KR101893930B1

KR101893930B1 - 성형장치 및 성형방법

Info

Publication number: KR101893930B1
Application number: KR1020167034631A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 이시즈카; 노리에다 우에노; 마사유키 사이카; 타카시 코마쯔
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2018-08-31
Also published as: CA2949758C; EP3147043B1; CA2949758A1; JP6381967B2; US20170066028A1; US10646912B2; CN106457346A; KR20170003987A; EP3147043A4; WO2015178419A1; CN106457346B; JP2015221445A; EP3147043A1

Abstract

적절한 특성을 갖는 성형품을 얻을 수 있는 성형장치 및 성형방법을 제공한다. 제어부(70)는, 블로성형금형(13)에 의한 성형완료 이후에, 블로성형금형(13)을 개방하도록 당해 블로성형금형(13)의 동작을 제어하고, 냉각매체를 금속파이프(80)에 접촉시키도록 냉각부(90)를 제어함으로써, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행한다. 이와 같이, 냉각매체를 접촉시켜 냉각을 행함으로써, 블로성형금형(13)을 접촉시키는 것에 의한 냉각에 비하여, 냉각속도를 늦출 수 있어, 금속파이프(80)의 인성을 높이는 담금질이 가능해진다. 또, 냉각매체를 이용하여 냉각하는 경우는, 냉각매체를 접촉시키는 시간, 냉각매체의 양, 냉각매체의 온도 등을 조정함으로써, 금형을 접촉시키는 것에 의한 냉각에 비하여, 담금질성의 조정을 용이하게 행할 수 있다.

Description

성형장치 및 성형방법{Molding Device and Molding Method}

본 발명은, 금속파이프를 성형하는 성형장치 및 성형방법에 관한 것이다.

종래, 가열한 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시킴으로써 성형을 행하는 성형장치가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 나타내는 성형장치는, 서로 쌍이 되는 상형 및 하형과, 상형과 하형의 사이에서 금속파이프재료를 지지하는 지지부와, 지지부에 지지된 금속파이프재료 내에 기체를 공급하는 기체공급부를 구비하고 있다. 이 성형장치에서는, 상형과 하형의 사이에서 지지된 상태의 금속파이프재료 내에 기체를 공급함으로써, 금속파이프재료를 팽창시켜 금형의 형상에 대응하는 형상으로 성형할 수 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2003-154415호

여기에서, 상술한 장치에서는, 금형으로 금속파이프를 성형한 후, 금속파이프를 금형에 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지함으로써, 금속파이프를 냉각하여 담금질을 행하고 있었다. 그러나, 금형을 접촉시키는 것에 의한 냉각만을 행하는 경우, 냉각속도가 너무 빠른 것에 의하여, 금속파이프의 강도가 높아져, 취약해지는(인성(靭性)이 낮아지는) 경우가 있었다. 따라서, 성형품의 용도에 따라, 강도와 인성을 컨트롤함으로써, 용도에 따라 적절한 특성을 갖는 성형품을 얻는 것이 요청되고 있었다.

본 발명은, 상술과 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 적절한 특성을 갖는 성형품을 얻을 수 있는 성형장치 및 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 관한 성형장치는, 금속파이프를 성형하는 성형장치로서, 금속파이프재료를 가열하는 가열부와, 가열된 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 기체공급부와, 팽창한 금속파이프재료를 접촉시켜 금속파이프를 성형하는 금형과, 성형 후의 금속파이프를 냉각매체에 의하여 냉각하는 냉각부와, 금형의 동작, 기체공급부, 및 냉각부를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 금형에 의한 성형완료 이후에, 금형을 개방하도록 당해 금형의 동작을 제어하며, 냉각매체를 금속파이프에 접촉시키도록 냉각부를 제어함으로써, 냉각매체에 의한 금속파이프의 냉각을 행한다.

본 발명의 일 양태에 관한 성형장치에 있어서 제어부는, 금형에 의한 성형완료 이후에, 금형을 개방하도록 당해 금형의 동작을 제어하고, 냉각매체를 금속파이프에 접촉시키도록 냉각부를 제어함으로써, 냉각매체에 의한 금속파이프의 냉각을 행한다. 이와 같이, 냉각매체를 접촉시켜 냉각을 행함으로써, 금형을 접촉시키는 것에 의한 냉각에 비하여, 냉각속도를 늦출 수 있어, 금속파이프의 인성을 높이는 담금질이 가능해진다. 또, 냉각매체를 이용하여 냉각하는 경우는, 금형을 접촉시키는 것에 의한 냉각에 비하여, 담금질성의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 이상에 의하여, 용도에 따라 성형품의 강도와 인성을 컨트롤하는 것이 가능해져, 적절한 특성을 갖는 성형품을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형장치에 있어서, 제어부는, 성형완료 후, 금형과 금속파이프를 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지하도록, 금형의 동작을 제어함으로써, 금형에 의한 금속파이프의 냉각을 행하고, 금형에 의한 금속파이프의 냉각 후, 냉각매체에 의한 금속파이프의 냉각을 행해도 된다. 이와 같이 성형완료 후에는 금형에 의한 냉각을 행하여, 냉각속도를 높임으로써, 냉각을 개시한 후부터 금속파이프의 온도가 마텐자이트 변태개시온도가 될 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 마텐자이트화 가능한 시간을 길게 확보하는 것이 가능해져, 냉각매체에 의한 냉각속도를, 원하는 특성에 따라 용이하게 조정하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형장치에 있어서, 제어부는, 금속파이프가 마텐자이트 변태개시온도보다 높은 온도인 제1 온도가 될 때까지, 금형에 의한 금속파이프의 냉각을 행해도 된다. 이로써, 마텐자이트 변태개시온도가 되기 바로 전의 온도인 제1 온도까지는, 금형에 의하여 신속하게 금속파이프를 냉각하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형장치에 있어서, 제어부는, 냉각매체에 의한 금속파이프의 냉각을 개시하는 타이밍에 근거하여, 금속파이프의 담금질성을 조정해도 된다. 이로써, 용이하게 금속파이프의 담금질성을 조정할 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형장치에 있어서, 냉각부는, 냉각매체로서, 냉각용 기체를 금속파이프에 분사해도 된다. 냉각매체로서 기체를 이용함으로써, 유량 조정 등이 용이하기 때문에, 담금질성의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또, 금속파이프를 오염시키는 일 없이 냉각할 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형장치에 있어서, 냉각부는, 기체공급부에 의하여 구성되어도 된다. 이로써, 금속파이프를 팽창시키기 위한 기체공급부를 냉각부로서 유용(流用)할 수 있기 때문에, 성형장치를 콤팩트하게 할 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형장치에 있어서, 냉각부는, 금속파이프의 내표면 및 외표면의 쌍방에 냉각용 기체를 분사해도 된다. 이로써, 금속파이프의 내표면 및 외표면의 쌍방에 부착된 산화층을 제거하는 것이 가능해져, 성형품의 품질을 효과적으로 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명의 일 양태에 관한 성형방법은, 금속파이프를 성형하는 성형방법으로서, 금속파이프재료를 가열하는 가열공정과, 가열된 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 기체공급공정과, 팽창한 금속파이프재료를 금형에 접촉시켜 금속파이프를 성형하는 성형공정과, 성형 후의 금속파이프를 냉각매체에 의하여 냉각하는 냉각공정을 구비하고, 냉각공정에 있어서, 금형에 의한 성형완료 이후에, 금형을 개방하여, 냉각매체를 금속파이프에 접촉시킴으로써, 냉각매체에 의한 금속파이프의 냉각을 행한다.

