KR101373961B1

KR101373961B1 - 중공 부재, 그 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR101373961B1
Application number: KR1020137019338A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 도미자와; 히로아키 구보타
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2014-03-12
Also published as: JP5510336B2; EP2399685A4; JP5786927B2; CN102348517B; US8833127B2; EP2399685A1; EA021208B1; WO2010082584A1; KR20110105397A; US20120003496A1; AU2010205260B2; CA2749686C; CN102348517A; MX2011007474A; EA201170928A1; ZA201105708B; JP2014087846A; CA2749686A1; JPWO2010082584A1; KR20130090422A

Abstract

예를 들면 780MPa 이상의 고강도와, 자동차 부품에도 적용 가능한 복잡한 형상과, 높은 강성과, 우수한 충돌 특성을 겸비하는 경량의 중공 부재와, 이 중공 부재를 단순한 공정으로 성형할 수 있음과 더불어 성형기도 비교적 소형이며 염가인 제조 장치 및 제조 방법을 제공한다. 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 강제 소재(20)를 그 길이 방향으로 이송하기 위한 이송 유닛(11)과, 이송되는 이 소재(20)를 제1 위치 A에서 지지하는 지지 유닛(12)과, 제2 위치 B에서 소재(20)를 가열하는 가열 유닛(13)과, 제3 위치 C에서 소재(20)의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하는 횡단면 형상 변경 유닛(14)과, 제4 위치 D에서 소재(20)를 냉각하는 냉각 유닛(15)을 구비하는 제조 장치(10)이다.

Description

중공 부재, 그 제조 장치 및 제조 방법{HOLLOW MEMBER, AND MANUFACTURING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은, 중공 부재, 그 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은, 높은 강성 및 우수한 충돌 특성을 겸비하는 경량의 중공 부재와, 이 중공 부재의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

금속제의 강도 부재, 보강 부재 또는 구조 부재가 자동차나 각종 기계 등에 이용된다. 고강도, 경량 또한 소형인 것 등이 이들 부재에 요구된다. 이들 부재는, 종래로부터, 프레스 가공품의 용접, 후판(厚板)의 펀칭 또는 단조(鍛造) 등의 각종의 가공 수단에 의해 제조되어 왔다. 그러나, 이들 제조 방법에 의해 제조되는 부재를 보다 한층 경량화 또는 소형화하는 것은 극히 어렵다. 예를 들면, 프레스 가공된 패널을 부분적으로 서로 포개어 용접함으로써 용접품을 제조하기 위해서는, 프레스 가공된 패널의 가장자리에, 플랜지라고 불리는 여유 두께 부분을 형성할 필요가 있다. 용접품의 중량은, 여유 두께 부분을 형성함으로써 불가피적으로 증가한다.

하이드로폼이라고 불리는 가공법(예를 들면 비특허 문헌 1 참조)은, 금형 내에 배치된 소재인 관의 내부에 고압의 가공액을 도입함으로써, 관의 외면이 금형의 내면을 따르도록 관을 부풀려 변형시킴으로써, 관을 복잡한 형상으로 성형한다. 복잡한 형상의 부품이, 하이드로폼에 의해, 플랜지를 형성할 필요 없이 일체 성형된다. 하이드로폼은, 자동차 부품의 경량화를 도모할 수 있으므로, 최근, 자동차 부품의 제조에 적극적으로 이용된다.

하이드로폼은 냉간에서의 가공이다. 예를 들면 780MPa 이상과 같은 고강도를 갖는 소재는, 냉간에서는 연성이 부족하다. 이 때문에, 이 소재를 하이드로폼에 의해 복잡한 형상의 자동차 부품으로 성형하는 것은 곤란하다. 또, 하이드로폼의 제조 공정은, 굽힘, 프리폼 및 하이드로폼의 3 공정이 일반적으로 필요해지므로, 비교적 번잡하다. 또한, 하이드로폼 가공기는 대형이며 비교적 고가이다.

본 출원인은, 먼저 특허 문헌 1에 의해 굽힘 가공 장치를 개시하였다. 도 8은, 이 굽힘 가공 장치(0)의 개략을 도시한 설명도이다.

가공 장치(0)는, 이하에 나열하는 순서로, 금속재(1)를 소재로 하는 굴곡 부재를 제조한다.

(a) 지지 유닛(2)이 금속재(1)를 그 축 방향으로 이동 가능하게 지지한다.

(b) 이송 유닛(3)이, 지지 유닛(2)에 의해 지지된 금속재(1)를 상류측으로부터 하류측을 향해 이송하면서, 지지 유닛(2)의 하류에서 금속재(1)에 대해 하기 (c)항에 의해 나타낸 굽힘 가공을 행한다.

