KR101987547B1 - Hydroforming apparatus and hydroforming method - Google Patents
Hydroforming apparatus and hydroforming method Download PDFInfo
- Publication number
- KR101987547B1 KR101987547B1 KR1020170141331A KR20170141331A KR101987547B1 KR 101987547 B1 KR101987547 B1 KR 101987547B1 KR 1020170141331 A KR1020170141331 A KR 1020170141331A KR 20170141331 A KR20170141331 A KR 20170141331A KR 101987547 B1 KR101987547 B1 KR 101987547B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- tube
- punch
- punch portion
- formed tube
- molded
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
- B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
- B21D26/033—Deforming tubular bodies
- B21D26/035—Deforming tubular bodies including an additional treatment performed by fluid pressure, e.g. perforating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
- B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
- B21D26/033—Deforming tubular bodies
- B21D26/045—Closing or sealing means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
Abstract
일 실시예에 따른 액압성형장치는, 성형 관재가 제공되는 공동이 형성된 금형부; 상기 금형부의 양측으로부터 상기 성형 관재의 양단부 내부를 향해 이송되는 펀치부; 및 상기 성형 관재의 양단부 외측면에 제거 가능하게 장착되는 실링부;를 포함하고, 상기 실링부는, 상기 성형 관재의 외측면에 장착되어, 상기 펀치부의 이송에 의해 압축 변형되는 스프링 부재;를 포함하고, 상기 스프링 부재는 상기 펀치부의 이송 방향과 반대되는 방향으로 반력을 발생시키고, 상기 반력에 의해 상기 펀치부 및 상기 성형 관재의 양단부의 접촉 응력이 균일해질 수 있다.A hydroforming apparatus according to an embodiment includes: a mold having a cavity provided with a molded tube; A punch unit which is transported from both sides of the mold unit toward both ends of the molded pipe; And a sealing part which is removably mounted on the outer side surfaces of both ends of the molded pipe, wherein the sealing part is mounted on an outer surface of the molded pipe and is compressively deformed by the transfer of the punch part , The spring member generates a reaction force in a direction opposite to the conveying direction of the punch portion, and the contact stress between the punch portion and both ends of the formed pipe can be made uniform by the reaction force.
Description
본 발명은 액압성형장치 및 액압성형방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 스프링 부재 및 슬리브 부재를 포함하는 실링부에 의해 펀치부와 성형 관재 사이에 균일한 접촉 응력을 발생시켜 성형 관재의 성형성을 향상시킬 수 있는 액압성형장치 및 액압성형방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydraulic pressure molding apparatus and a hydraulic pressure molding method, and more particularly, to a method of manufacturing a hydraulic pressure molding apparatus and a hydraulic pressure molding method by which a uniform contact stress is generated between a punch portion and a molded pipe by a sealing portion including a spring member and a sleeve member To a hydraulic pressure molding apparatus and a hydraulic pressure molding method.
관재 액압성형 기술은 액압을 이용하여 관재를 원하는 형상을 얻는 공정으로 자동차 및 항공기와 같은 다양한 부품에 사용된다.Tube hydroforming is a process for obtaining a desired shape of a pipe using hydraulic pressure and is used for various parts such as automobiles and aircraft.
관재 액압성형 기술의 장점은 복잡한 금속 성형 기술을 필요로 하는 기존 공정을 대체하는 동시에 공정을 간소화하여 부품의 일체화를 구현할 수 있다. 또한 부품의 마감 비용과 다이 비용을 절감할 수 있고, 우수한 소재를 활용할 수 있으며, 작업성 향상 및 향상된 부품 품질 효과를 얻을 수 있다.The advantages of the tubular hydroforming technology are that it can replace existing processes that require complicated metal forming technology while at the same time simplifying the process and integrating parts. In addition, it is possible to reduce the finishing cost and the die cost of the parts, to utilize the excellent material, to improve the workability and to obtain the improved part quality effect.
반면, 액압성형 기술은 축방향의 소재 유입과 관재 내부 하중과의 조합에 의한 성형 기술로써 성형 관재의 내압에 매우 민감하며, 관재 내부에 채워지는 유체의 실링은 성형성에 중요한 영향을 미친다.On the other hand, the hydroforming technology is very sensitive to the internal pressure of the formed tube due to the combination of the material flow in the axial direction and the internal load of the tube, and the sealing of the fluid filled in the tube has an important influence on the formability.
도 1에 도시된 종래의 액압성형 공정 기술을 이용하여 비대칭 형상 성형 시에 펀치에 작용하는 압력 구배는 도 2에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다.The pressure gradient acting on the punch during asymmetric shape forming using the conventional hydroforming process technique shown in Fig. 1 may appear as shown in Fig.
구체적으로, 비대칭 형상 성형 시 성형 관재의 확관 정도가 작은 구역에서는 펀치에 작용하는 응력이 높으며 성형 관재의 확관 정도가 높은 구역에서는 펀치에 작용하는 응력이 높을 수 있다.Specifically, the stress acting on the punch is high in a region where the degree of expansion of the formed tube is small in the asymmetric shape molding, and the stress acting on the punch may be high in the region where the degree of expansion of the formed tube is high.
이에 의해 펀치와 성형 관재 사이에 작용하는 불균일한 접촉 응력 및 성형 관재의 끝단부에서 압력 누수가 발생하며, 결론적으로 성형 관재 내부의 낮은 압력으로 인해 최종 성형 제품의 형상 정확도가 저하된다.This results in nonuniform contact stress acting between the punch and the forming tube and pressure leakage at the end of the forming tube, and consequently the shape accuracy of the final formed article is reduced due to the low pressure inside the forming tube.
2004년 2월 19일에 출원된 KR10-2004-0011164에는 '액압 성형용 액체 누수방지장치'에 대하여 개시되어 있다.KR10-2004-0011164, filed on February 19, 2004, discloses a " liquid leakage preventing device for hydraulic molding ".
일 실시예에 따른 목적은 스프링 부재에 의해서 성형 관재의 단부에서 발생하는 압력 누수를 예방하고, 성형 관재 내 높은 성형 압력을 이용하여 성형성 또는 형상 정확도를 향상시킬 수 있는 액압성형장치 및 액압성형방법을 제공하는 것이다.An object of an embodiment is to provide a hydraulic pressure molding apparatus and a hydraulic pressure molding method capable of preventing pressure leakage generated at an end of a molded pipe by a spring member and improving moldability or shape accuracy using a high molding pressure in a molded pipe .
일 실시예에 따른 목적은 스프링 부재가 위치된 부분에서의 확관을 저하시켜 성형 관재에서 성형되는 부분에 압력이 집중되게 하고, 펀치부의 축방향 이송 시 스프링 부재가 균일하게 압축되어 스프링 부재에서 발생하는 반력이 성형 관재의 단부와 펀치부 사이의 접촉 증가를 일으키는 액압성형장치 및 액압성형방법을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to reduce the expansion of a portion where the spring member is located and thereby to concentrate the pressure on a portion to be molded in the formed tube and to prevent the spring member from being uniformly compressed during axial feed of the punch portion, And a reaction force causes an increase in contact between the end portion of the formed pipe and the punch portion, and a hydraulic pressure molding method.
일 실시예에 따른 목적은 성형 관재의 양단부에 장착 및 제거가 용이하고, 단순한 구성의 추가를 통해서 액압성형 공정의 실링 효과를 극대화시킬 수 있는 액압성형장치 및 액압성형방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a hydraulic pressure molding apparatus and a hydraulic pressure molding method which are easy to mount and remove at both ends of a formed pipe and can maximize the sealing effect of the hydraulic pressure molding process by adding a simple structure.
