KR20010006495A - 고압 하이드로포밍 프레스 - Google Patents

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아더 엘. 리
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Abstract

본 발명의 관형 금속 블랭크를 하이드로포밍하기 위한 장치는 다이 구조체(12), 하이드로포밍 유체원, 유압 구동 관-단부 결합 구조체(36), 유압 구동 압력 증강 구조체(110) 및 하나의 유압 동력원(22)을 포함한다. 관-단부 결합 구조체(36)는 상기 다이 공동 내의 관형 금속 블랭크(T)의 양 단부를 밀봉하고 관형 금속 블랭크(T)를 종방향으로 압축하도록 이동된다. 관-단부 결합 구조체는 하이드로포밍 유체원으로부터 하이드로포밍 유체를 수용하고 하이드로포밍 유체가 관형 금속 블랭크에 제공될 수 있는 하이드로포밍 유체 공급 배출구를 갖는다. 유압 구동 압력 증강 구조체(110)는 관형 금속 블랭크의 내부에 마련된 하이드로포밍 유체를 가압하도록 이동되어 블랭크의 직경을 팽창시킨다. 하나의 유압 동력원(22)은 압력 증강 구조체(110)를 이동시키기 위해 압력 하의 유압 유체를 상기 유압 구동 압력 증강 구조체에 제공하여 관형 금속 블랭크의 내부에 마련된 하이드로포밍 유체를 가압시키고 그 외부면이 내부 다이면에 상응하도록 관형 금속 블랭크의 직경을 팽창시킨다. 하나의 유압 동력원(22)은 또한 압력 하의 유압 유체를 유압 구동 관-단부 결합 구조체에 제공하여 관-단부 결합 구조체(36)가 관형 금속 블랭크를 종방향으로 압축할 수 있도록 하며, 직경 방향으로 팽창된 관형 금속 블랭크의 벽 두께를 보충하고 그 벽 두께를 소정 범위 내에서 유지하기 위해 직경 방향으로 팽창된 관형 블랭크의 금속 재료를 종방향 내향으로 흐르게 한다.

Description

고압 하이드로포밍 프레스{HIGH PRESSURE HYDROFORMING PRESS}
종래의 하이드로포밍은 다이 공동이 관 상에서 폐쇄된 후, 및 축방향 실린더들이 결합하기 전에 관 블랭크 및 공동 내의 관 블랭크의 신속한 예비 충전용 하이드로포밍 유체를 공급하기 위해 공급 탱크로부터의 저압의 (일예로, 중력) 하이드로포밍 유체 공급을 이용한다. 그 결과, 관 블랭크를 다이 공동 내로 밀어 내는 데 별도의 증압기가 필요하다.
본 발명은 관형부의 고압 하이드로포밍을 달성하는 데 자본 투자가 덜 요구되는 하이드로포밍 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 팽창되는 관형 블랭크 내에 높은 내압을 제공하기 위한 종래의 분리식 "증압기" 장치의 교환에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 원리에 따른 하이드로포밍 프레스 장치의 개략도.
도2는 하이드로포밍되는 관의 양 단부와 결합하여 이동되는 관-단부 결합 구조체를 도시한 도1에 도시된 것과 유사한 개략도.
도3은 본 발명에 따른 유압 측면 램 조립체 및 다이 구조체의 개략 단면도.
도4는 하이드로포밍되는 관형 블랭크의 양 단부와 결합하여 이동되는 관-단부 결합 구조체를 도시한 도3에 도시된 것과 유사한 도면.
도5는 밸브가 하이드로포밍되는 관의 초기 가압에 개방되는 도4에 도시된 것과 유사한 도면.
도6은 상부 다이 구조체가 하강 위치에 있는 하이드로포밍된 관의 초기 가압을 도시한 도5에 도시된 것과 유사한 도면.
도7은 성형되는 부분의 벽 두께를 유지하도록 관형 블랭크의 충분한 팽창 및 유압 측면 램 조립체의 내향 이동을 도시한 도6에 도시된 것과 유사한 도면.
도8은 외부 램이 하이드로포밍 작업 후에 측면 램 조립체 내의 그 본래 위치를 향해 복귀되는 도7의 후속 단계를 도시한 도면.
도9는 개방 위치에 있는 프레스를 도시한 본 발명의 원리에 따른 하이드로포밍 프레스 장치의 제2 실시예의 부분 확대 개략도
도10은 개방 위치에 있는 프레스를 도시한 도9에서 부분적으로 나타낸 완전한 하이드로포밍 프레스 장치의 개략도.
도11은 프레스 램이 다운 및 다이가 폐쇄된 상태를 도시한 도10에 도시된 것과 유사한 개략도.
도12는 측면 실린더가 결합되고 신속 충전이 개시된 상태를 도시한 도11에 도시된 것과 유사한 개략도.
도13은 유체가 압축될 때 관형 블랭크 단부들 상의 내향으로 미는 측면 실린더를 도시한 도12에 도시된 것과 유사한 개략도.
도14는 팽창 하이드로포밍된 관을 도시한 도13에 도시된 것과 유사한 개략도.
도15는 하이드로포밍 사이클의 완료 후의 프레스 램 업을 도시한 도14에 도시된 것과 유사한 개략도.
도16은 도15에 도시된 다이 반부와 측방향 배치된 실린더를 도시한 확대 종단면도.
종래 기술의 단점은 밀봉되고 팽창될 준비가 된 후에 관형 블랭크 내의 압력을 증강하기 위해 비교적 소량의 물을 공급하도록 탱크로부터 하이드로포밍 유체를 이용하는 장치를 제공함으로서 극복될 수 있다. 이러한 소량의 물은 공구의 한 측면으로부터 다이 공동 내부로의 유체 압력을 증강시킬 뿐만 아니라 관형 블랭크를 다이 공동 내로 밀어내는 데 이용되는 이중 기능 실린더에 공급된다. 현재의 증압기를 유압 푸시(push)를 관 블랭크에 공급하고 성형을 위해 내부 유체압을 공급하는 이중 기능 실린더로 교체함으로서, 장치의 전체 비용은 실제 줄어든다.
본 발명에 따라, 물은 비교적 낮은 압력 하에서 관형 블랭크를 팽창시키는 데 이용되는 측면 램 또는 유압 실린더 조립체로 공급된다. 측면 램 조립체는 합성 생성물의 소정 벽 두께를 유지하기 위해 관의 양 단부를 내향 압박하는 데 필요한 압력 뿐만 아니라 관을 팽창시키는 데 필요한 압력을 가하는 동일한 유압 동력원을 이용한다. 따라서, 별도의 증압기가 필요없게 된다.
본 발명은 또한 바람직하게 상부 다이 구조체가 관 압축 중에 내부 다이 공동 압력에 대항하도록 하강 위치에 있을 때 또한 하향 압력을 상부 다이 구조체에 인가하도록 동일한 유압 동력원을 이용한다.
본 발명의 또 다른 목적은 다이 구조체, 하이드로포밍 유체원, 유압 구동 관-단부 결합 구조체, 유압 구동 압력 증강 구조체 및 하나의 유압 동력원을 포함하는 관형 금속 블랭크를 하이드로포밍하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다. 관-단부 결합 구조체는 상기 다이 공동 내의 관형 금속 블랭크의 양 단부를 밀봉하고 관형 금속 블랭크를 종방향으로 압축하도록 이동된다. 관-단부 결합 구조체는 하이드로포밍 유체원으로부터 하이드로포밍 유체를 수용하고 하이드로포밍 유체가 관형 금속 블랭크에 제공될 수 있는 하이드로포밍 유체 공급 배출구를 갖는다. 유압 구동 압력 증강 구조체는 관형 금속 블랭크의 내부에 마련된 하이드로포밍 유체를 가압하도록 이동되어 블랭크의 직경을 팽창시킨다. 하나의 유압 동력원은 압력 증강 구조체를 이동시키기 위해 압력 하의 유압 유체를 상기 유압 구동 압력 증강 구조체에 제공하여 관형 금속 블랭크의 내부에 마련된 하이드로포밍 유체를 가압시키고 그 외부면이 내부 다이면에 상응하도록 관형 금속 블랭크의 직경을 팽창시킨다. 하나의 유압 동력원은 또한 압력 하의 유압 유체를 유압 구동 관-단부 결합 구조체에 제공하여 관-단부 결합 구조체가 관형 금속 블랭크를 종방향으로 압축할 수 있도록 하며, 직경 방향으로 팽창된 관형 금속 블랭크의 벽 두께를 보충하고 그 벽 두께를 소정 범위 내에서 유지하기 위해 직경 방향으로 팽창된 관형 블랭크의 금속 재료를 종방향 내향으로 흐르게 한다.
