기계공작법

3 편 소 성 가 공

[2-2] 단조기계(교과서 p.196)

(1) hammer:

hammer는 위치 energy를 운동 energy로 변환하여 가공물에 순간적으로 타격력(打擊力)을 작용시키는 기계로서 용량은 ram, piston head, piston rod 및 상부 die의 낙하중량 또는 그 일량으로 표시하는데, 때로 낙하 hammer에서는 (낙하중량/0.75)을 용량으로 표시한다. hammer는 ram을 인력(人力), crank, 마찰, 압축공기, 증기력 등으로 상향운동을 시키고, 중력, 압축공기, 증기, spring 등의 작용에 의하여 낙하시키도록 되어있다.
hammer는 press와는 달리 고속가공을 하고 가공시간이 짧아 고온의 상태에서 가공할 수 있다. 일반적으로 단조물을 완성하기 위하여는 수회의 타격을 가한다.
아래 그림은 각종 hammer를 보여 준다.

hammer의 종류

hammer 사용 예
☜ hammer gorging

(1-1) 낙하(落下) hammer(drop hammer):

앞서 hammer의 종류에서 본바와 같이 belt, rope, board 등을 이용하여 ram을 일정한 높이까지 끌어올린 후 자유낙하시켜 가공물에 타격을 가하는 중력낙하 hammer(gravity drop hammer)와 동력낙하 hammer(power drop hammer)가 있고, 타격속도는 15~60회/min 정도이다.
아래 그림에서 자유낙하부(board, ram, 상부 die)의 속도를 v, 타격 후 낙하부와 피타격체가 일체로 되어 운동하는 속도를 v₂, 낙하부의 질량을 m₁(=W₁/g), 피타격체(anvil, 하부 die, 가공재)의 질량을 m₂(=W₂/g)라 하고, 비탄성체의 충격의 경우로 생각하여 momentum 일정식을 적용하면 다음과 같다.

로 되며, 피타격체의 중량에서 anvil의 중량이 대부분을 차지하므로 anvil의 중량이 클수록 hammer의 효율은 증가하고, 실제에 있어서는 anvil의 중량을 무한정 크게할 수 없으므로 낙하체 중량의 20~25배를 취하고 있다. 예를 들면 m₂=20 ×m₁인 경우에는 효율이 95%이다.

(1-2) spring hammer:

아래 그림과 같이 connecting rod의 일단에 spring을 연결하여 단조깊이에 관계없이 crank가 계속 회전할 수 있으며, 탄성변형된 spring이 복원되면서 다음 타격을 하기 때문에 타격 energy가 증가된다. crank의 회전수는 대형물에 대하여 70회/min, 소형물에 대하여 200 ~ 300회/min 정도이며, crank pin의 위치를 조정하여 행정(行程; stroke)을 변경할 수 있고, 상대적으로 stroke가 짧고 타격속도가 크므로 소형물 단조에 적합하다.

spring hammer
☜ spring hammer

(1-3) lever hammer:

그림과 같이 구조가 비교적 간단하며, ram의 중량은 100kg 정도로서 타격횟수는 많으나, anvil 면과 ram 면이 평행관계가 아닌 것이 단점이다.

lever hammer

(1-4) 공기 hammer(air hammer):

그림과 같이 자체 내에 공기압축 장치가 있어 이 압축공기를 piston의 상하에 교대로 보냄으로써 ram을 상하로 운동시킨다. 용량은 1/4 ~ 2ton 정도이고, 상승높이는 350~820mm, 타격속도는 100~200회/min이며, 용량 1ton에 대하여 약 100HP비율의 전동기가 필요하다.

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공기 hammer air hammer

(1-5) 증기 hammer(steam hammer):

그림과 같은 구조를 갖고 있으며 단동식(單動式)과 복동식(復動式)이 있다. 단동식에서는 ram이 상승할 때만 증기압이 작용하고, 복동식에서는 ram이 낙하할 때에도 증기압이 작용한다. 용량 3ton 이하에서는 단주식(單柱式)으로 되어 있고, 그 이상에서는 쌍주식(雙柱式)으로 되어 있다.타격력의 미세한 조정이 이 hammer의 특징이며, 증기량의 조절은 수동 또는 자동으로 행한다.
그림에서 A를 수평으로 회전시켜 증기구(蒸氣口)를 개폐(開閉)하고 lever B를 돌려 현위치에서 piston 상부 cylinder 내의 증기를 배기구(排氣口)로 보내고 증기가 piston 하부 cylinder 내에 들어가 piston을 상승시킨다. valve를 위로 올리면 증기는 piston 위로 올라가고 piston 밑에 있던 증기는 valve의 중공(中孔)을 통하여 위로 나간다. 이와 같은 동작이 수동 또는 자동으로 되풀이된다.

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증기 hammer valve의 작동 구조 steam hammer

장입장비는 가열물을 운반하여 노에 넣거나 노에서 꺼내어 단조 장소에 운반할 때 사용되는 장비로서, 단조기계에 속하지는 않으나 대형물의 단조에는 장입장비가 필요하다는 것을 보여주기 위하여 삽입한다.

50ton의 특수운반차에 설치된 집게로 12ton의 단조물을 물고 운반한다.