KR102452063B1 - 성형장치 - Google Patents

Abstract

성형장치(성형장치(10))는, 금속파이프재료(금속파이프재료(14))를 팽창시켜 금속파이프를 성형하는 성형장치이며, 상형(상형(12)) 및 하형(하형(11))으로, 금속파이프를 성형하는 금형(금형(13))과, 하형의 하측에 마련되는 하측베이스부(하측베이스부(110))와, 상형의 상측에 마련되는 상측베이스부(상측베이스부(120))와, 하측베이스부와 상측베이스부의 사이에서 입설된 기둥부(기둥부(150))와, 상형과 하형의 사이에 배치되는 금속파이프재료에 전력을 공급하여 통전가열을 행하는 통전가열부(통전가열부(50))를 구비하고, 기둥부는, 통전가열부의 통전가열 시에 있어서, 내부의 자속밀도가, 하측베이스부의 하면의 중심에서의 자속밀도, 및 상측베이스부의 상면의 중심에서의 자속밀도 중 적어도 일방보다 높다.

Description

성형장치

본 발명은, 성형장치에 관한 것이다.

종래, 금속파이프를 금형에 의하여 형폐쇄하여 블로성형하는 성형장치가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 성형장치는, 금형과, 금속파이프재료를 통전가열하는 통전가열부를 구비하고 있다. 이 성형장치에서는, 금속파이프재료를 통전가열하여, 금형 내에 배치하고 있다. 그리고, 성형장치는, 금형을 형폐쇄한 상태에서 금속파이프재료에 기체를 공급하여 팽창시킴으로써, 금속파이프재료를 금형의 형상에 대응하는 형상으로 성형한다. 종래의 성형장치에서는, 금속파이프재료에 대하여 각 전극을 접촉시켜 통전을 행함으로써, 금속파이프재료의 가열을 행하고 있었다. 통전가열을 행하는 경우는, 전력공급라인에 큰 전류(예를 들면 수만A 정도)가 흐르기 때문에, 당해 전력공급라인으로부터의 누설자장의 영향으로, 금형이 자화(磁化)되어 버려, 당해 금형이 이동하는 경우가 있다. 특허문헌 1에 기재된 성형장치는, 금형의 이동을 억제하기 위한 금형이동억제부를 구비하고 있다.

특허문헌 1: 국제 공개공보 제2017/038692호

그러나, 상술과 같은 성형장치에서는, 통전가열에 따르는 자화에 의한 금형의 이동을 억제하는 것뿐만 아니라, 금형 주변에 배치된 센서 등에 대한 자장의 영향을 저감하는 것도 요구된다. 즉, 금형 주변의 센서 등으로의 자장의 영향을 저감하는 것이 요구되고 있었다.

그래서, 본 발명은, 금형 주변의 센서 등으로의 자장의 영향을 저감할 수 있는 성형장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 관한 성형장치는, 금속파이프재료를 팽창시켜 금속파이프를 성형하는 성형장치이며, 상형(上型) 및 하형(下型)으로 금속파이프를 성형하는 금형과, 하형의 하측에 마련되는 하측베이스부와, 상형의 상측에 마련되는 상측베이스부와, 하측베이스부와 상측베이스부의 사이에서 입설(立設)된 기둥부(柱部)와, 상형과 하형의 사이에 배치되는 금속파이프재료에 전력을 공급하여 통전가열을 행하는 통전가열부를 구비하고, 기둥부는, 통전가열부의 통전가열 시에 있어서, 내부의 자속(磁束)밀도가, 하측베이스부의 하면의 중심에서의 자속밀도, 및 상측베이스부의 상면의 중심에서의 자속밀도 중 적어도 일방보다 높다.

이 성형장치에 의하면, 기둥부는, 하형의 하측에 마련되는 하측베이스부와, 상형의 상측에 마련되는 상측베이스부의 사이에 배치된다. 또, 기둥부는, 통전가열부의 통전가열 시에 있어서, 내부의 자속밀도가, 하측베이스부의 하면의 중심에서의 자속밀도, 및 상측베이스부의 상면의 중심에서의 자속밀도 중 적어도 일방보다 높다. 통전가열 시에 자속밀도가 높아져 있다는 것은, 기둥부는, 금형 주변에 있어서, 주위의 자속을 흡수하고 있도록 구성되어 있는 것을 나타낸다. 이와 같이, 기둥부가 금형 주변에서 발생하는 자속을 흡수하기 때문에, 그만큼, 다른 센서로 향하는 자속을 줄일 수 있다. 이상에 의하여, 금형 주변의 센서 등으로의 자장의 영향을 저감할 수 있다.

성형장치에 있어서, 상측베이스부 및 하측베이스부 중 적어도 일방의 내측에 배치된 센서를 더 구비해도 된다. 상측베이스부 및 하측베이스부의 내측은, 자장의 영향을 받기 어려운 개소이다. 따라서, 당해 개소에 센서를 배치함으로써, 센서에 대한 자장의 영향을 저감할 수 있다.

성형장치에 있어서, 통전가열부는, 통전가열 시에 금속파이프재료와 접촉하는 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극에 전력을 전달하는 한 쌍의 버스바를 구비하고, 한 쌍의 버스바는, 한 쌍의 전극이 대향하는 제1 방향 및 상하방향과 직교하는 제2 방향에 있어서의, 금형의 일방측에 배치되어도 된다. 한 쌍의 버스바는 통전가열 시에 큰 전류가 흐르는 개소이다. 이와 같은 버스바를 양방 모두 금형의 제2 방향에 있어서의 일방측으로 배치함으로써, 금형의 타방측의 영역은, 당해 금형에 의하여 버스바로부터 발생하는 자장이 차단된 영역이 된다. 따라서, 당해 영역에 센서 등을 배치함으로써 자장의 영향을 저감할 수 있다.