계속해서 본 발명의 또 다른 목적은 다이 구조체, 하이드로포밍 유체원, 유압 구동 관-단부 결합 구조체 및 유압 구동 압력 증강 구조체를 포함하는 관형 금속 블랭크를 하이드로포밍하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다. 다이 구조체는 다이 공동을 형성하는 내부 다이면을 구비한다. 다이 공동은 관형 금속 블랭크를 수용하도록 제작 및 배열된다. 하이드로포밍 유체원은 다이 공동 보다 더 높이 배치되고, 하이드로포밍 유체를 중력 하의 관형 금속 블랭크의 내부에 제공하도록 제작 및 배열된다. 유압 구동 관-단부 결합 구조체는 결합하여 다이 공동 내의 관형 금속 블랭크의 양 단부를 실제 밀봉한다. 관-단부 결합 구조체는 관형 금속 블랭크를 종방향으로 압축하도록 이동된다. 관-단부 결합 구조체는 하이드로포밍 유체원으로부터 하이드로포밍 유체를 수용하고 하이드로포밍 유체가 관형 금속 블랭크의 내부에 제공될 수 있는 하이드로포밍 유체 공급 출구를 구비한다. 유압 구동 압력 증강 구조체는 관형 금속 블랭크의 내부에 제공된 하이드로포밍 유체를 가압하도록 유압 유체 압력에 반응하여 이동되어 관형 금속 블랭크의 외부면이 대개 내부 다이면의 외부면에 상응할 때 까지 블랭크의 직경을 팽창시킨다. 유압 구동 관-단부 결합 구조체는 관-단부 결합 구조체가 관형 금속 블랭크를 종방향으로 압축할 수 있도록 유압 유체압에 응답하여 이동되며, 직경 방향으로 팽창된 관형 금속 블랭크의 벽 두께를 보충하고 그 벽 두께를 소정 범위 내에서 유지하기 위해 직경 방향으로 팽창된 관형 블랭크의 금속 재료를 종방향 내향으로 흐르게 한다.
이러한 본 발명의 장치는 종래의 공지된 장치 보다 훨씬 덜 복잡하고, 덜 방해를 주며 비용이 덜 들어간다.
도1에 도시된 대로, 하이드로포밍 장치(10)는 상부 다이부(14)와 하부 다이부(16)를 포함하는 하이드로포밍 다이 구조체(12)를 포함한다. 하부 다이부(16)는 강성 기부(18) 상에 장착된다.
도1로부터 알 수 있는 바와 같이, 상부 다이부(14)는 상부 다이부(14)의 수직 운동을 제어하는 상부 유압 램(20)에 의해 지탱된다. 특히, 상부 램(20)은 상부 다이부(14)의 중량이 하이드로포밍 작업의 초기에 하부 다이부(16)와 협력하여 상부 다이부(14)를 수직 하향으로 이동할 수 있도록 유압식으로 작동된다. 또한, 상부 다이부(14)가 하강된 후에, 상부 램(20)은 상부 및 하부 다이부(14, 16) 사이의 다이 공동 내에 형성된 고압 상태 중에 상부 다이부(14)가 하부 다이부(16)와 협력 관계로 유지하도록 상부 다이부(14)에 하향 유압식 힘을 인가시킨다.
유압 펌프 조립체(22)는 상부 다이부(14)를 전술된 다이 공동 고압 상태에 의해 생성된 대항력에 대해 하부 다이부에 협력 관계로 유지하도록 압력 하의 유압 유체를 유압 유체 라인(24)을 통해 상부 램(20)에 제공하도록 제작 및 배열된다. 서어보 램(26)은 유압 펌프 조립체(22)와 상부 램(20) 사이의 유체 흐름을 조절하도록 유체 라인(24) 내에 배치된다.
유압 펌프 조립체(22)는 또한 다이 구조체(12)의 종방향 양 단부에 배치된 한 쌍의 측면 램 조립체(28, 30)에 연결된다. 측면 램 조립체(28, 30)는 각각의 램 하우징(32, 34)과, 각각의 관-단부 결합 구조체(36, 38)를 포함한다. 관-단부 결합 구조체(36)는 측면 램 하우징(32)으로부터 외향 돌출하고, 관-단부 결합 구조체(38)는 측면 램 하우징(34)으로부터 외향 돌출한다.
도2에 도시된 대로, 관-단부 결합 구조체(36)는 램 하우징(32)으로부터 내향 이동되어 하부 다이부(16)에 의해 지탱된 관(T)의 일단부에 밀봉 관계로 결합된다. 관-단부 결합 구조체(38)는 램 하우징(34)으로부터 내향 이동되어 관(T)의 반대편 단부와 밀봉 결합하도록 구성 배열된다. 관-단부 결합 구조체(36)는 도시된 대로 3 개의 별도 유압 유체 라인(40, 42, 44)을 통해 유압 펌프 조립체(22)에 의해 측면 램 조립체(28)에 제공된 유압 유체를 기초로 한 램 하우징(32)에 대해 내향 및 외향으로 이동하게 된다. 서어보 밸브(46, 48, 50)는 펌프 조립체(22)와 측면 램 조립체(28) 간의 유체 흐름을 제어하기 위해 유체 라인(44, 42, 40) 내에 각각 배치된다.
유사한 형태로, 측면 램 조립체(30)는 관-단부 결합 구조체(38)의 제어된 운동을 위해 유압 펌프 조립체(22)에 연결된다. 측면 램 조립체(30)는 도시된 대로 3 개의 별도 유압 유체 라인(52, 54, 56)을 통해 유압 펌프 조립체(22)에 연결된다. 서어보 밸브(58, 60, 62)는 펌프 조립체(22)와 측면 램 조립체(30) 간의 유체 흐름을 제어하기 위해 유체 라인(52, 54, 56) 내에 각각 배치된다.
하이드로포밍 장치(10)는 소정량의 물을 저장하도록 구성 및 배치된 상부 물 탱크(80)를 더 포함한다. 물 탱크(80)는 유체 라인(82)을 거쳐 측면 램 조립체(28)의 관-단부 결합 구조체(36)에 연결된다. 서어보 밸브(84)는 유체 라인(82) 내에 배치되어 관(T) 단부에 결합 및 밀봉될 때 관-단부 결합 구조체(36) 내의 물 흐름을 제어한다. 관-단부 결합 구조체(36)는 차례로 관(T)의 내부로 물을 공급한다.
하이드로포밍 장치(10)는 급수 라인(92)을 거쳐 관-단부 결합 구조체(38)에 연결되는 하부 물 탱크(90)를 더 포함한다. 급수 라인(92) 내에 배치된 서어보 밸브(94)는 관-단부 결합 구조체(38)로부터 하부 탱크(90)로의 물 흐름을 제어한다.
관-단부 결합 구조체(36, 38)가 도2에 도시된 대로 관(T)의 양 단부에 결합된 후에, 밸브(84)는 개방되고, 물은 상부 탱크(80)로부터 관-단부 결합 구조체(36)와 관(T)을 거쳐 관-단부 결합 구조체(38) 내로 흐르게 된다.
배수 라인(96)은 하부 다이부(16)로부터 하부 탱크(90)로 연결된다. 하이드로포밍 작업 후에, 배수 라인(96)은 하부 다이부(16) 내에 임의의 남아 있는 물을 하부 탱크(90) 내로 배수한다. 서어보 밸브(98)는 하부 탱크(90)로의 물의 흐름을 제어하기 위해 배수 라인(96) 내에 배치된다.
하이드로포밍 작업 후에, 하부 탱크(90) 내에 보존되어 있는 물은 복귀 라인(100)을 통해 상부 물 탱크(80)로 복귀된다. 하나의 정변위 물 펌프(102)는 물을 하부 탱크(90)로부터 복귀 라인(100)을 거쳐 상부 물 탱크(80)로 펌핑하도록 복귀 라인(100) 내에 배치된다. 서어보 밸브(104)는 하부 탱크(90)로부터 상부 물 탱크(80)로의 유체 흐름을 조절하도록 복귀 라인(100) 내에 배치된다.
