KR19980703480A - 얇은 포일 소재의 공기식 형성에서의 공기 베어링 어시스트 - Google Patents

얇은 포일 소재의 공기식 형성에서의 공기 베어링 어시스트 Download PDF

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Abstract

포일 소재의 공기식 형성 방법은, 제 1 형성요소 (14) 와, 하나 이상의 형성 캐비티 (20)를 갖는 제 2 형성요소 (16) 사이에 포일 소재 (12)를 위치시키는 공정과, 상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16)를 상기 포일 소재 (12) 와 함께 클램핑 관계로 이동시키는 공정과, 상기 포일 소재 (12)를 형성 캐비티 (20) 에 형성시키기 위해 상기 제 1 형성요소 (14) 와 상기 포일 소재 (12) 간의 공기압을 증가시키는 공정과, 상기 포일 소재 (12) 의 상기 형성 캐비티 (20) 로의 형성중에 상기 포일 소재 (12) 가 상기 제 2 형성요소 (16) 의 표면을 따라 이동할 수 있도록 충분한 가스를 상기 포일 소재 (12) 와 상기 제 2 형성요소 (16) 사이에 공급하는 공정과, 및 상기 포일 소재 (12)를 형성된 상태로 상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16) 간으로부터 제거하는 공정을 포함한다.

Description

얇은 포일 소재의 공기식 형성에서의 공기 베어링 어시스트
종래의 출현 기술들은 얇은 포일 소재, 특히 얇은 포일 금속 소재로 만들어진 부분을 필요로 한다. 현재의 형성작업은 얇은 포일 소재를 단순한 또는 복잡한 표면 및 주름없는 플랜지 (wrinkle-free flanges) 와 같은 특징을 갖는 소망형상을 갖는 부분으로 저렴하게 형성하지 못한다.
예컨대, 1956년 5월 15일에 자노스 (Janos) 가 특허를 받은 미국특허 제 2,745,173 호에 기재된 바와 같이, 진공 절연 패널에서의 사용에 적합한 얇은 포일 트레이의 제조에 있어, 금속 소재는, 그 강도 및 진공유지를 위한 밀봉능력 때문에 사용하기에 적합하다. 하지만, 이러한 특별한 적용은 다른 부분들에 대한 형성부의 기밀한 진공밀봉을 위해 거의 주름없는 플랜지를 필요로 한다. 얇은 포일 소재는 절연 패널을 가로지르는 감소된 전열누설을 위해 적합한 반면에, 상기 미국특허 '173 호의 발명을 실시하기 위해서는 두꺼운 냉간압연 탄소 강판 재료를 붙여야할 필요가 있다.
트레이와 같은 얇은 금속재료부의 제조에 적용된 종래의 방법은 그들의 상업적인 제조에 있어 사용에 문제를 낳는 제한과 단점을 가지고 있다. 종래의 방법은 매치된 금속 다이 스탬핑 공정, 열성형 공정, 하이드로포밍 공정, 및 고무 패드 형성공정을 포함한다.
매치된 금속 다이는 기계화 및 사용을 위한 정렬 (align) 에 비용이 많이 들며, 높은 클램핑 압력을 필요로 한다. 툴 (tool) 의 두 개의 메이팅 절반부간의 클램핑 압력이 불충분하거나 평도가 불완전하면 포일 소재가 형성 툴에의 과대한 이동을 일으키고, 버클링 (buckling) 모드 타입이 초래되어 결국 주름이 발생하게 된다. 하지만, 몇몇 재료의 드로우는 바람직하기 때문에, 과대한 클램핑력은 주름의 문제점을 해결할 수 없고 추가로 형성중에 얇은 포일의 찢어짐 (tearing) 을 조장한다. 더욱이, 매치된 금속 다이는 특히 코너부에서의 얇은 포일의 찢어짐을 야기하는 불균일의 응력분포를 갖는 형상을 만들어 낸다. 주름이나 찢어짐이 없는 소정의 바람직한 결과가 상기 매치된 금속 다이에서 얻어지기는 하지만, 포일 소재에 대한 비율의 실패로 인해, 상기 매치된 금속 다이 공정은 경제적인 제조레벨을 위해 두꺼운 소재에 제한되어 버린다. 형성공정을 향상시키고 얇은 포일 소재의 찢어짐을 감소시키기 위해 윤활제를 적용할 수도 있지만, 이 경우 오염물질이 유입하게 되므로 나중에 클리닝공정을 필요로 하게 되어 제조비용이 증가하게 된다. 하지만, 윤활제를 사용한다고 해도 주름은 여전히 문제점으로 남는다.
초가소성 금속재료의 열성형 공정은 저압, 고온 공정이다. 하지만, 포일 소재는 대략 500 퍼센트 이상으로 신장할 수 있는 마그네슘, 아연 및 알루미늄의 합금과 같은 종래의 열가소성 금속재료에 한정된다. 제한된 재료선택에 더하여 더 낮은 형성압력을 적용하면, 더 높은 온도 및 관련 다이의 휨 및 에너지 코스트, 뿐만 아니라 가열로 인한 증가된 사이클 타임이 열성형 공정의 또다른 중대한 단점이 된다.