(c) 지지 유닛(2)의 하류에 배치되는 유도 가열 코일(5)이, 금속재(1)를 부분적으로 담금질이 가능한 온도로 급속히 가열한다. 유도 가열 코일(5)의 바로 하류에 배치되는 수냉 유닛(6)이 금속재(1)를 급랭한다. 가동 롤러 다이스(4)는, 금속재(1)를 이송하면서 지지 가능한 롤쌍(4a)을 적어도 1세트 갖는다. 가동 롤러 다이스(4)는, 수냉 유닛(6)의 하류에 배치된다. 롤쌍(4a)의 위치가 2차원 또는 3차원으로 변경됨으로써, 굽힘 모멘트가 금속재(1)의 가열된 부분에 부여된다.

가공 장치(0)는, 비교적 염가인 성형기를 이용하는 단순한 공정으로, 예를 들면 780MPa 이상과 같은 고강도의 자동차 부품을 일체 성형할 수 있다.

특허 문헌 1 : 국제 공개 WO2006/093006호 팸플릿

비특허 문헌 1 : 자동차 기술 Vol. 57, No. 6(2003) 23~28페이지

가공 장치(0)는, 길이 방향(축 방향)으로 대략 일정한 단면 형상을 갖는 부품을 제조하는 것을 전제로 한다. 가공 장치(0)에 의해 제조 가능한 부품의 형상은, 크게 제한된다. 이 때문에, 가공 장치(0)는, 예를 들면 단면 형상이 축 방향으로 변화하는 것과 같은, 복잡한 형상을 갖는 부품을 제조할 수 없다.

본 발명은, 하기의 이송 유닛, 지지 유닛, 가열 유닛, 횡단면 형상 변경 유닛 및 냉각 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 중공 부재의 제조 장치이다.

이송 유닛 : 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 금속제 소재를 이 소재의 길이 방향으로 이송하는 기구를 갖는 유닛,

지지 유닛 : 이 이송 유닛에 의해 이송되는 소재를, 제1 위치에서 이동 가능하게 지지하는 기구를 갖는 유닛,

가열 유닛 : 제1 위치보다 소재의 이송 방향 하류의 제2 위치에서 소재를 가열하는 기구를 갖는 유닛,

횡단면 형상 변경 유닛 : 제2 위치보다 소재의 이송 방향 하류의 제3 위치에서 소재의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하는 기구를 갖는 유닛, 및

냉각 유닛 : 제3 위치보다 소재의 이송 방향 하류의 제4 위치에서 소재를 냉각하는 기구를 갖는 유닛.

이 본 발명에 따른 제조 장치에서는, 횡단면 형상 변경 유닛이, 2차원 또는 3차원으로 이동 가능하게 배치되고, 또한 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 소재에 굽힘 가공을 행해도 된다. 이 경우, 본 발명에 따른 제조 장치가 변형 방지 유닛을 더 구비하고, 이 변형 방지 유닛이, 제4 위치보다 소재의 이송 방향 하류에서, 소재를 위치 결정함으로써 소재의 변형을 방지하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 제조 장치는, 예를 들면 산업용 로봇에 의해 지지되는 파지 유닛을 구비하고, 이 파지 유닛이, 제4 위치보다 소재의 이송 방향 하류에서 소재를 파지하는 것, 2차원 또는 3차원으로 이동 가능하게 배치되는 것, 및, 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 소재에 굽힘 가공을 행하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 제조 장치가 파지 유닛을 갖는 경우에는, 횡단면 형상 변경 유닛이 이동하지 않고 고정되어 배치되는 것이 바람직하다.

이상의 설명과는 달리, 냉각 유닛을 이용하는 대신에, 횡단면 형상 변경 유닛이 소재를 냉각하는 기구를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 변형 방지 유닛은, 제3 위치보다 소재의 이송 방향 하류에서, 소재를 위치 결정함으로써 소재의 변형을 방지하는 것이 바람직하다. 또, 이 경우에는, 파지 유닛은, 제3 위치보다 소재의 이송 방향 하류에서 소재를 파지하는 것, 2차원 또는 3차원으로 이동 가능하게 배치되는 것, 및, 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 소재에 굽힘 가공을 행하는 것이 바람직하다.

다른 관점에서는, 본 발명은, 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 금속제 소재를 그 길이 방향으로 이송하면서, 이송되는 소재를 제1 위치에서 지지하고, 제1 위치보다 소재의 이송 방향 하류의 제2 위치에서 소재를 가열하고, 제2 위치보다 소재의 이송 방향 하류의 제3 위치에서 소재의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하며, 또한, 제3 위치보다 소재의 이송 방향 하류의 제4 위치에서 소재를 냉각하는 것을 특징으로 하는 중공 부재의 제조 방법이다.

본 발명에 따른 제조 방법에서는, 제4 위치에서 소재를 냉각하는 것 대신에, 제3 위치에서 소재를 냉각하도록 해도 된다.

본 발명에 따른 제조 방법에서는, 제3 위치부터 제4 위치의 사이에서, 소재에 2차원 또는 3차원의 굽힘 가공을 행하는 것이 예시된다.

