KR100292971B1 - 관형 프레임 부재를 성형 및 유압 천공하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블랭크가 스테이션에서 다른 스테이션으로 이동되고 각각의 스테이션에서 블랭크에 여러가지 가공 작업이 수행되는, 관형 블랭크로부터 복합 형상의 프레임 부재를 성형하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 제1 스테이션에서는 블랭크가 관의 내부에 압력을 인가하고 이와 동시에 관의 대향 단부들에 압축력을 인가함으로써 관의 길이에 걸쳐 가변 단면을 갖는 관으로 팽창된다. 이렇게 팽창된 관은 다른 스테이션에서 절곡에 의해 예비성형된다. 예비성형 관의 절곡부는 또 다른 스테이션에서 증가된다. 팽창 관이 예비성형되고 절곡되는 동안에 이들 스테이션에서 다이 공동안으로의 재료의 유동은 주름의 양을 감소시키도록 제어된다. 프레임 부재의 형상은 또 다른 스테이션에서 절곡 관의 측방향 절곡을 개시하고 단면 형상을 변화시킴으로써 최종 결정된다. 그 다음에 또 다른 스테이션에서 프레임 부재의 내부를 유압 유체로 가압하고 프레임 부재를 천공 펀치로 때림으로써 최종 프레임에 구멍이 천공된다. 최종 스테이션에서는 프레임 부재가 방출되어 다른 곳으로 이송되기 전에 프레임 부재의 단부가 생성되고 그 내부가 세정된다.

Description

관형 프레임 부재를 성형 및 유압 천공하는 방법 및 장치

제1도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 복합 형상의 프레임 부재를 성형 및 유압 천공하는 장치의 평면도.

제2도는 제1도의 스테이션 Ⅰ의 정면도.

제3도는 다이 반부들과 로크 블록 및 밀봉 유닛이 결합 위치에 있는 제1도의 유압성형 스테이션 Ⅱ의 평면도.

제4도는 로크 블록 및 밀봉 유닛이 다이 반부들로부터 분리된 제3도의 유압성형 스테이션 Ⅱ의 한쪽 반부를 도시한 측단면도.

제5도는 로크 블록이 이의 결합 위치로 이동된 제3도의 유압성형 스테이션 Ⅱ의 한쪽 반부를 도시한 측단면도.

제6도는 로크 블록 및 밀봉 유닛이 이들의 결합 위치로 이동된 제3도의 유압성형 스테이션 Ⅱ의 한쪽 반부의 측단면도.

제7도는 관의 단부에 결합된 다이와 밀봉 유닛상에 펀치가 하강된 제3도의 유압성형 스테이션 Ⅱ의 한쪽 반부를 도시한 측단면도.

제8도는 펀치가 제거된 제7도의 유압성형 스테이션 Ⅲ의 평면도.

제9도는 제7도의 밀봉 유닛의 평면도.

제10도는 제7도 및 제9도의 밀봉 유닛의 단면도.

제11도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 제9도 및 제10도의 밀봉 유닛에 설치된 그리퍼의 단면도.

제12도는 제11도의 그리퍼 및 밀봉 유닛과 함께 사용된 플런저의 정면도.

제13도는 제11도의 그리퍼 표면의 외부에 형성된 비드의 상세도.

제14도는 유압성형 스테이션 Ⅲ의 단면도.

제15도는 관의 단부에 결합된 다이와 밀봉 유닛상에 펀치가 하강된 제1도의 유압성형 스테이션 Ⅳ의 부분 측단면도.

제16도는 관의 단부에 결합된 다이와 밀봉 유닛 위에 펀치가 상승된 제1도의 유압성형 스테이션 Ⅴ의 부분 측단면도.

제17도는 제16도의 스테이션 Ⅴ의 평면도.

제18도는 유압성형 스테이션 Ⅴ의 단면도.

제19도는 펀치가 포스트에 결합되고 밀봉 유닛이 관의 단부에 결합된 제1도의 스테이션 Ⅵ의 평면도.

제20도는 제19도의 20-20선을 따라 취한 스테이션 Ⅵ의 단면도.

제21도는 제19도의 21-21선을 따라 취한 스테이션 Ⅵ의 단면도.

제22도는 본 발명의 양호한 실시예와 관련하여 사용된 천공 펀치의 정면도.

제22a도는 천공 펀치의 다른 실시예를 도시한 개략도.

제23도는 제22도의 펀치의 정면도.

제24도는 제22도의 펀치의 반대쪽 측면도.

제25도는 제22도의 펀치의 일부 확대도.

제26도는 제19도의 26-26선을 따라 취한 스테이션 Ⅵ의 단면도.

제27도는 제19도의 27-27선을 따라 취한 스테이션 Ⅵ의 단면도.

제28도는 제19도의 28-28선을 따라 취한 스테이션 Ⅵ의 단면도.

제29도는 본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따른 변형 펀치의 개략도.

제30도는 제29도의 변형 펀치를 사용하는 제19도의 스테이션 Ⅵ의 30-30선을 따라 취한 단면도.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

12 : 관형 블랭크 20 : 왕복 이송 시스템

30 : 성형 장치 38, 40 : 다이 반부

42 : 밀봉 유닛 44 : 로크 블록

60 : 다이 공동 64 : 트랙 조립체

76 : 렛지 100 : 펀치

102 : 다이 106 : 프레스

본 출원은 1989년 8월 24일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제07/398,272호의 일부 계속 출원인 1990년 2월 21일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제07/482,782호의 일부 계속 출원으로 명칭이 "관형 프레임 부재를 성형하는 장치 및 방법"이고 1992년 2월 13일자로 랄프 이. 로퍼가 출원한 미합중국 특허 출원 제07/837,081호의 일부 계속 출원에 대응하는 출원이다. 상기 미합중국 출원들은 참조에 의해 본 출원에 편입된다.

본 발명은 관형 재료를 냉간 성형하는 분야에 관한 것으로, 특히 관형 블랭크로부터 복합 형상의 관형 프레임 부재를 성형 및 천공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

자동차의 프레임 부재용 기본 프레임 디자인은 강도 및 하중 지지 목적을 위해 "상자" 형 구조로 이루어진다. 이 프레임 부재는 때때로 수평 및 수직으로 많이 변형된다. 이러한 관형 부재의 단면은 거의 정방형 단면으로부터 장방향 단면, 원형 단면, 편평한 단면 및 이들이 복합된 불규칙적인 형상으로 더 변형되기도 한다. 대체로 원통형인 관형 블랭크를 냉간 또는 열간 성형함으로써 가변 단면을 갖는 간단하고 큰 직경의 형상을 얻을 수 있지만, 현재의 대부분의 제조 방법은 2개의 U형 스탬핑을 제조하고 이를 함께 용접하여 최종 제품을 형성함으로써 복합 형상의 상자형 관 부재를 제조하고 있다. 그러나 이 방법은 재료 및 노동력 면에서 매우 비효율적이다.

맨드릴을 사용하거나 또는 사용하지 않고 관형 블랭크를 절곡, 신장, 디프레싱 및 반경 방향으로 팽창시키는 일반적인 공정은 공지되어 있다. 대부분의 금속에 있어서 소직경의 관을 큰 반경을 갖는 호형으로 절곡시키는 것은 아주 쉽다. 그러나, 관의 직경이 증가하고 절곡시키려는 반경이 감소하면, 관 절곡 공정은 관의 내측 절곡 반경부에서의 압축과 외측 반경부에서의 신장이 적절하게 조합될 것을 요한다. 관의 외측 절곡 표면이 재료의 전체 연신 특성 범위까지 신장되더라도, 내측 절곡 반경부에서의 심각한 좌굴 또는 외측 반경부에서의 바람직하지 않은 변형을 겪지 않으면서 주어진 직경을 갖는 관을 비교적 작은 절곡 반경으로 만족스럽게 절곡시킬 수는 없다. 내측 관 표면을 제어식으로 딤플링하거나 제어된 리플링을 허용함으로써 외측 관 표면의 신장을 작게 하면서 일정한 직경을 갖는 관을 비교적 작은 절곡 반경으로 절곡시키는 방법도 있다.

미합중국 특허 제4,704,886호에 개시된 관 절곡 방법의 또 다른 예에서는, 관형 블랭크를 내부적으로 가압하고, 블랭크의 대향 단부들을 파지하고, 블랭크에 대해 측방향 힘을 인가하는 동안에 단부에는 종방향 장력을 인가하여 블랭크를 절고시킨다. 미합중국 특허 제4,567,543호에는 관형 블랭크 구역들을 디프레싱하고 한쌍의 다이에 의해 형성된 보족(補足) 형상의 공동내에서 블랭크를 팽창시키는 것이 기재되어 있다. 미합중국 특허 제4,829,803호에 개시된 상자형 프레임 부재 형성 방법에서는, 예비성형된 관형 블랭크를 내부적으로 가압하고 한쌍의 다이 반부들을 블랭크 주위에서 폐쇄하여 정합 다이 공동내에서 블랭크를 부분적으로 변형시킨 다음, 내부 압력을 블랭크의 벽의 항복점을 초과하도록 증가시킴으로써 블랭크를 정합 다이 공동내에서 일치되는 형상으로 팽창시킨다.

또한, 자동창의 공간 프레임을 형성하도록 부재들을 함께 결합하기 위해서 각각의 상자형 관 부재에는 구멍들이 절삭 또는 천공되어야 한다. 관형 부재에 구멍들을 천공 또는 절삭하기 위하여, 중실 맨드릴, 다이 블록 또는 다이 버튼이 관의 내부에 삽입되어 천공될 관의 표면에 대해 위치한다. 그 다음에 펀치가 관의 외부 표면을 타격하여 구멍을 절삭한다. 맨드릴, 다이 블록 또는 다이 버튼은 천공될 관의 벽 또는 표면을 지지하는데 사용된다. 이 벽 또는 표면이 지지되지 않으면 관에 구멍이 매끈하게 천공되지 않는다. 또한, 구멍을 둘러싸는 관의 표면이 변형되는 경향을 갖는다. 맨드릴, 다이 블록 또는 다이 버튼을 관의 내부 표면에 대해 위치시키기 위하여 2개의 U형 스탬핑을 함께 조립하고 용접하기 전에 이들 스탬핑에 구멍을 천공하는 것이 더 용이하다.

따라서, 관형 블랭크로부터 가변하는 수직, 수평 및 단면 형상을 가지면서 최종 프레임 부재의 벽 두께의 변화량이 감소되는 프레임 부재를 성형하는 장치를 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 관의 벽 또는 표면을 지지하는 중실 맨드릴, 다이 블록 또는 다이 버튼을 사용하지 않고 최종 프레임 부재에 구멍을 천공 및 절삭하는 장치를 마련할 필요가 있다.

본 발명에 따르면, 관형 블랭크로부터 복합 형상의 프레임 부재를 성형하는 방법 및 장치에서, 블랭크는 한 스테이션에서 다른 스테이션으로 이동되고 각각의 스테이션에서 블랭크에 여러가지 가공이 수행된다. 첫번째 스테이션에서, 블랭크를 팽창된 관을 한정하는 다이 공동안에 위치시키고 블랭크의 내부에 압력을 인가하고 블랭크의 대향 단부들에 압축력을 인가함으로써 상기 블랭크는 관의 길이에 걸쳐 가변 단면을 갖는 관으로 팽차된다. 이 블랭크는 다이 공동 내부에서 팽창되며, 관의 단부들에 인가된 압축력은 재료를 다이 공동안으로 유동하는 것을 허용하여 팽창 공정 중에 블랭크가 파열될 가능성을 감소시켜 준다. 상기 팽창된 관은 다른 스테이션에서 절곡이 개시됨으로써 예비 성형된다. 팽창된 관은 예비 성형된 관을 한정하는 다이 공동내에 위치하며, 팽창된 관의 내부는 다이 공동이 이 관 주위에 폐쇄될 때 가압된다. 그 다음에 또 다른 스테이션에서, 절곡된 관을 한정하는 다이 공동 내에 예비성형된 관을 위치시키고 다이 공동이 폐쇄될 때 상기 예비 성형된 관의 내부를 가압함으로써 상기 예비성형된 관의 절곡을 증가시킨다. 상기 스테이션들에서 팽창된 관이 예비성형되고 절곡될 때, 이들 스테이션에서 다이 공동안으로의 재료의 유동은 주름의 발생량을 감소시키도록 조절된다. 또 다른 스테이션에서 측방향 절곡이 개시되고 절곡된 관의 단면 형상을 변화시킴으로서 프레임 부재의 형상이 마무리된다. 절곡된 관은 다이 공동내에 위치하며 다이 공동이 폐쇄될 때 가압된다. 다이 공동이 폐쇄된 후에 관 내측의 압력은 관의 단면이 변화 되도록 증가된다. 그 다음에, 또 다른 스테이션에서 프레임 부재의 내부를 유압 유체로 가압하고 천공 펀치로 프레임 부재를 타격함으로써 최종 프레임 부재에 구멍들이 천공된다. 프레임 부재의 단부들은 절단되며, 프레임 부재 내부의 슬러그는 프레임 부재가 방출되기 전에 세정된다.

