KR20010012594A - 하이드로포밍 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20010012594A
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Abstract

본 발명은 대향 단부들을 갖는 블랭크 튜브(20)로부터 복잡한 형상의 프레임 부재를 성형하는 장치와 방법을 제공한다. 블랭크 튜브는 하부 다이(12) 상의 제1 공동(22) 내에 위치된다. 상부 다이(14)가 개방 위치로부터 하강되어 하부 다이와 근접하는 폐쇄 위치로 하강된다. 상부 다이는 제1 공동과 정렬되는 제2 공동(24)을 갖는다. 한 쌍의 밀동 유닛(32)은 블랭크 튜브의 대향 단부와 유체를 튜브 내로 연통시키는 유체 전달 수단을 밀봉시킨다. 유체 제어 수단(56)은 튜브 내의 유체를 저압 수준으로 가압한다. 위치 결정 수단은 폐쇄 위치 내의 상부 다이를 하강 위치 내의 하부 다이로부터 분리시키는 거리를 결정한다. 하부 다이 상승 수단(36)은 하부 다이를 하강 위치로부터 소정 거리만큼 상승 위치로 상승시킨다. 그런 후에 유체 제어 수단은 튜브 내의 유체를 가압하여 튜브가 성형 공동의 형상과 일치하게 한다.

Description

하이드로포밍 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR HYDROFORMING}
표준 블랭크 튜브를 단일 부재의 복잡한 관형 형상으로 가공하는 것은 산업상 요구되고 있다. 자동차 산업에 있어서, 자동차 프레임은 통상적으로 강도 및 부하에 견딜 목적으로 "박스"형 구조를 채택하고 있다. 이런 프레임 부재는 수평 및 수직의 양 프로파일에 대해 큰 변동을 자주 겪게 된다. 이런 부재의 단면 형상은 대략 정사각형 단면, 직사각형 및 원형 단면이던 것이 극심하게 찌부러진 형상으로 되거나 상기 형상들이 불규칙하게 조합된 형상으로 되는 등 변형되기도 한다. 이는 파형 안내를 위해 다양한 단면 형상을 갖는 안테나 산업에서도 역시 마찬가지이다.
맨드렐을 이용하거나 이용하지 않고 튜브 블랭크를 굽힘, 연신, 붕괴 및 반경 방향 팽창시키는 등의 일반적인 가공 방법이 알려져 있다. 대부분의 금속들은 소경의 배관을 큰 반경을 갖는 원호 형상으로 굽히기 아주 쉽다. 그러나, 배관 직경이 증대되고 굽힘 가공할 반경이 감축됨에 따라, 튜브 굽힘 공정은 튜브 내부 굽힘 반경에서는 압축, 튜브 외부 반경에서는 연신을 복합적으로 주어야 한다. 튜브 외부 굽힘 표면은 재료 정격 연신 특성의 최대 한도로 연신될 수 있기는 하지만, 소정 직경의 튜브는 내부 굽힘 표면에서 극심한 버클링을 겪거나 외부 굽힘 반경에서 바람직하지 못한 변형을 겪지 않고는 만족스럽게 굽힘이 이루어지지 않을 수 있다. 내부 튜브 표면을 제어 가능하게 딤플링하거나 혹은 제어된 리플링을 허용함으로써 비교적 작은 굽힘 반경에 대해 소정 직경의 튜브를 굽혀서 외부 튜브 표면의 연신을 완화시키는 방법으로 튜브 굽힘 가공을 성취한 경우도 있었다.
블랭크 튜브를 성형하는 데 사용되는 기계로는 표준 기계 프레스가 있다. 도1a 및 도1b는 표준 기계 프레스(10)를 도시하고 있다. 기계 프레스(10)는 고정 하부 다이 베드(16)에 의해 지지된 고정 하부 다이(12)를 구비하고 있다. 도1b에서 알 수 있는 바와 같이, 블랭크 튜브(20)는 하부 다이(12) 내의 공동에 배치된다. 블랭크 튜브(20)를 성형하기 위해, 하부 다이(14)는 램 프레스(18)에 의해 하향 추진되면서 이동된다. 램 프레스(18)는 접촉하는 하부 및 상부 다이(12 및 14) 사이에서 블랭크 튜브(12)를 압축하는 데 필요한 힘을 제공한다. 블랭크 튜브(20)를 성형하기 위해 기계 프레스를 이용하면서 발생되는 주된 문제점은 압축된 튜브가, 특히 복잡한 형상의 경우, 공동의 깊숙한 요부까지 밀리지 않는다는 점이다. 압축된 튜브가 공동의 리세스를 채우지 못하므로, 압축된 튜브는 하부 및 상부 다이(14 및 20) 사이의 공동에 의해 제공되는 소정 형상과 일치하지 않게 되는 것이다.
복잡한 관형 형상을 성형하는 장치로 하이드로포밍 프레스라는 것이 있다. 하이드로포밍 프레스는 소정 관형 형상을 성형하기 위해 일련의 단계들을 따르게 된다. 일반적으로, 튜브나 공작물을 튜브의 소정 최종 형상을 한정하는 공동을 갖는 한쌍의 다이 사이에 배치시킨다. 다이가 결합하게 되고 공작물의 단부는 한 쌍의 밀봉 유닛으로 밀봉된다. 공작물에는 유체가 충전되고 그후 가압된다. 공작물 내에 봉입된 유체를 가압하게 되면 튜브의 성형 및 팽창이 공동의 형상과 일치하게 변형된다. 그후 튜브로부터 유체를 배출시키고 밀봉 유닛을 제거하여 공작물을 해제시킨다. 이 하이드로포밍 프레스에 있어서의 주된 문제점은 비용이 많이 든다는 것이다. 단일 하이드로포밍 프레스의 가격은 약 3백만불 정도가 될 수 있다.
기계 프레스는 수많은 공장에서 널리 이용되고 있고 실제 사용되고 있기 때문에, 기계 프레스를 변형시켜 상기 하이드로포밍 공정을 수행하려는 노력이 다년간 있어 왔다. 표준 기계 프레스를 하이드로포밍 프레스로 변경시키는 데 있어서, 블랭크 튜브의 단부를 밀봉하기 위해 밀봉 유닛이 추가되어야 한다. 램 프레스는 상부 다이를 하강 위치로 하강 및 정지시킨다. 밀봉 유닛은 블랭크 튜브에 성형 유체를 공급한 후 가압한다. 블랭크 튜브 내의 성형 유체를 가압하게 되면 블랭크 튜브가 변형 및 팽창되어 공동 형상과 일치하는 형상이 되게 된다. 튜브 성형이 완성된 후에, 성형 유체를 튜브로부터 배출시키고 밀봉 유닛을 제거하여 성형된 튜브를 해제시킨다.
기계 프레스를 변형시킨 하이드로포밍 기계에서의 주된 문제점은 상부 다이가 하강 및 정지될 때, 상부 다이가 하부 다이와 접촉되지 않아서 다이 사이의 공동을 닫지 못하게 된다는 점이다. 램 프레스는 타원형 통로를 따라 하강하면서 상부 다이를 하부 다이에 접촉시킨다. 하부 다이는 고정되어 있기 때문에, 램 프레스는 두 다이가 접촉하면 즉시 동작을 정지해야 한다. 그러나, 표준 기계 프레스 상의 공차 때문에, 램 프레스는 다이가 완전히 밀착되는 180도 지점에서 상하 5도 정도에서 정지된 채 유지되게 된다. 다이들은 튜브가 붕괴되면 완전히 폐쇄되려 하기 때문에, 내부 압력하에 팽창하는 튜브는 공동의 깊숙한 요부에 충전되게 되고 정합 다이 사이에 끼이기도 한다. 변형된 기계로부터 나온 최종 제품은 두 개의 비접촉 다이 사이의 공간에 맞는 리브를 갖는 튜브로서 형상이 양호하지 못하다.
