KR20030087623A - 중공 공작물을 변형시키기 위한 방법 및 성형기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 개방 끝부를 가진 중공 공작물을 변형시키기 위한 방법 및 성형기(1)에 관한 것으로서, 공작물은 클램핑 장치에 클램핑되고, 공작물(3)의 표면에는 적어도 하나의 성형 공구가 접촉하여 위치하고, 공작물(3) 및 이 성형 공구는 서로에 대하여 축을 중심으로 하여 회전되고, 공작물(3)은 성형 공구에 의해 변형된다. 변형 작업의 적어도 부분 동안, 공작물의 변형된 부분 또는 변형될 부분의 회전 진동수와 대체로 동일한 진동수 또는 수배의 진동수로, 성형 공구는 전후 이동된다.

Description

중공 공작물을 변형시키기 위한 방법 및 성형기{METHOD AND FORMING MACHINE FOR DEFORMING A HOLLOW WORKPIECE}

그와 같은 방법 및 성형기는, 예를 들면, 유럽특허출원 EP 0 916 428호를 통해서 공지되어 있다. 상기 특허 출원은 다수의 롤러를 포함하는 성형 헤드를 포함하는 성형기를 개시하고 있고, 이 성형 헤드에 의해 원통형 금속제 요소의 일방의 끝부의 직경이 감소되고, 게다가 상기 끝부는 임의의 각도를 통해서 절곡된다.

이 때문에, 금속제 실린더는 클램핑되고 성형 헤드는 회전축을 중심으로 하여 회전되고, 그 후에, 금속제 실린더의 외부에 대하여 (상기 회전축에 대하여) 반경 방향으로 롤러를 가압하고 롤러를 다수의 사이클에 있어서 상기 외부측을 따라 이동시키는 한편 각 사이클에 있어서 회전축 및 롤러 사이의 반경 방향 거리를 감소시킴으로써, 상기 끝부는 변형되고, 그 결과 직경이 감소된다. 회전축은 금속제 실린더의 중심축에 대하여 임의의 각도로 뻗어 있기 때문에, 실린더의 끝부는 롤러의 반경 방향으로의 이동의 결과로서 감소될 뿐만 아니라, 게다가 상기 끝부는 임의의 각도에 더욱이 위치된다. 상기의 사이클의 사용으로 인해, 공작물은 단계적으로 최종 제품의 형상을 띠게 된다.

EP 0 916 426호는 유사한 방법 및 성형기를 개시하고 있고, 여기에서는 회전축이 금속제 실린더의 중심축으로부터 편심되어 오프셋되어 있다. 이러한 방식에 있어서, 변형된 부분의 중심축이 금속제 실린더의 변형되지 않은 부분의 중심축으로부터 마찬가지로 오프셋되어 있는 제품이 얻어진다.

본 방법 및 장치는, 예를 들면, 자동차와 같은 차량의 배기 시스템의 부분을 형성하는 촉매 컨버터의 하우징의 제작에 사용될 수 있다. 차량의 배기 시스템의 부분을 형성하는 그와 같은 촉매 컨버터의 직경은, 차량의 배기 시스템의 파이프의 직경보다 크고, 촉매 컨버터는, 엔진이 시동된 후에 가능한 한 빨리 그 작업 온도에 도달하기 위해서, 그리고 가능한 한 잘 그 온도를 유지하기 위해서, 엔진 블록에 가까이 위치되는 것이 바람직하다. 이것의 제 1 결과는, 배기 시스템의 나머지 부분과의 적절한 연결을 달성하기 위해서 촉매 컨버터 하우징의 양측 상의 연결부의 직경이 감소되어야 하는 한편, 더욱이 엔진 블록에 대하여 최적으로 그들을 위치시킬 수 있게 하기 위해서 복잡한 형상을 가질 필요가 종종 있다는 것이다.

적어도 하나의 변형된 끝부를 가진 공작물을 제조하기 위한 상기의 공지의 방법 및 성형기는 원형 작업만을 허용하는데, 설계자가 필요로 하는 형태는 더욱더 복잡하다는 것을 고려할 때, 이것은 적합하지 않다.

본 발명은 적어도 하나의 개방 끝부를 가진 중공 공작물을 변형시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 공작물은 클램핑 장치에 클램핑되고, 공작물의 벽에는 적어도 하나의 성형 공구가 접촉하여 위치하고, 공작물 및 상기 성형 공구는 서로에 대하여 축을 중심으로 하여 회전되고 공작물은 성형 공구에 의해 변형된다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 개방 끝부를 가진 중공 공작물을 변형시키기 위한 청구항 9의 전제부에 따른 성형기, 및 차량용 촉매 컨버터 유닛에 관한 것이다.

