KR101319756B1 - 굽힘 가공 장치 - Google Patents

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신지로 구와야마
아츠시 도미자와
사부로 이노우에
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스미토모 고칸 가부시키가이샤
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

높은 생산성 및 뛰어난 치수 정밀도로, 강제의 휨 부재를 제조하는 굽힘 가공 장치를 제공한다. 강관(17)을 이송하면서 지지하는 제1의 지지 기구(11), 강관(17)의 일부 또는 전부를 가열하는 가열 기구(13), 강관(17)에 있어서의 가열 기구(13)에 의해 가열된 부분을 냉각함으로써 강관(17)의 일부에 고온 부분을 형성하는 냉각 기구(14), 강관(17)의 적어도 한군데를 지지하면서 2차원 또는 3차원의 방향으로 이동함으로써 고온 부분에 휨 모멘트를 부여하고, 강관(17)을 원하는 형상으로 굽힘 가공하는 제2의 지지 기구(15), 및, 강관(17)의 변형을 방지하는 변형 방지 기구(16)를 구비하는 굽힘 가공 장치(10)이며, 제2의 지지 기구(15) 및 변형 방지 기구(16) 중 적어도 하나가, 원형, 다각형 또는 이형 형상의 횡단면을 가지는 통형상체를 가지고, 강관(17)을 파지하는 척을 가진다.

Description

굽힘 가공 장치{BENDING DEVICE}
본 발명은, 굽힘 가공 장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은, 폐단면을 가지는 장척의 금속제의 소재에 2차원 또는 3차원의 굽힘 가공을 행하여 휨 부재를 제조하기 위한 굽힘 가공 장치에 관한 것이다.
굴곡된 형상을 가지는 금속제의 강도 부재, 보강 부재 또는 구조 부재가, 자동차 또는 각종 기계 등에 이용된다. 고강도, 경량이고 또한 소형인 것 등이 이들 휨 부재에 요구된다. 종래부터, 이러한 종류의 휨 부재는, 예를 들면, 프레스 가공품의 용접, 두꺼운 판의 천공, 나아가 단조에 의해 제조된다. 그러나, 이들 제조 방법에 의해 제조되는 휨 부재를 더욱 경량 및 소형화하는 것은 어렵다.
예를 들면 비특허문헌 1에는, 소위 튜브 하이드로 포밍에 의해 이러한 종류의 휨 부재를 제조하는 것이 개시된다. 비특허문헌 1의 28페이지에는, 소재가 되는 재료의 개발이나 성형 가능한 형상의 자유도의 확대 등과 같은 다양한 과제가 튜브 하이드로 포밍 공법에 존재하기 때문에, 앞으로 한층 더 개발이 필요한 것이 개시된다.
본 출원인은, 먼저 특허문헌 1에 의해 굽힘 가공 장치를 개시했다. 도 13은, 이 굽힘 가공 장치(O)의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 13에 도시하는 바와같이, 굽힘 가공 장치(O)는 지지 수단(2)에 의해 그 축방향으로 이동가능하게 지지된 소재인 강관(1)을 상류측으로부터 하류측을 향해, 예를 들면 볼 나사를 이용한 이송 장치(3)에 의해 이송하면서, (a) 지지 수단(2)의 하류에서 고주파 가열 코일(5)에 의해 강관(1)을 부분적으로 담금질 가능한 온도역으로 급속히 가열하고, (b) 고주파 가열 코일(5)의 하류에 배치되는 수냉 장치(6)에 의해 강관(1)을 급냉하고, 또한 (c) 강관(1)을 이송하면서 지지 가능한 롤쌍(4a)을 적어도 1셋트 가지는 가동 롤러 다이(4)의 위치를 2차원 또는 3차원으로 변경하여 강관(1)의 가열된 부분에 휨 모멘트를 부여하여 굽힘 가공을 행함으로써, 휨 부재(8)를, 충분한 굽힘 가공 정밀도를 확보하면서 높은 작업 능률로 제조한다.
특허문헌 1: 국제공개 WO2006/093006호
비특허문헌 1: 자동차기술 Vol. 57, No. 6, 2003 23∼28페이지
굽힘 가공 장치(0)는, 이송 장치(3)가 강관(1)의 선단이나 후단을 적절하게 유지하지 않으면, 이하에 열기하는 과제(a)∼(e)를 가진다.
(a) 휨 부재(8)가 충분한 치수 정밀도를 가지지 않는 것.
(b) 굽힘 가공 시에 엄청난 가공력이 필요해지는 것. 휨 부재(8)의 수율이 저하되는 것. 또한, 고온 상태에서 대기에 노출된 강관(1)의 내부가 산화하여 휨 부재(8)의 품질이 저하하는 것.
(c) 수냉 장치(6)로부터 강관(1)에 분사된 냉각수가 강관(1)의 내부에 침입하고, 이에 따라, 고주파 가열 코일(5)에 의한 강관(1)의 승온이 저해되기 때문에, 휨 부재(8)의 치수 정밀도가 저하되는 것.
(d) 강관(1)이 지지 수단(2), 고주파 가열 코일(5) 및 수냉 장치(6)를 순차적으로 통과하는 것이 저해되어, 강관(1)의 굽힘 가공을 할 수 없게 되는 것.
(e) 강관(1)의 유지부가 고주파 가열 코일(5)에 의해 변형 가능한 온도로 가열되고, 이에 따라, 휨 부재(8)의 치수 정밀도가 저하되는 것.