본 발명은 상술한 문제점 중 하나 또는 그 이상의 효과들을 극복하거나 적어도 저감시키기 위해 이루어진 것이다.
본 발명은 관형 재료 냉간 성형 분야, 특히 블랭크 튜브로부터 복잡한 형상의 프레임을 하이드로포밍(hydroforming)하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 이점은 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 명확하게 알 수 있을 것이다.
도1a는 표준 기계 프레스의 개방 위치의 측면도이다.
도1b는 도1a의 기계 프레스를 선 1a-1a를 따라 도시한 단부면도이다.
도2a는 하이드로튜브 성형 다이 기계 프레스의 양호한 실시예의 개방 위치의 측면도이다.
도2b는 도2a의 프레스를 선 2a-2a를 따라 도시한 단부면도이다.
도2c는 도2a의 프레스의 실시예를 선 2b-2b를 따라 도시한 저면도이다.
도3a는 상부 다이가 하부 다이에 근접한 상태의 도2a의 프레스의 측면도이다.
도3b는 도3a의 밀봉 유닛의 측면도이다.
도4는 하부 다이가 상승 위치에 있는 상태의 도2a의 프레스의 측면도이다.
도5는 제어기의 양호한 실시예의 블록 선도이다.
도6a, 도6b 및 도6c는 제어기의 프로그램의 양호한 실시예의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 수정 및 변형 형태가 되기 쉽지만, 특정 실시예가 도면에 예로서 도시되어 있으며 본 명세서에 상세하게 설명되어 있다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형태에 제한되도록 의도된 것이 아님을 알아야 한다. 즉, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해 한정된 본 발명의 기술 사상과 범위 내에서의 모든 변형, 균등물 및 변경을 포함하기 위한 것이다.
본 발명의 한가지 태양에 따르면, 다음과 같은 단계들로 이루어지는, 블랭크 튜브로부터 복잡한 형상의 프레임 부재를 성형하는 하이드로포밍 방법이 제공된다. 블랭크 튜브를 하부 다이 내의 제1 공동에 배치한 다음 상부 다이를 개방 위치로부터 하부 다이에 근접한 폐쇄 위치로 하강시킨다. 상부 다이는 제1 공동과 정렬되는 제2 공동을 갖다. 블랭크 튜브의 대향 단부를 한 쌍의 밀봉 유닛으로 밀봉시키고 성형 유체를 상기 밀봉 블랭크 튜브에 연통시킨다. 브랭크 튜브 내의 성형 유체를 내부적으로 저압 수준으로 가압하여 튜브가 하부 다이와 상부 다이 사이에서 붕괴되지 않게 해 준다. 하부 다이를 들어 올려서 상부 다이와 하부 다이가 정합하면서 제1 및 제2 공동이 블랭크 튜브를 둘러싸는 공동을 형성하게 한다. 블랭크 튜브의 내부 압력을 더 가하여 블랭크 튜브를 팽창시켜 성형 공동과 일치되는 형상으로 한다. 팽창된 튜브가 성형된 후에, 성형 유체를 튜브로부터 배출시키고 밀봉 유닛을 튜브 단부로부터 제거한다. 하부 및 상부 다이에서 성형된 튜브를 해제시켜 그 단부들을 잘라 복잡한 형상의 프레임 부재를 완성한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 블랭크 튜브로부터 복잡한 형상의 프레임 부재를 성형하는 장치가 제공된다. 하이드로포밍 장치는 하부 다이와 상부 다이를 구비하고 있다. 하부 다이는 하강 위치와 상승 위치 사이에서 이동 가능하다.
하부 다이는 블랭크 튜브를 수용할 수 있는 제1 공동을 갖는다. 개방 위치와 하부 다이에 근접한 기부 사이에서 가동되는 상부 다이는 제1 공동과 정렬되는 제2 공동을 갖는다. 한 쌍의 밀봉 유닛은 후퇴 위치와 밀봉 위치 사이에서 가동된다. 밀봉 유닛은 후퇴 위치에서는 튜브의 대향 단부들로부터 이격되어 위치되고, 밀봉 유닛은 밀봉 위치에서는 튜브의 대향 단부들을 밀봉한다. 유체 분배 수단은 밀봉 유닛이 밀봉 위치에 있을 때 성형 유체로 튜브를 채울 수 있다. 하부 다이 상승 수단은 상기 상부 다이와 상기 하부 다이가 제1 공동 및 제2 공동을 성형 공동으로 결합하여 정합되도록 하기 위해 하부 다이를 하강 위치로부터 상승 위치로 상승시킬 수 있다. 유체 제어 수단은 성형 공동과 일치되도록 튜브를 확장시키기 위해 밀봉 블랭크 튜브 내의 성형 유체를 가압한다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 대향 단부들을 구비한 블랭크 튜브를 성형하는 개선된 기계 프레스가 제공된다. 기계 프레스는 블랭크 튜브를 수용할 수 있는 하부 다이 공동을 갖는 하부 다이와, 램 프레스와, 램 프레스 상에 장착된 상부 다이를 포함하는 형태이다. 상부 다이는 개방 위치와 하부 다이에 근접한 기부 사이에서 이동 가능하다. 상부 다이는 하부 다이 공동과 정렬된 상부 다이 공동을 갖는다. 개선된 기계 프레스는 한쌍의 밀봉 유닛, 하부 다이 상승 수단, 및 유체 제어 수단을 포함한다. 밀봉 유닛은 후퇴 위치와 밀봉 위치 사이에서 이동 가능하하다. 후퇴 위치에서, 밀봉 유닛은 튜브의 단부들로부터 이격되어 위치된다. 밀봉 위치에서, 밀봉 유닛은 상기 튜브의 상기 단부들과 밀봉 가능하게 결합한다. 또한, 유체 분배 수단은 성형 유체를 밀봉 튜브 내로 도입시키기 위해 제공된다. 위치 결정 수단은 상부 다이와 하부 다이를 분리시키는 거리를 결정한다. 하부 다이 상승 수단은 하부 다이를 결정된 거리만큼 들어 올려서 상부 다이 공동과 하부 다이 공동이 결합되어 성형 공동을 형성하게 한다. 유체 제어 수단은 성형 유체를 가압하여 유브가 성형 공동의 형상과 일치되는 형상이 되도록 튜브를 확장시키는다.
표준 기계 프레스를 본 발명에 따른 하이드로포밍 장치로 효과적으로 변형할 수 있음을 발견한 것은 놀라운 일이다. 본 발명의 하이드로포밍 장치 및 방법에 의하면 표준 기계 프레스를 블랭크 튜브로부터 복잡한 형상의 프레임 부재를 생성할 수 있는 장치로 응용할 수 있음을 알게 되었다. 하부 다이를 고정 다이 베드가 아닌 가동 볼스터판(bolster plate) 위에 장착시킴으로써, 하부 다이는 기계 프레스의 정지 공차에 관계없이 상부 다이와 정합될 수 있다. 2개의 다이를 분리시키는 거리로 볼스터판 위로 하부 다이를 상승시킴으로써, 하부 다이와 상부 다이의 공동들은 성형 공동을 형성하기 위해 항상 결합된다. 또한, 하이드로포밍 장치 및 방법은 복잡한 형상의 프레임 부재를 계속 성형할 수 있게 효율적이고도 저렴하게 작동 및 유지될 수 있다.
