치에 관한 것이다.

구형탱크는 다양한 산업분야에서 다양한 용도로 사용되고 있으며, 합성수지 재질로 이루어진 것도 있고 금속으로 이루어진 것도 있다.

금속 재질의 구형탱크는 주로 금속 재질의 반구형 물체를 서로 맞대어 놓고 용접을 하는 방법을 통해 생산되어 왔다.

그런데 용접을 통해 구형탱크를 제작하는 경우 용접부위의 강도가 다른 부위에 비하여 상대적으로 취약한 문제점이 발생되었다.

이는 용접의 경우 접합면을 용융상태로 만들어 접합하려는 물체와 물체가 서로 혼합됨으로써 물체와 물체의 접합이 이루어지도록 하는 것이기 때문에 용접과정에서 용융된 물체가 응고될 때 침상조직이 발달하고, 이로 인하여 접합부위의 강도가 접합 전의 상태보다 저하되는 등의 현상이 발생되기 때문이다.

상기와 같이 용접부위의 강도가 저하되기 때문에 용접부위의 두께를 두껍게 하는 등 보강구조가 요구되는 실정이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 접합부위의 강도가 크게 저하되지 않고 깨끗한 접합부위를 갖는 구형탱크를 초소성 불림성형법을 통해 제조하기 위한 엔벨로프(envelope)를 용이하게 제조할 수 있는 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치를 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명에서는 판을 겹쳐놓고 가장자리를 고상확산접합법으로 접합시켜 엔벨로프를 제조한 후 이 엔벨로프를 초소성 불림성형하여 접합부위에서의 강도가 크게 저하되지 않은 구형탱크를 제조할 수 있도록 하되 겹쳐지는 판의 가장자리 상부와 하부에 대응되어 각각 경사면을 갖는 상부금형과 하부금형에 의해 가압되면서 고상확산접합이 이루어지도록 함으로써 구형탱크 성형용 엔벨로프를 용이하게 제조할 수 있도록 한다.

이러한 본 발명의 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치는, 원형의 판을 겹쳐놓고 고상확산접합법을 통해 접합시켜 엔벨로를(envelope)를 제조하기 위한 장치이다.

또, 상부면에 원형의 판이 안치되는 판안치홈이 형성되어 있되 상기 판안치홈 중 상기 원형의 판 가장자리가 위치되는 부분에는 상기 원형의 판 중심부 방향으로 갈수록 낮아지는 경사를 형성하고 있는 하부경사면이 형성되어 있는 하부금형을 갖는다.

또, 하부금형의 상부에 위치되어 하부금형의 판안치홈에 겹쳐서 위치된 원형의 판을 가압할 수 있도록 되어 있고, 겹쳐진 원형의 판 중 상부에 위치된 원형의 판이 위치되는 판위치홈이 형성되어 있되 상기 판위치홈 중 상기 상부에 위치된 원형의 판 가장자리가 위치되는 부분에는 상기 원형의 판 중심부 방향으로 갈수록 높아지는 경사를 형성하고 있는 상부경사면이 형성되어 있는 상부금형을 갖는다.

또, 하부금형이나 상부금형 사이의 간격이 좁아져 판안치홈에 안치된 원형의 판 가장자리가 가압되면서 고상확산접합법에 의해 상기 겹쳐진 원형의 판이 서로 접합되도록 하는 가압수단을 갖는다.

본 발명의 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치는, 상부금형과 하부금형 및 가압수단으로 이루어져 원형의 판을 겹쳐놓고 가장자리를 고상확산접합법으로 접합시켜 엔벨로프를 제조할 수 있도록 되어 있는데 상기 상부금형과 하부금형에는 겹쳐지는 원형의 판 가장자리에 대응되어 각각 상부경사면과 하부경사면이 형성되어 있어 구형탱크 성형용 엔벨로프를 용이하게 제조할 수 있고, 제조된 엔벨로프의 접합면은 깨끗한 특징이 있다.