본 발명의 목적은, 굽힘 가공 장치(0)가 가지는 이들 과제 (a)∼(e)를 해결하고, 굽힘 가공 장치(0)보다도 한층 높은 생산성 및 뛰어난 치수 정밀도로, 폐단면을 가지는 장척 금속제의 휨 부재를 제조하기 위한 굽힘 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자는, (i) 굽힘 가공 장치(0)의 이송 장치(3)나, 강관(1)의 이송 방향에 관하여 가동 롤러 다이(4)의 하류에 배치되는 변형 방지 장치 등이, 강관(1)의 내부 또는 외부에 배치되어 강관(1)을 파지하는 통형상의 척을 가지는 것, 및 (ii) 이 척의 형상이나 구조, 나아가 기능을 최적화함으로써 상기 과제(a)∼(e)를 해결할 수 있다고 하는 지견에 의거한다.
본 발명은, 하기 제1의 지지 기구, 가열 기구, 냉각 기구, 제2의 지지 기구 및 변형 방지 기구를 구비함과 더불어, 제2의 지지 기구 및/또는 변형 방지 기구 중 적어도 하나가, 하기 척을 가지는 것을 특징으로 하는 굽힘 가공 장치이다.
제1의 지지 기구: 제1의 위치에 배치됨과 더불어, 중공의 금속 재료를 이송하면서 지지하는 것.
가열 기구: 금속재의 이송 방향에 대해서 제1의 위치보다도 하류의 제2의 위치에 배치됨과 더불어, 이송되는 금속재의 일부 또는 전부를 가열하는 것.
냉각 기구: 금속재의 이송 방향에 대하여 제2의 위치보다도 하류의 제3의 위치에 배치됨과 더불어, 이송되는 금속재에 있어서의 가열 기구에 의해 가열된 부분을 냉각함으로써 금속재의 일부에 고온 부분을 형성하는 것.
제2의 지지 기구 : 금속재의 이송 방향에 대해서 제3의 위치보다도 하류의 제4의 위치에 배치됨과 더불어, 이송되는 금속재의 적어도 한군데를 지지하면서 2차원 또는 3차원의 방향으로 이동함으로써 금속재의 고온 부분에 휨 모멘트를 부여하여, 금속재를 원하는 형상으로 굽힘 가공하는 것.
변형 방지 기구 : 금속재의 이송 방향에 대해서 제4의 위치보다도 하류의 제5의 위치에 배치됨과 더불어, 이송되는 금속재의 변형을 방지하는 것.
척 : 원형, 다각형 또는 이형 형상의 횡단면을 가지는 통형상체를 가지고, 금속재를 파지하는 것.
본 발명에서는, (I) 금속재를 그 길이 방향으로 이송하는 이송 기구, 바람직하게는 상기 척을 가지는 이송 기구를 더 구비하는 것, 또는 (II) 제1의 지지 기구가 금속재를 그 길이 방향으로 이송하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 척이, 금속재의 내부에 삽입 설치되어 금속재의 내면에 맞닿는 것이 바람직하고, 통형상체의 바깥치수가 확대가능한 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서는, 척이, 금속재의 외부에 설치되어 금속재의 외면에 맞닿는 것이 바람직하고, 통형상체의 안치수가 축소가능한 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 척이, 금속재의 내부를 실링하는 것, 또는, 금속재의 내부를 양압으로 함으로써, 금속재의 내부에 대한 냉각수의 침입을 방지할 수 있으므로, 바람직하다. 본 발명에서는, 금속재의 내부에 불활성 가스 등을 봉입함으로써 금속재의 내부의 산화를 방지할 수 있으므로, 더욱 바람직하다.
본 발명에서는, 통형상체가, 그 중심축이 금속재의 중심축과 대략 일치하도록 설치되는 것, 또는, 금속재의 바깥치수와 대략 일치하는 바깥치수를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 통형상체가, 고경도 재료로 이루어지는 척 클로 및 개폐 바를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 통형상체가, 원주방향으로 분할된 복수의 구성 부재와, 인접하여 배치되는 두개의 구성 부재의 사이에 배치되는 절연 부재를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 통형상체가 비자성을 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 통형상체가 예를 들면 세라믹스, SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강, 나아가 니켈 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 통형상체가 적층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 「적층 구조」란, 얇은 금속판을 겹쳐쌓아 형성시킨 구조를 의미한다. 고주파에 의한 유도 전류가, 적층 구조를 가지는 통형상체에 흐르기 어려워지고, 이에 따라, 척이 유도 가열되기 어려워진다.
본 발명에 의해, 상술한 과제 (a)∼(e)가 해소된다. 이 때문에, 본 발명에 의하면, 2차원 또는 3차원으로 굴곡된 형상을 가지는 금속제의 강도 부재, 보강 부재 또는 구조 부재를, 충분한 치수 정밀도를 확보하면서 높은 작업 능률로 확실하게 제조할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 관련된 굽힘 가공 장치의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 제1의 산업용 로봇, 제2의 산업용 로봇, 가열 코일 지지 로봇 또는 제3의 산업용 로봇의 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 3(a)는 제2의 지지 수단으로서 제2의 산업용 로봇에 의해 강관을 직접 파지하는 경우에 있어서의 효과기로서의 장척의 척을 모식적으로 나타내는 설명도이고, 도 3(b)는 제2의 지지 수단으로서 제2의 산업용 로봇에 의해 강관을 직접 파지하는 경우에 있어서의 효과기로서의 단척의 척을 모식적으로 도시하는 설명도이며, 도 3(c)는, 제2의 지지 수단으로서 제2의 산업용 로봇에 의해 강관을 직접 파지하는 경우에 있어서의 효과기로서의 장척의 척을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 4는 장척의 척이 굽힘 하중을 작게 할 수 있는 것을 나타내는 설명도이다.
도 5(a)는 강관의 외부에 배치되어 이 강관의 외면에 맞닿음으로써 강관의 선단부를 파지하는 형식의 척을 추출하여 나타내는 설명도이며, 도 5(b)는 강관의 내부에 삽입되어 이 강관의 내면에 맞닿음으로써 강관의 선단부를 파지하는 형식의 척을 추출하여 나타내는 설명도이다. 도 5(c)는 각종 척(35∼43)을 나타내는 설명도이다.