또 다른 관점에서는, 본 발명은, 상술한 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되고, 닫힌 횡단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 1개의 부품에 의해 구성되는 중공의 금속제 본체를 구비하는 중공 부재로서, 이 본체가 길이 방향으로 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 것, 및, 제1 영역에 있어서의 본체의 횡단면 형상이, 제2 영역에 있어서의 본체의 횡단면 형상과 상이한 것을 특징으로 하는 중공 부재이다.

본 발명에 의하면, 예를 들면 780MPa 이상의 고강도와, 자동차 부품에도 적용 가능한 복잡한 형상과, 높은 강성과, 우수한 충돌 특성을 겸비하는 경량의 중공 부재와, 이 중공 부재를 단순한 공정으로 성형할 수 있음과 더불어 성형기도 비교적 소형이고 염가인 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1(a) 및 도 1(b)는, 모두, 본 발명에 따른 제조 장치의 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는, 횡단면 형상 변경 유닛을 구성하는 복수의 성형 롤의 구성예를 도시한 설명도이다.
도 3은, 도 2(b)에 나타낸 성형을 행하는 경우에 이용하는 것이 바람직한 소재의 일례를 도시한 설명도이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는, 도 2(a)에 나타낸 성형 롤의 제어의 개요를 도시한 설명도이다.
도 5는, 도 4(b)에 나타낸 성형을 행하는 경우에 이용하는 것이 바람직한 소재의 일례를 도시한 설명도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는, 모두, 다른 예의 횡단면 형상 변경 유닛을 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 7(a)~도 7(c)는, 모두, 본 발명에 따른 중공 부재를 예시한 설명도이다.
도 8은, 특허 문헌 1에 의해 개시된 굽힘 가공 장치의 개략을 도시한 설명도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 설명한다.

도 1(a) 및 도 1(b)는, 모두, 본 발명에 따른 제조 장치(10, 10-1)의 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다.

도 1(a)에 나타낸 제조 장치(10)는, 이송 유닛(11)과, 지지 유닛(12)과, 가열 유닛(13)과, 횡단면 형상 변경 유닛(14)과, 냉각 유닛(15)과, 변형 방지 유닛(16)을 구비한다. 제조 장치(10)의 이들 구성 요소를 순차적으로 설명한다.

[이송 유닛(11)]

이송 유닛(11)은, 금속제의 소재(20)를 그 길이 방향으로 연속적 또는 단속적으로 이송하는 기구를 갖는 유닛이다. 금속제의 소재(20)는, 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 소재이다. 소재(20)는, 강제인 것이 바람직하므로, 이후의 설명은, 소재(20)가 강제인 경우를 예로 들어 행한다. 그러나, 소재(20)는, 강제에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 알루미늄 합금제 등의 강제 이외의 금속제여도, 본 발명은 동일하게 적용된다.

소재(20)는, 전봉(電縫) 강관, 전봉 강관에 롤 성형을 행하여 얻어지는 이형 강관, 또는 롤폼재 등의 스트레이트인 폐(閉)단면재인 것이 예시된다. 그러나, 본 발명은, 이들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은, 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 강제인 것에 대해 적용된다.

이송 유닛(11)은, 이 종류의 이송 유닛으로서 당업자에게 있어서 주지 관용의 것(예를 들면 볼 나사 등)이면 되므로, 이송 유닛(11)에 관한 더 이상의 설명은 생략한다.

[지지 유닛(12)]

지지 유닛(12)은, 이송 유닛(11)에 의해 이송되는 소재(20)를, 제1 위치 A에서 이동 가능하게 지지하는 기구를 갖는 유닛이다. 지지 유닛(12)은, 이 종류의 지지 유닛으로서 당업자에게 있어서 주지 관용의 것이면 되므로, 지지 유닛(12)에 관한 더 이상의 설명은 생략한다.

[가열 유닛(13)]

가열 유닛(13)은, 제2 위치 B에서 소재(20)를 가열하는 기구를 갖는 유닛이다. 가열 유닛(13)은, 소재(20)를, 예를 들면 소재(20)의 Ac₃점 이상의 온도로 급속히 가열하는 능력을 갖는 것이 바람직하며, 유도 가열 장치를 이용하는 것이 예시된다.

[횡단면 형상 변경 유닛(14)]

횡단면 형상 변경 유닛(14)은, 제3 위치 C에서, 소재(20)의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하는 기구를 갖는 유닛이다.

횡단면 형상 변경 유닛(14)은, 3차원 또는 2차원으로 이동 가능하게 배치되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 횡단면 형상 변경 유닛(14)이 적어도 한 쌍의 성형 롤(14a, 14b)을 구비하고, 또한 적어도 한 쌍의 성형 롤(14a, 14b)은, 소재(20)를 이송하면서 3차원 또는 2차원으로 이동 가능하게 배치되는 것이 바람직하다. 적어도 한 쌍의 성형 롤(14a, 14b)은, 소재(20)를 압하(壓下)하는 기능을 갖는 것이며, 또한, 구동 회전하는 기구를 갖는 것이 바람직하다.

