KR101290912B1 - 인장-성형기 및 인장-성형 방법 - Google Patents

Abstract

마주보는 한 쌍의 만곡형 조 어셈블리는 초기에 금속 시트를 항복상태로 인장시키고 상기 금속 시트를 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공 시키기 위하여 금속 시트의 마주보는 단부 변부 부분들을 그립(grip)하는 유형의 인장-성형기가 제공된다. 금속 시트의 중앙선을 따라 실질적으로 최소한으로 연신되는 동안 피벗과 액츄에이터는 상기 금속 시트의 외측 코너를 인장시키도록 협력한다(cooperate).

Description

인장-성형기 및 인장-성형 방법{STRETCH-FORMING MACHINE AND METHOD}

본 발명은 2개의 마주보는 클램핑 조(clamping jaw)를 가진 유형의 금속 시트 인장-성형기에 관한 것이다.

용어 "인장-성형(stretch-forming)"가 본 출원서에 사용되는 동안, 본 발명은, 조(jaw)가 금속 시트의 형태를 전체적으로 만곡 형상으로 일치시키도록 다수의 인접한 그리퍼를 가지는, 임의의 유형의 금속을 성형가공 하는 기계에 관한 것이다.

클램핑 조는 오목한, 볼록한, 또는 옆으로 누운 형태의 S형 커브(lazy-S curve)를 형성하기 위하여 서로에 대해 이동하는 일련의 힌지연결된 그리퍼(hinged gripper)로 형성된다. 상기의 마주보는 조는 시트가 항복상태로 인장될 때 금속 시트의 마주보는 단부를 그립(grip)하도록 사용된다. 항복상태에서 금속 시트는 다이 위에 형성된다. 각각의 그리퍼는 유압식 실린더에 의해 기계적 또는 전기적 스톱(stop)에 대해 작동되며 이에 따라 그립된 시트는 평평하게 배치될 수 있고 그 뒤 다이의 만곡된 표면의 형태로 개략적으로 윤곽을 형성되도록 가정된다(assume contour roughly). 따라서 인장-성형기에서 만곡된 조를 사용함으로써 일직선의 조 개구(opening)로부터 만곡된 다이의 표면으로 변환(transition)될 때 낭비할 수 있는 재료를 절감할 수 있다. 각각의 그리퍼(또는 그리퍼의 군(group))는 유압식 실린더에 의해 제어되며 서로 인접한 그리퍼의 유압식 실린더의 전체적인 축적 운동(accumulated motion)으로 인해 조의 커브(curve)를 형성한다. 인장-성형기는 컴퓨터가 될 수 있거나 또는 수동식으로 제어될 수 있거나 또는 컴퓨터와 수동식 제어가 조합되어 사용될 수 있다.

미국 특허 번호 5,910,183호 및 6,018,970호에 개시된 것을 포함하는 기존의 인장-성형기는 항공기 동체(aircraft fuselage)와 날개 부분(wing section)에 사용된 것과 같은 종방향의 만곡된 복합 형태(compound curved shape)를 성형가공할 수 있다. 상기 복합 곡률로 인해, 인장-성형된 부품의 종방향 중앙선(centerline)은 외측 변부의 앞에서(before) 상기 외측 변부보다 더 많이 연신된다(elongated). 따라서 외측 변부 부분들을 유사하게(similar) 연신시키기 위하여 부품의 외측 변부 부분들을 임의적으로 추가적으로 인장시킴으로써, 상기 부품의 종방향 중앙 부분을 가능한 초과인장(overstretching) 시킬 수 있으며 이에 따라 재료 파열(material failure)의 가능성이 증가된다.

부품의 중앙 부분이 적절하게 연신되고 나면, 외측 변부에서의 요구되는 종래 방법들은 상기 부품이 중간 어닐링 공정(intermediate annealing process)을 거치도록 요구된다. 상기 방법은 인장-성형기로부터 상기 부품을 제거하고, 어닐링가공 로(annealing furnace)로 상기 부품을 이송(transporting)하며, 상기 부품을 어닐링 가공하고 및 상기 부품을 인장-성형기 상으로 다시 복귀시키고 및 재장착(re-installing)하도록 요구된다. 그 뒤, 2차 인장-성형 공정(second stretch-forming process)이 수행된다. 그 후, 변부 부분들은 적절하게 인장될 수 있으며 이와 동시에 중앙 부분은 최적의 인장상태를 초과하여 조금더 추가적으로 인장되며 부품이 상이한 영역 내에서 상이한 정도(degree)로 인장된다.