도 6은 도 1에 있어서의 제3의 산업용 로봇에 이용하는 척의 일예를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 7은 도 1에 있어서의 이송 장치에 이용하는 척의 일예를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는, 모두, 강관의 내부에 삽입되어 이 강관의 내면에 맞닿음으로써 강관의 선단부를 파지하는 척의 바깥치수의 확대 기구를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 9(a)는, 본 발명의 굽힘 가공 장치에 이용하는데 적합한 척의 구성예를 모식적으로 나타내는 설명도이며, 도 9(b)는 비교예의 척을 나타내고, 도 9(c)는 본 발명예의 척을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 굽힘 가공 장치에 이용하는데 적합한, 슬릿 부착의 슬리브 방식의 척의 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 11(a)는 본 발명의 굽힘 가공 장치에 이용하는데 적합한, 액압식의 슬리브 방식의 척의 구성예를 나타내는 설명도이며, 도 11(b)는 그 변형예를 나타내는 설명도이다.
도 12는 강관의 내부를 양압으로 하는 기구를 나타내는 설명도이다.
도 13은 특허문헌 1에 의해 개시된 굽힘 가공 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
본 발명을, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 이후의 설명에서는, 본 발명에 있어서의 「닫힌 단면을 가지는 중공의 금속재」가 강관(17)인 경우를 예로 들지만, 본 발명은, 강관에 한정되는 것은 아니고, 닫힌 단면을 가지는 중공의 금속재(예를 들면 각관이나 이형관)라면, 동일하게 적용된다.
도 1은, 본 발명에 관련된 굽힘 가공 장치(10)의 구성예의 일부를 간략화 및 생략하여 개념적으로 나타내는 사시도이다. 도 1에서는, 제1의 산업용 로봇(18), 가열 코일 유지 로봇(27), 제2의 산업용 로봇(26) 및 제3의 산업용 로봇(28)은, 매니퓰레이터(manipulator) 등을 개념화 및 간략화하여 나타낸다.
굽힘 가공 장치(10)는, 이송 기구(11)와, 제1의 지지 기구(12)와, 가열 기구(13)와, 냉각 기구(14)와, 제2의 지지 기구(15)와, 변형 방지 기구(16)를 구비한다.
[이송 기구(11)]
이송 기구(11)는, 강관(17)을 그 길이 방향으로 이송한다. 이송 기구(11)는 제1의 산업용 로봇(18)에 의해 구성된다.
제1의 산업용 로봇(18), 가열 코일 지지 로봇(27), 및 제3의 산업용 로봇(28)은, 모두, 제2의 산업용 로봇(26)과 동일한 로봇이다.
도 2는, 제1의 산업용 로봇(18), 제2의 산업용 로봇(26), 가열 코일 지지 로봇(27) 또는 제3의 산업용 로봇(28)의 구성예를 나타내는 설명도이다.
제1의 산업용 로봇(18), 제2의 산업용 로봇(26), 가열 코일 지지 로봇(27) 또는 제3의 산업용 로봇(28)(이하, 「각 로봇」이라고 한다)은, 모두, 소위 수직 다관절 로봇이며, 제1축∼제6축을 가진다.
제1축은, 윗팔(19)을 수평면 내에서 선회시킨다. 제2축은, 윗팔(19)을 전후로 선회시킨다. 제3축은, 앞팔(20)을 상하로 선회시킨다. 제4축은, 앞팔(20)을 회전시킨다. 제5축은, 손목(20a)을 상하로 선회시킨다. 제6축은, 손목(20a)을 회전시킨다.
각 로봇은, 제1∼6축에 추가하여, 필요에 따라, 윗팔(19)을 선회시키는 제7축을 가져도 된다. 제1∼7축은, AC 서보 모터에 의해 구동된다.
각 로봇은, 다른 범용의 산업용 로봇과 마찬가지로, 모두, 제1∼6축의 동작을 종합적으로 제어하는 컨트롤러(21)와, 제1∼6축의 동작을 교시하기 위한 입력 장치(22)를 가진다.
효과기(엔드 이펙터)(24)가 제1의 산업용 로봇(18)의 손목(20a)의 선단에 설치된다. 효과기(엔드 이펙터)(24)는, 제1의 산업용 로봇(18)의 측방 근방에 배치된 파레트(23)에 수용된 강관(17)을 파지함과 더불어, 파지한 강관(17)을 제1의 지지 수단(12) 및 가열 수단(13)에 각각 설치된 관통 구멍을 관통시킬 때에, 이용된다.
효과기(24)는, 이송 기구(11)에 의해 강관(17)을 이송하는 경우뿐만 아니라, 후술하는 제2의 지지 기구(15)로서 가동 롤러 다이스(25)를 이용하지 않고 제2의 산업용 로봇(26)에 의해 강관(17)을 직접 파지하는 경우, 나아가, 변형 방지 기구(16)에 의해 강관(17)을 지지하는 경우에 이용된다.
효과기(24)는, 굽힘 가공 장치(10)에 의해 제조되는 굽힘 가공 부재의 치수 정밀도나 생산성에 크게 영향을 준다. 이하, 효과기(24)가 상세하게 설명된다.
이후의 설명에서는, 제2의 지지 기구(15)로서 가동 롤러 다이스(25)를 이용하지 않고 제2의 산업용 로봇(26)에 의해 강관(17)을 직접 파지하는 경우에 있어서의 효과기를 예로 든다. 이송 기구(11)에 있어서의 효과기(24)나 변형 방지 기구(16)에 있어서의 효과기(29)라도 사정은 같다.