이제 하이드로포밍 장치(10)에 대해 도3을 참고로 하여 더 상세히 설명하기로 한다. 도시된 대로, 측면 램 조립체(28)의 램 하우징(32)은 관-단부 결합 구조체(36) 및 압력 증강 구조체(110)를 수용한다. 도시된 대로, 관-단부 결합 구조체(36)는 본관부(112) 및 단부 캡(114)을 포함한다. 특히, 본관부는 관형 슬리브부(116) 및 슬리브부(116)의 후방단으로부터 방사상 외향 연장하는 방사상 외향 연장 플랜지부(118)를 포함한다. 플랜지부(118)의 외주 모서리(119)는 램 하우징(32)의 원통형 내측면(120)과 활주식 밀봉 관계로 배치된다. 마찬가지로, 슬리브부(116)의 외부 원통형면(122)은 관-단부 결합 구조체(36)가 그를 통해 돌출하는 램 하우징(32) 내의 개구를 대개 형성하는 협력면(128)과 활주식 밀봉 관계로 배치된다.
단부 캡(114)은 적절한 패스너(132)에 의해 램 하우징(32)의 외향 배치된 슬리브부(116)의 원형 말단부에 볼트 결합 및 밀봉되는 환상 플랜지부(130)를 포함한다. 단부 캡(114)은 플랜지부(130)에 일체로 형성되고 슬리브부(116)에 대해 외향 방향으로 축방향 연장하는 긴 관형부(134)를 더 포함한다. 관형부(134)는 상부 다이부(14)가 폐쇄될 때 상부 다이부(14)의 호형 상부 다이 표면부(138)와 하부 다이부(16)의 호형 하부 다이 표면(140)을 갖춘 주연 시일을 형성하도록 구성 및 배치된 원통형 외부면(136)을 구비한다.
단부 캡(114)은 관형부(134)로부터 외향 돌출하는 노즐부(144)에 접속된다. 노즐부(144)는 실제 관형 형태이고, 관형부(134)와 비교하여 외경이 줄어들게 된다. 방사상 연장 환상 플랜지부(146)는 관형부(134)와 노즐부(144) 사이의 전이부에 배치된다. 플랜지부(146)는 하이드로포밍 작업 중에 다이 구조체(12) 내에 배치된 관(T)의 일단부와 밀봉 관계로 결합하도록 구성 및 배치된다. 노즐부(144)는 관(T)의 일단부 내에 수용되도록 구성 및 배치된 원통형 외부면(148)을 구비한다. 표면(148)이 일단부에서 관(T)의 내벽과 억지 끼워맞춤을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
종방향 보어(150)는 단부 캡(114)을 관통 연장하고 관-단부 결합 구조체(36) 내로부터의 유체를 관(T)의 내부 영역에 연통하도록 제작 및 배열된다.
압력 증강 구조체(110)는 램 하우징(32)의 내부면(120)과 활주식 밀봉 관계로 배치된 환상 외주부를 갖는 대개 디스크형 기부(160)를 구비한다. 강성 원통형 중간 블록부(162)는 기부(160)와 일체형으로 형성되고 기부(160)와 비교하여 직경이 줄어들게 된다. 강성 원통형 전방부(164)는 중간 부분(162)과 일체로 형성되고 중간 부분(162)과 비교하여 직경이 줄어들게 된다. 전방부(164)는 중간 블록부(162)로부터 외부 램(36)의 슬리브부(116)의 내부 영역 내로 연장한다. 전방부(164)의 외부면은 슬리브부(116)의 원통형 협력 내부면과 활주식 밀봉 관계로 배치된 대개 원통형 외부면을 구비한다.
환상 플랜지면(168)은 전방부(164)와 중간 블록부(162) 사이의 전이부에서 방사상 연장한다. 플랜지면(168)은 관-단부 결합 구조체(36)를 위한 후방 멈춤부로서 제공된다.
도3에서, 관-단부 결합 구조체(36)와 압력 증강 구조체(110)는 램 하우징(32) 내의 그 최후방 위치에 도시되어 있다.
측면 램 조립체(30)는 램 조립체(28)의 상부 탱크(80)로의 연결부에 대한 램 조립체(30)의 하부 탱크(90)로의 연결부를 제외하고는, 실제 측면 램 조립체(28)와 동일하다. 따라서, 도면에서 2 개의 램 조립체(28, 30)에 대한 유사한 요소에 대해 동일한 참조 부호가 주어지게 된다.
이제 그 장치의 작동에 대해 설명하기로 한다. 도4에 도시된 대로, 관(T)이 하부 다이 구조체(16) 내에 배치된 후에, 서어보 밸브(46)는 개방되고 유압 유체는 압력 하에서 유압 펌프 조립체(22)로부터 유체 라인(44)을 거쳐 관-단부 결합 구조체(36)의 플랜지부(118)와 하우징(32) 내의 압력 증강 구조체(110)의 기부(160) 사이의 중간 챔버(170) 내로 제공된다. 마찬가지로, 서어보 밸브(62)는 유압 펌프 조립체(22)가 유압 유체를 유체 라인(56)을 거쳐 측면 램 조립체(30) 내의 중간 챔버(170) 내로 제공할 수 있도록 개방된다. 유체가 그러한 형태로 측면 램 조립체(28, 30)로 제공될 때, 관-단부 결합 구조체(36, 38)는 각각의 플랜지부(146)가 관(T)의 양 단부와 결합 및 밀봉하도록 서로를 향해 내향 이동된다.
다음으로, 도5에 도시된 대로, 서어보 밸브(84)는 상부 물 탱크(80)로부터 유체 라인(82)을 거쳐 관-단부 결합 구조체(36)의 영역 내에 압력 증강 구조체(110)의 최내측단과 단부 캡(114) 사이에 배치된 압력 증강 챔버(174) 내로의 물 흐름을 허용하도록 개방된다. 유체는 관-단부 결합 구조체(36)의 보어(150)를 거쳐 관(T) 내로 이동하고, 다음으로 대향 외부 램(38) 내의 보어(150)를 거쳐 외부 램(38)의 전방 챔버(174) 내로 연통된다. 이러한 관(T)의 충전 과정 중에, 서어보 밸브(94)는 초기에 개방되어 하부 탱크(90)로의 유체 흐름을 허용한다. 이러한 관(T)을 통한 유체 흐름으로 인해, 실제로 모든 공기 기포는 관(T)으로부터 제거된다. 이어서, 서어보 밸브(94)는 폐쇄되고 관(T)은 소정 범위로 압축된다.
도6에 도시된 대로, 관(T)이 유체로 충전된 후에, 상부 다이부(14)는 바람직하게 그 사이에 박스형 단면 형태를 갖는 폐쇄 다이 공동(190)을 형성하도록 하부 다이부(16) 상에서 하강된다.
상부 다이부(14)의 하강시에, 관-단부 결합 구조체(36)에 연결된 서어보 밸브(84)와 관-단부 결합 구조체(38)에 연결된 서어보 밸브(94)는 폐쇄된다. 그 후에, 서어보 밸브(48, 60)는 개방되고, 압력 하의 유압 유체는 결합 측면 램 조립체(28, 30)의 압력 증강 구조체(110)의 후방에 배치된 후방 챔버(194)를 압축하도록 유압 펌프 조립체(22)에 의해 유압 라인(42, 54)을 통해 제공된다. 후방 챔버(194) 내에 마련된 유체는 압력 증강 챔버(174) 내의 물이 유체 공급 출구(150)를 통해 관(T) 내로 이동하도록 압력 증강 구조체(110)를 서로를 향해 내향으로 이동시킨다. 도시된 대로, 압력 증강 챔버(174) 내에 내장된 비압축성 물의 관(T) 내로의 압박 운동은 관(T)의 초기 직경 방향을 야기시킨다.