이상적으로, 인장-성형된 만곡된 복합 부품(stretch-forming compound curved part)들은 부품의 중앙 영역에서 최적의 인장상태를 현저하게 변경(altering)시키지 않고 상기 부품의 변부 부분들을 최적으로 인장시켜야 한다. 이에 따라 인장-성형기 및 그 공정은 본 출원서에서 다음과 같이 기술된다.

따라서 본 발명의 목적은, 단일 작동(single operation) 동안, 만곡된 복합 부품을 적절하게 인장시키는 인장-성형기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 인장-성형가공된 부품의 변부 부분들과 인장-성형된 부품의 중앙 부분들을 최적으로 인장시키는 인장-성형기를 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 부품의 중앙 영역에서 최적의 인장상태를 변경시키지 않고 인장-성형된 부품의 변부 부분들을 최적으로 인장시키는 인장-성형기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 단일 작동 동안, 만곡된 복합 부품을 적절하게 인장시키는 금속 부품 인장-성형 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 인장-성형된 부품의 변부 부분들과 인장-성형된 부품의 중앙 부분들을 최적으로 인장시키는 금속 부품 인장-성형 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 부품의 중앙 영역에서 최적의 인장상태를 훼손(disturbing)시키지 않고 인장-성형된 부품의 변부 부분들을 최적으로 인장시키는 금속 부품 인장-성형 방법을 제공하는 데 있다.