이에 대조하여, 하이드로포밍 공정은 고압, 표준 또는 대기 실온 공정이다. 하지만, 실제적인 조건에 따르면 약 18 인치 (457mm) × 18 인치 (457mm) 보다 더 큰 표면적을 갖는 부분의 하이드로포밍 공정이 곤란하다. 더욱이, 포일을 컬 플레이트들 (cull plates) 간에 끼워도, 높은 실패 비율, 즉 찢어짐과 주름의 높은 발생율이 얇은 포일 소재의 하이드로포밍 공정에서 나타난다. 컬 플레이트는 그의 보호를 위해 포일 소재를 따라 형성된 두꺼운 강편이다. 하지만, 컬 플레이트의 사용은 사이클 타임과 형성압력을 증가시킨다. 또한, 컬 플레이트는 얇은 포일 소재를 따라 형성되기 때문에, 재사용이 불가능하며 제조에 추가적인 비용이 든다. 고무 패드 형성공정은 컬 플레이트를 필요로 하고 실패 비율이 높은 등의 상기 하이드로포밍 공정에 유사한 단점을 갖는다.
마지막으로, 포일 소재를 형성하는 데에는 높은 형성압력과 클램핑력에 대한 조절이 필요하기 때문에, 전술한 형성작업중의 몇몇은 포일 소재의 압축에 엘라스토머릭 또는 레질리언트 표면을 이용한다. 이후, 엘라스토머릭 또는 레질리언트 표면은 탄성표면이라 한다. 클램핑력과 형성압력이 포일 소재와 탄성표면을 함께 가져올때면, 석션 컵의 압축중과 같이 많이 둘 사이에서는 공기가 방출된다. 얇은 포일은 유들유들하기 때문에, 포일과 탄성표면간의 기밀공간에는 공기가 쉽게 재진입하지 못한다. 형성작업이 완료된 후에, 포일은 탄성표면에 견고하게 부착되어 남는다. 포일은 그의 제거공정중에 종종 손상을 입으며, 수동으로 제거할 필요가 있다. 이는 포일 소재의 큰 표면 또는 환형 또는 외주 면적을 탄성표면에 대하여 압축해야 하는가 하는 문제를 발생한다.
하이드로포밍 공정과 고무 패드 형성공정과 같은 종래의 형성작업들은, 고무 다이어프램 및 패드에 전형적으로 나타나는 필-백 력 (peel-back force)을 견디어 낼 수 있는 컬 플레이트들간에 얇은 포일을 끼움으로써 이들 문제점을 극복한다. 하지만, 이러한 해결책은 사이클 타임과 제조비용을 증가시킨다.
얇은 박판 소재의 형성공정이 갖는 또다른 문제점은 포일의 다이 캐비티 또는 형성 캐비티에의 압축에 사용된 압력이, 마찰력이 다이 캐비티의 표면을 따른 포일의 측면 또는 슬라이딩 이동을 방지하는 정도까지, 포일을 형성 캐비티 벽에 강제한다는 것이다. 포일은 고정면에 강제될 때마다 거의 움직일 수 없게 된다. 하지만, 포일을 특히 형성 캐비티의 깊은 또는 복잡한 영역에 이동시키기 위해서는, 포일이 형성 캐비티를 따라 슬라이딩 또는 이동이 가능한 것이 유리하다.
형성 캐비티의 하부를 따른 얇은 포일의 슬라이딩을 가능케하는 마찰계수를 감소시키는 몇몇 방법들이 있다. 종래의 수단은 윤활제, 고무판, 및 고도로 연마된 툴 표면의 사용을 포함한다. 이들 각각의 방법은 단점을 갖는다. 윤활제를 사용하는 경우에는 형성공정후에 형성부분을 청정시켜야 한다. 고무판은 적소에 배치되어야 하고 또한 비교적 짧은 사이클 타임을 갖도록 하기 위해 각각의 사용 전후에 제거되어야할 필요가 있다. 고도로 연마된 표면은 툴 제조공정에 추가의 비용을 부가시킨다. 형성 캐비티 표면을 횡단하는 포일 소재의 슬라이딩을 촉진하는 방법에 있어서도, 포일의 슬라이딩량에는 제한이 따른다. 제한된 슬라이딩은 형성깊이, 형성비율, 및 성공적으로 형성될 수도 있는 포일의 다양성을 감소시킨다.
따라서, 박판재료의 형성에 있어서의 개선에는 제조비용을 줄이고, 얇은 포일 소재를 이용한 형성품에 있어 더 복잡한 형상을 만들어 낼 수 있어야 한다.
본 발명은 얇은 포일 소재의 형성방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 소재에서의 감소된 공기압을 이용하여 얇은 포일 소재를 고속으로 윤활제없이 단순한 또는 복잡한 형상으로 공기식으로 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 포일 소재의 형성을 위한 장치의 개략 단면입면도이다.
도 2 는 소재가 형성공정의 개시점에 있는, 도 1 의 장치의 개략 단면입면도이다.
도 3 은 소재가 형성공정의 완료점 근방에 있는, 도 1 의 장치의 개략 단면입면도이다.
도 4 는 도 1 의 장치의 개략 평면도이다.
도 5 는 수평한 주표면에 철면부와 요면부를 갖는 장치의 개략 단면입면도이다.
포일 소재의 증가된 슬라이딩량을 가능케하는, 얇은 포일 소재의 공기식 형성 방법이 개시된다. 포일 소재의 형성중에 포일 소재가 형성 캐비티의 표면을 따라 이동할 수 있도록 하기 위한 공기 베어링으로서 작용시키기 위해 형성 캐비티와 포일간에는 압력하의 공기 또는 다른 가스가 공급된다. 공기의 얇은 층은 포일 소재의 이동을 가능케할 뿐만 아니라 더 깊고 더 복잡한 형성 캐비티에 포일 소재가 찢어짐 또는 주름없이 뻗는 것을 가능케하며, 재료 변형률 한계를 초과하지 않고서 더 높은 형성비율을 가능케한다.