본 발명의 목적은 관형 블랭크로부터 복합 형상의 프레임 부재를 성형하는 장치를 마련하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 파열 및 주름과 같은 결함이 없는 프레임 부재를 제조하기 위한 관 성형 장치를 마련하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 관형 블랭크로부터 프레임 부재를 신속하고 경제적으로 제조하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 성형 공정 중에 다이 공동안으로 유동하는 재료의 양을 제어하는 장치를 마련하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 최종 프레임 부재에 구멍을 매끈하게 천공하는 장치를 마련하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 강철 관형 블랭크로부터 공간 프레임 부재를 성형하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 부재의 길이에 걸쳐 가변 단면 갖는 관형 부재를 성형하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적 및 장점은 양호한 실시예에 대한 이후의 설명으로부터 명확하게 이해할 수 있다.

제1도는 복합 형상의 프레임 부재를 성형 및 천공하기 위한 본 발명의 양호한 실시예에 따른 장치를 도시한다. 특히, 프레임 부재는 수직, 수평 및/또는 단면의 형상이 변형된다. 이 실시예에 따르면, 프레임 부재는 자동차의 후방 레일 부재를 포함한다. 그러나, 본 발명은 공간 프레임 부재를 포함하여 다양한 구조 및 목적에 맞는 관형 프레임 부재를 성형하는 데에도 적합하다. 제1도에 도시된 장치는 블랭크에 여러가지 가공 작업을 수행하게 되는 일련의 스테이션을 갖는다.

대개, 제2도에 도시된 스테이션 Ⅰ에서 상기 장치는 관형 블랭크(12)를 호퍼(14)로부터 램프(16) 아래로 왕복 이송기(20)의 상승 기구(18)에 이르기까지 이송하며, 상기 왕복 이송기는 블랭크(12)를 스테이션 Ⅱ의 액체 충전 터브(tub)로 이송한다. 스테이션 Ⅱ의 터브에서 블랭크(12)는 압축력에 노출되며, 가변 직경의 관을 생성하도록 내부적으로 가압되어, 특히 관형 블랭크에 벌지(bulge)를 형성한다. 이후에 상세하게 설명할 이송 왕복 시스템의 상승 기구는 블랭크, 예비성형 관 또는 최종 성형 관을 한 스테이션으로부터 다른 스테이션으로 이송한다. 스테이션 Ⅱ에서 블랭크(12)에 벌지가 형성된 후에, 이 벌지 관은 스테이션 Ⅲ에 이송되어 여기에서 절곡을 개시함으로써 예비 성형된다. 그 다음에, 예비성형 관은 스테이션 Ⅳ에 이송되어 여기에서 예비성형 관의 절곡이 증가된다. 그 다음에 절곡관은 스테이션 Ⅴ에 이송되어 여기에서 스테이션 Ⅲ 및 Ⅳ에서의 절곡 평면과는 다른 평면에서 절곡이 일어나며, 관의 단면이 변경되어 완성된 관을 성형한다. 관은 스테이션 Ⅵ에 이송되며 여기에서 프레임 부재를 따라 여러 위치에서 구멍이 천공된다. 천공된 관의 단부들이 절단되는 단부 절단 스테이션과 프레임 부재의 단부들 상에 구멍이 천공되는 또 다른 천공 스테이션으로 이송된다. 프레임 부재는 세정 스테이션에 이송되어 여기에서 프레임 부재의 내부에 있는 슬러그가 세정된 후 관을 방출한다.

많은 스테이션이 액체로 충전된 터브에 위치하는데, 여기에서는 스테이션의 터브에서 수행되는 가공 작업이 이후에 상세하게 설명하는 것처럼 거의 액체에 잠긴 상태에서 이루어진다. 본 발명의 양호한 실시예에 사용된 액체는 95 %가 물이다 나머지 5 %는 녹 및 부식을 방지하고 윤활을 도와주는 첨가제이다. 이 액체는 이. 에프. 하우턴 앤드 캄파니로부터 하이드로루브릭 143이라는 상표명으로 상업적으로 입수가능하다. 몇몇 스테이션들이 서로 합체된 별도의 터브를 갖는 것으로 도시되었으나, 다른 스테이션들은 하나의 터브에 위치할 수도 있고 모든 스테이션을 포함하는 전체 장치가 하나의 터브에 위치할 수도 있다. 또한, 이들 스테이션 사이에 아이들 스테이션이 위치할 수도 있다.

왕복 이송 시스템(20)은 이동 왕복기(21)을 지지하는 대개는 고정된 기부 지지 비임(도시 생략)을 포함한다. 이동 왕복기(21)은 각 단부에서 교차 레일(도시 생략)에 의해 서로 부착된 2개의 긴 상자형 비임(23)을 포함한다. 관련된 상승 기구, 특히 상기 상승 기구를 갖는 2개의 이동 비임은 비임(23)에 설치된 고정 아암(25)의 쌍(이들 중 일부는 제1도에 도시되어 있음)을 포함한다. 각 쌍의 고정 아암(25)는 비임으로부터 이송될 부품의 단부들의 중심 위의 위치에 이르기까지 내측으로 돌출한다. 각 고정 아암(25)는 시스템의 스테이션을 위해 작동하도록 상방 및 하방으로 이동하는 관련 클램프 고정구(27)을 갖는다. 이송 시스템은, 각 스테이션이 여기에 이송된 부품에 가공 작업을 수행하는 동안에 왕복기가 부품을 다음번 스테이션으로 이송한 후에 이전 스테이션으로 복귀할 수 있도록 설계된다.

따라서, 고정 아암(25)의 제1 쌍은 스테이션 Ⅰ의 램프(16)의 단부 위에 위치한다. 아암(25)의 클램프 고정구(37)는 하강하여 램프(16)의 단부에서 블랭크의 각 단부를 고정한다. 그 다음에 클램프 고정구(27)는 상승되며, 아암은 스테이션 Ⅱ의 터브 위의 위치로 이동한다. 그 다음에 클램프 고정구가 하강되고 블랭크가 스테이션 Ⅱ의 터브에서 해제된다. 그 다음에 아암이 스테이션 Ⅰ위의 이전 위치로 후방 이동하여 다음번 블랭크를 기다린다. 이 동안에, 고정 아암의 제2 쌍은 스테이션 Ⅱ 위의 위치로 이동된다. 스테이션 Ⅱ에서 가공 작업이 완료되면 아암의 제2 쌍의 클램프 고정구는 하강하여 스테이션 Ⅱ에 의해 성형된 벌지 관을 고정한다. 클램프 고정구는 상승되며 아암의 제2 쌍은 스테이션 Ⅲ 위의 위치로 전방 이동한다. 그 다음에 클램프 고정구가 하강하고 벌지 관이 스테이션 Ⅲ의 터브에 위치한다. 그리고 클램프 고정구는 상승되며 아암의 제2 쌍의 스테이션 Ⅱ 위의 이전 위치로 후방 이동한다. 부품이 스테이션 Ⅱ로부터 스테이션 Ⅲ으로 이동할 때 블랭크는 상술한 것처럼 스테이션 Ⅰ로부터 스테이션 Ⅱ로 이송된다. 고정 아암의 나머지 쌍들은 스테이션 Ⅴ에서 블랭크가 다이에 위치하기 전에 90°정도 회전하는 것을 제외하고는 스테이션 Ⅲ 내지 Ⅵ에서와 유사한 방식으로 기능을 수행한다. 따라서, 관을 스테이션 Ⅴ에 이송하는데 사용되는 이송 아암은 관을 회전시키는 회전기 컵(ratator cup)을 포함한다. 본 발명과 관련하여 사용할 수 있는 이송 시스템의 상세한 내용에 대해서는 본 명세서에서 편입되는 미합중국 특허 출원 제 07/837,081호를 참조한다. 물론, 다른 형태의 이송 시스템도 관을 한 스테이션으로부터 다른 스테이션으로 이송하는데 사용할 수 있다. 또한, 관은 수동으로 한 스테이션으로부터 다른 스테이션으로 이송할 수도 있다.

[출발 재료]

관형 블랭크는 냉간 압연된 알루미늄 킬드강으로부터 성형된 용접된 원형 강관인 것이 바람직하다. 이 블랭크는 약 2.10 mm(0.083 inch) 내지 2.50 mm(0.098 inch) 범위인 최초 두께를 갖는 약 101.6 mm(4.00 inch)의 외경을 갖는 것이 바람직하다. 이 재료는 2390.2kg/㎠(34,000 psi)인 초기 항복점을 가지며, 성형중에 현저한 가공 경화성을 갖고 그 항복 강도는 3655.6 kg/㎠(52,000 psi)에 달한다.

[스테이션Ⅰ]

제2도는 제1도의 스테이션 Ⅰ의 입면도이다. 스테이션 Ⅰ은 블랭크 공급기 및 연마 스테이션을 포함한다. 스테이션 Ⅰ은 한쌍의 교반기(도시 생략)을 갖는 호퍼(14)와, 관 송풍 기구(도시 생략)를 갖는 램프(16)과, 이 램프(16)의 단부에 있는 한쌍의 연마 유닛(도시 생략)을 포함한다. 본 발명의 스테이션 Ⅰ은 본 명세서에서 편입되는 미합중국 특허 출원 제07/837,081호에 개시된 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 한번에 하나씩의 블랭크가 연마 스테이션에 이송되어 블랭크의 외측 단부들이 연마된다. 최전방 블랭크가 연마되는 동안에 고압 공기 블라스트가 다음번 관형 블랭크에 이송되어 블랭크의 오염물이나 파편들을 제거한다. 블랭크가 연마된 후에 램프(16)의 바닥부에 있는 롤러(도시 생략)가 블랭크를 회전 시킨다. 블랭크가 회전할 때 바람직하게는 레이저로부터의 광 비임이 블랭크의 용접 시임(welded seam)을 검출하는데 사용된다. 시임이 일단 검출되면 블랭크의 시임이 스테이션 Ⅱ 내지 Ⅵ에 이송되기 전에 적절한 방향을 취하도록 롤러가 정지한다.

[스테이션 Ⅱ]

제3도는 유압 성형 스테이션 Ⅱ의 장치(30)을 도시한 평면도이다. 스테이션 Ⅱ의 장치(30)는 기부(34)와 측벽(36)들에 의해 한정되고 상술한 것처럼 액체로 충전된 터브(32)에 위치한다. 이 장치(30)은 2개의 다이 반부(38, 40)와, 밀봉 유닛(42)과 다이 반부(38, 40)의 대향 단부(46, 48)에 위치한 로크 블록(44)와의 조립체와, 터브(32)의 내측면을 따라 위치한 왕복 기구(50)과, 유압 실린더(54)를 포함한다. 왕복 기구(50)는 밀봉 유닛(42)에 의해 작동되어 2개의 다이 반부들을 결합 시키고 로크 블록(44)를 이들의 결합 위치로 이동시킨다. 제3도는 로크 블록과 밀봉 유닛이 결합된 위치에 있는 상태를 도시한다. 왕복 기구(50)에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다. 폐쇄된 다이 반부들은 점선(51)로 도시된 것처럼 그 안에 다이 공동을 형성한다.