도7에 도시된 대로, 압력 증강 구조체(110)는 압력 증강 챔버(174) 내의 물을 이동시키고 관(T)을 직경 방향으로 더 팽창하도록 서로를 향해 내향으로 지속적으로 압박된다. 서어보 밸브(46, 62)는 측면 램 조립체(28, 30)의 중간 챔버(170)를 압축시키기 위해 압축 유압 유체가 펌프 조립체(22)로부터 유압 라인(44, 56)을 통해 지속적으로 흐를 수 있도록 개방되어 있다. 압력 하에서 중간 챔버(170) 내에 제공된 유체는 관-단부 결합 구조체(36, 38)를 관(T)의 양 단부에 대해 서로를 향해 종방향 내향으로 이동시킨다. 이러한 형태의 외부 램(36, 38)의 이동으로 인해 관(T)을 성형하는 금속 재료(바람직하게는 강철)이 관의 길이를 따라 흐를 수 있게 되어 관의 직경은 10% 이상으로 면적이 팽창될 수 있고, 반면에 하이드로포밍 관(T)의 벽 두께는 본래의 관 블랭크의 벽 두께의 ±10% 내로 바람직하게 유지된다.
관을 팽창시키기 위해 2,000 내지 3,500 기압 사이의 유체 압력이 이용되는 것이 가장 바람직하다. 용도에 따라, 한층 더 큰 압력이 이용될 수 있기는 하지만, 2,000 내지 10,000 기압 사이의 압력을 이용하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
관(T)이 다이 공동의 형태에 대응하는 소정 형태로 성형된 후에, 펌프(22)는 유체 라인(42, 44, 54, 56)의 압축을 중지시킨다. 그후, 밸브(50, 58)는 압력 하의 유압 유체 흐름을 유압 펌프 조립체(22)로부터 유체 라인(40, 52)을 통해 허용하도록 개방된다. 그 결과, 유압 유체는 도시된 대로 관-단부 결합 구조체(36, 38)의 플랜지부(118)의 전방에 배치된 복귀 챔버(200)로 압력 하에서 제공된다. 복귀 챔버(200)의 압축으로 인해 관-단부 결합 구조체(36, 38)를 도8에 도시된 대로 관(T)의 양 단부와 분리되어 이동하도록 각각의 램 하우징(32, 34) 내의 외향으로 관-단부 결합 구조체(36, 38)를 구동시킨다.
관-단부 결합 구조체(36, 38)가 램 하우징(32, 34) 내의 외향으로 구동될 때, 플랜지(118)는 압력 증강 구조체(110)의 전방 대향 플랜지면(168)과 결합하여 압력 증강 구조체(110)를 외향으로 구동시킨다. 결국 압력 증강 및 관-단부 결합 구조체는 도3 및 도8 간의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 그 본래 위치에 도달하게 된다.
압력 증강 구조체(110) 및 관-단부 결합 구조체(36, 38)의 이러한 외향 운동 중에, 밸브(48, 46, 60, 62)는 유압 펌프 조립체(22) 내에 내장된 유압 유체 저장소 내로의 유압 유체의 후방 흐름을 허용하도록 개방된다.
관-단부 결합 구조체(36, 38)가 관(T)의 양 단부와 분리된 후에, 관-단부 결합 구조체 및 관(T) 내에 남아 있는 물은 배수관(96)을 거쳐 개방 서어보 밸브(98)를 지나 하부 탱크(90) 내로 배수된다. 하부 탱크(90) 내에 내장된 물은 물 펌프(102)가 작동될 때 복귀 라인(100)을 거쳐 상부 탱크(80)로 재순환된다.
유익하게, 본 발명의 측면 램 조립체(28, 30)가 관-단부 결합 구조체(36, 38) 내에 압력 증강 구조체(110)를 채용하기 때문에, 관을 팽창시키기 위해 높은 내부 압력을 제공하기 위한 별도의 값 비싼 "증강 장치"를 제공할 필요가 없게 된다. 그러한 증강 장치는 대개 고압에서 하이드로포밍 장치(즉, 2,000 기압 보다 큰 유압 팽창 압력을 이용하는 하이드로포밍 장치)를 필요로 하게 되고, 지금까지 관의 양 단부가 팽창 중에 관의 벽 두께를 보충 또는 유지하기 위해 관의 길이를 따른 금속 재료 흐름을 실행하도록 내향 결합 및 압박되는 고압 하이드로포밍 작업에서 특히 필요하였다. 통상적으로, 증강 장치는 전술된 재료 흐름을 실행하도록 관의 양 단부를 내향 밀어내는 데만 단지 이용되는 별도의 측면 램 부재와 결합하여 사용되어 왔다.
본 발명은 종래의 증강 장치를 갖는 하이드로포밍 장치와 동일한 소정 기능을 달성하며, 그러나 더욱 더 비용이 경제적이다. 본 발명에서, 물은 비교적 낮은 압력 하에서, 바람직하게는 중력(또는 간단한 저압 순환 펌프)에 의해 측면 램 조립체로 공급된다. 측면 램 조립체는 그후 소정의 벽 두께를 유지시키기 위해 관의 양 단부를 압박하는 데 필요한 압력 뿐만 아니라 관을 팽창시키는 데 필요한 압력을 내향으로 가하는 동일한 유압 동력원(일예로, 유압 펌프(22))를 이용한다.
본 발명의 또 다른 특징은 상부 다이부(14)가 그 하강 위치에 있을 때 하방 압력을 상부 다이부(14)에 또한 인가하도록 전술된 대로 사용된 동일한 유압 펌프(22)를 사용하는 일이다. 유압 펌프(22)는 관 압축 중에 내부 다이 공동 압력에 대향하여 상부 다이부(14)를 하강 위치에 유지하도록 상부 다이부(14) 상에 하향력을 발생시킨다. 또한, 최종 장치는 종래의 장치 보다 덜 복잡하며 덜 방해가 된다.
이제 도9 내지 도16을 참조하면, 하이드로포밍 장치의 제2 실시예의 부분 확대도는 본 발명의 원리에 따라 도면부호 220으로 나타낸다. 바람직한 장치는 5 개의 주 조립체, 즉 구조적 지지부를 제공하는 프레임 조립체(222), 상부 프레스 조립체(224), 하부 프레스 조립체(226), 하이드로포밍 다이 구조체(228) 및 유압 라인 조립체(230)로 구성된다.
특히 도9를 참조하면, 프레임 조립체(222)는 상부 프레스 조립체(224) 및 하부 프레스 조립체(228)를 장착하기 위한 측방향 평행 이격된 긴 수직 부재로서 도시된 한 쌍의 프레스 측면 프레임 부재(232)를 포함한다. 측면 프레임 부재(232)의 상부 단부는 그 상부를 가로질러 장착된 머리판(234)을 구비한다. 머리판(234)은 이후에 기술될 유압 유체 장치의 부분의 지지부로서 제공된다.
상부 프레임 조립체(224)는 다음과 같은 형태로 된다. 실린더 장착 플래튼(236)은 그 단부에서 프레스 측면 프레임 부재(232)에 고정된다. 실린더 장착 플래튼(236) 내의 수직 배치된 피스톤 로드 개구(242)를 통해 연장하는 램 피스톤 로드(240)를 구비한 램 실린더(238)는 실린더 장착 플래튼(236) 상의 대개 중앙에 배치된다. 피스톤 로드(240)의 상부는 로드(240)의 상부가 실린더(238)의 내부면과 활주식 밀봉 관계로 배치되도록 하는 팽창된 외경을 갖는다. 피스톤 로드(240)의 상부에 의해 공간이 형성되고 실린더(238)의 내부면은 상부 압력 챔버(244)를 형성한다. 기술된 상부 단부 아래의 피스톤 로드 직경은 약간 줄어들게 되고 로드(240)의 원통형 외부면과 실린더(238)의 내부면 사이에 저압 챔버(246)를 형성한다. 저압 챔버(246)는 그 하부단에서 실린더(238)의 기부의 방사상 내향 연장부에 의해 그리고 그 상부단에서 피스톤 로드(240)의 더 큰 직경의 상부의 환상 하부면에 의해 형성된다. 압력 램(248)은 피스톤 로드(240)의 하부단에 견고히 고정된다. 압력 램(248)은 수평 연장하고 2 개의 프레임 부재(232) 사이의 측방향 공간에 걸쳐져 있지 않다.
