KR102360266B1

KR102360266B1 - 성형장치

Info

Publication number: KR102360266B1
Application number: KR1020177026866A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 사이카; 마사유키 이시즈카; 노리에다 우에노
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2022-02-07
Also published as: CA2980996A1; WO2016159134A1; EP3278900A1; EP3278900B1; EP3563944A1; CN107405671A; CA2980996C; US11779987B2; KR20170132751A; CN111496061B; JP6309480B2; US20210101199A1; CN107405671B; US20180015520A1; EP3278900A4; JP2016190260A; CN111496061A

Abstract

상형(12)과 하형(11)의 사이에서 금속파이프재료를 팽창성형함에 있어서, 메인캐비티부(MC) 또는 서브캐비티부(SC1, SC2)에서 파편 등의 이물이 발생한 경우, 금속파이프재료의 연신방향과 교차하는 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신방향 외방을 향하는 이물의 진행을, 금속파이프재료를 팽창시킬 때에 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신선 상에 마련한 실드부재인 상형홀더(96)의 볼록부(96b, 96b)에 의하여, 차단하도록 한다.

Description

성형장치

본 발명은, 성형장치에 관한 것이다.

종래, 파이프부 및 플랜지부를 갖는 금속파이프의 성형을 행하는 성형장치로서, 예를 들면 이하의 특허문헌 1에 기재된 성형장치가 알려져 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 성형장치에서는, 서로 쌍이 되는 상형 및 하형과, 상형 및 하형의 사이에 지지된 금속파이프재료 내에 기체인 고압가스를 공급하는 기체공급부를 구비한다. 상형 및 하형이 합쳐짐으로써, 상형과 하형의 사이에, 파이프부를 성형하기 위한 메인캐비티부, 및 메인캐비티부에 연통하여 플랜지부를 성형하기 위한 서브캐비티부가 구성된다. 그리고, 이 성형장치에서는, 상형 및 하형을 폐쇄할 때에 금속파이프재료 내에 기체를 공급하여 금속파이프재료를 팽창시킨다. 이로써, 상기 파이프부와 상기 플랜지부를 동시에 성형할 수 있다.

구체적으로는, 상형 및 하형의 분할면(맞춤면)은, 외측으로부터 중앙을 향하여 계단형으로 형성된다. 상형과 하형을 형폐쇄했을 때에, 상형 및 하형의 중앙의 분할면끼리의 사이에 성형공간으로서의 메인캐비티부가 형성됨과 함께, 상형과 하형의 분할면끼리의 사이에서 메인캐비티부의 측방에 당해 메인캐비티부에 연통하는 성형공간으로서의 서브캐비티부가 형성된다. 이 서브캐비티부는, 상형 및 하형의 계단형 분할면에 의하여 폐쇄되어, 형 내에서 폐공간으로 되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2012-000654호

여기에서, 상기 성형장치에 있어서는, 상술과 같이, 플랜지부의 형상(두께 및 길이)에 대응한 서브캐비티부가 형 내에서 폐공간으로 되어 있다. 따라서, 고압가스의 공급에 의한 플랜지부의 성형 시에, 당해 플랜지부가 변형될 우려가 있어, 원하는 형상의 플랜지부를 성형할 수 없을 가능성이 있다.

따라서, 플랜지부의 변형을 방지하기 위하여, 성형공간인 서브캐비티부를 형 외로 뻗게 하여 외부개방으로 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같이 외부개방으로 하면, 재료 자체의 강도가 낮아 고압가스에 의하여 형 내에서 금속파이프가 파열되는 것을 상정한 경우, 그 파편 등의 이물이 형 외로 튀어나와 주위로 비산될 우려가 있다.

본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 형 내에서 발생한 파편 등의 이물이, 형 외의 주위로 비산되는 것을 방지할 수 있는 성형장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면에 의한 성형장치는, 금속파이프재료를 팽창시키고 금속파이프를 성형하는 성형장치로서, 대향하는 면에서, 금속파이프의 본체부를 성형하는 메인캐비티부와 금속파이프의 플랜지부를 성형하는 서브캐비티부를 형성하는 상형 및 하형과, 메인캐비티부 또는 서브캐비티부로부터 방출되는 이물의 비산을 방지하는 실드부재를 구비하고, 서브캐비티부는, 금속파이프재료의 연신방향과 교차하는 방향으로 형 외로 개방되도록 연신하여 형성되며, 실드부재는, 금속파이프재료를 팽창시킬 때에, 서브캐비티부가 연신하는 선 상에 마련된다.

이와 같은 성형장치에 의하면, 상형과 하형의 사이에서 금속파이프재료를 팽창성형함에 있어서, 메인캐비티부 또는 서브캐비티부에서 파편 등의 이물이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 이물은, 금속파이프재료의 연신방향과 교차하는 서브캐비티부의 연신방향 외방을 향한다. 이물은, 금속파이프재료를 팽창시킬 때에 서브캐비티부의 연신선 상에 마련된 실드부재에 의하여, 진행이 차단된다. 이로 인하여, 메인캐비티부 또는 서브캐비티부로부터 방출되는 이물이 형 외의 주위로 비산되는 것을 방지할 수 있다.