본 발명의 성형장치에 의하면, 금형 주변의 센서 등으로의 자장의 영향을 저감할 수 있는 성형장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 성형장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 성형장치를 나타내는 개략구성도이다.
도 3은 전극 주변의 확대도이고, (a)는 전극이 금속파이프재료를 지지(保持)한 상태를 나타내는 도, (b)는 전극에 시일부재를 누른 상태를 나타내는 도, (c)는 전극의 정면도이다.
도 4는 금형 주변의 구조를 상방에서 보았을 때의 도이다.
도 5는 버스바를 X축방향의 정측(正側)에서 보았을 때의 도이다.
도 6은 기둥부 부근의 자속밀도의 강도를 나타내는 모델도이다.

이하, 본 발명에 의한 성형시스템의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만, 각 도에 있어서 동일부분 또는 상당부분에는 동일부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

<성형장치의 구성>

도 1은, 본 실시형태에 관한 성형장치의 정면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 성형장치(10)는, 금형(13)과, 하측베이스부(110)와, 상측베이스부(120)와, 기둥부(150)를 구비한다. 금형(13)은, 상형(12) 및 하형(11)을 구비한다. 하측베이스부(110)는, 하형(11)과 대향하여 하측에 마련된다. 다만, 수평방향에 있어서의 일방의 방향을 X축방향(제1 방향)으로 하고, 수평방향에 있어서 X축방향과 직교하는 방향을 Y축방향(제2 방향)으로 한다. X축방향에 있어서의 일방(도 1에 있어서의 지면(紙面) 우측)을 정측으로 하고, Y축방향에 있어서의 일방(도 1에 있어서의 지면 표측(表側))을 정측으로 한다.

하측베이스부(110)는, 베드라고 칭해지는 부품이며, 성형장치(10)의 토대를 구성하고 있다. 하측베이스부(110) 내에는, 하형(11)을 이동시키는 구동기구 등이 수용되어 있다. 하측베이스부(110)는 직방체(直方體)의 형상을 갖고 있으며, 수평방향으로 퍼지는 상면(110a) 및 하면(110b)을 갖고 있다. 하측베이스부(110)는, 상단측에 판상의 기대(基臺)(111)를 갖고 있다. 기대(111) 상에는, 하형(11)과, 후술하는 전극, 기체공급기구 등이 배치된다. 기대(111)의 상면이 하측베이스부(110)의 상면(110a)에 해당한다. 상측베이스부(120)는, 상형(12)과 대향하여 상측에 마련된다. 상측베이스부(120)는, 크라운이라고 칭해지는 부품이며, 성형장치(10)의 상부구조의 베이스가 되는 부품이다. 상측베이스부(120) 내에는, 상형(12)을 이동시키는 구동기구 등이 수용되어 있다. 상측베이스부(120)는 직방체의 형상을 갖고 있으며, 수평방향으로 퍼지는 하면(120a) 및 상면(120b)을 갖고 있다. 기둥부(150)는, 하측베이스부(110)와 상측베이스부(120)의 사이에서 입설된 부재이다. 기둥부(150)는, 금형(13)의 주위를 둘러싸도록 복수 개(여기에서는 4개) 형성되어 있다. 다만, 기둥부(150)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.

도 2는, 본 실시형태에 관한 성형장치의 개략구성도이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 금속파이프를 성형하는 성형장치(10)는, 상술한 상형(12) 및 하형(11)으로 이루어지는 금형(13)과, 상형(12)을 이동시키는 구동기구(80A)와, 하형(11)을 이동시키는 구동기구(80B)와, 상형(12)과 하형(11)의 사이에 배치되는 금속파이프재료(14)를 지지하는 파이프지지기구(30)와, 파이프지지기구(30)로 지지되어 있는 금속파이프재료(14)에 통전하여 가열하는 통전가열부(50)와, 상형(12) 및 하형(11)의 사이에 지지되고 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)를 구비함과 함께, 상기 구동기구(80A, 80B)의 구동, 상기 파이프지지기구(30)의 구동, 상기 통전가열부(50)의 구동, 및 상기 기체공급부(60)의 기체공급을 각각 제어하는 제어부(70)를 구비하여 구성되어 있다.

금형(13)의 일방인 하형(11)은, 큰 강철제 블록으로 구성되고, 그 상면에 예를 들면 직사각형상의 캐비티(오목부)(16)를 구비한다. 하형(11)은, 하측베이스부(110)의 기대(111) 상의 중앙 부근에 이동 가능하게 배치되어 있다. 하형(11)은, X축방향을 따라 뻗는 직방체의 형상을 갖고 있다. 즉, 성형 시에는, 금속파이프재료(14)는, X축방향을 따라 뻗는 상태에서 성형된다. 하형(11)에는 냉각수통로(19)가 형성되어 있다.

또한, 하형(11)의 X축방향의 단부 근방에는, 파이프지지기구(30)를 구성하는 후술하는 전극(17, 18)(하측전극) 등이 배치되어 있다. 그리고, 하측전극(17, 18) 상에 금속파이프재료(14)가 재치됨으로써, 하측전극(17, 18)은, 상형(12)과 하형(11)의 사이에 배치되는 금속파이프재료(14)에 접촉한다. 이로써, 하측전극(17, 18)은 금속파이프재료(14)에 전기적으로 접속된다. 본 실시형태에서는, 하측전극(17, 18)은, 하형(11)의 X축방향의 양단과 이웃하는 위치에서, 기대(111) 상에 고정된 상태로 배치되어 있다.