제4도 내지 제6도는 여러 위치에 놓인 로크 블록(44)와 밀봉 유닛(42)를 갖는 제3도는 도시된 유압 성형 스테이션 Ⅱ의 한쪽 반부를 도시한 측단면도이다. 제4도 내지 제6도에는 스테이션 Ⅱ의 한쪽 반부만 도시되어 있으며, 이 스테이션 Ⅱ는 중심선(56)을 중심으로 대칭이다. 제4도에서, 로크 블록(44)와 밀봉 유닛(42)는 분리된 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 터브(32)의 기부(34)에 설치된 브래킷(58)은 다이 반부들의 각 단부 가까이에 위치하며, 블랭크(12)를 다이 반부들에 의해 형성된 다이 공동(60) 내측에 동심으로 고정시키는데 사용된다. 다이 반부들은 다이들이 브래킷(58) 주위를 폐쇄할 수 있게 해주는 리세스(도시 생략)를 그안에 갖는다. 다이 공동에 의해 한정된 관은 공동(60)의 한쪽 단부 가까이에 위치한 벌지 구역(77)을 갖는다. 다이 공동에 의해 한정된 관은 벌지 구역(77)의 각 측면상에 테이퍼진 단면을 갖는 것이 바람직하다. 벌지 구역(77)이 다이 공동의 한쪽 단부 가까이에 위치한 것으로 도시되어 있으나, 벌지 구역은 다이 공동(60)의 어느 부분에도 위치할 수 있다. 또한, 다이 공동에는 여러개의 벌지가 마련될 수도 있다. 제4도에 도시된 것처럼, 관형 블랭크(12)의 외경은 다이 공동(60)의 어느 부분의 직경보다도 작다.

관형 블랭크(12)의 길이는 다이 공동(60)에 의해 한정된 관의 길이 보다 길어야 한다. 따라서, 블랭크(12)는 다이 공동(60)에 위치할 때, 블랭크(12)의 단부(62)는 제4도에 도시된 것처럼 다이 공동(60)의 외측으로 연장된다. 관형 블랭크(12)가 284.5 cm(112 inch)의 길이를 갖는 반면에 다이 공동은 248.9 cm(98 inch)의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 다른 크기를 갖는 관 및 다이 공동에도 사용할 수 있으며 상술한 특정 치수에 제한되지 않는다.

다이 반부들의 대향 단부들에 위치한 로크 블록(44) 및 밀봉 유닛(42)는 터브의 기부(34)를 따라 트랙 조립체(64)에 의해 지지된다. 트랙(64)는 로크 블록(44)가 장치(30)의 중심선(56)에 수직한 방향으로 터브(32)의 기부(34)를 따라 왕복 기구(50, 제3도)에 의해 이동하는 것을 허용한다. 밀봉 유닛(42)는 터브(32)의 측벽 장치(36)을 통해 실린더(54)와 결합된다. 실린더(54)의 피스톤(55)는 밀봉 유닛(42)를 장치(30)의 중심선(56)에 수직한 방향으로 이동시킨다. 이후에 상세하게 설명하는 것처럼, 실린더(54) 중 하나는 왕복 기구(50)을 작동시켜 다이 반부들을 폐쇄시키고 로크 블록(44)이 다이 반부들의 단부들에 결합하게 한다.

로크 블록(44)는 수평 방향으로 관통 연장되는 원통형 구멍(68)을 갖는다. 블록(44)는 전방면(70) 및 후방면(72)를 갖는다. 후방면(72)는 거의 평면이다. 전방면(70)은 그 안에 원통형 리세스(74)를 형성하고 있다. 각각의 다이 반부는 다이 공동의 개구에 인접한 다이의 측면에 형성된 원통형 렛지(76: ledge)의 한쪽 반부를 갖는다. 다이 반부들이 결합되면 원통형 렛지(76)가 다이 공동(60)의 개구 주위에 형성된다. 원통형 렛지(76)는 로크 블록(44)의 전방면(70)에 있는 원통형 리세스(74) 내측에 끼워지는 치수를 갖는다. 결합 위치에 이동된 블록(44)는 이후에 상세하게 설명하는 것처럼 2개의 다이 반부들을 함께 체결하게 된다. 블록(44)를 통해 연장되는 구멍(68)은 둥근홈(78)을 형성하도록 전방면(70)에서 반대쪽으로 구멍을 형성한다. 구멍(68)의 직경은 관형 블랭크(12)의 외경보다 약간 더 크다. 구멍(68)의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 둥근홈(78)은 구멍(68) 및 블랭크(12)가 약간 어긋나 있더라도 블록(44)가 블랭크(12)의 노출 단부(62)에 결합될 수 있게 해준다.

밀봉 유닛(42)는 기부(82)의 중심으로부터 수직하게 연장되는 원통형 로드(80)을 갖는다. 이 로드(80)은 이 기술 분야의 숙련자에게는 이해될 수 있는 것처럼 종래의 수단에 의해 기부(82)에 설치된다. 로드(80)의 직경은 로크 블록(44)의 구멍(68)의 직경보다 약간 더 작다. 로드(80)의 일부는 둥근홈(84)를 만들도록 한쪽 단부가 가공된다. 둥근홈(84)를 따라 연장되는 로드(80)의 내경은 이후에 상술하는 것처럼 로드(80)의 단부만이 블랭크(12) 안에 삽입될 수 있도록 블랭크(12)의 내경보다 작다. 둥근홈(84)로부터 멀리 위치한 로드(80)의 내경은 블랭크(12)의 내경과 거의 같다. 루우멘(86: lumen)은 로드(80) 및 밀봉 유닛(42)의 기부(82)의 일부를 통해 연장된다. 가압 유체 공급원(도시 생략)은 88에서 루이멘의 한쪽 단부에 연결되며, 루우멘(86)의 다른쪽 단부는 이후에 상술하는 것처럼 밀봉 유닛(42)가 이의 결합 위치로 이동할 때 블랭크(12)의 내부와 연통한다.

제5도 및 제6도에서 유압 실린더(54) 중 하나는 피스톤(55)를 다이 반부들 쪽으로 연장시키도록 작동된다. 피스톤(55)는 왕복 기구(50)을 구동시킨다. 제3도에 도시된 왕복 기구(50)는 각진 운동부(91) 및 정지부 표면(92)를 그 위에 갖는 2개의 레일 부재(90)을 포함한다. 다이 반부들의 측면에는 대향하는 각진 운동부(93) 및 정지부 표면(94)가 위치한다.

피스톤(55)가 연장됨으로써 레일(90)이 주행하여 레일상에 위치한 각진 운동부 및 정지부 표면과 다이 반부들을 결합시킨다. 이들 표면이 결합됨으로써 다이 반부들이 다이 공동을 폐쇄하도록 레일(90)에 수직한 방향으로 이동하게 된다. 로크 블록(44)들은 다이 반부들 쪽으로 동시에 이동된다. 로크 블록(44)이 이동되면 블랭크(12)의 노출 단부가 로크 블록(44)의 구멍(68)에 삽입된다. 블록(44)은 이 블록의 전방면(70)에 형성된 원통형 리세스(74)가 다이 반부들의 측면들 상에 있는 원통형 렛지(76)을 둘러쌀 때까지 다이 반부들 쪽으로 계속 이동된다. 따라서, 리세스(74)는 다이 반부들을 함께 체결하여 성형 공정중에 이들이 분리되는 것을 방지한다. 밀봉 유닛(42)는 실린더(54)와 연통하는 피스톤 로드(55)에 의해 로크 블록(44) 쪽으로 이동된다. 밀봉 유닛(42)의 로드(80)은 블록(44)의 구멍(68)을 통해 삽입된다. 블랭크(12)의 일부분이 구멍(98)에 위치함으로써 로드(80)의 단부도 제5도에 도시된 것처럼 블랭크의 내부에 삽입된다. 밀봉 유닛(42)의 로드(80)이 관 단부와 완전히 결합되면 유체가 관을 통해서 우선 펌핑되어 터브내에 위치할 때 관의 내측에 연행될 수 있는 어떠한 공기도 배출시킨다. 관이 세정된 후에 밀봉 유닛이 작동되어 터브(12)의 내부에 압력을 인가하게 된다.

로드(80)의 단부 부분만이 블랭크에 삽입될 수 있기 때문에 밀봉 유닛(42)가 블랭크를 다이 반부들 쪽으로 계속해서 이동될 때 이를 압축 상태하에 두게 된다. 동시에, 가압 유체는 밀봉 유닛(42)의 루우멘(86)을 통해 블랭크의 내부에 이송된다.

상술한 것처럼, 스테이션 Ⅱ는 이의 중심선(56)을 중심으로 대칭이며, 따라서 블랭크(12)의 대향 노출 단부(도시 생략)도 또한 동일한 로크 블록과 이에 합체된 밀봉 유닛(도시 생략)을 갖는다. 그러나, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 스테이션 Ⅱ를 여러가지로 변형시킬 수도 있다. 예를 들어, 스테이션 Ⅱ는 관의 한쪽 단부에 하나의 밀봉 유닛만을 가지는 비대칭일 수 있다. 또한, 다이 공동에 의해 한정된 형상은 중심선을 중심으로 비대칭일 수 있다. 본 발명은 도시한 특정 부품에 제한되지 않고 여러가지 형상을 갖는 관을 필요로 하는 자동차와 같은 여러 분야에 사용되는 여러가지의 부품을 만드는데에 사용할 수 있다.

스테이션 Ⅱ의 작동에 대하여 제3도 내지 제6도를 참조하여 상술한다. 스테이션 Ⅰ의 연마 작동의 말기에 다이 반부(38, 40)들이 개방되며 로크 블록(44) 및 밀봉 유닛(42)이 수축된다. 연마 유닛(42)로부터 해제된 이송 왕복 시스템은 블랭크(12)를 스테이션 Ⅱ의 터브(32)로 이송한다. 블랭크(12)는 유체 수위보다 낮게 수조안에 즉시 가라앉으며 브래킷(58)에 의해 지지된다. 스테이션 Ⅱ의 성형 작동은 터브(32) 내의 수조에 완전히 잠긴 다음에 수행된다. 로크 블록(44)와 밀봉 유닛(42)이 단부에서 결합되기 전에 블랭크(12)가 유체 충전 터브(32) 안에 가라앉기 때문에 블랭크의 내부는 액체로 충전된다. 리미트 스위치(도시 생략)는 블랭크가 준비 위치에 수납되어 적절하게 위치한 것에 대한 신호를 출력하도록 마련된다. 리미트 스위치는 기계의 전체적인 작동을 제어하는 마이크로프로세서(도시 생략)에 신호를 보내기 위해 다른 적합한 센서와 함께 장치에 배열될 수도 있다.

블랭크(12)의 적절한 위치 설정이 확인된 후에 적어도 하나의 유압 실린더(54)가 작동되어 왕복 기구(50)이 다이 반부(38, 40)들을 제3도에 도시된 것처럼 이들의 폐쇄 위치로 밀어내게 된다. 관형 블랭크(12)는 브래킷(58)에 의해 다이 반부(38, 40)들에 의해 형성된 다이 공동(60) 내에 동심적으로 지지된다. 왕복 기구(50)은 또한 로크 블록(44)를 다이 반부들의 측면상에 형성된 원통형 렛지(76)를 둘러쌀 때까지 다이 반부들을 향하여 이동시킨다. 블랭크(12)의 노출 단부들은 로크 블록의 구멍들안에 삽입되며, 블록들은 이들 블록(44)의 전방면(70)에 형성된 원통형 리세스(74)가 다이 반부들 쪽으로 이동된다. 따라서, 다이 반부들은 성형 공정 중에 이들의 분리를 방지하는 로크 블록(44)에 의해 제위치에 체결된다.

밀봉 유닛(42)는 또한 실린더(54)의 피스톤(55)에 의해 로크 블록(44) 쪽으로 이동되며, 각각의 밀봉 유닛(42)의 로드(80)은 로크 블록(44)의 구멍(68)에 삽입된다. 로드(80)의 단부 부분은 구멍(68)내에 위치한 블랭크(12)의 내부에 삽입된다. 관(12)의 내부에 연행된 모든 공기가 세정된다. 밀봉 유닛(42)은 계속하여 블록(44)을 향하여 이동한다. 이렇게 됨으로써 가압 유체는 블랭크(12)가 앞선 밀봉 유닛(42)에 의해 압축 상태하에 있는 동안에 루우멘(86)을 통해 블랭크(12)의 내부에 이송된다. 밀봉 유닛(42)는 이의 기부(82)가 블록(44)의 후방면(72)에 접촉할 때까지 블록(44) 쪽으로 계속 이동한다.

