KR100483878B1 - 하이드로폼 다이 조립체 및 핀치 없는 튜브의 성형 방법 - Google Patents

하이드로폼 다이 조립체 및 핀치 없는 튜브의 성형 방법 Download PDF

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Abstract

다이 조립체는 금속 튜브가 배치될 수 있는 다이 공동을 형성하도록 협동하는 다이 구조물을 갖는다. 제1 다이 구조물은 다이 공동을 밀봉하도록 이동가능하고, 다이 공동이 밀봉된 후에 제1 및 제2 다이 구조물은 공동의 단면적을 감소시켜 다이 공동 내의 금속 튜브형 블랭크를 변형시키도록 이동할 수 있다.

Description

하이드로폼 다이 조립체 및 핀치 없는 튜브의 성형 방법 {HYDROFORMING DIE ASSEMBLY AND METHOD FOR PINCH-FREE TUBE FORMING}
본 발명은 하이드로폼 다이 조립체에 관한 것이며, 특히 하이드로폼 성형될 금속 튜브형 블랭크가 다이 조립체의 폐쇄 중에 핀치되는 것을 방지하는 하이드로폼 다이 조립체에 관한 것이다.
하이드로폼 방법은 튜브형 금속 블랭크를 미리 결정된 원하는 형상을 갖는 튜브형 구성품으로 성형하기 위한 수단으로 알려져 있다. 특히, 보편적인 하이드로폼 작업은 하이드로폼 다이 공동 내로 튜브형 금속 블랭크를 배치하고 블랭크가 외측으로 팽창되어 다이 공동을 형성하는 표면과 일치하는 형상을 갖도록 고압 유체를 블랭크의 내부에 공급하는 것을 포함한다. 특히, 튜브형 금속 블랭크의 대향 종방향 단부들은 밀봉되고, 고압의 물이 튜브형 단부들 중 하나를 밀봉하는 하이드로폼 포트 또는 램을 통해 공급된다. 튜브 내에 제공된 유체는 종래의 증압기에 의해 가압된다.
보통, 다이 조립체는 하부 다이 반부 및 상부 다이 반부를 포함한다. 상부 다이 반부는 하방으로 이동하여, 하부 다이 반부와 협동해서 그들 사이에 밀봉된 다이 공동을 형성한다. 튜브형 금속 블랭크는 상부 다이 반부가 공동 내에 튜브형 블랭크를 밀봉하기 위해 하강하기 전에 하부 다이 반부에 배치된다.
많은 용례에 있어서, 보통 원형 단면을 갖는 튜브형 블랭크는 다이 공동에 의해 형성된 상자 또는 사각의 단면을 갖는 튜브형 부품 또는 구성품으로 하이드로폼 성형된다. 튜브형 블랭크의 둘레가 다이 공동을 형성하는 표면들의 둘레 또는 단면 주연보다 현저하게 작기 때문에, 상부 다이 반부가 다이 공동을 밀봉하기 위해 하강할 때, 다이 공동 내의 튜브형 블랭크를 다소 압착 또는 변형시키는 것이 바람직하다. 튜브를 팽창되도록 가압하기 전에 다이 공동 내의 튜브형 블랭크를 다소 변형시키는 요구는 하이드로폼 작업의 가압 단계 중에 튜브형 블랭크의 금속 재료를 팽창 또는 신장시킬 필요를 다소 경감시키기 위해 다이 공동을 형성하는 표면들의 단면 주연 또는 둘레에 더욱 가깝게 튜브형 블랭크의 단면 주연을 맞출 필요에서 부분적으로 기인한 것이다. 또한, (금속 재료를 다이 공동과 일치하게 팽창시키는 것을 용이하게 하기 위해 금속 재료 내에 "슬랙"을 제공하는) 다이 공동에 더욱 가깝게 따르는 단면 주연을 튜브형 블랭크에 제공하는 것은 튜브형 블랭크를 다이 공동의 "각진" 모서리로 팽창시키는 기능을 용이하게 한다.
다이 공동의 폐쇄 시에 튜브형 블랭크를 변형시키는 중에 부딪히는 문제점은 다이 공동이 밀봉되어 있을 때 변형된 튜브형 블랭크가 상부 및 하부 다이 반부들 사이에서 핀치될 수 있는 가능성이다. 이 잠재적인 문제점의 한가지 해결 방법이 미국 특허 제4,829,803호에서 제시되었다. 이 특허는 튜브형 블랭크가 상부 다이 반부의 하강 이전에 충분히 가압되고, 블랭크의 외부 표면이 충분히 매끄러워서, 상부 다이 반부가 폐쇄되기 전의 튜브형 블랭크의 내부 압력이 적어도 다이 부분들의 폐쇄 시에 다이 부분들에 의해 블랭크에 작용하는 마찰력을 견디기에 충분한 장치를 개시하고 있다. 이런 구성은 튜브형 블랭크의 내부 압력 및 다양한 마찰 표면의 평활도를 어느 정도 중요하게 다룬다. 또한, 다이 공동이 밀봉되기 전에 다이 조립체가 튜브를 변형시키기 때문에, 핀칭 문제가 남을 가능성이 있다.