초기에 금속 시트를 항복상태로 인장시키고 상기 금속 시트를 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공 시키기 위하여, 마주보는 한 쌍의 만곡형 조 어셈블리가 금속 시트의 마주보는 단부 변부 부분들을 그립(grip)하는 유형의 인장-성형기를 제공함으로써, 본 발명의 상기 목적들과 그 외의 다른 목적들은 하기 공개된 바람직한 실시예들에서 구현된다. 각각의 조 어셈블리는 조를 포함하며, 상기 조는 상기 조의 커브(curve)의 일부분을 형성하고 상기 시트의 인접한 제 1 코너로부터 제 2 코너로 상기 금속 시트의 한 측면 변부를 따라 연장시키기 위하여 서로에 대해 이동가능한 서로 인접한 그리퍼의 어레이, 상기 조에 연결된 이동식 요크를 포함하고, 상기 요크를 금속 시트와 하나이상의 중앙 그리퍼사이의 교차지점에 의해 한정되는 측면으로 연장된 피벗축에 대해 조를 피벗운동시키기 위한 빔웨이(beam way)에 요크를 연결시키는 피벗 어셈블리를 포함하고, 상기 피벗 어셈블리는 각각 하나의 그리퍼에 의해 형성된 시트-그리핑 개구(opening)내의 접촉지점에서 측면으로 연장되는 피벗축과 정렬되어, 중앙에 위치된 그리퍼가 피벗운동하는 동안 피벗축의 접촉지점에 대해 피벗되고, 이에따라 피벗운동하는 동안 동일한 위치에 대해 접촉지점을 유지하고, 상기 그리퍼가 상기 피벗으로부터 이격된 그리퍼 어레이의 마주보는 단부에 배치되도록, 상기 조를 피벗축의 접촉지점에 대해 피벗 운동시키기 위하여 요크에 연결된 하나 이상의 액츄에이터를 포함한다. 금속 시트의 중앙선을 따라 실질적으로 최소한으로 연신되는 동안 상기 피벗과 액츄에이터는 상기 금속 시트의 외측 코너를 인장시키기 위하여 협력한다(cooperate). 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 상기 인장-성형기는 금속 시트가 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공되는 이동식 다이(moveable die)를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 상기 인장-성형기는 금속 시트를 성형가공 시키기 위하여 다이에 대해 이동가능한 불도저 어셈블리(bulldozer assembly)를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 상기 인장-성형기는 금속 시트의 마주보는 단부들을 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공 시키기 위하여 서로에 대해 그리퍼 또는 그리퍼 군(group)을 이동시키기에 적합한 각각의 유압식 실린더를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 상기 인장-성형기는 각각의 요크에 의해 수용되며 빔웨이를 따라 각각의 요크가 가압되도록 채용되는 하나 이상의 각각의 유압식 실린더를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 상기 인장-성형기는 각각의 요크에 의해 수용되며 각각의 요크에 대해 각각의 조가 이동되는 하나 이상의 각각의 유압식 실린더를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 상기 인장-성형기는 금속 시트의 마주보는 단부 변부 부분들을 그립하기 위하여, 마주보는 한 쌍의 만곡형 조 어셈블리를 포함하며, 각각의 조 어셈블리는 중앙 그리퍼가 어레이의 2개의 마주보는 단부 그리퍼의 중간에 배치된 어레이의 정점(apex)에 위치된 커브를 형성하기 위하여 서로에 대해 이동가능한 인접한 그리퍼의 어레이를 가진 조, 상기 조에 연결된 이동식 요크, 상기 요크를 빔웨이에 연결하는 피벗어셈블리 및 상기 조를 피벗 축의 접촉지점에 대해 피벗 운동시키기 위하여 요크에 연결된 하나 이상의 액츄에이터를 포함한다. 상기 피벗축(axis)은 중앙 그리퍼 내에 위치된 지점에서 상기 어레이의 커브에 대해 접선방향인 선분(line) 및 상기 중앙 그리퍼와 2개의 단부 그리퍼에 의해 형성된 평면이 교차(intersection)함으로써 형성되고, 상기 조는 각각 하나의 그리퍼에 의해 형성된 시트-그리핑 개구(opening)내의 접촉지점에서 측면으로 연장되는 피벗축과 정렬된다. 금속 시트의 중앙선을 따라 실질적으로 최소한으로 연신되는 동안 상기 피벗과 액츄에이터는 상기 금속 시트의 외측 코너를 인장시키기 위하여 협력한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 금속 시트 인장-성형 방법은, 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공 시키기 위하여, 마주보는 한 쌍의 만곡형 조 어셈블리가 금속 시트의 마주보는 단부 변부 부분들을 그립(grip)하는 유형의 인장-성형기를 제공하는 단계를 포함하며, 각각의 조 어셈블리는 조를 포함하고, 상기 조의 커브(curve)의 일부분을 형성하고 상기 시트의 인접한 제 1 코너로부터 제 2 코너로 상기 금속 시트의 한 측면 변부를 따라 연장시키기 위하여, 상기 조는 서로에 대해 이동가능한 서로 인접한 그리퍼의 어레이, 상기 조에 연결된 이동식 요크, 상기 요크를 빔웨이에 연결하는 피벗 어셈블리 및 상기 조를 피벗축의 접촉지점에 대해 피벗 운동시키기 위하여 상기 요크에 연결된 하나 이상의 액츄에이터를 포함한다. 상기 금속 시트 인장-성형 방법은 조를 서로로부터 이격하여 후방방향으로 후퇴시킴으로써 금속 시트를 항복상태로 인장시키는 단계, 상기 금속 시트를 다이 위에서 원하는 곡률(curvature)로 성형가공시키는 단계 및 그리퍼의 중앙선에 인접한 그리퍼가 대략적인 고정상태를 유지하는 동안, 상기 그리퍼가 상기 피벗으로부터 이격된 그리퍼 어레이의 마주보는 단부에 배치되도록, 하나 이상의 액츄에이터를 이용하여 상기 조를 피벗축의 접촉지점에 대해 피벗 운동시키는 단계를 추가적으로 포함한다. 금속 시트의 중앙선을 따라 실질적으로 최소한으로 연신되는 동안, 상기 피벗과 액츄에이터는 상기 금속 시트의 외측 코너를 인장시키도록 협력한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 금속 시트 인장-성형 방법은 불도저 어셈블리 위에서 상기 금속 시트를 성형가공하는 단계를 포함하며, 상기 불도저 어셈블리는 다이에 대해 이동가능하게 된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 금속 시트 인장-성형 방법은 성형가공 되어야 하는 금속 시트를 형성하고 제어하기 위하여, 컴퓨터로 제어되는 서보-피드백 기술(servo-feedback technology)을 이용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 금속 시트 인장-성형 방법은 각각의 요크에 의해 수용된 하나 이상의 각각의 유압식 실린더에 의해 빔웨이를 따라 요크들을 서로로부터 이격시킴으로써, 금속 시트를 항복상태로 인장시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 금속 시트 인장-성형 방법은 각각의 요크에 의해 수용된 하나 이상의 각각의 유압식 실린더에 의해 각각의 요크 내에서 조를 후퇴시킴으로써 상기 금속 시트를 항복상태로 인장시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 그리퍼를 서로에 대해 이동시키기에 적합하고 각가의 그리퍼에 의해 수용된 각각의 유압식 실린더를 이용하여, 금속 시트 인장-성형 방법은 금속 시트의 마주보는 단부들을 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공 시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 첨부된 도면들에 대해 하기 기술을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명이 사용된 유형의 만곡형 조(curving jaw) 인장-성형기를 단순하게 도시한 상부 정면도.

도 2는 도 1에 도시된 인장-성형기를 도시한 측면 입면도.