일 실시예에 따른 목적은 성형 관재의 양단부에 장착된 원통형의 슬리브 부재 및 펀치부에 서로 대응되게 형성된 경사면의 접촉을 통해 성형 관재 내 압력 누수가 예방될 수 있는 액압성형장치 및 액압성형방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a hydraulic pressure molding apparatus and a hydraulic pressure molding method in which pressure leakage in a molded pipe can be prevented through contact between a cylindrical sleeve member mounted at both ends of a formed pipe and an inclined surface formed corresponding to the punch portion .
일 실시예에 따른 목적은 성형 관재의 양단부에서 압력 누수를 방지하여, 펀치부의 축방향 이송에 의한 하중이 성형 관재에 효과적으로 전달되고, 성형 관재 내부 압력을 높게 유지할 수 있는 액압성형장치 및 액압성형방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a hydraulic pressure molding apparatus and a hydraulic pressure molding method capable of preventing pressure leakage at both ends of a formed pipe member so that the load due to the axial directional transfer of the punch member is effectively transmitted to the formed pipe member, .
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 액압성형장치는, 성형 관재가 제공되는 공동이 형성된 금형부; 상기 금형부의 양측으로부터 상기 성형 관재의 양단부 내부를 향해 이송되는 펀치부; 및 상기 성형 관재의 양단부 외측면에 제거 가능하게 장착되는 실링부;를 포함하고, 상기 실링부는, 상기 성형 관재의 외측면에 장착되어, 상기 펀치부의 이송에 의해 압축 변형되는 스프링 부재;를 포함하고, 상기 스프링 부재는 상기 펀치부의 이송 방향과 반대되는 방향으로 반력을 발생시키고, 상기 반력에 의해 상기 펀치부 및 상기 성형 관재의 양단부의 접촉 응력이 균일해질 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a hydroforming apparatus including: a mold having a cavity provided with a molded tube; A punch unit which is transported from both sides of the mold unit toward both ends of the molded pipe; And a sealing part which is removably mounted on the outer side surfaces of both ends of the molded pipe, wherein the sealing part is mounted on an outer surface of the molded pipe and is compressively deformed by the transfer of the punch part , The spring member generates a reaction force in a direction opposite to the conveying direction of the punch portion, and the contact stress between the punch portion and both ends of the formed pipe can be made uniform by the reaction force.
일 측에 의하면, 상기 실링부는, 원통형으로 마련되어, 상기 스프링 부재보다 상기 성형 관재의 양단부에 인접하게 배치되는 슬리브 부재;를 더 포함하고, 상기 펀치부 및 상기 슬리브 부재의 접촉에 의해 상기 성형 관재의 양단부가 밀봉될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the sealing portion further includes a sleeve member provided in a cylindrical shape and disposed adjacent to both end portions of the formed tube member than the spring member, wherein the sleeve member is configured to be in contact with the punch portion and the sleeve member, Both ends can be sealed.
일 측에 의하면, 상기 슬리브 부재 및 상기 펀치부의 접촉면은 경사지게 형성되고, 상기 슬리브 부재 및 상기 펀치부의 접촉면 사이에 상기 성형 관재의 양단부가 위치되어 상기 펀치부의 이송에 의해 상기 성형 관재의 양단부가 웨지 형상으로 확장되게 변형될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the contact surfaces of the sleeve member and the punch portion are formed obliquely, and both end portions of the formed tube are positioned between the contact surfaces of the sleeve member and the punch portion. As shown in Fig.
일 측에 의하면, 상기 슬리브 부재 및 상기 펀치부의 접촉면의 경사각(θ)은 아래 수식에 의해 결정되고,According to one aspect, the inclination angle &thetas; of the contact surface of the sleeve member and the punch portion is determined by the following equation,
이때,At this time,
Fw는 상기 펀치부가 상기 성형 관재의 양단부를 변형시키기 위한 힘이고,Fw is a force for deforming both end portions of the formed pipe member by the punching portion,
Fa는 상기 펀치부의 축력이고,Fa is an axial force of the punch portion,
Fi는 상기 성형 관재의 내부 압력으로부터의 축력이고,Fi is the axial force from the internal pressure of the formed pipe,
Fs는 상기 스프링 부재에서 발생된 반력이다.Fs is a reaction force generated in the spring member.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 액압성형방법은, 성형 관재의 양단부에 실링부를 장착하는 단계; 상기 성형 관재를 금형부에 형성된 공동 내에 제공하는 단계; 상기 성형 관재의 양단부 내부를 향하여 펀치부를 이송시키는 단계; 상기 펀치부가 상기 성형 관재 내부에 삽입되는 단계; 및 상기 성형 관재가 상기 금형부의 공동 형상에 따라서 성형되는 단계;를 포함하고, 상기 펀치부가 상기 성형 관재 내에 삽입되는 단계에서, 상기 실링부 및 상기 펀치부의 접촉면 형상에 의해 상기 성형 관재의 양단부가 확장 변형될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a hydroforming method comprising: mounting a sealing part at both ends of a formed pipe; Providing the shaped tube in a cavity formed in the mold part; Conveying the punch portion toward the inside of both ends of the formed pipe member; Inserting the punch portion into the molded tube; And a step of forming the molded tube according to a cavity shape of the mold part, wherein in the step of inserting the punch part into the molded tube, both ends of the molded tube are expanded by a contact surface shape of the sealing part and the punch part It can be deformed.
일 측에 의하면, 상기 성형 관재의 양단부에 실링부를 장착하는 단계에서, 상기 실링부는, 원통형으로 마련되어, 상기 성형 관재의 양단부 외측면에 장착된 슬리브 부재; 및 상기 슬리브 부재에 인접하게 상기 성형 관재의 외측면에 장착되어, 상기 펀치부의 이송에 의해 압축 변형되는 스프링 부재;를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, in the step of mounting the sealing portion at both ends of the formed tube, the sealing portion may include a sleeve member provided in a cylindrical shape and mounted on outer side surfaces of both ends of the molded tube; And a spring member mounted on an outer surface of the molded tube adjacent to the sleeve member and being compressively deformed by the transfer of the punch portion.
일 측에 의하면, 상기 펀치부가 상기 성형 관재 내에 삽입되는 단계에서, 상기 스프링 부재는 상기 펀치부의 이송 방향과 반대되는 방향으로 반력을 발생시키고, 상기 스프링 부재에서 발생된 반력에 의해 상기 슬리브 부재 및 상기 펀치부가 밀착될 수 있다.According to one aspect of the present invention, in the step of inserting the punch portion into the forming tube, the spring member generates a reaction force in a direction opposite to the conveying direction of the punch portion, and the reaction force generated in the spring member causes the sleeve member and the sleeve member The punch portion can be closely contacted.
일 측에 의하면, 상기 성형 관재가 상기 금형부의 공동 형상에 따라서 성형되는 단계 후에, 상기 성형 관재의 양단부로부터 상기 실링부를 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the step of removing the sealing portion from both ends of the formed tube after the step of forming the shaped tube according to the cavity shape of the mold portion may be further included.
일 실시예에 따른 액압성형장치 및 액압성형방법에 의하면, 스프링 부재에 의해서 성형 관재의 단부에서 발생하는 압력 누수를 예방하고, 성형 관재 내 높은 성형 압력을 이용하여 성형성 또는 형상 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the hydraulic pressure molding apparatus and the hydraulic pressure molding method according to the embodiment, it is possible to prevent the pressure leakage generated at the end portion of the formed pipe by the spring member and to improve the formability or the shape accuracy by using the high molding pressure in the formed pipe have.
