KR100547529B1 - 타원형 단면을 갖는 관형 블랭크의 수압 성형 및 수압성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관형 금속 블랭크로부터 기다란 관형 금속 부재를 성형하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 방법은 ⅰ) 다이 공동 내에 타원형 단면을 갖는 관형 금속 블랭크를 위치시키는 단계와, ⅱ) 상기 타원형 단면의 비교적 큰 단면 치수가 상기 다이 공동의 비교적 큰 단면 치수의 방향으로 연장하고 상기 타원형 단면의 비교적 작은 단면 치수가 상기 다이 공동의 비교적 작은 단면 치수의 방향으로 연장하도록 관형 금속 블랭크를 방향 설정하는 단계와, ⅲ) 관형 금속 블랭크의 양 단부를 결합 및 밀봉하는 단계와, ⅳ) 관형 금속 블랭크 내에 가압 유체를 주입하여 다이 공동을 형성하는 표면에 일치하여 관형 금속 블랭크를 팽창하고 그에 의해 상기 관형 금속 블랭크를 기다란 관형 금속 부재로 변형시키는 단계를 포함한다.

수압 성형, 다이 구조체, 블랭크, 다이 공동, 타원형 블랭크

Description

타원형 단면을 갖는 관형 블랭크의 수압 성형 및 수압 성형 장치 {HYDROFORMING OF A TUBULAR BLANK HAVING AN OVAL CROSS SECTION AND HYDROFORMING APPARATUS}

본 발명은 수압 성형 장치 및 수압 성형 방법에 관한 것으로, 특히 다이 공동 내에 블랭크를 삽입하기 위한 예비 압착 작업의 필요성을 피하는 방법으로 관형 금속 블랭크를 수압 성형하기 위한 수압 성형 장치 및 수압 성형 방법에 관한 것이다.

수압 성형 방법은 원형 단면을 갖는 관형 금속 블랭크를 소정의 원하는 형상을 갖는 관형 구성 요소로 성형하기 위한 수단으로 통상 알려져 있다. 특히, 전형적인 수압 성형 방법에서는, 수압 성형 조립체의 다이 공동 내에 원형 단면을 갖는 관형 금속 블랭크를 위치시키고, 관형 블랭크의 내부에 고압 유체를 주입하여, 다이 공동을 형성하는 표면과 일치하도록 관형 블랭크를 외향 팽창시킨다. 보다 구체적으로는, 관형 금속 블랭크의 길이방향 양 단부를 유압식 램으로 밀폐시키고, 램 중의 하나에 형성된 포트를 통해 고압의 수압 성형 유체를 주입하여 관형 블랭크를 팽창시킨다.

전형적으로, 미국 특허 제 5,561,902호에 개시된 바와 같이, 원형 단면을 갖는 관형 블랭크가 금속 박판으로부터 초기 형상으로 압연 성형된다. 그 후, 압연 성형된 관형 블랭크는, 전형적으로 박스형, 직사각형, 또는 불규칙한 단면을 갖는 수압 성형 다이 공동 내에 위치된다. 다이 공동 내에 용이하게 끼울 수 있도록 원형의 관형 블랭크의 원주가 다이 공동을 형성하는 표면의 주연 또는 단면 주계(perimeter)보다 상당히 작기 때문에, 블랭크를 다이 공동과 일치시키기 위해서는 블랭크를 크게 팽창시켜야 한다. 이러한 큰 팽창은 관형 블랭크의 벽의 두께를 상당히 얇게 감소시키기 때문에, 블랭크의 초기 벽 두께는 상당히 두꺼워야 한다. 더욱이, 이러한 상당한 팽창을 필요로 하는 경우에는, 블랭크를 다이 공동 내의 코너에 일치키기가 더 어렵게 된다. 필요한 팽창량을 최소화하면서 초기에 다이 공동의 단면 주연에 보다 정확하게 일치하는 주연을 갖는 관형 블랭크를 제공하기 위하여, 다이 공동의 폭보다 큰 원형 단면 직경을 갖는 관형 블랭크를 제공하고, 이 관형 블랭크가 상대적으로 좁은 다이 공동 내에 초기에 위치될 수 있도록 예비 압착 스테이션에서 관형 블랭크를 직경 방향으로 압착하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 예비 압착 작업은 전용 기계를 필요로 하여 비용이 많이 들며, 시간이 많이 소요된다.
미국 특허 제5,170,557호에는, 절두 원추 형상을 갖는 이중 벽의 배기 덕트 부품을 성형하는 방법이 개시되어 있다. 타원형 금속 블랭크는 다이 내표면으로부터 이격되어 다이 공동 내에 배치된다. 블랭크의 주연 길이는 다이 내표면의 주연 길이보다 상당히 작다. 따라서, 이 방법에서는 관형 금속 블랭크가 팽창하는 동안에 크게 얇아진다.