하부 프레스 조립체(226)는 프레스 베드(250), 타이 볼트(254)에 의해 프레스 베드(250)에 견고히 고정된 우측 현외 부재(outrigger)(252), 및 또 다른 타이 볼트(254)에 의해 프레스 베드(250)에 견고히 고정된 좌측 현외 부재(256)를 포함한다. 프레스 베드(250)는 하부 다이 반부(260)를 지지하고 다른 조립체의 토대부를 제공한다. 프레스 측면 프레임 부재(232)의 하부단은 베드(250)의 양 단부 근방의 프레스 베드(250)에 견고히 고정된다. 이후에 기술될 유압 구동 조립체 실린더(274, 292)에 지지부를 제공하는 우측 현외 부재(252) 및 좌측 현외 부재(256)는 프레스 베드의 측방향 단부에 견고히 고정되고 그 프레스 베드(250)로부터 상향 및 측방향 외향으로 승강된다.
도9에서 구체화된 하이드로포밍 장치(220)를 또한 참고하면, (도16에서 확대되어 있는) 다이 구조체(228)는 상부 다이 반부(258) 및 하부 다이 반부(260)로 구성된다. 실린더(274, 292)는 전술된 좌측 및 우측 현외 부재 상에 장착된다. 다이 반부(258, 260)는 관 블랭크가 하이드로포밍되는 크기 및 형태를 형성하는 다이 공동(262)을 형성하도록 협력하는 각각의 내부면(264, 270)을 구비한다. 상부 다이 반부(258)의 상부는 프레스 램(248)의 기부에 고정된다. 하부 다이 반부(260)는 프레스 베드(250) 상에 고정 장착된다.
하부 다이 반부(260)는 상부 다이 반부(258)와 동일한 크기 및 형태를 갖게 되나, 그 내부 다이면(264)은 하부 다이 공동면(270)에 대해 전도된다. 각각의 종방향 단부 근방에서 관 블랭크(T)의 외부면을 주변 클램핑하여 관 블랭크를 폐쇄 다이 내에 고정하도록 협력하는 상부 및 하부 공구 세트 또는 클램핑 구조체(266, 272)는 상부 및 하부 다이 반부(258, 260) 내에 배치된다. 유체 유입구(273)는 하부 공구 세트 중 하나의 공구 내에 배치되고 이후에 더 상세히 설명하기로 한다. 관 블랭크(T)의 단부를 향해 있고 관 축에 정렬되는 한 쌍의 유압 구동 조립체(274, 292)는 다이 공동의 축 및 공구 세트(266, 272)를 따라 배치되고 현외 부재(252, 256) 상의 프레스 측면 프레임 부재(232) 위에 장착된다.
좌측 현외 부재(256) 상에 장착된 실린더(274) 중 하나는 측방향 푸시 실린더이다. 이러한 실린더(274)는 전방 부재(276)와 좌측 현외 부재(256)의 상부면에 고정된 후방 부재(278)와, 전방 및 후방 부재(276, 278) 사이에 고정된 원통형 벽 부재(280)로 구성된다. 전방 부재(276)는 관-단부 결합 구조체(282)에 의해 활주 밀봉 운동을 허용하는 중앙 개구를 구비한다. 관-단부 결합 구조체(282)의 후방 단부(281)는 실린더(274) 내에 배치되고 원통형 벽 부재(280)의 내부면과 활주식 밀봉 관계로 배치된 직경을 갖는다. 관-단부 결합 구조체(282)의 전방부는 기술된 후방 단부 보다 더 작은 직경을 갖게 되며, 관-단부 결합 구조체(282)의 외부 원통형 측면, 원통형 벽 부재(280)의 원통형 내부면, 관-단부 결합 구조체(282)의 후방 단부(281)의 환상 내향면, 및 실린더(274)의 전방 부재(276)의 환상 후방 대향 내부면에 의해 형성된 측방향 원통형 챔버(284)를 형성한다. 후방 압축 챔버(286)는 실린더(274)의 후방 부재(278)의 전방 대향 내부면, 원통형 벽 부재(280) 및 관-단부 결합 구조체(282)의 후방 단부(281)의 후방면에 의해 형성된다. 이러한 챔버(284, 286)들은 기술될 유압 유체 라인과 연통한다. 실린더(274)의 전방 부재(276) 위로 돌출하는 관-단부 결합 구조체(282)의 전방 단부는 직경이 약간 줄어들게 되고, 테이퍼 돌출부(288) 형태의 관 결합부는 피스톤 로드의 전방부의 전방 단부에 있게 된다. 테이퍼 돌출부(288)는 하이드로포밍되는 관 블랭크(T)의 개방단 내에 수용되도록 구성 및 배치된다. 테이퍼 돌출부(288)의 후방부는 돌출부(288)가 관 단부에 대해 종방향 관 방향으로 실질적인 힘을 인가하도록 관 블랭크(T)의 단부 모서리에 대해 맞닿는 (도시되지 않는) 방사상 외향 연장 환상 플랜지를 갖는 것이 바람직하다. 유체 배출구(289)를 형성하는 비교적 미세한 보어는 돌출부(288)를 통해 형성되고 돌출부(288)가 블랭크(T)의 단부와 밀봉 관계로 결합될 때 챔버(290)로부터 관 블랭크(T) 내로 유체를 연통하도록 관-단부 결합 구조체(282)의 내향 연장부 내의 내부 챔버(290)로부터 연장한다.
유압 구동 이중 실린더 조립체(292)는 하이드로포밍 프레스 베드(250)의 반대편 측면 상에서 우측 현외 부재(252)의 상부에 견고히 장착된다. 이중 실린더 조립체(292)는 내벽(294)과 우측 현외 부재(252)에 견고히 고정되는 외벽(296)을 갖는다. 원통형 벽 부재(298)는 실린더 챔버를 형성하도록 내벽(294)과 외벽(296) 사이에 고정된다. 유압 구동 압력 증강 구조체(300)와 유압 구동 관-단부 결합 구조체(304)는 이중 실린더 조립체(292)의 내부에 배치된다. 유압 구동 압력 증강 구조체(300)는 원통형 벽 부재(298)의 내부면에 활주식 밀봉 관계로 배치된 외부 단부(299)와 비교적 직경이 줄어든 내향 연장부(303)를 구비한다. 압력 증강 구조체(300)의 직경이 줄어든 내향 연장부(303)는 원통형 벽 부재(298)의 종축을 따른 중도에 배치된 환상 실린더 분할기(302) 내에 형성된 개구를 통해 활주식 밀봉 관계로 통과한다. 이중 실린더 조립체(292) 내의 유압 구동 관-단부 결합 구조체(304)는 관형이고 실린더 분할기(302)의 내향에 배치된다. 관-단부 결합 구조체(304)는 실린더 벽(298)의 내부면에 활주식 밀봉 관계로 이동 가능한 후방 단부(311)를 구비한다. 직경이 줄어든 종방향 원통형 슬리브부(309)는 내향 관통 연장하고 내부벽(294) 내에 형성된 개구와 활주식 밀봉 관계로 이동한다. 테이퍼 돌출부(307) 형태의 관-단부 결합부는 원통형 슬리부(309)의 최내측 단부 상에 형성된다. 돌출부는 전술된 돌출부(288)와 유사한 형태를 갖는다. 최내측 단부에 고정된 고압 시일(301)을 갖춘 압력 증강 구조체(300)의 내향 연장부(303)는 램 구조체(304)의 원통형 슬리브(309) 내에 활주식으로 장착된다. 증강 장치 유체 챔버(306)는 압력 증강 구조체(300)의 고압 시일(301)의 내향 및 램 구조체(304) 내에 형성된다.
돌출부(307)는 챔버(306)가 관 블랭크(T)의 인접 단부와 유체 연통하도록 증강 장치 챔버(306)로부터 내향 연장하여 형성된 유체 배출구(308)를 형성하고 테이퍼 돌출부(307)의 최내측부를 통해 개방되는 비교적 미세한 보어를 구비한다.
압축 챔버(310)는 유압 구동 압력 증강 구조체(300)의 후방 단부(299)와 이중 실린더(292)의 외벽(296) 사이에 형성된다. 복귀 챔버(312)는 압력 증강 구조체(300)의 외부 단부(299)의 환상 내향면과 실린더 분할기(302)의 외향면 사이에 형성된다. 관-단부 결합 구조체 압력 챔버(314)는 실린더 분할기(302)의 내향면과 유압 구동 관-단부 결합 구조체(304)의 외부 단부(311)의 외향면 사이에 형성된다. 관-단부 결합 구조체 복귀 챔버(316)는 램 관-단부 결합 구조체(304)의 외부 단부(311)와 이중 실린더 조립체(292)의 내벽(294) 사이의 관-단부 결합 구조체(304)의 원통형 슬리브부(309) 주위에 형성된다. 이러한 챔버들은 아래에 기술되는 바와 같이 유체 라인의 개구를 구비한다.
