KR102115681B1 - 성형장치 - Google Patents

Abstract

성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 성형장치를 제공한다. 제어부(70)는, 금속파이프 재료(14) 내에 기체를 공급하여, 팽창 성형하도록 블로기구(60)를 제어한다. 이로써, 금속파이프 재료(14)는, 메인 캐비티부(MC)에 대응하는 형상으로 팽창 성형됨과 함께, 완성품의 플랜지부(80b)에 대응하는 부분은, 서브 캐비티부(SC)를 향하여 팽창한다. 제어부(70)는, 팽창한 금속파이프 재료(14)의 제2 성형부분(14b)을 서브 캐비티부(SC)에 의하여 눌러 밀어냄으로써 플랜지부(80b)를 성형하도록 구동부(81)를 제어한다. 여기에서, 서브 캐비티부(SC)는, 플랜지부(80b)의 성형 시에 있어서, 금형 외부와 연통하므로, 서브 캐비티부(SC)의 내면과 금속파이프 재료(14)의 제2 성형부분(14b)의 사이의 공기가 금형 외부로 빠져 나갈 수 있다.

Description

성형장치{MOLDING DEVICE}

본 발명은, 플랜지를 갖는 금속파이프를 성형하는 성형장치에 관한 것이다.

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

일본 공개특허공보 2003-154415호

여기에서, 금속파이프에 플랜지를 성형하는 것이 요청되고 있었다. 상술과 같은 성형장치로 플랜지를 갖는 금속파이프를 성형하는 경우, 플랜지 성형용의 용적이 작은 캐비티를 금형에 형성해 두고, 금속파이프를 팽창 성형하여, 플랜지 성형용 캐비티에 의하여 금속파이프 재료의 일부를 눌러 밀어냄으로써 플랜지를 성형할 수 있다. 이와 같은 경우, 금형의 캐비티가 금형 외부에 대하여 폐쇄된 공간으로 되어 있는 경우, 플랜지의 성형 시에, 금형의 내면과 플랜지가 되는 부분의 사이에 공기가 모여, 주름의 발생 등, 성형품의 품질에 영향이 미칠 가능성이 있다.

본 발명은, 상술과 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 성형장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 성형장치는, 플랜지를 갖는 금속파이프를 성형하는 성형장치로서, 서로 쌍이 되는 제1 금형 및 제2 금형과, 제1 금형 및 제2 금형 중 적어도 일방을 이동시키는 슬라이드와, 슬라이드를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동부와, 제1 금형과 제2 금형의 사이에서 금속파이프 재료를 지지하는 지지부와, 지지부에 지지된 금속파이프 재료 내에 기체를 공급하는 기체공급부와, 구동부, 지지부 및 기체공급부를 제어하는 제어부를 구비하고, 제1 금형 및 제2 금형은, 금속파이프의 파이프부를 성형하는 제1 캐비티부와, 플랜지부를 성형하는 제2 캐비티부를 구비하며, 제어부는, 지지부에 의하여 제1 금형과 제2 금형의 사이에서 지지된 금속파이프 재료 내에 기체를 공급함으로써, 금속파이프 재료를 팽창 성형하도록 기체공급부를 제어하고, 팽창한 금속파이프 재료의 일부를 제1 금형 및 제2 금형의 제2 캐비티부에 의하여 눌러 밀어냄으로써 플랜지부를 성형하도록 구동부를 제어하며, 제2 캐비티부는, 플랜지부의 성형 시에 있어서, 금형 외부와 연통한다.