여기에서, 실드부재는, 서브캐비티부를 서브캐비티부가 연신하는 방향으로부터 막아도 된다. 이와 같은 구성을 채용한 경우, 서브캐비티부가, 서브캐비티부의 연신방향으로부터 막히기 때문에, 이물이 형 외로 나오지 않고, 형 외의 주위로 비산되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

또, 실드부재는, 상형 또는 하형의 측면에 접하여 마련됨과 함께, 상형 또는 하형의 이동에 따라 이동하고, 형폐쇄할 때에 서브캐비티부를 서브캐비티부가 연신하는 방향으로부터 막아도 된다. 이와 같은 구성을 채용한 경우, 형을 지지하는 형 홀더를 실드부재로서 이용할 수 있어, 별도 실드부재를 마련할 필요가 없다. 또, 실드부재가 상형의 측면에 접하여 마련되어 있는 경우, 이형된 상태에서는, 실드부재는 상형과 함께 하형으로부터 상방으로 이간되어 있다. 따라서, 예를 들면 금속파이프재료를 하형에 삽입하는 경우나 성형한 금속파이프를 하형으로부터 꺼내는 경우에, 실드부재가 방해가 되지는 않는다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 형 내에서 발생한 파편 등의 이물이, 형 외의 주위로 비산되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 성형장치를 나타내는 개략구성도이다.
도 2는, 도 1의 II-II선을 따른 블로성형금형 및 상형, 하형지지부의 횡단면도이다.
도 3은, 전극 주변의 확대도로서, (a)는 전극이 금속파이프재료를 지지한 상태를 나타내는 도, (b)는 전극에 시일부재가 맞닿은 상태를 나타내는 도, (c)는 전극의 정면도이다.
도 4는, 성형장치에 의한 제조공정을 나타내는 도로서, (a)는 금형 내에 금속파이프재료가 세팅된 상태를 나타내는 도, (b)는 금속파이프재료가 전극에 지지된 상태를 나타내는 도이다.
도 5는, 도 4에 계속되는 제조공정을 나타내는 도이다.
도 6은, 블로성형금형 및 상형홀더의 동작과 금속파이프재료의 형상의 변화를 나타내는 도이다.
도 7은, 도 6에 계속되는 도이다.
도 8은, 도 7에 계속되는 도이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 성형장치의 주요부를 나타내는 개략구성도이다.
도 10은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 성형장치의 주요부를 나타내는 개략구성도이다.

이하, 본 발명에 의한 성형장치의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만, 각 도면에 있어서 동일부분 또는 상당부분에는 동일부호를 붙여, 중복되는 설명은 생략한다.

<성형장치의 구성>

도 1은, 성형장치의 개략구성도, 도 2는, 도 1의 II-II선을 따른 블로성형금형 및 상형, 하형지지부의 횡단면도이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 금속파이프(100)(도 5 참조)를 성형하는 성형장치(10)는, 서로 쌍이 되는 하형(11) 및 상형(12)으로 이루어지는 블로성형금형(13)과, 하형(11)을 지지하기 위한 하형지지부(91) 및 상형(12)을 지지하기 위한 상형지지부(92)와, 하형(11)을 지지한 하형지지부(91) 및 상형(12)을 지지한 상형지지부(92) 중 적어도 일방(여기에서는, 상형지지부(92))을 이동시키는 구동기구(80)와, 하형(11)과 상형(12)의 사이에서 가상선으로 나타내는 금속파이프재료(14)를 지지하는 파이프지지기구(30)와, 파이프지지기구(30)로 지지되어 있는 금속파이프재료(14)에 통전하여 가열하는 가열기구(50)와, 하형(11) 및 상형(12)의 사이에 지지되어 가열된 금속파이프재료(14) 내에 고압가스(기체)를 공급하기 위한 기체공급부(60)와, 파이프지지기구(30)로 지지된 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 파이프지지기구(30)의 구동, 상기 가열기구(50)의 구동, 및 상기 기체공급부(60)의 기체공급을 각각 제어하는 제어부(70)를 구비하여 구성되어 있다.

하형(11)은, 하형지지부(91)를 통하여 큰 기대(基臺)(15)에 고정되어 있다. 하형(11)은, 큰 강철제 블록으로 구성되고, 그 상면(상형(12)과의 분할면)에 오목부(16)를 구비한다. 도 1 및 도 2에 나타나는 바와 같이, 하형(11)을 지지하는 하형지지부(91)는, 위에서부터 순서대로, 하형(11)을 지지하는 하형홀더(93), 하형홀더(93)를 지지하는 하측다이홀더(94), 하측다이홀더(94)를 지지하는 하측다이베이스플레이트(95)를 겹쳐 구비하고, 이 하측다이베이스플레이트(95)가 기대(15)에 고정된다. 그리고, 도 1에 나타나는 바와 같이, 하형홀더(93) 및 하측다이홀더(94)의 축선방향길이(도 1의 좌우방향길이)는, 하형(11)의 축선방향길이와 대략 동일한 정도의 길이로 되어 있다.