그러므로, 본 발명의 목적은 다이 공동의 윤곽에 보다 더 일치하는 관형 블랭크를 사용하는 동시에, 고비용의 예비 압착 작업을 없애는 것에 있다. 이러한 목적은 본 발명의 원리에 따라, 기다란 관형 금속 부재를 성형하는 장치 및 방법을 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 장치는 관형 금속 블랭크를 그의 길이를 따라 박스형의 횡단면을 갖는 기다란 관형 금속 부재로 성형하는 장치이다. 이 장치는 이동식 상부 다이 구조체 및 제2 다이 구조체를 포함하는 다이 조립체를 포함한다. 상기 다이 구조체는 사실상 박스형 형상을 갖는 다이 공동을 형성하도록 함께 작용한다. 클램핑 구조체는 다이 공동의 양 단부에 위치되고 관형 금속 블랭크 중의 서로 떨어진 부위를 단단히 클램핑한다. 클램핑 구조체는 관형 금속 블랭크의 타원형 외주면과 일치하는 타원형 표면 형상을 형성하는 클램핑 표면을 제공한다. 관 단부 결합용 구조체는 관형 금속 블랭크의 양 단부를 결합 및 밀봉한다. 제2 다이 구조체는 이동식 하부 다이 구조체 및 고정식 다이 구조체를 갖는다. 이동식 하부 다이 구조체는 개구를 갖고 고정식 다이 구조체는 이 개구 내에 수용된다. 제2 다이 구조체에 결합되는 이동식 상부 다이 구조체의 상대 이동은 다이 공동을 폐쇄하고, 다이 공동이 폐쇄된 후에 상기 고정식 다이 구조체에 대한 이동식 상부 다이 구조체의 이동이 다이 공동의 단면적을 점진적으로 줄여 관형 금속 블랭크의 타원 단면을 변형시킨다.
본 발명의 방법은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 이동 가능한 제1 다이 구조체 및 제2 다이 구조체를 갖는 다이 조립체를 사용한다. 다이 구조체는 적어도 4개의 코너를 포함하는 폐쇄된 박스형 단면 형상을 갖고 제1 단면 치수에 직각인 제2 단면 치수보다 큰 제1 단면 치수를 갖는 사변형 단면을 갖는 다이 공동을 형성한다. 이 방법은 ⅰ) 서로 직각을 이루는 큰 직경을 따르는 장축과 작은 직경을 따르는 단축을 포함하는 타원형 단면을 갖는 압연 성형된 관형 금속 블랭크를 제공하는 단계와, 상기 타원형 단면의 장축이 제1 단면 치수와 동일한 방향으로 연장하도록 그리고 상기 타원형 단면의 단축이 제2 단면 치수와 동일한 방향으로 연장하도록 관형 금속 블랭크를 제2 다이 구조체 내에 위치시키는 단계와, ⅱ) 상기 다이 구조체를 폐쇄 위치로 이동하는 단계와, ⅲ) 관형 금속 블랭크의 양 단부를 밀봉하도록 관형 금속 블랭크의 양 단부를 관 단부 결합용 구조체에 결합하는 단계와, ⅳ) 관형 금속 블랭크를 다이 공동에 일치하게 팽창시키도록 관형 금속 블랭크 내에 가압 유체를 주입하는 단계를 포함한다. 관형 금속 블랭크는 다이 공동의 제2 단면 치수에 근접하는 단축을 따른 직경과 다이 공동의 단면 형상의 주계 길이에 일치하는 원주를 가져서, 다이 구조체가 관형 금속 블랭크의 타원형 단면 형상의 찌그러짐 없이 폐쇄된 위치로 이동하는 것을 허용한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 제2 다이 구조체는 고정식 다이 구조체 및 이동식 다이 구조체를 포함한다. 상기 이동식 하부 다이 구조체는 개구를 갖고 고정식 다이 구조체가 이 개구 내에 수용된다. 제1 다이 구조체는 이동식 다이 구조체와 결합하도록 이동하여 다이 공동을 폐쇄하고, 다이 공동이 폐쇄된 후에 고정식 다이 구조체에 대한 이동식 다이 구조체의 이동은 다이 공동의 단면적을 점진적으로 줄인다. 상기 방법은 다이 공동이 폐쇄된 후에 다이 공동의 단면적을 점진적으로 줄이는 단계를 더 포함하여 다이 공동 내의 관형 금속 블랭크의 타원형 단면을 변형시킨다.

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도1은 본 발명의 원리에 따른 수압 성형 다이 조립체의 상부 및 하부 다이 구조체를 도시한 분해 사시도이다.

도2는 상승 또는 개방 위치에 있는 상부 다이 구조체와 하부 다이 구조체 내에 타원인 관형 블랭크가 위치된 본 발명에 따른 수압 성형 다이 조립체의 종단부 를 도시한 측면도이다.