본 발명의 하이드로포밍 장치 및 방법은 표준 기계 프레스를 블랭크 튜브로부터 복잡한 형상의 프레임 부재를 성형하는 장치로 변형시킨다. 기계 프레스의 표준 요소는 램 프레스에 장착된 하부 다이와 상부 다이를 포함한다. 일반적으로, 하부 다이는 고정 다이 베드에 장착된다. 표준 기계 프레스를 하이드로튜브 성형 기계 프레스로 변형시키기 위해, 본 발명은 하부 다이를 제어기에 의해 지시되어 하부 다이를 상부 다이와 정합 접촉하게 이동시키는 이동 수단에 의해 이동되는 가동 볼스터판 상에 장착시킨다. 또한, 본 발명은, 블랭크 튜브의 대향 단부를 밀봉하고 가압 성형 유체를 튜브 내로 도입시키는 밀봉 유닛과 합체된다.
복잡한 형상의 프레임 부재를 형성하기 위해, 블랭크 튜브는 하부 다이의 하부 다이 공동 내에 설치된다. 상부 다이는 하부 다이에 근접하게 하강된다. 상부 다이의 상부 다이 공동은 하부 다이 공동과 정렬된다. 근접 지점에서, 상부 다이 공동은 블랭크 튜브와 접촉하지 않는다. 상부 다이를 하부 다이로부터 분리시키는 거리는 약 1.27 cm (0.5 inch) 이다. 상부 다이는 튜브와 접촉하도록 하강될 수도 있지만, 튜브는 상부 다이와 하부 다이 공동들 사이에서 붕괴되기도 한다.
기계 프레스의 램 프레스는 상부 다이를 하강시키기 위해 타원 경로를 따라 이동한다. 램 프레스는 그 경로의 180도 지점에서 상하 5도의 공차로 정지한다. 본 발명은 상부 다이 공동이 튜브에 접촉하지 않도록 상부 다이를 하부 다이에 최근접하게 하강시키는 것을 제시하고 있다. 상부 다이가 튜브를 붕괴시키는 것을 방지하기 위해, 램 프레스는 상부 다이없이 튜브와 접촉하는 것을 중단하도록 조절되거나, 하부 다이는 상부 다이가 완전히 하강될 때 튜브와 접촉하지 않도록 표준 기계 프레스 상에서보다는 하부 위치로 조절될 수 있다.
상부 다이가 최근접 지점에 있는 상태에서, 밀봉 유닛은 후퇴 위치로부터 밀봉 위치로 이동한다. 후퇴 위치에서, 밀봉 유닛은 튜브의 단부로부터 이격되어 위치된다. 밀봉 위치에서, 밀봉 유닛은 튜브의 단부에 밀봉 가능하게 결합해서 유체 밀봉부를 제공한다. 본 발명에서는 유체 밀봉시키는 임의의 종류의 밀봉 유닛을 사용할 수 있다.
일단 밀봉 유닛이 밀봉 위치에 있으면, 밀봉 유닛은 튜브 내로 성형 유체를 도입한다. 상부 다이와 하부 다이가 정합할 때 튜브가 붕괴되는 것을 방지하기 위해, 튜브 내에서의 성형 유체의 압력은 저압 범위까지 증가된다. 성형 유체의 압력을 저압 범위까지 증가시키게 되면 유체 맨드렐을 제공해서 튜브가 붕괴되는 것을 방지한다. 저압 범위는 블랭크 튜브의 재료에 따라 좌우된다. 저압 범위는 다이가 정합될 때 튜브가 자체가 붕괴되는 것을 방지하기 위한 압력보다는 크지만 튜브를 팽창시키게 되는 항복점 압력보다는 작은 압력 범위이다. 본 발명의 정상 작동시의 저압 범위는 3.45 내지 8.27 ㎫(500 내지 1200 psi ) 사이이다.
일단 튜브 내의 압력이 저압 범위에 있게 되면, 하부 다이는 상승되어 상부 다이와 정합한다. 상부 및 하부 다이가 정합하면, 상부 다이 공동과 하부 다이 공동은 결합되어 성형 공동을 형성한다. 성형 공동은 성형 완료된 튜브의 소정 단면을 나타낸다.
상부 다이와 정합하도록 하부 다이를 들어 올리기 위해, 하부 다이와 상부 다이 간의 거리가 결정된다. 하부 다이와 상부 다이 간의 거리를 결정하기 위해 임의의 수단이 사용될 수 있다. 하나의 양호한 센서가 상부 다이의 정확한 위치를 결정하면, 다른 센서는 하부 다이의 정확한 위치를 결정한다. 엔에스디 코포레이션(NSD Corporation)에서 제조한 앱소코더 브이알이(Absocoder VRE)계 단일 회전 리졸버(Resolver) #VRE-PO62FAC는 상부 다이의 위치를 결정하는 양호한 센서의 한 예이다. 엔에스디 코포레이션에서 제조한 앱소코더 브이알에스(VRS)계 선형 리졸버 #VRS-256PW588은 하부 다이의 위치를 결정하는 양호한 센서의 한 예이다. 센서로부터의 정보를 이용하여, 제어기는 두 다이 간의 거리를 계산하고, 볼스터판 이동 수단이 다이들 간의 거리만큼 하부 다이를 상승시키라는 지시를 한다. 양호한 제어기의 한 예는 알렌-브레들리 캄파니(Allen-Bradley Company) 1747계열 소프트웨어로 프로그램된 알렌-브레들리 캄파니 SLC-5-03 프로세서이다. 다이들 간의 거리를 결정하는 다른 방법은 센서가 거리를 직접 측정해서 제어기에 거리를 알려주는 것이다. 거리를 결정하는 다른 방법은 다이들이 정합하는 시점을 정학하게 결정하여 다이들이 정합할 때 볼스터판 이동 수단이 하부 다이를 더 이상 상승시키지 못하게 정지시키는 센서를 갖는다.
하부 다이를 상승시키기 위해서, 볼스터판은 하부 위치로부터 들어 올려진 위치까지 상승되어야만 한다. 볼스터판 이동 수단은 볼스터판 위에 장착된 하부 다이를 승하강시킨다. 적절한 이동 수단의 예는 유압 실린더 조립체와 모터 및 나사 조합체를 포함한다. 이동 수단은 볼스터판을 들어 올리고 램 프레스 및 가압 튜브의 하향력을 지지한다. 이동 수단은 볼스터판에 필요한 지지력을 제공하도록 선택되어 설치된다.
하부 및 상부 다이가 정합된 후에, 튜브 내의 압력은 고압 범위까지 증가된다. 고압 범위는 튜브를 팽창시켜서 성형 공동의 리세스를 채우기에 충분할 정도의 높은 압력으로서, 블랭크 튜브의 재료에 좌우된다. 고압 범위는 튜브를 성형 공동의 리세스까지 팽창시키는 항복점 압력보다는 크고 다이 및 밀봉 유닛의 항복점 압력보다는 낮은 압력 범위이다. 정상 작동시에, 고압 범위는 20.7 내지 68.9 ㎫(3000 내지 10000 psi ) 사이이다. 고압 범위는, 밀봉 유닛이 그 밀봉을 유지할 수 있고 다이들이 분리되지 않는 한 206.9 ㎫(30000 psi)와 같이 매우 높은 압력까지 확장된다. 고압 범위는 20.7 내지 206.9 ㎫(3000 내지 30000 psi) 사이일 수 있다.
성형 유체의 압력을 고압 범위까지 상승시킴으로써, 튜브는 성형 공동의 리세스 내에서 팽창한다. 튜브가 팽창된 후, 성형 유체 상의 압력은 제거되며, 성형 유체는 성형된 튜브로부터 배수된다. 상부 다이는 들어 올려져서 성형된 튜브가 하이드로포밍 프레스로부터 해제되게 한다. 성형된 튜브는 리프터의 도움을 받아 해제될 수 있다.