일 실시예에 따른 액압성형장치 및 액압성형방법에 의하면, 스프링 부재가 위치된 부분에서의 확관을 저하시켜 성형 관재에서 성형되는 부분에 압력이 집중되게 하고, 펀치부의 축방향 이송 시 스프링 부재가 균일하게 압축되어 스프링 부재에서 발생하는 반력이 성형 관재의 단부와 펀치부 사이의 접촉 증가를 일으킬 수 있다.According to the hydraulic pressure molding apparatus and the hydraulic pressure molding method according to the embodiment, the expansion in the portion where the spring member is located is reduced, the pressure is concentrated on the portion to be molded in the formed tube, and the spring member is uniform So that a reaction force generated in the spring member can cause an increase in contact between the end portion of the formed tube and the punch portion.
일 실시예에 따른 액압성형장치 및 액압성형방법에 의하면, 성형 관재의 양단부에 장착 및 제거가 용이하고, 단순한 구성의 추가를 통해서 액압성형 공정의 실링 효과를 극대화시킬 수 있다.According to the hydraulic pressure molding apparatus and the hydraulic pressure molding method according to the embodiment, it is easy to mount and remove both ends of the formed pipe, and the sealing effect of the hydraulic pressure molding process can be maximized by adding a simple structure.
일 실시예에 따른 액압성형장치 및 액압성형방법에 의하면, 성형 관재의 양단부에 장착된 원통형의 슬리브 부재 및 펀치부에 서로 대응되게 형성된 경사면의 접촉을 통해 성형 관재 내 압력 누수가 예방될 수 있다.According to the hydraulic pressure molding apparatus and the hydraulic pressure molding method according to the embodiment, the pressure leakage in the formed tube can be prevented through the contact between the cylindrical sleeve member mounted at both ends of the formed tube and the inclined surface formed corresponding to the punch portion.
일 실시예에 따른 액압성형장치 및 액압성형방법에 의하면, 성형 관재의 양단부에서 압력 누수를 방지하여, 펀치부의 축방향 이송에 의한 하중이 성형 관재에 효과적으로 전달되고, 성형 관재 내부 압력을 높게 유지할 수 있다.According to the hydraulic pressure molding apparatus and the hydraulic pressure molding method according to the embodiment, it is possible to prevent pressure leakage at both ends of the formed tube, to effectively transmit the load due to the axial direction transfer of the punch to the formed tube, have.
도 1은 종래의 액압성형장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 비대칭 형상 액압성형 시 펀치부에 작용하는 응력 분포를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 액압성형장치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 액압성형방법을 도시하는 순서도이다.
도 5(a) 내지 (c)는 액압성형 공정의 개략도이다.
도 6은 성형 관재의 중앙에서 요소(element)에 작용하는 응력들을 도시한다.
도 7은 액압성형 공정 동안에 작용하는 힘들을 개략적으로 도시한다.
도 8은 스프링 갭에서 발생되는 주름을 도시한다.
도 9는 액압성형 시 펀치부와 슬리브 부재에 의한 성형 관재의 단부 형상을 도시한다.
도 10은 성형 관재의 단부 변형을 상세히 도시한다.
도 11은 액압성형 공정에 대한 프로세스 다이어그램을 도시한다.
도 12(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대한 유한요소해석 모델을 도시한다.
도 13(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재의 접촉 표면의 응력 분포에 대한 유한요소 해석 결과를 도시한다.
도 14는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재의 응력 분포를 비교하는 그래프이다.
도 15(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대한 액압성형 실험을 위한 셋업을 도시한다.
도 16은 비대칭 형상 성형을 위한 공동이 구비된 금형부를 도시한다.
도 17은 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형 관재 내부 압력을 나타내는 그래프이다.
도 18(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재의 최종 형상을 도시한다.Fig. 1 schematically shows a conventional hydraulic press forming apparatus.
Fig. 2 shows the stress distribution acting on the punch portion in the asymmetric hydroforming.
Figure 3 schematically shows a hydroforming apparatus according to one embodiment.
4 is a flowchart showing a hydroforming method according to one embodiment.
5 (a) to 5 (c) are schematic views of the hydroforming process.
Figure 6 shows the stresses acting on the element at the center of the formed tube.
Figure 7 schematically illustrates the forces acting during the hydroforming process.
8 shows corrugations generated in the spring gap.
Fig. 9 shows an end portion shape of the formed tube by the punch portion and the sleeve member in the hydroforming.
Fig. 10 shows in detail the end deformation of the formed pipe.
Figure 11 shows a process diagram for a hydroforming process.
12 (a) and 12 (b) show a finite element analysis model for a conventional hydroforming apparatus and a hydroforming apparatus according to an embodiment.
Figs. 13 (a) and 13 (b) show the results of the finite element analysis for the stress distribution on the contact surfaces of the tube material formed in the conventional hydraulic press forming apparatus and the hydraulic press forming apparatus according to one embodiment.
Fig. 14 is a graph comparing the stress distribution of the tube material formed in the conventional hydraulic press forming apparatus and the hydraulic press forming apparatus according to one embodiment.
Figs. 15 (a) and 15 (b) show setups for hydroforming experiments on a conventional hydroforming apparatus and a hydroforming apparatus according to an embodiment.
Fig. 16 shows a mold part provided with a cavity for asymmetric shape forming.
17 is a graph showing the pressure inside the formed tube in the conventional hydraulic press forming apparatus and the hydraulic press forming apparatus according to the embodiment.
Figs. 18 (a) and 18 (b) show the final shape of the tube material molded in the conventional hydroforming apparatus and the hydroforming apparatus according to one embodiment.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the best of an understanding clear.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The components included in any one embodiment and the components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, the description of any one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description thereof will be omitted in the overlapping scope.
도 3은 일 실시예에 따른 액압성형장치를 개략적으로 도시하고, 도 4는 일 실시예에 따른 액압성형방법을 도시하는 순서도이고, 도 5(a) 내지 (c)는 액압성형 공정의 개략도이다.Fig. 3 schematically shows a hydroforming apparatus according to one embodiment, Fig. 4 is a flowchart showing a hydroforming method according to an embodiment, and Figs. 5 (a) to 5 (c) .
도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 액압성형장치(10)는 금형부(100), 펀치부(200) 및 실링부(300)를 포함할 수 있다.3, the
상기 금형부(100)는 예를 들어 상부 다이(102) 및 하부 다이(104)를 포함할 수 있다.The
이때, 상부 다이(102) 및 하부 다이(104)의 결합 시 내부에 성형 관재(T)가 제공될 수 있도록 공동이 형성될 수 있다.At this time, a cavity may be formed so that the formed tube T may be provided inside the
구체적으로 도시되지는 않았으나, 상기 공동과 성형 관재(T)의 접촉면에는 성형하고자 하는 형상으로 가공될 수 있다.Although not specifically shown, the contact surface between the cavity and the molded tube T can be formed into a shape to be molded.