하형(11)과 하측전극(17)의 사이와 하측전극(17)의 하부, 및 하형(11)과 하측전극(18)의 사이와 하측전극(18)의 하부에는, 통전을 방지하기 위한 절연재(絶緣材)(91)가 각각 마련되어 있다. 여기에서는, 하측전극(17, 18)은, 절연재(91)를 통하여, 기대(111) 상에 마련된 지지부재(112)에 지지되어 있다.

금형(13)의 타방인 상형(12)은, 구동기구(80A)를 구성하는 후술하는 슬라이드(81A)에 고정되어 있다. 상형(12)은, 큰 강철제 블록으로 구성되며, 내부에 냉각수통로(25)가 형성됨과 함께, 그 하면에 예를 들면 직사각형상의 캐비티(오목부)(24)를 구비한다. 이 캐비티(24)는, 하형(11)의 캐비티(16)에 대향하는 위치에 마련된다. 상형(12)은, X축방향을 따라 뻗는 직방체의 형상을 갖고 있다.

상형(12)의 X축방향의 양단 근방에는, 스페이스(12a)가 마련되어 있으며, 당해 스페이스(12a) 내에는, 파이프지지기구(30)의 가동부인 후술하는 전극(17, 18)(상측전극) 등이, 상하로 진퇴이동 가능하게 배치되어 있다. 그리고, 하측전극(17, 18) 상에 금속파이프재료(14)가 재치된 상태에 있어서, 상측전극(17, 18)은, 하방으로 이동함으로써, 상형(12)과 하형(11)의 사이에 배치된 금속파이프재료(14)에 접촉한다. 이로써, 상측전극(17, 18)은 금속파이프재료(14)에 전기적으로 접속된다.

상형(12)과 상측전극(17)의 사이와 상측전극(17)의 상부, 및 상형(12)과 상측전극(18)의 사이와 상측전극(18)의 상부에는, 통전을 방지하기 위한 절연재(101)가 각각 마련되어 있다. 각각의 절연재(101)는, 파이프지지기구(30)를 구성하는 액추에이터의 가동부인 진퇴로드(96)에 고정되어 있다. 이 액추에이터는, 상측전극(17, 18) 등을 상하이동시키기 위한 것이며, 액추에이터의 고정부는, 상형(12)과 함께 구동기구(80)의 슬라이드(81)측에 지지되어 있다.

파이프지지기구(30)의 우측부분에 있어서, 전극(18, 18)이 서로 대향하는 면의 각각에는, 금속파이프재료(14)의 외주면(外周面)에 대응한 반원호상(半圓弧狀)의 오목홈(18a)이 형성되어 있어(도 3 참조), 당해 오목홈(18a)의 부분에 정확히 금속파이프재료(14)가 끼워 넣어지도록 재치 가능하게 되어 있다. 파이프지지기구(30)의 우측부분에 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 외측방향의 면)에는, 오목홈(18a)을 향하여 주위가 테이퍼상으로 경사져 오목하게 패인 테이퍼오목면(18b)이 형성되어 있다. 따라서, 파이프지지기구(30)의 우측부분에서 금속파이프재료(14)를 상하방향으로부터 협지하면, 전극(18)이 정확히 금속파이프재료(14)의 우측단부의 외주를 전체둘레에 걸쳐 밀착하도록 둘러쌀 수 있게 구성되어 있다.

파이프지지기구(30)의 좌측부분에 있어서, 전극(17, 17)이 서로 대향하는 면의 각각에는, 금속파이프재료(14)의 외주면에 대응한 반원호상의 오목홈(17a)이 형성되어 있어(도 3 참조), 당해 오목홈(17a)의 부분에 정확히 금속파이프재료(14)가 끼워 넣어지도록 재치 가능하게 되어 있다. 파이프지지기구(30)의 좌측부분에 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 외측방향의 면)에는, 오목홈(17a)을 향하여 주위가 테이퍼상으로 경사져 오목하게 패인 테이퍼오목면(17b)이 형성되어 있다. 따라서, 파이프지지기구(30)의 좌측부분에서 금속파이프재료(14)를 상하방향으로부터 협지하면, w전극(17)이 정확히 금속파이프재료(14)의 좌측단부의 외주를 전체둘레에 걸쳐 밀착하도록 둘러쌀 수 있게 구성되어 있다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 구동기구(80A)는, 상형(12) 및 하형(11)끼리가 맞춰지도록 상형(12)을 이동시키는 슬라이드(81A)와, 슬라이드(81A)에 접속되는 축부(82A)와, 축부(82A)를 가이드하는 실린더부(83A)를 구비한다. 실린더부(83A)는, 상하방향으로 뻗어 하측이 개구하는 원통상의 부재이다. 실린더부(83A)는, 적어도 상단측의 부분이 상측베이스부(120) 내에 배치되어 있다. 여기에서는, 실린더부(83A)는 대략 전체길이에 걸쳐서 상측베이스부(120) 내에 배치되며, 하단측의 일부만이, 상측베이스부(120)로부터 돌출되어 있다. 축부(82A)는, 실린더부(83A)의 하측의 개구로부터 하방을 향하여 뻗어 슬라이드(81A)에 접속된다. 축부(82A)가 실린더부(83A)로 가이드되면서 상하방향으로 왕복이동함에 따라, 슬라이드(81A) 및 상형(12)이 상하방향으로 왕복이동한다. 축부(82A)는, 구동원(85A)으로부터 전달된 유압 등의 구동력에 의하여 구동한다.