상기의 하이드로포밍 단계들은 유사한 결과를 달성하기 위해 변경될 수 있다. 예컨대, 상부 다이는 상부 다이 공동 및 하부 다이 공동 사이의 튜브에 접촉해서 이를 붕괴시키도록 하강될 수 있다. 튜브가 붕괴되면, 튜브의 붕괴된 부분을 제거하고 성형 공동의 리세스를 충전시키기 위한 고압이 요구된다. 다이들을 정합시키기 전에 성형 유체로 튜브를 충전시키는 단계와 다이를 정합시키기 전에 튜브의 압력을 저압 범위까지 증가시키는 단계를 포함하는 다른 튜브 붕괴 방지 단계가 생략될 수 있다. 이들 단계가 없게 되면, 붕괴되지 않기 위해서는 튜브는 보다 높은 압력을 필요로 하는 정합 다이 사이에서 더 늦은 단계에서 붕괴된다.
도면에서, 도2a 내지 도2c, 도3a, 도3b, 도4, 도5 및 도6은 하이드로튜브 형성 기계 프레스(30)의 양호한 실시예들을 도시하고 있다. 도2a의 하이드로튜브 형성 기계 프레스(30)는 램 프레스(18), 상부 다이(14) 및 하부 다이(12)를 포함하는 도1a 및 도1b의 표준 기계 프레스와 유사한 요소를 포함한다. 그러나, 하이드로튜브 성형 기계 프레스(30)는 블랭크 튜브(20)를 복잡한 관형상 튜브로 형성하기 위한 하이드로포밍 처리를 수행한다. 대체로, 하이드로포밍 처리는 블랭크 튜브가 2개의 합체된 다이 사이의 성형 공동 내에 있을 것을 요한다. 블랭크 튜브의 단부는 밀봉되고 가압된 성형 유체로 충전되어 블랭크 튜브를 성형 공동의 리세스 내로 팽창시켜서 성형 공동의 형상과 일치하는 형상의 복잡한 관형상 튜브를 성형한다.
도2a는 하이드로-튜브 성형 기계 프레스(30)의 개시 위치를 도시한다. 상부 다이(14)와 램 프레스(18)는 하부 다이(12) 위로 상승된 개방 위치에 있다. 프레스 개시 위치에서, 블랭크 튜브가 도2b에 도시된 하부 다이(12)의 공동(22) 상에 로딩된다. 블랭크 튜브(20)가 로딩되면, 기술 분야에서 공지된 전자 장치는 블랭크 튜브의 용접 시임(seam)을 판독해서 시임을 공동(22) 내에 적절하게 위치시킬 수 있다. 프레스 개시 위치에서, 한쌍의 밀봉 유닛(32)은 튜브(20)의 양 단부로부터 이격된 후퇴 위치에 있으며, 하부 다이(12)는 하강 위치에 있다. 하부 다이(12)는 볼스터판(34) 상에 장착된다. 복수개의 상승 실린더 조립체(36)는 피스톤 로드(38)로 볼스터판(34)을 지지한다. 연결판(40)은 피스톤 로드(38)를 볼스터판(bolster plate)(34)에 연결한다. 상승 실린더 조립체(36)는 플로어 또는 고정 베드(42) 상에 놓인다.
도2c는 상승 실린더 조립체(36)의 구성을 도시한다. 양호한 실시예에 있어서, 26개의 상승 실린더는 15.24 ㎝ (6 인치) 보어와 7.62 ㎝ (3 인치) 행정을 갖는다. 상승 실린더 조립체(36)는 하부 다이(12)를 하강 위치로부터 상승 위치로 상승시키는 데 필요한 힘을 제공한다. 상승 위치에서, 하부 다이(12)는 근접하는 인접 위치에서 상부 다이(14)와 정합한다. 또한, 상승 실린더 조립체(36)는 성형 유체가 튜브(20) 내에서 고도로 가압된 경우에 하부 다이(14)를 상승 위치에 유지하는 데에 충분한 힘을 제공한다. 도2c에 도시된 실시예는 하부 다이(12)에 대한 성형 압력뿐만 아니라 850 톤 램 프레스를 지지한다. 상승 실린더 조립체(36)는 임의의 범위의 램 프레스와 하이드로포밍 프레스를 지지하도록 크기 및 개수가 정해지며 설치된다. 종래의 수압 라인(도시되지 않음)은 피스톤 아암(38)을 이동시키기 위해 수압을 상승 실린더(36)에 제공한다. 도2c는 또한 볼스터판(34)의 4개의 코너에 위치되는 2개의 안내 핀을 도시한다. 안내 핀(37)은 볼스터판(34)의 상승 및 하강을 안내한다.
하이드로 튜브 성형 기계 프레스(30)를 작동시키기 위해, 작업자는 시작 버튼(도5 참조)을 눌러 하이드로 튜브 성형 작업을 개시한다. 하이드로 튜브 성형 기계 프레스(30)의 제어 시스템을 이하에서 상세히 설명하기로 한다. 일단 시작 버튼이 눌려지면, 램 프레스(18)는 상부 다이(14)을 하부 다이(12)와 근접하는 폐쇄 위치로 하강시킨다. 상부 다이(14)는 하부 다이 공동(22)과 정렬되는 공동(24)을 갖는다(도2b 참조). 상부 다이(14)를 하향 이동시키는 램 프레스(18)는 0도(zero degree)에서 시작하는 타원형 경로를 따른다. 이상적으로는, 램 프레스(22)는 180도 지점에서 정지한다. 그러나, 보통 램 프레스(18)는 상하 5도의 정지 공차를 갖는다. 양호한 실시예에 있어서, 램 프레스(18)는 180도 지점에서 상부 다이(14)를 하부 다이(12)로부터 대략 1.27 ㎝ (0.5 인치)만큼 분리시킨다. 램 프레스(18)가 정지하고 상부 다이(14)가 하부 다이(12)와 근접하는 폐쇄 위치에 있으면, 통상적으로 대략 1.27 ㎝(0.5 인치)만큼 2개의 다이(12, 14)는 서로 분리되어 있다. 램 프레스는 상부 다이 공동(24)이 튜브(20)와 접촉하지 못하도록 조절된다. 다른 실시예에 있어서, 램 프레스(18)는 상부 다이 공동(24, 22)들 사이의 튜브를 붕괴시키기에 충분하게 상부 다이(14)를 하강시킨다.
상부 다이(14)가 도12에 도시된 바와 같이 하부 다이(12)와 근접하는 폐쇄 위치에 위치된 후에, 밀봉 유닛(32)은 밀봉 위치로 전진한다. 밀봉 위치에서, 밀봉 유닛(32)은 블랭크 튜브(20)의 단부들과 밀봉식으로 결합한다. 밀봉 실린더 조립체(44)는 밀봉 유닛(32)을 후퇴 위치로부터 밀봉 위치로 이동시킨다. 밀봉 위치에서, 밀봉 유닛은 블랭크 튜브(20)의 단부를 유체 밀봉시킨다. 밀봉 유닛(32)은 튜브(20)의 단부를 밀봉시키는 임의의 형태의 밀봉 장치일 수 있다.