도9 내지 도16에 도시된 하이드로포밍 조립체(220)는 본 발명의 이하의 작동 설명과 관련하여 설명되는 유체 라인, 저장소, 펌프 및 밸브로 구성되는 유압 라인 조립체(230)를 포함한다.
도9 및 도10은 그 개방 위치에 있는 하이드로포밍 다이 조립체(228)를 도시한 것이다. 특히 도10을 참조하면, 개방 위치에서, 프레스 램(248)과 상부 다이 반부(258)는 승강된다. 수돗물 및 화학 제품의 조합체인 하이드로포밍 유체(318)는 하부 저장소 필터 탱크(320) 내에 저장된다. 이러한 탱크(320)는 증발을 위해 제공되는 라인(324)을 통해 물/화학 제품 혼합기 및 다른 유체 손실 구조에 연결되는 부상 밸브(322)를 구비한다. 유체(318)는 탱크 모터/물 펌프(328)에 의해 라인(326)을 거쳐 머리판(234) 상에 장착되는 상부 중력 공급 탱크(330)로 펌핑된다. 상부 탱크 배출구 라인(334)은 탱크(330)에 연결된다. 라인(334) 상의 차단 밸브(332)는 도9 및 도10에서 차단 위치에 있고, 상부 중력 공급 탱크(330)가 라인(326)을 통해 충전될 수 있게 한다.
하이드로포밍 장치(220)는 유압 유체(336), 바람직하게는 오일을 저장하는 유압 유체 저장소(338)를 포함한다. 고압 유압 펌프(340) 형태의 단일 유압 동력원은 라인(342)을 통해 유압 유체(336)를 흡인하고, 그후 유체(336)를 라인(344)을 거쳐 다수의 밸브(1-8)로 구성된 제어 밸브 조립체(346)로 펌핑한다. 제2번 내지 제8번의 밸브는 도10에서 폐쇄 위치로 도시되어 있다. 유체(336)가 제어 밸브 조립체(346)를 통과한 후에, 그 유체는 라인(344)을 거쳐 유압 저장소(338)로 복귀되어, 유압 펌프 및 모터(340)가 자유 휘일 모드로 작동할 수 있게 한다.
전술된 대로, 도10에서 프레스 램(248)은 개방 또는 승강 위치에 있고 피스톤 로드(240), 램 실린더(238) 및 실린더 장착 플래튼(236)에 의해 지지된다. 피스톤 로드(240)는 개방되는 제1번 밸브에 의해 그 승강 위치로 유지되고 유압 유체(336)는 라인(348)을 거쳐 프레스 램 실린더(238) 내의 압축 챔버(246) 내로 펌핑된다. 상부 다이 반부(258)가 승강되면서, 관 블랭크(T)는 하부 다이 반부(260)의 하부 공구 세트(272) 상에 배치될 수 있다.
도11에서, 탱크(330) 내의 하이드로포밍 유체(350)의 수위는 라인(326)을 통해 펌핑되는 유체로 인해 도10과 비교하여 증가됨을 알 수 있다. 결국, 상부 중력 공급 탱크(330) 내의 부상 밸브(352)는 하이드로포밍 유체(350)가 그 적절한 수위에 도달할 때 물 펌프 및 모터(328)를 차단한다. 제어 밸브 조립체(346)의 제1번 유압 밸브는 유압 유체 흐름에 폐쇄되고 감압 라인(348)에 개방되는 3방향 밸브이다. 또한, 제1번 개방 밸브는 챔버(246) 내에 있는 유압 유체를 라인(348)을 통해 후방으로 흘러나가게 하고 유압 저장소(338)의 후방으로 배수될 수 있도록 허용함으로서 피스톤 로드(240)의 하향 운동 중에 유압 후방 압력이 챔버(246) 내에 생성되는 것을 차단한다. 제2번 밸브는 라인(354)에 개방되어 펌프(340)가 프레스 램 실린더(238)의 상부 챔버(244)를 압축시킬 수 있게 한다. 프레스 램 피스톤 로드(240)는 하향 이동하여 다이 반부(258, 260) 사이의 관 블랭크(T)를 클램핑하도록 폐쇄된 상부 다이 반부(258)를 압박한다. 프레스 램 실린더(238)의 챔버(244) 내의 유체 압력은 관 블랭크(T)가 충분히 변형될 때 까지 전체 하이드로포밍 사이클 동안 유지된다.
도12에서, 램 관-단부 결합 구조체(304)는 제7번 개구에 의해 작동되어 유압 유체가 라인(381)을 통해 내향으로 통과할 수 있게 하고 관-단부 결합 압력 챔버(314)를 압축시킨다. 이로 인해 관 블랭크(T)의 단부로부터 이격되는 동안 폐쇄된 다이 조립체의 단부를 밀봉하도록 폐쇄된 다이 반부(258, 260) 내부의 관 블랭크(T)의 일단부를 향해 관-단부 결합 구조체(304)를 이동시킨다. 하이드로포밍 장치의 대향 측면 상에서, 관-단부 결합 구조체(282)는 유압 유체가 라인(358)을 거쳐 압축 챔버(286) 내로 흐를 수 있도록 제4번 밸브를 개방함으로서 작동된다. 이로 인해 관-단부 결합 구조체(282)를 관 블랭크(T)의 대향 단부를 향한 폐쇄 다이 반부(258, 260) 내의 내향으로 압박한다. 관-단부 결합 구조체(282)는 테이퍼 돌출부(288)를 갖춘 관 블랭크(T)의 내경과 결합하고 관 블랭크(T)의 인접 단부를 밀봉하도록 전방으로 이동한다. 장치의 상부에, 밸브(332)는 개방되고 하이드로포밍 유체(350)가 중력 하에서 중력 탱크(330)로부터 라인(334)을 거쳐 신속히 흐를 수 있게 한다. 하이드로포밍 유체는 유입구(273)를 거쳐 폐쇄 다이 내로 들어가고 관 블랭크(T)의 내부에 넘치게 된다. 다음에, 관-단부 결합 구조체(304)는 내향 이동하고 테이퍼 돌출부(307)는 공동 내부를 밀봉하도록 관 블랭크(T)와 결합한다.
물 펌프와 모터(360)는 하이드로포밍 유체를 상부 중력 탱크(330)로부터 라인(362)을 통해 흡인하여 굴곡 라인(364)과 고압 폐쇄 밸브(366)를 통해 유체를 펌핑한다. 하이드로포밍 유체는 폐쇄 밸브(366)로부터 증강 장치 챔버(306) 내로 이동한다. 또 다른 바람직한 실시예에서 펌프 및 모터(360)는 생략되어 있고 하이드로포밍 유체가 중력 하에서 탱크(330)로부터 챔버(306)로 이동함을 알 수 있다. 유체는 저압하에서 챔버(306)로부터 관-단부 결합 구조체(304)의 돌출부 내의 유체 배출구(308)를 거쳐 관(T) 내로 압박된다. 고압 시일(301)은 탱크(330)로부터의 하이드로포밍 유체(350)가 탱크(338)로부터의 유압 유체(336)와 혼합하는 것을 막는다. 유체 배출구(308)를 통해 압박된 하이드로포밍 유체는 관 블랭크(T) 내부의 압력을 증가시킨다. 이로 인해 관-단부 결합 구조체(282)의 개구(289)를 거쳐 관 블랭크(T) 내부의 공기 기포를 운반한 유체와 함께 공기를 차례로 제거한다. 이러한 유체 및 공기의 혼합물은 내부 챔버(290)를 거쳐 가요성 고압 호스 연결부(370, 371) 내로 흐른다. 하이드로포밍 유체는 그후 고압 폐쇄 밸브(372)와 라인(374)을 거쳐 하부 하이드로포밍 유체 저장소(320) 내로 통과한다. 제어 밸브 조립체(346)의 제3번 내지 제8번 밸브는 각각의 우측 및 좌측 측방향 푸시 실린더의 유압 후방 압력 생성 내부 챔버(316, 284)를 차단하도록 개방된다.