또, 상기와 같이 제조된 엔벨로프를 초소성 불림성형법으로 성형하여 구형탱크로 제조하면 접합부위의 강도가 크게 저하되지 않고 깨끗한 접합부위를 갖는 구형탱크를 얻을 수 있는 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치를 설명하기 위한 상태상태 개략도
도 2는 도 1에 도시된 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치의 단면 개략도
도 3은 센터링가이드를 설명하기 위한 개략도
도 4는 겹쳐져 있고 상부금형과 하부금형의 사이에 위치된 원형의 판이 가압되는 상태를 도시한 개략도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 엔벨로프 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 접합부위의 강도가 크게 저하되지 않고 깨끗한 접합부위를 갖는 구형탱크를 초소성 불림성형법을 통해 제조하기 위한 엔벨로프(envelope)를 고상확산접합을 통해 용이하게 제조할 수 있는 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치에 관한 것이다.

즉, 반구형 물체를 맞대어 놓고 용접하여 구형탱크를 얻는 경우에는 용접부위의 강도가 취약해 지는 등의 문제가 있으므로 이를 해소할 수 있도록 하려는 것이다.

고상확산접합이란 접합할 판재를 겹쳐놓고 판재의 특성에 맞추어 적정한 온도와 압력을 일정시간 동안 가하여 접합대상물인 판재 간에 원자의 이동현상이 발생되어 접합되도록 하는 접합 방법이다.

이러한 고상확산접합은 이미 널리 공지되어 다양한 산업분야에 적용되고 있는 것이므로 이 부분에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기와 같은 고상확산접합은 용접을 통한 접합 방법과 달리 접합부위의 강도가 취약해지는 등의 문제가 발생되지 않는 것으로 알려져 있다.

초소성 불림성형법은 공기주머니 형태의 물체에 공기를 불어넣어 압력을 가하면서 소성 변형을 유발하는 열 등을 가하여 공기주머니 형태의 엔벨로프가 팽창되도록 함으로써 소정의 형상을 갖는 형태로 성형하는 방법이다.

합성수지나 유리 등을 성형할 때 공기나 가스만을 불어 넣는 블로워성형법과 유사하지만 초소성 불림성형은 금속을 성형할 때 사용되는 방법으로 공기나 가스를 불어넣는 동시에 금속의 소성변형을 일으키기 위한 열 등의 조건도 충족시켜 준다는 점에서 차이가 있다.

이러한 초소성 불림성형법은 각종 금속제품의 성형에 널리 사용되는 방법이므로 이 부분에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기와 같이 초소성 불림성형법을 시행하기 위해서는 공기주머니 형태의 엔벨로프를 제조할 필요성이 있는 것이므로 이러한 엔벨로프를 용이하게 제조할 수 있도록 하는 것이 본 발명의 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치인 것이다.

이러한 본 발명의 엔벨로프 제조장치는, 판을 겹쳐놓고 고상확산접합법을 통해 접합시켜 엔벨로프(envelope)를 제조하기 위한 장치인데 구형탱크를 제조하기 위한 것이므로 접합대상물은 원형의 판(1a, 1b) 형태이다.

상기와 같은 원형의 판(1a, 1b)을 고상확산접합법으로 접합시키기 위하여 본 발명의 제조장치는 하부금형(10)과 상부금형(20)을 갖는다.

상기 하부금형(10)은, 상부면에 상기 원형의 판(1a)이 안치되는 판안치홈(11)이 형성되어 있되 상기 판안치홈(11) 중 상기 원형의 판(1a) 가장자리가 위치되는 부분에 상기 원형의 판(1a) 중심부 방향으로 갈수록 낮아지는 경사를 형성하고 있는 하부경사면(11a)이 형성되어 있다.

본 발명의 구성요소인 상부금형(20)은, 하부금형(10)의 상부에 위치되어 하부금형(10)의 판안치홈(11)에 겹쳐서 위치된 원형의 판(1a, 1b)을 가압할 수 있도록 되어 있다.

또, 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b) 중 상부에 위치된 원형의 판(1b)이 위치되는 판위치홈(21)이 형성되어 있되 상기 판위치홈(21) 중 상기 상부에 위치된 원형의 판(1b) 가장자리가 위치되는 부분에는 상기 원형의 판(1b) 중심부 방향으로 갈수록 높아지는 경사를 형성하고 있는 상부경사면(21a)이 형성되어 있다.

본 발명은 고상확산접합법을 실시하기 위한 것이기에 상기 하부금형(10)이나 상부금형(20) 사이의 간격이 좁아져 판안치홈(11)에 안치된 원형의 판(1a, 1b) 가장자리가 가압되면서 고상확산접합법에 의해 상기 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b)이 서로 접합되도록 하는 가압수단(30)을 갖는다.