또한, 하형(11)의 좌우단(도 1에 있어서의 좌우단) 근방에는 전극수납 스페이스(11a)가 마련되고, 당해 전극수납 스페이스(11a) 내에, 액추에이터(도시하지 않음)에 의하여 상하로 진퇴이동 가능하게 구성된 제1 전극(17) 및 제2 전극(18)을 구비하고 있다. 이들 제1 전극(17), 제2 전극(18)의 상면에는, 금속파이프재료(14)의 하측 외주면에 대응한 반원호형의 오목홈(17a, 18a)이 형성되어 있다(도 3의 (c) 참조). 당해 오목홈(17a, 18a)의 부분에 정확히 금속파이프재료(14)가 끼워넣어지도록 재치 가능하게 되어 있다. 또, 제1, 제2 전극(17, 18)의 정면(금형의 외측방향의 면)은 오목홈(17a, 18a)을 향하여 주위가 테이퍼형으로 경사져 파인 테이퍼오목면(17b, 18b)이 형성되어 있다. 또, 하형(11)에는 냉각수통로(19)가 형성되고, 대략 중앙에 아래로부터 삽입된 열전대(21)를 구비하고 있다. 이 열전대(21)는 스프링(22)에 의하여 상하이동 가능하게 지지되어 있다.

다만, 하형(11)측에 위치하는 한 쌍의 제1, 제2 전극(17, 18)은 파이프지지기구(30)를 구성하고 있으며, 금속파이프재료(14)를, 상형(12)과 하형(11)의 사이에서 승강 가능하게 지지할 수 있다. 또, 열전대(21)는 측온수단의 일례를 나타내는 것에 지나지 않고, 복사 온도계 또는 광온도계와 같은 비접촉형 온도센서여도 된다. 다만, 통전시간과 온도의 상관관계가 얻어지면, 측온수단은 생략하고 구성하는 것도 충분히 가능하다.

상형(12)은, 그 하면(하형(11)과의 분할면)에 오목부(24)를 구비하고, 냉각수통로(25)를 내장한 큰 강철제 블록이다. 도 1 및 도 2에 나타나는 바와 같이, 상형(12)을 지지하는 상형지지부(92)는, 아래에서부터 순서대로, 상형(12)을 지지하는 상형홀더(96), 상형홀더(96)를 지지하는 상측다이홀더(97), 상측다이홀더(97)를 지지하는 상측다이베이스플레이트(98)를 겹쳐 구비하고, 이 상측다이베이스플레이트(98)가 슬라이드(82)에 고정된다. 그리고, 도 1에 나타나는 바와 같이, 상형홀더(96) 및 상측다이홀더(97)의 축선방향길이(도 1의 좌우방향길이)는, 상형(12)의 축선방향길이와 대략 동일한 정도의 길이로 되어 있다. 또, 상형지지부(92)가 고정된 슬라이드(82)는, 가압실린더(26)에 의하여 매달린 구성으로 되어 있으며, 가이드실린더(27)에 의하여 요동하지 않도록 가이드되어 있다.

상형(12)의 좌우단(도 1에 있어서의 좌우단) 근방에는, 하형(11)과 동일한 전극수납 스페이스(12a)가 마련되며, 이 전극수납 스페이스(12a) 내에는, 하형(11)과 동일하게, 액추에이터(도시하지 않음)로 상하로 진퇴이동 가능하게 구성된 제1 전극(17)과 제2 전극(18)을 구비하고 있다. 이들 제1, 제2 전극(17, 18)의 하면에는, 금속파이프재료(14)의 상측 외주면에 대응한 반원호형의 오목홈(17a, 18a)이 형성되어 있으며(도 3의 (c) 참조), 당해 오목홈(17a, 18a)에 정확히 금속파이프재료(14)가 끼워맞춤 가능하게 되어 있다. 또, 제1, 제2 전극(17, 18)의 정면(금형의 외측방향의 면)은 오목홈(17a, 18a)을 향하여 주위가 테이퍼형으로 경사져 파인 테이퍼오목면(17b, 18b)이 형성되어 있다. 따라서, 상형(12)측에 위치하는 한 쌍의 제1, 제2 전극(17, 18)도 파이프지지기구(30)를 구성하고 있으며, 상하 한 쌍의 제1, 제2 전극(17, 18)으로 금속파이프재료(14)를 상하방향으로부터 협지하면, 정확히 금속파이프재료(14)의 외주를 전체둘레에 걸쳐 밀착하도록 둘러쌀 수 있게 구성되어 있다. 다만, 가동부인 제1 전극(17), 제2 전극(18)을 상하이동시키는 각 액추에이터의 고정부는, 하형지지부(91), 상형지지부(92)에 각각 지지·고정되어 있다.

구동기구(80)는, 상형(12) 및 하형(11)끼리가 합쳐지도록 상형(12) 및 상형지지부(92)를 이동시키는 슬라이드(82)와, 상기 슬라이드(82)를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동부(81)와, 상기 구동부(81)에 대한 유체량을 제어하는 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)로 공급하는 유체의 양을 제어하는 것에 의하여, 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. 예를 들면, 편심축과, 편심축을 회전시키는 회전력을 부여하는 구동원(예를 들면, 서보모터 및 감속기 등)과, 편심축의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 슬라이드를 이동시키는 변환부(예를 들면, 커넥팅로드 또는 편심슬리브 등)를 갖는 구동기구를 채용해도 된다. 다만, 본 실시형태에서는, 구동부(81)가 서보모터(83)를 구비하지 않아도 된다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 하형(11)의 상단면 및 상형(12)의 하단면에는, 모두 단차가 마련되어 있다. 구체적으로는, 하형(11)의 상단면의 중앙에는, 단면 직사각형상의 오목부(16)가 형성되고, 상형(12)의 하단면의 중앙이며, 하형(11)의 오목부(16)에 대향하는 위치에는, 단면 직사각형상의 오목부(24)가 형성되어 있다.