또한, 상부 다이(102) 및 하부 다이(104)의 결합 시 성형 관재(T)의 양단부에 장착된 실링부(300)가 수용될 수 있는 공동이 추가적으로 형성될 수 있음은 당연하다.It is of course also possible to additionally form cavities into which the sealing
상기 금형부(100)의 양측에는 펀치부(200)가 배치될 수 있다.The
상기 펀치부(200)는 금형부(100)의 양측으로부터 성형 관재(T)의 양단부 내부를 향해 이송될 수 있다.The
구체적으로, 펀치부(200)는 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)을 포함할 수 있다.Specifically, the
상기 제1 구획(202)은 펀치부(200)의 축방향 이송 시에 성형 관재(T)의 양단부에서 내부에 삽입될 수 있다.The
이때, 축방향 이송은 성형 관재(T)의 길이방향을 따라 연장된 성형 관재(T)의 중심축을 따라 펀치부(200)가 이송된다는 것을 의미할 수 있다.At this time, the axial transfer may mean that the
상기 제2 구획(204)은 제1 구획(202)에 연결되어, 펀치부(200)의 축방향 이송 시에 성형 관재(T)의 양단부로부터 외부에 돌출될 수 있다.The
또한, 펀치부(200)에서 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)이 연결된 부분에는 경사면(206)이 형성될 수 있다.In addition, the
예를 들어, 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)이 별개의 부품으로 마련된 경우 필렛 용접에 의해 연결될 수 있다. 또는, 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)은 하나의 부품으로 마련된 경우 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)의 경계면이 모따기로 절삭 가공될 수 있다.For example, if the
이때, 제1 구획(202) 및 제2 구획(204)이 연결된 부분에 형성된 경사면(206)에 의해 성형 관재(T)의 양단부가 확장 변형되고, 후술하게 될 실링부(300)의 슬리브 부재(330)가 성형 관재(T)를 사이에 두고 경사면(206)에 접촉하게 될 수 있다. 이는 또한 실링부(300)의 슬리브 부재(330)에 경사면(206)의 형상에 대응되는 형상이 구비될 수 있다는 것을 의미하기도 한다.At this time, the both ends of the formed tube T are expanded and deformed by the
이와 같이 성형 관재(T)의 양단부에서 펀치부(200) 및 실링부(300)가 밀착되는 구조적 특징에 의해 성형 관재(T)의 내부 압력 누수가 예방될 수 있다.The inner pressure leaking of the formed tube T can be prevented by the structural feature that the
한편, 성형 관재(T)의 양단부 외측면에는 실링부(300)가 장착될 수 있다.On the other hand, the sealing
상기 실링부(300)는 하나의 실링 유닛으로 구성되어, 성형 관재(T)로부터 제거 가능하게 장착될 수 있으며, 경우에 따라서 성형 관재(T)에 대한 실링부(300)의 위치 조정 또는 실링부(300)의 유지 보수를 용이하게 수행할 수 있다.The sealing
이때, 실링부(300)에 의해서 성형 관재(T)의 양단부는 금형부(100)에 의해서 성형되지 않고, 실링부(300)가 장착되지 않은 성형 관재(T)의 일부만이 금형부(100)에 의해서 성형될 수 있다. 다시 말해서, 성형 관재(T)는 비성형 구간 및 성형 구간을 포함할 수 있다.At this time, both end portions of the formed tube T are not formed by the
구체적으로, 실링부(300)는 스프링 부재(310) 및 슬리브 부재(320)를 포함할 수 있다.Specifically, the sealing
상기 스프링 부재(310)는 예를 들어 탄성 재질로 마련되어, 성형 관재(T)의 외측면에 장착될 수 있다.The
이때, 스프링 부재(310)는 펀치부(200)의 축방향 이송에 의한 성형 관재(T)에 축방향 하중 인가 시 압축 변형될 수 있다.At this time, the
이와 같이 실링부(300)가 스프링 부재(310)를 포함함으로써, 성형 관재(T)에 축방향 하중 인가 시 또는 펀치부(200)의 축방향 이송 시 스프링 부재(310)가 균일하게 압축 변형될 수 있다. 이는 스프링 부재(310)가 균일하게 반력을 발생시킬 수 있다는 것을 의미하고, 스프링 부재(310)에서 발생된 균일한 반력은 성형 관재(T)와 펀치부(200) 사이의 접촉 증가를 일으킬 수 있다.Since the sealing
한편, 슬리브 부재(320)는 원통형으로 마련되어, 성형 관재(T)의 양단부에 장착될 수 있다.On the other hand, the
또한, 슬리브 부재(320)는 비탄성 재질로 마련되어 펀치부(200)의 축방향 이송 시에 변형되지 않고 본래의 형상대로 유지될 수 있다.In addition, the
이때, 슬리브 부재(320)는 스프링 부재(310)에 인접하게 배치될 수 있고, 스프링 부재(310)보다 성형 관재(T)의 양단부 외측면에 장착될 수 있다.At this time, the
특히, 도 4를 더 참조하여, 일 실시예에 따른 액압성형장치(10)를 액압성형 공정은 다음과 같이 될 수 있다.More specifically, referring to Fig. 4, the hydroforming process of the
우선, 성형 관재(T)의 양단부에 실링부(300)를 장착하고(S10), 성형 관재(T)를 금형부(100)에 형성된 공동 내에 제공한다(S20).First, the sealing
이때, 실링부(300)는 전술된 바와 같이 스프링 부재(310) 및 슬리브 부재(320)를 포함할 수 있다.At this time, the sealing
그런 다음, 성형 관재(T)의 양단부 내부를 향해서 펀치부(200)를 이송시키고(S30), 펀치부(200)가 성형 관재(T)의 내부에 삽입된다(S40).Then, the
이때, 도 5(a)를 참조하여, 슬리브 부재(330)의 내측면에 펀치부(200)의 경사면(206) 형상에 대응하는 경사면이 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 슬리브 부재(330)의 내측면 형상에 의해 성형 관재(T)의 단부가 외부에 노출될 수 있다.Referring to FIG. 5A, it can be seen that an inclined surface corresponding to the shape of the
도 5(b)를 참조하여, 펀치부(200)가 축방향 이송하면, 펀치부(200)의 제1 구획(202)이 성형 관재(T)의 내부에 삽입되고, 펀치부(200)의 제2 구획(204)은 성형 관재(T)의 외부에 배치될 수 있다. 그리고 펀치부(200)의 축방향 이송에 의해 스프링 부재(320)가 압축 변형되면서 금형부(100) 내 공동에 펀치부(200)의 제2 구획(204)이 배치될 수 있다.5 (b), when the
구체적으로, 펀치부(200)의 A방향으로 축방향 이송에 의해, 스프링 부재(310)가 A방향으로 압축 변형되고, 스프링 부재(310)에서 A방향과 반대되는 B방향으로 반력이 발생할 수 있다. 상기 B방향은 성형 관재(B)의 단부가 펀치부(200)를 향하는 방향이다. 따라서 스프링 부재(310)에서 발생된 반력에 의해 성형 관재(B)의 단부와 펀치부(200)의 접촉 응력이 증가될 수 있다.Specifically, the
이때, 스프링 부재(310)가 균일하게 압축 변형되어, 성형 관재(B)의 단부와 펀치부(200) 사이에 균일한 접촉 응력이 발생할 수 있다.At this time, the
또한, 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 펀치부(200)가 성형 관재(T) 내부에 완전히 삽입되면, 펀치부(200)의 경사면(206)에 의해 성형 관재(T)의 단부가 확장 변형되고, 변형된 성형 관재(T)를 사이에 두고 경사면(206)과 슬리브 부재(320)가 접촉하게 되어, 펀치부(200)와 성형 관재(T) 또는 펀치부(200)와 슬리브 부재(320)가 밀착되어, 성형 관재(T)의 양단부가 밀봉되고 성형 관재(T)의 단부에서 압력 누수가 예방될 수 있다.5 (c), when the
이에 의해서 성형 관재(T)에 제공되는 압력, 예를 들어 성형 관재(T)의 내부 압력(P)이 성형 관재(T)에서 성형되는 부분(성형부)에 집중되어, 최종 제품의 형상 정확도가 증가될 수 있다.Thereby, the pressure provided to the formed tube T, for example, the internal pressure P of the formed tube T is concentrated in a portion (molded portion) molded in the tube T, Can be increased.