도3은 하강 또는 폐쇄 위치에 있는 상부 다이 구조체와 하부 다이 구조체 내에 관형 블랭크가 위치된 본 발명의 수압 성형 다이 조립체를 도시한 도2와 유사한 도면이다.

도4는 상승 또는 완전 개방 위치에 있는 상부 다이 구조체와 하부 다이 구조체 내에 타원형인 관형 블랭크가 위치된 다이 조립체의 중앙을 통한 단면도이다.

도5a는 완전 상승 위치에 있는 상부 다이 구조체와, 하부 다이 구조체 내에 위치된 타원의 관형 블랭크와, 타원의 관형 블랭크의 양 단부 내에 밀봉식으로 삽입된 수압 성형 실린더를 도시한 본 발명에 따른 수압 성형 다이 조립체의 종단면도이다.

도5b는 완전 하강 위치에 있는 상부 다이 구조체와, 상부 및 하부 다이 구조체와 고정식 다이 구조체에 의해 형성된 다이 공동 내에 위치된 타원의 관형 블랭크와, 타원의 관형 블랭크의 내부 공간에 분사된 유체를 도시한 본 발명에 따른 수압 성형 다이 조립체의 종단면도이다.

도6은 상부 다이 구조체가 완전 하강 위치에 있고 타원의 관형 블랭크가 하부 다이 구조체 내에 위치된 본 발명에 따른 수압 성형 공정에서의 다음 단계를 도시한 단면도이다.

도7은 상부 다이 구조체가 완전 하강 위치에 있고 수압 성형될 타원의 관형 블랭크가 다이 구조체의 상대 운동에 의해 약간 변형 또는 압착되는 수압 성형의 다음 단계를 도시한 단면도이다.

도8은 가압 유체가 다이 공동에 일치하여 관형 블랭크를 팽창시키는 수압 성형의 다음 단계를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 수압 성형 다이 조립체(10)의 사시도가 도1에 도시되어 있다. 수압 성형 다이 조립체(10)는 제1 및 제2 다이 구조체를 포함한다. 특히, 제1 다이 구조체는 이동식 상부 다이 구조체(12)를 포함하고, 제2 다이 구조체는 이동식 하부 다이 구조체(14) 및 고정식 다이 구조체(16)를 포함한다. 다이 조립체는 고정식 다이 구조체(16)가 장착된 고정 기부(18)를 더 포함한다. 다수의 질소 또는 공기압 스프링 실린더(20)는 고정 기부(18) 상에서 하부 다이 구조체(14)를 이동시키도록 장착된다. 상부 다이 구조체(12), 하부 다이 구조체(14) 및 고정식 다이 구조체(16)는 이들 사이에 길이방향 다이 공동을 형성하도록 함께 작용하여, 여기에서 설명될 사실상 박스형인 단면을 갖는다. 바람직하게는, 상부 다이 구조체(12), 하부 다이 구조체(14), 고정식 다이 구조체(16) 및 고정 기부(18)는 각각 P-20 강과 같은 적절한 강재로 만들어진다.

도1에 도시된 바와 같이, 상부 다이 구조체(12)는 그의 길이방향 양 단부에서 한 쌍의 크래들 영역(22)을 형성한다. 크래들 영역(22)은 상부 다이 구조체(12)의 길이방향 양 단부에 상부 클램핑 구조체(26)를 수납 및 수용하도록 형성 및 배치된다. 특히, 클램핑 구조체(26)는 클램핑 구조체(26)와 상부 다이 구조체(12) 사이의 상대적 수직 운동을 허용하는 다수의 공기압 스프링 실린더(24)에 의해 각각의 크래들 영역(22)에서 상부 다이 구조체(12)에 각각 연결된다.

하부 다이 구조체(14)는 유사한 방식으로 하부 클램핑 구조체(28)를 수용하도록 구성 및 배치된 그의 길이방향 양 단부에서 유사한 크래들 영역(30)을 갖는다. 도시된 바와 같이, 하부 다이 구조체(14)의 크래들 영역(30)을 형성하는 길이방향 단부(15)는 통상의 U-형상을 갖는다.

하부 클램핑 구조체(28)들은 아치형인 통상 포물선형의 상향 표면(34)을 각각 갖는다. 특히, 각 표면(34)은 타원의 절반을 형성하는 단면 형상을 갖는다. 표면(34)은 하부 다이 구조체 내에 위치된 타원형 단면의 (도2에 도시된) 관형 블랭크(40)의 이면을 결합 및 안착하도록 구성 및 배치된다. 하부 클램핑 구조체(28)의 아치형 표면(34)의 각각은 이들이 사실상 사각형 또는 박스형 U-형상 표면(35)으로 점차 변이될 때 수압 성형 다이 조립체(10)의 중심부 쪽으로 길이방향 내향 연장한다.