하형지지부(91)를 구성하고 하형(11)을 지지하는 하형홀더(93)는, 직육면체의 상단면(93e)의 중앙에, 단면 직사각형상의 오목부(93a)를 구비하는 것이다. 이 오목부(93a)의 바닥면(93d)의 중앙에 마련된 단면 직사각형상의 오목부(93c) 내에, 하형(11)의 대략 하측 절반을 끼워넣도록 하여 지지한다. 하형홀더(93)의 오목부(93a)를 형성하는 양 옆의 각 볼록부(93b, 93b)와, 하형홀더(93)의 바닥면(93d)보다 상방으로 돌출되는 하형(11)의 대략 상측 절반의 측면의 사이에는 공간(S1, S2)이 각각 마련된다. 이 공간(S1, S2)이, 블로성형금형(13)을 형폐쇄했을 때에, 상형홀더(96)의 후술하는 볼록부(96b)가 진입하는 공간이 된다.

상형지지부(92)를 구성하고 상형(12)을 지지하는 상형홀더(96)는, 직육면체의 양측에 있어서 상측으로부터 하측을 향하여 계단형의 단차를 2단 형성함으로써, 하방을 향하여 직육면체가 단계적으로 작아지는 계단식 블록형으로 구성된다. 이 상형홀더(96)의 하단면(96d)의 중앙에는, 단면 직사각형상의 오목부(96a)가 형성되며, 이 오목부(96a) 내에, 상형(12)을 수용하도록 하여 지지한다. 따라서, 상형홀더(96)의 오목부(96a)를 형성하는 양 옆의 각 볼록부(96b, 96b)는, 그 내측면이, 상형(12)의 측면에 접하게 되어 있다. 또, 볼록부(96b, 96b)는, 상형(12)의 하단면보다 하방으로 소정 길이 돌출되어, 블로성형금형(13)을 형폐쇄했을 때에, 하형홀더(93)의 공간(S1, S2)에 각각 진입하는 부분으로 되어 있다. 또, 블로성형금형(13)을 형폐쇄했을 때에, 상형홀더(96)의 볼록부(96b)의 하단면(선단면)(96d)이, 하형홀더(93)의 오목부(93a)의 바닥면(93d)에 맞닿고, 상형홀더(96)의 볼록부(96b)의 양 옆에서 볼록부(96b)를 형성하여 당해 볼록부(96b)의 상방에 위치하는 단차면(96e)이, 하형홀더(93)의 볼록부(93b)의 상단면(93e)에 맞닿게 되어 있다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 가열기구(50)는, 전원(51)과, 이 전원(51)으로부터 각각 뻗어 있어 제1 전극(17) 및 제2 전극(18)에 접속하고 있는 도선(52)과, 이 도선(52)에 개재하여 마련된 스위치(53)를 가져 이루어진다. 제어부(70)는, 상기 가열기구(50)를 제어함으로써, 금속파이프재료(14)를 담금질온도(AC3 변태점온도 이상)까지 가열할 수 있다.

한 쌍의 기체공급기구(40)의 각각은, 실린더유닛(42)과, 실린더유닛(42)의 작동에 맞추어 진퇴이동하는 실린더로드(43)와, 실린더로드(43)에 있어서의 파이프지지기구(30)측의 선단에 연결된 시일부재(44)를 갖는다. 실린더유닛(42)은 블록(41)을 통하여 기대(15) 상에 재치고정되어 있다. 시일부재(44)의 선단에는 끝이 좁아지도록 테이퍼면(45)이 형성되어 있으며, 제1, 제2 전극(17, 18)의 테이퍼오목면(17b, 18b)에 정확히 끼워맞춰 맞닿을 수 있는 형상으로 구성되어 있다(도 3 참조). 시일부재(44)에는, 실린더유닛(42)측으로부터 선단을 향하여 뻗어 있고, 자세하게는 도 3의 (a), (b)에 나타나는 바와 같이, 기체공급부(60)로부터 공급된 고압가스가 흐르는 가스통로(46)가 마련되어 있다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 기체공급부(60)는, 고압가스원(61)과, 이 고압가스원(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 역류방지밸브(69)로 이루어진다. 압력제어밸브(64)는, 시일부재(44)의 금속파이프재료(14)에 대한 압력에 적응한 작동압력의 가스를 실린더유닛(42)에 공급하는 역할을 한다. 역류방지밸브(69)는, 제2 튜브(67) 내에서 고압가스가 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.

제어부(70)는, 기체공급부(60)의 압력제어밸브(68)를 제어함으로써, 금속파이프재료(14) 내에 원하는 작동압력의 가스를 공급할 수 있다. 또, 제어부(70)는, 도 1에 나타내는 (A)로부터 정보가 전달됨으로써, 열전대(21)로부터 온도정보를 취득하여, 가압실린더(26) 및 스위치(53) 등을 제어한다.

물순환기구(72)는, 물을 저장하는 수조(73)와, 이 수조(73)에 저장되어 있는 물을 퍼올리고, 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.

<성형장치를 이용한 금속파이프의 성형방법>

다음으로, 성형장치(10)를 이용한 금속파이프의 성형방법에 대하여 설명한다. 도 4는, 재료로서의 금속파이프재료(14)를 투입하는 파이프투입공정으로부터, 금속파이프재료(14)에 통전하여 가열하는 통전가열공정까지를 나타낸다. 보다 구체적으로는, 도 4의 (a)는, 금형 내에 금속파이프재료가 세팅된 상태를 나타내는 도, (b)는 금속파이프재료가 전극에 지지된 상태를 나타내는 도이다. 또, 도 5는, 도 4에 계속되는 제조공정을 나타내는 도이다.

