KR100270413B1 - 재료 유동이 조절가능한 유압 성형 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

금속 박판을 성형하기 위한 자체 내장식 성형 장치는 기부와 외측 및 내측수직 왕복 활주부를 갖는 표준 이중 작동식 프레스 내에서 작동하도록 구성되며 프레스에 설치 가능한 기부 다이와 이 기부 다이에 교체 가능하게 설치할 수 있는 특정 공구를 포함한다. 기부 다이는 외측 활주부에 설치 가능한 상승기와, 터브의 기부 위에 설치된 매니폴드와, 기부 위에 그리고 매니폴드에 연관되게 설치되고 가압 유체를 특정 공구에 제공하기 위해 내측 활주부에 의해 기계식으로 작동 가능한 유압 실린더 조립체를 포함한다. 상기 특정 공구는 상승기와 매니폴드에 각기 연결되고 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능한 정합 상부 및 하부 다이를 포함한다. 하부 다이 상에 위치한 박판 금속 블랭크는 상부 다이가 외측 슬리브에 의해 폐쇄 위치로 하방 이동함으로써 상부 다이 주변을 둘러싸게 되며, 상부 다이와 하부 다이 사이에 고정된 블랭크의 외주연은 상부와 하부 다이의 제품 프린트공동 전체에 설치된 수형 및 암형 비이드 사이에 파지된다. 그러면, 외측 활주부는 내측 활주부가 하방 이동하고 실린더 조립체에 결합되어 이를 작동시키고 고정된 블랭크와 하부 다이 사이의 영역에 유압 유체를 인가시키는 동안에 상기 위치에 머물게 되어 블랭크가 상부 다이에 형성된 제품 프린트 공동 안에서 성형되게 한다. 수형 비이드는 박판이 공동의 일부 안으로 유동하는 동안에 공동의 다른 부분에 걸쳐 신장되는 것을 허용하도록 박판 상에 작용된 힘을 제어한다. 체결 기구는 다이의 구부러짐을 방지하고 다이를 폐쇄 위치에 유지하는데, 이로써 수형 비이드와 암형 비이드의 결합을 도와주게 된다. 안정상의 측면에서, 이 기구는 다이 공동이 상방 이동될 때 자동적으로 개방되는 형상을 취한다. 체결 기구는 자동차 후드, 도어, 데크 리드 및 쿼터 패널 등과 같이 큰 제품을 기존의 이중 작동식 프레스에서 제조할 수 있도록 높은 압력을 사용할 수 있게 해준다.

Description

재료 유동이 조절가능한 유압 성형 방법 및 그 장치
본 발명은 1989년 11월 29일 미국 특허 출원 제07/443,112호의 연속 출원인 발명의 명칭이 “박판 금속 유압 성형 장치 및 방법”인 랄프 이 . 로퍼의 1992년 3월 23일 미국 특허 출원 제07/855,815호의 연속 출원이다.
본 발명은 박판 금속 성형 분야에 관한 것으로, 특히 박판 금속을 자동차 펜더, 도어 , 후드 등과 같은 제품으로 유압 성형하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
생산량이 많은 조리 용기, 설비 및 자동차 산업 그리고 생산량이 적거나 중간 정도인 항공기, 우주 항공기 및 제조기 산업에서, 금속 박판은 다양한 형태의 다이에 의해 성형되며, 다이의 형태 및 크기는 특정 제품의 형상 및 사용 용도에 따라 달라진다. 이러한 제품들을 다양하게 성형하는데 사용되는 하나의 방법은 종래의 인발 방법이다. 인발 다이에서 블랭크는, 금속이 바인더 면으로부터 제품으로 유동하는 것을 허용하는 바인더에 걸쳐 인발된다. 따라서, 여러 형태의 비균일 응력이 제품에 걸쳐 생성되며, 이로써 국부 신장이 일어나게 된다. 이는 특히 큰 제품에서 일어나는 스프링백의 양을 거의 예측할 수 없게 하는 형상 유지 및 심한 스프링백 문제들을 일으킨다. 이러한 스프링백 또는 형상 유지 문제를 해결하기 위한 공통적인 방법은 제품을 (필요한 형상 이상으로 변형시키도록) 과다하게 절곡시키는 것이다. 적절한 과다 절곡의 정도를 알기 위해서는 수많은 시행 착오에 따른 비용을 수반해야 한다. 또한, 블랭크가 바인더 면을 거쳐 다이 공동안으로 유동하는 금속에 맞도록 과도하게 크기 때문에 인발 공정에서 소모되는 재료의 양이 너무 많다.
미국 특허 제4,576,030호에는 박판 금속을 협동작용하는 수형 및 암형 다이반부들 사이에서 100 % 신장 성형시킬 수 있는 방법이 기재되어 있다. 이는 적어도 하나가 그리퍼 강들이 밀착될 때 박판 금속을 외주연에서 맞물도록 구성된 복수개의 서로 이격된 비이드를 구비한 한 쌍의 대향 체결 비이드를 마련함으로써 가능해진다. 이는 박판 금속이 균질 상태로 100 % 신장 성형되는 것을 허용하여 형상유지 능력을 높여주고 충격 라인 및 신장 라인의 수를 감소시키고 폐기물을 감소시키고 전체 제품의 강도를 증가시켜 준다.
성형된 제품의 품질을 높여주는 또 다른 방법은 성형 공정 중에 블랭크의 한쪽 측면에 대해 가압 유체를 인가하는 유체 성형법이다. 이 방법은 융통성이 증대되고 최종 제품의 마무리 처리가 양호하고 공구 및 설비의 유지비용이 적다는 장점을 갖는다.
본 명세서에서 참고하게 될 발명의 명칭이 “박판 금속 유압 성형 장치 및 방법”인 미국 특허 출원 제07/855,815호에는 블랭크의 한쪽 측면에 가압 유체를 인가함으로써 박판 금속을 신장 성형하는 방법이 기재되어 있다. 이 블랭크는 상부 다이의 제품 프린트 공동 내로 100 % 신장 성형된다. 상기 신장 성형 방법은 박판금속을 바람직하게는 종래의 이중 작동식 프레스에 위치시킬 것을 요한다. 다이의 상부 및 하부 바인더에 끼워진 파지 비이드는 블랭크를 제위치에 유지하고 그 외주연을 따라 밀봉하도록 박판 금속의 외주연을 맞물어주는 형상을 취한다. 박판 금속 블랭크를 파지하여 밀봉하는데 특히 유용한 것으로 알려진 상기 형태의 파지 비이드는 미국 특허 제4,576,030호에 기재되어 있다. 프레스가 밀착되면 파지 비이드들은 금속에 가압되어 그 외주연을 밀봉하게 된다. 그 다음에 가압 상태의 액체가 제조하려고 하는 제품의 형상을 취하는 다이 공동으로부터의 대향측에 있는 박판 금속의 측면에 인가된다. 이 액체의 압력은 원하는 형상의 제품으로 성형하기 위해 박판 금속을 다이 공동에 대해 신장시키기에 충분히 높다.
제품의 품질을 개선하고 제품의 설계 한계를 증대시키려는 개발이 계속되어 왔지만 100 % 신장 성형에 따른 장점을 얻을 수 없는 제품 형상이 있다. 특히, 블랭크가 100 % 신장되면 형상 연신 조건이 블랭크 재료의 연신 조건보다 높은 영역에서 어떤 제품은 박화를 일으키기도 하는 형상을 취할 수도 있다. 또한 블랭크 재료의 파열이 유발되기도 한다.
블랭크 재료의 박화 또는 파열 문제를 감소시키거나 제거하면서도 필요로 하는 제품을 더 정확하게 성형하기 위해서, 유체 성형법의 장점과 신장 성형법의 장점 그리고 인발 성형법의 유연성을 결합시킨 종래의 이중 작동식 프레스에 사용할 수 있는 특정 공구를 마련하는 것이 바람직하다.