도 1은, 2개의 공구 및 회전식 척을 포함하는, 본 발명에 따른 제 1 성형기의 개략 평면도.

도 2a-도 3c는, 도 1에 따른 성형기로 수행되는 본 발명에 따른 방법의 수개의 처리 단계의 측면도.

도 4는 촉매 컨버터의 처리 단계의 부분 단면 평면도.

도 5는 완성된 촉매 컨버터 유닛의 단면도.

도 6은, 3개의 공구 및 회전식 척을 포함하는, 본 발명에 따른 제 2 성형기의 개략 평면도.

도 7a-도 7c는, 도 6에 따른 성형기로 수행되는 본 발명에 따른 방법의 수개의 처리 단계의 측면도.

본 발명의 목적은 형태에 관하여 설계의 자유성을 향상시키는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 제 1 항에 개시되어 있는 방법은, 축을 중심으로 하여 공작물의 변형된 부분 또는 변형될 부분의 회전 진동수와 대체로 동일한 진동수 또는 수배의 진동수로, 변형 작업의 적어도 부분 동안 축에 대하여, 바람직하게는 반경 방향으로 그리고 대체로 병진운동 방식으로, 공구가 전후 이동될 수 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 성형기의 제어는 그에 따라서 배열된다.

아래의 실시예에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 이러한 방식으로, 계란형, 삼각형 또는 다각형 또는 이들로부터 유도되는 형상과 같은 복잡한 형상을 실현하는 것이 가능하다. 추가적으로, 공작물의 변형된 부분의 중심축이 변형되지 않은 부분에 대하여 임의의 각도에 또는 편심되어 위치되는 방식으로 공작물을 변형시키는 것이 가능한 한편, 작업 전 또는 작업 동안에 공작물의 개방 끝부 내에 인서트를 위치시키는 것도 가능하다. 그와 같은 인서트는 특정한 작업을 용이하게 또는 가능하게 하도록 기능할 수도 있고 및/또는 최종 제품의 부분을 형성할 수도 있다.

공작물은 회전하는 한편 공구는 병진운동하는 것이 바람직하고, 이 병진운동 동안에 공구는 회전 방향에 있어서 고정 상태로 유지된다. 이것은, 기존의 설비 및 공구에 의해, 전체적으로 또는 부분적으로, 비교적 간단한 방식으로 변형 작업을 수행하는 것을 가능하게 한다.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 방법을 사용함으로써 얻어지는 공작물을 포함하는, 자동차와 같은 차량용 촉매 컨버터 유닛에 관한 것이다.

본 발명에 따른 성형기 및 성형법의 다수의 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

여러 실시예에 있어서, 동일한 부재 또는 동일한 기능을 수행하는 부재는, 동일한 참조 부호로 나타낸다.

도 1 및 도 2는 이미 변형된 상태로 도시되어 있는 금속제 실린더(3)와 같은 공작물을 클램핑하기 위한 척(2)을 포함하는 성형기(1)를 도시하고 있다. 척(2)은, 예를 들면 하우징(4) 내부에 존재하는 전기 모터에 의해, 가상축(5)을 중심으로 하여 회전될 수 있다. 공작물(3)의 양쪽에는, 성형 롤러(6, 6')와 같은 성형 공구가 배치되어 있고, 성형 롤러는 각각의 홀더(7, 7') 상에 회전가능하게 장착되어 있고, 홀더는 하우징(9) 내의 상부 슬라이드(8) 내에 끼워맞춤되어 있다. 상부 슬라이드(8), 및 성형 롤러(6)는, 축(5)에 대하여 예를 들면 45-90°의 각도로 뻗는 방향으로, 예를 들면 유압 서보 모터에 의해, 가이드 위에서 전후 이동될 수 있고, 이하에서 이 방향을 Y-방향이라 한다. 하우징(9)은, 하부 슬라이드(10) 상에 장착되어 있고(도 2 참조), 하부 슬라이드는 벨로스(11)를 포함하고 있고 그리고 가이드(12) 상에 장착되어 있고, 차례로 성형기 베드(13)의 부분을 형성한다. 하부 슬라이드(10)는, 예를 들면, 상부 슬라이드(8)의 이동 방향에 대하여 수직으로 뻗는 방향으로, 다시 유압 서보 모터에 의해, 상기 가이드(12) 위에서 전후 이동될 수 있고, 이하에서 이 방향을 X-방향이라 한다.