상술한 것처럼, 로크 블록(44) 및 밀봉 유닛(42)가 블랭크(12)에 결합되기 전에 블랭크(12)의 내부는 블랭크가 수조의 표면 아래로 가라앉기 때문에 수조의 유체로 충전된다. 블록 및 밀봉 유닛이 블랭크에 결합되면 블랭크의 내압은 밀봉 유닛(42)의 루우멘(86)을 통해 블랭크의 내부에 가압 유체를 공급함으로써 증가된다. 관에 인가된 내압은 관의 항복점 보다 높다. 또한, 밀봉 유닛(42)는 다이 반부들쪽으로 이동하여 관형 블랭크를 압축 상태하에 두게 된다. 밀봉 유닛(42)에 의해 인가된 압축력은 블랭크(12)의 가압 내부와 협동하여 금속이 다이 공동(60) 안으로 유동하는 것을 도와준다. 블랭크의 단부에 인가된 압축력과 블랭크의 내부에 인가된 압력과의 상호 작용은 관형 블랭크가 다이 반부(38, 40)들에 의해 형성된 다이공동(60)을 채우도록 하면서도 관 벽의 박화량을 감소시킨다. 그 대신에, 관형 블랭크(12)의 단부들로부터 금속이 다이 공동(60)안으로 유도하는 것이 허용된다. 블랭크(12)의 단부들로부터 금속이 다이 공동(60)안으로 유동할 때 밀봉 유닛(42)는 이동되어 제6도에 도시된 것처럼 블랭크의 단부들과 결합된 채로 유지된다. 관형 블랭크의 길이는 제4도에 도시된 원래 길이로부터 제6도에 도시된 최종 길이로 짧아진 것을 알 수 있다.

스테이션 Ⅱ에 의해 성형된 관의 각 구역의 외주면은 후술하는 것처럼 원하는 최종 성형될 레일 부재의 각 구역의 주연 길이와 거의 동일하게 선택되는 것이 바람직하다. 따라서, 최종적으로 성형될 레일 부재는 관을 팽창시키지 않고 스테이션 Ⅱ에서 성형된 관을 간단하게 재차 성형함으로써 제조할 수 있다.

스테이션 Ⅱ의 작동중에 블랭크의 관 벽이 소성 좌굴되는 경향을 갖는 것을 알게 되었다. 이러한 소성 좌굴은 점유되지 않은 다이 공동 구역 내에서 관을 나선형으로 꼬이게 하며, 이로써 벌지 구역(77)과 같이 다이의 직경이 급하게 변화하는 곳에서 관의 벽에 주름을 형성하게 된다. 나선의 크기는 블랭크의 내압을 증가시키고 블랭크의 성형시에 밀봉 유닛에 의해 이 블랭크의 단부들 상에 작용된 압력을 증가시킴으로써 감소시킬 수 있다. 증가된 내압은 블랭크를 파열시키지 않고 블랭크 벽을 안정화시키기에 충분해야 한다. 관의 내압을 105.5 kg/㎠(1,500 psi) 내지 217.9 kg/㎠(3,100 psi)로 증가시키고 외압을 52.7 kg/㎠(750 psi) 내지 140.6 kg/㎠(2,000 psi)로 증가시키면 좌굴을 감소시킬 수 있다.

관에 인가된 내압 및 외압은 이 기술 분야의 숙련자에게는 공지되어 있는 것처럼 전자식 및 공압식 제어 시스템에 의해 조정된다. 관에 인가되는 내압은 기계식 증압기에 의해 증가시킬 수 있다.

10.16 cm(4.00 inch)의 직경과 약 0.24 cm(0.095 inch)의 벽 두께를 갖고 상술한 압력에 노출된 284.48 cm(112 inch)의 블랭크는 13.74(5.41 inch)의 외경 벌지를 갖는 271.78 cm(107 inch)의 최종 길이를 갖는 벌지 관으로 성형된다. 벌지구역에서의 관 벽의 두께는 약 5 내지 7 % 감소되며 두께의 감소를 더 작게 하는 것도 가능하다. 직경이 50 % 증가된 더 팽창부를 얻을 수도 있지만, 블랭크의 길이는 관 벽의 박화량을 감소시키도록 블랭크 재료가 다이 공동안으로 유동하는 것을 허용하기에 충분해야 한다. 다른 고려 사항과 일치하여 관형 블랭크가 충분한 길이를 가지면 최종 벌지 직경이 영(zero)의 박화를 갖고 100 % 이상 팽창된다. 그리고, 양호한 실시예에서 마찰 제한 및 변형률(즉, 변형 경화율)은 약 50 % 되는 제품에 유용하게 적용할 수 있게 한다.

관이 팽창된 후에 관의 내부에 적용된 압력은 해제된다. 세정 밸브(도시 생략)는 관의 내압을 해제하도록 개방된다. 피스톤(55) 및 이에 부착된 밀봉 유닛(42)는 수축되어 왕복 기구(50)의 레일(90)이 로크 블록(44)를 다이 반부들로부터 멀리 이동시키게 한다. 각 블록(44)의 전방면(70) 상의 원통형 리세스(74)가 다이 반부들의 원통형 렛지(76)을 더 이상 둘러싸지 않게 되면 왕복 기구(50)은 다이 반부들을 개방시킨다.

일단 다이 반부들이 개방되면, 관은 스테이션 Ⅱ의 터브로부터 상승되며 왕복 이송 시스템(20)에 의해 스테이션 Ⅲ의 터브에 이송된다.

[스테이션 Ⅲ]

스테이션 Ⅲ에서 벌지 관이 예비성형된다. 특히, 제7도에 도시된 것처럼 벌지관이 절곡되기 시작한다. 스테이션 Ⅲ에서 개시된 절곡은 스테이션 Ⅳ에서 증가되는데, 이에 대해서는 이 스테이션 및 제15도를 참조하여 이후에 상세하게 설명한다. 관의 절곡 반경은 약 350 mm에서 약 200 mm로 감소되는 것이 바람직하다. 특정 치수를 갖는 특정 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 치수 및 형상에 제한되지 않는다. 작은 반경의 절곡부를 초기에 생성하는 대신에 관을 예비 성형하면 절곡부의 내측을 따라 관 재료의 주름량이 감소된다.

제7도는 다이(102) 위에 하강한 펀치(100)과 다이 공동내에 성형된 관의 단부에 결합된 밀봉 유닛(104)를 갖는 유압 성형 스테이션 Ⅲ의 측단면도이다. 스테이션 Ⅲ은 제14도에 도시된 것처럼 스트로크의 말기에 정지 시간을 가질 수 있고 펀치(100)을 수직 왕복시키는 한쌍의 오버헤드 유압 실린더 조립체(108)을 갖는 가변 램 속도 프레스(106)을 포함한다. 기부(112) 및 측벽(114)를 갖는 터브(110)은 스테이션 Ⅱ의 터브에 들어있는 동일한 수성 용액에 의해 적절한 수준으로 충전된다. 제7도의 펀치(100)은 이의 하강 위치에 있는 상태로 도시되어 있다. 스테이션 Ⅲ의 단면도로부터 알 수 있는 것처럼 다이(102)와 펀치(100)에 의해 형성된 다이 공동은 수직 절곡 관을 형성한다. 특히, 수직 절곡부는 116, 118 및 120에서 관에 3개의 엇갈린 절곡부를 동시에 생성함으로써 형성된다. 절곡부(118)은 약 350 mm의 반경을 갖고 절곡부(116) 및 (120)은 각각 338 mm 및 186.5 mm의 반경을 갖는 것이 바람직하다. 물론, 이와 다른 반경을 갖는 절곡부도 관에 형성할 수 있다. 제8도는 펀치(100)이 제거된 상태의 스테이션 Ⅲ의 평면도이다. 제7도 및 제8도에 도시된 것처럼 스테이션 Ⅲ에서 벌지 관의 수직 형상만이 변경된다. 절곡부(118)이 수직한 것에 대하여 설명하였으나 수평 또는 임의 평면으로 절곡부가 형성될 수 있도록 관이 회전가능하다. 이 기술 분야의 숙련자에게는 공지되어 있는 종래의 절곡 장치는 관의 길이에 걸쳐 일정한 직경을 갖는 관을 절곡시키는데 사용할 수 있다. 스테이션 Ⅱ의 장치에 의해 형성된 관이 테이퍼져 있기 때문에 이들 종래의 절곡 장치는 테이퍼진 관을 절곡시키는데 사용할 수 없다.

제7도에 도시된 밀봉 유닛(104)는 다이(102)의 측면에 인접 위치한 상승기(122) 상에 각기 설치된다. 상승기(122)는 볼트 또는 나사(도시 생략)와 같은 적절한 수단에 의해 터브(110)의 기부(112)에 고정된다. 제9도 및 제10도는 밀봉 유닛(104)의 평면도 및 단면도이다. 각각의 밀봉 유닛(104)는 밀봉 활주 공구(134)가 그 단부에 견고하게 연결된 외향 연장 피스톤 로드(132)를 갖는 유압 실린더 조립체(130)을 포함한다. 공구(134)는 2개의 O링(138, 140)이 위치하는 구멍(136)을 한정한다. 제1 O-링(138)은 선단 모서리(142)로부터 짧은 거리로 후방에 위치하고 제2 O-링(140)은 제1 O-링(138)로부터 짧은 거리에 위치한다. 구멍(136)에는 관의 단부와 구멍(136) 사이의 어떠한 오정렬도 허용하는 인입부(144)를 형성하도록 대향하여 구멍이 형성된다. 각각의 공구(134)는 피스톤 로드(132)와 다이 상에 처음에 위치한 관의 단부와의 공통축(148)을 따라 지브(146: gib)에 의해 왕복 활주이동하도록 설치된다. 각각의 공구(134)는 지브(146)의 정합 슬로트(152) 안으로 연장되는 한쌍의 외향 연장 플랜지(150)을 형성한다.

제11도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 제9도 및 제10도의 밀봉 유닛(104)에 설치된 그리퍼(160)의 단면도이다. 관에 작은 반경의 절곡부를 형성하면 관의 단부로부터의 금속이 다이 공동안으로 매우 신속하게 끌려들어와 금속을 특히 굴곡부의 내측 반경 상에서 겹치게 한다. 이러한 현상을 방지하기 위해서 그리퍼(160)이 성형 공정 중에 관의 단부들로부터 금속의 유동을 제어하도록 마련된다. 그리퍼(160)은 관통 연장되는 유체 구멍(164)를 갖는 원통형 블록(162)를 포함한다. 가압 유체는 구멍(164)를 통해 관의 내부에 이송된다. 대응 구멍(166)은 그리퍼(160)을 밀봉 유닛(104)의 구멍(136) 내측에 결합하기 위하여 유체 구멍(164) 주위에 마련된다. 이후에 상술하는 것처럼 그리퍼의 나사용 대응 구멍(166)은 나사(167)의 직경보다 0.025 cm(0.010 inch) 더 크다. 나사보다 더 큰 대응 구멍(166)을 형성함으로써 그리퍼가 밀봉 유닛(104)의 구멍(136)의 바닥부에 대해서 뜨게 된다. 밀봉 유닛의 구멍내에서 뜰수 있는 그리퍼의 특성은 그리퍼를 갖는 밀봉 유닛의 작동에 대한 설명에 의해 명확해진다. 그리퍼(160)의 외부에는 1세트의 비드(169)가 위치한다. 그리퍼(160)의 직경은 관이 제11도에 도시된 것처럼 그리퍼(160)의 외부면에 걸쳐 끼워지도록 관의 내경보다 작다.