도 3(a)는, 제2의 지지 기구(15)로서 가동 롤러 다이스(25)를 이용하지 않고 제2의 산업용 로봇(26)에 의해 강관(17)을 직접 파지하는 경우에 있어서의 효과기로서의 장척의 척(30)을 모식적으로 도시하는 설명도이며, 도 3(b)는, 제2의 지지 기구(15)로서 가동 롤러 다이스(25)를 이용하지 않고 제2의 산업용 로봇(26)에 의해 강관(17)을 직접 파지하는 경우에 있어서의 효과기로서의 단척의 척(31)을 모식적으로 나타내는 설명도이며, 도 3(c)는, 제2의 지지 기구(15)로서 가동 롤러 다이스(25)를 이용하지 않고 제2의 산업용 로봇(26)에 의해 강관(17)을 직접 파지하는 경우에 있어서의 효과기로서의 장척의 척(32)을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
척(30∼32)은, 모두, 강관(17)의 선단부를 파지하기 위한 통형상체로 이루어진다.
척(30)은, 강관(17)의 외부에 배치된다. 척(30)은, 강관(17)의 외면(17b)에 맞닿음으로써 강관(17)의 선단부를 파지한다. 척(30)은, 그 내경이 후술하는 적절한 기구에 의해 축소가능하게 구성된다.
한편, 척(31)이나 척(32)은, 모두, 강관(17)의 내부에 삽입 설치된다. 척(31, 32)은, 강관(17)의 내면에 맞닿음으로써 강관(17)의 선단부를 파지한다. 척(31, 32)은, 그 외경이 후술하는 적절한 기구에 의해 확대가능하게 구성된다.
이들 척(30∼32)은, 축방향으로 이송되는 강관(17)의 선단부를 적정하게 유지한다. 이 때문에, 굽힘 가공 장치(10)는, 충분한 가공 정밀도로 강관(17)에 굽힘 가공을 행한다.
척(30∼32)은, 모두, 관 단부에 형성되는 시일면에 접촉하는 관끝 시일 기구, 또는 관 내면에 형성되는 시일면에 접촉하는 내면 시일 기구를 가진다. 이에 따라, 척(30∼32)은, 강관(17)의 관 단부 또는 관 내면에 직접 맞닿음으로써 강관(17)을 실링한다. 척(30∼32)은, 강관(17)의 내부에 대한 물의 침입을 방지하므로, 고주파 가열 코일(13a)에 의한 강관(17)의 승온이 적정하게 행해진다. 이 때문에, 굽힘 가공 장치(10)는, 충분한 가공 정밀도로 강관(17)에 굽힘 가공을 행한다.
척(30)은, 장척의 통형상체에 의해 구성된다. 이 때문에, 굽힘 하중(W)이 작게 억제됨과 더불어, 제2의 산업용 로봇(26)이 주위의 장치와 간섭하는 것이, 강관(17)의 선단부의 근방으로부터 굽힘 가공을 개시하는 경우에 있어서도, 방지된다.
척(31)은, 단척의 통형상체에 의해 구성된다. 강관(17)의 담금질이 강관(17)의 관 단부로부터 행해져, 제품의 수율이 향상된다.
또한, 척(32)은, 장척의 통형상체에 의해 구성되므로, 굽힘 하중(W)이 작게 억제된다. 제2의 산업용 로봇(26)이 주위의 장치와 간섭하는 것이, 강관(17)의 선단부의 근방으로부터 굽힘 가공을 개시하는 경우에도 방지됨과 더불어, 강관(17)의 담금질이 관 단부로부터 행해져, 제품의 수율이 향상된다.
도 4는, 척(30, 32)이 굽힘 하중(W)을 작게 할 수 있는 것을 나타내는 설명도이다.
도 4중의 부호 W는 굽힘 하중을 나타내고, 부호 M은 강관(17)의 굽힘에 필요한 모멘트를 나타내고, 부호 l1은 척 길이를 나타내고, 부호 l2은 척값을 나타내고, 부호 l3은 강관(17)의 단부로부터 굽힘 가공의 개시점까지의 거리를 나타낸다.
굽힘 하중은, W＝M/L＝M/(l1＋l3)로서 규정된다. L이 길수록 W를 작게 할 수 있다. 한편, 제품의 수율을 향상시키기 위해서, 강관(17)의 단부 근방으로부터 굽힘 가공을 개시하는 것, 즉 l3을 작게 하는 것이 바람직하다. 굽힘 가공기의 허용 하중이 제한될 경우, l1을 길게 함으로써 l3을 짧게 할 수 있다.
예를 들면, 외경 25㎜, 두께 1.0㎜의 강관에 곡률 반경 200㎜의 조건으로 굽힘 가공을 행하는 경우에 필요해지는 모멘트는, 약 36N·m이 된다.
굽힘 허용 하중이 500N이면,
L＝d의 경우에는 W＝1440N>500N이 되고, 또한 L＝2d의 경우에는 W＝720N>500N이 되기 때문에, 어떠한 경우에도 굽힘 가공을 행할 수 없다. 이에 대하여, L＝3d의 경우에는 W＝480N<500N이 되고, L＝4d의 경우에는 W＝360N<500N이 되고, 또한, L＝5d의 경우에는 W＝288N<500N이 되므로, 어떠한 경우에도 굽힘 가공을 행할 수 있다.
이상의 이유에 의해, 상술한 조건에서는 L≥3d의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
도 5(a)는, 강관의 외부에 배치되어 강관의 외면에 맞닿음으로써 강관의 선단부를 파지하는 형식의 척(33)를 추출하여 나타내는 설명도이고, 도 5(b)는, 강관의 내부에 삽입 설치되어 강관의 내면에 맞닿음으로써 강관의 선단부를 파지하는 형식의 척(34)을 추출하여 나타내는 설명도이다.
척(34)은, 척(33)보다도, 강관의 중심 위치를 결정하기 쉬움과 더불어 강관의 둘레 방향의 장력에 의해 파지력도 얻기 쉽기 때문에, 바람직하다.
도 5(c)는, 각종 척(35∼43)을 나타내는 설명도이다.
척(35, 36)은, 강관의 외부에 배치되어 강관의 외면에 맞닿는다.