먼저, 담금질 가능한 강종의 금속파이프재료(14)를 준비한다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 이 금속파이프재료(14)를, 예를 들면 로봇암 등을 이용하여, 하형(11)측에 구비되는 제1, 제2 전극(17, 18) 상에 재치(투입)한다. 제1, 제2 전극(17, 18)에는 오목홈(17a, 18a)이 형성되어 있으므로, 당해 오목홈(17a, 18a)에 의하여 금속파이프재료(14)가 위치결정된다. 다음으로, 제어부(70)(도 1 참조)는, 파이프지지기구(30)를 제어함으로써, 당해 파이프지지기구(30)에 금속파이프재료(14)를 지지시킨다. 구체적으로는, 도 4의 (b)와 같이, 제1 전극(17), 제2 전극(18)을 진퇴이동 가능하게 하고 있는 액추에이터(도시하지 않음)를 작동시켜, 각 상하에 위치하는 제1, 제2 전극(17, 18)을 접근·맞닿게 한다. 이 맞닿음에 의하여, 금속파이프재료(14)의 양쪽 단부는, 상하로부터 제1, 제2 전극(17, 18)에 의하여 협지된다. 또, 이 협지는, 제1, 제2 전극(17, 18)에 형성되는 오목홈(17a, 18a)의 존재에 의하여, 금속파이프재료(14)의 전체둘레에 걸쳐 밀착하는 양태로 협지되게 된다.

계속해서, 도 1에 나타나는 바와 같이, 제어부(70)는, 가열기구(50)를 제어함으로써, 금속파이프재료(14)를 가열한다. 구체적으로는, 제어부(70)는, 가열기구(50)의 스위치(53)를 ON으로 한다. 그렇게 하면, 전원(51)으로부터 전력이 금속파이프재료(14)에 공급되고, 금속파이프재료(14)에 존재하는 저항에 의하여, 금속파이프재료(14) 자체가 발열한다(줄열(Joule Heat)). 이때, 열전대(21)의 측정값이 항상 감시되어, 이 결과에 근거하여 통전이 제어되며, 기체공급기구(40)의 실린더유닛(42)을 작동시킴으로써, 시일부재(44)로 금속파이프재료(14)의 양단을 시일한다(도 3도 아울러 참조).

도 6은, 블로성형금형 및 상형홀더의 동작과 금속파이프재료의 형상의 변화를 나타내는 도, 도 7은 도 6에 계속되는 도, 도 8은 도 7에 계속되는 도이다.

도 6에 나타나는 바와 같이, 가열 후의 금속파이프재료(14)에 대하여 블로성형금형(13)이 형폐쇄되어 간다. 이때, 하형홀더(93)의 공간(S1, S2)에 상형홀더(96)의 볼록부(96b, 96b)가 진입하여, 하형(11)의 오목부(16)와 상형(12)의 오목부(24)의 사이에, 파이프부(본체부)(100a)를 형성하기 위한 간극인 대략 단면 직사각형상의 메인캐비티부(MC)가 형성된다. 그와 함께, 하형(11)의 상단면과 상형(12)의 하단면의 사이에서 메인캐비티부(MC)의 양 옆에, 메인캐비티부(MC)에 연통하여 플랜지부(100b, 100c)를 형성하기 위한 간극인 서브캐비티부(SC1, SC2)가 각각 형성된다.

여기에서, 하형(11)의 상단면과 상형(12)의 하단면의 사이의 서브캐비티부(SC1, SC2)는, 형 외로 개방되도록 뻗어 있다. 한편, 이 서브캐비티부(SC1, SC2)는, 상형홀더(96)의 볼록부(96b, 96b)의 내측면(96f)에 의하여 외측으로부터 막힌 상태로 되어 있다. 이 상형홀더(96)의 서브캐비티부(SC1, SC2)를 형 외로부터 막는 볼록부(96b, 96b)는, 형 내에서 예를 들면 금속파이프가 파열되었을 때에 발생하는 파편 등의 이물이, 서브캐비티부(SC1, SC2)를 통과하여 형 외로 진행하는 것을 차단하여 방출되지 않도록 작용한다. 따라서, 볼록부(96b, 96b)를 갖는 상형홀더(96)는, 실드부재로서의 기능도 겸한다.

그리고, 이 상태, 즉 블로성형금형이 완전하게 형폐쇄하기 전의 상태에서, 금속파이프재료(14)가, 메인캐비티부(MC) 내에 들어간다. 대체로, 하형(11)의 오목부(16)의 바닥면 및 상형(12)의 오목부(24)의 바닥면에 접촉한 상태로부터, 금속파이프재료(14) 내에 기체공급부(60)에 의하여 고압가스를 공급하여, 블로성형을 개시한다.

여기에서, 금속파이프재료(14)는 고온(950℃ 전후)으로 가열되어 연화하고 있으므로, 금속파이프재료(14) 내에 공급된 가스는 열팽창한다. 이로 인하여, 예를 들면 공급하는 가스를 압축공기로 하고, 950℃의 금속파이프재료(14)를 열팽창한 압축공기에 의하여 용이하게 팽창시킬 수 있다.