도 3은 조 위에 수용된 그리퍼 어레이(array of gripper)의 상하 운동의 범위를 보여주는 만곡형 조의 한 측면을 단순하게 도시한 단면도.

도 4는 인장-성형기의 조를 도시한 측면 입면도.

도 5는 도 4에 도시된 조의 일부분의 측면 입면 확대도.

도 6은 도 5에 도시된 조의 피벗 운동과 조의 최적의 위치를 보여주는, 도 5와 유사한 도면.

도 7은 일반적인 인장상태에서(at normal stretch) 조의 위치를 보여주는 측면 입면도.

도 8은 최적의 변부 영역 인장상태에서 조의 위치와 피벗 운동을 보여주는 측면 입면도.

도 9는 변부 부분을 추가적으로 인장시키는 선체 밖에 있는 조(outboard jaw)의 운동을 보여주는, 변부의 주름(wrinkling)이 과장되고 부품(part)들이 파열된, 부분적인 연속 투시도.

도 10은 변부 인장-성형 상쇄(edge stretch-forming compensation)를 예시하는 인장-성형된 부품을 도식적으로 도시한 도면.

도 11은 실례의 인장-성형된 부품의 위치를 보여주는 항공기의 투시도.

본 발명의 실시예에 따른 인장-성형기(stretch-forming machine, 10)가 도 1 및 도 2에서 단순화된 형태로 도시된다. 일반적으로 도시된 바와 같이, 상기 인장-성형기(10)는 각각의 빔웨이(beam way, 15, 16) 상에 지탱되며(riding) 캐리지 실린더(carriage cylinder, 18, 19 및 20, 21)에 의해 각각 작동되는 한 쌍의 요크(yoke, 12, 13)를 포함한다. 요크(12, 13)는 각각의 조(jaw, 24, 25)를 수용하며, 이들 각각은 몇몇 축 상에서 운동하도록 장착된다. 조 앵귤레이션(jaw angulation)은 캐리지 실린더(18, 19)(조(24) 참조) 및 캐리지 실린더(20, 21)(조(25) 참조)의 비대칭 운동(asymmetric movement)에 의해 제공된다.

조(24, 25)의 요동(oscillation)은 조(24, 25) 상에 수용된 각각의 요동 실린더(oscillation cylinder)(도시되지 않음) 쌍들에 의해 제공된다. 조의 회전(rotation)은 회전 로드(rotation rod, 30, 31)를 통해 실린더 어셈블리를 회전시킴으로써 제공되며, 상기 회전 로드(30, 31)는 요크(12, 13)와 각각의 조(24, 25)를 상호연결하고 시트 로딩(sheet loading) 및 성형가공(forming) 동안에 상기 요크(12, 13)에 대해 종방향의 수평축에 대해 회전하도록 한다. 각각의 인장 실린더 어셈블리(tension cylinder assembly, 37, 38)에 의해 요크(12, 13) 내에서 조(24, 25)를 후퇴시킴으로써(retracting) 금속 시트 상에 인장(tension)이 가해진다. 피벗 어셈블리(32, 33, 34, 35)로 인해 요크(12, 13)와 조(24, 25)는 횡방향의 수평축에 대해 피벗 운동할 수 있다.

중앙에 위치된 다이 테이블(die table, 40)은 다이 테이블 서포트 빔(41)에 의해 지지되며 수직 운동을 하기 위해 가이드 포스트(guide post, 43) 상에 장착된다. 상기 수직 운동은 다이 테이블 실린더(42, 44)의 작동에 의해 제공된다. 다이(도시되지 않음)가 다이 테이블 실린더(42, 44)에 의해 수직으로 상부방향으로 이동되고 인장 실린더 어셈블리(37, 38)가 인장된 상태에서 금속 시트를 고정(hold)함에 따라, 금속 시트의 인장-성형이 발생된다. 다이 테이블 실린더(42, 44)의 수직 운동으로 인해 요크(12, 13)는 피벗 어셈블리(32, 33, 34, 35)에 대해 피벗 운동할 수 있다.

다이 테이블 실린더(42, 44)의 비대칭 운동과 그에 따른 다이 테이블(40)의 비대칭 운동은 회전 로드(30, 31)를 통해 회전 실린더 어셈블리에 대해 조(24, 25)를 회전시킴으로써 수행된다. 불도저 어셈블리(bulldozer assembly)(도시되지 않음)는 리버스 커브(reverse curve)와 같은 형태를 형성하기 위하여 다이 테이블(40) 상에서 성형가공 다이(forming die)와 성형접촉해제되고(out of forming contact) 수직방향으로 이동되도록 상기 다이 테이블(40) 위에 장착될 수 있으며, 그렇지 않은 경우에는 예컨대 드롭 해머 성형가공(drop hammer forming)과 같은 독립적인 성형가공 작동을 필요로 한다.