도13에서, 고압 폐쇄 밸브(366, 372)는 공기가 관 블랭크(T)의 내부로부터 비워진 후에 폐쇄된다. 제5번 밸브는 개방되어 고압 유체가 라인(376)을 거쳐 증강 장치 챔버(310) 내로 이동할 수 있게 한다. 이로 인해 증강 장치 피스톤 로드(300)를 증강 장치 챔버(306) 내로 연장하도록 압박되어, 하이드로포밍 유체를 관-단부 결합 측방향 피스톤 로드(304) 내의 개구(308)를 거쳐 관 블랭크(T) 내로 압축시킨다. 고압 폐쇄 밸브(366, 372)가 폐쇄됨에 따라, 하이드로포밍 유체압은 증가되고 관 블랭크(T)의 벽을 다이 공동 표면(264, 270)을 향한 외향으로의 압박을 개시한다. 제7번 밸브는 다시 관-단부 결합 피스톤 로드(304)를 전방으로 압박하기 위해 압력을 챔버(314)에 공급하도록 개방된다. 대향 관-단부 결합 구조체(282)는 제4번 밸브가 다시 압력을 챔버(286)에 공급하고 관 블랭크 재료(T)를 다이 공동(262) 내로 밀어내도록 관-단부 결합 구조체(282)를 압박할 때 전방으로 이동한다. 관 블랭크(T)의 단부들을 다이 공동(262) 내로 압박함으로서 팽창될 때 관의 벽 두께를 유지하도록 금속 재료의 흐름을 내향으로 생성한다. 최종부의 벽 두께는 본래 블랭크의 벽 두께의 ±10% 내에 있도록 하는 것이 바람직하다.
도13에서 또한 알 수 있는 바와 같이, 대향 피스톤 로드(304, 282)는 증강 장치 피스톤 로드(300)가 증강 장치 챔버(306) 내로 더 연장하는 동안 관 블랭크 재료를 다이 공동(262) 내로 지속적으로 압박한다. 이로 인해 증강 장치 챔버(306) 내부의 압력이 증가되고, 주 피스톤 로드(304)의 전방 돌출부(307) 내의 개구(308)를 통해 관 블랭크(T) 내로 하이드로포밍 유체를 더 압박한다. 관 블랭크(T) 내의 하이드로포밍 유체는 50,000psi(3,515㎏/㎠) 보다 더 큰 압력에 도달한다.
도14를 참조하면, 증강 장치 피스톤 로드(300)는 관 블랭크(T)가 미리 조절된 압력을 통해 하이드로포밍 다이 공동의 공동 표면(264, 270)에 대해 완전히 형성될 때 까지 전방으로 지속적으로 이동한다. 관 블랭크(T)의 단부 상의 측방향 푸시는 소정 부분(200)의 최종 형태를 얻게 될 때 까지 유지된다. 도14는 미리 조절된 압력에 도달하는 증강 장치 챔버(306)를 도시하고, 하이드로포밍 사이클이 완료되는 것을 의미한다.
도15에서, 증강 장치 피스톤 로드(300)는 유압 유체를 전방 증강 장치 챔버(312) 내로 압박하는 제5번 밸브의 폐쇄와 제6번 밸브의 개방에 의해 수축되고, 관부 내의 하이드로포밍 유체로부터 극도의 고압을 제거한다. 측방향 대향 관-단부 결합 구조체(282)는 제3번 밸브가 개방할 때 수축되고, 펌프(340)가 라인(378) 및 푸시 실린더(274)의 챔버(284)를 압축시킬 수 있게 한다. 이로 인해 관-단부 결합 구조체(282)의 테이퍼 돌출부(288)가 관 블랭크(T)의 단부의 외부로 이동할 수 있게 된다. 제4번의 3방향 밸브는 챔버(286)로부터의 유압 유체가 라인(344)을 거쳐 탱크(338) 내로 배수될 수 있도록, 관-단부 결합 구조체(282)의 수축 중에 라인(358)과 챔버(286)를 감압하도록 개방된다. 상응하는 고장은 제8번 밸브가 개방될 때 관 블랭크(T)의 반대편 단부에서 발생하고 라인(380)과 실린더(292)의 챔버(316)를 압축시킨다. 이로 인해 피스톤 로드(304)가 수축되고 관 블랭크(T)의 단부로부터 피스톤 로드(304)의 전방단의 테이퍼면(307)을 제거한다. 하이드로포밍 유체는 그후 다이 외부의 관 블랭크(T)로부터 배수관(374)을 거쳐 하부 저장소 탱크(320)로 복귀되는 프레스 베드 캐치 트레이(382) 내로 배수한다. 제7번의 3방향 밸브는 챔버(314)와 라인(381)을 감압하여 피스톤(304)의 수축 중에 라인(344)을 거쳐 탱크(338) 내로 배수될 수 있도록 개방된다. 제1번 밸브는 펌프(340)가 라인(348)을 따라 챔버(246)에 연결되도록 작동된다. 챔버(246)는 프레스 램 실린더 로드(240)를 수축하도록 압축된다. 이로 인해 프레스 램(248)이 승강되고 다이 상부 반부(258)가 개방되며, (관 블랭크(T)로부터 하이드로포밍되는) 최종부(200)를 제거할 수 있게 된다. 중력 공급 밸브(332)는 폐쇄되어, 하이드로포밍 유체가 다음의 하이드로포밍 사이클을 개시하도록 상부 중력 공급 탱크(330) 내의 후방으로 펌핑할 수 있게 한다.
도16은 도15에 도시된 하이드로포밍 작동 단계를 도시한 확대 종단면도이며, 다이 조립체(228)의 부품들을 더 명확히 도시한다. 도15 및 도16에서, 부품(200)은 성형되고 다이는 개방된다.
본 발명은 관-단부 결합 구조체가 단 하나의 관-단부 압박 요소를 포함하고, 대향 관-단부 결합 요소가 고정 요소임을 알 수 있다. 이는 관-단부 결합 구조체가 서로를 향해 이동하는 2 개의 가동 요소를 포함하는 앞서 설명된 실시예와는 현저히 다르다.
마찬가지로, 압력 증강 구조체는 단 하나의 단부로부터 또는 관형부의 양 단부로부터 고압 유체를 제공할 수 있다.
전술된 발명은 하이드로포밍 설비를 구입하는 데 1/3 정도로 초기 비용이 줄어들게 된다. 본 발명은 또한 운전 및 유지 보수 비용이 줄어들게 된다.
본 발명은 제한된 수의 실시예를 참고로 하여 설명되었지만, 변형 및 수정예가 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 다음의 특허 청구 범위는 본 명세서에 기재된 원리 및 장점에 따라 그러한 모든 소정예, 변형 및 동등예를 포함하게 된다.