이와 병행하여 블로성형금형(13)이 더 형폐쇄되어, 도 7에 나타나는 바와 같이, 메인캐비티부(MC) 및 서브캐비티부(SC1, SC2)가 하형(11)과 상형(12)의 사이에서 더 좁혀져 간다.

따라서, 금속파이프재료(14)는, 메인캐비티부(MC) 내에서 오목부(16, 24)의 형상을 따라 팽창함과 함께, 금속파이프재료(14)의 일부(양측부)(14a, 14b)가, 서브캐비티부(SC1, SC2) 내에 각각 들어가도록 팽창한다.

그리고, 도 8에 나타나는 바와 같이, 블로성형금형(13)이 더 형폐쇄되어, 하형홀더(93)의 오목부(93a)의 바닥면(93d)에, 상형홀더(96)의 볼록부(96b)의 하단면(96d)이 맞닿음과 함께, 하형홀더(93)의 볼록부(93b)의 상단면(93e)에, 상형홀더(96)의 단차면(96e)이 맞닿고, 또한 하형홀더(93)의 볼록부(93b)의 내측면과 상형홀더(96)의 볼록부(96b)의 외측면이 맞닿으며, 하형홀더(93)와 상형홀더(96)가 밀착한 상태에서, 블로성형금형(13)의 형폐쇄가 완료된다.

이때, 메인캐비티부(MC) 및 서브캐비티부(SC1, SC2)는, 도 7에 나타내는 상태보다 더 좁혀진 상태가 되며, 이 상태에서, 상술한 바와 같이, 서브캐비티부(SC1, SC2)는, 상형홀더(96)의 볼록부(96b, 96b)의 내측면(96f)에 의하여 외측으로부터 막힌 상태로 되어 있다.

따라서, 가열에 의하여 연화하여 고압가스가 공급된 금속파이프재료(14)는, 메인캐비티부(MC)에 있어서, 당해 메인캐비티부(MC)의 단면 직사각형상에 맞춘 단면 직사각형상의 파이프부(100a)로서 성형됨과 함께, 서브캐비티부(SC1, SC2)에 있어서, 금속파이프재료(14)의 일부가 접힌 단면 직사각형상의 플랜지부(100b, 100c)로서 형성된다.

이 블로성형 시에 있어서는, 블로성형되어 부풀어 오른 금속파이프재료(14)의 외주면이 하형(11)의 오목부(16)에 접촉하여 급랭됨과 동시에, 상형(12)의 오목부(24)에 접촉하여 급랭(상형(12)과 하형(11)은 열용량이 크고 또한 저온으로 관리되고 있기 때문에, 금속파이프재료(14)가 접촉하면 파이프표면의 열이 단번에 금형측으로 빼앗김)되어 담금질이 행해진다. 이와 같은 냉각법은, 금형접촉냉각 또는 금형냉각이라고 불린다. 급랭된 직후에는 오스테나이트가 마텐자이트로 변태한다(이하, 오스테나이트가 마텐자이트로 변태하는 것을 마텐자이트 변태라고 한다). 냉각의 후반에는 냉각속도가 작아졌으므로, 복열(復熱)에 의하여 마텐자이트가 다른 조직(트루스타이트, 소바이트 등)으로 변태한다. 따라서, 별도 템퍼링처리를 행할 필요가 없다. 또, 본 실시형태에 있어서는, 금형냉각 대신에, 혹은 금형냉각에 더하여, 냉각매체를 금속파이프(100)에 공급함으로써 냉각이 행해져도 된다. 예를 들면, 마텐자이트 변태가 시작되는 온도까지는 금형(상형(12) 및 하형(11))에 금속파이프재료(14)를 접촉시켜 냉각을 행하고, 그 후 형개방함과 함께 냉각매체(냉각용 기체)를 금속파이프재료(14)에 분사함으로써, 마텐자이트 변태를 발생시켜도 된다.

그리고, 이상과 같은 성형방법에 의하여, 도 5에 나타나는 바와 같이, 파이프부(100a) 및 플랜지부(100b, 100c)를 갖는 금속파이프(100)를 성형품으로서 얻을 수 있다. 다만, 본 실시형태에서는, 메인캐비티부(MC)는 단면 직사각형상으로 구성되어 있기 때문에, 금속파이프재료(14)는 당해 형상에 맞추어 블로성형됨으로써, 파이프부(100a)는 직사각형 통형으로 성형된다. 단, 메인캐비티부(MC)의 형상은 특별히 한정되지 않고, 원하는 형상에 맞추어 단면 원형, 단면 타원형, 단면 다각형 등 모든 형상을 채용해도 된다.

그리고, 본 실시형태에 의하면, 블로성형금형(13) 내의 메인캐비티부(MC) 및 당해 메인캐비티부(MC)에 연통하는 서브캐비티부(SC1, SC2)에 있어서 금속파이프재료(14)를 팽창성형함에 있어서, 재료 자체의 강도가 낮고 고압가스에 의하여 블로성형금형(13) 내(메인캐비티부(MC) 또는 서브캐비티부(SC1, SC2))에서 금속파이프가 파열되어 파편 등의 이물이 발생한 경우, 금속파이프재료(14)의 연신방향과 교차하는 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신방향(도 8의 좌우방향) 외방을 향하는 이물은, 금속파이프재료(14)를 팽창시킬 때의 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신선 상에 마련되어 상형(12)의 측면에 접하는 실드부재인 상형홀더(96)의 볼록부(96b)에 의하여, 진행이 차단된다. 이로 인하여, 메인캐비티부(MC) 또는 서브캐비티부(SC1, SC2)로부터 방출되는 이물이 형 외로 나오지 않고, 형 외의 주위로 비산되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