도 2(a) 및 도 2(b)는, 횡단면 형상 변경 유닛(14)을 구성하는 복수의 성형 롤의 구성예를 도시한 설명도이다.

도 2(a)는, 적어도 한 쌍의 성형 롤(14)이, 한 쌍의 수평 롤(14a, 14b) 및 한 쌍의 수직 롤(14c, 14d)로 이루어지는 경우이다. 도 2(b)는, 적어도 한 쌍의 성형 롤(14-1)이, 한 쌍의 수평 롤(14a-1, 14b-1) 및 한 쌍의 수직 롤(14c-1, 14d-1)로 이루어지는 경우이다.

도 2(a)에 나타낸 바와 같이 성형 롤(14a~14d)은 스트레이트 롤이어도 되고, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이 성형 롤(14a-1~14d-1)은 구멍형 롤 등의 이형 롤이어도 된다.

도 3은, 도 2(b)에 나타낸 성형을 행하는 경우에 이용하는 것이 바람직한 소재(20)의 일례를 도시한 설명도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 도 2(b)에 나타낸 성형을 행하는 경우에는, 세로 비드(20b)가 소재(20)의 세로 벽부(20a)(구멍형 롤에 의해 성형되는 부분)에 설치되는 것이 바람직하다. 세로 벽부(20)의 강도가 세로 비드(20b)가 설치됨으로써 증가하므로, 양호한 제품이 제조된다.

도 4(a) 및 도 4(b)는, 도 2(a)에 나타낸 성형 롤(14a~14d)의 제어 개요를 도시한 설명도이다.

도 4(a) 및 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 수평 롤(14a~14d)과 한 쌍의 수직 롤(14c, 14d)은, 압하 위치를 독립적으로 제어 가능한 것이 더욱 바람직하다. 도 14(a)에 나타낸 바와 같이, 소재(20)에 대한 상하 방향의 압하와 더불어 좌우 방향의 폭 조정을 행하면서 수직 롤(14c, 14d)의 개도를 조정할 수 있으므로, 제품의 폭을 변화시킬 수 있다. 또, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 소재(20)에 대한 상하 방향의 압하와 더불어 좌우 방향의 폭 조정을 행하면서 수직 롤(14c, 14d)의 개도를 일정하게 할 수도 있다.

도 5는, 도 4(b)에 나타낸 성형을 행하는 경우에 이용하는 것이 바람직한 소재(20)의 일례를 도시한 설명도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 도 4(b)에 나타낸 성형 시에는, 오목부(20d)가 소재(20)의 측면(20c)에 설치됨으로써, 매끄럽게 성형을 행할 수 있다.

이들 성형 롤(14a~14d, 14a-1~14d-1) 중 적어도 1개의 성형 롤이 구멍형 롤인 것이, 소재(20)의 횡단면 형상의 변경 정도에 따라서는 바람직하다.

도 6(a) 및 도 6(b)는, 모두, 다른 예의 횡단면 형상 변경 유닛(17)을 모식적으로 도시한 설명도이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 횡단면 형상 변경 유닛(17)은, 상부 금형(17a) 및 하부 금형(17b)으로 이루어지는 프레스 장치에 의해 구성된다. 이 프레스 장치는, 적어도 한 쌍의 롤(14a, 14b)보다 소재(20)의 이송 방향 하류에 배치된다. 횡단면 형상 변경 유닛(17)은, 적어도 한 쌍의 롤(14a, 14b)이 가열된 소재(20)를 압하하는 기능을 갖지 않는 경우에 이용하는 것이며, 가열 유닛(13)에 의해 가열된 소재(20)를 압하하는 기구를 갖는다.

소재(20)의 횡단면 형상은, 적어도 한 쌍의 롤(14a, 14b)이 가열된 소재(20)를 압하하는 기구를 갖지 않는 경우에 있어서도, 횡단면 형상 변경 유닛(17)을 구비함으로써 변경된다.

적어도 한 쌍의 롤(14a, 14b)이 가열된 소재(20)를 압하하는 기구를 갖는 경우에도 이 프레스 장치를 배치하며, 한 쌍의 롤(14a, 14b) 및 프레스 장치의 양자의 조합에 의해 횡단면 형상 변경 유닛을 구성하도록 해도 된다. 이에 의해, 소재(20)의 횡단면 형상의 변경 정도를 높일 수 있다.

또한, 소재(20)에 대한 굽힘 가공을, 후술하는 파지 유닛에 의해 행하는 경우에는, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 롤(14a, 14b)을 생략해도 된다.

[냉각 유닛(15)]

냉각 유닛(15)은, 제4 위치 D에서, 소재(20)를 냉각하는 기구를 갖는 유닛이다. 냉각 유닛(15)으로서 수냉 장치를 이용하는 것이 예시된다.