도3b는 현재 선호되는 하이드로 튜브 성형 기계 프레스(30)를 도시한다. 이 밀봉 유닛은, 발명자 제임스 에프. 브라운에 의해 1997년 5월 15일에 출원되고 발명의 명칭이 "하이드로포밍 장치의 밀봉 유닛" 인 출원에 상세하게 도시되고 설명된 밀봉 유닛과 유사하다. 도3b의 밀봉 유닛(32)은 테이퍼형 부재(50)와 밀봉 링(49)을 포함한다. 테이퍼형 부재(50)는 튜브(20)의 외경이 내경보다 작은 삽입 단부(47)와, 튜브(20)의 외경이 내경보다 작은 하우징 단부(51)를 갖는다. 밀봉 링(49)은 튜브(20)의 외경과 같거나 그보다 약간 큰 균일한 내경을 갖는다. 밀봉 유닛(32)이 도3b에 도시된 바와 같이 밀봉 위치에 있으면, 테이퍼형 부재(50)는 튜브(20)의 내벽과 밀봉 가능하게 결합되어 튜브(20)의 테이퍼형 부재(50)와 내벽 사이를 유체 밀봉한다. 테이퍼형 부재가 튜브의 내벽과 결합되면, 테이퍼형 부재는 밀봉 링(49)에 대하여 튜브(20)의 벽을 가압하여 밀봉 링(49)과 튜브(20) 사이를 유체 밀봉한다. 밀봉 유닛(32)을 이동시키기 위해, 밀봉 실린더 조립체(44)는 연결 판(48)에서 밀봉 유닛(32)에 연결되는 외부 연장 피스톤 로드(46)를 갖는다. 종래의 수압 라인(도시되지 않음)은 밀봉 실린더 조립체(44)에 수압을 제공하여 피스톤 아암(46)을 이동시킨다.
밀봉 유닛(32)이 도3에 도시된 바와 같은 밀봉 위치에 있은 후에, 유체 제어 수단 또는 인텐시파이어(intensifier)(56)(도4 참조)는 성형 유체로 튜브(20)를 충전한다. 성형 유체는 95 ％가 물이고 5 ％는 윤활제, 세척제 및 부식 방지제를 포함하는 물 첨가제이다. 유체 공급 챔버(54)(도4 참조)는 중심 유체 경로(52)를 통해 튜브(20)에 성형 유체를 공급한다. 튜브(20)가 채워진 후에, 인텐시파이어(56)(도4 참조)는 튜브(20) 내의 유체 압력을 저압 범위로 상승시켜서 상부 및 하부 다이가 정합하였을 때 액체 맨드렐이 튜브가 붕괴되는 것을 방지하게 한다. 저압 범위는 튜브(20)의 재료 및 두께에 좌우된다. 저압 범위는, 다이가 정합하였을 때 튜브 자체가 붕괴되는 것을 방지하는 압력보다 크고 튜브를 팽창시키는 항복점 압력보다는 작은 압력 범위이다. 정상 작동 중에, 압력의 저압 범위는 3.45 내지 8.27 ㎫(500 내지 1200 psi)이다.
양호한 실시예에 있어서, 튜브(20)가 붕괴되는 것을 방지하기 위해 상부 다이 공동(24)과 하부 다이 공동(22)을 결합하기 전에 튜브(20) 내의 성형 유체의 압력을 저압 수준으로 상승시킨다. 공공(22, 24)을 연결시킨 후에 튜브를 충전하고 가압시키는 것과 같은 다른 실시예도 가능하다. 양호한 실시예에 있어서, 튜브(20) 내의 저압 성형 유체는 튜브(20)의 내벽을 지지하는 액체 맨드렐을 형성한다. 액체 맨드렐 때문에, 튜브(20)는 공동(22, 24)들이 결합되었을 때 붕괴되지 않는다. 다이(12, 14)가 튜브를 충전시키기 전에 연결되면, 튜브(20)는 붕괴되어 튜브(20)를 성형 공동의 리세스로 팽창시키기 위한 현저히 큰 내부 유체 압력을 필요로 하게 된다.
튜브(20) 내의 유체 압력이 저압 수준으로 된 후에, 상승 실린더(36)는 볼스터판(34)과 하부 다이(12)를 상승 위치로 상승시켜서 하부 다이 공동(22)을 상부 다이 공동(24)과 결합시켜 성형 공동을 형성한다. 상승 실린더(36)는 도4에 도시된 바와 같이 하부 및 상부 다이(12, 14)를 연결시키는 데 필요한 거리만큼 볼스터판(34)을 상승시킨다. 램 프레스(18)의 정지와 관련한 공차를 고려하여, 제어기(70)(도5 참조)는 상부 다이(14)의 정확한 위치를 결정한다. 상부 다이(14)의 위치를 이용하여, 제어기(70)는 하부 다이(14)가 상승되는 필요한 거리를 결정한다. 제어기(70)와 그 기능에 대해서는 이하에 상세히 설명되어 있다. 제어기(70)는 상승 실린더 조립체의 피스톤 아암(38)을 소정의 거리만큼 전진시켜서 2개의 다이 공동(22, 24)들을 합치도록 상승 실린더 조립체(36)를 지시한다.
상부 및 하부 다이(14, 12)가 도4에 도시된 바와 같이 정합한 후에, 인텐시파이어(56)는 튜브(20)의 내압을 고압으로 상승시킨다. 압력의 고압 범위는 튜브(20)의 재료 및 두께에 따른 압력 범위이다. 고압 범위는 성형 공동 리세스 내로 튜브를 팽창시키는 항복점 압력보다 크고, 다이와 밀봉 유닛이 변형되지 않도록 다이 및 밀봉 유닛의 항복점 압력보다는 작은 압력 범위이다. 간단히, 고압 범위는 공동을 형성하는 구석까지 튜브(20)를 팽창시키기에 충분해야 한다. 통상적으로, 압력 범위는 20.7과 68.9 ㎫(3000와 10000 psi ) 사이이다.
도4는 인텐시파이어(56)를 도시한다. 인텐시파이어는 공급판(62)과 연결된 피스톤 로드(60)를 구비한 가압 실린더를 갖는다. 튜브 내의 유체 압력을 증가시키기 위해, 인텐시파이어(56)는 공급판(62)을 이동시키는 피스톤 아암(60)을 연장시켜서 유체 공급 챔버(54)의 체적을 감소시킨다. 유체 공급 챔버(54)의 체적 감소는 튜브(20) 내의 성형 유체의 압력을 상승시킨다. 튜브 내의 높은 내부 압력은 튜브 벽을 성형 공동 리세스 내로 팽창시킨다. 고압이 달성되면, 인텐시파이어는 유체 공급 챔버(54) 체적의 압축을 중지한다.
일단 튜브(20)가 성형 공동을 채우면, 인텐시파이어(56)는 피스톤 아암(60)을 후퇴시켜서 성형 유체를 유체 공급 챔버(54)로 복귀시킨다. 성형 유체는 튜브(20)로부터 배수되고 밀봉 유닛(32)은 후퇴 위치로 후퇴된다. 상승 실린더 조립체(36)는 볼스터판(34)과 하부 다이(12)를 하부 위치로 하강시키고, 램 프레스(18)와 상부 다이(14)는 개방 위치로 이동한다. 최종 성형 튜브는 하부 다이 공동(22)으로부터 제거되고, 압력은 작업자에 의해 재시작된다. 당해 분야에 공지된 리프터(도시되지 않음)가 성형된 튜브를 하부 다이 공동(22)으로부터 성형된 튜브를 제거하도록 협동할 수 있다.
제어기(70)는 하이드로 튜브 성형 기계 프레스(30)의 작동을 제어한다. 도5는 양호한 실시예의 제어기(70)로의 입력 및 제어기(70)로부터의 출력을 도시하는 블럭 선도이다. 제어기(70)는 임의의 형태의 제어 회로 또는 마이크로 프로세서일 수 있다. 양호한 실시예에 있어서, 알렌 브레들리 캄파니의 SLC-5-03 프로세서는 프레스(30)의 하이드로포밍 공정을 제어하기 위한 알렌 브레들리 캄파니 1747계열 소프트웨어로 프로그램되어 있다.