또, 상형홀더(96)의 볼록부(96b)는, 상형(12)의 측면에 접하여 마련됨과 함께, 상형(12)의 이동에 따라 이동하여 블로성형금형(13)을 형폐쇄할 때에, 하형(11)과 상형(12)의 사이에 형성되는 서브캐비티부(SC1, SC2)를, 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신방향으로부터 막기 때문에, 상형홀더(96)가 실드부재로서 기능하여, 별도 실드부재를 마련할 필요가 없다. 또, 상형홀더(96)가 실드부재로 되어 이형된 상태에서는, 상형홀더(96)는 상형(12)과 함께 하형(11)으로부터 상방으로 이간되고 있기 때문에, 예를 들면 금속파이프재료(14)를 하형(11)에 삽입하는 경우나 성형한 금속파이프(100)를 하형(11)으로부터 꺼내는 경우에, 상형홀더(96)의 볼록부(96b)가 방해가 되지 않는다는 이점을 갖는다. 다만, 이와 같이 특히 효과적이라는 이유로, 볼록부(96b)를 갖는 상형홀더(96)를 실드부재로 하고 있지만, 상형홀더(96)의 볼록부(96b)를 없애고, 하형홀더(93)에, 하형(11)의 측면에 접하여 상방으로 볼록해지는 볼록부를 마련하여, 형폐쇄시에 하형(11)과 상형(12)의 사이에 형성되는 서브캐비티부(SC1, SC2)를, 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신방향으로부터 막는 실드부재로 해도 된다.

도 9는, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 성형장치의 주요부를 나타내는 개략구성도이다. 이 제2 실시형태가 제1 실시형태와 다른 점은, 상형홀더(96) 대신에, 볼록부(96b)가 없는 상형홀더(196)를 이용함과 함께, 하형홀더(93) 대신에, 볼록부(93b)가 없는 하형홀더(193)를 이용함으로써, 블로성형금형(13)을 형폐쇄할 때에, 형홀더(193, 196)에 의하여 서브캐비티부(SC1, SC2)를 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신방향으로부터 막지 않는 구성으로 하는 한편, 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신선 상의 위치에서 형 측면으로부터 이간하는 위치에, 실드부재를 구성하는 차폐판(200)을 마련한 점이다.

차폐판(200)은, 그 축선방향길이(도 9의 지면 수직방향길이)가, 블로성형금형(13)의 축선방향길이와 대략 동일한 정도의 길이를 가져, 하측다이홀더(94)에 세워 마련되어 상방으로 뻗어 있는 하측차폐판(201)과, 상측다이홀더(97)에 세워 마련되어 하방으로 뻗어 있는 상측차폐판(202)을 구비한다.

블로성형을 개시하기 전의 상태에서는, 상형(12)은 하형(11)으로부터 상방으로 크게 이간된다(도 2 참조). 이때, 하측차폐판(201)의 상부와 상측차폐판(202)의 하부는, 금속파이프재료(14)를 횡단하는 도시좌우방향으로 오버랩되어 있지 않다. 블로성형을 개시하기 위하여 상형(12)이 하방으로 이동한 도시의 상태에서는, 하측차폐판(201)의 상부와 상측차폐판(202)의 하부는, 금속파이프재료(14)를 횡단하는 도시좌우방향으로 오버랩되어 측면끼리가 맞닿는다. 이 맞닿은 상태에서, 상형(12)이 하방으로 더 이동하면, 상측차폐판(202)의 하부가, 하측차폐판(201)의 상부에 오버랩된 채로 더 하방으로 이동하게 되어 있다.

이와 같은 제2 실시형태에 의하면, 블로성형금형(13) 내의 메인캐비티부(MC) 및 당해 메인캐비티부(MC)에 연통하는 서브캐비티부(SC1, SC2)에 있어서 금속파이프재료(14)를 팽창성형함에 있어서, 파편 등의 이물이 발생한 경우가 있다. 이 경우, 이물은, 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신방향(도 9의 좌우방향) 외방을 향한다. 또, 이물은, 금속파이프재료(14)를 팽창시킬 때의 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신선 상에 마련되고 형 측면으로부터 이간된 차폐판(200)에 의하여 진행이 차단된다. 이로 인하여, 메인캐비티부(MC) 또는 서브캐비티부(SC1, SC2)로부터 방출되는 이물이 형 외의 주위, 구체적으로는, 차폐판(200)보다 외측의 영역으로 비산되는 것을 방지할 수 있어, 차폐판(200)보다 내측의 영역(운전 시에 작업자가 진입하지 않는 영역) 내에서의 비산에 그칠 수 있다.

도 10은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 성형장치의 주요부를 나타내는 개략구성도이다. 이 제3 실시형태가 제2 실시형태와 다른 점은, 차폐판끼리가 오버랩되는 하측차폐판(201) 및 상측차폐판(202)을 갖는 차폐판(200) 대신에, 차폐판의 단부끼리가 맞닿는 하측차폐판(301) 및 상측차폐판(302)을 갖는 차폐판(실드부재)(300)을 이용한 점이다.

