KR20010071007A - 유압 튜브 성형 다이 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내부를 갖는 블랭크 튜브로부터 튜브형 피팅을 성형하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 상기 블랭크 튜브를 수용할 수 있는 제1 공동을 가진다. 좌측 다이 판은 제1 공동과 정렬된 제2 공동을 가진다. 우측 다이 판은 제1 안내 포스트를 갖고 좌측 다이 판은 제2 안내 포스트를 가진다. 제1 고동은 성형 공동를 형성하도록 제2 공동과 정렬된다. 하부 다이 판은 우측 다이 판과 좌측 다이 판을 지지할 수 있다. 하부 다이 판은 유체 라인을 수용할 수 있는 포트를 포함한다. 상부 다이 판은 제1 위치와 제2 위치 사이에 이동 가능하다. 상부 다이 판은 제1 및 제2 안내 포스트를 수용하고 상부 다이 판을 우측 다이 판 및 좌측 다이 판과 정렬시키기 위한 안내 구멍을 가진다. 장치는 유체 라인을 통해 블랭크 튜브의 내부로 유체를 연통시키기 위한 공급 수단을 추가로 포함한다. 블랭크 튜브 내 유체에 압력을 가함으로써 튜브가 성형 공동과 일치되도록 튜브를 확장시키기 위해 플런저가 사용된다.

Description

유압 튜브 성형 다이 및 그 제조 방법 {HYDRO COMPRESSION TUBE FORMING DIE AND METHOD FOR MAKING SAME}

산업은 단일편 튜브 형태로 성형되는 표준 블랭크 튜브를 필요로 한다. 맨드릴(mandrel)을 구비하거나 또는 구비하지 않고, 튜브 블랭크를 굽히고, 인장시키고, 압축시키고, 반경 방향으로 확장시키는 통상적인 작업은 공지되어 있다. 몇몇 재료 및 합금은 유압 성형 공정에 의해 복잡한 튜브형 형상으로 성형된다. 유압 성형공정은 소정의 튜브형 형상을 성형하기 위해 몇몇 단계를 필요로한다. 예를 들어, 명세서에서 전체적으로 참조된 1997년 5월 15일자로 출원되고, 본 출원인에게 양도된 미국 특허 출원 번호 제08/856,511호를 참조할 수 있다. 통상적으로, 튜브 또는 작업편은 튜브의 소정의 완성 형태를 한정하는 공동을 갖는 한 쌍의 다이들 사이에 위치된다. 다이들은 합체되고, 작업편의 단부들은 한 쌍의 밀봉 유닛에 의해 밀봉된다. 작업편은 유체로 충전되어 압력이 가해진다. 작업편 내 유체에 압력을 가함으로써 작업편이 공동 형태에 일치하도록 확장된다. 유체는 작업편으로부터 방출되고, 작업편을 해제하도록 밀봉 유닛은 제거된다. 이런 공정이 갖는 주 문제점은 유압 성형 프레스가 상당히 비싸다는 것이다. 단동식 유압 성형 프레스는 대략 3백만 달라에 달할 수 있다.

기계식 또는 유압식 프레스가 광범위하게 사용되고 수년간 많은 작업장에서 가동된 이래로, 상기 유압 성형 작업을 수행하기 위한 프레스들을 변형하는 것이 시도되었다. 기계식 또는 유압식 프레스에서 유압 성형 작업을 실행하기 위한 종래의 시도가 갖는 문제점은 유압 성형 작업을 하기 위해 일련의 추가적인 설비들이 필요하다는 점이다. 이런 설비는 예를 들어 외부 워터(water) 유닛, 외부 장치와 추가적인 피팅, 호스(hose) 및 밸브를 포함할 수 있다. 이는 비용을 증가시키고, 유압 성형 작업의 신뢰성을 저하시킨다.

본 발명은 유압 성형 작업을 실행하기 위해 요구되는 몇몇 추가적인 설비를 제거하기 위한 것이다.