본 발명의 일 양태에 관한 성형방법에 의하면, 상술한 성형장치와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형방법에 있어서, 냉각공정에서는, 성형완료 후, 금형과 금속파이프를 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지하도록 금형의 동작을 제어함으로써, 금형에 의한 상기 금속파이프의 냉각을 행하고, 금형에 의한 금속파이프의 냉각 후, 냉각매체에 의한 금속파이프의 냉각을 행해도 된다. 이와 같이 성형완료 후에는 금형에 의한 냉각을 행하여, 냉각속도를 높임으로써, 냉각을 개시한 후부터 금속파이프의 온도가 마텐자이트 변태개시온도가 될 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 마텐자이트화 가능한 시간을 길게 확보하는 것이 가능해져, 냉각매체에 의한 냉각속도를, 원하는 특성에 따라 용이하게 조정하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형방법에 있어서, 냉각공정에서는, 금속파이프가 마텐자이트 변태개시온도보다 높은 온도인 제1 온도가 될 때까지, 금형에 의한 금속파이프의 냉각을 행해도 된다. 이로써, 마텐자이트 변태개시온도가 되기 바로 전의 온도인 제1 온도까지는, 금형에 의하여 신속하게 금속파이프를 냉각하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형방법에 있어서, 냉각공정에서는, 냉각매체에 의한 금속파이프의 냉각을 개시하는 타이밍에 근거하여, 금속파이프의 담금질성을 조정해도 된다. 이로써, 용이하게 금속파이프의 담금질성을 조정할 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형방법에 있어서, 냉각공정에서는, 냉각매체로서 냉각용 기체를 금속파이프에 분사함으로써, 금속파이프의 냉각을 행해도 된다. 냉각매체로서 기체를 이용함으로써, 유량 조정 등이 용이하기 때문에, 담금질성의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또, 금속파이프를 오염시키는 일 없이 냉각할 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형방법에 있어서, 냉각공정에서는, 금속파이프의 내표면 및 외표면의 쌍방에 기체를 분사해도 된다. 이로써, 금속파이프가 균일하게 냉각되어, 금속파이프의 담금질성에 있어서의 불균일의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 금속파이프의 내표면 및 외표면의 쌍방에 부착된 산화층을 제거하는 것이 가능해져, 성형품의 품질을 효과적으로 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 일 양태에 관한 성형방법에 있어서, 냉각공정에서는, 금속파이프에 기체를 분사하여, 금속파이프의 표면에 부착된 산화층을 제거해도 된다. 이로써, 금속 재료의 표면에 부착된 산화층을 제거하여, 성형품의 표면에 그 산화층이 잔존하는 것을 억제할 수 있다. 이로 인하여, 성형품의 외관 및 재료 강도에 영향이 미치는 것을 억제할 수 있어, 성형품의 품질을 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명에 의하면, 적절한 특성을 갖는 성형품을 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 성형장치의 개략 구성도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 II-II선을 따른 단면도로서, 블로성형금형의 개략 단면도이다.
도 3은, 성형장치에 의한 제조 공정을 나타내는 도로서, (a)는 금형 내에 금속파이프재료가 세팅된 상태를 나타내는 도, (b)는 금속파이프재료가 전극에 지지된 상태를 나타내는 도이다.
도 4는, 성형장치에 의한 블로성형공정과 그 후의 흐름을 나타내는 도이다.
도 5는, 전극 주변의 확대도로서, (a)는 전극이 금속파이프재료를 지지한 상태를 나타내는 도이고, (b)는 전극에 블로기구가 맞닿은 상태를 나타내는 도이며, (c)는 전극의 정면도이다.
도 6(a)~(c)는, 성형장치에 의한 담금질을 행하고 있을 때의 상태를 나타내는 도이다.
도 7(a), (b)는, 담금질 시의 시간과 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8(a)~(c)는, 변형예에 관한 냉각공정을 나타내는 도이다.
도 9(a)~(d)는, 변형예에 관한 냉각공정을 나타내는 도이다.
도 10은, 변형예에 관한 냉각공정을 나타내는 도이다.
도 11(a)~(c)는, 변형예에 관한 냉각공정을 나타내는 도이다.
도 12(a), (b)는, 변형예에 관한 냉각공정을 나타내는 도이다.
도 13(a), (b)는, 변형예에 관한 냉각공정을 나타내는 도이다.
도 14(a), (b)는, 변형예에 관한 냉각공정을 나타내는 도이다.
도 15(a), (b)는, 변형예에 관한 냉각공정을 나타내는 도이다.
도 16(a), (b)는, 변형예에 관한 냉각공정을 나타내는 도이다.

〈성형장치의 구성〉

도 1에 나타내고 있는 바와 같이, 금속파이프를 성형하는 성형장치(10)는, 상형(12) 및 하형(11)으로 이루어지는 블로성형금형(금형)(13)과, 상형(12) 및 하형(11) 중 적어도 일방을 이동시키는 슬라이드(82)와, 슬라이드(82)를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동부(81)와, 상형(12)과 하형(11)의 사이에 금속파이프재료(14)를 수평으로 지지하는 파이프지지기구(30)와, 이 파이프지지기구(30)로 지지되어 있는 금속파이프재료(14)에 통전하여 가열하는 가열기구(가열부)(50)와, 가열된 금속파이프재료(14)에 고압가스를 취입하는 블로기구(기체공급부)(60)와, 구동부(81), 파이프지지기구(30), 블로성형금형(13)의 동작, 가열기구(50) 및 블로기구(60)를 제어하는 제어부(70)와, 블로성형금형(13)을 강제적으로 수랭(水冷)하는 물순환기구(72)와, 냉각매체에 의하여 금속파이프(80)를 냉각하는 냉각부(90)를 구비하여 구성되어 있다. 제어부(70)는, 금속파이프재료(14)가 담금질온도(AC3 변태점 온도 이상)로 가열되었을 때에 블로성형금형(13)을 폐쇄함과 함께 가열된 금속파이프재료(14)에 고압가스를 취입하는 등의 일련의 제어를 행한다. 다만, 이하의 설명에서는, 성형 후의 파이프를 금속파이프(80)(도 2(b) 참조)라고 칭하고, 완성에 이르는 도중의 단계의 파이프를 금속파이프재료(14)라고 칭하는 것으로 한다.

하형(11)은, 큰 기대(基台)(15)에 고정되어 있다. 또 하형(11)은, 큰 강철제 블록으로 구성되며, 그 상면에 캐비티(오목부)(16)를 구비한다. 또한 하형(11)의 좌우단(도 1에 있어서 좌우단) 근방에는 전극 수납 스페이스(11a)가 마련되어, 당해 스페이스(11a) 내에 액추에이터(도시하지 않음)로 상하로 진퇴이동 가능하게 구성된 제1 전극(17)과 제2 전극(18)을 구비하고 있다. 이들 제1, 제2 전극(17, 18)의 상면에는, 금속파이프재료(14)의 하측 외주면에 대응한 반원호형상의 홈(17a, 18a)이 형성되어 있어(도 5(c) 참조), 당해 홈(17a, 18a)의 부분에 정확히 금속파이프재료(14)가 끼워 넣어지도록 재치 가능하게 되어 있다. 또, 제1, 제2 전극(17, 18)의 정면(금형의 외측방향의 면)은 홈(17a, 18a)을 향하여 주위가 테이퍼형상으로 경사져 파인 테이퍼 오목면(17b, 18b)이 형성되어 있다. 다만, 하형(11)에는 냉각수통로(19)가 형성되고, 대략 중앙에 하측으로부터 삽입된 열전대(21)를 구비하고 있다. 이 열전대(21)는 스프링(22)으로 상하이동 가능하게 지지되어 있다.