이와 같이 성형 관재(T)의 양단부가 밀봉된 후에, 성형 관재(T) 내에 유압 오일로 채움으로써 성형 관재(T)가 금형부(100)의 공동 형상에 따라서 성형된다(S50).After both end portions of the formed tube T are sealed in this way, the formed tube T is molded in accordance with the cavity shape of the
성형 관재(T)의 액압성형이 완료된 후에, 성형 관재(T)의 양단부로부터 실링부(300)를 제거한다(S60).After completion of the hydroforming of the shaped tube T, the sealing
구체적으로 도시되지는 않았으나, 성형 관재(T)의 양단부로부터 실링부(300)를 제거하기 전에, 성형 관재(T)의 양단부로부터 펀치부(200)가 먼저 제거될 수 있음은 당연하다.Although it is not shown in detail, it is of course possible to remove the
이상 일 실시예에 따른 액압성형장치 및 액압성형방법에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 일 실시예에 따른 액압성형장치를 이용한 액압성형 공정을 최적화하기 위한 이론석 해석(Analytical analysis)에 대하여 설명된다.The hydroforming apparatus and the hydraulic pressure forming method according to one embodiment have been described. The analytical analysis for optimizing the hydroforming process using the hydraulic pressure molding apparatus according to one embodiment will be described below.
도 6은 성형 관재의 중앙에서 요소(element)에 작용하는 응력들을 도시하고, 도 7은 액압성형 공정 동안에 작용하는 힘들을 개략적으로 도시하고, 도 8은 스프링 갭에서 발생되는 주름을 도시하고, 도 9는 액압성형 시 펀치부와 슬리브 부재에 의한 성형 관재의 단부 형상을 도시하고, 도 10은 성형 관재의 단부 변형을 상세히 도시하고, 도 11은 액압성형 공정에 대한 프로세스 다이어그램을 도시한다.Figure 6 shows the stresses acting on the element at the center of the formed tube, Figure 7 schematically shows the forces acting during the hydroforming process, Figure 8 shows the corrugations generated in the spring gap, Fig. 10 shows the end deformation of the formed tube in detail, and Fig. 11 shows a process diagram for the hydroforming step. Fig. 9 shows the end portion shape of the formed tube by the punch portion and the sleeve member in hydroforming.
도 6을 참조하여, 내부 압력(P)을 받는 내벽을 갖는 성형 관재(T)를 가정해볼 수 있다. 내부 압력(P)은 예를 들어 고압 유체를 발생시키기 위한 액압 증폭 시스템(hydraulic pressure intensifier system)에 연결된 압력 센서에 의해 측정될 수 있다.With reference to Fig. 6, it can be assumed that the formed tube T having the inner wall receiving the internal pressure P is formed. The internal pressure P may be measured, for example, by a pressure sensor connected to a hydraulic pressure intensifier system for generating a high pressure fluid.
액압성형 공정에서 펀치부(200)의 축방향 이송 동안, 축방향 알짜응력(net stress)은 다음의 등식 (1)에 의해 나타내진다.During the axial transfer of the
이때, P는 내부 압력이고, r은 성형 관재(T)의 반경이고, t는 성형 관재(T)의 내벽 두께이다. 그리고 Fnet는 균형된 축력(balanced axial force)이다.In this case, P is the internal pressure, r is the radius of the formed tube T, and t is the inner wall thickness of the formed tube T. And Fnet is a balanced axial force.
또한, 도 7을 참조하여, 축방향으로 작용되는 힘은 다음의 등식 (2)에 의해 나타내진다.7, the force acting in the axial direction is represented by the following equation (2).
이때, 이론적 해석을 단순화하기 위해서, 마찰력은 없는 것으로 가정한다.At this time, in order to simplify the theoretical analysis, it is assumed that there is no frictional force.
Fnet은 균형된 축력(balanced axial force)이고, Fa는 펀치부(200)에 의한 축력이고, Fi는 성형 관재(T)의 내부 압력으로부터의 축력이고, Fs는 스프링 부재(310)에서 발생된 반력이다.Fnet is a balanced axial force, Fa is axial force by the
상기 Fa는 조절 가능한 값으로서, 미리 프로그래밍된 대로 조절될 수 있다.The Fa is an adjustable value and can be adjusted as previously programmed.
또한, Fi는 다음의 등식 (3)과 같이 표현될 수 있다.Further, Fi can be expressed by the following equation (3).
이때, D는 성형 관재(T)의 직경이다.At this time, D is the diameter of the formed tube (T).
Fs는 다음의 등식 (4)과 같이 표현될 수 있다.Fs can be expressed as the following equation (4).
이때, K는 스프링 부재(310)의 스프링 상수이고, s는 펀치부(200)의 이송 스트로크이다.At this time, K is the spring constant of the
상기 등식 (2) 내지 (4)를 조합하게 되면 다음의 등식 (5)와 같이 될 수 있다.When the above equations (2) to (4) are combined, the following equation (5) can be obtained.
등식 (5)를 등식 (1)에 대입하게 되면 다음의 등식 (6)과 같이 될 수 있다.If Equation (5) is substituted into Equation (1), the following Equation (6) can be obtained.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 스프링 부재(320)에는 스프링 갭(G)이 존재할 수 있으며, 스프링 갭(G)에 위치된 성형 관재(T)에서 주름(wrinkle; W)이 발생할 수 있다.8, a spring gap G may exist in the
이러한 주름(W) 발생을 방지하기 위한 조건은 다음의 등식 (7)과 같이 나타내질 수 있다.The condition for preventing the generation of the corrugations W can be expressed by the following equation (7).
이때, 는 폰 미세스 등가응력(von-Mises equivalent stress)이고, 는 성형 관재의 항복응력이다. 그리고 는 스프링 갭(G)에서 축방향 응력으로서, 이다.At this time, Is the von-Mises equivalent stress, Is the yield stress of the formed pipe. And As an axial stress in the spring gap G, to be.
등식 (7)에 을 대입하면 다음의 등식 (8)과 같다.Equation (7) The following equation (8) is obtained.
이와 같이, 성형 관재(T)에 대한 다양한 변수(예를 들어, 내부 압력, 성형 관재의 반경, 및 펀치부의 이송 스트로크 등)에 대한 이론적 등식을 정의함으로써, 스프링 갭(G)에서 성형 관재(T)의 주름이 등식 (6) 및 (8)을 사용하여 방지될 수 있다.Thus, by defining the theoretical equations for various parameters (e.g., the inner pressure, the radius of the forming tube, and the transfer stroke of the punch portion) for the formed tube T, ) Can be prevented by using equations (6) and (8).
추가적으로, 도 9 및 10을 참조하여, 성형 관재(T)의 양단부는 압력 누수를 방지하기 위해 웨지 형상(wedge shape)으로 변형될 수 있다.9 and 10, both ends of the formed tube T can be deformed into a wedge shape to prevent pressure leakage.
구체적으로, 성형 관재(T)의 웨지 절곡(wedge bending)은 도 10에서 점선 박스로 표현된 부분에서 주로 발생하는데, 이는 도 10에서 점선 박스로 표현된 부분에서 스프링 부재(310)의 반력과 펀치부(200)의 축력의 상호작용에 의해 굽힘 모멘트가 최대화되기 때문이다. Specifically, the wedge bending of the formed tube T mainly occurs at a portion represented by a dotted box in Fig. 10, which is caused by a reaction force of the
도 10에서 점선 박스로 표현된 부분에서 항복 모멘트 MY는 다음의 등식 (9)로 나타내진다.10, the yield moment M Y is represented by the following equation (9).
이때, l은 성형 관재(T)의 원주이고, t는 성형 관재(T)의 두께이고, 는 성형 관재의 항복응력이다.In this case, 1 is the circumference of the formed tube T, t is the thickness of the tube T, Is the yield stress of the formed pipe.