종래 기술의 방법 및 장치를 사용함에 따른 또 다른 문제점은 큰 제품을 성형할 때에는 다이에 큰 유압이 발생하여 프레스에 전달된다는 것이다. 예를 들어, 자동차 후드는 약 12,903 cm2(2,000 inch2)의 면적을 갖는다. 필요한 성형 압력이 약 281.2 kg/cm2(4,000 psi)이면 다이 상에 작용하는 합성력은 12,903 cm2x281.2 kg/cm2즉, 약 3628 메트릭톤(4,000 톤)이다. 이러한 힘은 외측 블랭크 홀더에 걸쳐 있는 다이를 편향시켜 그리퍼들이 분리되기에 충분할 정도로 개방시킬 수 있는 힘이다. 다이의 미세한 편향도 파지 비이드를 분리시키게 되어 유압 유체가 누설되게 한다. 액체의 압력이 다이의 형상을 해치지 않고 누설이 일어나지 않게 하기 위해서는 높은 톤수를 갖는 프레스를 사용해야 한다. 그러나, 이렇게 하면 작동 비용을 증가시키게 된다. 또한, 충분한 톤수를 갖는 종래의 프레스는 높은 성형 압력을 요하는 큰 제품을 성형하는데 적합한 것이 없을 수도 있다.
성형 공정 중에 상부 다이와 하부 다이를 견고하게 체결하는 기구를 마련할 필요가 있다. 이러한 견고한 체결은 성형 공정 중에 낮은 톤수를 갖는 프레스를 사용하는 것을 허용한다.
본 발명은 표준 이중 작동식 프레스 내에서 작동하도록 구성되고 금속 박판으로부터 다양한 형상의 제품을 성형하도록 구성된 자체 내장식인 재료 유동이 조절 가능한 유압 성형 다이 장치에 관한 것이다.
제1 및 제2 수직 왕복 활주부를 포함하는 표준 이중 작동식 프레스는 외측활주부에 설치된 상승기를 갖는 기부 다이와 매니폴드 형태인 기부와, 터브(tub)에 의해 형성된 유체 저장조와, 기부에 연결된 유압 실린더 조립체를 포함한다. 각각의 유압 실린더 조립체는 프레스의 내측 활주부의 하방 스트로크에 의해 결합 및 분리되는 상방 연장 피스톤 로드를 포함한다. 대응 상승기 및 매니폴드에 대해 수직하게 정렬되어 설치된 정합 상부 및 하부 다이를 포함하는 성형될 특정 제품에 맞는 특정 공구가 제공된다. 상부 다이는 하방을 향하는 제품 프린트 공동을 형성한다. 블랭크 또는 코일 공급부로써의 박판 금속은 블랭크 설정기에 의해 하부 다이 상에 위치된다. 박판 금속은 상부 다이와 하부 다이 사이에 고정되며, 이로써 블랭크의 외주연이 상부 및 하부 다이에 각기 형성된 수형 및 암형 비이드 사이에서 파지된다. 외측 활주부는 내측 활주부가 하방으로 이동하는 동안에 정지 상태로 머물게 되어 실린더 조립체의 상방 연장 로드에 맞물려 이를 작동시키고, 유압유체가 매니폴드와 하부 다이의 통로를 통해 고정된 블랭크와 하부 다이 사이의 영역으로 힘을 가하게 된다. 가압된 액체는 블랭크를 상부 다이의 제품 프린트에 대해 힘을 가한다. 수형 비이드에 의해 블랭크의 외주연에 작용된 제어는 블랭크 일부분이 신장되게 하면서 다른 부분이 상부 다이에 형성된 주형 공동안으로 유동하는 것을 허용한다.
성형 작동의 말기에 내측 및 외측 활주부는 상승되며 실린더 조립체의 피스톤 로드도 가스 스프링에 의해 상승된다. 외측 활주부가 상방 이동함으로써 상부다이가 그와 함께 상승되며, 성형된 제품과 하부 다이 사이에 있는 가압 유체는 하부 다이 주위에서 터브 안으로 배출되는데 이 터브는 유압 실린더 조립체용 유체저장조로써 작용한다. 따라서, 이 장치는 자체 내장되어 유체 재순환된다.
본 발명의 장치로 상이한 제품을 성형하려고 하면, 특정 공구 즉 상부 및/또는 하부 다이가 필요로 하는 제품 프린트를 형성하는 특정 공구로 대체된다. 특정 공구의 상부 다이에 형성된 수형 비이드는 특정 공구에 의해 한정된 제품을 성형하기 위해 필요한 제어를 수행하게 된다. 상기 장치의 나머지 부분은 제위치에 유지되어 다양한 박판 금속 제품을 성형하도록 다양한 특정 공구와 함께 수년동안 사용된다.
체결 기구는 내측 활주부상에 설치된 구동기와, 체결 위치로부터 분리 위치로 그리고 그 역으로 피봇되는 체결 아암과, 내측 활주부가 하강할 때 구동기를 안내하는 상승기의 측면에 설치된 구동기 블럭을 포함하는 표준 이중 작동식 프레스로 개장되었다. 체결 아암은 이 아암이 체결 위치에 있을 때 상부 다이를 성형 공정 중에 폐쇄 위치에 유지하도록 상부 다이의 상부 표면의 일부와 중첩되는 립을 갖는다. 강제 복귀부는 체결 아암과, 성형 공정이 완료될 때 해제 위치로 체결 아암에 힘을 가하는 상승기에 상부 다이를 연결하는 리테이너 브래킷에 위치한다.
본 발명의 목적은 필요한 제품을 더 정확하게 성형하기 위해 유체 성형법의 장점과 신장 성형법의 장점과 인발 성형법의 장점을 결합시킨 개선된 박판 금속 성형 장치를 마련하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특정 공구의 상부 다이에 형성된 필요한 제품 프린트의 외주연을 따라 변화 가능한 형상을 갖는 수형 비이드의 형태로 유체, 신장 및 인발 성형법의 장점을 결합할 수 있는 수단을 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공구를 재정비하는데 필요한 비용 및 시간을 최소로 하면서 다양한 제품을 성형할 수 있는 융통성을 증가시킨 박판 금속 성형 장치를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자체 내장식인 박판 금속 유압 성형 장치를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 더 효율적인 유압 성형을 가능하게 해주고 종래의 프레스를 용이하고 저렴한 비용으로 사용할 수 있게 해주는 체결 기구를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 박판 금속의 신장 성형에 의해 금속 제품을 유압성형하는 데에 낮은 톤수의 프레스를 사용할 수 있게 하는 간단하고 저렴한 기구를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 프레스가 개방될 때 자동적으로 개방되도록 안전하게 작동하는 체결 기구를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 성형 작동 중에 프레스의 다이를 폐쇄된 상태로 유지하는 간단하고 효율적이고 저렴하고 안전한 기구를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 필요한 형상의 제품을 성형하기 위해 유체 압력이 인가될 때 다이가 편향되는 것을 방지하도록 다이의 지지되지 않은 측면들의 중심 가까이에 위치된 체결 기구를 마련하는 것이다.
제1도는 종래의 이중 작동식 프레스에 의해 작동되도록 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 박판 금속 유압 성형 장치의 정면도.
제2도는 네 개의 기둥식 유압 실린더 조립체를 형성하는 유압 실린더 중 두개를 도시하기 위해 상승기, 상부 다이 및 하부 다이를 제거한 상태의 제1도의 장치의 측면도.
제3도는 제1도의 장치의 하반부의 평면도.
제4도는 본 발명에 따른 리프터의 단면도.
제5도는 제3도의 5-5선을 따라 취한 하부 다이 상에 하강한 상부 다이의 단면도.
제6도는 제3도의 6-6선을 따라 취한 하부 다이 상에 하강한 상부 다이의 단면도.
제7도는 상부 다이가 하부 다이 상에 하강했을 때 암형 비이드에 맞물린 수형비이드의 단면도.
제8도는 제7도에 도시된 수형 및 암형 비이드의 확대도.
제9도는 제7도 및 제8도에 도시된 것과는 다른 형상을 가지며 암형 비이드에 맞물린 수형 비이드의 단면도.
제10도는 본 발명의 제2실시예에 따른 회전 방지 및 스트로크 조정 조립체가 설치된 유압 실린더 유닛의 정면도.
제11도는 제5도의 11-11선을 따라 취한 체결 기구의 부분 측면도.
제12도는 제11도에 도시된 체결 아암 상에 설치된 강제 복귀부의 상세도.
제13도는 제11도에 도시된 상부 다이를 상승기에 연결시키는 리테이너 브래킷상에 설치된 강제 복귀부의 상세도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 외측 활주부 12 : 하부 다이
13 : 내측 활주부 14 : 상부 다이
18 : 상승기 20 : 매니폴드
24,26,32,33 : 유압 실린더 조립체 34,36 : 가스 스프링
38 : 하부 헤드 40 : 실린더
72 : 정지 블록 76 : 설정기
77 : 리프터 81 : 정지구
90 : 공동 110 : 암형 비이드
120 : 수형 비이드 210 : 구동기
216 : 아암 300 : 체결 기구
본 발명의 원리에 대한 이해를 돕기 위하여 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 본 발명은 이후에 설명하게 될 실시예에 제한되지는 않으며 도면에 도시된 장치에 대한 여러 가지 변경 및 수정도 가능하며, 본 발명의 기술 분야에 숙련된 자에게는 본 발명의 원리 내에서 여러 가지 변경 및 수정을 가하는 것도 가능하다.