본 특허 출원은 1998년 7월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제60/093,612호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로는 냉간 성형 튜브형 제품에 관한 것이고, 특히, 블랭크 튜브로부터 튜브형 피팅(fitting)을 유압 성형(hydroforming)하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

분 발명의 상기 및 다른 장점이 도면을 참조로 이하의 상세한 설명으로부터 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이의 측면도이다.

도2는 본 발명의 상부 다이 판의 일 실시예의 평면도이다.

도3은 본 발명의 좌측 및 우측 다이 판의 일 실시예의 평면도이다.

도4는 본 발명의 하부 다이 판의 일 실시예의 평면도이다.

도5는 도3의 선 A-A를 따른 우측 다이 판의 단면도이다.

본 발명은 다양한 변형들과 선택적인 형태들을 고려하였지만, 특정 실시예가 본원에서 도면에 예시적으로 도시되었고 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 기술된 특정 형태에 한정되도록 의도되지 않는 것을 알 수 있다. 오히려, 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위에서 한정된 본 발명의 기술 사상 및 범주를벗어나지 않는 모든 변형, 균등물 및 다른 실시예를 포함한다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 내부를 갖는 블랭크 튜브로부터 튜브형 피팅을 성형하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 우측 다이 판, 좌측 다이 판, 하부 다이 판 및 상부 다이 판을 포함한다. 우측 다이 판은 블랭크 튜브를 수용할 수 있는 제1 공동을 가진다. 좌측 다이 판은 제1 공동과 정렬된 제2 공동을 가진다. 우측 다이 판은 제1 안내 포스트를 갖고, 좌측 다이 판은 제2 안내 포스트를 가진다. 제1 공동은 제2 공동에 연결되어 성형 공동을 형성한다. 하부 다이 판은 우측 다이 판 및 좌측 다이 판을 지지할 수 있다. 하부 다이 판은 유체 라인을 수용할 수 있는 포트를 포함한다. 상부 다이 판은 제1 위치와 제2 위치 사이에 이동할 수 있다. 상기 다이 판은 제1 및 제2 안내 포스트를 수용하고 상부 다이 판을 우측 다이 판 및 좌측 다이 판과 정렬시키기 위한 안내 구멍을 가진다. 또한, 장치는 유체 라인을 통해 블랭크 튜브의 내부로의 연통을 위한 공급 방출 수단을 포함한다. 플런저는 튜브의 형태가 성형 공동에 일치하도록 튜브를 확장시키기 위해 블랭크 내 유체에 압력을 가하도록 사용된다.

본 발명에서, 유압프레스는 유압 성형 장치로서 작동한다. 유압 성형 장치는 블랭크 튜브로부터 튜브형 피팅을 제조한다. 일 실시예에서, 유압 압축 튜브 성형 다이 장치는 유압 프레스 내에서 사용된다. 유압 프레스는 램 프레스를 포함한다. 유압 프레스는 통상의 튜브 형태로 블랭크 튜브를 성형하는 유압 성형 공정을 실행한다. 유압 성형 공정은 우측 및 좌측의 합체된 다이 판들 사이에 성형 공동 내에 포함되는 블랭크 튜브를 필요로 한다. 블랭크 튜브는 유체로 충전된다. 플런저는 수축 위치에서 시작된다. 플런저는 도시된 깊이까지 튜브의 내부로 하강되어, 유체에 압력을 가해서 성형 공동의 리세스 내로 블랭크 튜브를 확장시킨다. 이로써, 튜브형 피팅은 성형되어, 성형 공동에 일치되는 형태를 가진다.

도1에 도시된 바와 같이, 상기 공정에서 사용된 유압 성형 장치는, 우측 다이 판(16, 도3 참조)과 좌측 다이 판(18)과 하부 다이 판(12)과 상부 다이 판(14)을 갖는 다이(10)를 포함한다. 상부 다이 판(14)은 램 프레스에 장착된다. 하부 다이 판(12)은 볼트 구멍(50, 도4 참조)을 통해 고정 다이 베드에 장착된다.