하측차폐판(301)은, 압축코일스프링(303)에 의하여 상방에 부세되도록 하여 하측다이홀더(94)에 상하이동 가능하게 지지되어 있다. 상측차폐판(302)은, 압축코일스프링(304)에 의하여 하방에 부세되도록 하여 상측다이홀더(97)에 상하이동 가능하게 지지되어 있다.

블로성형을 개시하기 전의 상태에서는, 상형(12)은 하형(11)으로부터 상방으로 크게 이간되고(도 2 참조), 하측차폐판(301)의 상단부와 상측차폐판(302)의 하단부는 이간되고 있다. 그러나, 블로성형을 개시하기 위하여 상형(12)이 하방으로 이동한 도시의 상태에서는, 하측차폐판(301)의 상단부의 볼록부(305)가, 상측차폐판(302)의 하단부의 오목부(306)에 진입하여 밀착한 상태로 되어 있다. 따라서, 블로성형금형(13)을 형폐쇄하기 위하여, 도시의 상태로부터 상형(12) 및 상측차폐판(302)이 하방으로 이동해도, 압축코일스프링(303, 304)이 축선방향으로 줄어들어, 하측차폐판(301)의 상단부의 볼록부(305)가, 상측차폐판(302)의 하단부의 오목부(306)에 진입하여 밀착한 상태를 유지하게 되어 있다.

이와 같은 제3 실시형태에 의하면, 블로성형금형(13) 내의 메인캐비티부(MC) 및 당해 메인캐비티부(MC)에 연통하는 서브캐비티부(SC1, SC2)에 있어서 금속파이프재료(14)를 팽창성형함에 있어서, 파편 등의 이물이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 이물은, 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신방향(도 10의 좌우방향) 외방을 향한다. 이물은, 금속파이프재료(14)를 팽창시킬 때의 서브캐비티부(SC1, SC2)의 연신선 상에 마련되고 형 측면으로부터 이간된 차폐판(300)에 의하여 진행이 차단된다. 이로 인하여, 메인캐비티부(MC) 또는 서브캐비티부(SC1, SC2)로부터 방출되는 이물이 형 외의 주위, 구체적으로는, 차폐판(300)보다 외측의 영역으로 비산되는 것을 방지할 수 있어, 차폐판(300)보다 내측의 영역(운전 시에 작업자가 진입하지 않는 영역) 내에서의 비산에 그칠 수 있다.

다만, 제2, 제3 실시형태의 차폐판(200, 300) 대신에 차폐블록 등의 실드부재를, 블로성형금형(13)을 형폐쇄할 때에, 서브캐비티부(SC1, SC2)를 형 외(금속파이프재료(14)의 연신방향과 교차하는 방향)으로부터 막도록 배치해도 된다. 차폐블록 등의 실드부재는, 형폐쇄하기 전에는 서브캐비티부(SC1, SC2)를 막지 않고, 금형(11, 12)으로부터 떨어진 위치에 마련되어, 형폐쇄할 때에 서브캐비티부(SC1, SC2)를 막는 위치로 이동된다. 또, 차폐블록 등의 실드부재의 일부 또는 전부를, 서브캐비티부(SC1, SC2)에 진입시켜 막도록 해도 된다.

이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 성형장치는 가열기구(50)를 반드시 갖지 않아도 되고, 금속파이프재료(14)는 이미 가열되어 있어도 된다.

또, 상기 실시형태에 있어서는, 상형(12)을 이동시키고 있지만, 상형(12)에 더하여, 또는 상형(12) 대신에, 하형(11)이 이동하는 것이어도 된다. 하형(11)이 이동하는 경우, 당해 하형(11) 및 하형지지부(91)는 기대(15)에 고정되지 않고, 구동기구에 장착되게 된다.

10…성형장치
11…하형
12…상형
13…블로성형금형
14…금속파이프재료
40…기체공급기구
80…구동기구
96…상형홀더(실드부재)
96b…볼록부
100…금속파이프
100a…파이프부
100b, 100c…플랜지부
200, 300…차폐판(실드부재)
MC…메인캐비티부
SC1, SC2…서브캐비티부(간극)

Claims

금속파이프재료를 팽창시키고 금속파이프를 성형하는 성형장치로서,
대향하는 면에서, 상기 금속파이프의 본체부를 성형하는 메인캐비티부와 상기 금속파이프의 플랜지부를 성형하는 서브캐비티부를 형성하는 상형 및 하형과,
상기 메인캐비티부 또는 상기 서브캐비티부로부터 방출되는 이물의 비산을 막는 실드부재를 구비하고,
상기 서브캐비티부는, 상기 금속파이프재료의 연신방향과 교차하는 방향으로 형 외로 개방되도록 뻗어 형성되며,
상기 실드부재는, 상기 금속파이프재료를 팽창시킬 때에, 상기 서브캐비티부가 뻗는 선 상에 마련되고,
상기 실드부재는, 상기 상형 및 하형과는 별체로 구성되는, 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 실드부재와 상기 금속파이프재료의 플랜지부의 사이에는 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성형장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 실드부재는, 상기 서브캐비티부를 상기 서브캐비티부가 뻗는 방향으로부터 막는, 성형장치.
제 3 항에 있어서,
상기 실드부재는, 상기 상형 또는 상기 하형의 측면에 접하여 마련됨과 함께, 상기 상형 또는 상기 하형의 이동에 따라 이동하고, 형폐쇄할 때에 상기 서브캐비티부를 상기 서브캐비티부가 뻗는 방향으로부터 막는, 성형장치.