척(37, 38)은, 강관의 내부에 삽입 설치되어 강관의 내면에 맞닿는다.
척(39, 40)은, 강관의 외부에 배치되어 강관의 외면에 맞닿음과 더불어 강관의 내부에도 삽입 설치되어 강관의 내면에 맞닿는다.
척(41∼43)은, 모두, 각형 관용의 척이다. 각형 관이라도 충분한 유지력을 얻어 각형 관을 확실하게 파지하기 때문에, 척(41∼43)은 강관의 내부에 삽입 설치되어 강관의 내면에 맞닿음과 더불어 각형 관의 내측 모퉁이부에도 맞닿는 것이 바람직하다.
이상의 각종 척은, 모두, 그 중심축이 강관의 중심축과 대략 일치하도록, 배치되는 것이, 척이, 제1의 지지 장치(12), 가열 장치(13), 냉각 장치(14) 나아가 제2의 지지 장치(15)를 확실하게 통과하기 위해서 바람직하다.
도 6은, 도 1에 있어서의 제3의 산업용 로봇(28)에 이용하는 척(44)의 일예를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 6 중의 부호 45는 실린더를 나타낸다.
도 6에 도시하는 바와같이, 강관(17)이 그 전단부의 근방으로부터 담금질하면서 굽힘 가공될 경우에는, 척(44)이 강관(17)의 외경과 대략 일치하는 치수의 외경을 가지는 장척의 척인 것이 바람직하다.
도 7은, 도 1에 있어서의 이송 장치 기구에 이용하는 척(46)의 일예를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 7에 있어서의 부호 47은 지지 가이드를 나타낸다.
도 7에 나타내는 바와같이, 강관(17)이 그 후단부의 근방까지 담금질하면서 굽힘 가공이 행해질 경우에도, 강관(17)의 외경과 대략 일치하는 치수의 외경을 가지는 장척의 척(46)을 이용하는 것이 바람직하다.
도 8(a)∼도 8(c)는, 모두, 강관(17)의 내부에 삽입되어 강관(17)의 내면에 맞닿음으로써 강관(17)의 선단부를 파지하는 척(48, 49, 48―1)의 바깥치수의 확대 기구를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
척(48)은, 그 원통형상의 본체(50)의 내부에, 도시하지 않은 실린더 등에 의해 넣고빼기 가능하게 배치된 샤프트(51)와, 샤프트(51)의 선단에 배치된 예를 들면 개폐 바(52)를 구비한다. 4개의 척 클로(53)가, 개폐 바(52)의 빗변에, 본체(50)의 축방향에 대해서 위치 결정되어 배치된다. 샤프트(51)가 본체(50)의 축방향으로 이동함으로써 척 클로(53)가 직경 방향으로 이동하고, 이에 따라, 척(48)의 바깥치수가 증가 또는 감소한다.
척(49)은, 그 원통형상의 본체(50)의 내부에, 도시하지 않은 실린더 등에 의해 넣고빼기 가능하게 배치된 샤프트(51)와, 샤프트(51)의 선단에 배치된 예를 들면 원추 바(54)를 구비한다. 다수의 세그먼트(55)와, 탄성체 클로(56)가, 원추 바(54)의 빗변에 배치된다. 샤프트(51)가 본체(50)의 축 방향으로 이동함으로써 세그먼트(55)가 직경 방향으로 이동하고, 이에 따라, 척(49)의 바깥치수가 증가 또는 감소한다.
척(48―1)은, 척(48)의 변형예이며, 개폐 바(52)가 끝이 가는 형상을 가지는 것이다. 끝이 가는 형상의 개폐 바(52)는, 샤프트(51)와의 접합부의 단면적을 증가시킬 수 있으므로, 개폐 바(52)의 강도를 높일 수 있다.
척 클로(53)는, 언클램핑(unclamping)을 확실하게 행하기 위해서, 본체(50)의 축방향으로 연장 설치되는 더브테일 홈을 가지는 것이 바람직하다.
척 클로(53), 개폐 바(52)의 재질은, 오스테나이트계 스테인리스강 또는 공구강이 예시된다. 오스테나이트계 스테인리스강은, 비자성체이므로 유도 가열되기 어렵기 때문에 적합하지만, 내마모성(내손상성) 및 번인에 대한 내성이 약간 떨어진다. 한편, 공구강은, 냉간에서의 내구성이 뛰어나다. 공구강은, 자성체이며, 유도 가열의 영향을 받기 쉽지만, 척 클로(53)의 근방까지 유도 가열하지 않으면, 실용상 문제없다. 또한, 본체(50)는, 오스테나이트계 스테인리스강 등의 비자성체인 것이 바람직하다.
도 9(a)는, 본 발명의 굽힘 가공 장치(10)에 이용하는데 적합한 척(57)의 구성예를 모식적으로 나타내는 설명도이고, 도 9(b)는 비교예의 척(58)을 나타내고, 도 9(c)는 본 발명예의 척(57)을 나타낸다.
도 9(a) 및 도 9(c)에 도시하는 바와같이, 척(57)은, 구성 부재(57a, 57b)와, 절연 부재(59)를 가진다. 구성 부재(57a, 57b)는, 그 둘레방향으로 복수(도시예는 2개)로 분할된다. 절연 부재(59)는, 인접하여 배치되는 2개의 구성 부재(57a, 57b)의 사이에 배치된다. 절연 부재(59)는, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌 등으로 이루어진다.
도 9(c)에 도시하는 바와같이, 척(57)의 복수의 구성 부재(57a, 57b)의 사이에 절연 부재(59)를 개재시킴으로써, 구성 부재(57a, 57b)를 흐르는 전류가 상쇄된다. 이에 따라, 고주파 가열 코일(13a)의 유도 전류에 의해 전류가 구성 부재(57a, 57b)를 일주하여 척(58)이 가열되는 것이 방지된다.