상술한 횡단면 형상 변경 유닛(14)에 의해 소재(20)의 횡단면 형상을 변경하지 않는 경우에는, 횡단면 형상 변경 유닛(14)의 하류에 설치되는 냉각 유닛(15)이 아니라, 도 1에 나타낸 바와 같이, 가열 유닛(13)과 횡단면 형상 변경 유닛(14)의 사이에 배치된 냉각 유닛(15')이, 가열된 소재(20)의 냉각을 행하도록 해도 된다.

또한, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 제4 위치 D에 배치되는 냉각 유닛(15)을 이용하는 대신에, 횡단면 형상 변경 유닛(14)이 소재(20)를 냉각하는 기구도 갖도록 해도 된다. 한 쌍의 롤(14a, 14b)이, 소재(20)의 횡단면 형상을 변경하면서, 동시에 과열된 소재(20)의 냉각을 행한다. 이 경우에는, 한 쌍의 롤(14a, 14b)이 가열되므로, 한 쌍의 롤(14a, 14b)을 냉각하기 위한 냉각 유닛(15'')이 설치되는 것이 바람직하다.

[변형 방지 유닛 또는 파지 유닛(16)]

변형 방지 유닛(16)은, 제4 위치 D보다 소재(20)의 이송 방향 하류의 제5 위치 E에서, 성형된 소재(20-1)를 위치 결정함으로써 소재(20)의 변형을 방지하는 기구를 갖는 유닛이다. 변형 방지 유닛(16)은, 제조 장치(10)에 설치하지 않아도 된다.

구체적으로는, 변형 방지 유닛(16)은, 소재(20)의 선단을 지지하여 가이드하는 장치, 또는, 소재(20)를 탑재하여 소재의 자중에 의한 변형을 방지하기 위한 변형 방지 테이블인 것이 예시된다.

또, 공지의 다관절 로봇이 변형 방지 유닛(16)을 구성해도 된다. 이 로봇의 이송 속도(동작 속도)를 적절히 조절하여 성형된 소재(20-1)의 인발 속도를 제어함으로써, 한 쌍의 롤(14a, 14b)의 구동을 생략하거나, 혹은 성형된 소재(20-1)의 피가공 부분에 발생하는 인장의 응력 또는 압축의 응력을 제어할 수도 있다.

변형 방지 유닛(16) 대신에, 예를 들면 산업용 로봇에 의해 지지되는 파지 유닛을 배치할 수도 있다.

파지 유닛은, (a) 제4 위치 D보다 소재(20)의 이송 방향 하류에서 소재(20)를 파지하는 것, (b) 2차원 또는 3차원으로 이동 가능하게 배치되는 것, 및 (c) 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 소재(20)에 굽힘 가공을 행하는 것으로 해도 된다. 제조 장치(10)가 파지 유닛을 갖는 경우에는, 파지 유닛이 소재(20)에 대한 굽힘 가공을 행한다. 이 때문에, 횡단면 형상 변경 유닛(14)은 고정 배치되는 것이, 제어의 용이성이나 파지 유닛의 동작 범위 확대 방지의 관점에서 바람직하다.

제조 장치(10)는, 이상과 같이 구성된다. 다음에, 제조 장치(10)에 의해 중공 부재를 제조하는 상황을 설명한다.

처음에, 이송 유닛(11)은, 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 강제 소재(20)를 그 길이 방향으로 연속적 또는 단속적으로 이송한다.

지지 유닛(12)은, 이송 유닛(11)에 의해 이송되는 이 소재(20)를, 제1 위치 A에서 지지한다.

가열 유닛(13)은, 제2 위치 B에서 소재(20)를 급속히, 예를 들면 Ac₃점 이상으로 급속히 가열한다.

횡단면 형상 변경 유닛(14)은, 제3 위치 C에서, 급속 가열에 의해 변형 저항이 대폭으로 저하한 소재(20)의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행한다.

그리고, 냉각 유닛(15)은, 제4 위치 D에서 소재(20)를 급속히 냉각한다.

본 발명에 따른 중공 부재는, 이와 같이 하여 제조된다.

변형 방지 유닛(16)이, 성형된 소재(20-1)를 제5 위치 E에서 위치 결정함으로써 소재(20)의 변형을 방지하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제조되는 중공 부재의 치수 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 횡단면 형상 변경 유닛(14)이 소재(20)의 압하를 행하지 않는 경우에는, 냉각 유닛(15)으로부터의 냉각수를 멈추고, 가열 유닛(13)의 출측(出側)에 설치한 냉각 유닛(15')으로부터의 냉각을 행함으로써, 특허 문헌 1에 의해 개시한 가공법을 행하는 것도 가능하다.