본 발명에 따르면, 제 1 형성요소와 하나 이상의 형성 캐비티를 갖는 제 2 형성요소 사이에 포일 소재를 위치시키는 공정과, 상기 제 1 및 제 2 형성요소를 상기 포일 소재와 함께 클램핑 관계로 이동시키는 공정과, 상기 포일 소재를 형성 캐비티에 형성시키기 위해 상기 제 1 형성요소와 상기 포일 소재간의 공기압을 증가시키는 공정과, 상기 포일 소재의 상기 형성 캐비티로의 형성중에 상기 포일 소재가 상기 제 2 형성요소의 표면을 따라 이동할 수 있도록 충분한 가스를 상기 포일 소재와 상기 제 2 형성요소 사이에 공급하는 공정과, 및 상기 포일 소재를 상기 제 1 및 제 2 형성요소간의 형성된 상태로 제거하는 공정을 포함하는, 포일 소재의 공기식 형성 방법이 제공된다. 가스는 제 2 형성요소의 복수의 구멍에 의해 공급이 가능하다. 본 발명의 방법은 빠른 사이클 타임이 가능하고, 또한 이러한 방법에 의해 형성된 얇은 포일 소재가 포일 소재의 저감된 찢어짐 및 주름 발생빈도를 갖기 때문에 그 폐기량이 최소화된다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 제 2 형성요소는 제 1 형성요소와 포일 소재간의 공기압이 증가함에 따라 상기 포일 소재에 의해 초기 접촉되는 중앙부를 갖고, 또한 상기 제 2 형성요소는 상기 포일 소재에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 말단부를 가지며, 가스 공급 공정은 상기 중앙부로부터 상기 말단부 쪽으로의 상기 포일 소재의 이동을 촉진하기 위해 상기 중앙부와 상기 말단부간의 중간 영역에서 가스를 공급하는 공정을 포함한다. 제 2 형성요소가 직사각형 또는 다른 다변형의 형상이라면, 상기 말단부는 코너부일 수가 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 제 2 형성요소는 거의 수직한 벽과 거의 수평한 주표면을 갖고, 코너부를 한정하는 상기 벽 및 주표면과 함께 중앙부를 포함한다. 가스 공급 공정은 거의 수평한 상기 주표면에 위치한 가스구를 통해 가스를 공급하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 중앙부로부터 상기 코너부쪽으로의 상기 포일 소재의 이동을 촉진하기 위해 상기 코너부에 배기구가 위치할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 제 2 형성요소는 제 1 형성요소와 포일 소재간의 공기압이 증가함에 따라 상기 포일 소재에 의해 초기 접촉되는 중앙부와, 상기 포일 소재에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 요면부를 가지며, 가스 공급 공정은 상기 중앙부로부터 상기 요면부로의 상기 포일 소재의 이동을 촉진하기 위해 상기 중앙부와 상기 요면부간의 중간 영역에서 가스를 공급하는 공정을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 제 2 형성요소는 상기 제 1 형성요소와 포일 소재간의 공기압이 증가함에 따라 상기 포일 소재에 의해 초기 접촉되는 거의 편평한 중앙부와, 만곡부이며 상기 포일 소재에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 말단부를 가지며, 가스 공급 공정은 상기 중앙부로부터 상기 만곡부쪽으로의 상기 포일 소재의 이동을 촉진하기 위해 상기 중앙부와 상기 만곡부간의 중간 영역에서 가스를 공급하는 공정을 포함한다.
도면에 도시된 장치는 본 발명의 방법을 수행하는데 사용될 수가 있으며, 찢어짐과 주름의 발생빈도가 감소된 형성 포일 소재부를 제조하면서, 윤활제 또는 컬 플레이트없이 얇은 포일 소재의 신뢰성있는 고속형성을 위한 감소된, 제어된 네트 (net) 클램핑 압력과 공기압의 사용을 포함한다. 얇은 포일 소재의 형성을 위한 방법 및 장치는 여기에 참고로 관련된, 3개로 공통으로 양도된 동시계류중인 특허출원에 기재되어 있다. 이들은 미국 특허출원번호 제 08/238,991 호 (출원일 : 1994년 6월 14일, 출원인 : 홀 등, 발명의 명칭 : 얇은 포일 소재의 공기식 형성을 위한 방법 및 장치 (METHOD AND APPARATUS FOR PNEUMATIC FORMING OF THIN FOIL MATERIALS)) ; 미국 특허출원번호 제 08/238,992 호 (출원일 : 1994년 5월 6일, 출원인 : 홀, 발명의 명칭 : 얇은 포일 소재의 쇼크 릴리즈를 위한 방법 및 장치 (METHOD AND APPARATUS FOR SHOCK RELEASE OF THIN FOIL MATERIALS)) ; 미국 특허출원번호 제 08/239,158 호 (출원일 : 1994년 6월 14일, 출원인 : 홀 등, 발명의 명칭 : 형성중의 얇은 포일의 유지를 위한 장치 및 방법 (APPARATUS AND METHOD FOR RETENTION OF THIN FOILS DURING FORMING)) 이다.
도 1을 참조하면, 얇은 포일 소재의 공기식 형성방법은 포일 소재 (12)를 제 1 형성요소 (14) 와 제 2 형성요소 (16) 사이에 위치시킴으로써 개시된다. 제 1 형성요소는 형성공정중의 포일의 클램핑에 도움을 주는 탄성표면 (18)을 갖는다. 제 2 형성요소 (16) 는 바람직하게는 제 2 클램핑 표면 (22) 에 의해 경계가 지어진 하나 이상의 형성 캐비티 (20)를 갖는다. 형성공정중, 제 1 및 제 2 형성요소는 도 2 에 추가로 나타낸 바와 같이 포일 소재와 함께 클램핑 관계로 이동된다. 제 1 형성요소의 탄성표면은 포일 소재의 상부와 접촉하며, 반면에 제 2 형성요소의 클램핑 표면 (22) 은 포일 소재의 하부와 접촉한다.