미국 특허 제5,339,667호의 다른 제안도 유사하게 다이 공동의 밀봉 이전에 튜브형 블랭크의 변형을 요구한다. 이 역시 다이 공동의 폐쇄 시에 튜브를 핀칭할 가능성을 유발한다. 또한, 이 특허는 매우 특이한 외형을 가진 다이 공동이 튜브형 블랭크를 핀칭할 가능성을 제공한다. 따라서, 제한된 형태의 튜브형 구성품만이 이 방법에 의해 성형될 수 있다.
미국 특허 제5,239,852호는 이런 문제점을 해결하기 위한 또 다른 대안을 제시한다. 그러나, 이러한 장치에서, 다이 공동의 측벽들 각각이 대향 다이 구조물의 밀봉 표면과 확실히 접하는 것을 보장하기 위해 두개의 다이 구조물은 고도로 정밀하게 결합되어야 한다. 또한, 이러한 구조는 다이 구조물의 면과 모서리 사이의 전이부에서 날카로운 예각을 제공한다. 그러한 예각으로 형성된 코너는 장시간 사용 후에 치핑 또는 균열을 받을 수 있는 다이 구조물의 상대적으로 취약한 부분을 제공하게 된다.
도1은 본 발명에 따른 하이드로폼 다이 조립체의 분해 사시도이다.
도2는 상부 다이 구조물이 상승 또는 개방 위치에 있는, 본 발명의 하이드로폼 다이 조립체의 종방향 일단부의 평면도이다.
도3은 상부 다이 구조물이 완전히 하강되거나 폐쇄된 위치에 있기 이전에, 초기 폐쇄 위치에 있는 상부 다이 구조물을 도시한 도2와 유사한 평면도이다.
도4는 상부 다이 구조물이 도2에서처럼 상승 또는 개방 위치에 있는, 완전히 조립된 구성품을 도시하는 도1의 선 4-4를 따른 단면도이다.
도5는 도3에서처럼 상부 다이 구조물이 초기 폐쇄 위치에 있는 하이드로폼 공정의 다음 단계를 도시하는 도4와 유사한 단면도이다.
도6은 상부 다이 구조물이 완전한 하강 위치에 있고, 본 발명에 따라 다이 공동을 형성하는 다이 구조물들의 상대 이동에 의해 하이드로폼 성형될 튜브형 블랭크가 다소 변형 또는 압착되는, 본 발명에 따른 하이드로폼 성형의 다음 단계를 도시한 도5와 유사한 단면도이다.
도7은 압력 유체가 튜브형 블랭크를 다이 공동과 일치하게 팽창시키는 후속 하이드로폼 공정을 도시한 도6과 유사한 단면도이다.
도8은 튜브형 블랭크가 하부 다이 조립체 내에 배치되고 한 쌍의 유압 램이 튜브형 블랭크의 대향 단부들과 결합하고 상부 다이 구조물이 상승 위치에 있는 완전히 조립된 조립체를 도시한 도1의 선8-8을 따른 종단면도이다.
본 발명의 목적은 상술된 종래 기술의 문제점을 극복하려는 것이다. 본 발명은 금속 튜브형 블랭크가 배치될 수 있는 다이 공동을 형성하도록 협동하는 적어도 세개의 독립된 다이 구조물을 제공함으로 이 목적을 달성한다. 제1 다이 구조물은 다이 공동을 밀봉하도록 이동 가능하고, 다이 공동이 밀봉된 후에 제1 및 제2 다이 구조물은 다이 공동의 단면적을 감소시켜 다이 공동 내에서 금속 튜브형 블랭크를 변형시키도록 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 두개의 가동 다이 구조물 및 하나의 고정 다이 구조물이 다이 공동을 형성하기 위해 제공된다. 제1 및 제2 다이 구조물 간의 상대 이동에 의해 공동을 밀봉한다. 공동이 밀봉된 후에, 고정 다이 구조물에 대한 제1 다이 구조물의 상대 이동이 다이 공동의 단면적을 감소시켜서 다이 공동 내의 금속 튜브를 변형시킨다.
본 발명의 다른 목적은 금속 튜브의 하이드로폼 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 다이 공동을 형성하기 위해 협동하는 세개의 독립된 다이 구조물을 갖는 하이드로폼 다이 조립체 내에 금속 튜브를 위치시키고, 다이 공동을 밀봉하기 위한 제1 다이 구조물을 이동시키고, 다이 공동의 단면적을 감소시키기 위해 제1 다이 구조물 및 제2 다이 구조물을 이동시키고, 다이 공동의 단면적 감소의 결과로 금속 튜브를 변형시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 금속 튜브가 위치될 수 있는 하부 다이 공동 부분을 형성하고 하부 다이 공동 부분의 대향 측면들을 형성하는 측벽들과 하부 다이 공동의 하부 표면을 형성하는 하부 벽을 제공하는 하부 다이 조립체와, 하부 다이 공동 부분을 밀봉하기 위해 하부 다이 공동 부분의 대향 측면들 상에서 하부 다이 조립체와 결합하도록 이동 가능하여 밀봉된 다이 공동을 제공하는 밀봉 표면을 갖는 상부 가동 다이 구조물을 포함하며, 상기 하부 다이 조립체와 상부 다이 구조물은 공동이 밀봉된 후에 협동하여 금속 튜브를 변형시키기 위해 밀봉된 다이 공동의 크기를 감소시키도록 되어 있는 하이드로폼 다이 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 장점은 다음의 상세한 설명, 첨부된 도면 및 청구범위에 의해 구체화된다.