제1도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박판 금속 유압 성형 장치(10)의 정면도이다. 장치(10)는 종래의 이중 작동식 프레스에서 이와 함께 작동되도록 구성되어 있다. 이러한 프레스들은, 장방형 튜브 형상을 취하고 수직 왕복 운동하도록 설치된 외측 활주부(11)를 포함한다. 비슷한 형상을 갖는 내측 활주부(13)는 외측 활주부(11) 내에서 삽통식으로 수직 왕복 운동하도록 설치된다. 활주부(11, 13)는 이 기술 분야에 숙련된 자에게는 알려져 있는 것처럼 별도의 연결 장치에 의해 독립적으로 상하로 이동한다.
이 실시예의 장치(10)는 기부 다이 및 특정 공구를 포함한다. 기부 다이는 사용자의 자본 설비의 일부를 구성한다. 즉, 기부 다이는 다양한 제품을 만들기 위해 오랜 시간 동안 사용하도록 된 장치의 요소들을 포함한다. 다른 한편으로, 특정 공구는 제품을 실제적으로 성형하는 교체 가능한 부속 장치를 포함한다. 특정 공구는, 기부 다이 내에 설치되어 이에 의해 작동되며 다른 제품을 성형하려고 할 때마다 교체되는 부품으로 구성된다.
여기에서 사용된 “블랭크”는 상부 및 하부 다이(14, 12) 사이에 위치하고 본 발명에 따라 성형될 박판 금속의 일부를 의미한다. 블랭크는 단일편 박판 금속(16, 제3도)일수도 있고, 연속 다이에서의 박판 금속(도시 생략)의 코일의 일부분 일수도 있다.
기부 다이는 표준 이중 작동식 프레스에 고정되며, 상승기(18)와 매니폴드(20) 및 네 개의 기둥식 유압 실린더 조립체(24, 26, 32, 33, 제3도)를 포함한다. 상승기(18)는 외측 활주부(11)와 일체인 유닛으로써 이동하도록 외측 활주부(11)에 고정 설치되며, 네 개의 기둥식 유압 실린더 조립체들 사이에서 수직 왕복하는 치수를 갖는다. 상승기(18)는 종래의 수단에 의해 외측 활주부(11)에 고정된다.
이중 작동식 프레스는, 외향 연장되어 수직 측벽(30) 안으로 통과하는 기부판(28)에 의해 형성된 터브(22)에 위치한다. 이 터브(22)는 이후에 상세하게 설명하는 것처럼 실린더 조립체용 유체 저장조 또는 저장통(sump)로서 작용한다. 터브(22)의 기부판(28)에는 매니폴드(20)가 종래의 수단에 의해 고정된다. 매니폴드(20)는 수평 통로(44) 및 연결 수직 통로(46)를 형성하는데, 이들은 이후에 설명하는 것처럼 실린더 조립체에 의해 펌핑된 유체가 하부 다이(12)와 연통하는 것을 허용한다.
특정 공구의 하부 다이(12)는 매니폴드(20)에 고정된다. 하부 다이(12)에 형성된 수직 통로(47)는 하부 다이의 상방 대면 표면(48)에 대해 개방된다. 하부다이(12)는 매니폴드(20)의 수직 통로(46)가 하부 다이(12)의 수직 통로(47)와 정렬되도록 적절한 십자 키이(도시 생략)에 의해 매니폴드(20) 상에 수평하게 정렬된다.
특정 공구의 상부 다이(14)는 플로팅 장치의 상승기(18)에 고정된다. 특히, 다이(14)는 하부 다이(12)에 접촉하지 않을 때 약 12.7 cm (5 inch)정도 상승기(18)로부터 이격되어 있다. 제11도를 보면, 두 개의 리테이너 브래킷(19)이 상승기(18)의 각 측면에 위치하고 두 개의 리테이너 핀(21)은 상부 다이(14)의 각 측면에 위치한다. 리테이너 핀(21) 및 브래킷(19)은 다이(14) 및 상승기(18)를 함께 연결한다. 특히, 브래킷(19)의 슬롯(23)은 리테이너 핀(21)이 그 안에서 활주하는 것을 허용한다. 상부 다이(14)가 하부 다이(12)에 접촉하지 않을 때 상부 다이(14)는 상승기(18)로부터 가장 멀리 이격되어 있다. 다이(14)가 하부 다이(12)와 접촉함으로써 핀(21)은 브래킷(17)의 슬롯(23)을 따라 수직 상방으로 활주하며, 이로써 상부 다이(14)와 상승기(18) 사이의 간격이 감소된다. 외측 활주부(11)가 제1도 및 제11도에 도시된 것처럼 최종 위치로 내려가면, 핀(21)은 브래킷(19)의 슬롯(23)의 상부에 도달하게 되며 상부 다이(14)는 상승기(18)와 접촉하게 된다.
한 쌍의 힐 블럭(60, 제1도 및 제6도)은 상부 다이(14)의 각 모서리에 고정되어 다이(14)가 다이(12) 상에 밀착 정렬되는 것을 도와주어서 완벽한 정렬을 보장해준다. 각각의 힐 블럭(60)은 그 하부에서 내측으로 면하는 부분에 청동 마모판(62)을 구비하는데, 이 마모판은 하부 다이(12)의 외측 표면에 접촉하여 이 표면을 따라 보강 부착된다. 따라서, 다이(12, 14)는 외측 활주부(11) 및 상부 상승기(18)가 램에 의해 하강하며 상부 다이(14)가 하부 다이(12) 상에 하강할 때마다 완전한 수평 정렬을 이루게 된다.
제2도는 제1도에 도시된 장치(10)를 상승기와 상부 및 하부 다이가 제거된 상태로 도시한 측면도이다. 제2도에는 본 발명에 따른 네 개의 기둥식 실린더 조립체 부분을 형성하는 두 개의 유압 실린더 유닛(26, 32)이 도시되어 있다. 이 장치의 다른쪽 측면에는 두 개의 동형 실린더 유닛(24, 33, 제3도)이 위치된다. 네 개의 유압실린더 유닛은 동형이며, 실린더(27)에 대한 하기의 설명은 나머지 세 개의 실린더유닛에도 동일하게 적용된다. 실린더 유닛(27)은 하부 헤드(38), 실린더(40) 및 피스톤 로드(42)를 포함한다. 실린더 유닛들은 볼트 또는 나사 등과 같이 이 기술분야에 공지되어 있는 수단에 의해 터브(22)의 베드(27)의 상부에 설치된다. 피스톤 로드(42)는 여러 가지 강철에 의해 내측 활주부(13)의 바닥부에 연결되며, 내측활주부(13)의 이동과 함께 이동되도록 구성되어 있다. 피스톤 로드(42)는 종래의 수단에 의해 칼라(43)에 설치된다. 별도의 블럭(44)은 판에 용접되며, 피스톤(42)구역에 이르기까지 연장되도록 종래의 수단에 의해 칼라(43)에 체결된다. 또 다른 별도의 블럭(45)은 스트로크 및 프레스 편차를 조정하기 위해 블럭(44)의 상부에 마련된다. 블럭(45)과 피스톤 로드(42) 및 내측 활주부(13)의 바닥부는 블럭(45)의 바닥부를 통해 내측 활주부(13)의 표면에 이르기까지 연장되는 나사(도시 생략)와 같은 적절한 수단에 의해 유닛으로써 이동하도록 서로 견고하게 연결된다. 각각의 실린더 유닛은 45.72 cm (18 inch) 스트로크와 0.057 내지 0.249 m3(15 내지 65 gallon)인 용액으로 작동하기에 적합하지만, 이들 매개 변수들은 장치(10)의 전체적인 크기 및 용량에 따라 가변적이다.