그리퍼(160)은 나사(167)에 의해 밀봉 유닛(104)의 구멍(136)의 내측에 설치되는 것이 바람직하지만, 그리퍼가 밀봉 유닛(104)의 구멍 내에서 뜰 수 있으면 다른 종래의 수단을 사용할 수도 있다. 그리퍼(160)의 외부면과 구멍(136)의 표면사이에는 갭이 생성되는데, 이 갭은 제1도에 도시된 것처럼 관의 단부가 그 사이에 끼워지게 해준다. 플런저(170, 제12도)은 밀봉 유닛(104)의 구멍(172)를 통해 수직 이동하도록 마련되어 이 플런저(170)는 그리퍼(160) 상의 비드(169) 세트 위에 하강할 수 있다. 예를 들어 유압 실린더(103, 제7도)과 같은 종래의 수단이 플런저(170)를 상승 및 하강 위치로 이동시키는데 사용될 수 있다. 플런저(170)는 관을 비드(169) 세트에 대해 압착하는데 사용되며 이에 의해 관의 단부를 파지할 수 있고 다이 공동으로의 금속의 유동을 제어할 수 있다.

제12도는 제11도에 도시된 플런저(170)의 측면도이다. 플런저(173)의 표면은 관의 외부면에 일치하도록 만곡되어 있다. 바람직한 플런저의 곡률 반경은 약 1.9 mm이다.

제13도는 그리퍼의 외부면에 형성된 비드를 상세하게 도시한다. 이 비드는 약 0.076 cm(0.030 inch)의 높이(H)와 약 0.038 cm(0.015 inch)의 폭(W)를 갖는 것이 바람직하다. 비드의 상부면은 수평한 평면인 반면에 비드의 측면은 수직한 것이 좋다. 비드의 측면은 바람직하게는 0.051 cm(0.020 inch) 이하인 반경(R) 구역에서 그리퍼(160)의 외부면으로 이어진다. 이 비드의 구조로 인해 관 재료를 맞물어서 다이로의 재료의 유동을 제어할 수 있다.

밀봉 유닛(104) 및 그리퍼(160)의 작동에 대하여 설명한다. 하나의 밀봉 유닛(104)만 도시하였으나 관의 대향 단부에 있는 밀봉 유닛 또한 그 안에 설치된 그리퍼를 갖는다. 그리퍼가 특정 부품을 성형하도록 각각의 밀봉 유닛에 사용되었으나 성형될 특정 부품에 따라 그리퍼를 사용하는 것을 결정할 수 있다. 그리퍼는 하나의 밀봉 유닛에 위치할 수 있으며 다른 기구 또는 그리퍼가 이들 밀봉 유닛에 필요하지 않을 수 있다. 밀봉 유닛(104)이 관(101)의 단부에 결합되도록 이동되면 관의 단부는 구멍(136)안에 삽입되고 그리퍼(160) 위로 활주한다. 따라서, 관의 단부는 그리퍼(160)과 구멍(136) 사이에 끼워진다. 밀봉 유닛(104)이 일단 관의 단부에 결합되면 펄런저(170)은 밀봉 유닛(104)의 개구(172)를 통해 하강하여 이 플런저(170)의 만곡면(173)이 관의 외부면에 대해 압착된다. 플런저(172)에 의해 인가된 압력은 플런저 표면(173)에 인접한 관 부분을 그리퍼의 비드(169) 세트에 대해 압착한다. 플런저(170)에 의해 인가된 압력은 그리퍼를 밀봉 유닛(104)의 구멍(136)의 바닥부로 수직으로 이동시키며, 여기에서 비드(169)의 바닥 구역은 관의 바닥 부분에 대해 압착된다. 그리퍼(160)은 상술한 것처럼 대응 구멍(166) 및 나사(167)에 의해 마련된 부유 장치에 의하여 플런저(170)에 의한 압력이 인가되면 이동가능하다.

제11도의 그리퍼(160) 상의 비드(169)가 그리퍼의 외부면의 외주연 주위에 균일하게 연장되는 것으로 도시되었으나, 여러가지의 다른 형상도 취할 수 있다. 예를 들어, 플런저 표면(173)에 가장 근접한 비드(169)의 부분은 관의 벌지 구역에 가장 근접한 밀봉 유닛에 위치한 그리퍼로부터 제거할 수 있다. 또한, 본 발명은 하나 또는 복수개의 비드를 사용하여서도 실시할 수 있다. 플런저(170)과 결합된 그리퍼(160)은 다이(102)와 펀치(100)에 의해 형성된 다이 공동안으로의 재료의 유동량 및 유동 속도를 제어한다. 그러나, 다이 공동 안으로의 재료의 유동량을 제어함으로써 관 벽의 박화가 수반되기도 한다. 이러한 영향을 조정하기 위하여 양호한 실시예에서는 필요로 하는 최종 프레임 부재의 게이지 값보다 큰 게이지 값을 갖는 관형 블랭크가 사용된다.

제14도는 제7도의 유압 성형 스테이션 Ⅲ의 단면도이다. 다이(102)는 다이 공동 내에 성형된 제품 프린트의 하반부를 형성하는 상방 대면 에지(200) 쪽으로 매끄럽게 전이되는 기부를 갖는 수직 펀치 결합 벽(200)을 형성한다. 렛지(202)의 하부 좌측에서 다이(102)는 등고선 형상의 수직 힐(204)를 형성한다. 힐(204)는 이후에 상술하는 것처럼 펀치(100)의 다이 결합 벽(206)에 삽통식으로 결합되는 형상을 취한다. 펀치(100)은 수직 다이 결합 벽(206)을 형성하는 보족 하방 연장부를 형성한다. 벽(206)의 상부는 다이 공동에 성형된 제품 프린트의 상반부를 형성하는 하방 대면 렛지(208) 쪽으로 매끄럽게 전이된다. 펀치(100)는 또한 렛지(208)의 우측에 수직 힐(210)을 형성한다. 다이(102)의 힐(204)와 유사한 힐(210)은 인접 결합부를 완성하는 다이(102)의 펀치 결합 벽(200)에 삽통식으로 결합되는 형상을 취한다. 즉, 펀치(100)이 수직 하방으로 내려옴으로써 렛지(208)는 렛지(202)와 일정한 수직 배열을 이루고 수직 힐(210)이 수직 벽(200)을 따라 활주하고 수직 벽(206)이 수직 힐(204)를 따라 활주한다.

펀치 결합 벽(200)이 렛지(202)에서 매끄럽게 전이되는 동안에 렛지(202)와 힐(204) 사이의 전이가 212에 도시된 것처럼 작은 예각을 형성한다. 렛지(202)와 힐(204) 사이의 전체 교차선은 약 0.159 cm(1/6 inch)의 반경을 갖고 반경 방향으로 나누어진다. 이 반경은 성형할 관의 특성 및 관에 인가되는 힘에 따라 가변적이다. 본 실시예에서, 212에서 0.159 cm(1/16 inch)인 반경은 아래에서 설명되는 관을 내부적으로 가압하는 단계 중에 212에 관의 외향 성형을 얻기에는 너무 작다. 다이 결합 벽(206)과 렛지(208)과 펀치(100)의 힐(210) 사이의 전이도 유사하게 관계된다.

이 실시예에서의 렛지(202, 208)은 제7도에 도시된 것처럼 이들의 길이에 걸쳐 수직으로 변화한다. 제7도에 도시된 이들 렛지의 중심 섹션(214, 216)은 하방 돌출한다. 따라서, 스테이션 Ⅱ에서 수평하게 연장된 벌지 관이 스테이션 Ⅲ의 다이(102) 상에 놓일 때, 이 관 만이 제7도에 도시된 것처럼 다이(102)의 전방부(218) 및 후방부(220)에서 렛지(202)에 접촉한다. 펀치(100)이 다이(102) 쪽으로 하방으로 내려올 때 렛지(208)의 중앙 하방 돌출부(214)만이 관에 먼저 접촉한다. 펀치(100)의 하방 이동이 더 진행되면 렛지(202, 208) 사이의 관을 절곡시키게 된다.

펀치(100)가 완전히 연장되어 다이(102)에 결합되면 렛지(202, 208)은 예비성형 관의 제품 프린트를 형성하는 제14도에 단면도로 도시된 것처럼 폐쇄 공동을 형성한다. 펀치(100)의 수직 이동 한계는 실린더 조립체의 작동을 제어하는 변환기에 의해 제어된다.

스테이션 Ⅲ의 작동에 대하여 제7도 내지 제14도를 참조하여 설명한다. 펀치(100)가 상방 분리 위치에 있고 밀봉 유닛(104)이 완전히 분리되면, 이송 시스템은 관을 스테이션 Ⅱ로부터 스테이션 Ⅲ으로 이송하며 이 관을 하부 다이(102)에 의해 형성된 렛지(202) 상에 위치시킨다. 그러면, 상승 기구가 관을 해제하여 분리되고 왕복 이송기가 이의 아이들 위치로 복귀한다. 터브(110)은 밀봉 유닛(104)의 상당히 위쪽에 그리고 다이(102) 상에 위치한 관의 상부 위쪽의 수준까지 수조에 충전된다. 관이 터브(110) 안에 그리고 다이(102) 상에 위치함으로써 이 관은 자동적으로 수조의 용액으로 충전된다. 상승 기구는 밀봉 유닛의 통로를 세척하는 동시에 밀봉 유닛은 관의 단부들 주위로 삽통식으로 연장된다. 밀봉 유닛(104)의 O-링(138, 140)은 관내에 작용될 약 56.24 내지 63.27 kg/㎠(800 내지 900 psi)의 힘에 대해 밀봉을 유지할 수 있다. O-링(138, 140)이 관의 단부들에 결합되어 이들을 밀봉시킴으로써, 환기 포트(도시 생략)을 제외한 구멍(136) 및 관에 의해 폐쇄 용적이 형성된다. 관의 내부는 그 안에 연행된 공기 기포의 양을 최소화시키도록 세정된다. 그러면, 플런저(170)은 밀봉 유닛(104) 내의 관의 단부들 위로 하강한다.

펀치(100)은 관 연행 위치로 하방으로 신속하게 내려 않게 된다. 이 위치에서 렛지(208)의 하방 돌출 중심 구역(214)는 관 바로 위에 위치한다. 또한, 하방연장되는 다이 결합 벽(206)은 관과 다이(102)의 일부를 삽통식으로 둘러싼다. 이 지점에서, 다이 결합 벽(206)의 바닥 모서리는 이의 최하부 지점에서 렛지(202)의 반경 모서리 아래로 통과한다. 관이 렛지(202)와 수직하게 정렬되지 않으면 펀치(100)의 다이 결합 벽(206)은 관을 이의 적절한 수직 정렬 위치로 내향으로 하강시키게 된다. 이 관은 렛지(202, 208)과 수직벽(206, 210)에 의해 형성된 충전 렛지 공동내에 완전하게 연행되며, 관 및 밀봉 유닛(104)의 구멍(136)은 수조의 용액으로 완전히 충전된다.

공구(134)가 완전히 연장되고 관의 내부 유체 압력이 항복 압력보다 작고 펀치(100)이 관 연행 위치에서 머물게 되면 펀치(100)는 완전히 연장된 위치로 하강된다. 렛지(202, 208)이 서로 접근함으로써 관이 렛지(202, 208)과 수직벽(206, 210)에 의해 형성된 충전 렛지 공동내에 완전히 연행되면 관이 어느 곳에서도 방출되거나 죄여지지 않게 된다. 그 대신에, 관이 펀치(100)의 완전한 연장시에 렛지(202, 208)에 의해 완전히 한정되는 수축된 형상의 공동에 일치하게 된다. 관 내의 내부 유체 압력에 의해 생성된 가요성 맨드릴은 렛지(202, 208)의 형상에 따라 거의 일정하고 좌굴이 없는 관의 변형을 보장한다. 성형 공정중에 관의 단부들은 다이 공동 쪽으로 배출된다. 관의 단부들을 결합 상태로 유지하기 위하여 밀봉 유닛은 또한 다이 공동 쪽으로 이동한다.

상기 공정이 완료된 후에 적절한 밸브 수단(도시 생략)이 관의 잔류 압력을 수조로 배기시킨다. 관 내측의 압력이 하강하면서 곧바로 공구(34)가 분리되고 펀치(100)이 이의 분리 위치까지 상승된다. 그러면 이송 왕복 시스템이 관을 스테이션 Ⅳ로 이송시킨다.