제어기(70)는 주변 장치로부터 정보를 수용하는 다중 입력부를 갖는다. 가동 버튼(72)은 하이드로포밍 공정을 가동시키는 신호를 제공한다. 가동 버튼(72)은 단순한 손바닥 버튼이나 복잡한 작업자 인터페이스일 수 있다. 램 프레스 위치 센서(74)는 하부 다이(12)로 근접하는 접근 시에 램 프레스(18)의 위치를 표시하는 데이터를 제공한다. 양호한 실시예에 있어서, 램 프레스 위치 센서(74)는 NSD 캄파니에 의해 생산되는 앱소코더 VRE 시리즈 단일 선회 리졸버(resolver) #VRE-PO62FAC이다. 리졸버는 제어기(70)에 대한 램 프레스(18)의 각도 위치를 나타내는 신호를 제공하다. 제어기(70)는 각도 위치 데이터를 사용하여 하부 다이(12)로부터 상부 다이(14)가 분리되는 거리를 결정한다. 볼스터판 위치 센서(76)는 볼스터판(34)의 위치를 나타내는 데이터를 제공한다. 양호한 실시예에 있어서, 볼스터판 센서(76)는 NSD 캄파니에 의해 생산되는 앱소코더 VLS 시리즈 선형 리졸버 #VLS-256PW588이다. 양호한 실시예에 있어서, 2개의 볼스터판 센서(76)는 볼스터판(34)이 수평이되도록 볼스터판(34)의 대향하는 코너에 위치된다.
제어기로의 다른 입력부는 가압 실린더(58)에서의 유체 압력을 나타내는 데이터를 제공하는 인텐시파이어 압력 센서(78)와 튜브(20) 내에서의 유체 압력을 나타내는 데이터를 제공하는 성형 유체 압력 센서를 포함한다. 제어기(70)는 압력 센서 입력부(78, 80)로부터의 데이터를 이용하여 튜브(20) 내의 유체 압력을 제어한다. 상승 실린더 압력 센서(36)는 상승 실린더(36)에서의 유체 압력을 나타내는 데이터를 제공하고, 밀봉 실린더 압력 센서(84)는 밀봉 실린더(44) 내에서의 유체 압력을 나타내는 데이터를 제공한다. 제어기(70)는 압력 센서 입력부(82, 84)로부터의 데이터를 이용하여 후퇴 위치와 밀봉 위치 사이에서의 밀봉 유닛(32)의 작동을 제어하고 하강 위치와 상승 위치 사이에서의 하부 다이(12)의 작동을 제어한다. 양호한 실시예에 있어서, 압력 센서(78, 80, 82, 84)는 압력 변환기이다. 또한, 유동 스위치(86)는 성형 액체가 튜브(20) 내로 유동하는 것을 표시하는 데이터를 제어기(70)에 제공한다. 볼스터판 인접 스위치(88)는 볼스터판(34)이 하강 위치 또는 상승 위치에 있는지를 제어기(70)에 신호한다. 밀봉 유닛 인접 스위치(90)는 밀봉 유닛(32)이 후퇴 위치 또는 밀봉 위치에 있는지를 제어기(70)에 신호한다. 튜브 존재 인접 스위치(92)는 블랭크 튜브(20)가 하부 다이(12) 내에 존재하는지 또는 튜브(20)가 하부 다이(12) 내에 존재하지 않는지를 제어기(70)에 신호한다.
도5는 하이드로 튜브 성형 프레스의 작동을 제어하는 제어기로부터의 여러 출력부를 도시한다. 제어기(70)는 상부 다이를 폐쇄 인접 위치와 개방 위치 사이에서 이동시키도록 램 프레스(18)를 지시하는 램 프레스 제어부(94)에 신호를 제공한다. 제어기(70)는 또한 밀봉 유닛이 후퇴 위치 또는 밀봉 위치에 있도록 밀봉 신린더(44)의 유압 밸브를 제어하는 신호를 밀봉 밸브 솔레노이드(96)에 보낸다. 제어기(70)는 볼스터판(34)이 하강 위치 또는 상승 위치에 있도록 지시하는 상승 실린더(36)의 리프팅 밸브 솔레노이드(98)에 신호를 보낸다. 다른 출력부는 튜브(20) 내의 성형 유체 압력을 제어하도록 인텐시파이어 솔레노이드 밸브(100)를 신호한다.
도6a, 도6b 및 도6c는 프로그램된 제어기(70)를 작동시키는 양호한 실시예를 설명하는 흐름도이다. 프로그램은 단계(112)에서 시작되고, 제어기(70)는 가동 버튼(72)이 눌렸는지를 결정한다. 단계(112)에서 응답이 아니오이면, 제어기(70)는 단계(110)로 복귀한다. 단계(112)에서 응답이 예이면, 제어기는 단계(116)에서 램 프레스(18) 상의 상부 다이(114)를 폐쇄 인접 위치로 하강시키도록 램 프레스 제어부(94)를 지시한다. 단계(118)에서, 제어기(70)는 후퇴 위치로부터 밀봉 위치로 밀봉 유닛(32)을 이동시키도록 밀봉 밸브 솔레노이드를 작동시킨다. 단계(120)에서, 제어기(70)는 밀봉 유닛 인접 스위치(90)를 판독함으로써 밀봉 유닛이 밀봉 위치에 있는지를 결정한다. 단게(120)에서 응답이 아니오이면, 제어기는 단계(118)로 복귀하여 밀봉 위치로 밀봉 유닛(32)을 이동시킨다. 단계(120)에서 응답이 예이면, 제어기는 단계(122)에서 인텐시파이어 밸브 솔레노이드(100)에 신호를 보내서 성형 유체를 튜브(20)에 충전한다. 단계(123)에서, 제어기는 유동 스위치(86) 판독함으로써 성형 유체가 튜브(20) 내로 유동되는지를 결정한다. 단계(123)에서 응답이 아니오이면, 제어기는 단계(122)로 복귀한다. 단계(123)에서 응답이 예이면, 제어기(70)는 튜브(20) 내의 유체 압력을 높이도록 인텐시파이어 밸브 솔레노이드(100)에 추가의 신호를 보낸다. 단계(126)에서, 제어기(70)는 성형 유체 압력 센서(80)를 판독함으로써 용액 압력이 튜브(20) 내의 유체 압력이 저압 범위 내에 있는지를 결정한다. 단계(126)에서, 응답이 아니오이면 제어기는 단계(124)로 복귀한다. 단계(126)에서, 응답이 예이면 제어기(70)는 램 프레스 위치 센서(74)로부터 상부 다이 위치를 판독하고 하부 다이 위치 센서(76)로부터 하부 다이 위치를 판독한다. 상부 및 하부 다이 위치를 이용하여 제어기(70)는 단계(128)에서 하부 다이와 상부 다이(12, 14)가 결합되기 위해 하부 다이가 상승되어야 하는 거리를 계산한다. 단계(130)에서, 제어기는 리프팅 밸브 솔레노이드(98)가 계산한 거리만큼 하부 다이(12)를 상승시키도록 명령한다. 단계(132)에서, 제어기(70)는 볼스터판 인접 스위치(88)를 판독함으로써 하부 다이(12)가 상승 위치에 있는지 여부를 결정한다. 단계(132)에서 응답이 아니오이면, 제어기는 단계(130)로 복귀된다. 단계(132)에서 응답이 예이면, 제어기는 단계(134)에서 강화 밸브 솔레노이드(100)에 유체 압력을 증가시키도록 신호를 보낸다. 단계(136)에서, 제어기(70)는 성형 유체 압력 센서(80)를 판독함으로써 튜브(20) 내의 유체 압력이 고압 범위에 있는지 여부를 결정한다. 단계(136)에서 응답이 아니오이면, 제어기는 단계(134)로 복귀된다. 단계(136)에서 응답이 예이면, 제어기는 단계(138)에서 강화 밸브 솔레노이드(100)에 신호를 보내 유체 압력의 증가를 정지시킨다.