2개의 상부 클램핑 구조체(26)는 하부 클램핑 구조체(28)와 사실상 동일하고 단지 그에 대해 역전되어 있다. 특히, 상부 클램핑 구조체(26)의 각각은 역전된 U-형상의 박스형 표면(37)으로 변이되는 아치형인 통상 포물선형인 하향 표면(36)을 갖는다. 아치형 표면(36)은 타원의 나머지 절반을 형성하는 단면 형상을 각각 갖는다. 도2에 도시된 바와 같이, 각 클램핑 구조체(26)의 아치형 표면(36)은 상부 다이 구조체(12)가 초기에 하강된 때에 타원의 관형 블랭크(40)의 양 단부를 포획 및 밀봉식으로 결합하는 타원형 클램핑 표면을 형성하도록 각 하부 클램핑 구조체(28) 각각의 아치형 표면(34)과 함께 작용한다.

도4 및 도5a로부터 인식될 수 있는 것과 같이, 상부 다이 구조체(12)는 사실상 역전된 U-형상의 단면을 갖는 길이방향 채널(38)을 형성한다. 채널(38)은 하향의 대략 수평의 길이방향으로 연장된 표면(44)과, 표면(44)의 대향 측부 표면들로부터 서로 평행하게 이격되어 길이방향으로 연장된 한 쌍의 수직 측부 표면(43)들에 의해 형성된다.

하부 다이 구조체(14)는 그를 통하여 수직으로 연장하는 중심 개구(42)를 U-형상의 길이방향 단부(15)들 사이에서 갖는다. 하부 다이 구조체(14) 내의 내부 수직 표면(41)은 전술된 중심 개구(42)를 형성한다. 특히, 길이방향으로 연장하는 한 쌍의 측부 표면(41)은 개구(42)의 측방 말단을 형성한다. 표면은 서로 평행하게 대면한 상태로 수직 배치된다. 하부 다이 구조체(14)의 U-형상의 단부(15)는 개구(42)의 길이방향 말단을 형성하고 서로에 대해 평행하게 대면하여 수직 배치된 (도시되지 않은) 내부 표면을 갖는다.

고정 기부(18)는 사실상 사각형인 금속 슬래브의 형상이다. 고정식 다이 구조체(16)는 고정 기부(18)의 상부 표면에 고정된다. 고정식 다이 구조체(16)는 고정 기부(18)의 상부 표면(46)의 길이의 주요부를 따라서 통상적으로는 고정 기부(18)의 횡방향 중심을 따라서 연장하는 긴 구조체이다. 고정식 다이 구조체(16)는 고정 기부(18)로부터 상향 돌출하고 그의 대향 길이방향 측부 상에 사실상 수직인 측부 표면(48)을 갖는다. 고정식 다이 구조체(16)는 고정식 다이 구조체의 통상 수직인 표면(48)과 하부 다이 구조체(14)의 수직 표면(41)들 사이에 최소의 공차를 갖고서 하부 다이 구조체(14)의 개구(42) 내에 연장하도록 구성 및 배치된다. 유사하게, 하부 다이 구조체(14)의 단부(15)의 내부 횡방향 측부 표면과 고정식 다이 구조체(16)의 수직 단부 표면(49) 사이에 최소의 공차가 있다. 고정식 다이 구조체(16)는 상부 다이 구조체(12)의 길이방향으로 연장하는 다이 표면(44)에 이격되어 대면하는 관계로 연장하도록 구성 및 배치된 통상 상향의 아치형이고 수평이고 길이방향으로 연장하는 다이 표면을 더 포함한다.

도6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 전술된 측부 표면(41), 상향 표면(50), 측부 표면(43) 및 하향 표면(44)은 다이 공동(52)을 구비하도록 함께 작용하고, 이는 사실상 그의 길이방향에 걸쳐서 통상 사각형의 단면 형상을 갖는다. 이 다이 공동은 사실상 폐쇄된 박스형 단면의 형상을 갖는 수압 성형된 부분을 형성할 것이다. 폐쇄된 박스형 단면의 형상은 바람직하게는 통상 사각형과 같은 사변형이지만, 평면 또는 굴곡면의 임의의 다른 폐쇄된 연속적 조합체일 수 있다.

도4는 하부 다이 구조체(14) 및 고정 기부(18)에 대해 개방 또는 상승 위치에 있는 상부 다이 구조체(12)를 도시한다. 이 위치에서, 수압 성형 다이 조립체(10)는 타원의 관형 블랭크(40)가 하부 다이 구조체(14) 내에 위치되도록 할 수 있다. 타원의 관형 블랭크(40)가 수압 성형 다이 조립체(10)에 먼저 위치된 때, 수압 성형될 타원의 관형 블랭크(40)가 그의 양 단부에서, 고정식 다이 구조체(16)의 상부 표면(50) 위에서 약간 연장하도록 하부 클램핑 구조체(28)에 의해 현수되는 것은 도5a로부터 인식될 수 있다.