본 발명에 관한 성형장치에 있어서, 제어부는, 지지부에 의하여 제1 금형과 제2 금형의 사이에서 지지된 금속파이프 재료 내에 기체를 공급함으로써, 금속파이프 재료를 팽창 성형하도록 기체공급부를 제어한다. 이로써, 금속파이프 재료의 파이프부에 대응하는 부분은, 제1 캐비티부에 대응하는 형상으로 팽창 성형됨과 함께, 플랜지부에 대응하는 부분은, 제2 캐비티부를 향하여 팽창한다. 또, 제어부는, 팽창한 금속파이프 재료의 일부를 제1 금형 및 제2 금형의 제2 캐비티부에 의하여 눌러 밀어냄으로써 플랜지부를 성형하도록 구동부를 제어한다. 여기에서, 제2 캐비티부는, 플랜지부의 성형 시에 있어서, 금형 외부와 연통한다. 따라서, 플랜지부의 성형 시에, 제2 캐비티부의 내면과 금속파이프 재료의 플랜지부를 형성하는 개소의 사이의 공기가 금형 외부로 빠져 나갈 수 있다. 이로써, 주름의 발생 등을 억제할 수 있어, 성형품의 품질을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 성형장치에 있어서, 제2 캐비티부는, 성형개시부터 성형완료에 이를 때까지, 금형 외부와 연통되어도 된다. 이로써, 성형개시부터 성형완료에 이를 때까지, 제2 캐비티부의 공기가 금형 외부로 빠져 나갈 수 있기 때문에, 성형품의 품질을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 성형장치에 있어서, 제2 캐비티부에는, 제1 금형 및 제2 금형 중 적어도 일방에, 플랜지부의 두께에 대응하는 크기의 단차가 형성되어도 된다. 이로써, 제2 캐비티부가 플랜지부를 성형한 시점에서, 당해 플랜지부의 두께에 대응하는 크기의 단차에 의하여 제2 캐비티부에 의한 플랜지부의 눌려 밀려나옴이 규제된다. 따라서, 플랜지부가 필요 이상으로 눌려 밀려나오는 것을 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 성형품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 성형장치의 개략 구성도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 II-II선을 따른 단면도로서, 블로 성형금형의 개략 단면도이다.
도 3은, 성형장치에 의한 제조 공정을 나타내는 도로서, 도 3(a)는 금형 내에 금속파이프 재료가 세팅된 상태를 나타내는 도, 도 3(b)는 금속파이프 재료가 전극에 지지된 상태를 나타내는 도이다.
도 4는, 성형장치에 의한 블로 성형공정과 그 후의 흐름을 나타내는 도이다.
도 5는, 전극 주변의 확대도로서, 도 5(a)는 전극이 금속파이프 재료를 지지한 상태를 나타내는 도이며, 도 5(b)는 전극에 블로기구가 맞닿은 상태를 나타내는 도이고, 도 5(c)는 전극의 정면도이다.
도 6은, 블로 성형금형의 동작과 금속파이프 재료의 형상의 변화를 나타내는 도이며, 도 6(a)는 금속파이프 재료를 블로 성형금형에 세팅한 시점의 상태를 나타내는 도이고, 도 6(b)는 블로 성형 시의 상태를 나타내는 도이며, 도 6(c)는 프레스에 의하여 플랜지부가 성형된 상태를 나타내는 도이다.
도 7은, 변형예에 관한 블로 성형금형의 동작과 금속파이프 재료의 형상의 변화를 나타내는 도이며, 도 7(a)는 금속파이프 재료를 블로 성형금형에 세팅한 시점의 상태를 나타내는 도이고, 도 7(b)는 블로 성형 시의 상태를 나타내는 도이며, 도 7(c)는 프레스에 의하여 플랜지부가 성형된 상태를 나타내는 도이다.
도 8은, 변형예에 관한 블로 성형금형의 동작과 금속파이프 재료의 형상의 변화를 나타내는 도이며, 도 8(a)는 금속파이프 재료를 블로 성형금형에 세팅한 시점의 상태를 나타내는 도이고, 도 8(b)는 블로 성형 시의 상태를 나타내는 도이며, 도 8(c)는 프레스에 의하여 플랜지부가 성형된 상태를 나타내는 도이다.
도 9는, 비교예에 관한 블로 성형금형의 동작과 금속파이프 재료의 형상의 변화를 나타내는 도이며, 도 9(a)는 금속파이프 재료를 블로 성형금형에 세팅한 시점의 상태를 나타내는 도이고, 도 9(b)는 블로 성형 시의 상태를 나타내는 도이며, 도 9(c)는 프레스에 의하여 플랜지부가 성형된 상태를 나타내는 도이다.

〈성형장치의 구성〉

도 1에 나타내는 바와 같이, 플랜지를 갖는 금속파이프를 성형하는 성형장치(10)는, 상형(제1 금형)(12) 및 하형(제2 금형)(11)으로 이루어지는 블로 성형금형(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 금속파이프 재료(14)를 수평으로 지지하는 파이프 지지기구(지지부)(30)와, 이 파이프 지지기구(30)로 지지되어 있는 금속파이프 재료(14)에 통전하여 가열하는 가열기구(50)와, 가열된 금속파이프 재료(14)에 고압가스를 취입하는 블로기구(기체공급부)(60)와, 구동부(81), 파이프 지지기구(30), 가열기구(50) 및 블로기구(60)를 제어하는 제어부(70)와, 블로 성형금형(13)을 강제적으로 수냉하는 물순환기구(72)를 구비하여 구성되어 있다. 제어부(70)는, 금속파이프 재료(14)가 담금질온도(AC3 변태점 온도 이상)로 가열되었을 때에 블로 성형금형(13)을 폐쇄함과 함께 가열된 금속파이프 재료(14)에 고압가스를 취입하는 등의 일련의 제어를 행한다. 다만, 이하의 설명에서는, 완성품에 관한 파이프를 금속파이프(80)(도 4(b) 참조)라고 칭하고, 완성에 이르는 도중의 단계의 파이프를 금속파이프 재료(14)라고 칭하는 것으로 한다.