또한, 소재(20)의 이송 속도나 성형 롤(14a~14d)의 회전 속도, 또한 변형 방지 유닛(16)이 소재(20)의 선단 클램프의 이동 속도를 적절히 제어함으로써, 소재(20)의 가열부를 인장의 응력 상태 혹은 압축의 응력 상태로 할 수 있다. 이 때문에, 주름이 가공된 소재(20)에 발생하기 쉬운 경우에는, 소재(20)를 인장의 응력 상태로 하고, 또 두께 감소가 문제인 경우에는 압축의 응력 상태로 함으로써, 성형에 수반한 문제점의 발생을 억제할 수도 있다.

예를 들면, 제1 위치 A의 입측(入側)에 있어서의 소재(20)의 이송 속도 및/또는 제3 위치 C에 있어서의 소재(20)의 통과 속도를 적절히 변경함으로써, 인장의 응력이 제2 위치 B부터 제3 위치까지 존재하는 소재(20)에 부여된다. 이에 의해, 소재(20)의 단면적이 감소한다. 반대로, 압축의 응력이 제2 위치 B부터 제3 위치까지 존재하는 소재(20)에 부여됨으로서, 소재(20)의 단면적이 증가한다.

즉, 한 쌍의 롤(14a, 14b)의 회전 속도가 이송 유닛(11)에 의한 소재(20)의 이송 속도보다 높음으로써, 인장의 응력이 소재(20)의 가열된 부분에 작용한다. 이 때문에, 성형된 소재(20-1)의 폭이나 높이, 혹은 두께가 감소한다. 반대로, 한 쌍의 롤(14a, 14b)의 회전 속도가 이송 유닛(11)에 의한 소재(20)의 이송 속도보다 낮음으로써, 압축의 응력이 소재(20)의 가열된 부분에 작용한다. 이 때문에, 성형된 소재(20-1)의 폭이나 높이 혹은 두께가 증가한다.

이와 같이 하여, 단면 둘레 길이가 길이 방향에 대해 변화하는 형상의 제품을 성형할 수도 있다.

이상의 설명은, 가열 유닛(13)에 의한 소재(20)의 가열이, 소재(20)의 전체 길이에 걸쳐 행해지는 경우를 예로 들었다. 그러나, 소재(20)의 길이 방향으로의 부분적인 가열이, 가열 유닛(13)으로서 예를 들면 유도 가열 장치를 이용함으로써 가능해진다. 이 경우, 가열된 부분뿐만 아니라, 가열되어 있지 않은 부분을 횡단면 형상 변경 유닛(14)에 의해 가공하도록 해도 된다. 즉, 제2 위치 B에서 소재(20)를, 그 길이 방향에 대해 부분적으로 가열하고, 제2 위치 B에서 가열되지 않는 부분의 적어도 일부의 횡단면 형상을 제3 위치 C에서 변경하는 가공을 행하도록 해도 된다. 이것에 의하면, 비가열부를 별도의 라인에서 후가공에 의해 성형하지 않고, 인라인에서 비가열부를 가공할 수 있으므로, 공정 단축 및 가공 정밀도 향상을 도모할 수 있다.

도 7(a)~도 7(c)는, 모두, 본 발명에 따른 중공 부재(22a~22c)를 예시한 설명도이다. 도 7(a) 및 도 7(c)는, 전체에 스트레이트형의 외형을 갖는 경우이며, 도 7(b)는, 전체에 큰 곡률로 굴곡된 형태의 외형을 갖는 경우이다.

중공 부재(22a~22c)는, 중공의 강제 본체(23a~23c)를 구비한다. 본체(23a~23c)는, 모두, 닫힌 횡단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 1개의 부품에 의해 일체로 구성된다.

본체(23a~23c)는, 모두, 길이 방향으로 적어도 제1 영역(24) 및 제2 영역(25)을 갖는다. 제1 영역(24)에 있어서의 본체(23a~23c)의 횡단면 형상은, 제2 영역(25)에 있어서의 본체(23a~23c)의 횡단면 형상과는 상이하다.

중공 부재(22a~22c)는, 길이 방향의 전부 또는 일부가, 780MPa 이상과 같은, 예를 들면 비특허 문헌 1에 의해 개시된 하이드로폼에서는 얻을 수 없었던 극히 높은 강도를 갖는다.

중공 부재(22)는, 예를 들면, 이하에 예시하는 용도 (i)~(vii)에 대해 적용 가능하다.

(i) 자동차의 서스펜션의 로어 아암이나 브레이크 페달과 같은 자동차의 강도 부재,

(ii) 자동차의 각종 레인포스, 브레이스 등의 보강 부재,

(iii) 범퍼, 도어 임팩트 빔, 사이드 멤버, 서스펜션 마운트 멤버, 필러, 사이드실 등의 자동차의 구조 부재,

(iv) 자전거나 자동이륜차 등의 프레임, 크랭크

(v) 전차 등의 차량의 보강 부재, 대차(臺車) 부품(대차 프레임, 각종 교량 등)