도 2를 참조하면, 제 1 형성요소의 하향 압축이 포일 소재와 제 1 형성요소간에 존재하는 볼륨 (24) 주위에 밀봉을 형성하는 것을 볼 수 있다. 이후, 포일 소재는 볼륨 (24) 에 공기압을 공급함으로써 형성 캐비티 (20) 안에 실질적으로 형성된다. 하지만, 본 발명에 따르면, 형성을 위한 공기압의 적용에 완전한 클램핑력의 전개는 필수적인 것이 아니다. 일단 초기에 클램핑력이 형성요소들 (14,16) 에 적용되어 포일 소재를 적소에 유지하게 되면, 상기 밀봉된 볼륨 (24) 에 공기압이 공급되어 포일 소재가 형성 캐비티의 표면 (26) 에 팽창하여 모양을 이룬다. 공기압은, 임의의 수단에 의해, 예컨대 제 1 형성요소를 통하여 신장하는 공기 공급관 (28)을 통해 압력하의 공기 또는 다른 가스를 공급함으로써 공급될 수가 있다. 형성공정은, 본 발명에 따르면, 포일 소재를 유지하는 클램핑 압력과 포일 소재를 형성하는 공기압 양자 모두를 일반적으로 동시에 증가시킴으로써 달성된다.
두 개의 대향하는 힘 (클램핑력 및 공기력) 의 결과는 포일에 따라 네트 클램핑력 및 네트 클램핑 압력을 만들어낸다. 네트 클램핑 압력에 대한 제어는 볼륨 (24) 의 공기 압축비를 클램핑력이 적용되는 프레스 또는 종래의 장치 (도시되지 않음) 의 클램핑비 특성에 약간 처지게함으로써 달성된다. 종래의 장치는, 예컨대 바람직하게는 유압 터니지 컨트롤을 갖는 유압 또는 기계 프레스이다. 이러한 프레스 또는 장치 각각은 충분한 클램핑력의 전개를 위해 유한의 시간이 필요한데, 여기서 클램핑력의 전개 비율은 클램핑비라 한다. 공기 압축비와 클램핑비의 변화는 일방이 클램핑 표면 (22)에서 포일 소재상의 네트 클램핑력을 제어하는 것을 허용한다. 이는 형성중에 포일 소재의 클램핑 표면에서의 슬라이딩 능력을 제어한다. 형성 사이클의 개시점과 형성 사이클중에는, 공기압을 볼륨 (24)에 밀봉하기에 충분한 최소의 네트 클램핑력을 클램핑 표면상의 탄성표면 (18) 에 의해 유지하는 것이 절대적으로 필요하다.
클램핑 압력이 전개되는 동안의 형성을 위한 볼륨 (24) 의 압축의 결과로서, 네트 클램핑 압력은 형성중에 감소되어, 형성공정이 제어되는 동안 형성 캐비티 (20) 로의 포일 소재의 슬라이딩 또는 이동을 제한한다. 네트 클램핑 압력에 대한 제어는 과도한 소재이동 및 주름을 야기하는 전혀없는 클램핑력, 또는 특별한 재료 및 적용을 위한 형성을 억제하는 과도한 클램핑력을 이용하는 것을 방지한다. 네트 클램핑 압력에 대한 제어는 클램핑 압력의 증가 또는 공기압의 증가를 변화시키거나, 또는 이들을 동시에 수행함으로써 발휘된다.
만약 어떤 이유로든 포일 소재에 구멍을 뚫는다면, 이러한 구멍은 포일 소재의 전파되는 찢어짐을 회피하기 위해 성형 사이클 동안에 최고의 인장응력에 구속되지 않는 소재의 영역에 위치해야 한다. 즉, 이러한 구멍은 전형적으로 소재의 중앙의 편평한 영역에 있어야 한다. 형성에 필요한 볼륨 (24) 내의 공기압을 유지하는 테이프 또는 다른 밀봉수단 (도시되지 않음) 에 의해 형성중에는 상기 구멍을 통한 가스의 방출이 저지된다.
볼륨 (24) 의 팽창에 의해 포일 소재가 형성 캐비티에 형성되기 때문에, 공기를 포일 소재 아래의 영역으로부터 배기하는 것이 바람직할 수도 있다. 제 2 형성요소 (16) 에는 공기의 방출을 가능케 하는 코너 배기구 (30) 와 같은 하나 이상의 배기구가 설치된다. 이들 배기구는 형성 캐비티내의 어디든 위치할 수가 있지만, 바람직하게는 형성공정중에 포일 소재에 의해 마지막으로 덮히는 영역에 위치한다.
형성공정이 완료될 즈음에는, 바람직하게는 네트 클램핑 압력이 거의 최소의 압력으로 확립되고, 반면에 공기압은 형성의 완료를 위해 거의 최대의 압력이 된다. 이후, 포일 소재의 종결부의 추가 형성공정을 처리하는데, 이는 소재의 코너부의 최종 형성중에 요망되는 소재 슬라이딩에 유리하다.
마지막으로, 형성공정의 말단에서 형성 공기압이 추가로 증가하면, 네트 클램핑 압력이 낮아져 클램핑 표면 (22)을 가로질러 가스가 누설되기 시작한다. 형성공정이 완료된 이후, 포일 소재는 형성된 상태로 제 1 및 제 2 형성요소간으로부터 제거된다.