도시되어 있는 배열을 사용하는 대신에, 하우징이 X-방향으로 병진운동할 수 있도록 하우징을 위치시키는 것도 가능하다. 성형 롤러 및 관련된 슬라이드 및 구동 수단의 적당한 조립에 대한 보다 상세한 내용을 위해서는 유럽특허출원 EP 0 125 720호를 참고하면 된다.

도 2a-도 2c에 도시되어 있는 작동에 있어서, 계란 단면 형상을 가진 중공 금속제 실린더(3)가 셋업되어 있다. 이러한 계란형 실린더(3)는, 성형 롤러(6,6')가 실린더의 외벽을 가압하는 상태로, 적당한 속도로 회전된다. 성형 롤러(6, 6')는, 계란형 실린더(3)의 회전 진동수의 2배의 진동수로 Y-방향으로 전후 병진운동하는 방식으로 제어된다. 이러한 운동의 맨 끝의 위치는 계란형 실린더(3)의 외주의 단반경 및 장반경(R1 및 R2)에 의해 각각 결정된다. 성형 롤러(6, 6')의 가속도는, 최초에는 성형 롤러(6, 6')가 공작물의 외벽을 단지 따르도록 설정된다. 그 후, 성형 롤러(6, 6') 및 계란형 실린더(3)는, 예를 들면 최초에는 성형 롤러(6, 6')가 소정의 거리만큼 공작물(3)의 끝부로부터 이격되어 있고 그리고 나서 이 끝부를 향해서 이동하는 방식으로, 서로에 대하여 X-방향으로 이동될 수 있다. 이러한 이동 동안, 공작물의 문제의 부분은 성형 롤러(6, 6')의 왕복 병진 운동을 조정함으로써 변형될 수 있다.

도 2b에 도시되어 있는 형태에 관하여, 이것은 성형 롤러(6, 6')의 각각의 이동의 2개의 맨 끝 위치가 더욱 더 축(5)을 향해서 이동하는 것을 의미한다. 계란형 실린더(3)가 원형 끝부로 되면, 왕복 병진 운동의 진폭은 서서히 줄어들고 최종적으로 상기의 축(5)으로부터 일정한 거리로 된다. 도 2c에 도시된 바와 같이, (도면에 있어서) 우측 성형 롤러(6)의 양 맨 끝 위치를 축(5)을 향해서 추가적으로 이동시키는 한편, 좌측 성형 롤러(6')의 맨 끝 위치를 이 축으로부터 멀어지는 방향으로 이동시킴으로써, 실린더(3)의 변형된 부분은 변형되지 않은 부분에 대하여 임의의 각도로 위치된다. 다른 무엇보다도, 재료의 성질, 벽 두께, 변형 및 직경 감소의 크기에 따라, 작동은 가감된 패스 또는 단계로 수행된다.

도 3은, 그 단면 형상이 (상당히) 작은 직경을 가진 원형 단면과 점차적으로뒤섞이는 방식으로, 사각형 단면의 중공 금속제 실린더의 끝부의 변형을 도시하고 있다. 또한, 이러한 경우에 있어서, 성형 롤러(6, 6')는, R1 및 R2로 각각 나타내는, 상기 사각형의 리브의 절반 및 상기 사각형의 대각선의 절반에 각각 상당하는 2개의 맨 끝 위치 사이에서 이동한다. 공작물(3)을 따른 성형 롤러(6, 6')의 제 1 패스 동안, 상기 값은 수 퍼센트 감소하고, 추가하여, 그 코너가 이미 약간 라운드져 있는 단면 형상이 부과된다. 결국, 이러한 운동을 반복하여 점점 둥근 단면 형상을 부과함으로써, 도 3a-도 3c에 도시된 바와 같은 형상이 얻어진다.