실린더 유닛의 각 측면에는 한 쌍의 수직하게 적층된 가스 스프링(34, 36)이 설치되어 있는데, 이들 중 한쪽 반부만이 제2도에 도시되어 있다. 두 개의 가스스프링(34, 36)은 서로 대향하게 설치되어 있다. 하부 스프링(34)은 그 기부(52)에서 스프링(34)을 기부에 견고하게 고정시키기 위해 나사와 같은 종래의 수단에 의해 기부 블럭(54)을 거쳐 실린더의 기부(38)에 적절하게 고정된다. 결합기(60)는 하부 스프링(34)의 피스톤 로드(도시 생략)에 설치된다. 상부 스프링(36)의 피스톤 로드(도시 생략)는 결합기(60)의 포켓(도시 생략)에 위치한다. 스프링(36)의 기부는 피스톤 로드(42)에 연결된 칼라(43)에 종래의 수단에 의해 설치된다.
역지 밸브(도시 생략)는, 실린더 유닛을 매니폴드(20)에 연결하고 매니폴드(20)에 있는 수평 통로(44)와 실린더 유닛 사이에 유체 연통을 제공하는 블록(50, 제1도)의 내측에 설치된다.
이와 달리, 상기 미국 특허 출원 제07/855,815호에 기재된 것과 같은 두 개의 기둥식 유압 실린더 조립체도 사용할 수 있다. 그러나, 네 개의 기둥식 실린더 조립체는 이 조립체에 의해 이송될 유압을 사용하여 복잡한 부품을 성형하는 것을 허용하는 높은 압력에서 많은 양의 유체를 이송하기 때문에 바람직하다. 필터 조립체와 유체 복귀부 및 밸브 조립체는 상기 두 개의 기둥식 실린더 조립체에서 설명한 것처럼 실린더 조립체의 하부 헤드(38)내에 이와 연결된 상태로 마련되는데, 이에 대한 설명은 생략한다.
내측 활주부(13)에 의해 각 실린더 유닛 상에 가해진 압력 때문에, 실린더유닛의 피스톤 로드(42) 및 블럭(44, 45)이 하강하면서 비틀리는 경향이 있으며, 이는 피스톤 로드(42)가 하강하면서 수직하게 적층된 가스 스프링(34, 36)이 비틀리는 경향을 야기한다. 비틀림 효과에 대항하기 위하여 스트로크 조정 및 회전 방지 조립체(41)가 각 실린더 유닛(제3도)의 양 측면에 설치되어 있다. 제10도에 상세하게 도시된 것처럼, 조립체(41)는 내측 활주 부재(45)와 고정 부재(47)를 포함한다. 고정 조립체(47)는 실린더 유닛의 기부 블럭(54) 및 실린더(40)의 측면에 설치된다. 내측 활주 부재(45)는 한쪽 단부에서 칼라(43)에 설치된다. 고정 부재(47)는 그 내부에 내측 부재(45)를 수납하도록 구성된다. 내측 활주 부재(47)는 고정 부재(47)내에서 자유롭게 활주하며, 칼라(43)로써 활주하며, 따라서 로드(42)는 상승 또는 하강하게 된다. 피스톤 로드(42)의 연장을 제어하여 실린더 유닛에 의해 이송된 스트로크를 제어하기 위하여, 구멍(49)은 그 안에 핀(51)을 수납하도록 고정부재(47)를 따라 천공된다. 핀(51)은 고정 부재(47)를 따르는 어떠한 구멍(49)에도 위치할 수 있다. 내측 부재(45)는 도시된 것처럼 그 중심을 따라 개방되며 수평 기부(53)에서 종결된다. 고정 부재(47)를 따라 형성된 특정 구멍(49)에서의 핀(51)의 변위는 내측 부재(45)의 기부(53)가 구멍을 지나 수직하게 이동되는 것을 방지한다. 따라서 실린더 유닛의 스트로크는 핀(51)의 변위에 의해 제어 및 변화된다. 또한, 피스톤 로드(42) 및 블럭(44, 45)이 하강함으로써 조립체(41)가 칼라(43) 및 피스톤 로드(42) 그리고 블럭(44, 45)이 회전되는 것을 방지한다.
제3도는 제1도의 장치(10)의 하반부의 평면도로서 터브(22)와, 실린더 유닛(24, 26, 32 33) 및 하부 다이(12)를 포함하는 네 개의 기둥식 실린더 조립체를 도시한다. 상술한 것처럼, 장치(10)는 벽(30)에 의해 둘러싸인 터브(22)에 수납된다. 터브(22)의 각 모서리에는 실린더 유닛이 위치한다. 터브(22)의 중심에는 매니폴드(20, 점선으로 도시되어 있음)에 설치된 하부 다이(12)가 위치한다. 하부 다이(12)의 각 모서리에는 그 안에 정지 블럭(72)이 위치한 리세스(70)가 있다. 각 정지 블럭(72)은, 성형되는 블랭크의 금속 두께의 절반만큼의 양으로 상부 다이(14) 및 하부 다이(12)가 접촉되는 것을 방지하기 위한 크기를 갖고 설치된다. 따라서, 상부 다이(14)가 다이(12, 14)들 사이에 위치한 블랭크와 함께 램에 의해 하강되면 정지 블럭(72)이 대응하게 하방으로 면하는 상부 다이(14)의 표면에 접촉하지 않게 된다. 그러나, 다이(14)가 램에 의해 하강하고 다이(12, 14)들 사이에 블랭크가 위치하지 않으면, 하방으로 면하는 상부 다이(14)의 표면은 정지 블럭(72)에 접촉하게 되고, 그에 의해 다이(12, 14)의 접촉이 방지된다.
상술한 것처럼 하부 다이(12) 및 매니폴드(20)에 형성된 통로는 하부 다이(12)의 상부 표면 상의 여러 지점(47)에서 하부 다이(12)의 상부 표면에 대해 개방된다. 단지 7개의 개구(47)만이 제3도에 도시되었으나 필요한 제품 프린트의 크기 및 복잡한 정도에 따라 더 많은 또는 더 적은 수의 개구를 마련할 수도 있다.
필요한 제품 프린트는 상부 다이(14)에 형성된다. 다이(14)에 의해 형성된 제품 프린트의 외주연은 제3도에 선(74)으로 도시되어 있다. 블랭크(17)는 설정기(76) 및 리프터(77)에 의해 둘러싸인 하부 다이(12) 상에 위치한 것으로 도시되어 있다. 설정기(76) 및 리프터(77)는 제품 프린트를 형성하는 외주연(74)의 외측에 위치된다. 사다리꼴 영역(80)에 의해 도시된 설정기와 외주연(74) 사이에는 상부 다이 상의 수형 비이드와 하부 다이상의 암형 비이드의 형태인 파지 비이드들이 위치하는데, 이에 대해서는 제7도 내지 제9도를 참조하여 이후에 상세하게 설명한다. 비이드들은 외주연(74)의 네 개의 측면들을 따라 진행된다.
제4도는 하부 다이(12) 상에 하강한 상부 다이(14)를 갖춘 리프터(77)의 단면도이다. 하부 다이(12)는 내부에 형성된 수직 연장 구멍(78)을 갖는다. 구멍(78)은 원형 단면을 취한다. 정지구(81)는 구멍(78)의 상부에 위치된다. 정지구(81)는 구멍(78)의 직경보다 작은 직경을 갖는 원형 단면을 취하는 구멍(82)을 그 안에 형성하고 있다. 정지구(81)는 구멍(78) 안으로 연장되는 턱부(84, ledge)를 형성한다. 리프터(77)는 구멍(78)에 위치한다. 리프터(77)는 두 개의 섹션(86, 88)에 의해 형성된다. 이 섹션(88)은 정지구(81)에 형성된 구멍(82)의 직경 보다 약간 작은 직경을 갖는 원형 단면의 로드이다. 섹션(86)은 그 안에 공동(90)을 형성한 원통형이다. 섹션(87)의 외경은 구멍(78)의 직경 보다 약간 더 작다. 선반부(92, shelf)은 로드(88)가 실린더 섹션(86)과 만나는 위치에 형성된다. 공동(90)의 치수는 코일 스프링(점선으로 도시됨)이 공동(90)내에 끼워지는 것을 허용한다.