도1에, 본 발명에 따른 하이드로폼 다이 조립체(10)가 분해도로 도시되어 있다. 하이드로폼 다이 조립체(10)는 가동 상부 다이 구조물(12), 가동 하부 다이 구조물(14), 고정 다이 구조물(16), 고정 다이 구조물(16)이 고정되는 고정 기부(18), 및 하부 다이 구조물(14)을 고정 기부(18) 상에서 이동하도록 장착하기 위한 상업적으로 구입 가능한 복수의 질소 스프링 실린더(20)를 포함한다. 상부 다이 구조물(12), 하부 다이 구조물(14) 및 고정 다이 구조물(16)이 협동해서, 그들 사이에 도5 내지 도7과 관련하여 상세히 설명될 대체로 상자 형태의 단면을 갖는 종방향 다이 공동을 형성한다. 바람직하게도, 상부 다이 구조물(12), 하부 다이 구조물(14), 고정 다이 구조물(16) 및 고정 기부(18)는 각각 P-20강과 같은 적절한 강재로 제작된다.
도1에 도시된 것처럼, 상부 다이 구조물(12)은 그의 대향 종방향 단부들에서 한 쌍의 받침 부분(31)을 갖는다. 받침 부분(31)은 상부 다이 구조물(12)의 대향 종방향 단부들에서 상부 클램핑 구조물(26)을 수용하도록 형성되고 배열되어 있다. 특히, 클램핑 구조물(26)은 클램핑 구조물(26)과 상부 다이 구조물(12) 간의 수직 상대 이동을 허용하는 복수의 질소 스프링 실린더에 의해 각각의 받침 부분(31)에서 상부 다이 구조물(12)과 결합된다. 예를 들어, 도2에 도시된 것처럼, 질소 스프링 실린더(27)는 상부 다이 구조물(12)에 대해서 다소 이격되어 있고, 탄성적으로 편향된 관계로 클램핑 구조물(26)을 장착시킨다.
하부 다이 구조물(14)도 그의 대향 종방향 단부들에서 유사한 방법으로 하부 클램핑 구조물(28)을 수용하도록 구성되고 배열된 유사한 받침 부분(33)을 갖는다.
하부 클램핑 구조물(28)들은 각각 종방향으로 연장되고 아치 또는 반원형의 상향 표면(34)을 갖고 있다. 표면(34)은 하부 다이 구조물 내에 위치된 튜브형 블랭크의 저면과 결합하여 지지하도록 구성되고 배열된다. 하부 클램핑 구조물(28)의 아치형 표면(34)들 각각은 하이드로폼 다이 조립체(10)의 중심 부분을 향해서 종방향 내측으로 연장됨으로써, 대체로 사각형 또는 상자형인 U형상의 표면 형상부(36)로 변화한다.
상부 튜브 클램핑 구조물(26)은 하부 클램핑 구조물(28)과 대체로 동일하지만 하부 클램핑 구조물에 대해 역전되어 있다. 특히, 도1 내지 도3에서 알 수 있는 것처럼, 각각의 상부 클램핑 구조물(26)은 종방향으로 연장되지만 하방으로 향하는 아치 또는 반원형의 표면(38)을 가지며, 이는 뒤집힌 상자형의 U형상 표면 형상부(39)로 변화한다. 각각의 클램핑 구조물(26)의 아치형 표면(38)은 각기 하부 클램핑 구조물(28)들 하나와 협동해서 상부 다이 구조물(12)의 초기 하강 시에 튜브형 블랭크(40)의 대향 단부들을 포획하고 밀봉식으로 결합하는 원통형의 클램핑 표면을 형성한다 (도3 참조).
도4의 단면도에서 알 수 있는 것처럼, 상부 받침 부분(31)들 사이에서 상부 다이 구조물(12)은 뒤집힌 대체로 U형상인 단면을 갖는 종방향 채널(37)을 형성한다. 채널(37)은 서로 평행하게 연속되고 이격되어 종방향으로 연장되는 수직 측표면(43)들과, 그 사이에 대체로 수평으로 종방향으로 연장되는 표면(66)에 의해서 형성된다.