튜브(20)가 성형 공동 내에서 팽창될 수 있도록 설정된 시간 간격(양호한 시간 간격의 한 실시예는 1초임) 후에, 제어기는 단계(140)에서 강화 밸브 솔레노이드(100)에 신호를 보내 유체가 튜브로부터 배수되도록 명령한다. 단계(14)에서, 제어기(70)는 밀봉 유닛이 후퇴 위치로 후퇴되도록 밀봉 밸브 솔레노이드(96)를 지시한다. 단계(144)에서, 제어기(70)는 스위치(90) 인접 밀봉 유닛을 검사하여 밀봉 유닛(32)이 후퇴 위치에 있는지 여부를 결정한다. 단계(144)에서 응답이 아니오이면, 제어기는 단계(142)로 복귀된다. 단계(144)에서 응답이 예이면, 제어기(70)는 단계(146)에서 하부 다이(12)가 하부 위치로 하강하도록 리프팅 밸브 솔레노이드(98)를 지시한다. 단계(148)에서, 제어기는 스위치(88) 인접 볼스터를 검사하여 하부 다이(12)가 하부 위치에 있는지 여부를 결정한다. 단계(148)에서 응답이 아니오이면, 제어기(70)는 단계(146)로 복귀된다. 단계(148)에서 응답이 예이면, 제어기는 단계(150)에서 상부 다이(14)를 상승시키도록 램 압력 제어기(94)에 신호를 보낸다. 단계(152)에서, 제어기(70)는 가동 버튼이 눌러지도록 대기하는 프로그램을 재시작한다.
본 발명의 특정 실시예를 설명 및 도시하였지만, 본 발명은 본 명세서에 기재된 특정 구성 및 형상으로 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나지 않고도 전술된 설명으로부터 다양한 수정예, 변형예 및 변경예들이 제조될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (33)

  1. 대향 단부들을 구비한 블랭크 튜브로부터 복잡한 형상의 프레임 부재를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 블랭크 튜브를 하부 다이 내의 제1 공동 내에 배치하는 단계와,
    상기 제1 공동과 정렬된 제2 공동을 갖는 상부 다이를 개방 위치로부터 상기 하부 다이에 대한 폐쇄 인접 위치로 하강시키는 단계와,
    상기 블랭크 튜브의 상기 대향 단부들을 밀봉하는 단계와,
    상기 밀봉된 튜브 내로 성형 유체를 도입하는 단계와,
    상기 하부 다이와 상부 다이가 결합될 때의 튜브 붕괴 지점보다 높고 상기 튜브의 항복점보다 낮은 압력 사이의 범위 내의 압력으로 상기 블랭크 튜브 내의 상기 성형 유체를 가압하는 단계와,
    상기 하부 다이로부터 상기 상부 다이를 분리하는 거리를 결정하는 단계와,
    상기 제1 다이와 상기 제2 다이가 정합하면서 제2 공동과 제1 공동이 성형 공동으로 결합되도록 상기 하부 다이를 상기 결정된 거리만큼 상승시키는 단계와,
    상기 성형 공동의 형상과 일치하는 형상이 되도록 상기 튜브를 팽창시키는 압력으로 상기 밀봉된 튜브 내의 상기 성형 유체를 가압하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 튜브를 팽창시키는 압력은 상기 튜브의 항복점보다 높고 상기 상부 다이 및 상기 하부 다이가 분리되는 압력보다 낮은 압력 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 튜브를 팽창시키는 압력은 20.7 내지 68.9 MPa(3,000 내지 10,000 psi)의 압력 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하부 다이와 상기 상부 다이가 정합할 때 튜브 붕괴점의 압력보다 높고 튜브 항복점의 압력보다 낮은 범위 내의 압력은 2.1 내지 8.3 MPa(300 내지 1200 psi)의 압력 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폐쇄 인접 위치는 상기 하부 다이를 상기 상부 다이로부터 분리하는 약 1.27 cm(0.5 인치)인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폐쇄 인접 위치는 상기 상부 다이 공동이 상기 튜브에 접촉하지 않도록 배치된 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 대향 단부들을 구비한 블랭크 튜브로부터 복잡한 형상의 프레임 부재를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 블랭크 튜브를 하부 다이 내의 제1 공동 내에 배치하는 단계와,
    상기 제1 공동과 정렬된 제2 공동을 갖는 상부 다이를 개방 위치로부터 상기 하부 다이에 대한 폐쇄 인접 위치로 하강시키는 단계와,
    상기 블랭크 튜브의 상기 대향 단부들을 밀봉하는 단계와,
    상기 상부 다이와 하부 다이가 정합하면서 제2 공동과 제1 공동이 성형 공동으로 결합되도록 상기 하부 다이를 상승시키는 단계와,
    성형 유체를 상기 튜브로 연통시키는 단계와,
    상기 성형 공동의 형상과 일치하는 형상이 되도록 상기 튜브를 팽창시키는 압력으로 상기 밀봉 튜브 내의 성형 유체를 가압하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 튜브를 팽창시키는 압력은 상기 튜브의 항복점보다 높고 상부 다이와 하부 다이가 분리되는 압력보다 낮은 압력 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 튜브를 팽창시키는 압력은 20.7 내지 68.9 MPa(3,000 내지 10,000 psi)의 압력 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 폐쇄 인접 위치는 상기 하부 다이를 상기 상부 다이로부터 분리하는 약 1.27 cm(0.5 인치)인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 폐쇄 인접 위치는 상기 상부 다이 공동이 상기 튜브에 접촉하지 않도록 된 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 대향 단부들을 구비한 블랭크 튜브로부터 복잡한 형상의 프레임 부재를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 블랭크 튜브를 하부 다이 내의 제1 공동 내에 배치하는 단계와,
    상기 제1 공동과 정렬된 제2 공동을 갖는 상부 다이를 개방 위치로부터 상기 하부 다이에 대한 폐쇄 인접 위치로 하강시키는 단계와,
    상기 블랭크 튜브의 상기 대향 단부들을 밀봉하는 단계와,
    성형 유체를 상기 밀봉된 튜브 내로 연통시키는 단계와,
    상기 상부 다이를 상기 하부 다이로부터 분리하는 거리를 결정하는 단계와,
    상기 상부 다이와 하부 다이가 인접하여 접촉하면서 제2 공동과 상기 제1 공동이 성형 공동으로 결합되도록 상기 하부 다이를 상기 측정된 거리만큼 상승시키는 단계와,
    상기 성형 공동의 형상과 일치하는 형상이 되도록 상기 튜브를 팽창시키는 고압 수준으로 상기 밀봉된 튜브 내의 성형 유체를 가압하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 튜브를 팽창시키는 압력은 튜브의 항복점보다 높고 상부 다이와 하부 다이를 분리시키는 압력보다 낮은 압력 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 튜브를 팽창시키는 압력은 약 20.7 내지 68.9 ㎫(3,000 내지 10,000 psi)의 압력 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 폐쇄 인접 위치는 하부 다이를 상부 다이로부터 분리시키는 약 1.27 ㎝(0.5 inch)인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제12항에 있어서, 폐쇄 인접 위치는 상부 다이 공동이 튜브와 접촉되지 않도록 된 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 대향 단부들을 갖는 블랭크 튜브로부터 복잡한 형상의 프레임 부재를 형성하는 장치에 있어서,