도5를 참조하면, 튜브형 피팅은 우측 다이 판(16) 내의 제1 공동(22) 내에 포함된 튜브 위치 설정기(24) 상에 개방 단부를 위로하여 블랭크 튜브를 위치시킴으로써 성형된다. 좌측 다이 판(18)은 제2 공동을 포함한다. 제1 공동(22)은 성형 공동(26)을 성형하도록 제2 공동과 정렬된다. 성형 공동(26)은 성형된 튜브의 소정의 단면 형태를 나타낸다.

하부 다이 판(12)은 우측 및 좌측 다이 판(16, 18)을 지지한다. 유압 성형 공정이 시작될 때, 상부 다이 판(14)은 우측 및 좌측 다이 판(16, 18)의 정점(28)으로부터 멀리 배치된 제1 위치에 위치된다. 그 다음, 램 프레스는 도5에 도시된 바와 같이 상부 다이 판(14)을 제1 위치로부터 정점(28)에 인접하는 제2 위치로 이동시킨다. 램 프레스는, 예를 들어 유압 실린더 조립체 및 모터와 스크루 조합과 같은 제1 이동 수단에 의해 상부 다이 판(14)을 이동시킨다. 도3에 도시된 바와 같이, 우측 다이 판(16)은 제1 안내 포스트(34)를 포함하고, 좌측 다이 판(18)은 제2 안내 포스트(36)를 포함한다. 도2에 도시된 바와 같이, 상부 다이 판(14)은, 제1 안내 포스트(34) 및 제2 안내 포스트(36)를 수용하고 상부판(14)을 우측 및 좌측 다이 판(16, 18)과 정렬시키기 위한 대응하는 제1 및 제2 안내 구멍(38, 40)을 가진다. 상부 다이 판(14)의 하강은 우측 및 좌측 다이 판(16, 18)을 밀봉 위치로 압착시킨다.

도5에 따르면, 우측 다이 판(16)은, 유체를 수용하고 배출할 수 있는 도관(25)을 내부에 갖는 튜브 위치 설정기(24)를 포함한다. 또한, 도4에 도시된 바와 같이 하부 다이 판(12)은 예를 들어 유체 라인, 압력 게이지 등과 같은 인접한 부재를 수납할 수 있는 포트(42)에 연결된 도관(25)을 포함한다. 도5에 도시된 바와 같이, 예를 들어 유압 펌프와 같은 유체 방출 수단은 도관(25)을 통해 성형 공동(26) 내에 위치된 블랭크 튜브의 내부로 유체를 공급한다. 도관(25)은 유체를 공급하는 유체 라인과 연통된다. 플런저(32)는 블랭크 튜브 내의 유체에 압력을 가하도록 사용된다. 가압된 유체는 유체가 성형 공동(26)에 일치되어 튜브형 피팅을 성형하도록 튜브를 확장시킨다.

도5에 도시된 깊이까지 튜브의 내부로 플런저(32)를 하강시킴으로써 튜브 내 유체의 압력은 증가된다. 램 프레스는, 유체가 충전된 튜브 내로 플런저(32)를 하강시켜 튜브 내 압력을 상승시키기 위한 제2 이동 수단을 포함한다. 이런 이동 수단은 예를 들어 유압 실린더 조립체, 모터 및 스크루 조합을 포함할 수 있다.

튜브 내에 발생된 압력은 성형 공동(26)의 리세스를 충전시키도록 튜브를 확장시킬 정도로 충분히 높다. 상기 압력은 블랭크 튜브의 재료 및 튜브 내로 플런저가 삽입되는 거리(D)에 따른다. 압력은 성형 공동의 리세스 내로 튜브를 확장시킬 수 있는 항복점 압력보다 크고, 다이 판의 항복점 압력보다 작다. 통상의 작동에서 압력은 68.9MPa(10,000Psi)보다 클 수 있다. 예를 들어, 압력은 판이 분리되지 않는 한도에서 689MPa(100,000Psi)보다 높을 수 있다. 통상의 압력 범위는 344.5Mpa(50,000psi)와 689MPa(100,000psi) 사이에 놓인다.