도1과 도2 및 도3의 단부 평면도에서 알 수 있는 것처럼, 받침 부분(33)을 형성하는 하부 다이 구조물(14)의 대향 종방향 단부는 대체로 U형상인 단면을 갖는다. 그러나, 도4의 단면도에서 알 수 있는 것처럼, 하부 다이 구조물(14)은 U형상의 종방향 단부들 사이에 중심 개구(42)를 갖는다. 하부 다이 구조물(14)의 내부 수직 표면(41)들은 네개의 모든 측면 상에서 상술한 중심 개구(42)를 형성하여 둘러싼다. 특히, 한 쌍의 종방향으로 연장되는 측표면(41)은 개구(42)의 측면 선단을 형성한다. 이들 표면들은 수직으로 배치되어, 도4 내지 도7에서 알 수 있는 것처럼, 서로 평행하고 대면하는 관계에 있다. 도시되지는 않았지만, (도시되지 않은) 한 쌍의 횡단 측표면(41)이 개구(42)의 종방향 선단을 형성하고 서로 평행하고 대면하는 관계로 수직으로 배치된 것을 이해할 수 있다. 네개의 표면(41)이 개구(42)에 대체로 사각형인 상부 평면 형상을 제공하는 것도 이해할 수 있다.
도1에서, 고정 기부(18)가 대체로 사각형인 금속 슬래브 형태이고, 고정 다이 구조물(16)이 복수의 볼트(44)에 의해 고정 기부(18)의 상부 표면(46)에 고정되어 있는 것을 이해할 수 있다. 고정 다이 구조물(16)은 고정 기부(18)의 횡방향 중심부를 따라서, 고정 기부(18)의 상부 표면(46)의 길이의 대부분을 따라 연장된 길다란 구조물이다. 고정 다이 구조물(16)은 고정 기부(18)에서 상방으로 돌출되고, 그의 대향 종방향 면들 상에 대체로 수직인 측표면(52)을 갖는다. (그러한 측표면들 중 단지 하나만이 도1에 도시되어 있다.) 고정 다이 구조물(16)은 또한 그의 대향 종방향 단부들 상에 대체로 수직인 단부 표면(54)을 갖고 있다. (그러한 단부 표면들 중 단지 하나만이 도1에 도시되어 있다.) 고정 다이 구조물(16)은 개구(42)를 형성하는 대체로 수직인 측표면(41)과 고정 다이 구조물(16)의 수직 측표면(52, 54) 사이에서 미세한 틈새를 갖고 하부 다이 구조물(14) 내의 개구(42) 내에서 연장되도록 구성되고 배열된다. 고정 다이 구조물(16)은 더욱이 상부의 대체로 수평으로 종방향으로 연장된 다이 표면(56)을 포함하고, 이는 상부 다이 구조물(12)상에서 종방향으로 연장되는 다이 표면(66)과 이격된 관계로 연장되도록 구성되고 배열된다.
바람직하게, 상술된 측표면(41), 고정 다이 구조물(16)의 상부 표면(56) 및 표면(43), 상부 다이 구조물(12)의 하부 표면(66) 간의 협동은 종방향 범위에 걸쳐 대체로 폐쇄된 상자형 단면 형상을 갖는 하이드로폼 성형하도록 종방향 범위에 걸쳐 대체로 상자 형태인 단면 형상을 갖는 다이 공동(60)을 제공한다(도5 및 도6 참조). 고정 다이 구조물(16)의 다이 표면(56) 및 상부 다이 구조물(12)의 다이 표면(66)은 각기 다이 공동(60)의 하부 및 상부 다이 표면을 제공한다. 도1을 참조하면, 고정 다이 구조물(16)의 상부 표면(56)이 상기에서 전체적으로 수평이라고 언급되었고, 실제로는 그의 대향 종방향 단부들에서 대체로 수평이고 전체적으로 평행한 표면 부분(62)들을 갖고 있기는 하지만, 하방으로 연장되는 아치형의 표면 부분(64)이 그들 사이에 배치된 것을 이해할 수 있다. 따라서, 원한다면 튜브형 하이드로폼 성형된 부분에 불규칙한 형상을 제공할 수 있는 것도 이해할 수 있다.
도2는 상부 다이 구조물(12)이 개방 또는 상승 위치에 있는 하이드로폼 다이 조립체(10)의 단부 평면도이다. 이러한 위치에서, 하이드로폼 다이 조립체(10)는 튜브형 블랭크(40)가 하부 다이 구조물(14) 내에 위치되는 것을 가능케 한다. 블랭크(40)는 바람직하게 하부 다이 구조물(14) 내에 위치되기 전에 그의 중간 부분에서 미리 구부러진다. 블랭크(40)의 미리 구부러진 형상은 대체로 만곡된 대향 다이 표면(56, 66)들의 외형을 따른다. 도1, 도4 및 도5에서, 튜브형 블랭크(40)가 처음으로 하이드로폼 다이 조립체(10)에 배치될 때 하이드로폼 성형될 튜브형 블랭크(40)는 고정 다이 구조물(16)의 상부 표면(56) 위로 다소 연장되도록 하부 클램핑 구조물(28)에 의해 현수된다.