(vi) 선체 등의 프레임 부품, 보강 부재,

(vii) 가전 제품의 강도 부재, 보강 부재 또는 구조 부재

10, 10-1 : 본 발명에 따른 제조 장치
11 : 이송 유닛
12 : 지지 유닛
13 : 가열 유닛
14 : 횡단면 형상 변경 유닛
14a~14d, 14a-1~14d-1b : 성형 롤
15, 15', 15'' : 냉각 유닛
16 : 변형 방지 유닛
17 : 프레스 장치
17a : 상부 금형
17b : 하부 금형
20 : 소재
20b : 세로 비드
20c : 측면
20a : 세로 벽부
20d : 오목부
20-1 : 성형된 소재
22, 22a~22c : 중공 부재
23a~23c : 본체
24 : 제1 영역
25 : 제2 영역
A : 제1 위치
B : 제2 위치
C : 제3 위치
D : 제4 위치
E : 제5 위치

Claims

하기의 이송 유닛, 지지 유닛, 가열 유닛, 횡단면 형상 변경 유닛 및 냉각 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는, 닫힌 횡단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 1개의 부품에 의해 구성되는 중공의 금속제의 본체를 구비하고, 또한, 이 본체는 길이 방향으로 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 가짐과 더불어 이 제1 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상은, 상기 제2 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상과 상이한, 중공 부재의 제조 장치;
이송 유닛 : 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 금속제 소재를 그 소재의 길이 방향으로 이송하는 기구를 갖는 유닛,
지지 유닛 : 상기 이송 유닛에 의해 이송되는 상기 소재를, 제1 위치에서 이동 가능하게 지지하는 기구를 갖는 유닛,
가열 유닛 : 상기 제1 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제2 위치에서 상기 소재를 가열하는 기구를 갖는 유닛,
횡단면 형상 변경 유닛 : 상기 제2 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제3 위치에서 상기 소재의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하는 기구를 갖는 것과 더불어, 2차원 또는 3차원으로 이동 가능하게 배치되는 기구를 포함하고, 또한 그 기구는, 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 상기 소재에 굽힘 가공을 행하는 유닛, 및
냉각 유닛 : 상기 제3 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제4 위치에서 상기 소재를 냉각하는 기구를 갖는 유닛.
하기의 이송 유닛, 지지 유닛, 가열 유닛 및 횡단면 형상 변경 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는, 닫힌 횡단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 1개의 부품에 의해 구성되는 중공의 금속제의 본체를 구비하고, 또한, 이 본체는 길이 방향으로 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 가짐과 더불어 이 제1 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상은, 상기 제2 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상과 상이한, 중공 부재의 제조 장치;
이송 유닛 : 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 금속제 소재를 그 소재의 길이 방향으로 이송하는 기구를 갖는 유닛,
지지 유닛 : 상기 이송 유닛에 의해 이송되는 상기 소재를, 제1 위치에서 이동 가능하게 지지하는 기구를 갖는 유닛,
가열 유닛 : 상기 제1 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제2 위치에서 상기 소재를 가열하는 기구를 갖는 유닛, 및
상기 횡단면 형상 변경 유닛 : 상기 제2 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제3 위치에서, 상기 소재의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행함과 더불어 그 소재를 냉각하는 기구를 갖는 것과 더불어, 2차원 또는 3차원으로 이동 가능하게 배치되는 기구를 포함하고, 또한 그 기구는, 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 상기 소재에 굽힘 가공을 행하는 유닛.
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청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 기구는, 상기 소재를 이송하면서 3차원으로 이동 가능하게 배치되는 적어도 한 쌍의 롤을 구비하는 것, 또한 그 적어도 한 쌍의 롤은, 상기 소재를 압하(壓下)하는 것을 특징으로 하는 중공 부재의 제조 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 적어도 한 쌍의 롤 중 적어도 1개의 롤은, 구동 회전하는 것을 특징으로 하는 중공 부재의 제조 장치.
하기의 이송 유닛, 지지 유닛, 가열 유닛, 횡단면 형상 변경 유닛, 냉각 유닛 및 변형 방지 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는, 닫힌 횡단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 1개의 부품에 의해 구성되는 중공의 금속제의 본체를 구비하고, 또한, 이 본체는 길이 방향으로 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 가짐과 더불어 이 제1 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상은, 상기 제2 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상과 상이한, 중공 부재의 제조 장치;
이송 유닛 : 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 금속제 소재를 그 소재의 길이 방향으로 이송하는 기구를 갖는 유닛,
지지 유닛 : 상기 이송 유닛에 의해 이송되는 상기 소재를, 제1 위치에서 이동 가능하게 지지하는 기구를 갖는 유닛,
가열 유닛 : 상기 제1 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제2 위치에서 상기 소재를 가열하는 기구를 갖는 유닛,
횡단면 형상 변경 유닛 : 상기 제2 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제3 위치에서 상기 소재의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하는 기구를 갖는 유닛,
냉각 유닛 : 상기 제3 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제4 위치에서 상기 소재를 냉각하는 기구를 갖는 유닛, 및