관의 내측에 작용된 압력은 관 내에 일정한 압력을 유지하기 위하여 성형공정 중에 감소되어야 한다. 프레스의 스트로크에 걸쳐 관내에 유지된 내부 압력은 약 56.24 내지 63.27 kg/㎠(800 내지 900 psi) 범위가 바람직하다. 이 내부 압력은 이 기술 분야의 숙련자에게는 공지되어 있는 수단에 의해 모니터되고 제어되는데, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

[스테이션 Ⅳ]

제15도는 유압 성형 스테이션 Ⅳ의 측단면도인데, 여기에서 스테이션 Ⅲ의 예비성형 관은 200 mm의 반경을 갖는 수직 절곡부가 성형되도록 더 절곡된다. 스테이션 Ⅳ는 다이 공동이 다이(300)과 펀치(302)에 의해 형성되는 것만 제외하고는 스테이션 Ⅲ과 거의 동일하므로 동일 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다. 특히, 제8도에 도시된 스테이션 Ⅲ의 다이 및 펀치에 의해 형성된 주형 공동의 평면도는 스테이션 Ⅳ와 동일하다. 따라서, 스테이션 Ⅲ과 유사하게 스테이션 Ⅳ는 관의 수직 형상만 변경시킨 것이다. 스테이션 Ⅳ는 스테이션 Ⅲ의 작동과 동일한 방식으로 작동하며, 따라서 상세한 설명을 생략한다. 스테이션 Ⅲ에서 사용된 것과 동일한 압력이 스테이션 Ⅳ의 관에서 유지된다.

스테이션 Ⅳ에서 형성된 관의 두께는 절곡부의 내측에서 약 15 % 증가하며 관의 두께는 절곡부의 외측에서 약 17 % 감소한다. 벌지 구역의 나머지 부분의 두께는 거의 변화하지 않는다.

이 공정이 완료된 후에 내부 압력이 제거되고 공구가 분리되며 펀치가 이의 분리 위치로 상승된다. 왕복 이송 시스템은 관을 스테이션 Ⅴ로 이송한다. 이 관은 스테이션 Ⅴ의 다이에 위치하기 전에 90° 회전된다.

[스테이션 Ⅴ]

다음으로, 팽창되고 수직 절곡된 관에 측방향 절곡 및 관의 단면 구역 변화가 개시된다. 필요로 하는 부품의 형상은 수직 및 측방향으로 가변 형상을 갖는 가변 단면을 갖는 것이 바람직하다.

제16도는 밀봉 유닛(304)에 결합된 스테이션 Ⅴ의 개방 위치를 도시한 측단면도이다. 스테이션 Ⅴ는 펀치(302)를 수직하게 왕복시키는 한쌍의 오버헤드 유압 실린더 조립체(306, 제18도)를 갖는 스트로크의 단부에서 정지 시간을 가질 수 있는 가변 램 속도 프레스(307)을 포함한다. 기부(310) 및 벽(312)를 갖는 터브(308)은 스테이션 Ⅱ 내지 Ⅳ의 터브에 들어 있는 것과 동일한 수성 용액으로 적절한 수위로 충전된다. 제1도에 도시된 것처럼 스테이션 Ⅳ 및 Ⅴ는 하나의 터브를 공유한다.

제17도는 스테이션 Ⅴ의 다이(300)의 평면도이다. 스테이션 Ⅳ에서 성형된 관은 스테이션 Ⅴ에 이송되어 다이(300)의 다이 공동내에 위치하기 전에 90°회전되어서 스테이션 Ⅲ과 Ⅳ에서 성형된 수직 절곡부가 수평이 되게 한다. 제16도 및 제18도에서 알 수 있는 것처럼 다이 및 펀치에 의애 성형된 다이 공동은 가변 장방형 단면을 취하는 수직 절곡된 관을 형성한다. 그러나, 스테이션 Ⅴ의 수직 절곡부는 스테이션 Ⅲ 및 Ⅳ에 의해 성형된 절곡부에 대해 수직한다. 스테이션 Ⅲ 내지 Ⅴ에서 형성된 절곡부의 경사는 수직 또는 수평인 것으로 설명하였으나 제조할 부품에 따라 다른 방향을 취할 수도 있다.

관의 단부들이 스테이션들 사이에서 변경되지 않기 때문에 밀봉 유닛은 스테이션 Ⅲ 및 Ⅳ에 대해 설명한 것과 동일하고, 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그러나, 스테이션 Ⅴ의 밀봉 유닛은 상기에 설명한 것과 같은 그리퍼를 갖지 않는다.

제18도는 스테이션 Ⅴ의 다이 및 펀치의 단면도이다. 다이(300)은 다이 공동에 성형된 제품 프린트의 하반부를 형성하는 상방 대면 렛지(322) 쪽으로 매끄럽게 전이되는 기부를 갖는 수직 펀치 결합 벽(320)을 형성한다. 렛지(322)의 좌측 하부에서 다이는 등고선 형상의 수직 힐(324)을 형성한다. 힐(324)는 이후에 상술하게 될 다이 결합 벽(326)에 삽통식으로 결합되는 형상을 취한다. 펀치(302)는 수직 다이 결합 벽(326)을 형성하는 보족 하방 연장부(328)을 형성한다. 펀치(302)는 렛지(330)의 우측에 수직 힐(332)를 형성한다. 다이(300)의 힐(324)와 마찬가지로 힐(332)는 펀치 결합벽(320)에 거의 완전한 인접 결합 상태로 삽통식으로 결합되는형상을 취한다. 즉, 펀치가 수직 하방으로 내려감으로써 렛지(330)은 렛지(322)와일정한 수직 정렬 상태로 있고 수직 힐(332)는 수직벽(320)을 따라 활주하고 수직벽(326)은 수직 힐(324)를 따라 활주한다.

펀치 결합 벽(320)이 렛지(322)에서 매끄럽게 전이되는 동안에 렛지(322)와 힐(324) 사이의 전이로 인해서 322에 도시된 것처럼 작은 예각이 형성된다. 렛지(322)와 힐(324) 사이의 전체 교차선은 약 0.159 cm(1/16 inch)의 반경을 갖고 반경 방향으로 나누어진다. 이 반경은 성형할 관의 특성 및 관에 인가되는 힘에 따라 가변적이다. 본 실시예에서, 322에서 0.159 cm(1/16 inch)인 반경은 아래에서 설명할 관을 내부적으로 가압하는 단계 중에 332에서 관의 외향 성형을 얻기에는 너무 작다. 다이 결합 벽(326)과 렛지(330)과 펀치(302)의 힐(332) 사이의 전이도 유사하게 관계된다.

이 실시예에서의 렛지(322, 330)은 제16도에 도시된 것처럼 그 길이에 걸쳐 수직으로 변화한다. 제18도에 도시된 것처럼 다이 공동의 단면은 대개 장방형이다. 이 렛지들은 제16도에 도시된 것처럼 하방 돌출한다. 스테이션 Ⅳ에서의 관이 스테이션 Ⅴ상에 위치하기 전에 관은 이송 왕복기의 상승 기구에 의해 90°회전된다. 따라서, 스테이션 Ⅲ 및 Ⅳ에서 성형된 관의 수직 절곡부는 제16도의 점선(301) 및 제17도의 평면도에 도시된 것처럼 스테이션 Ⅴ의 다이를 수평하게 교차하여 놓인다. 관은 다이(300)의 전방부(338) 및 후방부(340)에서만 우선적으로 렛지(332)에 접촉한다. 펀치(302)가 다이(300) 쪽으로 하강하면 렛지(330)의 하방 돌출부(334)만이 우선적으로 관에 접촉한다. 물론, 렛지(322)와 (330) 사이에서 관을 절곡시키도록 펀치(302)가 하방으로 더 이동한다.

펀치(302)가 완전히 연장되어 다이(300)에 결합되면 제18도의 단면도에 도시된 것처럼 폐쇄 공동을 형성하는 렛지(322, 330)은 부분적으로 성형된 프레임 부재의 제품 프린트를 형성한다. 펀치(302)의 수직 이동은 실린더 조립체의 작동을 조절하는 변환기의 제어에 의해 제한된다. 이 실시예에서, 렛지(332, 330)에 의해 형성된 폐쇄 공동의 단면 형상은 이의 전 길이에 걸쳐 현저하게 변화한다. 폐쇄 공동에 의해 형성된 단면의 외주연은 그 안에 위치한 관의 거의 원형인 단면과는 대조적으로 대체로 장방형을 취한다.

스테이션 Ⅴ의 작동에 대하여 제16도 내지 제18도에 대하여 설명한다. 펀치(302)가 이의 상방 수축 위치에 있고 밀봉 유닛(304)가 완전히 수축되면 관은 스테이션 Ⅳ로부터 스테이션 Ⅴ로 이송된다. 이 관은 다이(300)의 렛지(322) 상에 위치 하기 전에 90°회전된다. 터브는 밀봉 유닛(304) 위의 그리고 다이(300) 상에 위치한 관의 상부 위의 수준으로 수성 용액으로 충전된다. 터브안으로 그리고 다이(300) 위로 관이 변위됨에 따라 이 관은 수조의 용액으로 자동 충전된다. 상승 기구는 밀봉 유닛의 통로를 세척하고 밀봉 유닛은 관의 단부들 주위로 동시에 삽통식으로 연장된다. 밀봉 유닛의 O-링은 관 내에 작용될 약 246.05 kg/㎠(3500 psi)의 압력에 대해 밀봉을 유지할 수 있다. O-링이 연장되어 관의 단부들에 결합되어 이를 밀봉함으로써 폐쇄된 용량이 관과 환기 포트(도시 생략)를 제외한 구멍들에 의해 형성된다. 관의 내부는 그 안에 연행된 공기 기포의 양을 최소화시키도록 세정된다. 밀봉 유닛(304)의 공구가 더 연장되더라도 관의 내부는 63.27 kg/㎠(900 psi)의 압력으로 유지된다.

그러면 펀치(302)는 관 연행 위치까지 신속하게 하강한다. 이 위치에서 렛지(330)의 하방 돌출 섹션은 관 바로 위에 위치한다. 또한, 하방 연장 다이 결합 벽(326)은 관과 다이(300)의 일부분을 삽통식으로 둘러싼다. 이 지점에서, 다이 결합 벽(326)의 바닥부 모서리는 이의 최하부 지점에 있는 렛지(322)의 반경 모서리 아래로 통과한다. 관이 렛지(322)와 완전히 수직하게 정렬되지 않으면 펀치(302)의 다이 결합 벽(326)은 관을 이의 적절한 정렬 위치로 내측으로 밀어낸다. 이 관은 렛지(322, 330)과 수직벽(326, 332)에 의해 형성된 충전 렛지 공동 내에 완전히 연행되며, 관과 밀봉 유닛의 구멍들은 수조의 용액으로 전체적으로 충전된다. 펀치(302)가 이의 완전 결합된 위치로 하강하면 관 내측의 압력은 246.05 kg/㎠(3500 psi)까지 증가된다.

밀봉 유닛(304)가 완전히 결합되고 관의 내부 유체 압력이 항복 압력보다 작고 펀치가 관 연행 위치에서 정지하게 되면 펀치(302)는 이의 완전 연장 위치(제18도)로 하강된다. 렛지(322,330)이 서로 접근함으로써 관이 렛지(322, 330)과 수직벽(326)에 의해 형성된 충전 렛지 공동내에 완전히 연행되면 이 관은 어느곳에서도 방출되거나 죄여지지 않게 된다. 그 대신에, 관이 펀치(302)의 완전한 연장에 따라 렛지(322, 330)에 의해 전체적으로 형성되는 수축된 형상의 공동에 일치하게 된다. 관 내의 유체 압력에 의해 생성된 가요성 맨드릴은 렛지(322, 330)의 형상에 따라 거의 일정하고 좌굴이 없는 관의 변형을 보장한다.

관에 인가된 내부 압력은 관이 다이 공동이 모서리에서 충전되어 거의 원형인 관의 단면을 거의 장방형으로 변화시키도록 약 59.75 kg/㎠(850 psi) 내지 66.79 kg/㎠(950 psi)로 증가되는 것이 바람직하다. 각각의 장방형 단면의 외주연은 다이 공동내에 위치한 관의 외주연과 동일하거나 이보다 약간 작다. 필요하다면, 관은 원하는 만큼 팽창될 수 있는데, 블랭크의 원래 크기의 약 8 내지 25 % 정도로 팽창되는 것이 바람직하다. 이러한 팽창 한계는 사용된 재료 및 최종 형상에 의해 결정된다.