다만, 하형(11)측에 위치하는 한 쌍의 제1, 제2 전극(17, 18)은 파이프지지기구(30)를 겸하고 있으며, 금속파이프재료(14)를, 상형(12)과 하형(11)의 사이에 승강 가능하게 수평으로 지탱할 수 있다. 또, 열전대(21)는 측온수단의 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 복사온도계나 광온도계와 같은 비접촉형 온도센서여도 된다. 다만, 통전시간과 온도의 상관관계가 얻어지면, 측온수단은 생략하여 구성하는 것도 충분히 가능하다.

상형(12)은, 하면에 캐비티(오목부)(24)를 구비하고, 냉각수통로(25)를 내장한 큰 강철제 블록이다. 상형(12)은, 상단부가 슬라이드(82)에 고정되어 있다. 그리고, 상형(12)이 고정된 슬라이드(82)는, 가압실린더(26)에 매달리고, 가이드실린더(27)로 요동하지 않도록 가이드된다. 본 실시형태에 관한 구동부(81)는, 슬라이드(82)를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 서보모터(83)를 구비하고 있다. 구동부(81)는, 가압실린더(26)를 구동시키는 유체(가압실린더(26)로서 유압실린더를 채용하는 경우는, 동작유)를 당해 가압실린더(26)에 공급하는 유체공급부에 의하여 구성되어 있다. 제어부(70)는, 구동부(81)의 서보모터(83)를 제어하는 것에 의하여, 가압실린더(26)에 공급하는 유체의 양을 제어함으로써, 슬라이드(82)의 이동을 제어할 수 있다. 다만, 구동부(81)는, 상술과 같이 가압실린더(26)를 통하여 슬라이드(82)에 구동력을 부여하는 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 슬라이드(82)에 구동부를 기계적으로 접속시켜 서보모터(83)가 발생하는 구동력을 직접적으로 또는 간접적으로 슬라이드(82)에 부여하는 것이어도 된다. 다만, 본 실시형태에서는, 상형(12)만이 이동하는 것이지만, 상형(12)에 더하여, 또는 상형(12) 대신에 하형(11)이 이동하는 것이어도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 구동부(81)가 서보모터(83)를 구비하고 있지 않아도 된다.

또 상형(12)의 좌우단(도 1에 있어서 좌우단) 근방에 마련된 전극 수납 스페이스(12a) 내에는, 하형(11)과 마찬가지로, 액추에이터(도시하지 않음)로 상하로 진퇴이동 가능하게 구성된 제1 전극(17)과 제2 전극(18)을 구비하고 있다. 이들 제1, 제2 전극(17, 18)의 하면에는, 금속파이프재료(14)의 상측 외주면에 대응한 반원호형상의 홈(17a, 18a)이 형성되어 있어(도 5(c) 참조), 당해 홈(17a, 18a)에 정확히 금속파이프재료(14)가 끼워 맞춤 가능하게 되어 있다. 또, 제1, 제2 전극(17, 18)의 정면(금형의 외측방향의 면)에는, 홈(17a, 18a)을 향하여 주위가 테이퍼형상으로 경사져 파인 테이퍼 오목면(17b, 18b)이 형성되어 있다. 즉, 상하 한 쌍의 제1, 제2 전극(17, 18)으로 금속파이프재료(14)를 상하 방향으로부터 협지하면, 정확히 금속파이프재료(14)의 외주를 전체둘레에 걸쳐 밀착되게 둘러쌀 수 있도록 구성되어 있다.

도 2는, 블로성형금형(13)을 측면방향으로부터 본 개략 단면이다. 이것은 도 1에 있어서의 II-II선을 따르는 블로성형금형(13)의 단면도로서, 블로성형 시의 금형 위치의 상태를 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 하형(11)의 상면에는 직사각형상의 오목부(11b)가 형성되어 있다. 상형(12)의 하면에는, 하형(11)의 오목부(11b)와 대향하는 위치에 직사각형상의 오목부(12b)가 형성되어 있다. 블로성형금형(13)이 폐쇄된 상태에 있어서는, 하형(11)의 오목부(11b)와 상형(12)의 오목부(12b)가 조합됨으로써 직사각형상의 공간인 메인캐비티부(MC)가 형성된다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 메인캐비티부(MC) 내에 배치된 금속파이프재료(14)는, 팽창함으로써 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 메인캐비티부(MC)의 내벽면과 접촉하여, 당해 메인캐비티부(MC)의 형상(여기에서는 직사각단면 직사각형상)으로 성형된다.

가열기구(50)는, 전원(51)과, 이 전원(51)으로부터 뻗어 제1 전극(17)과 제2 전극(18)에 접속하고 있는 도선(52)과, 이 도선(52)을 개재하여 마련된 스위치(53)를 갖고 이루어진다.

블로기구(60)는, 고압가스원(61)과, 이 고압가스원(61)에서 공급된 고압가스를 저장하는 어큐뮬레이터(62)와, 이 어큐뮬레이터(62)로부터 실린더유닛(42)까지 뻗어 있는 제1 튜브(63)와, 이 제1 튜브(63)를 개재하여 마련되어 있는 압력제어밸브(64) 및 전환밸브(65)와, 어큐뮬레이터(62)로부터 씰부재(44) 내에 형성된 가스통로(46)까지 뻗어 있는 제2 튜브(67)와, 이 제2 튜브(67)를 개재하여 마련되어 있는 온오프밸브(68) 및 역지밸브(69)로 이루어진다. 다만, 씰부재(44)의 선단은 테이퍼가 되도록 테이퍼면(45)이 형성되어 있다. 테이퍼면(45)은, 제1, 제2 전극의 테이퍼 오목면(17b, 18b)에 정확히 끼워 맞춰 맞닿을 수 있는 형상으로 구성되어 있다(도 5 참조). 다만, 씰부재(44)는, 실린더로드(43)를 통하여 실린더유닛(42)에 연결되어 있어, 실린더유닛(42)의 작동에 맞추어 진퇴이동하는 것이 가능하게 되어 있다. 또, 실린더유닛(42)은 블록(41)을 통하여 기대(15) 상에 재치 고정되어 있다.

압력제어밸브(64)는, 씰부재(44)측으로부터 요구되는 압압력에 적응한 작동압력의 고압가스를 실린더유닛(42)에 공급하는 역할을 한다. 역지밸브(69)는, 제2 튜브(67) 내에서 고압가스가 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다. 제어부(70)는, (A)로부터 (A)로 정보가 전달됨으로써, 열전대(21)로부터 온도정보를 취득하여, 가압실린더(26), 스위치(53), 전환밸브(65) 및 온오프밸브(68) 등을 제어한다.

물순환기구(72)는, 물을 저장하는 수조(73)와, 이 수조(73)에 저장되어 있는 물을 퍼올려, 가압하여 하형(11)의 냉각수통로(19)나 상형(12)의 냉각수통로(25)로 보내는 물펌프(74)와, 배관(75)으로 이루어진다. 생략했지만, 수온을 낮추는 쿨링타워나 물을 정화하는 여과기를 배관(75)에 개재시키는 것은 상관없다.