튜브 내 유체의 압력을 증가시킴으로써, 튜브는 성형 공동(26)의 리세스 내로 확장된다. 튜브가 확장된 후, 유체 상의 압력은, 플런저(32)를 후퇴시켜 튜브 위치 설정기(24) 내 도관(25)을 통해 성형된 튜브로부터 유체를 방출시킴으로써, 감소된다. 그 다음, 상부 다이 판(14)은 성형된 튜브가 우측 및 좌측 다이 판(16, 18)으로부터 제거되는 것을 허용하도록 상승된다. 성형된 튜브는 리프터를 이용하여 제거될 수 있다.

본 발명의 특정 실시예 및 용도가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 본원에 개시된 특정 구성 및 구조에 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구 범위에 기재된 바와 같이 본 발명의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변형, 변경 및 다양성이 전술된 설명으로부터 명백하다는 것을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 내부를 갖는 블랭크 튜브로부터 튜브형 피팅을 성형하기 위한 장치에 있어서,

   상기 블랭크 튜브를 수용할 수 있는 제1 공동 및 제1 안내 포스트를 갖는 우측 다이 판과,

   제1 공동과 정렬된 제2 공동 및 제2 안내 포스트를 갖고, 상기 제1 공동과 상기 제2 공동이 성형 공동을 성형하도록 결합되는 구성을 갖는 좌측 다이 판과,

   상기 우측 다이 판 및 상기 좌측 다이판을 지지할 수 있으며 유체 라인을 수용할 수 있는 포트를 갖는 하부 다이 판과,

   상기 제1 및 제2 안내 포스트를 수용하고 상기 상부 다이 판과 상기 우측 다이 판 및 상기 좌측 다이 판을 정렬시키기 위한 제1 및 제2 안내 구멍을 가지며 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능한 상부 다이 판과,

   상기 유체 라인을 통해 상기 블랭크 튜브의 내부로 유체를 연통시키기 위한 유체 공급 수단과,

   상기 블랭크 튜브의 상기 내부에 배치되어 상기 블랭크 튜브 내 유체에 압력을 가함으로써 튜브가 상기 성형 공동과 일치되도록 상기 튜브를 확장시키는 플런저를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유체 방출 수단은 유압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 내부를 갖는 블랭크 튜브로부터 튜브형 피팅을 성형하기 위한 방법에 있어서,

   제1 공동 및 제1 안내 포스트를 갖는 우측 다이 판을 제공하는 단계와,

   상기 제1 공동 내 상기 블랭크 튜브를 위치 설정하는 단계와,

   제2 공동 및 제2 안내 포스트를 갖는 좌측 다이 판을 제공하는 단계와,

   성형 공동이 완성되도록 상기 제2 공동을 상기 제1 공동에 정렬시키는 단계와,

   도관을 갖는 하부 다이판을 구비한 상기 좌측 다이 판 및 상기 우측 다이 판을 지지하는 단계와,

   제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능하며 제1 및 제2 안내 구멍을 갖는 상부 다이 판을 제공하는 단계와,

   상기 제1 및 제2 안내 포스트를 상기 제1 및 제2 안내 구멍에 각각 정렬시키는 단계와,

   상기 상부 다이 판을 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 단계와,

   상기 도관을 통해 상기 블랭크 튜브의 내부로 유체를 제공하는 단계와,

   플런저를 상기 블랭크 튜브의 내부로 이동시켜 상기 유체의 압력을 증가시키며, 상기 성형 공동과 일치되도록 상기 튜브를 확장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.