리프터(77)를 하부 다이(12)에 위치시키기 위해서 구멍(78)이 우선 천공된다. 그 다음에, 나중에 정지구(81)로 대체되는 다이(12)의 일부를 제거한다. 그 다음에 코일 스프링을 하부 다이(12)의 구멍(78) 안에 하강시킨다. 리프터(77)는 코일 스프링이 공동(90)의 내측에 끼워지도록 삽입된다. 이 스프링은 자연적으로 신장 상태로 된다. 리프터(77)는 하방으로 밀려서 스프링(94)을 압축하게 되고 정지구(81)는 구멍(78)에 걸쳐 위치한다. 압력이 리프터(77)로부터 제거되면 코일스프링(94)은 자연적으로 신장 상태로 복귀하려고 하지만 리프터(77)는 정지구(81)에 의해 구멍(78)을 나오는 것이 방지된다. 스프링(94)이 이의 신장 상태로 복귀하려고 함으로써 리프터(77)가 하부 다이(12)의 표면 쪽으로 이동하게 된다. 선반부(92)는 정지구(81)에 접촉해서 리프터(77)가 더 이상 진행하는 것을 방지한다. 리프터(77)의 로드(88)는 하부 다이(12)의 표면 위로 1.27 cm (0.50 inch) 정도 연장된다. 상부 다이(14)가 하부 다이(12) 상에 하강하면 다이(14)의 평표면은 리프터(77)를 제4도에 도시된 것처럼 구멍(78) 안으로 밀어낸다. 제3도에 도시된 설정기(76)는 제4도에 도시된 리프터(77)와 동일하지만, 설정기(76)의 로드(88)가 하부 다이(12)의 표면 위로 3.18 cm (1.25 inch) 정도 연장된 것이 다르다. 제3도에 도시된 것처럼, 리프터(77)는 하부 다이(12)의 정면 및 후면에 위치한다. 설정기(76)는 하부 다이(12)의 측면을 따라 그리고 리프터(77)의 각 측면 상에 위치한다. 설정기(76) 및 리프터(77)의 기능에 대해서는 장치(107)의 작동에 대한 설명시에 더 상세하게 보충하기로 한다.
제5도는 하부 다이(12) 상에 상부 다이(14)가 하강한 상태인 제3도의 5-5선을 따라 취한 단면도이다. 하부 다이(12)의 표면은 홈통(107)에서 연결된 중심으로 경사진 평표면(104)의 외측면 상에 외측의 수평 평표면(100)을 포함한다. 하부 다이(12)의 수평 평표면(100)에는 암형 비이드(110)가 형성되어 있다. 이 암형 비이드(110)는 제3도에 도시된 것처럼 사다리꼴 형상(80)인 제품 프린트를 형성하는 외주연(74)의 바로 외측에 위치한다.
상부 다이(14)는 하방으로 면하는 다이 표면을 갖는다. 상부 다이(14)의 표면은 곡부(116)에서 연결된 중심으로 경사진 평표면(114)의 외측면 상에 외측의 수평 평표면(112)을 포함한다. 상부 다이(14)의 수평 평표면(112) 안으로는 수형비이드(120)가 형성된다. 암형 비이드(110)와 마찬가지로 수형 비이드(120)는 제품 프린트의 외주연(74) 바로 외측으로 진행한다. 수형 비이드(120)는 상부 다이(14)가 하강하면 암형 비이드(110)와 수직으로 정렬되며, 암형 비이드(110)에 의해 형성된 공동 내측에 끼워진다. 수형 및 암형 비이드에 대해서는 제7도 내지 제9도를 참조하여 이후에 상세하게 설명한다.
수형 비이드(120)의 외주연에 위치한 상부 다이(14)의 표면은 필요로 하는 제품 프린트를 형성한다. 제5도에 도시된 필요로 하는 제품 프린트는 복잡한 형상이다. 곡부(116)는 블랭크가 감싸여지고 제5도에 도시된 것처럼 지점(116)의 우측이 블랭크가 이동하여야 하는 깊은 공동이 되도록 밀접한 반경을 갖는다. 도면에는 특정 제품 프린트가 도시되어 있으나 본 발명은 이러한 특정 제품 프린트에만 제한되지는 않는다. 본 발명은 형상을 다양화시키기 위해 사용할 수 있는 제어가능한 유압 성형에 관한 것이다. 체결 기구(300)는 이후에 상세하게 설명하는 것처럼 제5도에 도시된 장치(10)의 각 측면에 마련된다.
제6도는 상부 다이(14)가 하부 다이(12)상에 하강한 상태인 제3도의 6-6 선을 따라 취한 단면도이다. 암형 비이드(110)에 의해 형성된 외주연 내측에 위치한 하부 다이(12)의 표면은 거의 일정하다. 수형 비이드(120)에 의해 형성된 외주연 내측에 위치한 상부 다이(14)의 표면은 중심 오목부를 형성한다.
제7도에는 하부 다이(12) 상에 하강한 상부 다이(14)의 일부가 도시되어 있다. 특히, 수형 비이드(120)는 암형 비이드(110)에 의해 형성된 공동에서 맞물린다. 제3도를 참조하여 설명한 것처럼 수형 비이드(120)는 사다리꼴 형상(80)으로 외주연을 따라 진행한다. 외주연(74)의 내측에는 상부 다이(14)에 형성된 필요로 하는 제품 프린트가 있다. 수형 비이드(120)는 블랭크(16)를 필요한 형상의 제품으로 유압 성형하는 것을 제어한다. 이러한 제어는 외주연(74)을 따르는 수형 비이드(120)의 형상을 변화시킴으로써 가능하다. 수형 비이드(120)를 변화시키는 것은 제품 프린트 및 블랭크 재료의 특성에 따라 좌우된다. 제7도에서 수형 비이드(120)는 대체로 장방형인 단면을 취하는 것으로 도시되어 있다. 수형 비이드(120)에 의해 작용된 제어력은 비이드(120)의 모서리(121)의 형상에 의해 결정된다. 모서리(121)가 제7도에 도시된 것처럼 날카로우면 비이드(120)는 블랭크(16)안으로 결합되어 블랭크(16)가 이 위치에서 미끄러지는 것을 방지한다. 제7도를 참조하여 설명하는 것처럼 모서리(121)가 등글게 되어 있으면 이 위치에서의 블랭크(16)는 비이드(120)를 지나 유동할 수 있다. 이러한 유동의 양은 비이드(120)의 모서리(121)의 곡률 반경에 따라 좌우된다.
이러한 제어를 수행할 필요성을 이해하기 위하여, 필요로 하는 제품 프린트에 대하여 살펴볼 필요가 있다. 제5도에서, 필요로 하는 제품 프린트는 블랭크(16)가 둘러싸이는 작은 곡률 반경을 갖는 지점(116)을 갖는다. 또한, 지점(116)의 우측으로는 블랭크(16)가 이동하여야 하는 깊은 공동이 있다. 이 기술분야에 숙련된 자에게는 공지되어 있는 것처럼 블랭크가 파열과 같은 결함이 발생되기 전에 어느정도 신장될 수 있는지는 블랭크(16)의 재료 특성에 따라 결정된다. 따라서, 몇몇 제품들은 필요로 하는 제품 프린트의 복잡성 및 사용된 블랭크의 특성 때문에 100 %신장 성형될 수는 없다. 따라서, 블랭크가 신장될 수 있는 곳 및 유동이 허용되어야 하는 곳이 결정된다. 이러한 결정을 얻기 위해서는 수개의 요소들이 고려되어야 한다. 한가지 요소는 필요로 하는 제품 프린트에 대해 힘이 가해지는 블랭크의 최초 길이이다. 두번째 요소는 신장되어야 하는 원래 블랭크의 길이에 대한 최종 길이이다. 최종 길이는 최초 길이를 측정하는 데에 사용된 동일한 두개의 지점 사이에서의 필요로 하는 제품 프린트의 길이이다. 세번째 요소는 블랭크가 받게 되는 최대 변형이다. 최대 변형은 블랭크의 특성, 특히 게이지 또는 n값과 같은 특성에 따라 좌우된다. 이들 세 개의 요소를 고려하여 하기의 방정식을 사용하면 블랭크가 100 % 신장될 수 있는지를 결정할 수 있다.
0 ≤ 최대 변형(%) - [(최종 길이-최초 길이) 최초 길이] x 100
이 방정식이 만족되면 블랭크는 100 % 신장 성형될 수 있다. 그렇지 않으면 블랭크는 상부 다이(14)에 형성된 제품 프린트 안으로의 유동이 허용되어야 한다.