하형(11)은, 큰 기대(??)(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, 금속파이프 재료(14)의 하측 외주면에 대응한 반원호형상의 홈(17a, 18a)이 형성되어 있으며(도 5(c) 참조), 당해 홈(17a, 18a)의 부분에 정확히 금속파이프 재료(14)가 끼워 넣어지도록 재치 가능하게 되어 있다. 또, 제1, 제2 전극(17, 18)의 정면(금형의 외측방향의 면)에는 홈(17a, 18a)을 향하여 주위가 테이퍼형상으로 경사져 패인 테이퍼 오목면(17b, 18b)이 형성되어 있다. 다만, 하형(11)에는 냉각수통로(19)가 형성되어, 대략 중앙에 아래로부터 삽입된 열전대(21)를 구비하고 있다. 이 열전대(21)는 스프링(22)으로 상하 이동 가능하게 지지되어 있다.

다만, 하형(11)측에 위치하는 한 쌍의 제1, 제2 전극(17, 18)은 파이프 지지기구(30)를 겸하고 있으며, 금속파이프 재료(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, 통전 시간과 온도의 상관 관계가 얻어지면, 측온수단은 생략하고 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 매달려 있고, 가이드실린더(27)에 의하여 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 제어함으로써, 가압실린더(26)에 공급하는 유체의 양을 제어한다. 이로써, 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 더하거나, 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, 금속파이프 재료(14)의 상측 외주면에 대응한 반원호형상의 홈(17a, 18a)이 형성되어 있으며(도 5(c) 참조), 당해 홈(17a, 18a)에 정확히 금속파이프 재료(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 패인 테이퍼 오목면(17b, 18b)이 형성되어 있다. 즉, 상하 한 쌍의 제1, 제2 전극(17, 18)으로 금속파이프 재료(14)를 상하방향으로부터 협지하면, 정확히 금속파이프 재료(14)의 외주를 전체둘레에 걸쳐 밀착되게 둘러쌀 수 있도록 구성되어 있다.

다음으로, 블로 성형금형(13)을 측면방향으로부터 본 개략 단면을 도 2에 나타내고 있다. 이것은 도 1에 있어서의 화살표 II-II선을 따르는 블로 성형금형(13)의 단면도로서, 블로 성형 시의 금형 위치의 상태를 나타내고 있다. 블로 성형금형(13)을 측면에서 본 경우, 상형(12)과 하형(11)의 표면에는, 각각 복잡한 단차가 형성되어 있다.

상형(12)의 표면에는, 상형(12)의 캐비티(24) 표면을 기준라인 LV1로 하면, 제1 돌기(12b), 제2 돌기(12c)가 형성되어 있다. 캐비티(24)의 우측(도 2에 있어서 우측)에 가장 돌출된 제1 돌기(12b)가 형성되며, 캐비티(24)의 좌측(도 2에 있어서 좌측)에 제2 돌기(12c)가 형성되어 있다. 한편, 하형(11)의 표면은, 하형(11)의 캐비티(16)의 표면을 기준라인 LV2로 하면, 캐비티(16)의 우측(도 2에 있어서 우측)에 제1 오목부(11b), 캐비티(16)의 좌측(도 2에 있어서 좌측)에 제1 돌기(11c)가 형성되어 있다.

또, 상형(12)의 제1 돌기(12b)는 정확히 하형(11)의 제1 오목부(11b)와 끼워 맞춤 가능하게 되어 있다. 또 상형(12)의 제2 돌기(12c)와, 하형(11)의 제1 돌기(11c)는, 상하방향에 있어서 서로 이간됨과 함께 평행이 되도록 형성되어 있다. 결과적으로, 도 2에 나타내고 있는 바와 같이, 블로 성형 시의 금형 위치에 있어서는, 상형(12)의 캐비티(24)의 표면(기준라인 LV1이 되는 표면)과 하형(11)의 캐비티(16)의 표면(기준라인 LV2가 되는 표면)의 사이에는 메인 캐비티부(제1 캐비티부)(MC)가 형성되고, 메인 캐비티부(MC)의 옆에 용적이 작은 서브 캐비티부(제2 캐비티부)(SC)가 형성되는 구성으로 되어 있다. 메인 캐비티부(MC)는 금속파이프(80)에 있어서의 파이프부(80a)를 성형하는 부분이며, 서브 캐비티부(SC)는 금속파이프(80)에 있어서의 플랜지부(80b)를 성형하는 부분이다.