형성 캐비티 (20) 로의 포일 소재의 이동비 및 이동량에 대한 제어는 완벽한 모양의 형성을 허용하고, 만곡부와 코너부의 더 타이트한 반경의 형성을 보장하며, 더 깊은 모양의 형성을 허용한다. 하지만, 이러한 슬라이딩 또는 이동은 포일 소재가 그의 요망하는 모양에 근접함에 따라 포일 소재와 형성 캐비티의 표면 (26) 간의 마찰접촉에 의해 억제된다. 캐비티의 표면을 따른 포일 소재의 슬라이딩 또는 이동을 억제하는 이러한 마찰접촉은 특히 형성공정이 완료될 즈음에 문제가 된다. 이러한 마찰은 고도로 연마된 표면을 이용함으로써 저감할 수가 있다.
마찰을 저감하고 복잡한 모양, 및 반경이 작은 모양 또는 만곡부 주위에서의 포일의 형성을 가능하게 하는 특히 효과적인 방법은 공기 또는 다른 유체, 바람직하게는 가스의 소오스를 형성 캐비티의 하부에 제공하는 것이다. 공기 공급 장치는 공기 베어링으로서 작용한다.
공기 베어링은 포일 소재와 제 2 형성요소간에 가스를 공급하는 임의의 장치일 수가 있다. 도시된 바와 같이, 공기 베어링은 압축 공기의 공급구 (도시되지 않음) 에 연결된 하부 가스구 (32) 와 같은 복수의 관 (conduits) 일 수가 있다. 코너부로의 포일 소재의 형성을 향상시키기 위해, 그리고 공기 베어링없이 더 타이트한 반경 및 다른 가능한 모양보다도 더 깊은 모양을 형성할 수 있도록, 바람직하게는 가스구가 형성 캐비티 (20) 의 수평 주표면 (34)을 따라 설치된다.
공기 베어링 기능은 최종 형성중에 특히 유익하기 때문에, 가스구를 통한 가스의 도입을 형성공정이 완료될 즈음까지 지연할 수도 있다. 즉, 최대 형성압력에 이르기 바로 직전에, 볼륨 (24)에의 가스 공급구는 가스구로 전환된다. 포일의 위와 아래의 동등한 압력이 포일의 부양 (float) 또는 캐비티 표면으로부터의 포일의 분리를 가능케하므로, 캐비티 하부를 따른 그리고 형성 캐비티의 코너부와 에지로의 추가 이동을 방해하는 마찰력이 저감된다.
가스 공급구는 도시하지는 않았지만 여러 가지의 형상을 가질 수가 있고, 예컨대 볼륨 (24)을 600 psi (4.1 MPa) 의 레벨까지 급속히 채우며, 공급압력은 상기 값보다도 더 높다. 그렇지 않으면, 사이클 타임이 길어진다.
일단 포일 소재가 형성되면, 제 1 및 제 2 형성요소로부터, 특히 탄성표면 (18) 으로부터 포일 소재를 제거하는 문제점이 남는다. 바람직한 방법은, 형성 캐비티내의 압력을 급속히 변화시켜 포일 소재를 제 1 및 제 2 형성요소로부터 떼어내거나 또는 해제시키는 급속 릴리즈 방법이다. 클램핑력과 공기력은 급속한 압력 저감에 대해 클램핑 표면 (22)을 가로질러 동시에 경감되고, 공기력은 또한 공기 공급관 (28)을 통해 경감된다.
상기의 설명으로부터, 형성중에 볼륨 (24) 내에서 공기압이 증가함에 따라 클램핑력도 증가함을 이해할 수 있을 것이다. 형성 사이클 타임을 단축시킬 수 있는 해결의 실마리는 과도하게 낮지도 않고 과도하게 높지도 않은 클램핑 압력을 유지하는 것이다. 클램핑 압력이 과도하게 높으면 포일의 이동이 불가능하여 형성 깊이를 제한하게 되고, 용이하게 형성될 수 있는 금속의 타입을 한정하게 되며, 형성비에 영향을 끼치게 되고, 엘라스토머 밀봉의 수명을 단축시키게 되며, 최대 형성 깊이와 관련한 작업중 포일 파괴의 가능성을 크게 증가시키게 된다. 압축 사이클중의 클램프 압력이 적절히 제어되면 주름의 형성이 방지되면서 대략 0.05 cm (0.020 in) 내지 0.20 cm (0.080 in) 의 허용가능한 포일 이동이 가능해진다. 이러한 범위는 특별한 적용에 따라 변화될 수가 있다.
본 발명의 방법에 따라 형성된 포일 소재의 실시예에 있어서, 팬 (pans) 은 0.0254 cm (0.010 in) 두께보다 보다 작은 201 및 304 스테인레스강 포일 소재로 형성되는데, 바람직한 범위는 두께 0.0051 cm (0.002 in) 내지 0.0127 cm (0.005 in) 이다. 스테인레스강 포일 소재는 바람직하게는 내부식성, 강도, 용접성, 및 제조중의 배이크-아웃 (bake-out) 절차에 대한 내성을 포함하여 낮은 열전도 및 진공 관련 적용을 위한 다른 중요한 특성을 위해 사용된다. 하지만, 재료의 범위를 넓게 활용할 수가 있다.
0.0076 cm (0.003 in) 두께의 얇은 포일 소재는 본 발명에 따르면 재차 형성되었다. 플랜지를 갖는 26.7 cm (10.5 in) 스퀘어의 개방 트레이 또는 팬 모양은 제 1 및 제 2 형성요소간에 형성되었다. 형성 캐비티 (20) 는 클램핑 표면 (22) 과 형성 캐비티 벽 (38) 간에서 0.38 cm (0.15 in) 의 반경을 갖는 트랜지션 표면 (36)을 포함했다. 벽은 형성후의 형성부의 용이한 제거를 위해 형성 캐비티의 개방단부쪽으로 넓어지며 수직으로부터 대략 10도 정도로 위치한다.