조(24, 25)는 일반적으로 횡방향으로 연장된 그리퍼 어레이(gripper array, 50, 52)를 각각 포함하며, 상기 그리퍼 어레이 내로 시트의 마주보는 변부 부분(edge portion)들이 성형될 수 있고 적재될(loaded) 수 있다. 상기 그리퍼 어레이(50, 52)는 서로에 대해 피벗 운동가능하게 장착되어, 인접한 그리퍼에 대해 그리퍼 어레이(50, 52)의 각각의 그리퍼가 운동할 수 있으며 또한 상기 운동이 축적됨에 따라(accumulation of motion) 상기 그리퍼 어레이(50, 52)에 대해 상부방향 또는 하부방향으로 연장되는 만곡된 형태가 기인된다(result in).

통상, 그리퍼 어레이(50, 52)는 시트를 로딩(loading)하기 위하여 일직선 형상(straight configuration)으로 배열된다. 각각의 스윙 실린더 쌍(swing cylinder, 56, 57 및 58, 59)은 시트-성형가공 작동(sheet-forming operation) 동안 요구된 바와 같이 상하 방향으로 조(24, 25) 및 요크(12, 13)를 스윙운동(swing) 시킨다. 종래 기술의 장치들은 그리퍼의 운동을 제한하고 이에 따라 목표로 하는 커브의 각도(degree)와 형태를 결정(define)하기 위하여 기계적 스톱장치(mechanical stop)와 그 외의 다른 장치들을 사용한다. 또한 본 출원인의 종래 기술의 인장-성형기는 성형가공되어야 하는 형태를 결정하고 제어하기 위하여 컴퓨터로 제어되는 서보-피드백 기술(servo-feedback technology)을 사용한다.

도 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 전체 그리퍼 어레이(50, 52)의 예시로서, 그리퍼 어레이(50)의 중앙에 위치한 그리퍼(50A, 50H)가 서로에 대해 피벗 운동을 수행하기 위하여 장착된다. 예를 들어, 그리퍼(50B)는 유압식 실린더(hydraulic cylinder, 65)가 실린더 트러니언(cylinder trunnion, 66)에 의해 피벗 운동가능하게 장착된 필로우 블록(pillow block, 64)을 수용한다(carry). 상기 유압식 실린더(65)의 피스톤 로드(piston rod, 67)는 인접한 그리퍼(50A) 위로 연장되며, 베이스(base, 69) 상에 피벗 운동가능하게 장착된 클레비스 핀(clevis pin, 68)에 의해 피벗 운동가능하게 연결된다. 따라서 그리퍼(50A-50H)의 피벗 운동은 유압 유체가 압축 하에서(under pressure) 상기 유압식 실린더(65)에 공급(pump)될 때 유압식 실린더(65)의 피스톤 로드(67)를 연장시키고 후퇴시킴으로써 발생된다. 또한 그리퍼 어레이(50, 52)의 그리퍼들은 독립적으로 이동되기 보다는 2개 또는 그 이상의 군(group)으로 배열될 수 있다.

인장-성형기의 조의 전체적인 측면 입면도가 도 4에 도시된다.

종래의 인장-성형 절차에 비해, 본 발명의 바람직한 실시예는 그리퍼 어레이(50, 52)의 그리퍼 내에 점진적 리버스 피벗(progressive reverse pivot)을 사용하여 부품(part)의 중앙선 영역을 따라 연신(elongation)을 최소화될 때 인장-성형된 부품의 외측 변부 상에서 연신/응력이 증가된다. 이는 도 4-8을 참조하여 각각의 그리퍼 어레이(50, 52)의 전방 변부를 조(24, 25)의 피벗 위치에 배열시킴으로써 구현된다. 상기 위치에 피벗을 배치시킴으로써 추가적인 변부 상쇄 성형가공(edge compensation forming) 동안 부품의 종방향 중앙선 영역에 추가적인 연신/응력을 최소화시킨다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 보다 구체적으로, 조(25)도 마찬가지로, 조(24)의 조 피벗 위치는 "X"로 표시된다. 각각 변부와 중앙 그리퍼(center gripper)로 나타나는, 그리퍼 어레이(52)의 2개의 표시된 그리퍼(52A, 52H)는 도시된 바와 같이 전방-배치된 조 피벗 위치(forwardly-positioned jaw pivot location)를 가지며, 그리퍼(52H)가 실질적으로 동일한 위치에 유지되는 동안 변부 그리퍼(52A)는 후방방향으로 피벗 운동을 할 수 있다. 그 결과, 변부 그리퍼(52A)가 조 피벗 위치(X)에 대해 피벗 운동되는 동안, 중앙 그리퍼(52H)에 의해 고정된 시트의 중앙 영역은 일정하고 이상적인 연신상태(ideal elongation)를 유지한다. 도 5 및 도 6을 비교하면, 스윙 실린더(58, 59)에 의해 구동되고(powered) 제어되는 피벗 운동으로 인해 변부 그리퍼(52A)가 후방방향으로 이동될 때 중앙 그리퍼(52H)는 실질적으로 정지상태로 유지된다(remain stationary). 도 6에 나타난 각도(α)는, 최적의 연신상태에서(optimum elongation) 부품의 중앙 영역이 고정되는 동안, 상기 부품의 변부 영역들에 추가적인 인장력이 추가됨으로써 발생된 각도이다.