변형 방지 유닛 : 상기 제4 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류에서 상기 소재를 위치 결정하는 기구를 갖는 것, 상기 기구는, 2차원 또는 3차원으로 이동 가능하게 배치되는 것, 또한, 상기 기구는, 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 상기 소재의 자중에 의한 변형을 방지하는 것.
하기의 이송 유닛, 지지 유닛, 가열 유닛, 횡단면 형상 변경 유닛 및 변형 방지 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는, 닫힌 횡단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 1개의 부품에 의해 구성되는 중공의 금속제의 본체를 구비하고, 또한, 이 본체는 길이 방향으로 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 가짐과 더불어 이 제1 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상은, 상기 제2 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상과 상이한, 중공 부재의 제조 장치;
이송 유닛 : 닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 금속제 소재를 그 소재의 길이 방향으로 이송하는 기구를 갖는 유닛,
지지 유닛 : 상기 이송 유닛에 의해 이송되는 상기 소재를, 제1 위치에서 이동 가능하게 지지하는 기구를 갖는 유닛,
가열 유닛 : 상기 제1 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제2 위치에서 상기 소재를 가열하는 기구를 갖는 유닛,
횡단면 형상 변경 유닛 : 상기 제2 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제3 위치에서 상기 소재의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하는 것과 더불어 그 소재를 냉각하는 기구를 갖는 유닛, 및
변형 방지 유닛 : 상기 제3 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류에서 상기 소재를 위치 결정하는 기구를 갖는 것, 상기 기구는, 2차원 또는 3차원으로 이동 가능하게 배치되는 것, 및, 상기 기구는, 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 상기 소재의 자중에 의한 변형을 방지하는 것.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 횡단면 형상 변경 유닛은 고정 배치되는, 중공 부재의 제조 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 횡단면 형상 변경 유닛은, 상기 소재를 이송하면서 고정 배치되는 적어도 한 쌍의 롤을 구비하는 기구를 갖는 것, 및 그 적어도 한 쌍의 롤은, 상기 소재를 압하하는 것을 특징으로 하는 중공 부재의 제조 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 적어도 한 쌍의 롤 중 적어도 1개의 롤은, 구동 회전하는 것을 특징으로 하는 중공 부재의 제조 장치.
닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 금속제 소재를 그 소재의 길이 방향으로 이송하면서, 이송되는 그 소재를 제1 위치에서 지지하고, 이 제1 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제2 위치에서 상기 소재를 가열하고, 이 제2 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제3 위치에서 상기 소재의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하며, 상기 제3 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제4 위치에서 상기 소재를 냉각하고, 또한, 상기 제4 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류에서 상기 소재를 파지하는 기구를 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 상기 소재에 굽힘 가공을 행하는 것을 특징으로 하는, 닫힌 횡단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 1개의 부품에 의해 구성되는 중공의 금속제의 본체를 구비하고, 또한, 이 본체는 길이 방향으로 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 가짐과 더불어 이 제1 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상은, 상기 제2 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상과 상이한, 중공 부재의 제조 방법.
닫힌 횡단면 형상을 갖는 중공의 금속제 소재를 그 소재의 길이 방향으로 이송하면서, 이송되는 그 소재를 제1 위치에서 지지하고, 이 제1 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제2 위치에서 상기 소재를 가열하며, 이 제2 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류의 제3 위치에서, 상기 소재의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행함과 더불어 그 소재를 냉각하고, 또한, 상기 제3 위치보다 상기 소재의 이송 방향 하류에서 상기 소재를 파지하는 기구를 2차원 또는 3차원으로 이동함으로써 상기 소재에 굽힘 가공을 행하는 것을 특징으로 하는, 닫힌 횡단면 형상을 가짐과 더불어 길이 방향으로 1개의 부품에 의해 구성되는 중공의 금속제의 본체를 구비하고, 또한, 이 본체는 길이 방향으로 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 가짐과 더불어 이 제1 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상은, 상기 제2 영역에 있어서의 이 본체의 횡단면 형상과 상이한, 중공 부재의 제조 방법.
청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
상기 제1 위치의 입측(入側)에 있어서의 상기 소재의 이송 속도 또는 상기 제3 위치에 있어서의 상기 소재의 통과 속도를 변경함으로써, 상기 제2 위치부터 상기 제3 위치까지 존재하는 상기 소재에, 인장력 혹은 압축력을 부여하는, 중공 부재의 제조 방법.
청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
상기 제2 위치에서 상기 소재를, 그 소재의 길이 방향에 대해 부분적으로 가열하고, 상기 제3 위치에서, 그 소재에 있어서의 가열하지 않는 부분의 적어도 일부의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하는, 중공 부재의 제조 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 제2 위치에서 상기 소재를, 그 소재의 길이 방향에 대해 부분적으로 가열하고, 상기 제3 위치에서, 그 소재에 있어서의 가열하지 않는 부분의 적어도 일부의 횡단면 형상을 변경하는 가공을 행하는, 중공 부재의 제조 방법.
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