〈성형장치의 작용〉

다음으로, 성형장치(10)의 작용에 대하여 설명한다. 도 3은 재료로서의 금속파이프재료(14)를 투입하는 파이프투입공정부터, 금속파이프재료(14)에 통전하여 가열하는 통전가열공정까지를 나타내고 있다. 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 담금질 가능한 강종(鋼種)의 금속파이프재료(14)를 준비하여, 이 금속파이프재료(14)를, 로봇 암 등(도시하지 않음)에 의하여, 하형(11)측에 구비되는 제1, 제2 전극(17, 18) 상에 재치한다. 제1, 제2 전극(17, 18)에는 홈(17a, 18a)이 형성되어 있으므로, 당해 홈(17a, 18a)에 의하여 금속파이프재료(14)가 위치 결정된다. 다음으로, 제어부(70)(도 1 참조)는, 파이프지지기구(30)를 제어함으로써, 당해 파이프지지기구(30)에 금속파이프재료(14)를 지지시킨다. 구체적으로는, 도 3(b)와 같이, 각 전극(17, 18)을 진퇴이동 가능하게 하고 있는 액추에이터(도시하지 않음)를 작동시켜, 각 상하에 위치하는 제1, 제2 전극(17, 18)을 접근시키고 맞닿게 한다. 이 맞닿음에 의하여, 금속파이프재료(14)의 양단부는, 상하로부터 제1, 제2 전극(17, 18)에 의하여 협지된다. 또 이 협지는 제1, 제2 전극(17, 18)에 형성되는 홈(17a, 18a)의 존재에 의하여, 금속파이프재료(14)의 전체둘레에 걸쳐 밀착되는 양태로 협지되게 된다. 단, 금속파이프재료(14)의 전체둘레에 걸쳐 밀착되는 구성에 한정되지 않고, 금속파이프재료(14)의 둘레방향에 있어서의 일부에 제1, 제2 전극(17, 18)이 맞닿는 구성이어도 된다.

계속해서, 제어부(70)는, 가열기구(50)를 제어함으로써, 금속파이프재료(14)를 가열한다. 구체적으로는, 제어부(70)는, 가열기구(50)의 스위치(53)를 ON으로 한다. 그렇게 하면, 전원(51)으로부터 전력이 금속파이프재료(14)에 공급되어, 금속파이프재료(14)에 존재하는 저항에 의하여, 금속파이프재료(14) 자체가 발열한다(줄(Joule)열). 이때, 열전대(21)의 측정값이 항상 감시되어, 이 결과에 근거하여 통전이 제어된다.

도 4는, 블로성형 및 블로성형 후의 처리 내용을 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 4에 나타내고 있는 바와 같이, 가열 후의 금속파이프재료(14)에 대하여 블로성형금형(13)을 폐쇄하여, 금속파이프재료(14)를 당해 블로성형금형(13)의 캐비티 내에 배치 밀폐한다. 그 후, 실린더유닛(42)을 작동시켜 블로기구(60)의 일부인 씰부재(44)로 금속파이프재료(14)의 양단을 시일한다(도 5도 아울러 참조). 다만 이 시일은, 씰부재(44)가 직접 금속파이프재료(14)의 양단면에 맞닿아 시일하는 것이 아니라, 제1, 제2 전극(17, 18)에 형성된 테이퍼 오목면(17b, 18b)을 통하여 간접적으로 행해진다. 이렇게 함으로써 넓은 면적에서 시일할 수 있는 점에서 시일 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 반복적인 시일 동작에 의한 씰부재의 마모를 방지하고, 또한, 금속파이프재료(14) 양단면의 찌부러짐 등을 효과적으로 방지하고 있다. 시일 완료 후, 고압가스를 금속파이프재료(14) 내로 취입하여, 가열에 의하여 연화된 금속파이프재료(14)를 캐비티의 형상을 따르도록 변형시킨다. 그 후, 블로성형 후의 금속파이프재료(14)에 대하여 냉각을 행하고, 담금질을 행하면 금속파이프(80)가 완성된다(상세에 대해서는 후술).

금속파이프재료(14)는 고온(950℃ 전후)으로 가열되어 연화되어 있어, 비교적 저압으로 블로성형할 수 있다. 구체적으로는, 고압가스로서, 4MPa로 상온(25℃)의 압축공기를 채용한 경우, 이 압축공기는, 밀폐된 금속파이프재료(14) 내에서 결과적으로 950℃ 부근까지 가열된다. 압축공기는 열팽창하여, 보일·샤를의 법칙에 근거하여, 약 16~17MPa에까지 달한다. 즉, 950℃의 금속파이프재료(14)를 용이하게 블로성형할 수 있다.

그리고, 블로성형되어 팽창한 금속파이프재료(14)의 외주면이 하형(11)의 캐비티(16)에 접촉하여 급랭됨과 동시에, 상형(12)의 캐비티(24)에 접촉하여 급랭(상형(12)과 하형(11)은 열용량이 크고 또한 저온으로 관리되고 있기 때문에, 금속파이프재료(14)가 접촉하면 파이프 표면의 열이 단번에 금형측으로 빼앗김)된다. 이와 같은 냉각법은, 금형접촉냉각 또는 금형냉각이라고 불린다. 그 후, 냉각매체를 금속파이프(80)에 공급함으로써 금속파이프(80)의 담금질이 행해진다.

(금속파이프의 냉각)

다음으로, 성형 후의 금속파이프(80)의 냉각에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 관한 성형장치(10)는, 성형 후의 금속파이프(80)에 냉각매체를 공급하는 냉각부(90)를 구비하고 있다. 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 제어부(70)는, 블로성형금형(13)에 의한 성형완료 후에, 당해 블로성형금형(13)을 개방하도록 당해 블로성형금형(13)의 동작을 제어하고, 냉각매체를 금속파이프(80)에 접촉시키도록 냉각부(90)를 제어함으로써, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행한다. 냉각매체는 특별히 한정되지 않고, 공기, 불활성가스 등의 기체를 적용해도 되며, 물, 오일 등의 액체를 적용해도 되고, 금속플레이트나 드라이아이스 등의 고체를 적용해도 된다. 다만, 이들 냉각매체 중, 복수 종류의 냉각매체를 조합하여 이용해도 된다. 도 1에 나타내는 예에서는, 냉각부(90)는, 블로기구(60)에 의하여 구성된다. 즉, 냉각부(90)는, 냉각매체로서, 냉각용 기체(성형을 위한 에어블로에서 이용한 기체를 유용해도 됨)를 금속파이프(80)에 분사함으로써, 금속파이프(80)를 냉각한다.

제어부(70)는, 블로성형금형(13)에 의한 성형완료 이후에, 블로성형금형(13)을 개방하도록 당해 블로성형금형(13)의 동작을 제어하고, 냉각매체를 금속파이프(80)에 접촉시키도록 냉각부(90)를 제어함으로써, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행한다. 다만, 제어부(70)는, 구동부(81)를 제어하여 슬라이드(82)를 통하여 상형(12)을 이동시킴으로써, 블로성형금형(13)의 동작을 제어한다. 또, 제어부(70)는, 성형완료 후, 블로성형금형(13)과 금속파이프(80)를 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지하도록, 블로성형금형(13)의 동작을 제어함으로써, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행하고, 그 후, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행해도 된다. 또, 제어부(70)는, 금속파이프(80)가 마텐자이트 변태개시온도보다 높은 온도인 제1 온도(후술하는 도 7(b)의 온도 T1)가 될 때까지, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행해도 된다. 또, 제어부(70)는, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 개시하는 타이밍에 근거하여, 금속파이프(80)의 담금질성을 조정해도 된다.