상기 공정이 완료된 후에, 적절한 밸브 수단(도시 생략)이 관 내의 잔류 압력을 수조로 배출시킨다. 관의 내부 압력이 감소된 후에 공구들이 수축되고 펀치가 이의 수축 위치로 상승된다. 그러면 왕복기는 상승 기구가 스테이션 Ⅳ와 Ⅴ 사이의 중간에 놓이는 아이들 위치로부터 상승 기구가 스테이션 Ⅴ 위에 위치하는 후방위치로 이동한다. 그 다음에 상승 기구가 하강되고 부분적으로 성형된 프레임 부재에 결합되어 이를 터브 외측으로 상승시키게 된다. 왕복기는 상승 기구가 스테이션 Ⅵ 위에 위치하는 전방 위치로 이동된다.

[스테이션 Ⅵ]

제19도는 스테이션 Ⅵ의 평면도이다. 스테이션 Ⅵ의 공구는 스테이션 Ⅴ에 의해 성형된 프레임 부재에 구멍을 천공하는데 사용된다. 스테이션 Ⅵ은 기부(402)와 벽(404)에 의해 형성된 터브(400)을 포함한다. 터브의 기부에 설치된 상승기(406, 제20도) 상에는 포스트(408) 및 활주부(410)이 설치된다. 포스트(408)은 볼트 또는 나사(도시 생략)와 같은 종래의 수단에 의해 고정 설치된다. 활주부(410)은 이후에 상술하는 것처럼 이 활주부가 포스트(408) 쪽으로 또는 이로부터 이동하는 것을 허용하는 트랙(412)에 설치된다. 터브(400)의 대향 단부들에 위치한 실린더 유닛(416)은 터브 벽(404)에 설치되어 이를 통해 연장된다. 실린더(416)은 밀봉 유닛(418)과 관의 단부들을 결합하는데 사용된다. 밀봉 유닛(418)은 스테이션 Ⅴ의 밀봉 유닛과 동일하다. 실린더(414)는 하나의 터브 벽(404)에 설치되어 이를 통해 연장되며, 이후에 상술하는 것처럼 활주부(410)을 포스트(408) 쪽으로 그리고 이로부터 멀리 이동시키는데 사용된다.

제19도에서 천공 유닛(420)은 포스트(408) 및 활주부(410) 상의 여러 위치에 설치된다. 포스트(408) 및 활주부(410)을 따라 특정 위치에 수개의 천공 유닛(420)이 있는 것으로 도시되어 있으나 천공 유닛의 수 및 위치는 프레임 부재에 천공될 구멍의 수 및 위치에 따라 가변적이다.

활주부(410) 및 포스트(408)은 제19도 및 제20도에 점선(422)로 도시된 것처럼 스테이션 Ⅴ에서와 동일한 다이 공동을 그 안에 형성한다. 스테이션 Ⅵ의 다이 공동은 스테이션 Ⅴ에 의해 성형된 관의 형상을 변화시키지 않고 천공되는 관을 둘러싸기만 한다. 따라서, 스테이션 Ⅴ에서 성형된 관은 스테이션 Ⅵ의 포스트 및 활주부에 의해 형성된 다이 공동내에 단정하게 끼워진다.

제20도는 천공 유닛(420)이 제거된 제19도의 20-20선을 따라 취한 스테이션 Ⅵ의 부분 단면도이다. 활주부(410)과 포스트(408)에 위치한 관의 형상은 점선(422)에 의해 도시되어 있다. 각각의 밀봉 유닛(418)은 스테이션 Ⅲ 내지 Ⅴ의 밀봉 유닛과 같은 방식으로 상승기(424)상에 설치된다. 터브(400)의 하나의 벽(404)에 설치된 실린더 유닛(414)는 활주부(410)을 포스트(408) 쪽으로 또는 이로부터 멀리 이동시키는데 사용된다. (제19도에 도시되어 있는) 천공 유닛(420)은 활주부(410)을 따라 형성된 개구(426)을 도시하기 위해 제거되어 있다. 이들 개구(426)은 활주부 벽을 통해서 천공 유닛이 그 안에 설치될 수 있게 하는 다이 공동의 내부에 이르기까지 연장된다. 유사한 개구들이 포스트(408, 도시 생략)을 따라 마련된다. 터브(400)은 상술한 것처럼 다른 스테이션의 터브에 사용된 동일 액체로 충전된다. 터브 내의 액체의 수위는 터브에 위치한 장치가 거의 잠길 수 있는 정도이다.

제21도는 제19도의 21-21선을 따라 취한 스테이션 Ⅵ의 단면도이다. 활주부(410)은 포스트(408)과의 결합 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 마모판(430)은 이 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있는 것처럼 활주부와 포스트 상의 마모를 감소시키도록 이들 활주부(410)과 포스트(408) 양쪽에 마련된다. 다이 공동의 단면으로부터 알 수 있는 것처럼 다이 공동은 그 안에 위치한 관의 형상과 거의 동일한 형상을 갖는다.

2개의 천통 유닛(420)은 활주부(410)에 마련된 개구(426, 제20도)에 설치된다. 천공 개구(420)은 2개의 구멍이 관의 인접 측면에서 천공되도록 위치한다.

각각의 천공 유닛(420)은 실린더(434)와 펀치(436)을 포함한다. 실린더(434)는 펀치(436)을 이의 수축 위치와 천공 위치 사이에서 이동시킨다. 활주부(410)의 개구(426) 내측에 위치한 블록(438)은 이를 관통하는 하나의 구멍을 갖는다. 그러나, 제28도와 관견하여 후술하는 것처럼 수개의 구멍이 블록을 통해 연장되기도 한다. 상술한 것처럼 제20도에 도시된 개구(426)은 다이 공동의 내부에 이르기까지 연장된다. 또한, 블록(438)내의 구멍도 다이 공동의 내부에 이르기까지 연장되며, 따라서 공동에 위치한 관의 외부면의 일부분을 노출시킨다. 블록(438)은 종래의 수단에 의해 개구(426)에 설치된다. 블록(438)의 구멍은 제21도에 도시된 것처럼 펀치(436)이 관통하는 것을 허용하는 차수를 갖는다. 특히, 구멍과 펀치(436)의 직경은 거의 같아서 펀치(436)이 구멍에 결합될 때 구멍이 거의 밀봉될 수 있게 해준다. 둥근 홈(441)은 펀치(436)과 구멍 사이의 어떠한 오정렬도 보정하도록 마련된다.

제22도는 본 발명과 관련하여 사용된 펀치(436)의 양호한 실시예를 도시한다. 펀치(436)은 제23도에 도시된 것처럼 대체로 타원 형상을 취하고 경화처리된 강으로 제조된 관 벽 결합 섹션(438)을 갖는다. 섹션(438)의 한 단부에 있는 천공면(440)은 관의 벽을 천공하거나 절단하는 펀치의 일부분이다. 펀치(436)의 천공면(440)의 형성은 관형 벽을 단정하게 천공하도록 특별히 설계된다. 특히, 펀치는 특정 크기의 전단 릴리프와 필요로 하는 천공력의 크기를 감소시키고 천공된 구멍 주위의 관 벽의 표면 변형을 감소시키는 지점각을 갖고 설계된다. 또한, 이렇게 설계된 펀치는 펀치면에 걸쳐 균등한 부하 압력을 제공하고 관 벽으로부터 완전한 슬러그 분리를 허용한다.

제22도에서 천공면(440)은 대체로 오목한 표면이다. 이 표면의 모서리로부터 지점(P₁)까지의 변위(d₁)은 약 0.965 cm(0.038 inch)인 것이 바람직하다. 천공면(440)이 대체로 오목한 반면에 이 표면의 모서리부는 제25도에 상세하게 도시된 것처럼 선형 세그먼트를 갖는다. 제25도에서 선형 세그먼트는 수평에 대해 각 (α₁) 을 형성한다. 바람직한 각(α₁)은 약 70°이다. 선형 세그먼트(d₂)의 길이는 0.076 cm(0.03 inch)가 바람직하다. 펀치면의 형상, 특히 제25도에 도시된 것처럼이 면의 모서리는 관 벽에 인가된 힘이 기존의 펀치에서 처럼 전체 표면에 걸쳐 인가되는 대신에 국부적으로 인가되게 하는 칼날형 모서리를 제공한다. 또한, 펀치의 칼날형 모서리가 관 벽의 외부로 슬러그를 절단함으로써 이 슬러그가 펀치면(440)의 오목한 구역으로 밀려나게 된다. 이는 성형될 구멍의 모서리를 둘러싸는 관 벽상에 작용된 힘을 감소시킬 수 있게 해준다. 제22도 내지 제25도에는 특정 크기의 펀치가 도시되어 있으나 관에 상이한 크기의 구멍을 천공하기 위하여 다양한 크기를 갖는 펀치를 사용할 수도 있다. 펀치의 크기는 가변적이지만 펀치면의 설계는 특정 크기의 전단 릴리프 및 지점각을 제공하여 관형 벽에 구멍이 단정하게 천공될 수 있게 하여야 한다.

제22a도는 관 벽에 구멍을 천공하는데 사용할 수 있는 천공 펀치(500)의 또 다른 실시예를 도시한다. 펀치(500)은 반경 모서리(506)에 이어지는 지점 또는 각 도 표면(504)를 갖는다. 펀치(500)은 관 벽을 통해 연장되는 이의 천공 위치에 있는 것으로 도시되어 있다.

제22도의 펀치가 관 벽으로부터 슬러그를 완전히 제거하지만 제22a도의 펀치는 그렇지 않다. 그 대신에, 펀치(500)은 관 벽의 일부와 탭(502)을 절단하지 않은 상태로 남겨둔다. 펀치(500)이 관 벽을 때리면 반경 모서리(506)이 관 벽을 절단하지 않고 탭(502)를 형성한다. 펀치가 관의 내부에 삽입되면 관의 절결부가 제22a도의 도시된 것처럼 관의 내부 안으로 후방 절곡된다. 제22도의 펀치와는 달리 제22a도의 펀치에 의해 천공된 관의 내부로부터 슬러그가 제거되지 않는다. 또한, 관 벽을 부분적으로 절결하는 데에는 관 벽으로부터 슬러그를 제거하는데 필요한 힘보다 더 적은 힘이 필요하다.

제26도는 제19도의 26-26선을 따라 취한 스테이션 Ⅵ의 단면도이다. 프레임 부재의 섹션에서 구멍은 관의 상부 및 바닥부에서 천공된다. 상술한 것처럼, 천공 유닛은 활주부와 포스트 양쪽에 설치될 수 있다. 제26도에 도시된 것처럼, 천공 유닛(450)은 활주부(410)에 설치되지만 유닛(452)는 포스트(408)에 설치된다. 상술한 것처럼, 펀치의 크기는 제26도에 도시된 바와 같이 활주부(410)에 설치된 유닛(450)의 펀치가 포스트(408)에 설치된 유닛(452)의 펀치에서 보다 더 큰 구멍을 형성하도록 가변적이다.

제27도는 제19도의 27-27선을 따라 취한 스테이션 Ⅵ의 또 다른 단면도이다. 프레임 부재의 섹션에서 단지 하나의 구멍이 이 부재의 측면에 천공된다.

제28도는 제19도의 28-28선을 따라 취한 장치의 단면도이다. 제19도에 도시된 것처럼 각각의 천공 유닛은 수개의 펀치를 포함할 수 있다. 제28도에서 관의 상부에는 3개의 가변 크기의 구멍이 천공되어 있으나 관의 바닥부에는 2개의 가변 크기의 구멍이 천공되어 있다. 각각의 천공 유닛에 합체된 블록(437)은 특정 천공 유닛에 사용된 펀치의 수효 및 크기를 수용하도록 그를 통해 연장되고 정확한 치수를 갖는 적절한 수효의 구멍을 갖는다.