블랭크가 하부 다이 구조물(14)에 위치되면, 블랭크(40)의 대향 단부들은 각기 하부 다이 구조물(14)의 대향 단부들에서 하부 클램핑 구조물(28)의 해당 표면(36) 상에 놓인다(도8 참조). 바람직하게, 표면(36)들은 튜브형 블랭크(40)의 각각의 대향 단부의 하부와 억지 끼워맞춤을 형성하도록 구성되고 배열된다. 그 다음, 상부 다이 구조물이 하강되어 도2의 질소 실린더(27)에 의해 연장된 위치에 유지되는 상부 클램핑 구조물이 튜브형 블랭크(40) 각각의 대향 단부의 상부와 억지 끼워맞춤을 형성한다. 이 때, 튜브형 블랭크 양쪽의 대향 단부들은 상부 다이 구조물(12)이 완전한 폐쇄 위치로 하강하기 전에 클램프(26, 28)들 사이에 포획된다.
이 때, 튜브형 블랭크(40)는 도8에서 59로 표시된 것처럼 하이드로폼 실린더가 튜브(40)의 양쪽 대향 단부들 내로 삽통식으로 밀봉되어 삽입되도록 제 위치에서, 튜브의 실질적인 이동이 없고 상부 다이 구조물(12)을 완전한 폐쇄 또는 하강 위치로 완전히 하강시킬 필요가 없이 대체로 견고하게 유지된다. 하이드로폼 실린더는 바람직하게 상부 다이 구조물(12)의 연속적인 하강 이전에 또는 그와 동시에 (도3, 도5, 도6, 및 도7에 도면 부호 F로 표시되어 있는) 유압 유체로 튜브형 블랭크(40)를 미리 충전하지만 크게 가압하지는 않는다. 바람직하게, 물이 유압 유체로 사용된다. 사전 충전 작업이 주기 시간을 감소시키고 더 매끄러운 외형의 부품을 얻는 데 바람직하지만, 본 발명은 상부 다이 구조물(12)이 유체가 튜브(40) 내부에 제공되기 전에 완전히 하강될 수 있는 것도 고려한다.
도5에 도시된 것처럼, 상부 다이 구조물(12)은 바람직하게 다이 표면(66)의 대향 측면에서 하방으로 돌출되고 상부 다이 구조물(12)의 전체 길이를 따라서 연장되는 한 쌍의 측방향 이격된 평행한 리지(70)를 포함한다. (도3에 도시되어 있듯이) 상부 클램핑 구조물(26)이 튜브(40) 및 하부 클램핑 구조물(28)과 초기 결합한 후에 상부 다이 구조물(12)이 더 하강할 때, 질소 실린더(27)는 압축되고 (도5에 도시되어 있듯이) 리지(70)는 다이 공동을 밀봉하기 위해서 개구(42)의 대향 측면들 상에서 하부 다이 구조물(14)의 상부 다이 표면(72)과 결합된다. 리지(70)는 10,000 기압 이상의 매우 높은 공동 압력을 견딜 수 있는 견고한 시일을 형성한다. 개구(42)의 대향 종방향 측면들 상에서 리지(70)와 협동하는 유사한 리지를 다이 표면(72)에 제공하는 것도 바람직하다. 어떠한 경우라도, 하이드로폼 다이 조립체(10)가 다이 공동(60)을 형성하기 위해 세개 (또는 그 이상)의 다이 구조물(12, 14, 16)을 사용하기 때문에, 본 발명에 따른 핀치 없는 하이드로폼 다이 조립체(10)는 수회의 하이드로폼 작업 후에 치핑되거나 파손되기 쉬운 얇은 단면을 갖는 부분을 가질 필요가 없다.
리지(70)와 다이 표면(72)의 초기 결합 이후에, 상부 다이 구조물(12)의 하방으로 연속된 이동은 하부 다이 구조물(14)이 하부 다이 구조물(14)이 장착된 질소 스프링 실린더(20)의 힘에 대해서 하방으로 힘을 작용하는 결과를 가져온다. 단부에서 상부 다이 구조물(12)과 하부 다이 구조물(14) 사이에 포획된 튜브(40)도 마찬가지로 하방으로 이동된다. 하부 다이 구조물(14)의 강제 하방 이동은 상부 다이 구조물(12)의 전단 하중을 사용하거나 상부 다이 구조물(12)에 하방으로 힘을 가하는 유압 시스템을 제공함으로써 수행된다. 하부 다이 구조물이 고정 기부(18)에 의해 제공된 정지 구조물과 결합해서 이동이 정지될 때까지, 상부 다이 구조물(12) 및 하부 다이 구조물(14)은 연속적으로 하방으로 이동한다. 상부 다이 구조물(12) 및 하부 다이 구조물(14)의 연속적인 하방 이동 중에, 상부 다이 구조물(12)의 다이 표면(66)은 공동의 실질적인 주연 밀봉을 유지하면서 다이 공동(60)의 크기를 감소시키기 위해 고정 다이 구조물(16)의 다이 표면(56)을 향해 이동된다. 실제로, 블랭크(40)의 하부는 하방으로 이동되어 다이 구조물(16)의 다이 표면(56)과 결합한다.