종래의 방법 및 성형기와는 현저히 다르게, 본 발명에 따른 방법 및 성형기에 있어서는, 중공 공작물, 본 경우에는 도 4에 도시된 바와 같은 금속제 원형 실린더(3) 내에 인서트를 위치시키고, 인서트를 이러한 원형 실린더(3)에 대하여 소정의 위치에 위치시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 성형기(1)에는 척(14)이 구비되어 있고, 이 척(14)은 하우징(15)에 축(5)을 중심으로 하여 회전가능하게 장착되어 있고 축(5)과 나란한 상태로 있는 2개의 가이드 레일(16) 위에서 슬라이드(도시 생략)에 의해 전후 이동될 수 있다. 척(14)은, 예를 들면 전기 모터(도시 생략)에 의해 또는 척(14)을 척(2) 또는 그 구동 기구와 기계적으로 연결함으로써, 가상축(5)을 중심으로 하여 회전될 수 있다. 척(14)에는 편심 클램핑 피스(17)가 구비되어 있고, 이 편심 클램핑 피스(17) 상에 인서트가 클램핑될 수 있다. 이 때문에, 클램핑 피스에는, 그 자체로 공지되어 있는 방식으로, 예를 들면 신장가능한 환형 요소가 구비될 수 있다.

도시되어 있는 실시예에 있어서, 인서트는 촉매 컨버터 유닛(21)을 위한 내부 하우징(18)으로 이루어져 있고, 이 내부 하우징은 본 발명에 따른 방법을 사용함으로써 이미 변형되어 있고 소위 촉매 브릭(brick) 또는 기판 및 관련된 단열 쉘(20)을 포함하고 있다. 내부 하우징(18)의 끝부는 원뿔 형상이고, 이 원뿔은 축(5)과 일치하는 내부 하우징(18)의 중심축에 대하여 임의의 각도로 뻗어 있다. 내부 하우징(18) 및 원형 실린더(3)는 원통형 단면 형상 외에 도 2a-도2c에 도시되어 있는 바와 같은 단면 형상을 가질 수도 있다.

성형 작업 동안, 성형 롤러(6, 6')는 도 2a-도 2c에 도시되어 있는 것과 유사한 방식으로, 예를 들면 5개의 경로를 따르고, 그래서 실린더(3)의 끝부를 내부 하우징(18)의 좌측 끝부와 대부분 평행하게 뻗어 있는 원뿔로 변형시킨다. 상기 끝부의 최외각 부분은 서로 가까이 접하고 그래서 내부 하우징(18)은 실린더(3) 내에 클램핑된다. 그 후, 실린더(3) 및 그 안에 클램핑되는 내부 하우징(18)은 뒤집혀져서 다시 척(2) 내에 고정될 수 있고, 그래서 다른 쪽 끝부가 작업될 수 있다. 그래서, 도 5에 도시되어 있는 촉매 컨버터(21)가 얻어지고, 이것은 촉매 브릭 또는 기판(19)의 양호한 단열을 가능하게 한다. 단열 필러(22)와 같은 다른 부분은, 내부 하우징(18)의 외벽 및 실린더(3)의 내벽 사이에 도입될 수 있다. 또한, 공작물 내에 있어서 뒤쪽에 계속 남아 있지 않고, 공작물의 내벽을 지지하거나 가공하기 위한 성형 작업 동안 공작물 내에 존재하는 인서트를 사용하는 것도 가능하다.

이상으로부터, 본 발명에 따른 이러한 방법 및 성형기는 새로운 가능성을 보여주고 복잡한 형상을 가진 합성 제품의 제작을 가능하게 한다는 것을 알 수 있다. 원칙적으로 이러한 목적을 위해 기존의 설비를 사용하는 것도 가능하다.

도 6은 본 발명에 따른 제 2 성형기를 도시하고 있고, 여기에서는 3개의 성형 롤러(6, 6', 6")가, 상기 성형 롤러(6, 6', 6")의 접촉점이, 본 경우에는 모서리가 라운드져 있는 삼각형 단면의 금속제 실린더로 이루어지는 공작물(3)의 원주 상에 등거리로 분포되어 있는 방식으로, 프레임(23) 내에 배치되어 있다. 공작물의 최대 직경의 절반 및 최소 직경의 절반에 상당하는 맨 끝 위치 사이의 반경 방향으로의 왕복 운동과 조합하여, 공작물(3)의 회전 진동수의 3배에 상당하는 진동수로 성형 롤러(6, 6', 6")를 왕복 병진운동시킴으로써, 실린더(3)의 외부 표면을 따르게 하고 그리고 변형시키는 것이 가능하다. 프레임(23) 및 공작물(3)을 서로에 대하여 축(5)에 평행한 X-방향으로 이동시키는 것은 다수의 경로를 따르는 것을 가능하게 하고, 그래서 공작물(3)의 끝부에 최종의 폭이 좁아진 원형 단면 형상을 형성한다.