가열기구(50)는, 전원(51)과, 이 전원(51)으로부터 뻗어 제1 전극(17)과 제2 전극(18)에 접속하고 있는 도선(導線)(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 시일부재(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, 시일부재(44)의 선단은 테이퍼가 되도록 테이퍼면(45)이 형성되어 있으며, 제1, 제2 전극의 테이퍼 오목면(17b, 18b)에 정확히 끼워 맞춰 맞닿을 수 있는 형상으로 구성되어 있다(도 5 참조). 다만, 시일부재(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, 시일부재(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) 및 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 금속파이프 재료(14)를 투입하는 파이프 투입공정부터, 금속파이프 재료(14)에 통전하여 가열하는 통전가열공정까지를 나타내고 있다. 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 담금질 가능한 강종(鋼種)의 금속파이프 재료(14)를 준비하여, 이 금속파이프 재료(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 금속파이프 재료(14)가 위치 결정된다. 다음으로, 제어부(70)(도 1 참조)는, 파이프 지지기구(30)를 제어함으로써, 당해 파이프 지지기구(30)에 금속파이프 재료(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 액추에이터의 작동에 의하여, 금속파이프 재료(14)의 양단부는, 상하로부터 제1, 제2 전극(17, 18)에 의하여 협지된다. 또, 금속파이프 재료(14)는, 맞닿는 제1, 제2 전극(17, 18)에 형성되는 홈(17a, 18a)의 존재에 의하여, 그 전체둘레에 걸쳐 밀착되는 양태로 협지되게 된다. 단, 금속파이프 재료(14)의 전체둘레에 걸쳐 밀착되는 구성에 한정되지 않고, 금속파이프 재료(14)의 둘레방향에 있어서의 일부에 제1, 제2 전극(17, 18)이 맞닿는 구성이어도 된다.

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

도 4는, 블로 성형 후에 금속파이프 재료(14)에 대하여 프레스에 의하여 플랜지를 성형하고, 완성품으로서, 파이프부(80a)에 플랜지부(80b)가 형성된 플랜지를 갖는 금속파이프(80)를 얻는 흐름을 나타내고 있다. 제어부(70)는, 파이프 지지기구(30)에 의하여 상형(12)과 하형(11)의 사이에서 지지된 금속파이프 재료(14) 내에 기체를 공급하도록 블로기구(60)를 제어하여, 금속파이프 재료(14)를 팽창 성형한다. 또, 제어부(70)는, 팽창 성형된 금속파이프 재료(14)의 일부를 상형(12) 및 하형(11)의 서브 캐비티부(SC)에 의하여 눌러 밀어내도록 구동부(81)를 제어하여, 플랜지부(80b)를 성형한다. 구체적으로는, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 가열 후의 금속파이프 재료(14)에 대하여 블로 성형금형(13)을 폐쇄하여, 금속파이프 재료(14)를 당해 블로 성형금형(13)의 캐비티 내에 배치 밀폐한다. 그 후, 실린더유닛(42)을 작동시켜, 블로기구(60)의 일부인 시일부재(44)로 금속파이프 재료(14)의 양단을 시일한다(도 5도 아울러 참조). 다만 이 시일은, 시일부재(44)가 직접 금속파이프 재료(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 있으며, 반복적인 시일 동작에 의한 시일부재의 마모를 방지하고, 또한, 금속파이프 재료(14) 양단면의 찌부러짐 등을 효과적으로 방지하고 있다. 시일 완료 후, 고압가스를 금속파이프 재료(14) 내로 취입하여, 가열에 의하여 연화된 금속파이프 재료(14)를 캐비티의 형상을 따르도록 변형시킨다. 그 후, 블로 성형 후의 금속파이프 재료(14)에 대하여 플랜지부(80b)를 형성하기 위한 프레스 동작을 행하여(이 점의 자세한 것은 별도 후술함), 형개방을 행하면, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 완성품으로서의 파이프부(80a) 및 플랜지부(80b)를 갖는 금속파이프(80)가 완성된다.

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

그리고, 블로 성형되어 팽창한 금속파이프 재료(14)의 외주면이 하형(11)의 캐비티(16)에 접촉하여 급냉됨과 동시에, 상형(12)의 캐비티(24)에 접촉하여 급냉(상형(12)과 하형(11)은 열용량이 크고 또한 저온으로 관리되고 있기 때문에 금속파이프 재료(14)가 접촉하면 파이프 표면의 열이 단번에 금형측으로 빼앗김)되어 담금질이 행해진다. 이와 같은 냉각법은, 금형 접촉냉각 또는 금형냉각이라고 불린다. 금속파이프 재료(14)가 급냉된 직후로는 오스테나이트가 마텐자이트로 변태된다. 냉각의 후반에는 냉각속도가 느려지므로, 복열에 의하여 마텐자이트가 다른 조직(트루스타이트, 소르바이트 등)으로 변태된다. 따라서, 별도 템퍼링 처리를 행할 필요가 없다.

다음으로, 도 6을 참조하여, 상형(12) 및 하형(11)에 의한 성형의 상태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 이하의 설명에 있어서는, 성형 도중의 금속파이프 재료(14) 중, 완성품에 관한 금속파이프(80)의 파이프부(80a)에 대응하는 부분을 "제1 성형부분(14a)"이라고 칭하고, 플랜지부(80b)에 대응하는 부분을 "제2 성형부분(14b)"이라고 칭한다. 도 6(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 블로 성형은 상형(12)과 하형(11)이 완전하게 폐쇄된(클램프된) 상태로 행해지고 있는 것은 아니다. 즉 상형(12)과 하형(11)에 일정한 이간 상태가 유지됨으로써, 메인 캐비티부(MC)의 옆에 서브 캐비티부(SC)가 형성되어 있는 상태로 블로 성형이 행해진다. 당해 상태에서는, 캐비티(24)의 기준라인 LV1에 있어서의 표면과 캐비티(16)의 기준라인 LV2에 있어서의 표면의 사이에 메인 캐비티부(MC)가 형성된다. 또, 상형(12)의 제2 돌기(12c)의 표면과 하형(11)의 제1 돌기(11c)의 표면의 사이에 서브 캐비티부(SC)가 형성된다. 메인 캐비티부(MC)와 서브 캐비티부(SC)는 서로 연통한 상태로 되어 있다. 또, 본 실시형태에서는, 서브 캐비티부(SC)를 구성하는 상형(12)의 제2 돌기(12c)의 표면과 하형(11)의 제1 돌기(11c)의 표면은, 서로 상하방향으로 이간된 상태로 상형(12) 및 하형(11)의 폭방향(도 6에 있어서는 도면 좌측)에 있어서의 단부까지 뻗어 있다. 따라서, 서브 캐비티부(SC)는, 금형 외부와 연통하고 있다. 그 결과, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 가열에 의하여 연화되고 또한 고압가스가 주입된 금속파이프 재료(14)는, 메인 캐비티부(MC)뿐만 아니라 서브 캐비티부(SC)의 부분에까지 들어가 팽창한다. 도 6에 나타내는 예에서는, 메인 캐비티부(MC)는 단면 직사각형 형상으로 구성되어 있기 때문에, 금속파이프 재료(14)는 당해 형상에 맞추어 블로 성형됨으로써, 단면 직사각형 형상으로 성형된다. 다만, 당해 부분이, 파이프부(80a)가 되는 제1 성형부분(14a)에 대응한다. 단, 메인 캐비티부(MC)의 형상은 특별히 한정되지 않고, 원하는 형상에 맞추어 원형, 타원형 또는 다각형 등 모든 형상을 채용해도 된다. 또, 메인 캐비티부(MC)와 서브 캐비티부(SC)가 연통하고 있기 때문에, 금속파이프 재료(14)의 일부분은, 서브 캐비티부(SC)로 들어간다. 당해 일 부분은, 눌려 밀려나옴으로써 플랜지부(80b)가 되는 제2 성형부분(14b)에 해당한다.