본 실시형태에 관한 금속파이프(80)의 냉각과 온도의 관계에 대하여, 도 7의 그래프를 참조하여 설명한다. 먼저, 도 7(a)를 참조하여, 금속파이프(80)의 강도와 냉각의 관계에 대하여 설명한다. 도면 중, 그레이 스케일을 부여한 영역은, 마텐자이트 변태영역(MT)을 나타내고 있다. 도면 중, 파선(破線)은 금속파이프(80)를 냉각할 때의 시간과 온도의 변화를 나타내는 그래프이다. 파선 L9, 파선 L8, 파선 L7, 파선 L6, 파선 L5, 파선 L4, 파선 L3, 파선 L2, 파선 L1의 순서로 금속파이프(80)의 냉각속도가 빨라진다. 파선이 마텐자이트 변태영역(MT)을 통과하면, 마텐자이트 변태가 일어난다. 금속파이프(80)의 강도는, 마텐자이트 변태개시온도(TS) 이하의 영역에 있어서의 냉각속도에 따라 변화한다. 여기에서, 마텐자이트 변태개시온도(TS)는, 마텐자이트 변태영역(MT)에 있어서의 최대온도이다. 본 실시형태의 마텐자이트 변태개시온도(TS)는, 도 7(a), (b)에 있어서 그 마텐자이트 변태영역(MT)에 접하는 상측의 꺾인 선에 상당한다. 금속파이프(80)는, 도면의 좌측에 위치하는 파선을 따라 냉각하는 것일수록 경도가 높아진다. 또, 금속파이프(80)는, 우측에 위치하는 파선을 따라 냉각하는 것일수록 경도가 낮아지지만, 인성이 높아진다. 예를 들면, 성형종료 후, 블로성형금형(13)과 금속파이프(80)를 접촉시키는 것에 의한 냉각만을 행한 경우의 온도 변화를 나타내는 파선을 L1로 한다. 이에 대하여, 성형종료 후에 즉시 형개방하여, 냉각부(90)가 금속파이프(80)에 냉각매체를 접촉시키는 것에 의하여 냉각하는 경우, 파선 L2~L5를 따른 온도 변화를 하도록 냉각함으로써, 높은 인성의 금속파이프(80)를 얻을 수 있다. 단, 파선 L6~L9를 따른 온도 변화를 하도록 금속파이프(80)를 냉각한 경우, 파선 L6~L9가 마텐자이트 변태개시온도(TS)를 통과하지 않기 때문에, 마텐자이트 변태영역(MT)도 통과하지 않는다. 따라서, 후술과 같이, 금형냉각을 적절히 조합하여 냉각을 행하는 것이 바람직하다.

또, 제어부(70)는, 성형완료 후, 블로성형금형(13)과 금속파이프(80)를 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지하도록, 블로성형금형의 동작을 제어함으로써, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행하고, 그 후, 냉각부(90)를 제어하여 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행해도 된다. 제어부(70)는, 금속파이프(80)가 마텐자이트 변태개시온도(TS)보다 높은 온도인 제1 온도(도 7(b)에 있어서의 온도 T1)가 될 때까지, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행한다. 구체적으로는, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 제어부(70)는, 금속파이프(80)가 파선 L10을 따른 온도 변화를 하도록 냉각하도록, 블로성형금형(13)의 동작, 및 냉각부(90)를 제어한다. 제어부(70)는, 성형완료 직후에는 블로성형금형(13)을 금속파이프(80)에 접촉시킨 상태를 유지하도록 제어한다. 또, 제어부(70)는, 개시점(P1)에서 블로성형금형(13)의 형개방을 행하여 블로성형금형(13)과 금속파이프(80)의 접촉을 해제함과 함께 냉각부(90)를 제어하여 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 개시한다. 개시점(P1)은, 블로성형금형(13)에 의한 냉각으로부터 냉각 촉매에 의한 냉각으로 전환되는 포인트이며, 개시점(P1)에서의 온도를 T1로 하고, 시간(냉각개시부터의 경과 시간)을 H1로 한다. 이 경우, 시간 H1은, 금속파이프(80)를 블로성형금형(13)에 접촉시킨 상태를 유지하는 시간에 해당한다. 성형완료부터 시간 H1이 경과할 때까지의 동안, 금속파이프(80)로부터 블로성형금형(13)으로의 전도전열에 의하여, 금속파이프(80)의 온도는 파선 L10a에 따라 급격하게 저하된다. 시간 H1의 경과 후에는, 냉각매체에 의한 냉각이 행해진다. 이 경우, 금속파이프(80)로부터 냉각매체로의 전도전열에 의하여, 금속파이프(80)의 온도는 파선 L10b에 따라, 파선 L10a와 비교하여 낮은 냉각속도로 냉각이 이루어진다. 개시점(P1)에 있어서의 온도 T1은, 마텐자이트 변태개시온도(TS)보다 높은 온도이다. 다만, 제어부(70)는, 냉각개시부터 시간 H1이 경과한 것에 근거하여 냉각부(90)에 의한 냉각을 개시해도 되고, 금속파이프(80)의 온도가 온도 T1이 된 것을 검출한 타이밍으로 냉각부(90)에 의한 냉각을 개시해도 된다.

제어부(70)는, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 개시하는 타이밍(개시점(P1))에 근거하여, 금속파이프(80)의 담금질성을 조정한다. 즉, 제어부(70)는, 개시점(P1)을 조정하는 것에 의하여, 냉각매체에 의한 담금질 시간을 길게 함으로써, 강도가 저하되는 반면, 연신성을 향상시킬 수 있다. 혹은, 제어부(70)는, 냉각매체에 의한 담금질 시간을 짧게 함으로써, 강도를 향상시킬 수 있다. 제어부(70)는, 성형의 대상이 되는 금속파이프(80)의 용도 등에 따라 요구되는 특성에 근거하여, 미리 설정된 냉각 조건에서 냉각을 행한다.

다음으로, 도 6을 참조하여, 성형완료 후의 금속파이프(80)의 냉각(담금질)의 공정의 일례를 설명한다. 도 6에 나타내는 성형장치(10)는, 금속파이프(80)에 냉각매체(CM)를 분사하는 냉각부(90)로서, 블로기구(60)를 이용하고 있다. 또, 도 6에 나타내는 예에서는, 제어부(70)는, 성형완료 후, 블로성형금형(13)과 금속파이프(80)를 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지하도록, 블로성형금형(13)의 동작을 제어한다. 이로써, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행하고, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각 후, 냉각매체(CM)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행한다.

먼저, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 블로성형금형(13)에 의한 성형완료 직후에는, 제어부(70)는, 블로성형금형(13)의 동작을 제어함으로써 상형(12) 및 하형(11)을 폐쇄한 상태를 유지하고, 블로성형금형(13)과 금속파이프(80)를 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지한다. 또, 제어부(70)는, 물순환기구(72)의 동작을 제어함으로써 냉각수통로(25)에 냉각수를 흘려보낸다. 이로써, 금속파이프(80)로부터 블로성형금형(13)으로의 전도전열이 행해지고, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각이 행해진다.