블랭크가 하부 다이 구조체(14) 내에 위치된 때, 블랭크(40)의 양 단부는 하부 다이 구조체(14)의 양 단부에서 하부 클램핑 구조체(28)의 각 표면(34)들 상에 놓인다. 바람직하게는, 표면(34)들은 관형 블랭크(40)의 각 양 단부과 함께 억지 끼워 맞춤을 형성하도록 구성 및 배치된다.

결과적으로, 상부 다이 구조체(12)는 하강하여, 도2에 도시된 바와 같이 공기압 실린더에 의해 연장된 위치에서 초기에 유지되는 상부 클램핑 구조체(26)는 도3에 도시된 바와 같이 하강되어 표면(36)은 관형 블랭크(40)의 각 양 단부들의 상부 표면과 억지 끼워 맞춤을 형성한다. 이러한 점에서, 관형 블랭크의 양 단부는 상부 다이 구조체(12)가 폐쇄 위치로 하강되기 전에 클램프들(26, 28) 사이에서 포획된다.

본 발명의 방법 및 장치에 따라서, 관형 블랭크(40)는 종래의 압연 성형 작업에 의해 타원의 단면 형상을 갖는다. 특히, 금속 박판은 금속 박판의 길이방향 에지들이 서로 접하여 타원 형상을 이룰 때까지 압연된다. 그 후, 이 서로 접하는 에지들은 시임 용접되어 관형 블랭크를 완성한다. 관형 블랭크가 타원 단면을 갖는 것은 종래의 원형 단면에 비해 유리한데, 그 이유는 (정사각형이 아닌) 통상 직사각형 단면 형상인 다이 공동(52)의 최종 단면 주연부에 보다 정확하게 일치하는 주연을 갖기 때문이다. 도4의 단면도에 도시된 바와 같이, 타원형 블랭크(40)의 단축을 따르는 직경은 다이 공동의 측부 표면(41)들 사이의 거리에 거의 근접한다. 따라서, 공동(52)을 형성하는 표면과 일치하도록 블랭크를 팽창시킬 때, 블랭크(40)는 약간만 팽창하면 된다.

당업자라면, 블랭크(40)와 공동 표면을 보다 가깝게 할수록, 블랭크(40)의 팽창 중에 블랭크의 외부 표면과 공동 표면 사이의 마찰 접촉이 커짐으로 인해 팽창이 가장 어려운 부분인 공동(52)의 코너부 내로 보다 쉽게 팽창될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 종래에는, 원형 단면 직경을 다이 공동(52)의 폭보다 크게 하고 블랭크가 하부 다이 구조체에 끼워질 수 있도록 예비 압착 단계에서 측방으로 블랭크를 압착함으로써 다이 공동의 단면 주계에 보다 가깝게 일치하는 단면 주계를 갖는 원형 단면의 관형 블랭크를 구비하는 것이 가능하였다. 그러나, 예비 압착 작업은 전용 기계 및 작업 시간이 필요하기 때문에 비용이 많이 든다. 타원의 관형 블랭크를 사용하는 것은, 예비 압착 작업의 필요성 없이 다이 공동 내의 충분한 양의 금속을 제공하면서, 블랭크가 하부 다이 조립체에 끼워질 수 있게 한다.

압연 성형된 관형 금속 블랭크(40)는 그의 소정의 길이방향을 따라서 제1 단면 치수[예를 들어, 도8의 부재(76)의 수평 벽들 사이의 거리]에 직각인 제2 단면 치수[예를 들어, 도8에서 부재(76)의 수직 벽들 사이의 거리]보다 큰 제1 단면 치수를 포함하도록 단면 형상을 갖는 (도8의 참조 번호 76을 볼 것) 기다란 관형 금속 부재로 수압 성형된 것이다. 이는 제1 다이 구조체(12) 및 제2 다이 구조체(14, 16)가 제1 단면 치수[예를 들어, 표면들(44, 50) 사이 길이의 수직 방향 치수]에 통상 직각인 제2 단면 치수[예를 들어, 표면들(41) 사이 또는 표면들(43) 사이의 비교적 짧은 길이의 수평 치수]보다 큰 제1 단면 치수를 갖는 다이 공동(52)을 형성하도록 함께 작용할 수 있는 표면을 갖는 사실에서 기인한다.