최소 클램핑 압력은 폭 0.95 cm (0.375 in) 의 랜드 영역 (40) 및 클램핑 표면 (22) 과 조합하여 14 바아 (스퀘어 인치당 200 파운드 [psi]) 정도이다. 도 1을 참조하면, 스텝 (42) 으로부터 스텝 (44) 까지 (독자가 보기에 좌측으로부터 우측) 의 횡단거리는 46 cm (18 in) × 46 cm (18 in) 이다. 클램핑 표면 (22) 과 랜드 영역 (40) 과의 면적의 합은 대략 170 cm2(26.4 in2) 이다. 초기 공기압은 약 3.4 바아 (50 psi) 이고, 반면에 초기 클램핑 압력은 약 14 바아 (200 psi) 이다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 제 2 형성요소 (16) 는, 다른 다변형 형상과 비다변형 형상을 사용할 수 있음에도 불구하고 직사각형 형상이다. 제 2 형성요소는 중심 또는 중앙부 (46)를 갖는다. 도 2를 참조하면, 상기 중앙부는 형성중에 포일 소재에 의해 처음으로 접촉되는 제 2 형성요소의 부분이다. 포일 소재에 의해 접촉된 제 2 형성요소의 최종부는 제 2 형성요소의 중앙으로부터 가장 먼 곳인 말단부 (48) 이다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 말단부 (48) 는 직사각형으로 형성된 형성 캐비티의 코너부 (50) 에 있다.
포일 소재가 형성됨에 따라, 제 2 형성요소의 캐비티와 말단부 모두에 도달하여 채워질 수 있도록 포일은 슬라이딩하여 뻗는 것이 필요하다. 슬라이딩 이동은 드로잉 (drawing) 이라고 하는데, 소재가 또다른 영역으로부터 예컨대 클램핑 표면 (22) 근방의 잉여 소재로부터 이동할 때에 발생한다. 팽창과 스트레칭이 또한 발생하는데, 이는 시닝 (thinning) 공정이다. 제 2 형성요소의 표면을 가로지른 포일의 슬라이딩 또는 이동은 공기를 가스구 (32) 로부터 도입함으로써 촉진된다. 도 1 과 4 에 도시된 바와 같이, 가스구는 중앙부 (46) 와 말단부 (48) 간의 중앙 영역 (52) 에 위치한다. 때문에, 말단부 또는 코너부 쪽으로 포일 소재가 흐르거나 슬라이딩을 할 수 있다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 제 2 형성요소 (16) 의 형상은 만곡부 (52), 요면부 (54), 및 철면부 (56) 와 같은 여러 가지의 표면 요철을 포함한다. 이들 표면 요철들은 중앙부 (46) 에 대한 말단부의 변화로 고려될 수 있다. 이들 각각의 요철의 경우, 형성공정을 완료하고 궁극적으로는 엄밀하게 제 2 형성요소의 모양으로 형성된 포일 소재를 제공하기 위해 슬라이딩 또는 이동된다. 예컨대, 가스구 (32) 가 공기 베어링으로서 작용하는 형성 캐비티에 공기 또는 다른 가스를 공급하므로, 제 2 형성요소의 말단부로의 포일 소재의 이동이 촉진된다.
본 발명에 따른 형성공정의 초기에, 포일 소재상의 비교적 작은 공기 형성압이 포일내의 중요한 인장 후프 응력을 발휘할 수 있다. 형성 캐비티 내측으로의 포일 소재의 과대한 이동이 허용된다면, 소재의 플랜지 영역에서의 포일은 버클링 (buckling) 에 의해 압축에 실패하여 주름을 형성한다. 최소 클램핑 압력은 0.076 cm (0.003 in) 두께의 완전 어닐링된 304 스테인레스강 포일에 대해 14 바아 (200 psi) 정도이다.
이 실시예에 따르면, 얇은 포일 소재 형성공정이 주름없는 플랜지를 갖는, 질이 높은 팬 형상으로 되었다. 상기 전술된 이점에 더하여, 본 발명에 따라 형성된 팬 형상은 팬측을 따른 그리고 코너부 근방의 재료의 시닝 (thinning) 을 포함한다. 상기 팬측의 이러한 얇은 재료의 존재는 열절연으로서 사용될때에 진공 패널의 온냉표면간의 전도열 누설을 감소시킨다. 따라서, 인지되는 바와 같이, 본 발명은 클램핑 압력이 감소된 급속한 사이클 타임, 형성공정 절차 및 재료 슬라이딩에 대한 제어, 및 폐기물없는 질좋은 부분의 제조를 달성한다. 폐기물을 낳는 종래의 컬 플레이트, 추가의 클리닝 공정을 필요로 하는 윤활제, 형성부에 손상을 입히는 종래의 소재 제거기술은 모두 회피된다. 본 발명에 따르면, 더 질좋은 그리고 더 신뢰성있는 포일부를 제조할 수 있고, 정렬에 크게 신경을 쓰지 않아도 되며, 형성요소를 값싸게 제조할 수도 있다.
본 발명의 방법은 바람직하게는 대략 0.025 cm (0.01 in) 이하의 두께를 갖는 얇은 포일 소재로 수행된다. 이러한 포일 소재의 형성은 본 발명에 따르면 약 6초 이내에 달성될 수 있다. 상기 방법은 포일 소재를 단일 또는 다중 형성 캐비티 (20) 에 형성하는 데에도 동일하게 적용될 수가 있고, 포일 소재에 적용할때에, 특히 많은 적용이 요망되는 금속 소재에 적용할때에 종래의 방법들보다 훨씬 더 큰 소재표면을 형성할 수 있는 능력을 갖고 있다.