블랭크(40)의 하부가 다이 표면(56)과 결합한 후에, 다이 구조물(12, 14)의 연속적인 하방 이동은 블랭크(40)를 휘게 한다. 도6에 도시된 것처럼, 상부 다이 구조물(12) 및 하부 다이 구조물(14)이 최종적으로 완전한 하강 또는 폐쇄 위치에 이르게 되면, 공동(60)이 충분히 작아져서 튜브형 블랭크(40)가 다소 압착된다. 튜브형 블랭크의 이러한 다소간의 압착이 수행되어, 원통형의 튜브형 블랭크(40)가 상자 형태의 다이 공동(60)의 최종 단면 주연에 더 가깝게 형성되는 주연부를 갖게 된다. 튜브형 블랭크(40)가 압착되기 전에 유압 유체로 미리 충전되기 때문에, 압착의 결과로 생기는 튜브 내의 주름이 방지되고 전체적으로 매끄러운 외형의 하이드로폼 성형된 부품을 성형할 수 있다.
도7에 도시된 것처럼, 하부 다이 구조물(14)이 고정 기부(18)와 결합되어 더이상 이동하지 않는 완전한 하강 위치에 상부 다이 구조물(12)이 이른 후에, 압착된 블랭크(40) 내의 유압 유체가 공지의 방법으로 (예를 들어, 유압 증압기 또는 고압 펌프를 사용함으로써) 유압 시스템에 의해 튜브형 블랭크(40)의 한쪽 단부를 통해서 가압된다. 튜브형 블랭크(40)의 팽창 또는 하이드로폼 성형은 상부 다이 구조물(12)의 완전한 하강 이전에 또는 튜브형 블랭크(40)의 압착 이전에 시작될 수도 있다. 특히, 본 발명은 도5에 도시되어 있듯이, 상부 다이 구조물(12)의 밀봉 표면(70)이 하부 다이 구조물(14)의 협동 다이 표면(72)과 결합되는 위치까지 상부 다이 구조물(12)이 하강한 직후, 튜브형 블랭크(40)의 팽창이 시작되는 것도 고려한다. 이렇게 빠른 팽창의 시작에 의해, 전체 하이드로폼 공정의 주기 시간이 감소될 수 있다. 또한, 다이 구조물(12) 및 하부 다이 구조물(14)이 완전한 하강 위치에 이르는 것과 비교해서 클램핑 구조물(26) 및 상부 다이 구조물(12)이 최초 하부 다이 구조물(14)과 결합하면 (도5 참조), 다이 공동이 넓은 단면적을 갖기 때문에, 튜브형 블랭크의 빠른 팽창은 상부 다이 구조물(12)의 완전한 하강 위치에서 가능한 것 이상으로 블랭크가 수직 방향에서 반경 방향으로 (즉, 타원형으로) 팽창하는 것을 가능케 한다. 이렇게 증가된 팽창 능력의 결과로, 튜브형 블랭크(40)의 단면 주연부는 최종 다이 공동(60)의 최종 단면 주연부에 가까운 형상이 되고, 튜브형 블랭크(40)를 다이 공동의 모서리까지 팽창시키는 것이 용이해 진다. 특히, 튜브형 블랭크가 다이 표면(66)에 의해 결합되기 전에 튜브형 블랭크(40)가 팽창해서 상술된 단면 주연부를 따르기 때문에, 튜브형 블랭크(40)의 외부 금속 표면이 상부 및 하부 다이 표면(56, 66)과 마찰 결합해서 블랭크의 금속 재료를 이동시킬 필요 없이 다이 공동(60)의 모서리까지 튜브형 블랭크가 팽창될 수 있다. 결과적으로, 다이 공동(60)의 모서리까지의 팽창은 용이하게 수행되고 매끄러운 최종 부품을 성형할 수 있다.
튜브형 블랭크(40)의 하이드로폼 팽창 중에, 유체(F)는 블랭크를 반경 방향 외측으로 다이 공동(60)을 형성하는 다이 표면과 일치하게 팽창하기에 충분한 정도로 가압된다. 바람직하게, 대략 2,000에서 3,500 기압 사이의 유체 압력이 사용되고, 블랭크는 초기 블랭크의 단면적의 10% 또는 그 이상되는 단면적을 갖는 하이드로폼 성형된 부품을 제공하도록 팽창된다. 또한, 튜브형 블랭크의 대향 종방향 단부들은 튜브가 팽창될 때 이의 두께를 보충하기 위해, 여기에 참고 문헌으로 사용된 1994년 9월 28일자 미국 특허 출원 제08/314,496호에서 제시된 것과 같이, 상호 종방향 내측으로 이동된다. 블랭크(40)가 가압되고 팽창되면, 상부 다이 구조물(12)은 밀봉된 공동(60)의 형상을 유지하기 위해, 예를 들어 유압 작동식 피스톤에 의해 튜브(40)의 가압 시에 발생되는 상방으로 작용하는 힘에 대항하기 위해 연속적으로 하방으로 힘이 가해진다.