웨지 절곡(wedge bending)의 이론적 해석을 단순화하기 위해, 가공 경화의 효과는 고려되지 않는다. Fw가 성형 관재(T)의 단부에서 웨지를 형성하기 위한 힘으로 가정될 때, Fw로부터 도 10에서 점선 박스로 표현된 부분에서의 모멘트는 다음의 등식 (10)으로 나타내진다.In order to simplify the theoretical interpretation of wedge bending, the effect of work hardening is not taken into account. When the force Fw is assumed to be the force for forming the wedge at the end of the formed tube T, the moment at the portion represented by the dotted box in Fig. 10 from Fw is represented by the following equation (10).
이때, a는 항복 모멘트가 작용하는 지점과 성형 관재의 굽힘 지점 사이의 거리이다.Where a is the distance between the point at which the yield moment acts and the bending point of the forming tube.
따라서, Fw는 다음의 등식 (11)로 표현된다.Therefore, Fw is expressed by the following equation (11).
성형 관재(T)의 양단부가 액압성형 공정 동안 웨지 형상으로 변형되므로, 압력 누수를 방지하기 위해 성형 관재(T)의 양단부를 절곡하는 조건은 다음의 식(12)와 같이 나타내질 수 있다.Since both ends of the formed tube T are deformed into the wedge shape during the hydroforming process, the condition for bending both ends of the formed tube T to prevent pressure leakage can be expressed by the following equation (12).
이때, θ는 펀치부(200)의 경사면 각도이다.At this time,? Is the inclined angle of the
따라서 펀치부(200)의 경사면 각도는 식 (12)를 만족하도록 설계될 수 있다.Therefore, the inclined plane angle of the
예를 들어, 액압성형 공정 후에 성형 관재(T)로부터 펀치부(200) 및 실링부(300)의 제거를 용이하게 하기 위해 펀치부(200)의 경사면 각도는 30°로 설계될 수 있다.For example, in order to facilitate removal of the
이러한 경우, 등식 (11)을 식 (12)에 대입하면 다음의 식 (13)과 같다.In this case, substituting equation (11) into equation (12) yields equation (13).
한편, Point A 및 Point B는 다음의 등식 (14) 및 (15)와 같이 정의될 수 있다.On the other hand, Point A and Point B can be defined by the following equations (14) and (15).
이때, Fy는 내부 압력이 0일 때 성형 관재를 항복시키기 위한 힘이고,At this time, Fy is a force for yielding the forming tube when the internal pressure is zero,
Py는 축력이 0일 때 성형 관재를 항복시키기 위한 압력이다.Py is the pressure to yield the forming tube when the axial force is zero.
전술된 등식 (8), (13) 내지 (15)를 조합하여, 도 11에 도시된 바와 같이 액압성형 공정에 대한 프로세스 다이어그램이 획득될 수 있다.A process diagram for the hydroforming process as shown in Fig. 11 can be obtained by combining the above-described equations (8), (13) to (15).
구체적으로, 도 11은 펀치부의 축력에 대한 성형 관재의 내부 압력의 그래프 상에 성형-한계 곡선을 도시한다. 그래프 상의 선들은 단일의 하중 경로(loading path)에 기초하여 도시된다.Specifically, Fig. 11 shows the forming-limit curve on the graph of the internal pressure of the forming tube with respect to the axial force of the punch portion. The lines on the graph are shown based on a single loading path.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 안전 성형 공정 범위는 주름(wrinkling), 실링(sealing) 및 항복 선들(yielding lines)에 의해 둘러싸이고, 하중 경로가 안전 성형 공정 범위를 따르게 함으로써 성공적인 성형 제품을 획득할 수 있다. 다시 말해서, 하중 경로가 안전 성형 공정 범위 내에 포함되도록, 성형 관재(T), 펀치부(200) 및 실링부(300)의 변수가 설계되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.11, the safe forming process range is surrounded by wrinkling, sealing and yielding lines, and the load path follows the safe forming process range, Can be obtained. In other words, it can be seen that the parameters of the formed tube T, the
이하에서는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대한 유한요소해석 결과에 대해서 설명된다.Hereinafter, the results of the finite element analysis for the conventional hydraulic press forming apparatus and the hydraulic press forming apparatus according to one embodiment will be described.
도 12(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대한 유한요소해석 모델을 도시하고, 도 13(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재의 접촉 표면의 응력 분포에 대한 유한요소 해석 결과를 도시하고, 도 14는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재의 응력 분포를 비교하는 그래프이다.Figs. 12 (a) and 12 (b) show a conventional hydroforming apparatus and a finite element analysis model for a hydroforming apparatus according to an embodiment, and Figs. 13 (a) FIG. 14 is a graph showing the results of the finite element analysis for the stress distribution on the contact surface of the tube material formed in the hydroforming apparatus according to the embodiment. FIG. This is a graph comparing the stress distribution.
특히, 도 13(a)를 참조하여, 종래의 액압성형장치를 사용하여 액압성형 공정을 수행하는 경우, 성형 관재 및 펀치부 사이의 접촉면에 대한 압력 구배가 균일하지 않다는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 13(b)를 참조하여, 실링부를 포함하는 일 실시예에 따른 액압성형장치를 사용하여 액압성형 공정을 수행하는 경우, 성형 관재 및 펀치부 사이의 접촉면에 대한 압력 구배가 균일하다는 것을 확인할 수 있다.In particular, referring to Fig. 13 (a), it can be confirmed that the pressure gradient relative to the contact surface between the formed tube and the punch portion is not uniform when the hydroforming process is carried out using the conventional hydroforming apparatus. On the other hand, referring to Fig. 13 (b), when the hydroforming process is carried out using the hydroforming apparatus according to the embodiment including the sealing portion, it is confirmed that the pressure gradient with respect to the contact surface between the formed tube and the punch portion is uniform Can be confirmed.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 종래의 액압성형장치를 사용하여 액압성형 공정을 수행하는 경우, 0°, 90° 및 180°에서 성형 관재 및 펀치부 사이의 접촉 응력이 각각 62.5, 23.8 및 67.80MPa이다.14, when a hydroforming process is performed using a conventional hydroforming apparatus, the contact stresses between the formed pipe and punch portions at 0 °, 90 °, and 180 ° are 62.5, 23.8, 67.80 MPa.
이에 의해 성형 관재에서 덜 가압되는 영역 안으로 유체 누설 또는 압력 누설이 발생할 수 있고, 이러한 불균일한 압력 분포는 비대칭 성형 형상에 의해 주로 유발된다.This can lead to fluid leakage or pressure leakage into the area to be less pressurized in the formed tube, and this nonuniform pressure distribution is mainly caused by the asymmetric molding configuration.
반면, 일 실시예에 따른 액압성형장치에서는 펀치부의 축력 및 스프링 부재의 반력의 상호작용을 통해서 성형 관재 및 펀치부 사이의 접촉 응력이 대체로 균일하게 된다는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the hydroforming apparatus according to an embodiment, it can be seen that the contact stress between the formed pipe and the punch portion becomes substantially uniform through the interaction of the axial force of the punch portion and the reaction force of the spring member.
이하에서는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대한 성형 테스트에 대해서 설명된다.Hereinafter, a molding test for a conventional hydraulic press forming apparatus and a hydraulic press forming apparatus according to one embodiment will be described.
도 15(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대한 액압성형 실험을 위한 셋업을 도시하고, 도 16은 비대칭 형상 성형을 위한 공동이 구비된 금형부를 도시하고, 도 17은 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형 관재 내부 압력을 나타내는 그래프이고, 도 18(a) 및 (b)는 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형된 관재의 최종 형상을 도시한다.15 (a) and 15 (b) show setups for hydroforming experiments on a conventional hydroforming apparatus and a hydroforming apparatus according to an embodiment, and Fig. 16 shows a mold section having cavities for asymmetric shape forming (A) and 18 (b) are graphs showing the pressure inside the molded tube in the conventional hydraulic pressure molding apparatus and the hydraulic pressure molding apparatus according to the embodiment, and FIGS. 18 The final shape of the tube formed in the hydroforming apparatus according to the present invention is shown.