Claims (14)

  1. 관형 금속 블랭크를 수용하도록 구성 및 배치된 다이 공동을 형성하는 내부 다이면을 구비한 다이 구조체와,
    하이드로포밍 유체원과,
    상기 다이 공동 내에 관형 금속 블랭크의 양 단부와 결합하여 그 양 단부를 실제 밀봉하도록 구성 및 배열되고, 관형 금속 블랭크를 종방향으로 압축하도록 가동되고, 상기 하이드로포밍 유체원으로부터 하이드로포밍 유체를 수용하도록 구성 및 배치되고 하이드로포밍 유체가 관형 금속 블랭크의 내부에 제공될 수 있는 하이드로포밍 유체 공급 배출구를 갖는 유압 구동 관-단부 결합 구조체와,
    관형 금속 블랭크의 내부에 제공된 하이드로포밍 유체를 압축하도록 가동되어 관형 금속 블랭크의 외부면이 내부 다이면의 외부면에 맞게될 때 까지 블랭크의 직경을 팽창시키는 유압 구동 압력 증강 구조체와,
    압력 하의 유압 유체를 상기 유압 구동 압력 증강 구조체 및 유압 구동 관-단부 결합 구조체에 제공하도록 구성 및 배치된 하나의 유압 동력원-상기 하나의 유압 동력원은 상기 압력 증강 구조체를 이동시켜 관형 금속 블랭크의 내부에 제공된 하이드로포밍 유체를 압축시키고 그 외부면이 내부 다이면에 맞도록 관형 금속 블랭크의 직경을 팽창시키기 위해 압력 하의 유압 유체를 상기 유압 구동 압력 증강 구조체에 제공하며, 상기 하나의 유압 동력원은 상기 관-단부 결합 구조체가 관형 금속 블랭크를 종방향으로 압축시킬 수 있도록 압력 하의 유압 유체를 유압 구동 관-단부 결합 구조체에 제공하며, 직경 방향으로 팽창된 관형 금속 블랭크의 벽 두께를 보충하고 그 벽 두께를 소정 범위 내에서 유지하기 위해 직경 방향으로 팽창된 관형 블랭크의 금속 재료를 종방향 내향으로 흐르게 함-을 포함하는 것을 특징으로 하는 관형 금속 블랭크를 하이드로포밍하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 유압 구동 관-단부 결합 구조체는 다이 구조체의 양 측면 상에 배치된 한 쌍의 가동 관-단부 결합 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 관-단부 결합 부재는 각각 그 내부에 형성된 종방향 보어를 구비하고, 압력 증강 구조체는 다이 구조체의 양 측면 상에 배치된 한 쌍의 압력 증강 부재를 포함하고, 각각의 압력 증강 부재는 관-단부 결합 구조체의 보어들 중 결합 보어 내에 장착되고, 각각의 압력 증강 부재는 보어들 중 결합 보어 내에 압력 증강 챔버를 형성하고, 상기 압력 증강 챔버는 그 외부 형태가 내부 다이면의 형태와 맞도록 상기 압력 증강 부재의 종방향 내향 운동이 상기 압력 증강 챔버 각각의 용적을 줄여 관형 금속 블랭크의 내부에 제공된 하이드로포밍 유체를 압축시키고 상기 관형 금속 블랭크의 직경을 팽창하도록 상기 관-단부 결합 부재가 관형 금속 블랭크의 양 단부와 결합할 때 유체 지지 배출구를 통해 다이 공동 내의 관형 금속 블랭크의 내부와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 관-단부 결합 구조체는 다이 구조체의 양 측면 상에 배치된 한 쌍의 관-단부 결합 부재를 포함하고, 상기 관-단부 결합 부재 중 하나는 내부에 형성된 종방향 보어를 구비하고, 상기 단일 압력 증강 구조체는 다이 구조체의 양 측면 중 하나의 측면 상에 배치된 하나의 압력 증강 부재를 포함하고, 상기 하나의 압력 증강 부재는 관-단부 결합 부재 중 하나의 부재의 종방향 보어 내에 장착되고, 상기 하나의 압력 증강 부재는 상기 관-단부 결합 부재 중 하나의 부재의 종방향 보어 내에 압력 증강 챔버를 형성하고, 상기 압력 증강 챔버는 그 외부 형태가 내부 다이면의 형태와 맞도록 상기 압력 증강 부재의 종방향 내향 운동이 상기 압력 증강 챔버의 용적을 줄여 관형 금속 블랭크의 내부에 제공된 하이드로포밍 유체를 압축시키고 관형 금속 블랭크의 직경을 팽창하도록 상기 관-단부 결합 부재가 관형 금속 블랭크의 양 단부와 결합할 때 상기 관-단부 결합 부재 중 하나의 부재의 유체 지지 배출구를 통해 다이 공동 내의 관형 금속 블랭크의 내부와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제2항에 있어서, 다이 구조체는 가동식 상부 다이부와 고정식 하부 다이부를 포함하고, 상부 다이부는 상기 하부 다이부로 다이 공동을 한정하는 폐쇄 위치와 관형 금속 블랭크가 각각 상기 하부 다이부 상에 배치되게 하거나 그 하부 다이부로부터 제거되게 하는 개방 위치 사이에서 가동되고, 상기 하나의 유압 동력원은 상기 폐쇄 및 개방 위치 사이에서 상기 상부 다이부를 이동시키기 위해 상기 유압 유체를 상기 상부 다이부에 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 관-단부 결합 구조체는 내부 공동을 갖는 관-단부 결합 관형 부재를 포함하고, 압력 증강 구조체는 관-단부 결합 관형 부재 내에 배치되고 그 관형 부재에 대해 가동되는 가동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 하이드로포밍 유체원은 하이드로포밍 유체가 중력 하에서 관-단부 결합 구조체에 제공되도록 관-단부 결합 구조체 보다 더 높이 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제2항에 있어서, 관-단부 결합 부재 중 하나는 내부 공동을 포함하고, 압력 증강 구조체는 관-단부 결합 부재 중 하나의 부재 내에 배치된 가동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 하이드로포밍 유체원과 단일 유압 동력원을 압력 증강 구조체와 관-단부 결합 구조체에 연통시키는 밸브 조립체를 더 포함하고, 상기 밸브 조립체는 관형 금속 블랭크의 벽 두께를 소정 범위 내에서 유지하면서 관형 금속 블랭크를 팽창하기 위해 관형 금속 블랭크의 양 단부에 압축된 상태로 관-단부 결합 조립체를 이동시키고 압력 증강 구조체를 관형 금속 블랭크 내의 압력 하이드로포밍 유체에 이동하도록 유압 유체를 유도하고, 상기 밸브 조립체는 관-단부 결합 조립체를 관형 금속 블랭크의 양 단부로부터 멀리 이동시키고 하이드로포밍 작업 후에 하이드로포밍 유체를 감압하는해 압력 증강 구조체를 이동시키기 위해 유압 유체를 유도하도록 조절 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 소정 범위는 본래의 관형 금속 블랭크의 벽 두께의 ±10%인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 관형 금속 블랭크를 수용하도록 구성 및 배치된 다이 공동을 형성하는 내부 다이면을 구비한 다이 구조체와,
    상기 다이 공동 보다 더 높이 배치되고, 하이드로포밍 유체를 중력 하에서 상기 관형 금속 블랭크의 내부에 제공하도록 구성 및 배치된 하이드로포밍 유체원과,
    상기 다이 공동 내에 관형 금속 블랭크의 양 단부와 결합하여 그 양 단부를 실제 밀봉하도록 구성 및 배열되고, 관형 금속 블랭크를 종방향으로 압축하도록 가동되는 유압 구동 관-단부 결합 구조체와,
    관형 금속 블랭크의 내부에 제공된 하이드로포밍 유체를 압축시켜 관형 금속 블랭크의 외부면이 상기 내부 다이면의 외부면에 맞게될 때 까지 블랭크의 직경을 팽창시키는 유압 유체 압력에 반응하여 가동되는 유압 구동 압력 증강 구조체를 포함하고,
    상기 관-단부 결합 구조체는 하이드로포밍 유체원으로부터 하이드로포밍 유체를 수용하도록 구성 및 배치되고, 하이드로포밍 유체가 관형 금속 블랭크의 내부에 제공될 수 있는 하이드로포밍 유체 공급 배출구를 구비하고,
    상기 유압 구동 관-단부 결합 구조체는 상기 관-단부 결합 구조체가 관형 금속 블랭크를 종방향으로 압축시킬 수 있도록 유압 유체 압력에 반응하여 가동되고, 직경 방향으로 팽창된 관형 금속 블랭크의 벽 두께를 보충하고 그 벽 두께를 소정 범위 내에서 유지하기 위해 직경 방향으로 팽창된 관형 블랭크의 금속 재료를 종방향 내향으로 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 하이드로포밍 유체원은 관-단부 결합 구조체를 관형 금속 블랭크의 양 단부에 결합하기 전에 관형 금속 블랭크를 충전시키기 위해 하이드로포밍 유체를 제1 통로를 통해 제공하고, 하이드로포밍 유체원은 관-단부 결합 구조체가 관형 금속 블랭크의 양 단부와 결합한 후에 상기 제1 통로와는 상이한 제2 통로를 통해 관-단부 결합 구조체로, 및 유체 공급 배출구를 거쳐 관형 금속 블랭크 내로 하이드로포밍 유체를 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 하이드로포밍 유체는 중력 하에서 제1 통로와 제2 통로를 통해 압박되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 제2 통로는 하이드로포밍 유체의 관-단부 결합 구조체로의 흐름을 용이하게 하기 위한 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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