이러한 가압수단(30)은 유압실린더 등 고상확산접합법을 실시하기 위해 프레스 압력을 부여하는 공지의 다양한 형태로 구현하는 것이 바람직하다.

고상확산접합법을 위해 프레스 압력을 가하는 구조는 이미 널리 공지되어 있으므로 이 부분에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 설명에서 고상확산접합법을 위해 프레스 압력을 가하는 것이 더 좋은 이유는 고상확산접합을 위해 가스압력을 사용하는 공지의 구조를 통해서는 본 발명의 목적 달성에 충분한 접합압력을 얻는데 어려움이 있기 때문이다.

본 발명의 하부금형(10)에 전술한 하부경사면(11a)이 형성되고, 상부금형(20)에 전술한 상부경사면(21a)이 형성되도록 하는 이유는 깨끗한 접합면을 얻고, 원형의 판(1a, 1b) 가장자리만 접합되어 초소성 불림성형법을 사용한 구형탱크의 제조에 적합한 상태로 접합되도록 하기 위해서이다.

즉, 초소성 불림성형법을 사용해서 구형탱크를 제조하는데 적합한 엔벨로프는 원형의 판(1a, 1b)이 겹쳐져 있되 겹쳐진 가장자리만이 접합된 형태이고, 접합부위는 원형의 판(1a, 1b) 가장자리를 따라 원주를 그리면서 깨끗하게 형성된 형태이다.

통상의 고상확산접합법에서는 접합을 방지하기 위한 부분에 접합방지재를 도포하는데 이러한 방법은 접합방지재에 의한 오염의 문제가 상존하고 깨끗한 접합면을 얻는데 어려움이 있다.

본 발명에서는 전술한 하부경사면(11a)과 상부경사면(21a)을 통해 상기와 같은 접합방지재를 도포하지 않고서도 원활한 접합이 이루어지도록 하고, 접합방지재에 의한 오염의 문제를 해소하여 깨끗한 접합면을 얻을 수 있도록 하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 상부금형(20)과 하부금형(10) 사이에 원형의 판(1a, 1b)이 위치된 상태에서 상부금형(20)과 하부금형(10)에 압력이 가해질 경우 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b) 중 하부에 위치된 원형의 판(1a)은 하부경사면(11a)에 의해 하부로 휘어지는 것이다.

또, 상부에 위치된 원형의 판(1b)은 상부경사면(21a)에 의해 상부로 휘어지는 것이다.

또, 원형의 판(1a, 1b) 중 서로 접촉되는 가장자리는 압력과 열을 받는 상태에서 접합되는 것이다.

본 발명의 목적을 고려할 때 겹쳐지는 원형의 판(1a, 1b)은 각각의 중심부가 서로 일치된 상태(일직선상에 각각의 중심부가 위치된 상태)가 되도록 할 필요성이 있다.

또, 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b) 가장자리가 고르게 가압되도록 하기 위해서는 원형의 판(1a, 1b) 중심부가 하부금형(10)의 설정된 위치에 놓이도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에는, 원형의 판(1a, 1b) 중심부가 서로 일치된 상태로 겹쳐지고 원형의 판(1a, 1b) 중심부가 하부금형(10)의 설정된 위치에 놓이도록 하는 판셋팅수단을 더 구비하고 있도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 판셋팅수단은 다양한 형태로 구현 가능하다.

각종 산업분야에 적용되고 있는 로봇이나 로봇의 팔과 같은 형태 등으로 구현 가능하다.

그러나 경제성과 정확성을 고려할 때 첨부된 도면에서와 같은 형태로 구현하는 것이 좋다.

첨부된 도면의 판셋팅수단은 복수 개의 센터링가이드(41)와 가이드체결수단(42)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 센터링가이드(41)는 상부금형(20)이나 하부금형(10)에 체결되는 체결부(41a)를 갖고, 상부금형(20)이나 하부금형(10)에 체결되었을 때 상부금형(20)과 하부금형(10)의 사이로 삽입되어 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b) 가장자리에 끝단부가 밀착되는 판접촉부(41b)를 가지는 형태이다.