상기의 모든 성형기는 컨트롤 유닛을 포함하고 있다. 그와 같은 유닛은, 공작물을 소정의 제품 또는 중간 제품으로 변형시키기 위해서, 성형 롤러가 공작물에 대하여 하나 이상의 소정의 경로를 따르는 방식으로, 메모리에 저장되어 있는 컨트롤 프로그램에 따라, 예를 들면 X 및 Y-방향으로 그리고 롤러의 회전 방향으로의 이동을 위한 수단을 제어하기 위해 배열된다.

본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니고, 청구의 범위에서 특징지워지는 본 발명의 사상을 일탈하지 않으면서 수개의 방식으로 변형될 수 있다.

본 발명에 의하면 형태에 관하여 설계의 자유성이 향상된다.

Claims (15)

1. 적어도 하나의 개방 끝부를 가진 중공 공작물(3)을 변형시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 공작물(3)은 클램핑 장치(2)에 클램핑되고, 공작물(3)의 벽에는 적어도 하나의 성형 공구(6, 6')가 접촉하여 위치하고, 공작물 및 상기 성형 공구는 서로에 대하여 축을 중심으로 하여 회전되고 공작물(3)은 성형 공구(6, 6')에 의해 변형되는 방법에 있어서, 축(5)을 중심으로 하여 공작물(3)의 변형된 부분 또는 변형될 부분의 회전 진동수와 대체로 동일한 진동수 또는 수배의 진동수로, 변형 작업의 적어도 부분 동안 축(5)에 대하여, 공구(6, 6')가 전후 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 공작물(3)은 회전하는 한편 공구(6, 6')는 대체로 회전 방식으로 구동되고, 이 동안에 공구는 회전 방향에 있어서 대체로 고정 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 공구(6, 6')는 적어도 대체로 축(5)을 가로지르는 방향으로 전후 이동하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 공작물(3)은, 공작물(3)의 변형된 부분의 중심축이 변형되지 않은 부분에 대하여 임의의 각도로 뻗거나 또는편심되어 위치되는 방식으로 변형되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 공구(6, 6', 6'')의 수는 상기 배수에 상당하고, 바람직하게는 상기 성형 롤러(6, 6', 6'')의 접촉점은 공작물(3)의 원주 상에 등거리로 분포되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 인서트(18)는 작업 전 또는 작업 동안에 공작물(3)의 개방 끝부 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 공작물(3)은 인서트(18)가 그 안에 고정 및/또는 클램핑되는 방식으로 변형되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 축(5)을 중심으로 하여 공작물(3) 및 공구(6, 6')가 서로에 대하여 회전되고, 축(5)은 공작물(3)의 변형되지 않은 부분의 중심축과 일치하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 적어도 하나의 개방 끝부를 가진 변형될 중공 공작물(3)을 클램핑하기 위한 회전가능한 클램핑 장치(2), 공작물(3)의 외부 표면과 접촉하여 위치하고 공작물(3)을 변형시킬 수 있는 제 1 성형 공구(6, 6'), 성형 공구(6, 6')가 공작물(3)을 가공하기 위한 하나 이상의 소정의 경로를 따를 수 있는 방식으로 서로에 대하여 공작물(3) 및 상기 성형 공구(6, 6')를 이동시키기 위한 수단, 및 상기 수단을 위한 제어 유닛을 적어도 포함하는 성형기(1)에 있어서, 제어 유닛은, 축(5)을 중심으로 하여 공작물(3)의 변형된 부분 또는 변형될 부분의 회전 진동수와 대체로 동일한 진동수 또는 수배의 진동수로, 변형 작업의 적어도 부분 동안 축(5)에 대하여 공구(6, 6')를 전후 이동시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 성형기(1).
10. 제 9 항에 있어서, 성형 공구(6, 6', 6'')의 수는 상기 배수에 상당하는 것을 특징으로 하는 성형기(1).
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 공작물의 개방 끝부 내에 위치될 인서트(18)를 위한 회전가능한 지지부가 클램핑 장치(2)에 대향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 성형기(1).
12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용함으로써 얻어지는 공작물(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차와 같은 차량용 촉매 컨버터 유닛(21).
13. 자동차와 같은 차량용 촉매 컨버터 유닛(21)에 있어서, 상기 유닛은 내부 하우징(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터 유닛(21).
14. 제 13 항에 있어서, 내부 하우징(18)은 촉매 컨버터 유닛의 양 끝부 사이에 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터 유닛(21).
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 내부 하우징(18)은 그 끝부에서 클램핑되는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터 유닛(21).