본 발명을 위한 하나의 제시된 적용은 진공 절연 패널에서의 사용을 위해 얇은 포일 소재로부터 팬 형상의 부분을 형성한다. 포일 소재의 이러한 형상으로의 사용은 종래의 방법 및 장치가 갖는 제조 문제점을 갖는데, 이는 본 발명에 의해 극복된다. 결과적으로, 포일 소재 두께는 패널의 온냉측간의 열전도를 추가로 줄이기 위해 비용효과적으로 사용될 수도 있다. 줄어든 포일 두께에 더하여, 낮은 열전도는 재료 선택에 의해 향상된다.
공기식 공정이 매우 바람직하기는 하지만, 본 발명을 실행하면서 포일 소재의 형성을 위한 다른 형성공정을 사용할 수가 있다. 예컨대, 본 발명의 공기 베어링 장점을 이용하면서 고무 패드 형성공정 또는 하이드로포밍 공정을 사용할 수 있다. 몇몇 경우, 제 2 형성요소, 즉 포일 소재가 형성되는 표면을 갖는 요소는 요면 요소이기 보다는 철면 요소이다. 하지만, 각각의 경우, 포일 소재를 제 2 형성요소의 표면을 따라 이동시킬 수 있도록 포일 소재와 제 2 형성요소간에 여전히 가스가 공급된다.
전술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에는 여러 가지의 수정이 가능하다. 하지만, 이러한 수정은 본 발명의 범위내의 것이다.
본 발명은 적용을 위한 높은 열저항 절연을 위한 얇은 포일 소재의 형성에 유용하다.

Claims (20)

  1. 포일 소재의 공기식 형성 방법으로서,
    제 1 형성요소 (14) 와, 하나 이상의 형성 캐비티 (20)를 갖는 제 2 형성요소 (16) 사이에 포일 소재 (12)를 위치시키는 공정과,
    상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16)를 상기 포일 소재 (12) 와 함께 클램핑 관계로 이동시키는 공정과,
    상기 포일 소재 (12)를 형성 캐비티 (20) 에 형성시키기 위해 상기 제 1 형성요소 (14) 와 상기 포일 소재 (12) 간의 공기압을 증가시키는 공정과,
    상기 포일 소재 (12) 의 상기 형성 캐비티 (20) 로의 형성중에 상기 포일 소재 (12) 가 상기 제 2 형성요소 (16) 의 표면을 따라 이동할 수 있도록 충분한 가스를 상기 포일 소재 (12) 와 상기 제 2 형성요소 (16) 사이에 공급하는 공정과, 및
    상기 포일 소재 (12)를 형성된 상태로 상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16) 간으로부터 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 상기 제 1 형성요소 (14) 와 포일 소재 (12) 간의 공기압이 증가함에 따라 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되는 중앙부 (46)를 갖고, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 말단부 (48)를 가지며, 상기 가스 공급 공정은 상기 중앙부 (46) 로부터 상기 말단부 (48) 쪽으로의 상기 포일 소재 (12) 의 이동을 촉진하기 위해 상기 중앙부 (46) 와 상기 말단부 (48) 간의 영역에서 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 말단부 (48) 는 코너부인 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 거의 수직한 벽 (38) 과 거의 수평한 주표면 (34)을 갖고, 코너부를 한정하는 상기 벽 (38) 및 주표면 (34) 과 함께 중앙부 (46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가스 공급 공정은 거의 수평한 상기 주표면 (34) 에 위치한 가스구 (32)를 통해 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 중앙부 (46) 로부터 상기 코너부쪽으로의 상기 포일 소재 (12) 의 이동을 촉진하기 위해 상기 코너부에 배기구 (30) 가 위치하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 상기 제 1 형성요소 (14) 와 포일 소재 (12) 간의 공기압이 증가함에 따라 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되는 중앙부 (46)와, 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 요면부 (54)를 가지며, 상기 가스 공급 공정은 상기 중앙부 (46) 로부터 상기 요면부 (54) 로의 상기 포일 소재 (12) 의 이동을 촉진하기 위해 상기 중앙부 (46) 와 상기 요면부 (54) 간의 영역에서 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 거의 수평한 주표면 (34)을 갖고, 상기 가스 공급 공정은 거의 수평한 상기 주표면 (34) 에 위치한 가스구 (32)를 통해 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 상기 제 1 형성요소 (14) 와 포일 소재 (12) 간의 공기압이 증가함에 따라 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되는 거의 편평한 중앙부 (46)와, 만곡부이며 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 말단부 (48)를 가지며, 상기 가스 공급 공정은 상기 중앙부 (46) 로부터 상기 만곡부쪽으로의 상기 포일 소재 (12) 의 이동을 촉진하기 위해 상기 중앙부 (46) 와 상기 만곡부간의 영역에서 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 거의 수평한 주표면 (34)을 갖고, 상기 가스 공급 공정은 거의 수평한 상기 주표면 (34) 에 위치한 가스구 (32)를 통해 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  11. 포일 소재의 공기식 형성 방법으로서,
    제 1 형성요소 (14) 와, 하나 이상의 형성 캐비티 (20) 및 거의 수직한 벽 (38) 및 상기 제 1 형성요소 (14) 와 포일 소재 (12) 간의 공기압이 증가함에 따라 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되는 중앙부 (46)를 포함하는 거의 수평한 주표면 (34) 을 갖는 제 2 형성요소로서 코너부이고 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 말단부 (48)를 갖는 제 2 형성요소 (16) 사이에 포일 소재 (12)를 위치시키는 공정과,
    상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16)를 상기 포일 소재 (12) 와 함께 클램핑 관계로 이동시키는 공정과,
    상기 포일 소재 (12)를 형성 캐비티 (20) 에 형성시키기 위해 상기 제 1 형성요소 (14) 와 상기 포일 소재 (12) 간의 공기압을 증가시키는 공정과,