제29도는 관에 구멍을 천공하기 보다는 구멍의 형상을 형성하는데 사용되는 펀치의 또다른 형태를 도시한다. 펀치(460)은 오목한 모서리(464)를 갖는 거의 편평한 면(462)를 갖는다. 제30도는 제19도의 30-30선을 따라 취한 장치의 단면도이다. 프레임 부재의 섹션에서 제29도의 펀치는 상술한 다른 천공 유닛에 사용된 천공 펀치 대신에 사용된 것이다. 이 유닛은 제29도의 펀치를 제22도는 또는 제22a도 의 천공 펀치 대신에 사용한 것을 제외하고는 상술한 천공 유닛과 동일하다. 펀치(460)은 제30도에 도시된 것처럼 프레임 부재의 일부분을 변형시키는데 사용된다. 특히, 펀치(460)은 구멍을 천공하는 대신에 관의 표면에 양각을 형성하는데 사용된다. 제29도의 펀치는 상술한 천공 펀치에서와 동일한 방식으로 실린더 유닛에 부착되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이 기술 분야의 숙련자에게 이해가 되는 것처럼 본 발명의 원리를 사용하여 다양한 다른 형상도 관 벽에 형성할 수 있다.

스테이션 Ⅵ의 작동에 대하여 제19도 내지 제21도를 참조하여 설명한다. 활주부(410)이 이의 수축 위치에 있으면 스테이션 Ⅴ에서 성형된 관은 포스트(408)의 다이 공동에 위치하게 되는 스테이션 Ⅵ의 터브에 이송된다. 선행 스테이션들을 참조하여 설명한 것처럼, 스테이션 Ⅵ의 장치는 관이 포스트(408)의 다이 공동에 위치할 때 그 내부가 액체로 충전되도록 잠긴다. 밀봉 유닛(418)은 관의 단부들에 결합되고 관의 내부는 상술한 것처럼 그 안에 연행되는 공기 기포를 세척한다. 관이 세척된 후에 밀봉 유닛(418)은 관의 내부를 약 63.27 kg/㎠(900 psi)의 양호한 압력으로 가압한다. 관의 내부 압력은 이 기술 분야의 숙련자에게는 공지되어 있는 외부 압력 펌프 및 이와 연계된 전자-기계식 기구와 같은 종래의 수단에 의해 관측 및 조정된다. 관의 내부 압력을 관의 팽창을 유발하는 압력 아래로 유지하는 것이 중요하다.

실린더(414)는 활주부(410)을 이의 결합 위치로 이동시켜 다이 공동을 폐쇄하게 된다. 일단 다이 공동이 폐쇄되면 관 내의 내부 압력은 바람직하게는 약 239.02 kg/㎠(3,400 psi)로 증가된다. 그 다음에, 천공 유닛(420)은 관을 여러 위치에서 천공하도록 작동된다. 천공 작업은 최저 속도가 약 3,429 cm/sec(1,350 inch/sec)인 매우 높은 속도에서 천공 유닛의 펀치를 이동시킴으로써 수행된다. 펀치가 관에 삽입되면 펀치에 의해 생성된 구멍이 인지할 만큼의 유체 또는 압력의 손실없이 펀치에 의해 밀봉된다. 관 내부의 유체는 천공될 관의 표면을 지지하는 작용을 하며,관에 구멍이 단정하게 천공 또는 절삭될 수 있게 해준다. 이 구멍들은 동시에 또는 연속적으로 천공되기도 한다. 그러나, 제29도 및 제30도의 변형 펀치(460)은 구멍들의 천공이 완료될 때까지 작동하지 않는다.

천공 작업이 수행된 후에 관의 내부 압력이 제거되고 천공 유닛의 펀치가 수축된다. 그 다음에, 활주부(410)이 수축되어 다이 공동이 개방된다. 천공된 관은 스테이션 Ⅵ으로부터 제거되고 단부들이 형성되는 다른 스테이션으로 이동되며, 슬러그가 관의 내부로부터 세정되고 관이 미합중국 특허 제07/837,081호에 기재된 것처럼 방출된다. 단부 형성 스테이션 이후에 프레임 부재의 단부에 추가의 구멍을 천공할 수도 있다.

본 발명을 특정 프레임 부재와 관련하여 설명하였으나, 다른 치수 및 형상을 갖는 프레임 부재도 본 발명의 방법에 따라 성형할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 강과 같은 재료로부터 프레임 부재를 성형함으로써 이들 프레임 부재를 예를 들어 자동차 및 트럭의 공간 프레임에 사용할 수 있게 해준다. 알루미늄 압출 성형에 의해 성형된 부재로 구성된 공간 프레임은 공지되어 있으나 알루미늄 압출 성형은 일정 단면으로 제한되므로 압출 성형부의 길이에 걸쳐 구조 강도가 일정하게 된다. 본 발명은 관형 블랭크에 사용할 수 있으며 이를 바람직하게는 50 %까지 필요한 만큼의 면적으로 팽창시킬 수 있다. 관형 부재의 팽창으로 냉간 가공에 기인한 증가된 항복 강도를 얻게 된다. 따라서, 관형 부재의 구조 강도 및 단면은 관에 걸쳐 정확한 하중 상태를 만족시키도록 가변적이다.

또한, 본 발명에 따라 성형된 관으로부터 공간 프레임을 제조하게 되면 종래의 인발 강철 프레임 섹션에 사용되는 적층된 C형 섹션을 필요로 하지 않게 된다. 그 결과, 중량이 절감되고 값비싼 MIG 용접 및 이와 관련한 열에 의한 휨이 없어지게 되어 더 가볍고 일정한 치수를 갖는 부재를 얻을 수 있다. 미합중국 특허 제 5,069,271호, 제4,651,799호, 제5,113,924호, 제5,042,561호, 제4,961,455호, 제4,606,396호, 제4,589,466호, 제4,532,976호, 제4,508,157호, 제4,340,108호, 제4,112,997호, 제3,900,064호 및 제3,863,706호에 개시되어 있는 박벽 캐스팅 기술을 사용하여 복합 형상의 고강도 및 성형성 조인트를 성형하면 종래의 강철 공간 프레임과 관련한 문제점을 해결할 수 있다. 종래의 프레임 설계는 프레임 조인트에서 다른 섹션에 스포트 용접되는 인발 섹션을 사용한다. 이들 용접부 및 조인트설계는 견고하지 않으며 하중 상태에 따라 이동하는 것을 허용한다. 이러한 이동은 허용 설계 하중을 감소시킨다. 또한, 조인트들은 높은 하중 및 응력을 받는 영역이다. 이러한 박벽 캐스팅은 더 높은 항복 강도를 갖는 재료의 사용에 기인하여 증가된 허용 하중을 갖는 더 견고한 조인트를 가능하게 해준다. 따라서, 프레임 부재의 단면은 변화시키고 박벽 캐스팅 기술을 사용함으로써 중량을 현전하게 줄일 수 있다. 특히, 박벽 캐스팅 기술을 사용하는 조인트에 의해 연결된 본 발명에 따라 성형된 관에 의해 형성된 중간 크기의 차량용 공간 프레임은 포개어진 조인트에 의해 연결된 종래의 방법으로 성형된 인발 강철 공간 프레임에 비해 약 20 내지 40 % 또는 그 이상으로 공간 프레임의 중량을 감소시켜 준다.

본 발명을 특정 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였으나, 이 기술 분야의 숙련자에게는 상술한 변경 이외에도 본 발명의 기본 특징 내에서 여러 가지 형태로 본 발명에 대한 변경 수정이 가능하다. 따라서, 출원인은 본 발명의 기술 사상 및 진전한 범위 내에서의 모든 변경 및 수정도 보호받고자 한다.

Claims (15)

1. 관형 블랭크(12)로부터 적어도 하나의 절곡을 포함하고 성형된 부재의 표면을 따라 가변하는 수직, 수평 및/또는 단면 형상을 가진 복합 형상의 프레임 부재를 성형하는 방법으로서, 상기 블랭크를 개방된 다이(38, 40) 안에 위치시키고, 상기 블랭크의 내부를 비압축성 유체로 충전시키며, 상기 블랭크의 내부 유체를 가압하는 단계, 상기 다이를 폐쇄하고 상기 블랭크 안의 유체의 압력을 증가시키며, 상기 유체의 압력을 상기 관의 탄성 한계를 넘어 증가시켜 상기 관을 팽창시켜서 팽창된 관의 가변하는 입면 및 단면 형상을 형성하고 팽창된 관이 상기 다이의 형상에 일치되도록 함으로써 프레임 부재를 생성하는 단계를 포함하는 방법에 있어서, 상기 압력을 관형 블랭크가 팽창되어 팽창된 부재를 형성하도록 충분히 증가시키기전에 상기 다이를 폐쇄하고, 상기 블랭크 안의 유체 압력을 증가시켜 상기 관형 블랭크를 다이의 형상에 일치하도록 팽창시키는 단계 동안에 상기 관형 블랭크의 대향 단부에 압축력을 인가하고, 상기 팽창된 부재를 상기 팽창된 부재의 내부를 충전하는 유체를 가진 제2 다이에서 절곡하고, 상기 유체는 상기 팽창된 관의 항복점 아래의 압력을 가지고 실질적으로 균일한 비-좌굴 절곡을 보장하는 가요성 맨드릴과 같이 작용함으로써, 성형된 부재는 그 표면을 따라 가변하는 수직, 수평 및/또는 단면의 복합 형성을 가지고 적어도 하나의 절곡을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 관형 블랭크의 단부에 인가되는 압축력은 약 5 Mpa(750 P.s.i.)에서 약 14 Mpa(2000 p.s.i.)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관의 직경은 적어도 약 35% 정도 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관의 직경은 적어도 약 50% 정도 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관의 직경은 적어도 약 100% 정도 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 튜브는 상기 블랭크의 원래 크기의 약 8 - 25 % 정도 팽창하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 팽창된 관에 추가적인 절곡을 형성하고 상기 절곡의 곡률 반경을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 절곡 형성 단계 동안에 상기 대향 대향 단부의 이동을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 제한 단계는 상기 관의 대향 단부를 파지(gripping)함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 팽창된 관형 블랭크를 제3 다이에 위치시키는 단계, 상기 제3 다이를 폐쇄하는 단계, 및 상기 팽창된 블랭크의 내부에 상기 상기 블랭크의 항복점을 넘는 유압을 인가하여 상기 팽창된 블랭크를 상기 제3 다이에 일치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제7항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 추가적인 절곡을 형성하는 단계는 상기 팽창된 블랭크를 제3 다이에 위치시키는 단계, 상기 제3 다이를 폐쇄하는 단계, 및 실질적으로 균일한 비-좌굴 절곡을 보장하도록 상기 제3 다이 안의 상기 팽창된 관의 내부에 블랭크 재료의 항복점보다 작은 유압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제10항의 단계가 적어도 하나 이상의 다이에서 반복되어 상기 팽창된 블랭크에 추가적인 절곡을 부여하는 것을 특징으로 하는 단계.
13. 제1항에 있어서, 상기 관형 블랭크의 내부가 가압되는 동안에 상기 관형 블랭크에 적어도 하나의 구멍을 천공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 관형 블랭크(12)로부터 복합 형상의 프레임 부재를 성형하는 장치로서, 상기 관형 블랭크를 수용하는 제1 다이(38, 40), 상기 제1 다이에 위치된 상기 관형 블랭크의 내부에 비압축성 유체에 의해 충분한 압력을 인가하여 상기 블랭크를 상기 제1 다이의 형상에 일치시키는 수단(80, 86, 88), 및 상기 팽창된 관의 입면 및 단면 형상을 변경함으로써 상기 프레임 부재를 성형하는 수단을 포함하는 장치에 있어서, 상기 관형 블랭크의 내부가 상기 제1 다이의 형상에 일치되도록 가압되는 동안에 상기 관형 블랭크의 대향 단부를 가압하는 제1 수단(55, 42), 제2 다이를 포함하고, 상기 블랭크가 맨드릴과 같이 작용하는 유체로 충전되는 동안에 상기 부재를 절곡하는 제2 수단, 및 상기 부재를 절곡하는 동안에 상기 프레임 부재의 내측을 실질적으로 일정한 압력으로 유지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 팽창된 관형 블랭크를 수용하는 제3 다이, 상기 팽창된 관형 블랭크의 내부에 충분한 유압을 인가하여 팽창된 블랭크를 상기 제3 다이의 형상에 일치시키는 제3 수단, 및 상기 팽창된 블랭크가 상기 제3 다이의 형상에 일치되도록 강제되는 동안에 상기 대향 단부의 이동을 조절하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.