다음으로, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 제어부(70)는, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각 후, 블로성형금형(13)을 개방하도록 당해 블로성형금형(13)의 동작의 제어를 행한다. 또, 제어부(70)는, 블로기구(60)를 제어함으로써, 씰부재(44)를 금속파이프(80)의 양단부로부터 이간시킨다. 이때, 제어부(70)는, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 하형(11)의 오목부(11b)의 표면과 금속파이프(80)의 외표면의 사이에 간극(GP)을 형성함과 함께, 상형(12)의 오목부(12b)의 표면과 금속파이프(80)의 외표면의 사이에 간극(GP)을 형성하도록, 블로성형금형(13)을 개방하는 제어를 행한다. 다만, 제어부(70)는, 이젝터의 핀(91)을 제어함으로써, 블로성형금형(13)의 표면과 금속파이프의 외표면의 사이에 간극(GP)이 마련된 상태로, 개방된 블로성형금형(13) 내에서 금속파이프(80)를 지지한다. 이 상태로, 제어부(70)는, 블로기구(60)를 제어함으로써, 씰부재(44)의 선단으로부터 금속파이프(80)의 단부를 향하여 냉각매체(CM)로서 고압가스를 분사한다. 이때, 냉각매체(CM)는, 금속파이프(80)의 내부, 및 간극(GP)에 유입된다. 그리고, 냉각매체(CM)가 금속파이프(80)의 내표면 및 외표면에 접촉함으로써, 금속파이프(80)를 냉각할 수 있다. 다만, 냉각매체(CM)를 금속파이프(80)에 분사하고 있는 동안, 핀(91)을 이용하여 금속파이프(80)를 상하 진동시켜도 된다. 이상에 의하여, 성형 후의 금속파이프(80)에 대한 담금질이 완료된다.

다음으로, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)의 작용·효과에 대하여 설명한다.

본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서 제어부(70)는, 블로성형금형(13)에 의한 성형완료 이후에, 블로성형금형(13)을 개방하도록 당해 블로성형금형(13)의 동작을 제어하고, 냉각매체를 금속파이프(80)에 접촉시키도록 냉각부(90)를 제어함으로써, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각(담금질)을 행한다. 이와 같이, 냉각매체를 접촉시켜 냉각을 행함으로써, 블로성형금형(13)을 접촉시키는 것에 의한 냉각에 비하여, 냉각속도를 늦출 수 있어, 금속파이프(80)의 인성을 높이는 담금질이 가능해진다. 예를 들면, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 금형과의 접촉만에 의한 냉각을 행한 경우, 금속파이프(80)의 온도는 파선 L1로 나타내는 바와 같이 급격하게 냉각됨으로써, 높은 강도를 얻을 수 있지만, 충분한 인성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 그에 비하여, 성형완료 후에 형개방한 후 냉각매체에 의한 냉각을 행함으로써, 금속파이프(80)의 온도를 도 7(a)의 파선 L2, L3, L4, L5 또는 도 7(b)의 파선 L10으로 나타내는 바와 같은 온도 변화를 따라 냉각하는 것이 가능해진다. 또, 냉각매체를 이용하여 냉각하는 경우는, 냉각매체를 접촉시키는 시간, 냉각매체의 양, 또는 냉각매체의 온도 등을 조정함으로써, 금형을 접촉시키는 것에 의한 냉각에 비하여, 담금질성의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 이상에 의하여, 용도에 따라 성형품의 강도와 인성을 컨트롤하는 것이 가능해져, 적절한 특성을 갖는 성형품을 얻을 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 제어부(70)는, 성형완료 후, 블로성형금형(13)과 금속파이프(80)를 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지하도록, 블로성형금형(13)의 동작을 제어함으로써, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행하고, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각 후, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행한다. 블로성형금형(13)은 열전도율이 높고, 또 열용량이 높기 때문에, 블로성형금형(13)을 금속파이프(80)에 접촉시킴으로써, 금속파이프(80)를 급속히 냉각하는 것이 가능하다. 이와 같이 성형완료 후에는 즉시 블로성형금형(13)에 의한 냉각을 행하여, 냉각속도를 높임으로써, 냉각을 개시한 후부터 금속파이프(80)의 온도가 마텐자이트 변태개시온도가 될 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)의 마텐자이트화 가능한 시간은, 금속파이프(80)의 냉각개시부터 소정 시간이 경과할 때까지의 사이의 시간이다. 이 냉각개시부터 마텐자이트 변태개시온도(TS)가 될 때까지의 시간이 짧을수록, 그 후의 냉각 자유도가 커진다(마텐자이트화 가능한 시간을 늘릴 수 있다). 예를 들면, 도 7(b)에 있어서의 파선 L10b가 마텐자이트 변태영역(MT)을 통과하는 시간을 늘릴 수 있다. 따라서, 마텐자이트화 가능한 시간을 길게 확보하는 것이 가능해져, 냉각매체에 의한 냉각속도를, 원하는 특성에 따라 용이하게 조정하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 마텐자이트화 가능한 시간이 길면, 연신성을 높이고 싶은 경우에는 냉각속도가 낮아지도록 냉각부(90)를 제어하는 것을 선택하고, 강도를 높이고 싶은 경우에는 냉각속도가 높아지도록 냉각부(90)를 제어하는 것을 선택하는 것이 가능해진다. 즉, 담금질 조건의 자유도를 늘릴 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 제어부(70)는, 블로성형금형(13)의 동작을 제어함으로써, 금속파이프(80)가 마텐자이트 변태개시온도(TS)보다 높은 온도인 제1 온도(T1)가 될 때까지, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행한다. 이로써, 마텐자이트 변태개시온도(TS)가 되기 바로 전의 온도인 제1 온도(T1)까지는, 블로성형금형(13)에 의하여 신속하게 금속파이프(80)를 냉각하는 것이 가능해진다. 이로써, 마텐자이트화 가능한 시간을 길게 할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 제어부(70)는, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 개시하는 타이밍(도 7(b)의 개시점(P1))에 근거하여, 금속파이프(80)의 담금질성을 조정한다. 예를 들면, 냉각매체에 의한 냉각개시의 타이밍을 빠르게 하여 저속냉각의 시간을 길게 함으로써 연신성을 향상시킬 수 있으며, 타이밍을 늦추어 저속냉각의 시간을 짧게 함으로써 강도를 향상시킬 수 있다. 이로써, 용이하게 금속파이프(80)의 담금질성을 조정할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 냉각부(90)는, 냉각매체로서, 냉각용 기체를 금속파이프(80)에 분사하고 있다. 냉각매체로서 기체를 이용함으로써, 유량 조정 등이 용이하기 때문에, 담금질성의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또, 냉각매체로서 액체를 이용하는 경우에 비하여, 금속파이프(80)를 오염시키는 일 없이 냉각할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 냉각부(90)는, 기체공급부인 블로기구(60)에 의하여 구성되어 있다. 이로써, 금속파이프(80)를 팽창시키기 위한 기체공급부를 냉각부로서 유용할 수 있기 때문에, 성형장치(10)를 콤팩트하게 할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 냉각부(90)는, 금속파이프(80)의 내표면 및 외표면의 쌍방에 냉각용 기체를 분사해도 된다. 이로써, 금속파이프(80)의 내표면 및 외표면의 쌍방에 부착된, 후술하는 스케일(산화층) 등을 제거하는 것이 가능해져, 성형품의 품질을 효과적으로 향상시키는 것이 가능해진다.