    상기 포일 소재 (12) 의 상기 형성 캐비티 (20) 로의 형성중에 상기 포일 소재 (12) 가 상기 제 2 형성요소 (16) 의 표면을 따라 이동할 수 있도록 충분한 양의 가스를 상기 중앙부 (46) 와 상기 말단부 (48)간의 영역에서 상기 거의 수평한 주표면 (34) 에 위치한 가스구 (32)를 통해서 상기 포일 소재 (12) 와 상기 제 2 형성요소 (16) 사이에 공급하는 공정과, 및
    상기 포일 소재 (12)를 형성된 상태로 상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16) 간으로부터 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 중앙부 (46) 로부터 상기 코너부쪽으로의 상기 포일 소재 (12) 의 이동을 촉진하기 위해 상기 코너부에 배기구 (30) 가 위치하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  13. 포일 소재의 공기식 형성 방법으로서,
    제 1 형성요소 (14) 와, 하나 이상의 형성 캐비티 (20) 및 상기 제 1 형성요소 (14) 와 포일 소재 (12) 간의 공기압이 증가함에 따라 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되는 거의 편평한 중앙부 (46)를 갖는 제 2 형성요소로서 만곡부이고 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 말단부 (48)를 갖는 제 2 형성요소 (16) 사이에 포일 소재 (12)를 위치시키는 공정과,
    상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16)를 상기 포일 소재 (12) 와 함께 클램핑 관계로 이동시키는 공정과,
    상기 포일 소재 (12)를 형성 캐비티 (20) 에 형성시키기 위해 상기 제 1 형성요소 (14) 와 상기 포일 소재 (12) 간의 공기압을 증가시키는 공정과,
    상기 포일 소재 (12) 의 상기 형성 캐비티 (20) 로의 형성중에 상기 제 2 형성요소 (16) 의 표면을 따른 상기 포일 소재 (12) 의 상기 중앙부 (46) 로부터 상기 만곡부쪽으로의 이동을 촉진하기 위해 상기 중앙부 (46) 와 상기 만곡부간의 영역에서 가스를 상기 포일 소재 (12) 와 상기 제 2 형성요소 (16) 사이에 공급하는 공정과, 및
    상기 포일 소재 (12)를 형성된 상태로 상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16) 간으로부터 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 공기식 형성 방법.
  14. 포일 소재의 형성 방법으로서,
    제 1 및 제 2 형성요소 (14,16) 사이에 포일 소재 (12)를 위치시키는 공정과,
    상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16)를 상기 포일 소재 (12) 와 함께 클램핑 관계로 이동시키는 공정과,
    상기 포일 소재 (12)를 상기 제 2 형성요소 (16) 쪽으로 강제하여 상기 포일 소재 (12)를 상기 제 2 형성요소 (16) 의 형상으로 만들도록 포일 소재 (12)에 압력을 가하는 공정과,
    상기 포일 소재 (12) 의 형성중에 상기 포일 소재 (12) 가 상기 제 2 형성요소 (16) 의 표면을 따라 이동할 수 있도록 충분한 가스를 상기 포일 소재 (12) 와 상기 제 2 형성요소 (16) 사이에 공급하는 공정과, 및
    상기 포일 소재 (12)를 형성된 상태로 상기 제 1 및 제 2 형성요소 (14,16) 간으로부터 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 형성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 상기 포일 소재 (12) 가 상기 제 2 형성요소 (16) 쪽으로 강제됨에 따라 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되는 중앙부 (46)를 갖고, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 말단부 (48)를 가지며, 상기 가스 공급 공정은 상기 중앙부 (46) 로부터 상기 말단부 (48) 쪽으로의 상기 포일 소재 (12) 의 이동을 촉진하기 위해 상기 중앙부 (46) 와 상기 말단부 (48) 간의 영역에서 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 형성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 말단부 (48) 는 코너부인 것을 특징으로 하는 포일 소재의 형성 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 거의 수직한 벽 (38) 과 거의 수평한 주표면 (34)을 갖고, 코너부를 한정하는 상기 벽 (38) 및 주표면 (34) 과 함께 중앙부 (46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 형성 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 가스 공급 공정은 거의 수평한 상기 주표면 (34) 에 위치한 가스구 (32)를 통해 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 형성 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 중앙부 (46) 로부터 상기 코너부쪽으로의 상기 포일 소재 (12) 의 이동을 촉진하기 위해 상기 코너부에 배기구 (30) 가 위치하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 형성 방법.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 형성요소 (16) 는 상기 제 1 형성요소 (14) 와 포일 소재 (12) 간의 공기압이 증가함에 따라 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되는 중앙부 (46)와, 상기 포일 소재 (12) 에 의해 초기 접촉되지 않는 하나 이상의 요면부 (54)를 가지며, 상기 가스 공급 공정은 상기 중앙부 (46) 로부터 상기 요면부 (54) 로의 상기 포일 소재 (12) 의 이동을 촉진하기 위해 상기 중앙부 (46) 와 상기 요면부 (54) 간의 영역에서 가스를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포일 소재의 형성 방법.
KR1019970706884A 1995-03-30 1996-03-18 얇은 포일 소재의 공기식 형성에서의 공기 베어링 어시스트 KR19980703480A (ko)

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