    하강 위치와 상승 위치 사이에서 이동 가능하고 블랭크 튜브를 수용할 수 있는 제1 공동을 갖는 하부 다이와,
    개방 위치와 하부 다이에 대한 폐쇄 인접 위치 사이에서 이동 가능하고, 제1 공동과 정렬되는 제2 공동을 갖는 상부 다이와,
    후퇴 위치와 밀봉 위치 사이에서 이동 가능하며, 후퇴 위치에서는 튜브의 대향 단부들로부터 이격되어 위치되고, 밀봉 위치에서는 튜브의 대향 단부들과 밀봉 가능하게 결합되는 한 쌍의 밀봉 유닛과,
    성형 유체를 튜브 내로 연통시키는 유체 분배 수단과,
    하강 위치의 하부 다이에 대하여 상부 다이를 폐쇄 인접 위치로 분리시키는 거리를 결정하는 위치 결정 수단과,
    상부 다이가 하부 다이에 대한 폐쇄 인접 위치에 있고 하부 다이가 상승 위치에 있을 때, 하부 다이를 하강 위치로부터 상승 위치로 상기 결정된 거리만큼 상승시키는 하부 다이 상승 수단과,
    성형 공동의 형상과 일치하는 형상이 되도록 튜브를 팽창시키기 위해 튜브 내의 성형 유체를 가압하는 유체 제어 수단을 포함하며,
    제1 다이와 제2 다이가 정합하여 제1 공동 및 제2 공동이 성형 공동으로 결합되는
    것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 튜브를 팽창시키는 압력은 튜브의 항복점보다 높고 상부 다이와 하부 다이가 분리되는 압력보다 낮은 압력 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서, 튜브를 팽창시키는 압력은 약 20.7 내지 68.9 ㎫(3,000 내지 10,000 psi)의 압력 범위에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제17항에 있어서, 하부 다이 상승 수단은 하부 다이를 하강 위치와 상승 위치 사이에서 이동시키도록 된 적어도 하나의 유압 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제17항에 있어서, 하부 다이 상승 수단은 볼스터판을 추가로 포함하며, 하부 다이는 유압 실린더가 연결된 볼스터판 상에 장착되며, 유압 실린더는 볼스터판을 이동시켜서 하부 다이를 하강 위치와 상승 위치 사이에서 이동시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제17항에 있어서, 위치 결정 수단은 상부 다이 위치 센서 및 제어 회로를 포함하며, 상부 다이 위치 센서는 상부 다이 위치 신호를 제어 회로로 전송하고, 제어 회로는 상부 다이 위치 신호를 분석하여 상승되어야 하는 거리를 결정하고 하부 다이 상승 수단에 지시하여 하부 다이를 하강 위치로부터 상승 위치로 결정된 거리만큼 상승시키도록 된 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 위치 결정 수단은 하부 다이 위치 센서를 추가로 포함하며, 하부 다이 위치 센서는 하부 다이 위치 신호를 제어 회로로 전송하고, 제어 회로는 하부 다이 위치 신호를 분석하여 상승되어야 하는 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제17항에 있어서, 상부 다이가 하부 다이에 대한 폐쇄 인접 위치에 있고 밀봉 유닛이 밀봉 위치에 있고 하부 다이가 하강 위치에 있을 때, 유체 제어 수단은 튜브 내의 성형 유체를 하부 다이 및 상부 다이가 결합될 때의 튜브 붕괴점의 압력보다 높고 튜브의 항복점의 압력보다 낮은 범위 내의 압력으로 가압하며, 상부 다이가 폐쇄 인접 위치에 있고 밀봉 유닛이 밀봉 위치에 있고 하부 다이가 상승 위치에 있을 때 성형 공동의 형상과 일치되는 형상이 되도록 튜브를 팽창시키기 위해 튜브 내의 성형 유체를 튜브의 항복점의 압력보다 높고 상부 다이 및 하부 다이의 항복점의 압력보다 낮은 압력 범위로 가압하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 블랭크 튜브를 수용할 수 있는 제1 공동을 갖는 하부 다이와, 램 프레스와, 램 프레스 상에 장착되고 개방 위치와 하부 다이에 대한 폐쇄 인접 위치 사이에서 이동 가능하고 제1 공동과 정렬되는 제2 공동을 갖는 상부 다이를 포함하는, 대향 단부들을 구비한 블랭크 튜브를 성형하는 기계 프레스에 있어서,
    후퇴 위치와 밀봉 위치 사이에서 이동 가능하고, 후퇴 위치에서는 튜브의 단부들로부터 이격되어 위치되고, 밀봉 위치에서는 튜브의 단부들과 밀봉 가능하게 결합되는 한 쌍의 밀봉 유닛과,
    성형 유체를 튜브 내로 연통시키는 유체 분배 수단과,
    개방 위치의 상부 다이를 하부 다이로부터 분리시키는 거리를 결정하는 위치 결정 수단과,
    제1 공동과 제2 공동이 성형 공동으로 결합되도록 하부 다이를 상기 결정된 거리만큼 상승시킬 수 있는 하부 다이 상승 수단과,
    성형 공동의 형상과 일치되는 형상이 되도록 튜브를 팽창시키기 위해 튜브 내의 유체를 가압하는 유체 제어 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 프레스.
  26. 제25항에 있어서, 튜브를 팽창시키는 압력은 튜브의 항복점의 압력보다 높고 상부 다이와 하부 다이가 분리되는 압력보다 낮은 압력 범위에 있는 것을 특징으로 하는 기계 프레스.
  27. 제25항에 있어서, 튜브를 팽창시키는 압력은 약 20.7 내지 68.9 ㎫(3,000 내지 10,000 psi)의 압력 범위에 있는 것을 특징으로 하는 기계 프레스.
  28. 제25항에 있어서, 상부 다이 공동이 상기 폐쇄 인접 위치에서 상기 튜브와 접촉하지 못하게 하는 상기 상부 다이에 대한 조정부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 프레스.
  29. 제25항에 있어서, 하부 다이 상승 수단은 하부 다이가 상부 다이로부터 이격 위치되는 하강 위치와 하부 다이가 상부 다이와 결합되는 상승 위치 사이에서 하부다이를 이동시키도록 된 적어도 하나의 유압 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 프레스.
  30. 제29항에 있어서, 하부 다이 상승 수단은 볼스터판를 추가로 포함하며, 하부 다이는 볼스터판 상에 장착되고 유압 실린더는 상기 볼스터판에 연결된 피스톤 로드를 가지며, 유압 실린더는 볼스터판을 이동시켜서 하부 다이를 하강 위치 및 상승 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 기계 프레스.
  31. 제25항에 있어서, 위치 결정 수단은 상부 다이 위치 센서와 제어 회로를 포함하며, 상부 다이 위치 센서는 상부 다이 위치 신호를 제어 회로로 전송하고, 제어 회로는 상부 다이 위치 신호를 분석하여 상승되어야 하는 거리를 결정하고 하부 다이 상승 수단에 지시하여 하부 다이를 하강 위치로부터 상승 위치로 결정된 거리만큼 상승시키도록 된 것을 특징으로 하는 기계 프레스.
  32. 제25항에 있어서, 위치 결정 수단은 하부 다이 위치 센서를 추가로 포함하며, 하부 다이 위치 센서는 하부 다이 위치 신호를 제어 회로로 전송하고, 제어 회로는 하부 다이 위치 신호를 분석하여 상승되어야 하는 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제25항에 있어서, 상부 다이가 폐쇄 인접 위치에 있고 밀봉 유닛이 밀봉 위치에 있고 하부 다이가 하강 위치에 있을 때, 유체 제어 수단은 튜브 내의 유체를 하부 다이 및 상부 다이가 결합될 때의 튜브 붕괴점의 압력보다 높고 튜브의 항복점의 압력보다 낮은 범위 내에 있는 압력으로 가압하며, 상부 다이가 폐쇄 인접 위치에 있고 밀봉 유닛이 밀봉 위치에 있고 하부 다이가 상승 위치에 있을 때 성형 공동의 형상과 일치되는 형상이 되도록 튜브를 팽창시키기 위해 튜브 내의 유체를 튜브의 항복점의 압력보다 높고 상부 다이 및 하부 다이의 항복점의 압력보다 낮은 압력 범위로 가압하는 것을 특징으로 하는 기계 프레스.
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