본 실시형태에 관한 성형방법은, 금속파이프재료(14)를 가열하는 가열공정과, 가열된 금속파이프재료(14) 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 기체공급공정과, 팽창한 금속파이프재료(14)를 블로성형금형(13)에 접촉시켜 금속파이프(80)를 성형하는 성형공정과, 성형 후의 금속파이프(80)를 냉각매체에 의하여 냉각하는 냉각공정을 구비하고 있다. 또, 냉각공정에 있어서, 블로성형금형(13)에 의한 성형완료 이후에, 블로성형금형(13)을 개방하여, 냉각매체를 금속파이프(80)에 접촉시킴으로써, 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행한다. 본 실시형태에 관한 성형방법에 의하면, 상술한 성형장치(10)와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 블로성형금형(13)을 개방한 상태로 냉각매체(CM)를 공급함으로써, 금속파이프(80)의 내부로부터만 냉각을 행해도 된다. 이 경우, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)의 편측으로부터 냉각매체(CM)를 공급하고, 동시에 편측으로부터 배출해도 된다. 또, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)의 양측으로부터 냉각매체(CM)를 공급하고, 양측으로부터 배출해도 된다. 또, 도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)의 편측으로부터 냉각매체(CM)를 공급하고, 반대측으로부터 배출해도 된다.

또, 도 9(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)의 내부와 외부의 양방으로부터 냉각을 행하는 경우, 금속파이프(80)의 외표면과 블로성형금형(13)의 표면의 사이의 간극에 냉각매체(CM)를 공급하기 위한 유로(93)를, 금속파이프(80)의 양측에 마련해도 된다. 다만, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)의 내부를 냉각하는 냉각매체(CM)가 흐르는 방향과, 외부를 냉각하는 냉각매체(CM)가 흐르는 방향이 반대여도 된다. 또, 도 9(c), (d)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)의 내부 및 외부에 있어서 스케일(산화층)을 날려버리는 구조여도 된다. 도 9(c), (d)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)의 단부 중, 냉각매체(CM)를 공급하는 측의 단부에서는, 금속파이프(80)의 외부의 간극에 유로(93)를 연통시킨다. 한편, 배출측의 단부에서는, 유로(93)를 해제해 두어, 금속파이프(80)의 외부의 간극을 통과한 냉각매체(CM)가 그대로 빠져나가도록 하고 있다. 이 상태로, 금속파이프(80)의 일방의 단부로부터 냉각매체(CM)를, 금속파이프(80)의 내부 및 외부에 공급하고, 타방의 단부로부터 스케일과 함께 배출한다. 이때, 스케일이 날리는 것을 방지하기 위하여, 네트 등에 의하여 구성되는 스케일 수용부(94)를 마련해도 된다. 금속파이프(80)의 일방향으로부터 냉각매체(CM)의 스케일을 배출할 수 없는 경우는, 도 9(c)와 도 9(d)의 상태를 전환함으로써, 공급 방향의 전환을 복수 회 반복해도 된다.

또, 도 10에 나타내는 바와 같이, 블로성형금형(13)의 내부에 냉각매체(CM)를 흘려보내기 위한 유로(97)를 마련해도 된다. 유로(97)는, 하형(11) 및 상형(12)의 길이 방향에 있어서의 대략 중앙에 마련되어 있다. 당해 구성에 의하여, 블로성형금형(13) 내부의 유로(97)를 통하여, 금속파이프(80)의 외부의 간극(GP)에 냉각매체(CM)가 공급되고, 금속파이프(80)의 양단측으로부터 배출된다. 다만, 성형 시에 있어서는, 유로(97)는 핀(96)으로 밀봉되어, 당해 핀(96)의 선단면에 의하여 성형면이 확보된다.

또, 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 냉각부(90)로서 냉각박스(99)를 적용해도 된다. 이 냉각박스(99)는, 냉각 및 금속파이프(80)의 취출을 위하여 이용된다. 이 경우, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 블로성형금형(13)에 의한 냉각 후, 또는 성형완료 후에 블로성형금형(13)을 개방함과 함께, 핀(91)으로 금속파이프(80)를 밀어 올린다. 다음으로, 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 블로성형금형(13) 내에 냉각박스(99)를 배치한다. 다음으로, 도 11(c)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)를 냉각박스(99) 내에 수납하여, 액체나 고체 등의 냉각매체에 의하여 금속파이프(80)의 냉각을 행한다. 다음으로, 도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 핀(91)을 내리고, 도 12(b)에 나타내는 바와 같이, 냉각박스(99)와 함께 금속파이프(80)를 블로성형금형(13)으로부터 취출한다.

또, 도 13에 나타내는 바와 같이, 냉각부(90)로서 끼움지그(100)를 적용해도 된다. 끼움지그(100)는, 금속파이프(80)의 외표면을 따른 형상을 갖는 복수의 피스로 분할되어 있다. 도 13에 나타내는 예에서는, 끼움지그(100)는, 금속파이프(80)의 양단부를 사이에 끼우는 피스와, 중앙부 부근을 사이에 끼우는 피스를 갖고 있다. 끼움지그(100)의 일부의 피스는, 냉각수 등의 냉각매체를 흘려보내기 위한 유로(101)를 내부에 가지며, 일부의 피스는, 시즈히터 등의 가열부(102)를 갖고 있다. 단, 유로(101)에 온수 등의 가열 매체를 흘려보냄으로써 가열해도 된다. 이 끼움지그(100)를 이용하는 경우, 블로성형금형(13)을 개방한 후(예를 들면, 도 11(b), (c)에 대응하는 단계), 끼움지그(100)를 금속파이프(80)에 장착한다. 이로써, 도 13(b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)에 끼움지그(100)가 장착된 상태가 된다. 당해 상태로, 유로(101)에 냉각매체를 흘려보냄으로써 금속파이프(80)를 냉각한다. 또, 천천히 냉각하고 싶은 부분에 대해서는, 가열부(102)에서 부분적으로 가열해도 된다. 끼움지그(100)에 의한 냉각이 완료되면, 끼움지그(100)와 함께 금속파이프(80)를 블로성형금형(13)으로부터 취출한다.

또, 도 14에 나타내는 바와 같이, 냉각부(90)로서 에어블로 기능을 갖는 취출척(110)을 적용해도 된다. 취출척(110)은, 금속파이프(80)의 양단부에 장착 가능하고, 장착된 상태에서 금속파이프(80)의 내부 및 외부에 대하여 냉각매체로서의 압축공기를 분사하는 것이 가능하다. 이 취출척(110)을 이용하는 경우, 블로성형금형(13)을 개방한 후(예를 들면, 도 11(b), (c)에 대응하는 단계), 취출척(110)을 금속파이프(80)에 장착한다. 이로써, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)에 취출척(110)이 장착된 상태가 된다. 당해 상태로, 에어블로함으로써 금속파이프(80)를 냉각한다. 에어블로에 의한 냉각이 완료되면, 취출척(110)과 함께 금속파이프(80)를 블로성형금형(13)으로부터 취출한다.

또, 도 15에 나타내는 바와 같이, 냉각부(90)로서 와이핑 기능을 갖는 척(120)을 적용해도 된다. 척(120)은, 금속파이프(80)의 외표면에 장착 가능하다. 척(120)이 장착된 상태에서 금속파이프(80)의 외표면을 따라 구동함으로써, 당해 금속파이프(80)의 외표면을 척(120)에 의하여 와이핑할 수 있다. 이 척(120)을 이용하는 경우, 블로성형금형(13)으로부터 금속파이프(80)를 취출한 후(예를 들면, 도 12(b)에 대응하는 단계), 척(120)을 금속파이프(80)에 장착한다. 이로써, 도 15(b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)에 척(120)이 장착된 상태가 된다. 당해 상태로, 척(120)으로 금속파이프(80)의 표면을 와이핑함으로써 금속파이프(80)를 냉각한다. 이 척(120)을 이용하는 경우, 냉각이 필요한 개소만을 와이핑해도 되고, 천천히 전체를 골고루 와이핑해도 된다. 혹은, 냉각이 필요한 개소만을 척(120) 사이에 끼워 두고, 와이핑을 행하지 않아도 된다.