어떠한 타원에서도 고유 특성이 그러하듯이, 관형 블랭크의 타원 단면은 그의 큰 직경을 따르는 장축과 그의 작은 직경을 따르는 단축을 포함하고, 이 장축 및 단축은 통상 서로 직각이다. 도4에 도시된 바와 같이, 관형 금속 블랭크(40)는 제2 다이 구조체(14, 16) 내에 위치된다. 또한 도시된 바와 같이, 제2 다이 구조체(14, 16)는 타원 단면으로부터 관형 금속 블랭크의 찌그러짐 없이 관형 금속 블랭크(40)를 수용하도록 구성 및 배치된다. 도6에 도시된 바와 같이, 관형 금속 블랭크(40)는 제2 다이 구조체(14, 16) 내에 놓여서, 제1 다이 구조체(12) 및 제2 다이 구조체(14, 16)가 다이 공동(52)을 형성하도록 함께 작용할 때 타원 단면의 장축은 [예를 들어, 표면들(44, 50) 사이에 연장하는] 긴 단면의 제1 치수와 동일한 방향으로 통상 연장하고, 제1 및 제2 다이 구조체가 다이 공동을 형성하도록 함께 작용할 때 타원 단면의 단축은 공동(52)의 [예를 들어, 표면들(41) 사이에 연장하는] 짧은 단면의 제2 치수와 동일한 방향으로 통상 연장한다.

이제, 도5a에 도시된 바와 같이, 타원 블랭크(40)는 수압 성형 실린더 또는 램(R)과 같은 관 단부 결합용 구조체가 블랭크(40)의 양 단부 내에 삽통식 및 밀봉식으로 삽입되는 것을 허용하도록 제 위치에 사실상 단단히 유지된다. 램(R)은 바람직하게는 블랭크(40)의 내주면에 일치하는 타원형의 외부 표면 형상을 갖는다. 수압 성형 실린더는 바람직하게는 상부 다이 구조체(12)의 연속된 하강 전에 또는 그와 동시에 작동 유체(F)(바람직하게는 물)로 미리 충전되지만, 타원형 블랭크(40)를 크게 가압하지는 않는다. 비록 예비 충전 작업이 사이클 시간을 단축시키고 보다 부드러운 윤곽의 부품을 얻는데 바람직하지만, 어떤 적용예에서는 유체를 타원형 블랭크(40)에 내부에 주입하기 전에 상부 다이 구조체(12)를 완전히 하강시킬 수도 있다.

도4에 도시된 바와 같이, 상부 다이 구조체(12)는 바람직하게는 상부 다이 공동(38)의 대향 측부들로부터 하향 돌출하는 한 쌍의 평행하게 측방으로 이격되고 상부 다이 구조체(12)의 길이를 따라서 연장된 리지(72)를 포함한다. 상부 다이 구조체(12)가 하강될 때, 리지(72)는 개구(42)의 대향 측부들 상에서 하부 다이 구조체(14)의 상부 다이 표면(74)과 결합되어, 도6에 도시된 바와 같이 다이 공동(52)을 폐쇄 및 밀봉한다. 리지(72)는 10,000기압 이상의 극히 높은 공동 압력을 견딜 수 있는 강인한 밀봉을 형성한다.

도6 및 도7로부터 인식될 수 있는 바와 같이, 다이 표면(74)과 리지(72)의 초기 결합 후에, 상부 다이 구조체(12)의 계속되는 하향 이동은 하부 다이 구조체(14)가 공기압 스프링 실린더(20)의 힘에 대항하여 하향으로 힘을 받게 한다. 더욱이, 타원형 블랭크(40)는 다이 공동(52)과 함께 하향 이동된다. 상부 다이 구조체(12) 및 하부 다이 구조체(14)의 이러한 계속된 하향 이동 중에, 상부 다이 구조체(12)의 다이 표면(44)은 고정식 다이 구조체(16)의 다이 표면(50) 쪽으로 이동되어 공동 내의 사실상 주연 밀봉을 유지하면서 다이 공동(52)의 크기를 줄인다. 본 명세서에서 참고로 하는 미국 특허 출원 제08/915,910호로부터 알 수 있는 바와 같이, 다이 공동(52)의 크기가 감소하여 다이 내의 관형 블랭크를 압착하기 전에 다이 공동이 폐쇄 및 밀봉되는 이러한 구성은 관형 블랭크의 핀칭(pinching)을 방지한다. 그러나, 본 발명은 상부 다이 구조체(12)가 하부 다이 구조체(14)와 접촉하기 전에 블랭크가 어느 정도 압착될 수 있도록 한다.

타원형 블랭크(40)의 하부가 다이 표면(50)과 접촉할 때, 다이 구조체(12, 14)의 계속되는 하향 이동은 타원형 블랭크(40)를 변형시키게 한다. 특히, 하부 다이 표면(50) 및 상부 다이 표면(44)이 타원형 블랭크(40)의 상부 및 하부 아치형 표면부와 접촉할 때, 다이 구조체(12, 14)의 계속되는 하향 이동은 다이 표면(50, 44)이 서로를 향해서 내향 이동하게 한다. 이는 타원형 블랭크(40)의 아치형 단부들을 평평하게 하고 내향 굴곡되게 하여 타원형 블랭크(40)가 약간 압착되게 한다. 타원형 블랭크(40)의 이러한 약간의 압착이 수행되어 박스형 다이 공동(52)의 최종 단면 주계에 보다 가깝게 일치하는 원주를 제공한다. 블랭크는 도5b에 도시된 바와 같이 그의 길이방향을 따라서 가공된다. 타원형 블랭크(40)가 이 압착 전에 작동 유체로 미리 충전되기 때문에, 압착에 의한 블랭크의 주름은 회피되고 수압 성형된 통상의 부드러운 외곽부가 형성될 수 있다.

도8에 도시된 바와 같이, 완전히 하강된 위치에서 상부 및 하부 다이 구조체(12, 14)에 의해, 약간 압착된 타원형 블랭크(40) 내부의 작동 유체는 타원형 블랭크(40)의 단부들 중의 하나를 통하여 유압 시스템에 의해 가압된다. 타원형 블랭크(40)의 수압 성형 팽창 동안에, 유체(F)는 다이 공동(52)의 통상 박스형인 단면을 형성하는 다이 표면에 일치하여 방사상 외향으로 타원형 블랭크(40)를 팽창시키기에 충분한 정도로 가압된다. 바람직하게는, 약 2,000 내지 3500 기압 사이의 유체 압력이 사용되고, 블랭크는 팽창되어서 원래의 타원형 블랭크(40)의 약 10% 이상의 단면적을 갖는 수압 성형된 부품을 제공한다. 더욱이, 팽창 시 블랭크의 길이방향 양 단부가 블랭크의 벽 두께를 보충하도록 서로를 향해 내향으로 밀린다.

압연 성형된 원통형의 관형 블랭크보다는 수압 성형 공정을 위한 압연 성형된 타원의 관형 블랭크를 사용함으로써 예비 압착 단계를 생략하여 제조비가 크게 절약될 수 있고, 타원형 블랭크는 공정 중에 어떠한 중단도 없이 수압 성형 단계들을 통하여 사용될 수 있음을 알 수 있다. 이는 원하는 최종 형상으로 블랭크를 성형하는데 충분한 양의 금속을 다이 공동 내에 제공하면서 예비 압착 단계의 필요성을 제거하기 때문에 작업에 필요한 사이클 시간을 단축시킨다.

본 발명에서 다이 공동이 밀봉되기 전에 폐쇄될 수 있는 다른 실시예를 고려하는 것은 인식될 것이다. 달리 언급하면, 다이 조립체 내의 다이 공동은 상부 다이 구조체가 하부 다이 구조체와 접하기 전에 인접 표면에 의해 경계지어진 단면을 가짐으로써 완성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 예를 들어, 상부 다이 구조체에는 채널(38)보다는 오히려 길이방향 돌출부가 구비될 수 있다. 더욱이, 관형인 금속 블랭크가 위치되는 하부 다이 구조체(14)에 성형된 길이방향 채널은 길이방향 돌출부가 채널에 들어가서 관형 금속 블랭크와 접촉하는 길이방향 돌출부 없이 다이 공동을 폐쇄할 수 있도록 더 깊다. 그 후에는, 상부 다이 구조체가 하부 다이 구조체와 접촉하기 전 또는 후에 길이방향 돌출부는 선택적으로 접촉할 수 있다. 하부 다이 구조체가 도시된 바와 같이 이동식 구조체 또는 고정 구조체의 조합보다는 오히려 단일의 고정 조립체를 포함할 수 있는 것이 또한 고려된다.

양호한 실시예의 전술된 상세한 설명 및 첨부 도면은 당연히 설명만을 위한 것이고 본 발명은 설명된 실시예 및 후속 청구항들의 정신 및 범위 내에 있는 다른 실시예 모두를 포함하는 하는 것을 고려하여야 한다.

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11. 관형 금속 블랭크를 그의 길이를 따라 박스형의 횡단면을 갖는 기다란 관형 금속 부재로 성형하는 장치로서,

    폐쇄된 박스형 단면 형상을 갖는 다이 공동(52)을 함께 협동하여 형성하는 이동식 상부 다이 구조체(12) 및 제2 다이 구조체(14, 16)를 구비한 다이 조립체(10)와,

    다이 공동(52)의 양 단부에 위치되고, 관형 금속 블랭크(40) 중의 서로 떨어진 부위를 단단히 클램핑하도록 구성 및 배치되고, 관형 금속 블랭크(40)의 타원형 외주면과 일치하는 타원형 표면 형상을 형성하는 클램핑 표면(34, 36)을 구비한 클램핑 구조체(26, 28)와,

    관형 금속 블랭크(40)의 양 단부와 결합하여 밀봉하도록 구성 및 배치되고, 관형 금속 블랭크의 타원형 내주면과 일치하는 타원형 외부 표면 형상을 구비한 관 단부 결합용 구조체를 포함하는 성형 장치에 있어서,

    상기 제2 다이 구조체는 이동식 하부 다이 구조체(14) 및 고정식 다이 구조체(16)를 포함하고, 상기 이동식 하부 다이 구조체(14)는 개구(42)를 갖고, 상기 고정식 다이 구조체(16)가 상기 개구(42) 내에 수용됨으로써, 상기 이동식 상부 다이 구조체(12)가 상기 제2 다이 구조체(14, 16)와 결합하도록 상대 이동하여 상기 다이 공동(52)을 폐쇄하고,

    다이 공동(52)이 폐쇄된 후에 상기 고정식 다이 구조체(16)에 대하여 상기 이동식 상부 다이 구조체(12)가 이동함으로써 상기 다이 공동(52)의 단면적을 점진적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 이동식 하부 다이 구조체(14)는 복수의 압축 스프링 부재(20)상에 장착되고, 상기 다이 공동(52)의 폐쇄 후에 상기 이동식 상부 다이 구조체(12)의 이동은 상기 스프링 부재(20)의 편향력에 대항하여 상기 이동식 하부 다이 구조체(14)를 함께 이동시키는 성형 장치.
13. 다이 공동(52)이 제1 단면 치수와, 이 제1 단면 치수에 직각이며 제1 단면 치수보다 작은 제2 단면 치수를 갖는, 제11항의 장치를 사용하기 위한 방법으로서,

    서로 직각을 이루는 큰 직경을 따르는 장축과 작은 직경을 따르는 단축을 포함하는 타원형 단면을 갖도록 압연 성형된 관형 금속 블랭크(40)를 제공하는 준비 단계와,

    상기 타원형 단면의 장축이 상기 제1 단면 치수와 동일한 방향으로 연장하고 상기 타원형 단면의 단축이 상기 제2 단면 치수와 동일한 방향으로 연장하도록 관형 금속 블랭크(40)를 제2 다이 구조체(14, 16) 내에 위치시키는 삽입 단계와,

    다이 구조체(12, 14, 16)를 폐쇄 위치로 이동시키는 이동 단계와,

    관형 금속 블랭크(40)의 양 단부를 관 단부 결합용 구조체와 결합시켜, 관형 금속 블랭크(40)의 양 단부를 밀봉하는 결합 단계와,

    관형 금속 블랭크(40) 내에 가압 유체를 주입하여, 관형 금속 블랭크(40)를 다이 공동(52)과 일치하도록 팽창시키는 주입 단계를 포함하는 방법에 있어서,

    상기 관형 금속 블랭크(40)는 상기 단축을 따라서 상기 다이 공동(52)의 제2 단면 치수와 같거나 그보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 제2 다이 구조체는 고정식 다이 구조체(16) 및 이동식 다이 구조체(14)를 포함하고, 상기 이동식 하부 다이 구조체(14)는 개구(42)를 갖고, 상기 고정식 다이 구조체(16)가 상기 개구(42) 내에 수용되고, 제1 다이 구조체(12)는 상기 이동식 다이 구조체(14)와 결합하도록 이동하여 상기 다이 공동(52)을 폐쇄하고, 다이 공동이 폐쇄된 후에 상기 고정식 다이 구조체(16)에 대하여 상기 이동식 다이 구조체(14)가 이동함으로써 상기 다이 공동(52)의 단면적을 점진적으로 감소시키고,

    상기 방법은 상기 다이 공동(52)의 폐쇄 후에 다이 공동(52)의 단면적을 점진적으로 감소시킴으로써 상기 다이 공동(52) 내에서 관형 금속 블랭크(40)의 타원형 단면을 변형시키는 단계를 더 포함하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 다이 공동(52)의 박스형 단면 형상의 긴 단면 치수가 수직 방향으로 연장하고, 상기 다이 공동(52)의 박스형 단면 형상의 짧은 단면 치수가 수평 방향으로 연장하고, 상기 삽입 단계는 상기 단면의 장축이 수직으로 연장하고 상기 단면의 단축이 수평으로 연장하도록 상기 다이 공동(52) 내에서 상기 관형 금속 블랭크(40)의 방향을 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 주입 단계에 의해 상기 관형 금속 블랭크(40)는 상기 다이 공동(52)과 일치하도록 외향 팽창되어, 박스형 단면을 갖는 성형된 기다란 관형 금속 부재가 형성되는 방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 다이 공동(52)의 양 단부에 위치된 클램핑 구조체(26, 28)로 관형 금속 블랭크(40) 중의 서로 떨어진 부위를 클램핑하는 단계를 더 포함하고, 상기 클램핑 구조체(26, 28)가 관형 금속 블랭크(40)의 타원형 외주면과 일치하는 타원형 표면 형상을 형성하는 클램핑 표면(34, 36)을 구비하는 방법.
18. 제13항에 있어서, 상기 관형 금속 블랭크(40)를 제공하는 준비 단계는 타원형 단면을 갖도록 금속 박판을 압연 성형하는 단계를 포함하는 방법.
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