상기 방정식은 제5도를 참조하여 설명한 본 발명의 제품 프린트에 적용된다. 상부 다이(14)의 좌측면 상의 수형 비이드(120)로 부터 지점(116)에 이르기까지 블랭크의 원래 길이는 약 157.48 cm (62 inch)이다. 제품 프린트의 상기 부분을 따르는 블랭크의 최종 길이는 약 165.1 cm (65 inch)이다. 바람직하게는 2 % 내지 7 % 범위인 최대 변형값을 갖는 블랭크를 사용함으로써 이 방정식은 만족되며, 따라서 제5도의 좌측에 있는 수형 비이드(120)는 블랭크(17)에 결합되는 형상이며 유압 성형 공정 중에 미끄러지는 것을 방지한다. 제5도에 도시된 것처럼 이 장치의 우측에서는 지점(116)으로 부터 수형 비이드(120)에 이르기까지 블랭크의 원래 길이가 깊은 공동에 의해 형성된 제품 프린트의 최종 길이 보다 매우 더 짧다. 이 블랭크(16)는 공동의 형상에 맞게 100 %신장될 수는 없다. 따라서 이 장치의 우측에서 수형 비이드(120)는 블랭크가 수형 비이드(120)를 지나서 필요로 하는 제품 프린트의 공동 안에 이르기까지 유동하는 것을 허용하도록 성형되어야 한다.
제3도를 보면, 필요로 하는 제품 프린트는 블랭크에 결합되도록 그리고 블랭크가 측면(92)으로부터 유동하는 것을 허용하는 외주연의 측면(71, 73, 75)을 따라 수형 비이드(120)의 형상을 조정함으로써 성형될 수 있다.
제8도에는 블랭크에 결합되어 제7도에 도시된 것처럼 박판 블랭크가 수형 비이드(110)에 맞물려 미끄러지는 것을 방지하는 형상을 취하는 수형 비이드(120)가 도시되어 있다. 비이드의 크기 및 형상은 비이드 및 박판 금속 블랭크를 형성하는데 사용된 다이의 크기 및 재료와 같은 요소에 따라 다소 좌우되지만 다음의 치수 조건도 중요하다. 수형 비이드(120)는 수평 기부 섹션(200) 및 에지(202)를 포함한다. 비이드의 전체폭(W1)은 2.54 cm (1.0 inch)가 바람직하다. 비이드의 높이(H1)는 0.97 cm (0.38 inch)가 바람직하다. 에지들은 수직축(V)에 대해 30°의 각으로 경사지는 것이 바람직하다. 상술한 것처럼 수형 비이드(120)는 대체로 장방형인 단면을 취한다. 비이드(120)를 실제로 제어하는 것은 두 개의 모서리(204)에 의해 결정된다. 제8도에 도시된 것처럼 모서리(204)는 수평 기부(200)와 만나는 평면 에지(202)에 의해 형성된 형상을 취한다.
암형 비이드(110)는 하부 다이(12)에 공동을 형성한다. 암형 비이드(110)의 형상은 상술한 것처럼 수형 비이드(120)와 거의 동일하다. 그러나, 수형 비이드(120)와는 달리, 암형 비이드(110)는 그 외주연의 전체 길이를 따라 동일한 형상을 취한다. 암형 비이드(110)는 수형 비이드(120)와 동일한 전체폭(W1)을 갖는다. 비이드(110)의 모서리는 0.64 cm (0.25 inch)의 반경을 갖는 것이 바람직하다. 상부 다이(14)가 제8도에 도시된 것처럼 하부 다이(12) 상에 하강하면 수형 비이드(120)의 모서리(204)가 수형 및 암형 비이드의 기부 섹션들 사이에서 그리고 에지섹션들 사이에서 블랭크를 압착한다. 바람직한 수형 비이드(120)의 기부(200)와 암형 비이드(110)의 기부 사이의 간격은 상부 다이(14)가 하부 다이(12)상에 하강되었을 때 블랭크의 두께에서 0.025 cm (0.010 inch)를 뺀 값이다.
제9도는 블랭크가 암형 비이드(110)에 맞물린 비이드(120)를 가로질러 유동하는 것을 허용하는 형상을 취하는 수형 비이드(120)를 도시한다. 비이드(120)의 모서리(204)는 제7도 및 제8도에 도시된 비이드의 모서리에 비해 둥글게 되어 있다. 모서리(204)는 1.57 cm (0.62 inch)를 갖는 것이 바람직하다. 상부 다이(14)가 하부 다이(12)상에 하강할 때, 블랭크는 수형 및 암형 비이드 사이에 결합되지 않고, 대신에 주형 공동안으로 화살표 방향으로 상부 다이(14)에 형성된 필요로 하는 제품프린트 안으로 유동할 수 있다.
양호한 실시예에 따르면 본 발명의 장치(10)는 재료 유동이 제어가능한 유압 성형을 수행하도록 설계되어 있다. 특히, 상부 다이(14)에 의해 형성된 제품프린트는 0.076 cm(0.030 inch) 두께의 박판 금속 블랭크(17)로부터 형성되는 복잡한 형상의 자동차 데크 리드이다. 수형 비이드(120)는 상부 다이(14) 부분이며 RC 58 내지 60의 경도를 갖는다. 암형 비이드(110)는 하부 다이(12) 부분이며 RC 58 내지 60의 경도를 갖는다. 제3도를 보면 외주연(74)의 세 개의 측면(71, 73, 75)을 따르는 수형 비이드(120)는 제8도에 도시된 것처럼 블랭크에 결합되는 형상이다. 외주연(74)의 네번째 측면(79)을 따르는 비이드(120)의 모서리(204)는 블랭크가 상기 에지를 따라 비이드(120)를 지나 유동하는 것을 허용하도록 둥글게 되어 있다. 네번째 측면의 주요부를 따르는 비이드(120)는 제9도에 따른 형상을 취한다. 측면(79)의 단부로부터 측면(79)의 중심쪽으로 12.7 cm (5 inch)를 포함하는 전이 영역에서 비이드(120)의 곡률 반경은 제8도에 도시된 것으로부터 제9도에 도시된 것에 이르기까지 증가된다. 제품 프린트의 외주연(74)을 따라 수형 비이드(120)의 모서리를 변화시키면 신장 및 인발의 혼합 성형을 일으킨다. 특별한 형상을 취하는 수형 및 암형 비이드에 대하여 도시하였으나 본 발명은 상기 실시예에만 제한되지는 않는다. 블랭크 상에 필요한 제어를 수행하도록 변경된 본 발명에 따르면, 미국 특허 제4,576,030호에 기재된 비이드는 비이드의 형상이 사용될 수 있다. 또한, 다른 영역에서 블랭크를 파지하는 동안에 블랭크 재료가 동일한 영역에서 유동하는 것을 허용하는 다른 수단도 본 발명에 사용될 수 있다.
장치(10)의 작동에 대하여 하기에 설명한다.
기부 다이는 지지부이고 본 발명의 입력 변환기는 특정 공구가 상부 및 하부 다이를 포함하면서 필요로 하는 제품을 형성하도록 상호 교환 가능한 부착 수단을 포함한다.
개방 위치에서 내측 활주부(13)는 상부 위치에 있다. 또한 외측 활주부(11), 상승기(18) 및 상부 다이(14)는 수개의 하부 다이(12)로부터 수 피트만큼 위인 상부 위치에 있다. 장방형인 박판 금속 블랭크(16)는 하부 다이(12)의 상부에 위치한다. 블랭크(17)는 제1도에 도시된 장치(10)의 좌측으로부터 로드된다. 설정기(76) 및 리프터(77)는 이들의 상승된 위치에 있다. 설정기(76)는 이 설정기의 에지와 블랭크(16)를 안내하여 리프터(77)를 블랭크 아래에 위치시킴으로써 하부다이(12)상에 적절하게 위치하도록 블랭크(16)를 안내한다. 블랭크(16)는 최종 위치에 있을 때 하부 다이(12)의 평표면 상에 위치한다.