도 15(a)는 종래의 액압성형장치에 대한 액압성형 실험을 위한 셋업으로서, 금형부(100)에 형성된 공동 내에 성형 관재(T)가 제공되고, 성형 관재(T)의 양단부에 펀치부(200)가 이송되도록 구성된다.15 (a) is a set-up for a hydraulic pressure molding test on a conventional hydraulic pressure molding apparatus, in which a formed tube T is provided in a cavity formed in a
반면, 도 15(b)는 일 실시예에 따른 액압성형장치에 대한 액압성형 실험을 위한 셋업으로서, 실링부(300)가 양단부에 장착된 성형 관재(T)가 금형부(100)에 형성된 공동 내에 제공된 다음, 성형 관재(T)의 양단부에 펀치부(200)가 축방향 이송되어 성형 관재(T)의 양단부를 밀봉시키도록 구성된다.15 (b) is a set-up for the hydroforming test of the hydroforming apparatus according to an embodiment, in which a molded tube T mounted with sealing
특히, 도 16을 참조하여, 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 금형부(100)는 중앙에 성형 관재(T)가 성형될 공동(C1)이 구비되고, 양단부에 실링부(300)가 위치될 공동(C2)이 구비될 수 있다. 이때, 공동(C1)에는 성형 관재(T)의 목표 형상이 가공될 수 있다. 16, in the hydroforming apparatus according to the embodiment, the
도 17을 참조하여, 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 성형 관재 내부 압력을 비교한 결과, 종래의 액압성형장치에서는 최대 내부 압력이 약 25.4MPa 정도에서 공정이 중단된 반면, 일 실시예에 따른 액압성형장치에서는 최대 내부 압력이 약 44.9MPa 정도에서 중단되어, 종래의 액압성형장치와 대비하여 20MPa 정도 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 17, the pressure inside the molded pipe in the conventional hydraulic press forming apparatus and the hydraulic press forming apparatus according to one embodiment were compared. As a result, in the conventional hydraulic press apparatus, the process was stopped at a maximum internal pressure of about 25.4 MPa , The maximum internal pressure of the hydroforming apparatus according to the embodiment is about 44.9 MPa, which is about 20 MPa higher than that of the conventional hydraulic press forming apparatus.
또한, 도 18(a) 및 (b)를 참조하여, 종래의 액압성형장치 및 일 실시예에 따른 액압성형장치에서 최종 형상을 비교한 결과, 종래의 액압성형장치에서는 최종 형상의 성형 정도가 매우 낮다는 것을 확인할 수 있다. 이는 성형 관재 내 낮은 내부 압력으로 인해서 성형 관재가 정밀하게 성형될 수 없기 때문이다. 반면, 일 실시예에 따른 액압성형장치에서는 성형 관재 내 높은 내부 압력으로 인해 성형 정도가 목표 형상에 매우 근접하게 된 것을 확인할 수 있다.18 (a) and 18 (b), the final shapes of the conventional hydroforming apparatus and the hydroforming apparatus according to the embodiment were compared. As a result, in the conventional hydraulic press apparatus, It can be confirmed that it is low. This is because the molded tube can not be precisely molded due to the low internal pressure in the tube. On the other hand, in the hydroforming apparatus according to the embodiment, it is confirmed that the degree of molding is very close to the target shape due to the high internal pressure in the formed tube.
이와 같이 일 실시예에 따른 액압성형장치 및 액압성형방법은 실링부에 의해 펀치부와 성형 관재의 접촉 증가로 인한 압력 누수가 예방될 수 있으며, 이에 의해 성형 관재 내부에 작용하는 압력이 증가될 수 있다. 또한, 설정된 압력으로 성형 관재를 액압성형함으로써 복잡한 부품의 액압 성형이 가능하고, 최종 제품의 형상 정확도를 증가시킬 수 있다.As described above, in the hydraulic pressure molding apparatus and the hydraulic pressure molding method according to the embodiment, the sealing portion can prevent the pressure leakage due to the increase of the contact between the punch portion and the molded tube, thereby increasing the pressure acting inside the molded tube have. Further, it is possible to perform hydroforming of a complicated component by hydroforming the formed pipe with the set pressure, and the shape accuracy of the final product can be increased.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. Although the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the claims set forth below, fall within the scope of the present invention.
10: 액압성형장치
100: 금형부
200: 펀치부
300: 실링부
310: 스프링 부재
320; 슬리브 부재10: Hydraulic molding device
100: mold part
200: punch portion
300: sealing part
310: spring member
320; Sleeve member
Claims (8)
상기 금형부의 양측으로부터 상기 성형 관재의 양단부 내부를 향해 이송되는 펀치부; 및
상기 성형 관재의 양단부 외측면에 제거 가능하게 장착되는 실링부;
를 포함하고,
상기 실링부는,
상기 성형 관재의 외측면에 장착되어, 상기 펀치부의 이송에 의해 압축 변형되는 스프링 부재;
를 포함하고,
상기 스프링 부재는 상기 펀치부의 이송 방향과 반대되는 방향으로 반력을 발생시키고, 상기 반력에 의해 상기 펀치부 및 상기 성형 관재의 양단부의 접촉 응력이 균일해지고,
성형 관재의 내부 압력, 성형 관재의 반경 및 성형 관재의 두께에 의해 결정되는 폰 미세스 등가 응력은 성형 관재의 항복 응력보다 작게 설정되고,
상기 실링부는, 원통형으로 마련되어, 상기 스프링 부재보다 상기 성형 관재의 양단부에 인접하게 배치되는 슬리브 부재를 더 포함하고, 상기 펀치부 및 상기 슬리브 부재의 접촉에 의해 상기 성형 관재의 양단부가 밀봉되고,
상기 슬리브 부재 및 상기 펀치부의 접촉면의 경사각(θ)은 아래 수식에 의해 결정되고,
이때,
Fw는 상기 펀치부가 상기 성형 관재의 양단부를 변형시키기 위한 힘이고,
Fa는 상기 펀치부의 축력이고,
Fi는 상기 성형 관재의 내부 압력으로부터의 축력이고,
Fs는 상기 스프링 부재에서 발생된 반력인 액압성형장치.
A mold having a cavity provided with a molded tube;
A punch unit which is transported from both sides of the mold unit toward both ends of the molded pipe; And
A sealing portion removably mounted on the outer side surfaces of both ends of the molded pipe;
Lt; / RTI >
The sealing portion
A spring member mounted on an outer surface of the formed tube and being compressively deformed by the transfer of the punch portion;
Lt; / RTI >
The spring member generates a reaction force in a direction opposite to the conveying direction of the punch portion and the contact stress between the punch portion and the both end portions of the formed tube becomes uniform by the reaction force,
The von Mises equivalent stress determined by the inner pressure of the formed tube, the radius of the formed tube and the thickness of the formed tube is set to be smaller than the yield stress of the formed tube,
Wherein the sealing portion further includes a sleeve member which is provided in a cylindrical shape and is disposed adjacent to both ends of the molded tube member than the spring member, both ends of the molded tube member are sealed by the contact between the punch portion and the sleeve member,
The inclination angle? Of the contact surface of the sleeve member and the punch portion is determined by the following equation,
At this time,
Fw is a force for deforming both end portions of the formed pipe member by the punching portion,
Fa is an axial force of the punch portion,
Fi is the axial force from the internal pressure of the formed pipe,
And Fs is a reaction force generated in the spring member.