도 7 및 도 8은, 최적의 중앙 인장 위치에서(도 7 참조) 및 최적의 변부 인장 위치에서(도 8 참조) 대표적인 조 및 요크 어셈블리의 피벗 운동을 도시한 추가적인 도면이다.

이러한 기능(function)은 또한 도 9에도 계속하여 도시되고, 부품, 예컨대 시트(S)는 부품의 중앙 영역이 최적의 연신상태로 되는 지점으로 우선적으로 인장되며, 이 지점에서 변부 영역은, 명확성을 위해 매우 과장되게 도시되었지만, 여전히 주름(wrinkle)을 보유한다. 조를 추가적으로 회전시킴으로써, 중앙 영역의 최적의 연신상태를 유지한 채 시트(S)의 변부들은 추가적으로 점진적으로 연신된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 시트의 중앙 영역에서 한 측면으로부터 다른 측면으로까지 종방향(L)으로 실질적으로 동일하게, 예를 들어 7-8% 인장된다. 단일의 종래 기술의 인장-성형 작업 동안 변부 영역(E1)에서는 절반 또는 그 미만으로 예를 들어 3-4% 인장된다. 공개된 인장-성형기(10) 및 그에 관련된 공정을 이용하여, 단일의 인장-성형 작업으로 인해 변부 영역(E2)에서 시트의 중앙 영역에서와 유사하게 예를 들어 7-8% 인장된다. 변부 인장 단계 동안 중앙 영역에 추가적으로 최소한으로 연신됨에 따라 단부(end)는 인장-성형된 시트가 되어, 중앙 영역과 변부 영역에서 충분히 균등하게(equivalent) 인장되어 중간 어닐링 공정(intermediate annealing process) 없이 및 보조적으로 추가적인 경비와 시간소요 없이 시트를 이용할 수 있다.

이러한 방식으로 부품의 인장 성형구조(stretch formation)는 컨트롤 표면 부품과 항공기 동체(aircraft fuselage)를 성형가공하는 특정 분야를 가지며, 상기 부품에서 복합 커브(compound curve) 및 상대적으로 날카로운 부품 각도(sharp part angle)는 최적의 인장-성형이 매우 요구되는 환경에서 나타난다. 도 11은 위에서 언급한 유형의 인장-성형이 활용되는 항공기의 다수 영역들 중 한 영역(A)을 예시한다.

개선된 인장-성형기 및 방법이 위에서 언급되었다. 본 발명의 다양한 세부사항들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 바람직한 실시예의 전술한 사항들과 본 발명을 실시하는 데 최적의 모드(mode)는 청구항들에 의해 정의되며 제한하려는 목적이 아닌 단지 예시의 목적으로 제공된다.

Claims (18)

1. 초기에 금속 시트(metal sheet, S)를 항복상태(yield state)로 인장시키고 상기 금속 시트(S)를 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공 시키기 위하여, 마주보는 한 쌍의 만곡형 조 어셈블리(curving jas assembly)가 금속 시트(S)의 마주보는 단부 변부 부분(end edge portion)들을 그립(grip)하는 형태의 인장-성형기(stretch-forming machine, 10)에 있어서,

   -조(24, 25)를 포함하며, 상기 조는 시트의 인접한 제 1 코너 영역에서 인접한 제 2 코너 영역으로 시트(S)의 마주보는 단부 변부 부분의 각각 하나를 그리핑하기 위해 조(24, 25)의 만곡부분(curve)을 전체적으로 한정하도록 서로 이동가능한 인접한 그리퍼( gripper, 50, 52)의 어레이(array)를 포함하고,

   -상기 조(24, 25)에 연결된 이동식 요크(moveable yoke, 12, 13)를 포함하며,

   -상기 요크(12, 13)를 금속 시트(S)와 하나이상의 중앙에 위치한 그리퍼(50H, 52H)사이의 접촉지점(X)에 의해 형성되는 측면 연장 피벗축에 대해 조(24, 25)를 피벗운동시키기 위한 빔웨이(beam way, 15, 16)에 요크(12, 13)를 연결시키는 피벗 어셈블리(32, 33, 34, 35)를 포함하고, 상기 피벗 어셈블리(32, 33, 34, 35)는 각각 하나의 그리퍼에 의해 형성된 시트-그리핑 개구(opening)내의 접촉지점(X)에서 측면 연장 피벗축과 정렬되어, 중앙에 위치한 그리퍼(50H, 52H)가 피벗운동하는 동안 피벗축의 접촉지점(X)에 대해 피벗되고, 이에따라 피벗운동하는 동안 동일한 위치에 대해 접촉지점(X)을 유지하고,

   -중앙에 위치한 그리퍼(50H, 52H)에 근접한 금속 시트(S)의 중앙 영역을 따라 최소한으로 연신되는 동안 금속시트(S)의 제 1 및 제 2 코너 영역을 점진적으로 더 인장시키도록 인장 방향에서 피벗축에 대해 조(24, 25)를 피벗운동시키고 그리퍼(50, 52)를 중앙에 위치한 그리퍼(50H, 52H)에 인접하도록 하는 하나이상의 액츄에이터(56, 57, 58, 59)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
2. 제 1 항에 있어서, 금속 시트(S)가 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공되는 이동식 다이(moveable die, 40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
3. 제 2 항에 있어서, 금속 시트(S)를 성형가공 시키기 위하여 이동식 다이(S)에 대해 이동가능한 불도저 어셈블리(bulldozer assembly)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
4. 제 1 항에 있어서, 금속 시트(S)의 마주보는 단부들을 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공 시키기 위하여 서로에 대해 그리퍼(50, 52) 또는 그리퍼 군(group)을 이동시키는 각각의 유압식 실린더(65)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
5. 제 1 항에 있어서, 각각의 요크(12, 13)에 의해 수용되며(carried) 빔웨이(15, 16)를 따라 각각의 요크가 가압되도록 채용되는 하나 이상의 각각의 유압식 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
6. 제 1 항에 있어서, 각각의 요크(12, 13)에 의해 수용되며 각각의 요크에 대해 각각의 조가 이동되는 하나 이상의 각각의 유압식 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
7. 금속 시트(S)의 마주보는 단부 변부 부분들을 그립하기 위하여, 마주보는 한 쌍의 만곡형 조 어셈블리를 포함하는 인장-성형기에 있어서, 각각의 조 어셈블리는

   -중앙에 위치한 그리퍼(center gripper, 50H, 52H)가 어레이의 2개의 마주보는 단부 그리퍼(50A, 52A)의 중간에 배치된(intermediate) 어레이의 정점(apex, X)에 위치된 만곡부(curve)를 형성하기 위하여 서로에 대해 이동가능한 인접한 그리퍼(50, 52)의 어레이를 가진 조(24, 25)를 포함하며;

   -상기 조(24, 25)에 연결된 이동식 요크(12, 13)를 포함하며;

   -상기 요크(12, 13)를 빔웨이에 연결하고 측면으로 연장되는 피벗축을 한정하는 피벗어셈블리를 포함하고;

   상기 피벗축(axis)은 하나이상의 중앙 그리퍼(50H, 52H)와 금속 시트(S)사이의 접촉지점(X)에서 어레이의 만곡부에 접선방향인 선분(line); 및 상기 하나이상의 의 중앙 그리퍼(50H, 52H)와 두 단부 그리퍼(50A, 52A)에 의해 형성된 평면이 교차(intersection)함으로써 형성되고,

   상기 조(24, 25)는 각각 하나의 그리퍼(50, 52)에 의해 형성된 시트-그리핑 개구(opening)내의 접촉지점(X)에서 측면으로 연장되는 피벗축과 정렬되며,

   -조(24, 25)를 피벗축의 접촉지점(X)에 대해 피벗 운동시키기 위하여 요크(12, 13)에 연결된 하나 이상의 액츄에이터(56, 57, 58, 59)를 포함하며, 이에따라, 금속 시트의 중앙선을 따라 최소한으로 연신되는 동안, 상기 금속 시트(S)의 외측 코너를 인장방향에서 더 인장시키는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
8. 제 7 항에 있어서, 금속 시트(S)가 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공되는 이동식 다이(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
9. 제 8 항에 있어서, 금속 시트(S)를 성형가공 시키기 위하여 다이(40)에 대해 이동가능한 불도저 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
10. 제 7 항에 있어서, 금속 시트(S)의 마주보는 단부들을 사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공 시키기 위하여 서로에 대해 그리퍼(50, 52) 또는 그리퍼 군을 이동시키도록 수용된 각각의 유압식 실린더(65)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
11. 제 7 항에 있어서, 각각의 요크(12, 13)에 의해 수용되며 빔웨이(15, 16)를 따라 각각의 요크를 가압하도록 채용되는 하나 이상의 각각의 유압식 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
12. 제 7 항에 있어서, 각각의 요크(12, 13)에 의해 수용되며 각각의 요크에 대해 각각의 조(24, 25)가 이동되는 하나 이상의 각각의 유압식 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장-성형기.
13. 금속 시트(S)를 인장-성형하는 방법에 있어서, 상기 방법은

    -사전 결정된 만곡 형상으로 성형가공 시키기 위하여, 마주보는 한 쌍의 만곡형 조 어셈블리가 금속 시트(S)의 마주보는 단부 변부 부분들을 그립(grip)하는 유형의 인장-성형기를 제공하는 단계를 포함하며, 각각의 조 어셈블리는 조(24, 25)를 포함하고, 상기 조의 커브(curve)의 일부분을 형성하고 상기 시트의 인접한 제 1 코너로부터 제 2 코너로 상기 금속 시트의 한 측면 변부를 따라 연장시키기 위하여, 상기 조는 서로에 대해 이동가능한 서로 인접한 그리퍼의 어레이, 상기 조에 연결된 이동식 요크(12, 13), 상기 요크를 금속 시트와 하나이상의 중앙 그리퍼사이의 교차지점에 의해 형성되는 측면으로 연장된 피벗축에 대해 조를 피벗운동시키기 위한 빔웨이(beam way, 15, 16)에 요크를 연결시키는 피벗 어셈블리(32, 33, 34, 35)를 포함하고,

    그리퍼의 접촉지점(X)이 각각 하나의 그리퍼에 의해 한정된 시트-그리핑 개구내의 측면으로 연장된 피벗축과 정렬되어, 중앙에 위치된 그리퍼(50H, 52H)가 피벗운동하는 동안 피벗축의 접촉지점에 대해 피벗되고, 이에따라 피벗운동하는 동안 동일한 위치에 대해 접촉지점을 유지하고, 피벗축에 대해 상기 조를 피벗운동시키기 위해 요크에 연결되는 하나이상의 액츄에이터를 더 포함하고,

    -조를 서로로부터 이격하여 후방방향으로 후퇴시킴으로써 금속 시트를 항복상태로 인장시키는 단계를 포함하며,

    -상기 금속 시트를 다이(40) 위에서 원하는 곡률(curvature)로 성형가공시키는 단계를 포함하고,

    -상기 그리퍼가 상기 피벗으로부터 이격된 그리퍼 어레이의 마주보는 단부에 배치되도록, 하나 이상의 액츄에이터(56, 57, 58, 59)를 이용하여 상기 조를 측면으로 연장된 피벗축에 대해 피벗 운동시키는 단계를 포함하며, 금속 시트(S)의 중앙선을 따라 최소한으로 연신되는 동안 상기 금속 시트(S)의 외측 코너를 더 인장시키는 것을 특징으로 하는 금속 시트를 인장-성형하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 불도저 어셈블리 위에서 금속 시트(S)를 성형가공하는 단계를 더 포함하며, 상기 불도저 어셈블리는 다이(40)에 대해 이동가능한 것을 특징으로 하는 금속시트 인장-성형 방법.
15. 제 13 항에 있어서, 성형가공되는 금속 시트(S)를 형성하고 제어하기 위하여, 컴퓨터로 제어되는 서보-피드백 기술(servo-feedback technology)을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 시트 인장-성형 방법.
16. 제 13 항에 있어서, 각각의 요크(12, 13)에 의해 수용된 하나 이상의 각각의 유압식 실린더에 의해 빔웨이(15, 16)를 따라 요크들을 서로로부터 이격시킴으로써, 금속 시트는 항복상태로 인장되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 인장-성형 방법.
17. 제 13 항에 있어서, 각각의 요크(12, 13)에 의해 수용된 하나 이상의 각각의 유압식 실린더에 의해 각각의 요크 내에서 조(24, 25)를 후퇴시킴으로써 금속 시트는 항복상태로 인장되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 인장-성형 방법.
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