도 10은 본 발명의 굽힘 가공 장치에 이용하는데 적합한, 슬릿 부착의 슬리브 방식의 척(60)의 구성을 나타내는 설명도이다.
척(60)은, 그 원통형상의 본체(50)의 내부에, 도시하지 않은 실린더 등에 의해 넣고빼기 가능하게 배치된 샤프트(51)와, 샤프트(51)의 선단에 배치된 예를 들면 개폐 바(52)를 가진다. 개폐 바(52)의 빗변에는, 슬릿(62)을 가지는 슬리브(61)와, 시일 링(63)이, 본체(50)의 축 방향에 대해서 위치 결정되어 배치된다. 슬릿 부착의 슬리브(61)가, 샤프트(51)가 본체(50)의 축방향으로 이동함으로써 탄성 변형하여, 확경 또는 축경한다. 이에 따라, 척(60)의 바깥치수가 증가 또는 감소한다.
슬리브(61)는, 슬릿(62)을 복수 가지므로, 금속제라도 작은 힘으로 탄성 변형할 수 있음과 더불어 유도 가열에 의해 승온되기 어렵다.
또한, 슬리브(61)가 비자성체에 의해 구성되는 것만으로도, 슬리브(61)가 유도 가열되는 것이 충분히 방지된다. 슬릿(62)은, 슬리브(61)의 강도가 충분히 확보되는 경우에 설치하는 것이 바람직하다.
도 11(a)는, 본 발명의 굽힘 가공 장치에 이용하는데 적합한, 액압식의 슬리브 방식의 척(70)의 구성을 나타내는 설명도이고, 도 11(b)는 그 변형예(70―1)를 나타내는 설명도이다.
도시하지 않은 고압 펌프를 이용하여 발생시킨 고압 액체(71)의 유로(72)가, 척(70)의 내부에 형성된다. 또한, 탄성체로 이루어지는 슬리브(73)가 척(70)의 본체 선단의 외주에 설치된다. 슬리브(73)는 유로(72)에 고압 액체(71)를 흐르게함으로써 팽출 변형한다. 척(70)은, 본체 선단의 외경을 작게 할 수 있으므로, 소경의 내경 척에도 이용할 수 있다. 슬리브(73)는 내열 금속제인 것이 바람직하다.
척(70―1)에서는, 실린더(74)가 고압 액체(71)를 발생한다. 실린더(74)의 작동부의 단면적(A1)이 유로(72)의 단면적(A2)보다도 크기 때문에, 유로(72)의 압력(P2)은, 실린더(74)의 작동압(P1)이 작은 경우에도, 높일 수 있다.
도 12는, 강관(17)의 내부를 양압으로 하는 기구를 나타내는 설명도이다.
강관(17)의 관끝의 시일 부재의 재질이 예를 들면 고무와 같은 연재질이면, 시일 부재의 내구성이 부족할 경우가 있다. 또한, 시일 부재의 재질이 금속 재료이면, 강관(17)의 내부에 대한 물의 침입을 방지할 수 없는 경우가 있다.
여기에서, 강관(17)의 내부를 양압으로 하는 기구로서, 압축 공기 또는 압축 불활성 가스를 공급하기 위한 유로(75)를 개폐 바에 내장하는 이송측 척(76)이 이용된다. 강관(17)의 내부에 압축 공기 또는 압축 불활성 가스가 공급되고, 출측 척(77)이 배치되는 측으로부터, 압축 공기 또는 압축 불활성 가스가 분출되는 기구로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 강관(17)의 내부가 양압으로 유지되므로, 냉각 장치(14)로부터의 냉각수가 강관(17)의 내부에 침입하는 것을 완전히 방지할 수 있다.
강관(17)의 내부에 질소 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 것이, 강관(17)의 내부의 산화를 억제하기 위해서, 바람직하다.
이상 설명한 척은, 예를 들면 4각형 등의 다각형의 횡단면 형상을 가지는 피가공재 나 모퉁이부를 가지는 이형의 횡단면 형상을 가지는 피가공재의 내면을 파지하는 경우에는, 피가공재의 내주면의 각 모퉁이부에 척이 맞닿도록 하여 파지함으로써, 파지력을 높일 수 있음과 더불어, 피가공재의 심(芯)을 확실하게 빼낼 수 있다.
제1의 산업용 로봇(18)이, 파레트(23)로부터 굽힘 가공 장치(10)로의 강관(17)의 이동이나 굽힘 가공 장치(10)로의 세트를 행하므로, 굽힘 가공 장치(10)의 사이클 타임의 저감, 및 생산성의 향상이 모두 도모된다.
[제1의 지지 기구(12)]
제1의 지지 기구(12)는, 제1의 위치(A)에 고정하여 배치된다. 제1의 지지 기구(12)는, 강관(17)을 이송하면서 지지한다. 제1의 지지 기구(12)는, 굽힘 가공 장치(0)와 마찬가지로, 다이(die)에 의해 구성된다. 다이는, 강관(17)을 이송하면서 지지가능한 롤쌍(12a, 12a)을 적어도 1세트(도시예에서는 롤쌍(12b, 12b)을 1세트 더 가져, 합계 2세트) 가진다. 이러한 다이는, 당업자에 있어서는 주지 관용이므로, 제1의 지지 기구(12)에 관한 설명은 생략한다.
제1의 지지 기구(12)는, 이상과 같이 구성된다.
[가열 기구(13)]
가열 기구(13)는, 강관(17)의 이송 방향에 대해서 제1의 위치(A)보다도 하류의 제2의 위치(B)에, 가열 코일 지지 로봇(27)에 의해 지지되어 배치된다. 가열 기구(13)는, 이송되는 강관(17)의 일부 또는 전부를 가열한다.