블랭크가 적절하게 로드됨으로써 외측 활주부(11)는 하강되어 상부 다이(14)를 블랭크(16) 및 하부 다이(12) 쪽으로 이동시킨다. 상부 다이(17)의 지점(116)은 블랭크(16)에 우선 접촉하여 힘을 가하여 상기 지점을 둘러싼다. 외측 활주부(11)가 계속해서 하강함으로써 블랭크(16)는 제1도에 도시된 다이(12, 14)들의 표면의 단면과 매우 유사한 형상을 취한다. 다이(14)가 완전히 하강되면 수형 비이드(120)는 블랭크(16)에 대해 압착되며, 수형 비이드 및 블랭크는 암형 비이드(110)에 의해 형성된 공동 안으로 가압된다. 외주연(74)의 세 개의 측면(71, 73, 75)을 따르는 수형 비이드(120)는 블랭크(16)에 결합되며, 외주연(74)의 네번째 측면(79)을 따르는 수형 비이드(120)는 블랭크(16)가 필요로 하는 제품 프린트의 공동 안으로 유동하는 것을 허용한다. (제1도 및 제5도에 도시된 다이의 우측 참조)
내측 활주부(13)는 하강하여 실린더 조립체의 블럭(44, 45)과 칼라(43) 및 피스톤 로드(42)를 하방으로 가압해서, 실린더로부터 하부 헤드(38)의 밸브를 통해서 통로(44, 47, 49)에 그리고 블랭크와 하부 다이(12)의 상부면(48)에 이르기까지 유압이 가해진다. 이 실시예에 사용된 유체는 95 %가 물이다. 나머지 5 %는 녹 및 부식을 방지하고 윤활을 돕기 위한 부가제이다. 이 유체로는 이. 에프. 휴우턴 앤드 캄파니로부터의 하이드로루브릭 123(Hydrolub1ic 123)이 상용으로 입수가능하다. 하부 다이(12)의 상부면(48)에 공급된 유체는 상부 다이(14)의 표면에 대해 블랭크를 가압하기에 충분한 압력이며 이로써 필요로 하는 제품 프린트의 형상에 맞출 수 있다. 블랭크(16)가 비이드(120)에 의해 견고하게 파지되는 외주연(74)의 세 개의 측면(71, 73, 75)을 따라 블랭크(16)는 필요로 하는 제품 프린트에 대해 신장된다. 제4 측면(79)을 따르는 비이드(120)는 블랭크(16)가 필요로 하는 제품 프린트에 형성된 깊은 공동 안으로 유동하는 것을 허용한다.
블랭크(16)를 상부 다이(14)에 형성된 제품 프린트 공동에 맞게 완전하게 성형하는데 필요한 유압은 블랭크(16)의 특성 및 두께 그리고 제품 프린트의 여러부분의 형상에 따라 좌우된다. 따라서, 필요한 유압은 특정 공구가 교환되거나 블랭크(16)의 매개 변수가 변화할 때마다 달라진다. 실린더 조립체의 하부 헤드(38)에 부착된 압력 해제 밸브는 매회의 상이한 성형 작동에 필요한 압력에 맞게 조정된다. 또한, 필요로 하는 제품 프린트를 둘러싸는 수형 비이드의 형상은 각각의 특정 공구에 대해서 달라진다.
성형 작동이 완료된 후에 내측 활주부(13)는 상승되며 실린더 유닛의 스프링(34, 36)은 칼라(43)를 상방으로 밀어서 유압 실린더 유닛을 재고정시키도록 피스톤 로드(42) 및 블럭(44, 45)을 상승시킨다. 상부와 하부 다이(14, 12) 사이에서 해제된 또는 방출된 유체는 기부와 터브(22)의 벽에 의해 형성된 유체 저장조 팬 안으로 떨어지며 적절한 밸브식 포트(도시 생략)를 통해 하부 헤드(38)안으로 배출된다. 장치(10)는 자동으로 재순환되는 유체계를 구비한다.
내측 활주부(13)가 상승되면 외측 활주부(11)도 또한 상승되며 상부 다이(14)를 성형된 블랭크와 하부 다이(12)로부터 상승시킨다. 리프터(77)가 작동되어 금속을 하부 다이(12)의 평표면으로부터 상승시킨다. 상기 성형된 블랭크는 장치(10)로부터 수동으로 또는 기계 장치에 의해 제거할 수 있다.
본 발명의 장치(10)로 상이한 제품을 성형하려고 하면 종래 기술의 장치 및 45,359 kg (100,000 pounds)가 넘는 크고 복잡한 부품에서처럼 프레스 프레임 내의 다이 부품을 전체적으로 교체하는 대신에 특정 공구 및 다이 반부(12, 14)만 교체하면 된다. 본 발명의 두 개의 다이(12, 14)는 비교적 작고 약 4,536 kg (10,000 pounds) 정도의 총중량을 갖는다. 이는 종래 기술에 비해 매우 경제적이고 현저한 개선점을 제공한다.
체결 기구는 종래의 이중 작동식 프레스 및 특히 제1도에 도시된 장치(10)에 대해서 바람직하게 개장할 수 있다. 체결 기구가 본 발명의 제어 가능한 유압 성형 프레스에 대해서 개장된 것으로 도시되었으나, 미국 특허 제4,576,030호에 기재된 프레스 및 미국 특허 출원 제07/855,815호에 기재된 프레스와 같은 다른 프레스에도 사용할 수 있다. 체결 기구는 제5도 및 제11도를 참조하여 설명한다. 체결 기구는 도면 부호(300)로 도시되어 있다. 제5도에 도시된 것처럼 두 개의 동일한 체결기구는 장치(10)의 각 측면 상에 위치한다 체결 수단은 세 개의 주요 부재를 포함한다. 구동기(210)는 내측 활주부(13)와 함께 이동하도록 내측 활주부(13)에 설치된다. 상승기(18)의 각 측면에는 구동기 안내부(212)가 고정된다. 구동기 안내부(212)는 이 기술 분야에 숙련된 자에게는 잘 알려져 있는 종래의 수단에 의해 상승기(18)에 고정된다. 구동기 안내부(212)는 내측 활주부(13)가 제5도에 도시된 것처럼 하강했을 때 구동기(210)가 그를 통하여 연장하게 되는 통로를 자체 내에 형성하고 있다. 구동기 안내부(212)는 상술한 것처럼 상부 다이(12)를 상승기(18)에 연결하는 브래킷(19, 제11도)들 사이에 위치한다. 체결 아암(216)은 피봇 연결부(118, 제11도)를 갖는 블럭에 의해 매니폴드(20) 상에 설치된다. 경사진 표면을 갖는 나머지 블럭(220)은 체결 아암(216)의 바로 아래에서 터브(22)의 기부(28)에 연결된다.
구동기(210)의 단부는 체결 아암(216)에 면하여 각을 이룬 경사 표면(122)을 갖는다. 이 표면(122)은 수직에 대해 31°의 각을 형성하는 것이 바람직하다. 체결 아암(216)의 상부에서는 구동기(210)에 면하여 각을 이룬 경사 표면(124)이 있다. 이 표면(124)은 수직에 대해 36°의 각을 형성하고 경사 표면의 상부 및 바닥부에 큰 반경을 갖는 것이 바람직하다. 경사 표면(124)의 반대측에 있는 체결아암(216)의 상부에는 립(130)이 있다. 아암(216)이 자체의 체결 위치에 있으면 아암(216)의 립(130)은 상부 다이(14)의 상부 위에 있게 되어 제5도에 도시된 것처럼 상방으로 이동하는 것이 방지된다. 아암(216)이 제5도에 점선으로 도시된 것처럼 자체의 비체결 위치에 있으면 립(130)은 다이(14)의 상부로부터 분리된다. 립(130)은 상부 다이(14)의 상부에 설치된 블럭(131) 위에 위치하는 것이 바람직하다. 립(130) 및 블럭(131)은 수평에 대해 5°인 경사 표면을 갖는 것이 바람직하다.
내측 활주부(13)가 자체의 상승된 위치에 있으면 구동기(210)의 표면(122)은 체결 아암(216) 위에 위치하고 아암(216)에 전혀 접촉하지 않는다. 아암(216)의 기부(160)는 블럭(220) 위에 놓이고 따라서 아암은 점선으로 도시된 것처럼 상부 다이(12)로부터 수직에 대해 3.75°경사진다. 내측 활주부(13)가 하강하면 구동기(210)의 경사 표면(122)은 아암의 경사 표면(124)과 접촉하게 된다. 이들 표면이 서로 접촉함으로써 아암은 구동기(210)에 의해 다이(14)쪽으로 밀려난다. 결국, 아암(216)이 자체의 상방 체결 위치에 있으면 구동기(210)는 제11도에 도시된 것처럼 아암의 후방을 따라 활주한다.
제11도에 도시된 것처럼 체결 아암(216)은 리테이너 브래킷(19)들 사이에서 연장되고 따라서 아암(216)이 이의 체결 위치에 있을 때 상부 및 하부 다이의 측면의 거의 전체를 덮게된다. 성형 공정 중에 상부 다이(14)는 실린더 조립체에 의해 이송된 액체로부터의 높은 압력에 노출된다. 상부 다이(14)가 편향될 가능성은 다이(14) 상에 작용된 유체의 압력이 증가함으로써 증가된다. 아암(216)은 다이(12, 14)를 이들의 측면상에서 지지하며 따라서 성형 공정 중에 다이들을 수직 정렬 상태로 유지하는 것을 돕는다.