상기 슬리브 부재 및 상기 펀치부의 접촉면은 경사지게 형성되고,
상기 슬리브 부재 및 상기 펀치부의 접촉면 사이에 상기 성형 관재의 양단부가 위치되어 상기 펀치부의 이송에 의해 상기 성형 관재의 양단부가 웨지 형상으로 확장되게 변형되는 액압성형장치.
The method according to claim 1,
Wherein a contact surface of the sleeve member and the punch portion is formed obliquely,
Both end portions of the formed tube are positioned between the contact surfaces of the sleeve member and the punch portion, and both ends of the formed tube are deformed to expand into a wedge shape by the transfer of the punch portion.
상기 성형 관재를 금형부에 형성된 공동 내에 제공하는 단계;
상기 성형 관재의 양단부 내부를 향하여 펀치부를 이송시키는 단계;
상기 펀치부가 상기 성형 관재 내부에 삽입되는 단계; 및
상기 성형 관재가 상기 금형부의 공동 형상에 따라서 성형되는 단계;
를 포함하고,
상기 펀치부가 상기 성형 관재 내에 삽입되는 단계에서,
상기 실링부 및 상기 펀치부의 접촉면 형상에 의해 상기 성형 관재의 양단부가 확장 변형되고,
성형 관재의 내부 압력, 성형 관재의 반경 및 성형 관재의 두께에 의해 결정되는 폰 미세스 등가 응력은 성형 관재의 항복 응력보다 작게 설정되고,
상기 성형 관재의 양단부에 실링부를 장착하는 단계에서,
상기 실링부는,
원통형으로 마련되어, 상기 성형 관재의 양단부 외측면에 장착된 슬리브 부재; 및
상기 슬리브 부재에 인접하게 상기 성형 관재의 외측면에 장착되어, 상기 펀치부의 이송에 의해 압축 변형되는 스프링 부재;
를 포함하고,
상기 슬리브 부재 및 상기 펀치부의 접촉면의 경사각(θ)은 아래 수식에 의해 결정되고,
이때,
Fw는 상기 펀치부가 상기 성형 관재의 양단부를 변형시키기 위한 힘이고,
Fa는 상기 펀치부의 축력이고,
Fi는 상기 성형 관재의 내부 압력으로부터의 축력이고,
Fs는 상기 스프링 부재에서 발생된 반력인 액압성형방법.
Attaching a sealing part to both ends of the formed tube;
Providing the shaped tube in a cavity formed in the mold part;
Conveying the punch portion toward the inside of both ends of the formed pipe member;
Inserting the punch portion into the molded tube; And
Forming the formed tube according to a cavity shape of the mold part;
Lt; / RTI >
Wherein in the step of inserting the punch portion into the forming tube,
Both end portions of the formed tube are expanded and deformed by the contact surface shape of the sealing portion and the punch portion,
The von Mises equivalent stress determined by the inner pressure of the formed tube, the radius of the formed tube and the thickness of the formed tube is set to be smaller than the yield stress of the formed tube,
In the step of mounting the sealing portions at both ends of the formed tube,
The sealing portion
A sleeve member provided in a cylindrical shape and mounted on outer side surfaces of both ends of the molded tube; And
A spring member mounted on an outer surface of the molded tube adjacent to the sleeve member and being compressively deformed by the transfer of the punch portion;
Lt; / RTI >
The inclination angle? Of the contact surface of the sleeve member and the punch portion is determined by the following equation,
At this time,
Fw is a force for deforming both end portions of the formed pipe member by the punching portion,
Fa is an axial force of the punch portion,
Fi is the axial force from the internal pressure of the formed pipe,
And Fs is a reaction force generated in the spring member.
상기 펀치부가 상기 성형 관재 내에 삽입되는 단계에서,
상기 스프링 부재는 상기 펀치부의 이송 방향과 반대되는 방향으로 반력을 발생시키고, 상기 스프링 부재에서 발생된 반력에 의해 상기 슬리브 부재 및 상기 펀치부가 밀착되는 액압성형방법.
6. The method of claim 5,
Wherein in the step of inserting the punch portion into the forming tube,
Wherein the spring member generates a reaction force in a direction opposite to the conveying direction of the punch portion and the sleeve member and the punch portion are in close contact with each other by a reaction force generated in the spring member.
상기 성형 관재가 상기 금형부의 공동 형상에 따라서 성형되는 단계 후에,
상기 성형 관재의 양단부로부터 상기 실링부를 제거하는 단계;
를 더 포함하는 액압성형방법.6. The method of claim 5,
After the step of forming the forming tube according to the cavity shape of the mold part,
Removing the sealing portion from both ends of the formed tube;
Further comprising the steps of:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170141331A KR101987547B1 (en) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Hydroforming apparatus and hydroforming method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170141331A KR101987547B1 (en) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Hydroforming apparatus and hydroforming method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190047439A KR20190047439A (en) | 2019-05-08 |
KR101987547B1 true KR101987547B1 (en) | 2019-06-10 |
Family
ID=66580519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170141331A KR101987547B1 (en) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Hydroforming apparatus and hydroforming method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101987547B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004337898A (en) * | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | Hydraulic forming method and hydraulic forming device for tubular member |
KR100604635B1 (en) * | 2004-10-04 | 2006-07-28 | 주식회사 성우하이텍 | A press system for hydro-forming |
-
2017
- 2017-10-27 KR KR1020170141331A patent/KR101987547B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004337898A (en) * | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | Hydraulic forming method and hydraulic forming device for tubular member |
KR100604635B1 (en) * | 2004-10-04 | 2006-07-28 | 주식회사 성우하이텍 | A press system for hydro-forming |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190047439A (en) | 2019-05-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mori et al. | Mechanism of improvement of formability in pulsating hydroforming of tubes | |
JP4478200B2 (en) | Hydroform processing method and hydroformed parts | |
KR102036062B1 (en) | Press processing apparatus and press processing method | |
JP5695032B2 (en) | Fluid pressure accumulator | |
CN105945122A (en) | Metal pipe forming equipment and method thereof | |
KR101322229B1 (en) | Method for forming deformed cross-section and formed article of quadrilateral cross-section exhibiting excellent spot weldability | |
CN109158458A (en) | A method of pipe liquid filled press-bending is carried out using composite filled medium | |
JPS60118339A (en) | Metal forming device | |
CN102962308A (en) | Special internal high pressure shaping method for thin-wall welded shell | |
KR101987547B1 (en) | Hydroforming apparatus and hydroforming method | |
JP2008149343A (en) | Tube hydroforming method | |
CN106881439B (en) | The manufacturing method of ball transition irregular barrel forging | |
US8910500B2 (en) | Low friction end feeding in tube hydroforming | |
US7251973B2 (en) | Hydroforming apparatus | |
JPH06198358A (en) | Method and device for fixing tubular reinforcing insert into tubular metal structure | |
KR20130064718A (en) | Cylinder device | |
US11052446B2 (en) | Method for joining members, and joint body | |
JP3642232B2 (en) | Fluid pressure molding method, fluid pressure molding apparatus, and body member | |
CN109604436A (en) | The manufacturing process of liquid rocket engine thrust chamber body portion variable cross-section abnormity single tube | |
US10024772B1 (en) | Device and method for applying internal pressure to a hollow cylinder | |
KR101972664B1 (en) | Sealing unit and hydroforming apparatus comprising the same | |
JP6567120B1 (en) | Hydroforming method | |
KR102105652B1 (en) | Wire-reinforced metallic tube manufactured by hydroforming process, and apparatus and method for manufacturing the same | |
Trott et al. | Effect of preform during low pressure tube hydroforming | |
US3443409A (en) | Method for hydrodynamic forming of bellows-type articles and a device for their realization |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |