KR102315768B1 - 성형시스템 및 성형방법 - Google Patents

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Abstract

성형시스템은, 판재의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료로 금속파이프를 성형한다. 성형시스템은, 한 쌍의 금형, 및 금형 사이에 배치되는 금속파이프재료를 가열 팽창시키는 가열팽창부를 갖는 성형장치와, 성형장치에 금속파이프재료를 공급하는 공급장치와, 공급장치의 동작을 제어하는 제어장치를 구비한다. 제어장치는, 금속파이프재료가 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료의 연장방향에서 본 경우에, 금형의 표면 중 금속파이프재료의 중심으로부터의 거리가 가장 긴 위치인 최장위치에 관한 정보를 기억하는 기억부와, 금속파이프재료가 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 연장방향에서 본 경우에, 기억부가 기억하고 있는 최장위치에 관한 정보에 근거하여, 용접부가, 최장위치와 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 위치하지 않도록, 공급장치에 의한 성형장치로의 금속파이프재료의 공급을 제어하는 제어부를 갖는다.

Description

성형시스템 및 성형방법
본 발명의 일 양태는, 성형시스템 및 성형방법에 관한 것이다.
종래, 판재(板材)의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료로 금속파이프를 성형하는 성형시스템이 알려져 있다. 이와 같은 성형시스템으로서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 한 쌍의 금형, 및 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 금속파이프재료를 가열함과 함께 당해 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 가열팽창부를 갖는 성형장치를 구비하는 성형시스템이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2012-654호
상술한 성형시스템에서는, 금속파이프재료는, 팽창할 때에, 그 확관율(擴管率)에 따라 판두께가 얇아진다. 여기에서, 금속파이프재료의 변형저항이 작을수록, 금속파이프재료의 확관율이 크고 판두께가 얇아진다.
그런데, 금속파이프재료는, 금속의 판재를 둥글게 하여 접속부분을 용접함으로써 파이프형상이 되는 경우가 있다. 이와 같은 용접부를 갖는 금속파이프재료가 이용되는 경우에, 당해 금속파이프재료가 가열되면, 판재의 부분과 비교하여 용접부의 변형저항이 작아지기 쉽다. 이 때문에, 상술한 성형시스템에 있어서 금속파이프재료를 가열함과 함께 당해 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키려고 하면, 고온이 된 금속파이프재료 중 용접부의 판두께가 국소적으로 특히 얇아져, 용접부를 기점으로 하여 금속파이프재료가 파손되어 버릴 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 일 양태는, 금속파이프의 성형 시에 있어서의 용접부를 기점으로 한 금속파이프재료의 파손을 억제할 수 있는 성형시스템 및 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태의 성형시스템은, 판재의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료로 금속파이프를 성형하는 성형시스템으로서, 한 쌍의 금형, 및 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 금속파이프재료를 가열함과 함께 당해 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 가열팽창부를 갖는 성형장치와, 성형장치에 금속파이프재료를 공급하는 공급장치와, 공급장치의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고, 제어장치는, 금속파이프재료가 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료의 연장방향에서 본 경우에, 금형의 표면 중 금속파이프재료의 중심으로부터의 거리가 가장 긴 위치인 최장위치에 관한 정보를 기억하는 기억부와, 금속파이프재료가 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 연장방향에서 본 경우에, 기억부가 기억하고 있는 최장위치에 관한 정보에 근거하여, 용접부가, 최장위치와 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 위치하지 않도록, 공급장치에 의한 성형장치로의 금속파이프재료의 공급을 제어하는 제어부를 갖는다.
또, 본 발명의 일 양태의 성형방법은, 판재의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료를 한 쌍의 금형 사이에 배치하며, 금속파이프재료를 가열함과 함께 당해 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시켜 금속파이프를 성형하는 성형방법으로서, 금속파이프재료가 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료의 연장방향에서 본 경우에, 금형의 표면 중 금속파이프재료의 중심으로부터의 거리가 가장 긴 위치인 최장위치와 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 용접부가 위치하지 않도록, 금속파이프재료를 한 쌍의 금형 사이에 배치한다.
이 성형시스템 및 성형방법에서는, 가열된 금속파이프재료가 팽창할 때에, 금속파이프재료 중, 용접부가, 최장위치와 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 위치하는 부분보다 먼저 금형의 표면에 접촉한다. 여기에서, 가열된 금속파이프재료가 팽창하여 금형의 표면에 접촉하면, 금형에 접촉한 부분이 열전도에 의하여 냉각되어, 그 부분의 변형저항이 커진다. 따라서, 이 성형시스템 및 성형방법에서는, 금속파이프를 성형할 때에, 용접부가 금형에 빠른 타이밍에 접촉하고 용접부의 변형저항이 빠른 타이밍에 커지기 때문에, 용접부의 판두께가 국소적으로 특히 얇아지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 금속파이프의 성형 시에 있어서의 용접부를 기점으로 한 금속파이프재료의 파손을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태의 성형시스템은, 판재의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료로 금속파이프를 성형하는 성형시스템으로서, 한 쌍의 금형, 및 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 금속파이프재료를 가열함과 함께 당해 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 가열팽창부를 갖는 성형장치와, 성형장치에 금속파이프재료를 공급하는 공급장치와, 공급장치의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고, 제어장치는, 금속파이프재료가 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료의 연장방향에서 본 경우에, 금형의 표면 중 금속파이프재료의 중심으로부터의 거리가 가장 짧은 위치인 최단위치에 관한 정보를 기억하는 기억부와, 금속파이프재료가 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 연장방향에서 본 경우에, 기억부가 기억하고 있는 최단위치에 관한 정보에 근거하여, 용접부가, 최단위치와 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 위치하도록, 공급장치에 의한 성형장치로의 상기 금속파이프재료의 공급을 제어하는 제어부를 갖는다.
또, 본 발명의 일 양태의 성형방법은, 판재의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료를 한 쌍의 금형 사이에 배치하며, 금속파이프재료를 가열함과 함께 당해 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시켜 금속파이프를 성형하는 성형방법으로서, 금속파이프재료가 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료의 연장방향에서 본 경우에, 금형의 표면 중 금속파이프재료의 중심으로부터의 거리가 가장 짧은 위치인 최단위치와 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 용접부가 위치하도록, 금속파이프재료를 한 쌍의 금형 사이에 배치한다.
이 성형시스템 및 성형방법에서는, 가열된 금속파이프재료가 팽창할 때에, 금속파이프재료 중, 최단위치와 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 위치하는 용접부가, 최초로 금형의 표면에 접촉한다. 여기에서, 가열된 금속파이프재료가 팽창하여 금형의 표면에 접촉하면, 금형에 접촉한 부분이 열전도에 의하여 냉각되어, 그 부분의 변형저항이 커진다. 따라서, 이 성형시스템 및 성형방법에서는, 금속파이프를 성형할 때에, 용접부가 금형에 최초로 접촉하여 용접부의 변형저항이 최초로 커지기 때문에, 용접부의 판두께가 국소적으로 특히 얇아지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 금속파이프의 성형 시에 있어서의 용접부를 기점으로 한 금속파이프재료의 파손을 특히 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태의 성형시스템에서는, 공급장치는, 금속파이프재료를 중심축선 둘레에 회전 가능한 회전부와, 금속파이프재료를 파지 가능하고, 또한 파지한 금속파이프재료를 성형장치에 반송 가능한 반송부를 가지며, 제어부는, 공급장치에 의하여 성형장치에 금속파이프재료를 공급할 때에, 회전부에 의하여 금속파이프재료를 중심축선 둘레에 회전시킴으로써, 연장방향에서 본 경우에 금속파이프재료의 중심에 대하여 용접부가 위치하는 방향을 조정하도록 회전부의 동작을 제어하고, 반송부에 의하여 금속파이프재료를 파지하여 성형장치에 반송하도록, 반송부의 동작을 제어해도 된다. 이 경우, 회전부에 의하여, 금속파이프재료의 중심에 대하여 용접부가 위치하는 방향을 조정하고, 반송부에 의하여, 당해 금속파이프재료를 성형장치에 반송할 수 있다. 따라서, 상술한 작용효과를 적합하게 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 양태의 성형시스템에서는, 공급장치는, 금속파이프재료를 파지 가능함과 함께 파지한 금속파이프재료를 중심축선 둘레에 회전 가능하고, 또한 금속파이프재료를 성형장치에 반송 가능한 다관절의 암으로 이루어지는 회전반송부를 가지며, 제어부는, 공급장치에 의하여 성형장치에 금속파이프재료를 공급할 때에, 회전반송부에 의하여 금속파이프재료를 파지함과 함께 당해 금속파이프재료를 중심축선 둘레에 회전시킴으로써, 연장방향에서 본 경우에 금속파이프재료의 중심에 대하여 용접부가 위치하는 방향을 조정하고, 금속파이프재료를 성형장치에 반송하도록 회전반송부의 동작을 제어해도 된다. 이 경우, 회전반송부에 의하여, 금속파이프재료의 중심에 대하여 용접부가 위치하는 방향을 조정하면서, 당해 금속파이프재료를 성형장치에 반송할 수 있다. 따라서, 공급장치에 의하여 성형장치에 금속파이프재료를 공급하는 데에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 일 양태의 성형시스템에서는, 공급장치에 의하여 성형장치에 금속파이프재료를 공급하기 전에, 연장방향에서 본 경우에 금속파이프재료의 중심에 대하여 용접부가 위치하는 방향을 검출하는 위치검출부를 구비해도 된다. 이 경우, 상술한 작용효과를 적합하게 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 양태의 성형시스템 및 성형방법에 의하면, 금속파이프의 성형 시에 있어서의 용접부를 기점으로 한 금속파이프재료의 파손을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은, 제1 실시형태의 성형시스템을 나타내는 개략구성도이다.
도 2는, 금속파이프재료의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 도 1의 성형장치를 나타내는 개략구성도이다.
도 4는, 도 1의 성형시스템을 나타내는 기능블록도이다.
도 5는, 전극 주변의 확대도이고, (a)는 전극이 금속파이프재료를 유지한 상태를 나타내는 도이며, (b)는 전극에 시일부재를 압압한 상태를 나타내는 도이고, (c)는 전극의 정면도이다.
도 6은, 도 1의 위치검출부 및 회전부를 나타내는 개략구성도이다.
도 7은, 최장위치 및 최단위치를 설명하기 위한 도이다.
도 8은, 성형방법을 나타내는 플로차트이다.
도 9는, 제2 실시형태의 성형시스템을 나타내는 기능블록도이다.
도 10은, 실시예에 있어서의 금속파이프재료, 금속파이프의 판두께 및 온도의 측정위치를 나타내는 도이다.
도 11은, 측정타이밍에 따른 금속파이프재료 및 금속파이프의 온도를 측정위치와의 관계로 나타내는 시뮬레이션결과의 그래프이다.
도 12는, 측정타이밍에 따른 금속파이프재료 및 금속파이프의 판두께를 측정위치와의 관계로 나타내는 시뮬레이션결과의 그래프이다.
이하, 본 발명에 의한 성형장치의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만, 각 도에 있어서 동일 부분 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
[제1 실시형태]
<성형시스템의 구성>
도 1은, 제1 실시형태의 성형시스템을 나타내는 개략구성도, 도 2는, 금속파이프재료의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 1에 나타나는 성형시스템(1)은, 도 2에 나타나는 바와 같이, 판재의 단부(14a, 14a)끼리가 용접된 용접부(14b)를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료(14)를 이용하여, 금속파이프(90)(도 10 참조)를 성형하는 것이다. 금속파이프재료(14)는, 보다 구체적으로는, 평판상의 금속의 박판(薄板)을 원통상으로 둥글게 하여, 대향하는 단부(14a, 14a)끼리를 맞댄 상태에서 용접함으로써 형성되어 있다. 이와 같이 하여 금속파이프재료(14)를 용접한 용접부(14b)는, 금속파이프재료(14)의 중심축선(L)을 따라 뻗어 있다. 다만, 금속파이프재료(14)의 중심축선(L)은, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에 대하여 평행하다. 그리고, 도 1에 나타나는 바와 같이, 성형시스템(1)은, 성형장치(10)와, 위치검출부(110)와, 공급장치(120)와, 반출장치(130)와, 제어장치(140)를 구비하고 있다.
먼저, 성형장치(10)의 구성에 대하여 설명한다. 도 3은, 도 1의 성형장치를 나타내는 개략구성도, 도 4는, 도 1의 성형시스템을 나타내는 기능블록도이다. 도 3 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 성형장치(10)는, 상형(12) 및 하형(11)으로 이루어지는 한 쌍의 블로성형금형(금형)(13)과, 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 금속파이프재료(14)를 가열함과 함께 당해 금속파이프재료(14) 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 가열팽창부(103)를 구비하고 있다.
도 4에 나타나는 가열팽창부(103)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상형(12) 및 하형(11) 중 적어도 일방을 이동시키는 구동기구(80)와, 상형(12)과 하형(11)과의 사이에서 금속파이프재료(14)를 유지하는 파이프유지기구(30)와, 파이프유지기구(30)로 유지되어 있는 금속파이프재료(14)에 통전(通電)하여 가열하는 가열기구(50)와, 상형(12) 및 하형(11)의 사이에 유지되어 가열된 금속파이프재료(14) 내에 고압가스(기체)를 공급하기 위한 기체공급부(60)와, 파이프유지기구(30)로 유지된 금속파이프재료(14) 내에 기체공급부(60)로부터의 기체를 공급하기 위한 한 쌍의 기체공급기구(40, 40)와, 블로성형금형(13)을 강제적으로 수랭하는 물순환기구(72)를 구비함과 함께, 상기 구동기구(80)의 구동, 상기 파이프유지기구(30)의 구동, 상기 가열기구(50)의 구동, 및 상기 기체공급부(60)의 기체공급을 각각 제어하는 성형장치제어부(70)를 구비하여 구성되어 있다.
블로성형금형(13)의 일방인 하형(11)은, 기대(基臺)(15)에 고정되어 있다. 하형(11)은, 큰 강철제 블록으로 구성되고, 그 상면에 원하는 형상의 캐비티(오목부)(16)를 구비한다. 하형(11)에는 냉각수통로(19)가 형성되고, 대략 중앙에 아래로부터 삽입된 열전대(熱電對)(21)를 구비하고 있다. 이 열전대(21)는 스프링(22)에 의하여 상하이동 가능하게 지지되어 있다. 다만, 캐비티(16)는, 성형하고자 하는 금속파이프(90)의 형상(외형)에 따른 형상이 된다(도 7 참조).
또한, 하형(11)의 좌우단(도 1에 있어서의 좌우단) 근방에는 스페이스(11a)가 마련되어 있고, 당해 스페이스(11a) 내에는, 파이프유지기구(30)의 가동부인 후술하는 전극(17, 18)(하측 전극) 등이, 상하로 진퇴이동 가능하게 배치되어 있다. 그리고, 하측 전극(17, 18) 상에 금속파이프재료(14)가 재치됨으로써, 하측 전극(17, 18)은, 상형(12)과 하형(11)의 사이에 배치되는 금속파이프재료(14)에 접촉한다. 이로써, 하측 전극(17, 18)은 금속파이프재료(14)에 전기적으로 접속된다.
하형(11)과 하측 전극(17)의 사이 및 하측 전극(17)의 하부와, 하형(11)과 하측 전극(18)의 사이 및 하측 전극(18)의 하부에는, 통전을 방지하기 위한 절연재(91)가 각각 마련되어 있다. 각각의 절연재(91)는, 파이프유지기구(30)를 구성하는 액추에이터(도시하지 않음)의 가동부인 진퇴로드(95)에 고정되어 있다. 이 액추에이터는, 하측 전극(17, 18) 등을 상하이동시키기 위한 것이며, 액추에이터의 고정부는, 하형(11)과 함께 기대(15) 측에 유지되어 있다.
블로성형금형(13)의 타방인 상형(12)은, 구동기구(80)를 구성하는 후술하는 슬라이드(81)에 고정되어 있다. 상형(12)은, 큰 강철제 블록으로 구성되고, 내부에 냉각수통로(25)가 형성됨과 함께, 그 하면에 원하는 형상의 캐비티(오목부)(24)를 구비한다. 이 캐비티(24)는, 하형(11)의 캐비티(16)에 대향하는 위치에 마련된다. 다만, 캐비티(24)는, 성형하고자 하는 금속파이프(90)의 형상(외형)에 따른 형상이 된다(도 7 참조).
상형(12)의 좌우단(도 3에 있어서의 좌우단) 근방에는, 하형(11)과 동일하게, 스페이스(12a)가 마련되어 있고, 당해 스페이스(12a) 내에는, 파이프유지기구(30)의 가동부인 후술하는 전극(17, 18)(상측 전극) 등이, 상하로 진퇴이동 가능하게 배치되어 있다. 그리고, 하측 전극(17, 18) 상에 금속파이프재료(14)가 재치된 상태에 있어서, 상측 전극(17, 18)은, 하방으로 이동함으로써, 상형(12)과 하형(11)의 사이에 배치된 금속파이프재료(14)에 접촉한다. 이로써, 상측 전극(17, 18)은 금속파이프재료(14)에 전기적으로 접속된다.
상형(12)과 상측 전극(17)의 사이 및 상측 전극(17)의 상부와, 상형(12)과 상측 전극(18)의 사이 및 상측 전극(18)의 상부에는, 통전을 방지하기 위한 절연재(101)가 각각 마련되어 있다. 각각의 절연재(101)는, 파이프유지기구(30)를 구성하는 액추에이터의 가동부인 진퇴로드(96)에 고정되어 있다. 이 액추에이터는, 상측 전극(17, 18) 등을 상하이동시키기 위한 것이며, 액추에이터의 고정부는, 상형(12)과 함께 구동기구(80)의 슬라이드(81) 측에 유지되어 있다.
파이프유지기구(30)의 우측 부분에 있어서, 전극(18, 18)이 서로 대향하는 면의 각각에는, 금속파이프재료(14)의 외주면에 대응한 반원호상의 오목홈(18a)이 형성되어 있고(도 5 참조), 당해 오목홈(18a)의 부분에 정확히 금속파이프재료(14)가 끼워넣어지도록 재치 가능하게 되어 있다. 파이프유지기구(30)의 우측 부분에 있어서, 절연재(91, 101)가 서로 대향하는 노출면에는, 상기 오목홈(18a)과 동일하게, 금속파이프재료(14)의 외주면에 대응한 반원호상의 오목홈이 형성되어 있다. 또, 전극(18)의 정면(금형의 외측 방향의 면)에는, 오목홈(18a)을 향하여 주위가 테이퍼상으로 경사져 파인 테이퍼오목면(18b)이 형성되어 있다. 따라서, 파이프유지기구(30)의 우측 부분에서 금속파이프재료(14)를 상하방향으로부터 협지하면, 정확히 금속파이프재료(14)의 우측 단부의 외주를 전체둘레에 걸쳐 밀착하듯이 둘러쌀 수 있도록 구성되어 있다.
파이프유지기구(30)의 좌측 부분에 있어서, 전극(17, 17)이 서로 대향하는 면의 각각에는, 금속파이프재료(14)의 외주면에 대응한 반원호상의 오목홈(17a)이 형성되어 있고(도 5 참조), 당해 오목홈(17a)의 부분에 정확히 금속파이프재료(14)가 끼워넣어지도록 재치 가능하게 되어 있다. 파이프유지기구(30)의 좌측 부분에 있어서, 절연재(91, 101)가 서로 대향하는 노출면에는, 상기 오목홈(17a)과 동일하게, 금속파이프재료(14)의 외주면에 대응한 반원호상의 오목홈이 형성되어 있다. 또, 전극(17)의 정면(금형의 외측 방향의 면)에는, 오목홈(17a)을 향하여 주위가 테이퍼상으로 경사져 파인 테이퍼오목면(17b)이 형성되어 있다. 따라서, 파이프유지기구(30)의 좌측 부분에서 금속파이프재료(14)를 상하방향으로부터 협지하면, 정확히 금속파이프재료(14)의 좌측 단부의 외주를 전체둘레에 걸쳐 밀착하듯이 둘러쌀 수 있도록 구성되어 있다.
도 3에 나타나는 바와 같이, 구동기구(80)는, 상형(12) 및 하형(11)끼리가 합쳐지도록 상형(12)을 이동시키는 슬라이드(81)와, 상기 슬라이드(81)를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 샤프트(82)와, 그 샤프트(82)에서 발생한 구동력을 슬라이드(81)에 전달하기 위한 커넥팅로드(83)를 구비하고 있다. 샤프트(82)는, 슬라이드(81) 상방에서 좌우방향으로 뻗어 있음과 함께 회전 가능하도록 지지되어 있고, 그 중심으로부터 이간한 위치에서 좌우단으로부터 돌출하여 뻗어 있는 편심크랭크(82a)를 갖고 있다. 이 편심크랭크(82a)와, 슬라이드(81)의 상부에 마련됨과 함께 좌우방향으로 뻗어 있는 회전축(81a)은, 커넥팅로드(83)에 의하여 연결되어 있다. 구동기구(80)에서는, 성형장치제어부(70)에 의하여 샤프트(82)의 회전을 제어함으로써 편심크랭크(82a)의 상하방향의 높이를 변화시키고, 이 편심크랭크(82a)의 위치변화를 커넥팅로드(83)를 통하여 슬라이드(81)에 전달함으로써, 슬라이드(81)의 상하이동을 제어할 수 있다. 여기에서, 편심크랭크(82a)의 위치변화를 슬라이드(81)에 전달할 때에 발생하는 커넥팅로드(83)의 요동(회전운동)은, 회전축(81a)에 의하여 흡수된다. 다만, 샤프트(82)는, 예를 들면 성형장치제어부(70)에 의하여 제어되는 모터 등의 구동에 따라 회전 또는 정지한다.
가열기구(50)는, 전원(51)과, 이 전원(51)으로부터 각각 뻗어 있는 버스바(52)와, 이 버스바(52)에 개재하여 마련된 스위치(53)를 갖고 있다. 버스바(52)는, 하측의 전극(17, 18)에만 각각 접속되어 있고, 전원(51)으로부터의 전력을, 접속된 전극(17, 18)에 공급하는 도체이다. 성형장치제어부(70)는, 상기 가열기구(50)를 제어함으로써, 금속파이프재료(14)를 담금질온도(AC3 변태점 온도 이상)까지 가열한다.
한 쌍의 기체공급기구(40)의 각각은, 실린더유닛(42)과, 실린더유닛(42)의 작동에 맞추어 진퇴이동하는 실린더로드(43)와, 실린더로드(43)에 있어서의 파이프유지기구(30) 측의 선단에 연결된 시일부재(44)를 갖는다. 실린더유닛(42)은 블록(41) 상에 재치 고정되어 있다. 시일부재(44)의 선단에는 끝이 좁아지도록 테이퍼면(45)이 형성되어 있고, 전극(17, 18)의 테이퍼오목면(17b, 18b)에 합쳐지는 형상으로 구성되어 있다(도 5 참조). 시일부재(44)에는, 실린더유닛(42) 측으로부터 선단을 향하여 뻗어 있고, 상세하게는 도 5의 (a), (b)에 나타나는 바와 같이, 기체공급부(60)로부터 공급된 고압가스가 흐르는 가스통로(46)가 마련되어 있다.
기체공급부(60)는, 가스원(61)과, 이 가스원(61)에 의하여 공급된 가스를 저장하는 어큐뮬레이터(62)와, 이 어큐뮬레이터(62)로부터 기체공급기구(40)의 실린더유닛(42)까지 뻗어 있는 제1 튜브(63)와, 이 제1 튜브(63)에 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)에 개재하여 마련되어 있는 압력제어밸브(68) 및 역지(逆止)밸브(69)로 이루어진다. 압력제어밸브(64)는, 시일부재(44)의 금속파이프재료(14)에 대한 압력에 적응한 작동압력의 가스를 실린더유닛(42)에 공급하는 역할을 한다. 역지밸브(69)는, 제2 튜브(67) 내에서 고압가스가 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다. 제2 튜브(67)에 개재하여 마련되어 있는 압력제어밸브(68)는, 성형장치제어부(70)의 제어에 의하여, 금속파이프재료(14)를 팽창시키기 위한 작동압력을 갖는 가스를, 시일부재(44)의 가스통로(46)에 공급하는 역할을 한다.
성형장치제어부(70)는, 기체공급부(60)의 압력제어밸브(68)를 제어함으로써, 금속파이프재료(14) 내에 원하는 작동압력의 가스를 공급할 수 있다. 다만, 성형장치제어부(70)는, 기체공급부(60)의 압력제어밸브(68)를 제어함으로써, 금속파이프재료(14) 내에, 상대적으로 압력이 낮은 고압가스의 공급(1차블로), 및 상대적으로 압력이 높은 고압가스의 공급(2차블로)을 행할 수 있어도 된다. 또, 성형장치제어부(70)는, 도 3에 나타내는 (A)로부터 정보가 전달됨으로써, 열전대(21)로부터 온도 정보를 취득하여, 구동기구(80) 및 스위치(53) 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)에 보내는 수펌프(74)와, 배관(75)으로 이루어진다. 생략했지만, 수온을 내리는 쿨링타워나 물을 정화하는 여과기를 배관(75)에 개재시키는 것은 상관없다.
다음으로, 도 1 및 도 4에 나타나는 위치검출부(110)의 구성에 대하여 설명한다. 위치검출부(110)는, 후술하는 공급장치(120)에 의하여 성형장치(10)에 금속파이프재료(14)를 공급하기 전에, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향을 검출한다. 도 4 및 도 6에 나타나는 바와 같이, 위치검출부(110)는, 광학수단(111)과 용접위치판정부(112)를 구비하고 있다.
광학수단(111)은, 예를 들면 광학카메라이며, 금속파이프재료(14)의 외주면을 촬영하여 촬영데이터를 취득한다. 금속파이프재료(14)는, 광학수단(111)에 의하여 촬영되고 있는 동안, 후술하는 공급장치(120)의 회전부(121)에 의하여 중심축선(L) 둘레에 회전된다. 이로써, 광학수단(111)은, 금속파이프재료(14)의 외주면의 전체둘레에 걸쳐 촬영이 가능하게 되어 있다. 광학수단(111)은, 취득한 촬영데이터를 용접위치판정부(112)에 출력한다. 용접위치판정부(112)는, 광학수단(111)에 의하여 입력된 촬영데이터를 화상처리함으로써, 금속파이프재료(14)의 외주면에 있어서의 용접부(14b)의 위치를 검출한다. 이상에 의하여, 용접위치판정부(112)는, 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향을 검출한다.
다만, 위치검출부(110)는, 이와 같은 구성에 한정되지 않고 공지의 구성을 적용할 수 있다. 예를 들면, 광학수단(111)은, 광학카메라 대신에, 레이저를 이용하여 금속파이프재료(14)의 외주면을 촬영하여 촬영데이터를 취득하는 구성이어도 된다. 또, 위치검출부(110)는, 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시키기 위한 구성을 구비하고 있어도 되고, 그 경우, 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시키기 위하여 공급장치(120)의 회전부(121)를 이용하지 않아도 된다.
다음으로, 공급장치(120)의 구성에 대하여 설명한다. 공급장치(120)는, 성형장치(10)에 금속파이프재료(14)를 공급하기 위한 것이다. 공급장치(120)는, 회전부(121)와, 반송부(122)를 구비하고 있다. 회전부(121)는, 예를 들면 서로 평행이고 또한 동일한 높이에, 금속파이프재료(14)의 직경보다 짧은 간격을 두고 병설(竝設)된 2개의 롤러이다. 회전부(121)를 구성하는 2개의 롤러 중 적어도 일방은 모터에 의하여 회전구동된다. 이로써, 회전부(121)를 구성하는 2개의 롤러 상에 금속파이프재료(14)가 재치된 상태에서 롤러가 회전구동되고, 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시킨다.
반송부(122)는, 금속파이프재료(14)를 파지 가능하고, 또한 파지한 금속파이프재료(14)를 성형장치(10)에 반송 가능하다. 반송부(122)는, 예를 들면 암의 선단부에 금속파이프재료(14)를 파지하기 위한 파지부가 마련된 로봇암이다(도 1 참조). 반송부(122)는, 파지부에 의하여 금속파이프재료(14)를 파지한 상태에서, 파지부를 상승·하강, 및 수평이동 등을 시키는 것이 가능하다.
다음으로, 반출장치(130)의 구성에 대하여 설명한다. 반출장치(130)는, 성형장치(10)에 의하여 금속파이프재료(14)로부터 성형된 금속파이프(90)(도 10 참조)를 성형장치(10)로부터 반출한다. 반출장치(130)는, 공급장치(120)의 반송부(122)와 동일한 구성을 구비하고 있다. 반출장치(130)는, 금속파이프(90)를 파지 가능하고, 또한 파지한 금속파이프(90)를 성형장치(10)로부터 반출 가능하다. 반출장치(130)는, 예를 들면 암의 선단부에 금속파이프(90)를 파지하기 위한 파지부가 마련된 로봇암이다. 반출장치(130)는, 파지부에 의하여 금속파이프(90)를 파지한 상태에서, 파지부를 상승·하강, 및 수평이동 등을 시키는 것이 가능하다.
다음으로, 제어장치(140)의 구성에 대하여 설명한다. 제어장치(140)는, 도 1 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 위치검출부(110), 공급장치(120), 및 반출장치(130)의 동작을 제어한다. 제어장치(140)는, 기억부(141)와, 공급장치제어부(142)를 갖는다.
기억부(141)는, 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 블로성형금형(13)의 표면 중 금속파이프재료(14)의 중심(C)으로부터의 거리가 가장 긴 위치인 최장위치(R1)에 관한 정보를 기억한다(도 7 참조). 다만, 최장위치(R1)란, 금속파이프재료(14) 내에 고압가스를 공급할 때에 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 블로성형금형(13)의 하형(11)의 캐비티(16) 및 상형(12)의 캐비티(24)에 의하여 형성되는 공간에서의, 블로성형금형(13)의 표면 중 금속파이프재료(14)의 중심(C)으로부터의 거리가 가장 긴 위치이다. 또, 최장위치(R1)에 관한 정보란, 예를 들면 최장위치(R1)의 위치좌표여도 되고, 혹은 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치된 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 통과하는 직선(예를 들면, 수평방향으로 뻗는 직선)에 대하여 최장위치(R1)가 위치하는 각도여도 된다.
공급장치제어부(제어부)(142)는, 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 기억부(141)가 기억하고 있는 최장위치(R1)에 관한 정보에 근거하여, 용접부(14b)가, 최장위치(R1)와 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 연결하는 직선(P1) 상에 위치하지 않도록, 공급장치(120)에 의한 성형장치(10)로의 금속파이프재료(14)의 공급을 제어한다.
보다 구체적으로는, 공급장치제어부(142)는, 공급장치(120)에 의하여 성형장치(10)에 금속파이프재료(14)를 공급할 때에, 회전부(121)에 의하여 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시킴으로써, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향을 조정하도록 회전부(121)의 동작을 제어한다. 또, 공급장치제어부(142)는, 반송부(122)에 의하여 금속파이프재료(14)를 파지하여 성형장치(10)에 반송하도록, 반송부(122)의 동작을 제어한다.
<성형시스템에 의한 금속파이프의 성형방법>
다음으로, 본 실시형태의 성형시스템(1)에 의한 금속파이프(90)의 성형방법에 대하여 설명한다. 도 8은, 성형방법을 나타내는 플로차트이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 먼저 스텝 S10에 있어서, 금속파이프재료(14)를 재치부에 재치한다. 본 실시형태에서는, 공급장치(120)의 회전부(121)가 재치부로서도 이용되고 있다. 다만, 재치부로서, 공급장치(120)의 회전부(121)와는 다른 구성(예를 들면, 소정의 위치에 배치된 선반, 팔레트 등)이 이용되어도 된다. 그 후, 스텝 S12로 이행한다.
스텝 S12에 있어서, 제어장치(140)는, 공급장치(120)의 회전부(121) 및 위치검출부(110)의 동작을 제어하여, 재치부에 재치된 금속파이프재료(14)의 용접부(14b)가 위치하는 방향을 검출한다. 보다 구체적으로는, 제어장치(140)는, 공급장치(120)의 회전부(121)에 의하여 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시키면서, 광학수단(111)에 의하여 금속파이프재료(14)의 외주면을 촬영하여 촬영데이터를 취득한다. 광학수단(111)에 의하여 취득된 촬영데이터는, 용접위치판정부(112)에 출력된다. 용접위치판정부(112)는, 입력된 촬영데이터를 화상처리하고, 금속파이프재료(14)의 외주면에 있어서의 용접부(14b)의 위치를 검출하여 제어장치(140)에 출력한다. 그 후, 스텝 S14로 이행한다.
스텝 S14에 있어서, 제어장치(140)는, 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향의 조정이 불필요한지 여부를 판정한다. 보다 구체적으로는, 제어장치(140)의 기억부(141)는, 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 블로성형금형(13)의 표면 중 금속파이프재료(14)의 중심(C)으로부터의 거리가 가장 긴 위치인 최장위치(R1)에 관한 정보를 기억하고 있다. 그리고, 제어장치(140)는, 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 금속파이프재료(14)의 용접부(14b)가, 최장위치(R1)와 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 연결하는 직선(P1) 상에 위치하지 않을 때에는, 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향의 조정이 불필요하다고 판정한다. 제어장치(140)는, 조정이 불필요하다고 판정한 경우(스텝 S14: YES), 스텝 S18로 이행한다. 한편 제어장치(140)는, 조정이 불필요하다고 판정하지 않은 경우(스텝 S14: NO), 스텝 S16으로 이행한다.
스텝 S16에 있어서, 제어장치(140)는, 공급장치(120)의 회전부(121)의 동작을 제어하여, 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시킨다. 보다 구체적으로는, 제어장치(140)의 공급장치제어부(142)는, 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 기억부(141)가 기억하고 있는 최장위치(R1)에 관한 정보에 근거하여, 금속파이프재료(14)의 용접부(14b)가, 최장위치(R1)와 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 연결하는 직선(P1) 상에 위치하지 않도록, 공급장치(120)의 회전부(121)의 동작을 제어하여, 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시킨다. 그리고, 제어장치(140)는, 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향의 조정이 불필요해지는 상태에서, 금속파이프재료(14)의 회전을 정지시킨다. 그 후, 제어장치(140)는, 스텝 S18로 이행한다.
스텝 S18에 있어서, 제어장치(140)는, 공급장치(120)의 반송부(122)의 동작을 제어하여, 반송부(122)에 금속파이프재료(14)를 파지시킴과 함께, 파지한 금속파이프재료(14)를 성형장치(10)에 반송시킨다. 금속파이프재료(14)는, 성형장치(10)에 반송되고, 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치된 상태가 된다. 그 후, 스텝 S20으로 이행한다.
스텝 S20에 있어서, 성형장치(10)의 가열팽창부(103)에 의하여, 금속파이프재료(14)가 가열됨과 함께 당해 금속파이프재료(14) 내에 기체가 공급되어 팽창된다. 이로써, 금속파이프재료(14)로 금속파이프(90)가 블로성형금형(13) 내에 성형된다. 다만, 이때 가열된 금속파이프재료(14)가 팽창할 때에, 금속파이프재료(14) 중, 용접부(14b)가, 최장위치(R1)와 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 연결하는 직선(P1) 상에 위치하는 부분(Q1)(도 7 참조)보다 먼저 블로성형금형(13)의 표면에 접촉하여, 열전도에 의하여 냉각되게 된다. 그 후, 스텝 S22로 이행한다.
스텝 S22에 있어서, 제어장치(140)는, 반출장치(130)의 동작을 제어하여, 성형장치(10) 내의 금속파이프(90)를 파지시킴과 함께, 파지한 금속파이프(90)를 성형장치(10)로부터 반출시킨다. 이상에 의하여, 본 실시형태의 성형시스템(1)에 의한 금속파이프(90)의 성형이 종료된다.
<성형시스템의 작용효과>
이상 설명한 바와 같이, 성형시스템(1) 및 성형시스템(1)에 의한 금속파이프(90)의 성형방법에서는, 가열된 금속파이프재료(14)가 팽창할 때에, 금속파이프재료(14) 중, 용접부(14b)가, 최장위치(R1)와 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 연결하는 직선(P1) 상에 위치하는 부분(Q1)보다 먼저 블로성형금형(13)의 표면에 접촉한다. 여기에서, 가열된 금속파이프재료(14)가 팽창하여 블로성형금형(13)의 표면에 접촉하면, 블로성형금형(13)에 접촉한 부분이 열전도에 의하여 냉각되어, 그 부분의 변형저항이 커진다. 따라서, 이 성형시스템(1) 및 성형시스템(1)에 의한 금속파이프(90)의 성형방법에서는, 금속파이프(90)를 성형할 때에, 용접부(14b)가 블로성형금형(13)에 직선(P1) 상의 부분(Q1)보다 빠른 타이밍에 접촉하고 용접부(14b)의 변형저항이 빠른 타이밍에 커지기 때문에, 용접부(14b)의 판두께가 국소적으로 특히 얇아지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 금속파이프(90)의 성형 시에 있어서의 용접부(14b)를 기점으로 한 금속파이프재료(14)의 파손을 억제할 수 있다.
또, 성형시스템(1)에서는, 공급장치(120)는, 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전 가능한 회전부(121)와, 금속파이프재료(14)를 파지 가능하고, 또한 파지한 금속파이프재료(14)를 성형장치(10)에 반송 가능한 반송부(122)를 가지며, 공급장치제어부(142)는, 공급장치(120)에 의하여 성형장치(10)에 금속파이프재료(14)를 공급할 때에, 회전부(121)에 의하여 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시킴으로써, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향을 조정하도록 회전부(121)의 동작을 제어하고, 반송부(122)에 의하여 금속파이프재료(14)를 파지하여 성형장치(10)에 반송하도록, 반송부(122)의 동작을 제어한다. 이 때문에, 회전부(121)에 의하여, 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향을 조정하고, 반송부(122)에 의하여, 당해 금속파이프재료(14)를 성형장치(10)에 반송할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 작용효과를 적합하게 나타낼 수 있다.
또, 성형시스템(1)에서는, 공급장치(120)에 의하여 성형장치(10)에 금속파이프재료(14)를 공급하기 전에, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향을 검출하는 위치검출부(110)를 구비하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 작용효과를 적합하게 나타낼 수 있다.
[제2 실시형태]
도 9에 나타나는 바와 같이, 제2 실시형태의 성형시스템(1A)은, 공급장치(120A)의 구성에 있어서, 상술한 제1 실시형태의 성형시스템(1) 및 성형시스템(1)에 의한 금속파이프(90)의 성형방법과 주로 상이하다. 즉, 공급장치(120A)는, 금속파이프재료(14)를 파지 가능함과 함께 파지한 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전 가능하고, 또한 금속파이프재료(14)를 성형장치(10)에 반송 가능한 다관절의 암으로 이루어지는 회전반송부(123)를 갖는다.
이와 같은 구성을 구비하는 제2 실시형태의 성형시스템(1A)에 있어서, 공급장치제어부(142A)는, 공급장치(120A)에 의하여 성형장치(10)에 금속파이프재료(14)를 공급할 때에, 회전반송부(123)에 의하여 금속파이프재료(14)를 파지함과 함께 당해 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시킴으로써, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에 금속파이프재료(14)의 중심(C)에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향을 조정하고, 금속파이프재료(14)를 성형장치(10)에 반송하도록 회전반송부(123)의 동작을 제어한다.
이와 같은 제2 실시형태의 성형시스템(1A) 및 성형방법에 있어서도, 제1 실시형태의 성형시스템(1) 및 성형방법과 동일한 작용효과를 나타내는 것은 말할 것도 없다.
추가로, 성형시스템(1A)에서는, 공급장치(120A)는, 금속파이프재료(14)를 파지 가능함과 함께 파지한 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전 가능하고, 또한 금속파이프재료(14)를 성형장치(10)에 반송 가능한 다관절의 암으로 이루어지는 회전반송부(123)를 가지며, 공급장치제어부(142A)는, 공급장치(120A)에 의하여 성형장치(10)에 금속파이프재료(14)를 공급할 때에, 회전반송부(123)에 의하여 금속파이프재료(14)를 파지함과 함께 당해 금속파이프재료(14)를 중심축선(L) 둘레에 회전시킴으로써, 연장방향(D)에서 본 경우에 금속파이프재료(14)의 중심에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향을 조정하고, 금속파이프재료(14)를 성형장치(10)에 반송하도록 회전반송부(123)의 동작을 제어한다. 이 때문에, 회전반송부(123)에 의하여, 금속파이프재료(14)의 중심에 대하여 용접부(14b)가 위치하는 방향을 조정하면서, 당해 금속파이프재료(14)를 성형장치(10)에 반송할 수 있다. 따라서, 공급장치(120A)에 의하여 성형장치(10)에 금속파이프재료(14)를 공급하는 데에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
이상 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다.
예를 들면, 성형시스템(1, 1A)에 있어서, 제어장치(140, 140A)는, 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 블로성형금형(13)의 표면 중 금속파이프재료(14)의 중심(C)으로부터의 거리가 가장 짧은 위치인 최단위치(R2)(도 7 참조)에 관한 정보를 기억하는 기억부(141, 141A)를 갖고, 또한 제어장치(140, 140A)는, 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 기억부(141, 141A)가 기억하고 있는 최단위치(R2)에 관한 정보에 근거하여, 용접부(14b)가, 최단위치(R2)와 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 연결하는 직선(P2) 상에 위치하도록, 공급장치(120, 120A)에 의한 성형장치(10)로의 금속파이프재료(14)의 공급을 제어하는 공급장치제어부(142, 142A)를 가져도 된다. 다만, 최단위치(R2)란, 금속파이프재료(14) 내에 고압가스를 공급할 때에 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 블로성형금형(13)의 하형(11)의 캐비티(16) 및 상형(12)의 캐비티(24)에 의하여 형성되는 공간에서의, 블로성형금형(13)의 표면 중 금속파이프재료(14)의 중심(C)으로부터의 거리가 가장 짧은 위치이다. 또, 최단위치(R2)에 관한 정보란, 예를 들면 최단위치(R2)의 위치좌표여도 되고, 혹은 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치된 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 통과하는 직선(예를 들면, 수평방향으로 뻗는 직선)에 대하여 최단위치(R2)가 위치하는 각도여도 된다.
마찬가지로, 성형시스템(1, 1A)에 의한 금속파이프(90)의 성형방법으로서, 금속파이프재료(14)가 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치되는 상태에 있어서, 금속파이프재료(14)의 연장방향(D)에서 본 경우에, 블로성형금형(13)의 표면 중 금속파이프재료(14)의 중심(C)으로부터의 거리가 가장 짧은 위치인 최단위치(R2)와 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 연결하는 직선(P2) 상에 용접부(14b)가 위치하도록, 금속파이프재료(14)를 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치해도 된다.
이와 같은 성형시스템(1A) 및 성형시스템(1A)에 의한 금속파이프(90)의 성형방법에서는, 가열된 금속파이프재료(14)가 팽창할 때에, 금속파이프재료(14) 중, 최단위치(R2)와 금속파이프재료(14)의 중심(C)을 연결하는 직선(P2) 상에 위치하는 용접부(14b)가, 먼저 블로성형금형(13)의 표면에 접촉한다. 여기에서, 가열된 금속파이프재료(14)가 팽창하여 블로성형금형(13)의 표면에 접촉하면, 블로성형금형(13)에 접촉한 부분이 열전도에 의하여 냉각되어, 그 부분의 변형저항이 커진다. 따라서, 이 성형시스템(1, 1A) 및 성형시스템(1, 1A)에 의한 금속파이프(90)의 성형방법에서는, 금속파이프(90)를 성형할 때에, 용접부(14b)가 블로성형금형(13)에 먼저 접촉하고 용접부(14b)의 변형저항이 최초로 커지기 때문에, 용접부(14b)의 판두께가 국소적으로 특히 얇아지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 금속파이프(90)의 성형 시에 있어서의 용접부(14b)를 기점으로 한 금속파이프재료(14)의 파손을 특히 억제할 수 있다.
또, 각 실시형태에 있어서, 성형시스템(1, 1A)은 반출장치(130)를 구비하지 않아도 되고, 이 경우, 성형된 금속파이프(90)는, 성형장치(10)로부터 예를 들면 공급장치(120, 120A)에 의하여 반출되어도 된다. 이것에 의하면, 시스템구성을 간소화할 수 있음과 함께, 성형장치(10)에 인접한 스페이스를 넓게 확보하는 것이 가능해짐으로써, 당해 스페이스에 금형교환대차 등을 용이하게 배치할 수 있다.
[실시예]
계속해서, 성형시스템 및 성형방법의 실시예에 대하여, 도 10, 도 11, 및 도 12를 참조하면서 설명한다.
도 10은, 실시예에 있어서의 금속파이프재료, 금속파이프의 판두께 및 온도의 측정위치를 나타내는 도이고, 도 11, 12는, 도 10에 나타나는 바와 같은 형상의 금속파이프(90)를 성형할 때의, 도 10의 측정위치 1~9에 있어서의 금속파이프재료(14)의 판두께 및 온도의 시뮬레이션결과를 나타내는 도이다. 도 10에 나타나는 바와 같이, 측정위치 1~9 중, 측정위치 6이 최장위치(R1)이고, 측정위치 9가 최단위치(R2)이다. 또, 본 실시예에서는, 금속파이프재료(14) 내에, 상대적으로 압력이 낮은 고압가스의 공급(1차블로), 및 상대적으로 압력이 높은 고압가스의 공급(2차블로)을, 이 순번으로 행하는 것으로 했다. 다만, 도 11, 12에서는, 각각 판두께 또는 온도가, 1차블로 전, 1차블로 후, 2차블로 전, 및 2차블로 후의 측정타이밍으로 나누어 나타나 있다. 여기에서, 1차블로 전이란, 금속파이프재료(14)에 대한 블로성형의 가공이 개시되기 전이며, 2차블로 후란, 금속파이프재료(14)에 대한 블로성형의 가공이 완료되어 금속파이프(90)가 성형된 후이다.
금속파이프(90)를 성형할 때에, 금속파이프재료(14)를 한 쌍의 블로성형금형(13) 사이에 배치한 상태에 있어서, 한 쌍의 블로성형금형(13)을 중도위치까지 형폐쇄한다. 이 상태에서 1차블로를 행하고, 최단위치(R2)인 측정위치 9와 금속파이프재료(14)의 중심을 연결하는 직선(P2) 상에 있어서 금속파이프재료(14)를 블로성형금형(13)에 접촉시킨다. 그 후, 한 쌍의 블로성형금형(13)을 완전히 형폐쇄함과 함께, 2차블로를 행하여, 금속파이프(90)의 성형을 완료한다.
최장위치(R1)인 측정위치 6에서는, 가열된 금속파이프재료(14)가 블로성형금형(13)에 늦은 타이밍에 접촉하여 냉각되고, 늦은 타이밍에 변형저항이 커진다. 그 결과, 도 11에 나타나는 바와 같이, 측정위치 6에서는 금속파이프재료(14)의 온도가 과도하게 높아져 있으며, 또 도 12에 나타나는 바와 같이, 측정위치 6에서는 금속파이프재료(14)의 판두께가 과도하게 얇아져 있다.
한편, 최단위치(R2)인 측정위치 9에서는, 가열된 금속파이프재료(14)가 블로성형금형(13)에 최초로 접촉하여 냉각되고, 빠른 타이밍에 변형저항이 커진다. 그 결과, 도 11에 나타나는 바와 같이, 측정위치 9에서는 금속파이프재료(14)의 온도가 적절히 낮아져 있으며, 또 도 12에 나타나는 바와 같이, 측정위치 9에서는 금속파이프재료(14)의 판두께가 적절한 두께가 되어 있다. 이상에 의하여, 성형시스템(1) 및 성형방법에 의하여, 금속파이프(90)를 성형할 때에 용접부(14b)의 판두께가 국소적으로 특히 얇아지는 것을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.
1, 1A…성형시스템
10…성형장치
13…블로성형금형(금형)
14…금속파이프재료
14a…단부
14b…용접부
90…금속파이프
103…가열팽창부
110…위치검출부
120, 120A…공급장치
121…회전부
122…반송부
123…회전반송부
140, 140A…제어장치
141, 141A…기억부
142, 142A…공급장치제어부
C…중심
D…연장방향
L…중심축선
P1, P2…직선
Q1…부분
R1…최장위치
R2…최단위치

Claims (12)

  1. 판재의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료로 금속파이프를 성형하는 성형시스템으로서,
    한 쌍의 금형, 및 상기 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상기 금속파이프재료를 가열함과 함께 상기 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 가열팽창부를 갖는 성형장치와,
    상기 성형장치에 상기 금속파이프재료를 공급하는 공급장치와,
    상기 공급장치의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 금속파이프재료가 상기 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 상기 금속파이프재료의 연장방향에서 본 경우에, 상기 금형의 표면 중 상기 금속파이프재료의 중심으로부터의 거리가 가장 긴 위치를 최장위치라고 한 경우,
    상기 제어장치는,
    상기 용접부가, 상기 최장위치와 상기 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 위치하지 않도록, 상기 공급장치에 의한 상기 성형장치로의 상기 금속파이프재료의 공급을 제어하는 제어부를 갖는, 성형시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 최장위치를 기억하는 기억부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 기억부가 기억하고 있는 상기 최장위치에 관한 정보에 근거하여, 상기 용접부가, 상기 직선 상에 위치하지 않도록, 상기 공급장치에 의한 상기 성형장치로의 상기 금속파이프재료의 공급을 제어하는, 성형시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공급장치는,
    상기 금속파이프재료를 중심축선 둘레에 회전 가능한 회전부와,
    상기 금속파이프재료를 파지 가능하고, 또한, 파지한 상기 금속 파이프재료를 상기 성형장치에 반송 가능한 반송부를 갖고,
    상기 제어부는,
    상기 공급장치에 의해 상기 성형장치에 상기 금속파이프재료를 공급할 때에, 상기 회전부에 의해 상기 금속파이프재료를 상기 중심축선 둘레에 회전시킴으로써, 상기 연장방향에서 본 경우에 상기 금속파이프재료의 중심에 대해서 상기 용접부가 위치하는 방향을 조정하도록 상기 회전부의 동작을 제어하며,
    상기 반송부에 의해 상기 금속파이프재료를 파지해서 상기 성형장치에 반송하도록, 상기 반송부의 동작을 제어하는, 성형시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공급장치는, 상기 금속파이프재료를 파지 가능함과 함께 파지한 상기 금속파이프재료를 중심축선 둘레에 회전가능하고, 또한, 상기 금속파이프재료를 상기 성형장치에 반송 가능한 다관절의 암으로 이루어지는 회전반송부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 공급장치에 의해 상기 성형장치에 상기 금속파이프재료를 공급할 때에, 상기 회전반송부에 의해 상기 금속파이프재료를 파지함과 함께 상기 금속파이프재료를 상기 중심축선 둘레에 회전시킴으로써, 상기 연장방향에서 본 경우에 상기 금속파이프재료의 중심에 대해서 상기 용접부가 위치하는 방향을 조정하고, 상기 금속파이프재료를 상기 성형장치에 반송하도록 상기 회전반송부의 동작을 제어하는, 성형시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공급장치에 의해 상기 성형장치에 상기 금속파이프재료를 공급하기 전에, 상기 연장방향에서 본 경우에 상기 금속파이프재료의 중심에 대해서 상기 용접부가 위치하는 방향을 검출하는 위치검출부를 구비하는, 성형시스템.
  6. 판재의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료로 금속파이프를 성형하는 성형시스템으로서,
    한 쌍의 금형, 및 상기 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상기 금속파이프재료를 가열함과 함께 상기 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시키는 가열팽창부를 갖는 성형장치와,
    상기 성형장치에 상기 금속파이프재료를 공급하는 공급장치와,
    상기 공급장치의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 금속파이프재료가 상기 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 상기 금속파이프재료의 연장방향에서 본 경우에, 상기 금형의 표면 중 상기 금속파이프재료의 중심으로부터의 거리가 가장 짧은 위치를 최단위치라고 한 경우,
    상기 제어장치는,
    상기 용접부가, 상기 최단위치와 상기 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 위치하도록, 상기 공급장치에 의한 상기 성형장치로의 상기 금속파이프재료의 공급을 제어하는 제어부를 갖는, 성형시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 최단위치를 기억하는 기억부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 기억부가 기억하고 있는 상기 최단위치에 관한 정보에 근거하여, 상기 용접부가, 상기 직선 상에 위치하지 않도록, 상기 공급장치에 의한 상기 성형장치로의 상기 금속파이프재료의 공급을 제어하는, 성형시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 공급장치는,
    상기 금속파이프재료를 중심축선 둘레에 회전 가능한 회전부와,
    상기 금속파이프재료를 파지 가능하고, 또한 파지한 상기 금속파이프재료를 상기 성형장치에 반송 가능한 반송부를 가지며,
    상기 제어부는, 상기 공급장치에 의하여 상기 성형장치에 상기 금속파이프재료를 공급할 때에, 상기 회전부에 의하여 상기 금속파이프재료를 상기 중심축선 둘레에 회전시킴으로써, 상기 연장방향에서 본 경우에 상기 금속파이프재료의 중심에 대하여 상기 용접부가 위치하는 방향을 조정하도록 상기 회전부의 동작을 제어하고, 상기 반송부에 의하여 상기 금속파이프재료를 파지하여 상기 성형장치에 반송하도록, 상기 반송부의 동작을 제어하는, 성형시스템.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 공급장치는, 상기 금속파이프재료를 파지 가능함과 함께 파지한 상기 금속파이프재료를 중심축선 둘레에 회전 가능하고, 또한 상기 금속파이프재료를 상기 성형장치에 반송 가능한 다관절의 암으로 이루어지는 회전반송부를 가지며,
    상기 제어부는, 상기 공급장치에 의하여 상기 성형장치에 상기 금속파이프재료를 공급할 때에, 상기 회전반송부에 의하여 상기 금속파이프재료를 파지함과 함께 상기 금속파이프재료를 상기 중심축선 둘레에 회전시킴으로써, 상기 연장방향에서 본 경우에 상기 금속파이프재료의 중심에 대하여 상기 용접부가 위치하는 방향을 조정하고, 상기 금속파이프재료를 상기 성형장치에 반송하도록 상기 회전반송부의 동작을 제어하는, 성형시스템.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 공급장치에 의하여 상기 성형장치에 상기 금속파이프재료를 공급하기 전에, 상기 연장방향에서 본 경우에 상기 금속파이프재료의 중심에 대하여 상기 용접부가 위치하는 방향을 검출하는 위치검출부를 구비하는, 성형시스템.
  11. 판재의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료를 한 쌍의 금형 사이에 배치하며, 상기 금속파이프재료를 가열함과 함께 상기 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시켜 금속파이프를 성형하는 성형방법으로서,
    상기 금속파이프재료가 상기 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 상기 금속파이프재료의 연장방향에서 본 경우에, 상기 금형의 표면 중 상기 금속파이프재료의 중심으로부터의 거리가 가장 긴 위치인 최장위치와 상기 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 상기 용접부가 위치하지 않도록, 상기 금속파이프재료를 상기 한 쌍의 금형 사이에 배치하는, 성형방법.
  12. 판재의 단부끼리가 용접된 용접부를 갖고 원통상으로 된 금속파이프재료를 한 쌍의 금형 사이에 배치하며, 상기 금속파이프재료를 가열함과 함께 상기 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 팽창시켜 금속파이프를 성형하는 성형방법으로서,
    상기 금속파이프재료가 상기 한 쌍의 금형 사이에 배치되는 상태에 있어서, 상기 금속파이프재료의 연장방향에서 본 경우에, 상기 금형의 표면 중 상기 금속파이프재료의 중심으로부터의 거리가 가장 짧은 위치인 최단위치와 상기 금속파이프재료의 중심을 연결하는 직선 상에 상기 용접부가 위치하도록, 상기 금속파이프재료를 상기 한 쌍의 금형 사이에 배치하는, 성형방법.
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