강관(17)의 주위에 떨어져 배치되는 가열 코일(13a)을 가지는 유도 가열 장치가, 가열 기구(13)로서 이용된다. 가열 코일(13a)은 당업자에 있어서는 주지 관용이므로, 가열 기구(13)에 관한 설명은 생략한다.
[냉각 기구(14)]
냉각 기구(14)는, 강관(17)의 이송 방향에 대해서 제2의 위치(B)보다도 하류의 제3의 위치(C)에 고정하여 배치된다. 냉각 기구(14)는, 이송되는 강관(17)에 있어서의 가열 기구(13)에 의해 가열된 부분을 냉각시킴으로써, 강관(17)의 일부에 고온 부분을 형성한다.
냉각 기구(14)는, 예를 들면 수냉 장치를 이용한다. 수냉 장치는, 강관(17)의 외면에 떨어져 배치되는 냉각수 분사 노즐(14a, 14b)을 가진다. 이러한 냉각수 분사 노즐(14a, 14b)은 당업자에 있어서는 주지 관용이므로, 냉각 기구(14)에 관한 설명은 생략한다.
[제2의 지지 기구(15)]
제2의 지지 기구(15)는, 강관(17)의 이송 방향에 대해서 제3의 위치(C)보다도 하류의 제4의 위치(D)에 배치된다. 제2의 지지 기구(15)는, 이송되는 강관(17)의 적어도 한군데를 지지하면서 2차원 또는 3차원의 방향으로 이동함으로써, 강관(17)에 있어서의 위치(B∼C)간의 고온 부분(가열되어 변형 저항이 대폭 저하된 부분)에 휨 모멘트를 부여하여, 강관(17)을 원하는 형상으로 굽힘 가공한다.
제2의 지지 기구(15)는, 굽힘 가공 장치(0)와 마찬가지로, 가동 롤러 다이(25)이다. 가동 롤러 다이(25)는, 강관(17)을 이송하면서 지지가능한 롤쌍(25a, 25b)을 적어도 1세트 가진다. 그러나, 이와는 달리, 제2의 지지 기구(15)로서, 제2의 산업용 로봇(26)에 유지시킨 그리퍼 등의 효과기를 이용하여, 이 효과기에 의해 강관(17)을 직접 파지하도록 해도 된다.
가동 롤러 다이(25)는, 제2의 산업용 로봇(26)에 의해 지지된다.
또한, 제2의 산업용 로봇(26)은, 상술한 제1의 산업용 로봇(18)과 마찬가지로, 모두, 소위 수직 다관절 로봇이며, 제1∼6축을 가지고, 필요에 따라 제7축을 가져도 된다. 제1∼7축은 AC 서보 모터에 의해 구동된다.
그리퍼(26a)가, 가동 롤러 다이(25)를 유지하기 위한 효과기(엔드 이펙터)로서, 제2의 산업용 로봇(26)의 손목(20a)의 선단에 설치된다. 또한, 효과기는, 그리퍼(26a) 이외의 형식의 것이어도 된다.
[변형 방지 기구(16)]
변형 방지 기구(16)는, 강관(17)의 이송 방향에 대해서 제4의 위치(D)보다도 하류의 제5의 위치(E)에 배치된다. 변형 방지 기구(16)는, 이송되는 강관(17)의 변형을 방지한다.
제3의 산업용 로봇(28)이 변형 방지 기구(16)로서 이용된다.
제3의 산업용 로봇(28)은, 상술한 제1의 산업용 로봇(18)이나 제2의 산업용 로봇(26)과 마찬가지로, 소위 수직 다관절 로봇이며, 제1∼6축을 가지고, 필요에 따라 제7축을 가져도 된다. 제1∼7축은 AC 서보 모터에 의해 구동된다.
도 3∼11을 참조하면서 설명한 각종의 척이, 제3의 산업용 로봇(28)의 손목(20a)의 선단에 설치되어 강관(17)의 선단부(17a)를 유지하기 위한 효과기(엔드 이펙터)로서, 이용된다.
굽힘 가공 장치(10)는, 온간 또는 열간에서 굽힘 가공을 행하는 것이 바람직하다. 온간이란, 상온에 비하여 금속재의 변형 저항이 저하되는 가열 온도역을 의미하고, 예를 들면, 어떤 금속 재료에서는 약 500°부터 800°의 온도역이다. 열간이란, 상온에 비하여 금속재의 변형 저항이 저하되고, 또한, 금속재가 담금질되는데 필요한 가열 온도역을 의미하고, 예를 들면, 어떤 철강 재료에서는 870° 이상의 온도역이다. 특히, 열간에서 행하는 경우에는 담금질의 소정의 온도로 된 후에 소정의 냉각 속도로 냉각시킴으로써 담금질 처리를 행할 수 있고, 또한 온간에서 행하는 경우에는 굽힘 가공부를 냉각시킴으로써 열 변형 등의 가공상의 변형의 발생을 방지할 수 있다.
굽힘 가공 장치(10)는, 이상과 같이 구성된다.
이송 기구(11) 및 변형 방지 기구(16)의 적어도 한쪽이, 강관(17)을 파지할 수 있는 통형상의 척을 가지므로, 이하에 열기하는 효과가 발휘된다.
(a) 이송 기구(11)는, 강관(17)의 선단이나 후단을 적정하게 유지할 수 있어, 충분한 가공 정밀도로 굽힘 가공을 행할 수 있다.
(b) 이송 기구(11)는, 고온 상태에서 대기에 노출된 강관(1)의 내부의 산화를 방지할 수 있다.
(c) 굽힘 가공의 가공력이 커지지 않음과 더불어, 굽힘 가공된 강관(17)의 수율이 높다.
(d) 강관(17)의 내부에 대한 물의 침입이 방지되고, 고주파 가열 코일(13a)에 의한 강관(17)의 가열이 목표대로 행해지므로, 굽힘 가공 정밀도가 충분히 높아진다.