도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 블로 성형 후 혹은 블로 성형의 도중의 단계에서, 이간되어 있는 상형(12)과 하형(11)을 접근시킨다. 이 동작에 의하여, 서브 캐비티부(SC)의 용적이 작아지고, 제2 성형부분(14b)의 내부 공간이 소멸되어, 제2 성형부분(14b)은 접힌 상태가 된다. 즉, 당해 상형(12)과 하형(11)의 접근에 의하여, 서브 캐비티부(SC) 내에 들어가 있는 금속파이프 재료(14)의 제2 성형부분(14b)이 프레스되어 눌려 밀려나온다. 그 결과, 금속파이프 재료(14)의 외주면에, 당해 금속파이프 재료(14)의 길이방향을 따르도록 눌려 밀려나온 제2 성형부분(14b)(당해 상태에서는, 금속파이프 재료(14)는, 완성품으로서의 금속파이프(80)와 동일한 형상이 됨)이 성형된다. 다만, 이들 블로 성형부터 플랜지부(80b)의 프레스 성형완료에 이를 때까지의 시간은, 금속파이프 재료(14)의 종류에 따라서도 다르지만 대략 1~2초 정도로 완료된다. 다만, 도 6에 나타내는 예에서는, 상형(12)의 제1 돌기(12b)의 표면이 하형(11)의 제1 오목부(11b)의 바닥면과 맞닿아, 상형(12)과 하형(11)이 그 이상 근접할 수 없는 상태가 된다. 당해 상태에서는, 서브 캐비티부(SC)를 구성하는 상형(12)의 제2 돌기(12c)의 표면과 하형(11)의 제1 돌기(11c)의 표면의 사이에는, 눌려 밀려나온 제2 성형부분(14b)(즉 플랜지부(80b))의 두께에 대응하는 간극이 형성되어 있다. 당해 상태에 있어서도, 서브 캐비티부(SC)는 금형 외부와 연통한 상태로 되어 있다. 즉, 도 6에 나타내는 예에서는, 서브 캐비티부(SC)는, 금속파이프(80)의 플랜지부(80b)(금속파이프 재료(14)의 제2 성형부분(14b))의 성형 시에 있어서, 성형개시부터 성형완료에 이를 때까지, 금형 외부와 연통하고 있다.

또, 블로 성형 후의 상형(12)과 하형(11)의 접근에 의하여, 서브 캐비티부(SC) 내에 들어가 있는 금속파이프 재료(14)의 제2 성형부분(14b)뿐만 아니라, 메인 캐비티부(MC) 부분의 금속파이프 재료(14)의 제1 성형부분(14a)도 눌려 밀려나오게 된다. 이 경우, 금속파이프 재료(14)는 가열되어 연화되어 있으므로 형폐쇄하는 스피드나 압축가스 등을 조절함으로써, 느슨함이나 비틀림이 없는 제품으로 마무리할 수 있다.

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

먼저, 도 9를 참조하여, 비교예에 관한 성형장치의 블로 성형금형(313)에 대하여 설명한다. 비교예에 관한 블로 성형금형(313)에 있어서, 상형(312)의 표면에는, 상형(312)의 캐비티(324) 표면을 기준라인 LV1로 하면, 제1 돌기(312b), 제2 돌기(312c), 제3 돌기(312d)가 형성되어 있다. 캐비티(324)의 우측(도 9에 있어서 우측)에 가장 돌출된 제1 돌기(312b)가 형성되고, 캐비티(324)의 좌측(도 9에 있어서 좌측)에 계단형상으로 제2 돌기(312c) 및 제3 돌기(312d)가 형성되어 있다. 한편, 하형(311)의 표면은, 하형(311)의 캐비티(316) 표면을 기준라인 LV2로 하면, 캐비티(316)의 우측(도 9에 있어서 우측)에 제1 오목부(311b), 캐비티(316)의 좌측(도 9에 있어서 좌측)에 제1 돌기(311c)가 형성되어 있다. 또, 상형(312)의 제1 돌기(312b)는 정확히 하형(311)의 제1 오목부(311b)와 끼워 맞춤 가능하게 되어 있다. 또 상형(312)의 제2 돌기(312c)와 제3 돌기(312d)의 단차 부분에, 하형(311)의 제1 돌기(311c)가 끼워 맞춤 가능하게 되어 있다. 이와 같이 구성되어 있는 결과로서, 도 9에 나타내고 있는 바와 같이, 블로 성형 시의 금형 위치에 있어서는, 메인 캐비티부(MC)의 옆에 용적이 작은 서브 캐비티부(SC)가 형성되는 구성으로 되어 있다.

비교예에 관한 블로 성형금형(313)에서는, 서브 캐비티부(SC)측에 상형(312)의 제3 돌기(312d)가 형성되어 있으며, 제2 돌기(312c)와 제3 돌기(312d)의 단차 부분에, 하형(311)의 제1 돌기(311c)가 끼워 맞춤 가능하게 되어 있다. 이 단차 부분과 제1 돌기(311c)가 끼워 맞춰져 있을 때, 상형(312)의 제3 돌기(312d)의 측면(312e)과 하형(311)의 제1 돌기(311c)의 측면(311d)이 맞닿은 상태가 된다. 따라서, 도 9(b), (c)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프 재료(14)를 눌러 밀어내는 프레스 시에 있어서는, 서브 캐비티부(SC)가 돌기(312c, 312d, 311c)에 의하여 금형 외부로부터 차단됨으로써, 메인 캐비티부(MC) 및 서브 캐비티부(SC)는 폐쇄된 상태가 된다. 이 경우, 금속파이프 재료(14)를 팽창 성형했을 때에, 서브 캐비티부(SC)의 금속파이프 재료(14) 밖의 공간(SP)(도 9(b) 참조)에 존재하고 있던 공기가, 돌기(312c, 312d, 311c)의 표면과, 팽창하는 금속파이프 재료(14)의 제2 성형부분(14b)의 외면의 사이에 있는 상태가 된다. 이와 같은 공기가 기포가 되어 성형성에 영향이 미칠 가능성이 있었다.

한편, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 제어부(70)는, 파이프 지지기구(30)에 의하여 상형(12)과 하형(11)의 사이에서 지지된 금속파이프 재료(14) 내에 기체를 공급함으로써, 금속파이프 재료(14)를 팽창 성형하도록 블로기구(60)를 제어한다. 이로써, 금속파이프 재료(14) 중 완성품의 파이프부(80a)에 대응하는 부분(즉 제1 성형부분(14a))은, 메인 캐비티부(MC)에 대응하는 형상으로 팽창 성형됨과 함께, 완성품의 플랜지부(80b)에 대응하는 부분(즉 제2 성형부분(14b))은, 서브 캐비티부(SC)를 향하여 팽창한다. 또, 제어부(70)는, 팽창한 금속파이프 재료(14)의 제2 성형부분(14b)을 상형(12) 및 하형(11)의 서브 캐비티부(SC)에 의하여 눌러 밀어냄으로써 플랜지부(80b)를 성형하도록 구동부(81)를 제어한다. 여기에서, 서브 캐비티부(SC)는, 플랜지부(80b)의 성형 시에 있어서, 금형 외부와 연통한다. 따라서, 플랜지부(80b)의 성형 시에, 서브 캐비티부(SC)의 내면과 금속파이프 재료(14)의 제2 성형부분(14b)의 사이의 공기가 금형 외부로 빠져 나갈 수 있다. 이로써, 주름의 발생 등을 억제할 수 있어, 성형품의 품질을 향상시킬 수 있다. 또, 서브 캐비티부(SC)를 금형 외부에 연통시키는 경우, 당해 서브 캐비티부(SC)에 대응하는 개소인 상형(12)의 제2 돌기(12c)의 표면과, 하형(11)의 제1 돌기(11c)의 표면을, 금형 외부를 향하여 일직선으로 평행하게 형성하는 것이 가능해지기 때문에, 도 9에 나타내는 바와 같은 상형(312) 및 하형(311)에 비하여 금형 형상을 심플하게 할 수 있어, 금형의 제조 코스트를 저감할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 성형장치(10)에 있어서, 서브 캐비티부(SC)는, 성형개시부터 성형완료에 이를 때까지, 금형 외부와 연통되어 있다. 이로써, 성형개시부터 성형완료에 이를 때까지, 서브 캐비티부(SC)의 공기가 금형 외부로 빠져 나갈 수 있기 때문에, 성형품의 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같은 구성에 관한 블로 성형금형(113)을 채용해도 된다. 구체적으로는, 블로 성형금형(113)은, 메인 캐비티부(MC)의 일방에, 상형(112)의 돌기(112c)의 표면과 하형(111)의 돌기(111c)의 표면의 사이에 형성되는 서브 캐비티부(SC1)를 갖고, 메인 캐비티부(MC)의 타방에, 상형(112)의 돌기(112b)의 표면과 하형(111)의 돌기(111b)의 표면의 사이에 형성되는 서브 캐비티부(SC2)를 갖고 있다. 이로써, 블로 성형금형(113)은, 금속파이프(80)의 파이프부(80a)의 양측에 플랜지부(80b)를 성형할 수 있다. 다만, 서브 캐비티부(SC1) 및 서브 캐비티부(SC2)는, 모두 성형개시부터 성형완료에 이를 때까지, 금형 외부와 연통되어 있다. 단, 서브 캐비티부(SC1) 및 서브 캐비티부(SC2) 중 적어도 일방이 금형 외부와 연통하고 있으면 된다.

또, 예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같은 구성에 관한 블로 성형금형(213)을 채용해도 된다. 블로 성형금형(213)에서는, 서브 캐비티부(SC)에는, 상형(212)에 플랜지부(80b)에 대응하는 크기의 단차(220)가 형성되어 있다. 구체적으로는, 단차(220)는, 상형(212)의 돌기(212c)의 표면에 추가로 돌기(212d)를 마련함으로써, 형성되어 있다. 이로써, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프 재료(14)의 제2 성형부분(14b)을 눌러 밀어내고 있을 때, 서브 캐비티부(SC)는 금형 외부와 연통할 수 있는 한편, 도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 서브 캐비티부(SC)가 플랜지부(80b)를 성형한 시점에서, 당해 플랜지부(80b)의 두께에 대응하는 크기의 단차(220)에 의하여 서브 캐비티부(SC)에 의한 플랜지부(80b)의 눌려 밀려나옴이 규제된다. 따라서, 플랜지부(80b)가 필요 이상으로 눌려 밀려나오는 것을 억제할 수 있다. 다만, 돌기(212d)의 표면이 돌기(211c)의 표면과 맞닿아 있는 상태에서는, 서브 캐비티부(SC)는 금형 외부로부터 차단되지만, 이미 제2 성형부분(14b)을 눌러 밀어내 플랜지부(80b)를 성형한 후이기 때문에, 플랜지부(80b)에 주름 등은 생기지 않는다. 다만, 도 8에 나타내는 예에서는, 상형(212)측에 단차가 형성되어 있었지만, 하형(211)에 단차(220)가 형성되어도 된다. 혹은, 상형(212)과 하형(211)의 양방에 단차를 형성하여, 양단차의 합계가 플랜지부(80b)의 두께에 대응하는 크기가 되어도 된다.

또, 상기 성형장치(10)에서는, 상하금형의 사이에서 가열 처리할 수 있는 가열기구(50)를 구비하고, 통전에 의한 줄열을 이용하여 금속파이프 재료(14)를 가열하고 있었지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가열 처리가 상하금형의 사이 이외의 장소에서 행해지고, 가열 후의 금속제 파이프를 금형 사이에 이동시켜도 된다. 또, 통전에 의한 줄열을 이용하는 것 외에도, 히터 등의 복사열을 이용해도 되고, 고주파 유도전류를 이용하여 가열하는 것도 가능하다.

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

블로 성형금형은 무수냉금형과 수냉금형 중 어느 것이어도 된다. 단, 무수냉금형은, 블로 성형종료 후에 금형을 상온 부근까지 낮출 때에, 장시간을 필요로 한다. 이 점에서, 수냉금형이면, 단시간에 냉각이 완료된다. 따라서, 생산성 향상의 관점에서는, 수냉금형이 바람직하다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 성형장치를 제공 가능하다.

10…성형장치
11…하형(제2 금형)
12…상형(제1 금형)
14…금속파이프 재료
30…파이프 지지기구(지지부)
60…블로기구(기체공급부)
70…제어부
81…구동부
82…슬라이드
MC…메인 캐비티부(제1 캐비티부)
SC…서브 캐비티부(제2 캐비티부)

Claims (3)

1. 플랜지를 갖는 금속파이프를 성형하는 성형장치로서,
   서로 쌍이 되는 제1 금형 및 제2 금형과,
   상기 제1 금형 및 상기 제2 금형 중 적어도 일방을 이동시키는 슬라이드와,
   상기 슬라이드를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동부와,
   상기 제1 금형과 상기 제2 금형의 사이에서 금속파이프 재료를 지지하는 지지부와,
   상기 지지부에 지지된 상기 금속파이프 재료 내에 기체를 공급하는 기체공급부와,
   상기 구동부, 상기 지지부 및 상기 기체공급부를 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 제1 금형 및 상기 제2 금형은, 상기 금속파이프의 파이프부를 성형하는 제1 캐비티부와, 플랜지부를 성형하는 제2 캐비티부를 구비하며,
   상기 제어부는,
   상기 지지부에 의하여 상기 제1 금형과 상기 제2 금형의 사이에서 지지된 상기 금속파이프 재료 내에 기체를 공급함으로써, 상기 금속파이프 재료를 팽창 성형하도록 상기 기체공급부를 제어하고,
   팽창한 상기 금속파이프 재료의 일부를 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형의 상기 제2 캐비티부에 의하여 눌러 밀어냄으로써 상기 플랜지부를 성형하도록 상기 구동부를 제어하며,
   상기 제2 캐비티부는, 상기 플랜지부의 성형개시부터 성형완료에 이를 때까지 금형 외부와 연통하여, 상기 제2 캐비티부의 내면과 금속 파이프의 플랜지부를 형성하는 부분 사이의 공기가 금형 외부로 빠져나갈 수 있도록 하는, 성형장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 캐비티부에는, 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형 중 적어도 일방에, 상기 플랜지부의 두께에 대응하는 크기의 단차가 형성되는, 성형장치.

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