또, 도 16에 나타내는 바와 같이, 냉각부(90)로서, 블로성형금형(13)의 외부에 배치된 냉각박스(99)를 적용해도 된다. 이 경우, 블로성형금형(13)으로부터 취출할 때, 도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(80)에 취출척(115)을 장착한다. 그 후, 블로성형금형(13)으로부터 금속파이프(80)를 취출한 후(예를 들면, 도 12(b)에 대응하는 단계), 금속파이프(80)를 냉각박스(99)에 수납한다. 냉각박스(99)에는, 액체나 고체(드라이아이스 등)의 냉각매체를 충전해 둔다.

또, 상기 성형장치(10)는, 상하 금형의 사이에서 가열 처리할 수 있는 가열기구(50)를 구비하고, 그 가열기구(50)가 통전에 의한 줄열을 이용하여 금속파이프재료(14)를 가열하고 있었지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가열 처리가 상하 금형의 사이 이외의 장소에서 행해지고, 가열 후의 금속제 파이프를 금형 사이로 운반해도 된다. 또, 통전에 의한 줄열을 이용하는 것 이외에도, 히터 등의 복사열을 이용해도 되고, 고주파 유도전류를 이용하여 가열하는 것도 가능하다.

고압가스는, 질소가스, 아르곤가스 등의 비산화성가스나 불활성가스를 주로 채용할 수 있다. 그러나, 이들 가스는 금속파이프 내에 산화 스케일을 발생하기 어렵게 할 수 있지만, 고가이다. 이 점에서, 압축공기이면, 산화 스케일의 발생에 의하여 큰 문제를 발생시키지 않는 한, 저가이며, 대기 중에 누출되어도 실질적인 손해는 없고, 취급이 매우 용이하다. 따라서, 블로공정을 원활히 실행할 수 있다.

블로성형금형은 무수랭금형과 수랭금형 중 어느 것이어도 된다. 단, 무수랭금형은, 블로성형종료 후에 금형을 상온 부근까지 낮출 때에, 장시간을 필요로 한다. 이 점에서, 수랭금형이면, 단시간에 냉각이 완료된다. 따라서, 생산성 향상의 관점에서는, 수랭금형이 바람직하다.

또, 상기 성형장치(10)에서는, 금속파이프(80)가 마텐자이트 변태개시온도(TS)보다 높은 온도인 제1 온도(도 7(b)에 있어서의 온도 T1)가 될 때까지, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행하고, 그 후, 블로성형금형(13)의 형개방을 행하여 블로성형금형(13)과 금속파이프(80)의 접촉을 해제함과 함께 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 개시하지만, 이 이외의 제어를 채용해도 된다. 예를 들면, 금속파이프(80)의 온도가 마텐자이트 변태개시온도(TS)보다 낮은 온도가 될 때까지, 블로성형금형(13)에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 행하고, 그 후, 블로성형금형(13)의 형개방을 행하여 블로성형금형(13)과 금속파이프(80)의 접촉을 해제함과 함께 냉각매체에 의한 금속파이프(80)의 냉각을 개시해도 된다. 즉, 도 7에 나타나는 마텐자이트 변태영역(MT) 내에서 블로성형금형(13)에 의한 담금질과 냉각매체에 의한 담금질을 병용해도 된다.

산업상 이용가능성

본 발명의 일 양태에 관한 성형장치 및 성형방법은, 예를 들면 용도에 따라 강도와 인성이 컨트롤되어, 적절한 특성을 갖는 성형품이 마련되는 성형장치 및 성형방법으로서 이용할 수 있다.

10…성형장치
11…하형(금형)
12…상형(금형)
13…블로성형금형(금형)
14…금속파이프재료
50…가열기구(가열부)
60…블로기구(기체공급부)
70…제어부
80…금속파이프
90…냉각부

Claims

금속파이프를 성형하는 성형장치로서,
금속파이프재료를 가열하는 가열부와,
가열된 상기 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 기체공급부와,
팽창한 상기 금속파이프재료를 접촉시켜 상기 금속파이프를 성형하는 금형과,
성형 후의 상기 금속파이프를 냉각매체에 의하여 냉각하는 냉각부와,
상기 금형의 동작, 상기 기체공급부, 및 상기 냉각부를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
상기 성형완료 후, 상기 금형과 상기 금속파이프를 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지하도록 상기 금형의 동작을 제어함으로써, 상기 금형에 의한 상기 금속파이프의 냉각을 행하고,
상기 금형에 의한 상기 금속파이프의 냉각 후, 상기 금형을 개방하도록 당해 금형의 동작을 제어하며, 상기 냉각매체를 상기 금속파이프에 접촉시키도록 상기 냉각부를 제어함으로써, 상기 냉각매체에 의한 상기 금속파이프의 냉각을 행하는 성형장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 금속파이프가 마텐자이트 변태개시온도보다 높은 온도인 제1 온도가 될 때까지, 상기 금형에 의한 상기 금속파이프의 냉각을 행하는 성형장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 냉각매체에 의한 상기 금속파이프의 냉각을 개시하는 타이밍에 근거하여, 상기 금속파이프의 담금질성을 조정하는 성형장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 냉각매체로서, 냉각용 기체를 상기 금속파이프에 분사하는 성형장치.
제 5 항에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 기체공급부에 의하여 구성되는 성형장치.
제 5 항에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 금속파이프의 내표면 및 외표면의 쌍방에 상기 냉각용 기체를 분사하는 성형장치.
금속파이프를 성형하는 성형방법으로서,
금속파이프재료를 가열하는 가열공정과,
가열된 상기 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 기체공급공정과,
팽창한 상기 금속파이프재료를 금형에 접촉시켜 상기 금속파이프를 성형하는 성형공정과,
성형 후의 상기 금속파이프를 냉각매체에 의하여 냉각하는 냉각공정을 구비하고,
상기 냉각공정에 있어서,
상기 성형완료 후, 상기 금형과 상기 금속파이프를 접촉시킨 상태를 소정 시간 유지하도록 상기 금형의 동작을 제어함으로써, 상기 금형에 의한 상기 금속파이프의 냉각을 행하고,
상기 금형에 의한 상기 금속파이프의 냉각 후, 상기 금형을 개방하여, 상기 냉각매체를 상기 금속파이프에 접촉시킴으로써, 상기 냉각매체에 의한 상기 금속파이프의 냉각을 행하는 성형방법.
삭제
제 8 항에 있어서,
상기 냉각공정에서는, 상기 금속파이프가 마텐자이트 변태개시온도보다 높은 온도인 제1 온도가 될 때까지, 상기 금형에 의한 상기 금속파이프의 냉각을 행하는 성형방법.
제 8 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 냉각공정에서는, 상기 냉각매체에 의한 상기 금속파이프의 냉각을 개시하는 타이밍에 근거하여, 상기 금속파이프의 담금질성을 조정하는 성형방법.
제 8 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 냉각공정에서는, 상기 냉각매체로서 냉각용 기체를 상기 금속파이프에 분사함으로써, 상기 금속파이프의 냉각을 행하는 성형방법.
제 12 항에 있어서,
상기 냉각공정에서는, 상기 금속파이프의 내표면 및 외표면의 쌍방에 상기 기체를 분사하는 성형방법.
제 12 항에 있어서,
상기 냉각공정에서는, 상기 금속파이프에 상기 기체를 분사하여, 상기 금속파이프의 표면에 부착된 산화층을 제거하는 성형방법.