튜브(40)가 하이드로폼 성형된 후에, 상부 다이 구조물(12)은 상승된다. 하이드로폼 성형된 부품이 공동(60)을 형성하는 주연 다이 표면과 강제 결합되기 때문에, 부품은 상부 다이 구조물(12)의 표면(41, 43)들과 대체로 견고한 억지 끼워맞춤을 형성한다. 이 경우에, 튜브(40)는 상부 다이 구조물(12)과 함께 상승되고, 거기서 취출되야 한다. 이를 위해, 상부 다이 구조물(12)에 도1에 도시된 방출 구조물(80)이 제공되어야 한다. 방출 구조물(80)은 상부 다이 구조물(12) 내의 받침 부분에 고정되고, 연속적인 외형으로 다이 공동(60)의 일부를 형성한다. 방출 구조물(80)은 하이드로폼 성형된 부품을 효과적으로 방출하기 위해 다이 구조물(12)의 받침 부분에서 수직으로 이동이 가능하다. 방출 구조물은 유압 피스톤에 의해서 이동이 가능하다.
유사하게, 하부 다이 구조물(14)에 (도시되지 않은) 한 쌍의 방출 구조물이 제공될 수 있고, 이는 다이 구조물(14) 내에 개구(42)를 형성하는 측표면(41)들의 일부를 형성하도록 하부 다이 구조물에 고정된다. 방출 구조물은 하이드로폼 작업 후에 하이드로폼 성형된 부품이 하부 다이 구조물(14)의 내부 다이 표면에 고정되거나 고착 형성되는 경우 하이드로폼 부품을 방출시키는 기능을 한다.
상술된 양호한 실시예의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 단지 예시적인 것이고, 본 발명은 상술된 실시예 및 첨부된 청구 범위의 내용 및 범위 내의 다른 모든 실시예도 포함한다. 예를 들어, 특별히 예시된 실시예는 다이 공동을 형성하기 위해 협동하는 세개의 분리된 다이 구조물을 제공하는 것으로 되어 있으나, 본 발명의 범위 내에서 네개 또는 그 이상의 다이 구조물이 사용될 수 있다.

Claims (21)

  1. 제1 가동 다이 구조물과,
    제2 가동 다이 구조물과,
    고정 다이 구조물을 포함하며,
    상기 제1 가동 다이 구조물과 제2 가동 다이 구조물 및 고정 다이 구조물이 협동하여 그 안에 금속 튜브가 배치될 수 있는 다이 공동을 형성하고,
    상기 제1 가동 다이 구조물과 제2 가동 다이 구조물 간의 상대 이동이 상기 다이 공동을 밀봉하고,
    상기 다이 공동이 밀봉된 후에 고정 다이 구조물에 대한 제1 가동 다이 구조물의 이동이 다이 공동 내의 금속 튜브를 변형시키도록 다이 공동의 단면적을 점차 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 튜브를 상기 공동을 형성하는 표면에 일치하게 외측으로 팽창시키도록 금속 튜브의 내부에 가압 유체를 제공하도록 구성되고 배열된 하이드로폼 포트 부재들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하이드로폼 포트 부재들은 튜브가 팽창되었을 때 튜브의 벽 두께를 보충하도록 상기 금속 튜브의 금속 재료를 종방향으로 유동시키도록 상기 하이드로폼 포트 부재들이 그들 사이에서 금속 튜브를 종방향으로 압축할 수 있도록 상대 이동 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고정 다이 구조물은 상기 제2 가동 다이 구조물 내의 개구 내에 수용되고, 상기 제1 가동 다이 구조물은 상기 다이 공동을 밀봉하도록 상기 제2 가동 다이 구조물과 결합되도록 이동하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 가동 다이 구조물은 복수의 압축 스프링 부재들 상에 장착되고, 상기 제1 가동 다이 구조물은 상기 다이 공동을 밀봉하도록 상기 제2 가동 다이 구조물과 결합되도록 하방으로 이동되고, 상기 결합 후에 제1 가동 다이 구조물의 연속된 하방 이동이 제2 가동 다이 구조물을 스프링 부재의 편향에 대항하여 하방으로 이동시키며,
    상기 제1 가동 다이 구조물의 연속된 하방 이동과 제2 가동 다이 구조물의 하방 이동은 상기 금속 튜브를 변형시키도록 다이 공동의 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압축 스프링 부재는 질소 스프링 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제2 가동 다이 구조물 상에 장착되고 대향 종방향 단부들에서 상기 금속 튜브의 저면과 결합하도록 구성되고 배열된 한 쌍의 대향 하부 클램핑 구조물을 더 포함하고, 상기 하부 클램핑 구조물은 상기 제1 가동 다이 구조물이 하방으로 이동하여 상기 제2 가동 다이 구조물과 결합되기 전에 상기 금속 튜브를 상기 고정 다이 구조물에 대하여 중첩된 상태로 현수하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하부 클램핑 구조물은 상기 제2 가동 다이 구조물과의 상대 이동이 가능해지도록 스프링 실린더에 의해 상기 제2 가동 다이 구조물 상에 장착된 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  9. 