구동기구(80B)는, 상형(12) 및 하형(11)끼리가 맞춰지도록 하형(11)을 이동시키는 축부(82B)와, 축부(82B)를 가이드하는 실린더부(83B)를 구비한다. 실린더부(83B)는, 상하방향으로 뻗어 상측이 개구하는 원통상의 부재이다. 실린더부(83B)는, 하측베이스부(110) 내에 배치되어 있다. 실린더부(83B)는, 기대(111)보다 하측에 배치되며, 전체가 하측베이스부(110) 내에 배치되어 있다. 축부(82B)는, 실린더부(83B)의 상측의 개구로부터 상방을 향하여 뻗어 하형(11)에 접속된다. 축부(82B)가 실린더부(83B)로 가이드되면서 상하방향으로 왕복이동함에 따라, 하형(11)이 상하방향으로 왕복이동한다. 축부(82B)는, 구동원(85B)으로부터 전달된 유압 등의 구동력에 의하여 구동한다.

통전가열부(50)는, 전력공급부(55)와, 전력공급부(55)와 전극(17, 18)을 전기적으로 접속하는 전력공급라인(52)과, 전극(17, 18)을 구비한다. 전력공급부(55)는, 직류전원 및 스위치를 포함하고, 전극(17, 18)이 금속파이프재료(14)에 전기적으로 접속된 상태에 있어서, 전력공급라인(52), 전극(17, 18)을 통하여 금속파이프재료(14)에 통전 가능하게 되어 있다. 다만, 전력공급라인(52)은, 여기에서는, 하측전극(17, 18)에 접속되어 있다.

이 통전가열부(50)에서는, 전력공급부(55)로부터 출력된 직류전류는, 전력공급라인(52)에 의하여 전송되어, 전극(17)에 입력된다. 그리고, 직류전류는, 금속파이프재료(14)를 통과하여, 전극(18)에 입력된다. 그리고, 직류전류는, 전력공급라인(52)에 의하여 전송되어 전력공급부(55)에 입력된다.

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 기대(111) 상에 재치 고정되어 있다. 시일부재(44)의 선단에는 끝이 좁아지도록 테이퍼면(45)이 형성되어 있으며, 전극(17, 18)의 테이퍼오목면(17b, 18b)에 맞춰지는 형상으로 구성되어 있다(도 3 참조). 시일부재(44)에는, 실린더유닛(42)측으로부터 선단을 향하여 뻗어 있으며, 자세하게는 도 3의 (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 개설(介設)되어 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 개설되어 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 개설되어 있는 압력제어밸브(68)는, 제어부(70)의 제어에 의하여, 금속파이프재료(14)를 팽창시키기 위한 작동압력을 갖는 가스를, 시일부재(44)의 가스통로(46)에 공급하는 역할을 한다. 한 쌍의 기체공급기구(40)는, 하형(11)을 사이에 두도록, X축방향으로 서로 대향하도록 배치된다.

제어부(70)는, 기체공급부(60)의 압력제어밸브(68)를 제어함으로써, 금속파이프재료(14) 내에 원하는 작동압력의 가스를 공급할 수 있다. 또, 제어부(70)는, 구동기구(80A, 80B) 및 전력공급부(55) 등을 제어한다.

<성형장치를 이용한 금속파이프의 성형방법>

다음으로, 성형장치(10)를 이용한 금속파이프의 성형방법에 대하여 설명한다. 먼저, 담금질 가능한 강종(鋼種)의 원통상의 금속파이프재료(14)를 준비한다. 이 금속파이프재료(14)를, 예를 들면 로봇암 등을 이용하여, 하형(11)측에 구비되는 전극(17, 18) 상에 재치(투입)한다. 전극(17, 18)에는 오목홈(17a, 18a)이 형성되어 있으므로, 당해 오목홈(17a, 18a)에 의하여 금속파이프재료(14)가 위치결정된다.

다음으로, 제어부(70)는, 구동기구(80A) 및 파이프지지기구(30)를 제어함으로써, 당해 파이프지지기구(30)에 금속파이프재료(14)를 지지시킨다. 구체적으로는, 구동기구(80A)의 구동에 의하여 슬라이드(81A)측에 지지되어 있는 상형(12) 및 상측전극(17, 18) 등이 하형(11)측으로 이동함과 함께, 파이프지지기구(30)에 포함되는 상측전극(17, 18) 등을 진퇴이동 가능하게 하고 있는 액추에이터를 작동시킴으로써, 금속파이프재료(14)의 양방의 단부 부근을 상하로부터 파이프지지기구(30)에 의하여 협지한다. 이 협지는 전극(17, 18)에 형성되는 오목홈(17a, 18a), 및 절연재(91, 101)에 형성되는 오목홈의 존재에 의하여, 금속파이프재료(14)의 양 단부 부근의 전체둘레에 걸쳐 밀착하는 것 같은 양태로 협지되게 된다.

다만, 이때, 도 3의 (a)에 나타나는 바와 같이, 금속파이프재료(14)의 전극(18)측의 단부는, 금속파이프재료(14)의 연장방향에 있어서, 전극(18)의 오목홈(18a)과 테이퍼오목면(18b)의 경계보다 시일부재(44)측으로 돌출되어 있다. 동일하게, 금속파이프재료(14)의 전극(17)측의 단부는, 금속파이프재료(14)의 연장방향에 있어서, 전극(17)의 오목홈(17a)과 테이퍼오목면(17b)의 경계보다 시일부재(44) 측으로 돌출되어 있다. 또, 상측전극(17, 18)의 하면과 하측전극(17, 18)의 상면은, 각각 서로 접촉하고 있다. 단, 금속파이프재료(14)의 양 단부 전체둘레에 걸쳐 밀착하는 구성에 한정되지 않고, 금속파이프재료(14)의 둘레방향에 있어서의 일부에 전극(17, 18)이 당접(當接)하는 것 같은 구성이어도 된다.

계속해서, 제어부(70)는, 통전가열부(50)를 제어함으로써, 금속파이프재료(14)를 가열한다. 구체적으로는, 제어부(70)는, 통전가열부(50)의 전력공급부(55)를 제어하여 전력을 공급한다. 그러면, 전력공급라인(52)을 통하여 하측전극(17, 18)에 전달되는 전력이, 금속파이프재료(14)를 협지하고 있는 상측전극(17, 18) 및 금속파이프재료(14)에 공급되고, 금속파이프재료(14)에 존재하는 저항에 의하여, 금속파이프재료(14) 자체가 줄(Joule)열에 의하여 발열한다. 즉, 금속파이프재료(14)는 통전가열상태가 된다.

계속해서, 제어부(70)에 의한 구동기구(80A, 80B)의 제어에 의하여, 가열 후의 금속파이프재료(14)에 대하여 금형(13)을 닫는다. 이로써, 하형(11)의 캐비티(16)와 상형(12)의 캐비티(24)가 조합되며, 하형(11)과 상형(12)의 사이의 캐비티부 내에 금속파이프재료(14)가 배치밀폐된다.

그 후, 기체공급기구(40)의 실린더유닛(42)을 작동시킴으로써 시일부재(44)를 전진시켜 금속파이프재료(14)의 양단을 시일한다. 이때, 도 3의 (b)에 나타나는 바와 같이, 금속파이프재료(14)의 전극(18)측의 단부에 시일부재(44)가 눌림으로써, 전극(18)의 오목홈(18a)과 테이퍼오목면(18b)의 경계보다 시일부재(44)측으로 돌출되어 있는 부분이, 테이퍼오목면(18b)을 따르도록 깔때기상으로 변형한다. 동일하게, 금속파이프재료(14)의 전극(17)측의 단부에 시일부재(44)가 눌림으로써, 전극(17)의 오목홈(17a)과 테이퍼오목면(17b)의 경계보다 시일부재(44)측으로 돌출되어 있는 부분이, 테이퍼오목면(17b)을 따르도록 깔때기상으로 변형한다. 시일완료 후, 고압가스를 금속파이프재료(14) 내에 분사하여, 가열에 의하여 연화(軟化)된 금속파이프재료(14)를 캐비티부의 형상을 따르도록 성형한다.

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

블로성형되어 부풀어 오른 금속파이프재료(14)의 외주면이 하형(11)의 캐비티(16)에 접촉하여 급랭됨과 동시에, 상형(12)의 캐비티(24)에 접촉하여 급랭(상형(12)과 하형(11)은 열용량이 크고 또한 저온으로 관리되고 있기 때문에, 금속파이프재료(14)가 접촉하면 파이프 표면의 열이 단번에 금형측에 빼앗김)되어 담금질이 행해진다. 이와 같은 냉각법은, 금형접촉냉각 또는 금형냉각이라 불린다. 급랭된 직후는 오스테나이트가 마텐자이트로 변태한다(이하, 오스테나이트가 마텐자이트로 변태하는 것을 마텐자이트 변태라고 한다). 냉각의 후반은 냉각속도가 작아졌으므로, 복열(復熱)에 의하여 마텐자이트가 별개의 조직(트루스타이트, 솔바이트 등)으로 변태한다. 따라서, 별도 템퍼링 처리를 행할 필요가 없다. 또, 본 실시형태에 있어서는, 금형냉각 대신에, 혹은 금형냉각에 더하여, 냉각매체를 예를 들면 캐비티(24) 내에 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 형개방과 함께 냉각매체(냉각용 기체)를 금속파이프재료(14)에 분사함으로써, 마텐자이트 변태를 발생시켜도 된다.

상술과 같이 금속파이프재료(14)에 대하여 블로성형을 행한 후에 냉각을 행하고, 형개방을 행함으로써, 예를 들면 대략 직사각형 통상(筒狀)의 본체부를 갖는 금속파이프를 얻는다.

(성형장치의 자장에 관한 구조)

성형장치(10)는, 금속파이프재료(14)에 대하여 통전가열을 행한다. 이때, 전력공급라인(52)이나 전극(17, 18) 등의 통전부분에 고전류를 흐르게 하기 위하여, 주위에 자장을 형성한다. 그 때문에, 통전가열 시에는, 통전부분의 주위의 부재의 내부의 자속밀도가 커진다. 성형장치(10)에 발생하는 자장에 관련된 구조에 대하여 설명한다.

먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여, 전극(17, 18)에 전력을 공급하는 전력공급라인(52)을 구성하는 버스바(130A, 130B)에 대하여 설명한다. 도 4는, 금형(13) 주변의 구조를 상방에서 보았을 때의 도이다. 도 5는, 버스바(130A, 130B)를 X축방향의 정측에서 보았을 때의 도이다. 버스바(130A)는, 전극(17)에 전력을 공급한다. 버스바(130B)는, 전극(18)에 전력을 공급한다. 한 쌍의 버스바(130A, 130B)는, 한 쌍의 전극(17, 18)이 대향하는 X축방향 및 상하방향과 직교하는 Y축방향에 있어서의, 금형(13)의 정측(일방측)에 배치된다. 따라서, 금형(13)에 대하여 Y축방향에 있어서의 부측(負側)의 영역은, 금형(13)에 의하여 버스바(130A, 130B)의 자장의 영향이 적은 영역이 된다. 당해 영역에 각종 센서나 실린더 등의 기기를 배치함으로써, 당해 기기로의 자장의 영향을 저감할 수 있다.

버스바(130A, 130B)의 연장부(131A, 131B)는, 하측베이스부(110)의 하단측의 높이위치에 있어서, Y축방향의 정측으로부터 부측을 향하여 하측베이스부(110)를 향하여 뻗는다. 버스바(130A, 130B)의 연장부(132A, 132B)는, 하측베이스부(110)의 Y축방향의 정측의 측면을 따라, 하측베이스부(110)의 하단측으로부터 상단측을 향하여 상방으로 뻗는다(특히 도 5 참조). 버스바(130A, 130B)의 연장부(133A, 133B)는, 연장부(132A, 132B)의 상단으로부터 Y축방향의 부측을 향하여, 하측베이스부(110) 상의 위치까지 뻗는다. 연장부(131A, 131B, 132A, 132B, 133A, 133B)는, 서로 평행을 이룬 상태로 뻗어 있다. 따라서, 당해 위치에 있어서는, 버스바(130A, 130B)는, 서로의 자장을 상쇄할 수 있다. 버스바(130A)의 분기부(134A)는, 하측베이스부(110)의 상측의 위치에서, 연장부(133A)의 단부로부터 분기하여 X축방향의 부측으로 뻗고, Y축방향의 부측으로 굴곡하여 전극(17)에 접속된다. 버스바(130B)의 분기부(134B)는, 하측베이스부(110)의 상측의 위치에서, 연장부(133B)의 단부로부터 분기하여, X축방향의 정측으로 뻗고, Y축방향의 부측으로 굴곡하여 전극(17)에 접속된다.

버스바(130A, 130B)의 연장부(131A, 131B, 132A, 132B, 133A, 133B)는, 자장의 누설을 억제하기 위한 커버(136)로 덮여 있다. 또, 하측베이스부(110)의 측면에는, 버스바(130A, 130B)의 연장부(132A, 132B)와 대향하는 위치에, 자장을 차단하고, 버스바(130A, 130B)를 고정하기 위한 브래킷(137)이 마련되어 있다(도 5 참조). 브래킷(137)은, 하측베이스부(110)의 내측으로 자장이 누설되는 것을 억제한다. 커버(136) 및 브래킷(137)의 재료는, 자장을 차단할 수 있는 전자연철, 규소강, 퍼멀로이, 어모퍼스 등이다.

성형장치(10)는, 각 부위에 각종 센서를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는, 자장의 영향을 받기 어려운 개소에 센서를 배치하고 있다. 구체적으로는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 성형장치(10)는, 상측베이스부(120)의 내측에 배치된 센서(140A)를 구비한다. 센서(140A)는, 축부(82A)의 위치를 검출하기 위한 리니어센서이다. 센서(140A)는, 상측베이스부(120)의 내부에 있어서, 실린더부(83A) 및 축부(82A)에 대하여 마련된다. 센서(140A)의 로드부(140Aa)는 실린더부(83A)의 내부에 배치되어 축부(82A)에 접속된다. 센서(140A)의 검출부(140Ab)는 실린더부(83A)의 상단부에 배치되어 있다.

성형장치(10)는, 하측베이스부(110)의 내측에 배치된 센서(140B)를 구비한다. 센서(140B)는, 축부(82B)의 위치를 검출하기 위한 리니어센서이다. 센서(140B)는, 하측베이스부(110)의 내부에 있어서, 실린더부(83B) 및 축부(82B)에 대하여 마련된다. 센서(140B)의 로드부(140Ba)는 실린더부(83B)의 내부에 배치되어 축부(82B)에 접속된다. 센서(140B)의 검출부(140Bb)는 실린더부(83B)의 하단부에 배치되어 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 성형장치(10)는, 금형(13)보다 Y축방향의 부측의 영역에 센서(140C)를 구비한다. 당해 영역은, 버스바(130A, 130B)가 배치되는 영역에 대하여, 금형(13)을 사이에 둔 반대측의 영역이다. 따라서, 센서(140C)는, 버스바(130A, 130B)로부터의 자장의 영향을 받기 어렵다. 센서(140C)는, 예를 들면 금형이나 금속파이프재료(14)의 온도를 측정하는 온도계(방사온도계), 금속파이프재료(14)의 팽창길이를 측정하는 측정기(위치센서나 접촉스위치 등), 자장을 측정하는 가우스미터 등이다.

다만, 성형장치(10)는, 동일한 측정대상물에 대하여, 상이한 형식이나 검출방식의 센서를 복수 구비하고 있어도 된다. 동일한 측정대상물을 측정했음에도 불구하고, 각 센서가 크게 상이한 값을 나타내는 경우, 어느 하나의 센서가 자장의 영향에 의하여 오작동을 일으키고 있을 가능성이 있다. 따라서, 제어부(70)는, 복수의 센서로부터의 검출결과를 취득하여, 비교한다. 제어부(70)는, 각 센서로부터의 검출결과가 크게 상이한 경우는 오작동이 발생하고 있는 것을 검출한다. 예를 들면, 실린더부(83A) 및 축부(82A)에 대하여, 센서(140A)에 더하여, 리니어센서와는 측정방식이 상이한 인코더 등의 위치검출센서를 마련해도 된다.

도 1 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 성형장치(10)는, 금형(13) 주변에서 발생한 자속을 흡수하기 위한 부재로서, 기둥부(150)를 구비하고 있다. 기둥부(150)의 재료는, 강 등이다. 다만, 하측베이스부(110) 및 상측베이스부(120)의 재료는, 강 등이며, 기둥부(150)의 재료와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 기둥부(150)는, 하측베이스부(110)와 상측베이스부(120)의 사이에서 입설됨으로써, 상하방향에 있어서 적어도 하형(11), 상형(12) 및 슬라이드(81A)에 대응하는 위치에 배치된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 4개의 기둥부(150A, 150B, 150C, 150D)가, 하측베이스부(110)의 사방의 모퉁이부(角部) 부근에 배치되어 있다. 기둥부(150A)는, Y축방향의 정측 및 X축방향의 부측의 모퉁이부에 배치된다. 기둥부(150B)는, Y축방향의 정측 및 X축방향의 정측의 모퉁이부에 배치된다. 기둥부(150C)는, Y축방향의 부측 및 X축방향의 부측의 모퉁이부에 배치된다. 기둥부(150D)는, Y축방향의 부측 및 X축방향의 정측의 모퉁이부에 배치된다.

기둥부(150A, 150B)는, 금형(13)의 Y축방향의 정측의 단부로부터 Y축방향의 정측으로 이간한 위치에 배치되어 있다. 기둥부(150C, 150D)는, 금형(13)의 Y축방향의 부측의 단부로부터 Y축방향의 부측으로 이간한 위치에 배치되어 있다. 기둥부(150A, 150B)가 금형(13)의 Y축방향의 정측의 단부로부터 이간하는 거리, 및 기둥부(150C, 150D)가 금형(13)의 Y축방향의 부측의 단부로부터 이간하는 거리는, 100mm~3000mm 정도로 설정되어도 된다. 이로써, 기둥부(150A, 150B, 150C, 150D)는, 금형(13) 주변에서 발생한 자속을 양호하게 흡수할 수 있다. 기둥부(150A, 150C)는, 금형(13)의 X축방향의 부측의 단부로부터 X축방향의 부측으로 이간한 위치에 배치되어 있다. 기둥부(150B, 150D)는, 금형(13)의 X축방향의 정측의 단부로부터 X축방향의 정측으로 이간한 위치에 배치되어 있다. 기둥부(150A, 150C)가 금형(13)의 X축방향의 부측의 단부로부터 이간하는 거리, 및 기둥부(150B, 150D)가 금형(13)의 X축방향의 정측의 단부로부터 이간하는 거리는, 100mm~3000mm 정도로 설정되어도 된다. 이로써, 기둥부(150A, 150B, 150C, 150D)는, 금형(13) 주변에서 발생한 자속을 양호하게 흡수할 수 있다.

상술과 같이, 기둥부(150)는, 금형(13)의 주변에서 발생한 자속을 흡수한다. 따라서, 기둥부(150)는, 통전가열부(50)의 통전가열 시에 있어서, 내부의 자속밀도가, 하측베이스부(110)의 하면(110b)의 중심(P1)(도 1 참조)에서의 자속밀도, 및 상측베이스부(120)의 상면(120b)의 중심(P2)(도 1 참조)에서의 자속밀도 중 적어도 일방보다 높다. 중심(P1, P2)은, 각 면(110b, 120b)에 있어서의 Y축방향 및 X축방향에 있어서의 중앙위치이다. 또, 기둥부(150)의 내부의 자속밀도는, 하측베이스부(110)의 하면(110b)의 중심(P1) 및 상측베이스부(120)의 상면(120b)의 중심(P2)에서의 자속밀도보다 50% 이상 높아지도록, 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 기둥부(150)가 충분히 금형(13)의 주변의 자속을 흡수할 수 있다. 도 6은, 기둥부(150A, 150C) 부근의 자속밀도의 강도를 나타내는 모델도이다. 도 6에 있어서, 그레이스케일로 나타낸 부분은, 자속밀도가 0.1T(테슬라) 이상인 부분이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 기둥부(150) 중, 하측베이스부(110)의 상면(110a)과 슬라이드(81A)의 하면의 사이의 영역의 자속밀도는, 0.1T 이상으로 되어 있다.

또, 통전가열 시에 있어서의 기둥부(150)의 내부의 자속밀도는, 하측베이스부(110)의 사방의 측면의 자속밀도의 평균값, 및 상측베이스부(120)의 사방의 측면의 자속밀도의 평균값보다 높다. 기둥부(150)의 내부의 자속밀도는, 하측베이스부(110)의 상면(110a) 및 상측베이스부(120)의 하면(120a) 중, 금형(13)으로부터 외주측으로 이간한 외주부 부근의 자속밀도보다 높다.

여기에서의 "기둥부(150)의 내부의 자속밀도"란, 기둥부(150)의 상하방향에 있어서의 기준위치를 설정했을 때, 당해 기준위치에서의 기둥부(150)의 단면에 있어서의 자속밀도의 평균값이다. 혹은, 기둥부(150) 중 어느 하나의 표면에서 실측된 자속밀도를 기둥부(150)에서의 자속밀도라고 해도 된다. 상하방향의 기준위치는 임의로 설정해도 되지만, 예를 들면, 하측베이스부(110)의 상면(110a)과 슬라이드(81A)의 하면의 사이의 상하방향에 있어서의 중앙위치로 설정되어도 된다. 혹은, 금형(13)을 형폐쇄한 상태에 있어서의, 하형(11)의 하면과 상형(12)의 상면의 사이의 상하방향에 있어서의 중앙위치로 설정되어도 된다. 그 외에, 기준위치로서, 기둥부(150)의 어느 하나의 표면의 위치가 설정되어도 된다.

본 실시형태에 관한 성형장치(10)의 작용·효과에 대하여 설명한다.

성형장치(10)에 의하면, 기둥부(150)는, 하형(11)의 하측에 마련되는 하측베이스부(110)와, 상형(12)의 상측에 마련되는 상측베이스부(120)의 사이에 배치된다. 또, 기둥부(150)는, 통전가열부(50)의 통전가열 시에 있어서, 내부의 자속밀도가, 하측베이스부(110)의 하면(110b)의 중심(P1)에서의 자속밀도, 및 상측베이스부(120)의 상면(120b)의 중심(P2)에서의 자속밀도보다 높다. 통전가열 시에 자속밀도가 높아져 있다는 것은, 기둥부(150)는, 금형(13) 주변에 있어서, 주위의 자속을 흡수하고 있도록 구성되어 있는 것을 나타낸다. 이와 같이, 기둥부(150)가 금형(13) 주변에서 발생하는 자속을 흡수하기 때문에, 그만큼, 다른 센서로 향하는 자속을 줄일 수 있다. 이상에 의하여, 금형(13) 주변의 센서 등으로의 자장의 영향을 저감할 수 있다.

성형장치(10)에 있어서, 상측베이스부(120) 및 하측베이스부(110)의 내측에 배치된 센서(140A, 140B)를 더 구비한다. 상측베이스부(120) 및 하측베이스부(110)의 내측은, 자장의 영향을 받기 어려운 개소이다. 따라서, 당해 개소에 센서(140A, 140B)를 배치함으로써, 센서(140A, 140B)에 대한 자장의 영향을 저감할 수 있다.

성형장치(10)에 있어서, 통전가열부(50)는, 통전가열 시에 금속파이프재료(14)와 접촉하는 한 쌍의 전극(17, 18)과, 한 쌍의 전극(17, 18)에 전력을 전달하는 한 쌍의 버스바(130A, 130B)를 구비하고, 한 쌍의 버스바(130A, 130B)는, 한 쌍의 전극(17, 18)이 대향하는 X축방향 및 상하방향과 직교하는 Y축방향에 있어서의, 금형(13)의 일방측에 배치되어도 된다. 한 쌍의 버스바(130A, 130B)는 통전가열 시에 큰 전류가 흐르는 개소이다. 이와 같은 버스바(130A, 130B)를 양방 모두 금형(13)의 Y축방향에 있어서의 일방측에 배치함으로써, 금형(13)의 타방측의 영역은, 당해 금형(13)에 의하여 버스바(130A, 130B)로부터 발생하는 자장이 차단된 영역이 된다. 따라서, 당해 영역에 센서 등을 배치함으로써 자장의 영향을 저감할 수 있다.

본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 하측베이스부, 상측베이스부, 및 기둥부의 형상이나 배치는, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경해도 된다. 또, 기둥부의 개수도 특별히 한정되지 않으며, 5개 이상의 기둥부가 마련되어도 된다. 또, 금형, 통전가열부, 기체공급부, 그 외의 구성요소의 형상이나 배치도 적절히 변경해도 된다.

10…성형장치
11…하형
12…상형
13…금형
14…금속파이프재료
50…통전가열부
110…하측베이스부
120…상측베이스부
140A, 140B…센서
150, 150A, 150B, 150C, 150D…기둥부
17, 18…전극
130A, 130B…버스바

Claims (3)

1. 금속파이프재료를 팽창시켜 금속파이프를 성형하는 성형장치로서,
   상형 및 하형으로 상기 금속파이프를 성형하는 금형과,
   상기 하형의 하측에 마련되는 하측베이스부와,
   상기 상형의 상측에 마련되는 상측베이스부와,
   상기 하측베이스부와 상기 상측베이스부의 사이에서 입설된 기둥부와,
   상기 상형과 상기 하형의 사이에 배치되는 상기 금속파이프재료에 전력을 공급하여 통전가열을 행하는 통전가열부를 구비하고,
   상기 기둥부는, 상기 통전가열부의 통전가열 시에 있어서, 내부의 자속밀도가, 상기 하측베이스부의 하면의 중심에서의 자속밀도, 및 상기 상측베이스부의 상면의 중심에서의 자속밀도 중 적어도 일방보다 높고,
   상기 통전가열부는, 통전가열 시에 상기 금속파이프재료와 접촉하는 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 상기 전극에 전력을 전달하는 한 쌍의 전력공급라인을 구비하고,
   한 쌍의 상기 전력공급라인은, 한 쌍의 상기 전극이 대향하는 제1 방향과 교차하도록 배치되는, 성형장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상측베이스부 및 상기 하측베이스부 중 적어도 일방의 내측에 배치된 센서를 더 구비하는, 성형장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   한 쌍의 상기 전력공급라인은 한 쌍의 버스바로 구성되는, 성형장치.

Images