상기 판접촉부(41b)는 상부에 위치된 원형의 판(1b)과 하부에 위치된 원형의 판(1a) 모두에 밀착되도록 되어 있다.

즉, 상부에 위치된 원형의 판(1b)과 하부에 위치된 원형의 판(1a)이 판접촉부(41b)에 함께 밀착되도록 하여 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b) 가장자리 및 중심부가 일치되도록 하는 것이다.

상기 판접촉부(41b)는 원형의 판(1a, 1b) 외주면에 대응되는 원주를 형성하고 있도록 되어 있는데 이는 원형의 판(1a, 1b) 가장자리가 대부분 일치되도록 겹쳐진 상태로 만들기 위한 것이다.

첨부된 도면의 가이드체결수단(42)은 복수 개의 센터링가이드(41)가 서로 마주하는 상태로 상부금형(20)이나 하부금형(10)에 결합되도록 하는 것이다.

첨부된 도면의 가이드체결수단(42)은 가이드고정용 볼트(42a)를 갖고, 상기 가이드고정용 볼트(42a)가 삽입되도록 센터링가이드(41)에 형성된 볼트통과홀(42b)을 가지며, 상기 볼트통과홀(42b)을 경유한 가이드고정용 볼트(42a)가 체결되도록 상부금형(20)과 하부금형(10)에 형성된 볼트체결홀(42c)을 갖는 형태이다.

상기 볼트통과홀(42b)이 도 4와 같이 상, 하로 연장된 장홈 형태로 구현되는 경우 원형의 판(1a, 1b) 두께 변화에 적절히 대응할 수 있는 특징이 있다.

본 발명에 있어서, 판안치홈(11)에 겹쳐서 위치된 원형의 판(1a, 1b)이 움직이지 않도록 상부금형(20)과 하부금형(10)을 체결하는 금형체결수단(50)이 더 구비된 형태로 구현할 수 있다.

상기와 같은 금형체결수단(50)은 물체와 물체를 움직이지 않도록 고정하는 공지의 다양한 클램프 형태로 구현할 수 있다.

구체적인 예로 설명하면, 첨부된 도면에서와 같이 상부금형(20)과 하부금형(10)을 볼팅하여 체결할 수 있도록 체결용 볼트(51)를 갖는 형태로 구현할 수 있다.

첨부된 도면에서와 같은 본 발명의 엔벨로프 제조장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

원형의 판(1a, 1b)을 겹쳐서 하부금형(10)의 판안치홈(11)에 올려놓는 판안치단계를 실시한다.

판안치단계 후 하부금형(10)의 상부에 상부금형(20)을 조심스럽게 올려놓되 판위치홈(21)에 원형의 판(1b)이 위치될 수 있게 올려놓는 상부금형(20)위치단계를 실시한다.

상부금형(20)위치단계 후 체결용 볼트(51)를 체결하여 상부금형(20)과 하부금형(10)이 좌, 우로 움직이지는 않지만 상부금형(20)과 하부금형(10) 사이에 위치된 원형의 판(1a, 1b)은 좌, 우로 움직일 수 있는 상태가 되도록 하는 상하금형가조립단계를 실시한다.

상하금형가조립단계 후 센터링가이드(41)를 상부금형(20)과 하부금형(10)의 가이드삽입홈(41c)에 삽입하되 센터링가이드(41)가 상부금형(20)과 하부금형(10)의 사이로 삽입되는 상태가 되도록 하고 가이드고정용 볼트(42a)를 체결하는 센터링가이드설치단계를 실시한다.

겹쳐진 원형의 판(1a, 1b)이 어긋나 있더라도 센터링가이드단계에 의해서 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b)은 그 중심부가 일직선상에 위치되고, 원형의 판(1a, 1b) 중심부가 하부금형(10)과 상부금형(20)의 소정 위치에 놓이게 된다.

센터링가이드설치단계를 완료한 후 체결용 볼트(51)를 단단히 조여서 상부금형(20)과 하부금형(10)이 움직이지 못하고, 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b) 도 움직이지 못하는 상태가 되도록 한 후 원형의 판(1a, 1b)에 열을 가할 수 있는 장소로 이동시키고, 센터링가이드(41)와 체결용 볼트(51)를 조심스럽게 제거하는 가압전단계를 실시한다.