제7항에 있어서, 상기 하부 클램핑 구조물은 상기 금속 튜브의 대향 종방향 단부들과의 억지 끼움맞춤을 형성하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 가동 다이 구조물 상에 장착되고 제1 가동 다이 구조물이 제2 가동 다이 구조물과 결합되도록 이동할 때 대향 종방향 단부들에서 상기 금속 튜브의 상부 표면과 결합하도록 구성되고 배열된 한 쌍의 대향 클램핑 구조물을 더 포함하고, 상기 제1 가동 다이 구조물 상에 장착된 상기 대향 클램핑 구조물은 대향 단부들에서 상기 금속 튜브의 외부 표면을 포획하도록 상기 제2 가동 다이 구조물 상에 장착된 하부 클램핑 구조물과 협동하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  11. 제1 다이 구조물과,
    제2 다이 구조물과,
    제3 다이 구조물을 포함하며,
    상기 제1 다이 구조물, 제2 다이 구조물 및 제3 다이 구조물이 협동하여 그 안에 금속 튜브가 배치될 수 있는 다이 공동을 형성하고,
    상기 제1 다이 구조물은 다이 공동을 밀봉하도록 이동 가능하고,
    제1 및 제2 다이 구조물은 상기 다이 공동이 밀봉된 후에 상기 다이 공동 내의 금속 튜브를 변형시키도록 다이 공동의 단면적을 감소시키도록 이동 가능한 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 다이 구조물은 상기 제1 다이 구조물이 상기 다이 공동을 밀봉하도록 이동할 때 고정 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제3 다이 구조물은 상기 제1 및 제2 다이 구조물이 다이 공동의 단면적을 점차 감소시키도록 이동할 때 고정 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  14. 제11항에 있어서, 상기 금속 튜브를 상기 공동을 형성하는 표면과 일치하게 외측으로 팽창시키도록 상기 금속 튜브의 내부에 가압 유체를 제공하도록 구성되고 배열된 하이드로폼 포트 부재들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 상기 하이드로폼 포트 부재들 간의 상대 이동이, 튜브의 벽 두께를 보충하기 위해 상기 튜브의 금속 재료를 종방향으로 유동시키도록 하이드로폼 포트 부재들 사이에서 금속 튜브를 종방향으로 압축하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제3 다이 구조물은 상기 제2 다이 구조물 내의 개구 내에 수용되고, 상기 제1 다이 구조물은 상기 다이 공동을 밀봉하도록 상기 제2 다이 구조물과 결합되도록 이동하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2 다이 구조물은 복수의 압축 스프링 부재들 상에 장착되고, 상기 제1 다이 구조물은 결합 후의 제1 다이 구조물의 연속된 하방 이동이 제2 다이 구조물을 스프링 부재의 편향에 대항하여 함께 하방으로 이동시키도록 제2 다이 구조물과 결합되도록 하방으로 이동하고,
    상기 제1 다이 구조물의 연속된 하방 이동 및 제2 다이 구조물의 하방 이동은 다이 공동의 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 압축 스프링 부재는 질소 스프링 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
  19. 금속 튜브를 하이드로폼 성형하는 방법이며,
    협동하여 다이 공동을 형성하는 세개의 분리식 다이 구조물을 갖는 하이드로폼 다이 조립체 내에 금속 튜브를 위치시키는 단계와,
    다이 공동을 밀봉하도록 상기 다이 구조물들 중 제1 다이 구조물을 이동시키는 단계와,
    다이 공동의 단면적을 감소시키도록 다이 구조물들 중 제3 다이 구조물에 대해 제1 다이 구조물과 제2 다이 구조물을 이동시키는 단계와,
    다이 공동의 단면적 감소에 따라 금속 튜브를 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 금속 튜브가 변형될 때 금속 튜브에 대한 내부 지지를 제공하기 위해 금속 튜브를 변형시키기 전에 금속 튜브의 내부에 유압을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 금속 튜브가 그 안에 위치될 수 있도록 하부 다이 공동 부분을 형성하고, 상기 하부 다이 공동 부분의 대향 측면들을 형성하는 측벽들과 하부 다이 공동 부분의 하부 표면을 형성하는 하부 벽을 제공하는 하부 다이 조립체와,
    상기 하부 다이 공동 부분을 밀봉하여 밀봉된 다이 공동을 제공하도록 하부 다이 공동 부분의 대향 측면들 상에 하부 다이 조립체를 결합하도록 이동 가능한 밀봉 표면을 갖는 상부 가동 다이 구조물을 포함하며,
    상기 하부 다이 조립체와 상부 가동 다이 구조물은 다이 공동이 밀봉된 후에 금속 튜브를 변형시키기 위해 밀봉된 다이 공동의 크기를 감소시키도록 협동하는 것을 특징으로 하는 하이드로폼 다이 조립체.
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