제11도는 제5도에 도시된 장치의 우측에서 자체의 체결 위치에 있는 체결 아암(216)을 도시한 것이다. 구동기(210)는 이의 하부 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 상승기(18)는 브래킷(19)의 리테이너 핀(21)들이 이들의 상부 위치에 있도록 상부 다이(14)에 대해 압착된다. 또한, 제11도에는 체결 아암(216)에 면하는 리테이너 브래킷(19)의 측면 상에 위치한 강제 복귀부(25)와, 체결 아암(216)의 양측면 상에 위치한 강제 복귀부(27)가 도시되어 있다. 이 복귀부(25)는 상부 다이(14)상에 위치시킬 수도 있다.
제12도는 브래킷(19)상에 위치한 복귀부(25)를 도시한다. 복귀부(25)는 경사표면을 갖는 강철 블럭을 포함한다. 이 경사 표면은 수직에 대해 36°의 각을 형성하는 것이 바람직하다. 제13도는 체결 아암(216)의 한 측면 상에 위치한 복귀부(27)를 도시한다. 브래킷 상에 위치한 복귀부와 마찬가지로 이 복귀부도 경사 표면을 갖는 강철 블럭을 포함한다. 복귀부(27)상의 경사 표면은 아암 상의 경사 표면과 일치한다. 제5도 및 제11도를 보면, 성형 공정이 완료된 후에 체결 아암(216)은 상부 다이(14)가 상승되도록 자체의 비체결 위치로 후방으로 경사져야 한다. 유체압력이 제거되면 상부 다이(14)는 약간 경사지므로 체결 아암(216)을 자체의 비체결 위치로 후방으로 경사지게 하기 어렵다. 복귀부는 체결 아암(216)이 자체의 비체결 위치로 복귀시켜 준다.
성형 공정이 완료되면 내측 활주부(13)는 상승되며 이로써 상승기(18) 및 브래킷(19)을 상승시키게 된다. 브래킷(19)이 상승됨으로써 브래킷(19)상의 복귀부(25)의 경사 표면은 체결 아암(216) 상의 복귀부(27)의 경사 표면에 결합되며, 이로써 아암을 자체의 비체결 위치로 후방 경사지게 한다.
따라서, 체결 기구는 종래의 이중 작동식 프레스에 용이하게 개장될 수 있어서 유압 성형 공정 중에 사용된 높은 압력 하에서 프레스의 작동을 조정할 수 있다.
상기 실시예가 박판 금속의 단일편을 한번에 하나씩 수용하는 것으로 되어 있으나, 본 발명은 코일 공급 장치(연속 다이)에서 박판 금속을 성형하는 데에도 사용할 수 있다. 이러한 장치는 하방 스트로크시에 성형된 제품을 절단하는 절단기구를 후방 또는 방출 단부에 마련하기도 한다.
본 발명을 특정 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술분야에 숙련된 자에게는 본 발명의 기본 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변경도 가능하다. 따라서, 본 출원인은 본 발명의 기술 사상 및 진정한 범위 내에서의 모든 변경 및 수정도 본 발명에 속하는 것으로 이들도 보호받고자 한다.
본 발명에 따르면, 표준 이중 작동식 프레스 내에서 작동하도록 구성되고 금속 박판으로부터 다양한 형상의 제품을 성형하도록 구성된 자체 내장식인 재료 유동이 조절 가능한 유압 성형 장치가 제공된다.

Claims (10)

  1. 액체를 사용하여 금속을 직접 성형하기 위한 박판 금속 성형 장치에 있어서, 제품을 성형하기 위한 제품 프린트를 갖는 다이와, 금속의 한쪽 표면과 다이에 형성된 제품 프린트 사이에 공간이 형성되는 다이에 걸쳐 금속 박판을 고정하는 홀더와, 상기 공간을 통해서 금속을 이동시켜 다이에 형성된 제품 프린트에 접촉시키기에 충분한 큰 압력으로 액체를 박판 금속에 직접 인가시키는 유압 실린더를 포함하며, 상기 홀더가 금속 일부분이 제품 프린트에 걸쳐 신장되도록 하면서 다른 부분이 제품 프린트 안으로 유동되도록 금속에 대해 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 장치.
  2. 액체를 사용하여 금속을 직접 성형하기 위한 박판 금속 성형 방법에 있어서, 내부에 제품 프린트가 형성되고 금속의 한쪽 표면과 제품 프린트 사이에 공간이 형성되는 다이에 걸쳐 금속 박판을 고정하는 단계와, 상기 공간을 통해서 박판을 이동시켜 다이에 형성된 제품 프린트에 접촉시키기에 충분한 큰 압력으로 액체를 박판에 직접 인가시키는 단계와, 액체를 인가시킬 때 박판의 일부분이 제품 프린트에 걸쳐 신장되도록 하면서 다른 부분이 제품 프린트 안으로 유동되도록 박판의 이동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 방법.
  3. 액체를 사용하여 금속을 직접 성형하기 위한 박판 금속 성형 장치에 있어서, 제조할 제품의 형상을 취하는 다이와, 폐쇄된 외주연을 형성하도록 금속 박판을 파지하는 비이드를 포함하며, 상기 다이는 상기 외주연에 걸쳐 연장되어 다이와 박판 금속 사이에 둘러싸인 공간이 형성되며, 상기 박판 금속 성형 장치는, 박판 금속을 다이에 일치시키도록 박판 금속을 상기 공간 안에 이동시켜 상기 다이와 접촉시키기에 충분한 큰 압력으로 액체를 박판 금속에 직접 인가시키는 수단을 또한 포함하며, 상기 비이드는 박판 금속이 비이드를 지나는 것을 방지하는 제1 형상으로부터 박판 금속이 비이드를 지나 유동하도록 하는 제2 형상에 이르는 범위까지 폐쇄된 외주연에 대하여 변화되는 형상을 가져, 상기 비이드는 다이의 형상과 박판 금속의 특성을 수용하는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액체 인가 수단은, 가압 유체를 형성하도록 유체를 가압하는 실린더 조립체와 둘러싸인 공간의 반대측에 있는 박판 금속의 측면 상에 액체 챔버를 형성하는 부분과, 가압된 액체를 액체 챔버에 전달하기 위한 제1 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 장치.
  5. 특정 형상의 제품을 생산하기 위해 박판 금속에 직접 인가되는 액체를 사용하여 특정 형상의 다이에 대해 박판 금속을 성형하는 방법에 있어서, 폐쇄된 외주연을 형성하는 비이드에 의해 박판 금속과 특정 형상의 다이 사이에 공간을 형성하도록 외주연에 걸쳐 연장되는 다이에 걸쳐 박판 금속을 위치시키는 단계와, 박판 금속을 공간 안으로 그리고 특정 형상의 다이에 대해 밀어 넣어 성형된 제품을 생산하기에 충분한 큰 유압으로 박판 금속에 대해 액체를 인가하는 단계를 포함하며, 상기 외주연의 일부분은 다이의 형상 및 박판 금속의 특성에 의해 필요한 경우에 박판 금속의 유동을 허용하는 형상을 갖는 비이드에 의해 형성되며, 상기 외주연의 다른 부분은 박판 금속의 이동을 방지하는 형상을 갖는 비이드에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 방법.
  6. 제1항, 제3항, 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 다이와 하부 다이를 포함하며, 상부 다이를 파지하기 위한 립을 갖는 래치와, 제조할 제품의 형상을 갖는 다이에 대해 금속을 성형하기 위해 유압이 일단 인가되면 상부 다이가 분리되는 것을 방지하기 위해 상부 다이를 파지하도록 상기 래치에 맞물리는 수단을 포함하는 래칭 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 장치.
  7. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 다이와 하부 다이를 포함하며, 체결 위치로 피봇될 때 상부 다이를 파지하기 위한 립을 가지며 프레스에 피봇식으로 설치된 체결 아암 및 프레스의 수직 왕복 부재에 설치되어 하강할 때 아암을 체결 위치로 피봇시키는 구동기를 포함하는 래칭 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구동기는 수직 하강하여 아암을 이의 체결 위치로 경사지게 할 때 아암 상의 경사 표면에 대해 놓이는 경사 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 래칭 기구는 상부 다이가 하부 다이로부터 상승될 때 아암을 체결 위치로부터 비체결 위치로 피봇시키는 강제 복귀부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 강제 복귀부는 아암 상에 있는 경사 부재 및 상부 다이 상에 있는 경사 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판 금속 성형 장치.
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