가압전단계를 실시한 후 본 발명의 구성요소인 가압수단(30)을 통해 상부금형(20)이나 하부금형(10)을 가압하여 상부금형(20)과 하부금형(10)의 사이가 좁아지도록 하는 가압단계를 실시한다.

가압단계를 실시하면 상부에 위치된 원형의 판(1b)은 그 중심부가 상부경사면(21a)에 의해 상부로 구부러지는 현상이 발생되고, 하부에 위치된 원형의 판(1a)은 그 중심부가 하부경사면(11a)에 의해 하부로 구부러지는 현상이 발생되며, 상부에 위치된 원형의 판(1b)과 하부에 위치된 원형의 판(1a) 가자자리는 고상확산접합이 이루어져 구형탱크 제조가 가능한 엔벨로프가 만들어지는 것이다.

1a, 1b. 원형의 판 10. 하부금형
11. 판안치홈 11a. 하부경사면
20. 상부금형 21. 판위치홈
21a. 상부경사면 30. 가압수단
41. 센터링가이드 41a. 체결부
41b. 판접촉부 41c. 가이드삽입홈
42. 가이드체결수단 42a. 가이드고정용 볼트
42b. 볼트통과홀 42c. 볼트체결홀
50. 금형체결수단 51. 체결용 볼트

Claims (4)

1. 삭제
2. 원형의 판(1a, 1b)을 겹쳐놓고 고상확산접합법을 통해 접합시켜 엔벨로프(envelope)를 제조하기 위한 장치에 있어서,
   상부면에 상기 원형의 판(1a)이 안치되는 판안치홈(11)이 형성되어 있되 상기 판안치홈(11) 중 상기 원형의 판(1a) 가장자리가 위치되는 부분에는 상기 원형의 판(1a) 중심부 방향으로 갈수록 낮아지는 경사를 형성하고 있는 하부경사면(11a)이 형성되어 있는 하부금형(10);
   상기 하부금형(10)의 상부에 위치되어 하부금형(10)의 판안치홈(11)에 겹쳐서 위치된 원형의 판(1a, 1b)을 가압할 수 있도록 되어 있고, 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b) 중 상부에 위치된 원형의 판(1b)이 위치되는 판위치홈(21)이 형성되어 있되 상기 판위치홈(21) 중 상기 상부에 위치된 원형의 판(1b) 가장자리가 위치되는 부분에는 상기 원형의 판(1a, 1b) 중심부 방향으로 갈수록 높아지는 경사를 형성하고 있는 상부경사면(21a)이 형성되어 있는 상부금형(20);
   상기 하부금형(10)이나 상부금형(20) 사이의 간격이 좁아져 판안치홈(11)에 안치된 원형의 판(1a, 1b) 가장자리가 가압되면서 고상확산접합법에 의해 상기 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b)이 서로 접합되도록 하는 가압수단(30); 및
   상기 원형의 판(1a, 1b) 중심부가 서로 일치된 상태로 겹쳐지고 원형의 판(1a, 1b) 중심부가 하부금형(10)의 설정된 위치에 놓이도록 하는 판셋팅수단;을 포함하여 구성된, 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 판셋팅수단은 상부금형(20)이나 하부금형(10)에 체결되는 체결부(41a)를 갖고, 상부금형(20)이나 하부금형(10)에 체결되었을 때 상부금형(20)과 하부금형(10)의 사이로 삽입되어 겹쳐진 원형의 판(1a, 1b) 가장자리에 끝단부가 밀착되데 상부에 위치된 원형의 판(1a)과 하부에 위치된 원형의 판(1b) 모두에 밀착되도록 원형의 판(1a, 1b) 외주면에 대응되는 원주를 형성하고 있는 판접촉부(41b)를 가지는 복수 개의 센터링가이드(41); 및
   상기 센터링가이드(41)가 서로 마주하는 상태로 상부금형(20)이나 하부금형(10)에 결합되도록 하는 가이드체결수단(42);을 포함하여 구성된, 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 판안치홈(11)에 겹쳐서 위치된 원형의 판(1a, 1b)이 움직이지 않도록 상기 상부금형(20)과 하부금형(10)을 체결하는 금형체결수단(50)이 더 구비된 것을 특징으로 하는, 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치.

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