(e) 굽힘 가공되는 강관(17)이, 지지 기구(12), 고주파 가열 코일(13a) 및 수냉 기구(14)를 순차적으로 통과할 수 있어, 굽힘 가공을 확실하게 행할 수 있다.
(f) 강관(17)을 파지하는 척이 고주파 가열 코일(13a)에 의해 유도 가열되는 것이 방지되어, 굽힘 가공의 개시로부터 종료까지의 사이에서 강관(17)을 확실하게 계속해서 유지할 수 있으므로, 굽힘 가공 정밀도가 충분히 높여진다.
O : 특허문헌 1에 의해 개시된 굽힘 가공 장치
1 : 강관 2 : 지지 수단
3 : 이송 장치 4 : 가동 롤러 다이스
4a : 롤쌍 5 : 고주파 가열 코일
6 : 수냉 장치 8 : 휨 부재
10 : 본 발명에 관련된 굽힘 가공 장치
11 : 이송 수단 12 : 제1의 지지 수단
12a, 12a : 롤쌍 13 : 가열 수단
13a : 가열 코일 14 : 냉각 수단
14a, 14b : 냉각수 분사 노즐 15 : 제2의 지지 수단
16 : 변형 방지 수단 17 : 강관
17a : 선단부 18 : 제1의 산업용 로봇
19 : 윗팔 20 : 앞팔
20a : 손목 21 : 컨트롤러
22 : 입력 장치 23 : 파레트
24 : 효과기(엔드 이펙터) 25 : 가동 롤러 다이
25a, 25b : 롤쌍 26 : 제2의 산업용 로봇
26a : 그리퍼 27 : 고주파 코일 지지 로봇
28 : 제3의 산업용 로봇 29 : 그리퍼
30∼44, 46, 48, 49, 57, 58 : 척
45 : 실린더 47 : 지지 가이드
50 : 본체 51 : 샤프트
52 : 개폐 바 53 : 척 클로
54 : 원추 바 55 : 세그먼트
56 : 탄성체 클로 57a, 57b : 구성 부재
59 : 절연 부재 60 : 척
61 : 슬리브 62 : 슬릿
63 : 시일 링 70, 70-1 : 척
71 : 고압 액체 72 : 유로
73 : 슬리브 74 : 실린더

Claims (18)

  1. 하기 제1의 지지 기구, 가열 기구, 냉각 기구, 제2의 지지 기구 및 변형 방지 기구를 구비함과 더불어, 상기 변형 방지 기구는, 하기 척을 가지는 것을 특징으로 하는 굽힘 가공 장치:
    제1의 지지 기구: 제1의 위치에 배치됨과 더불어, 중공의 금속재를 이송하면서 지지하는 것,
    가열 기구; 상기 금속재의 이송 방향에 대해서 상기 제1의 위치보다도 하류의 제2의 위치에 배치됨과 더불어, 이송되는 상기 금속재의 일부 또는 전부를 가열하는 것,
    냉각 기구; 상기 금속재의 이송 방향에 대해서 상기 제2의 위치보다도 하류의 제3의 위치에 배치됨과 더불어, 이송되는 상기 금속재에 있어서의 상기 가열 기구에 의해 가열된 부분을 냉각시킴으로써 상기 금속재의 일부에 고온 부분을 형성하는 것,
    제2의 지지 기구; 상기 금속재의 이송 방향에 대해서 상기 제3의 위치보다도 하류의 제4의 위치에 배치됨과 더불어, 이송되는 상기 금속재의 적어도 한군데를 지지하면서 2차원 또는 3차원의 방향으로 이동함으로써 상기 고온 부분에 휨 모멘트를 부여하여, 상기 금속재를 원하는 형상으로 굽힘 가공하는 것,
    변형 방지 기구; 상기 금속재의 이송 방향에 대해서 상기 제4의 위치보다도 하류의 제5의 위치에 배치됨과 더불어, 이송되는 상기 금속재의 변형을 방지하는 것, 및
    척; 원형, 다각형 또는 이형(異形) 형상의 횡단면을 가지는 통형상체를 가지고, 상기 금속재의 선단을 파지하는 것.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속재를 그 길이 방향으로 이송하는 이송 기구를 더 구비하는, 굽힘 가공 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이송 기구는 상기 척을 가지는, 굽힘 가공 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1의 지지 기구는, 상기 금속재를 그 길이 방향으로 이송하는, 굽힘 가공 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 척은, 상기 금속재의 내부에 삽입 설치되어 그 금속재의 내면에 맞닿는, 굽힘 가공 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 통형상체의 바깥치수는 확대가능한, 굽힘 가공 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 척은, 상기 금속재의 외부에 설치되어 그 금속재의 외면에 맞닿는, 굽힘 가공 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 통형상체의 안치수는 축소가능한, 굽힘 가공 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 척은, 상기 금속재의 내부를 실링하는, 굽힘 가공 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 척은, 상기 금속재의 내부를 양압으로 하는, 굽힘 가공 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 통형상체는, 그 중심축이 상기 금속재의 중심축과 일치하도록 설치되는, 굽힘 가공 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 통형상체는, 상기 금속재의 바깥치수와 일치하는 바깥치수를 가지는, 굽힘 가공 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 통형상체는, 고경도 재료로 이루어지는 척 클로(claw) 및 개폐 바를 가지는, 굽힘 가공 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 통형상체는, 둘레 방향으로 분할된 복수의 구성 부재와, 인접하여 배치되는 2개의 구성 부재의 사이에 배치되는 절연 부재를 가지는, 굽힘 가공 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 통형상체는 비자성을 가지는, 굽힘 가공 장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 통형상체는 적층 구조를 가지는, 굽힘 가공 장치.



  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 변형 방지 기구는, 수직 다관절 로봇인, 굽힘 가공 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 수직 다관절 로봇은, 제1축∼제6축을 가지는, 굽힘 가공 장치.




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