KR20060028816A - 단조 방법, 단조 제품 및 단조 장치 - Google Patents

단조 방법, 단조 제품 및 단조 장치 Download PDF

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KR20060028816A
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아쯔시 오오따끼
히데미쯔 하마노
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

단조 장치(1A)는 고정 다이(10), 바아 형상의 원재료(5)를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로(22)를 갖는 안내부(20), 및 펀치(30)가 제공된 스웨이징 장치(22)를 포함한다. 원재료(5)는 원재료의 일 단부 부분이 돌출된 상태로 고정 다이(10)에 고정된다. 원재료(5)의 일 단부는 안내부(20)의 삽입 통로(22) 내부로 삽입된다. 그 후, 원재료(5)를 펀치(30)에 의해 축방향으로 프레싱하는 동안, 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 안내부(20)가 펀치(30)의 이동 방향과 반대의 방향으로 이동되어, 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 길이는 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다. 그러므로, 원재료(5)의 일 단부 부분은 스웨이징 가공을 받게 된다.
단조 장치, 스웨이징 장치, 고정 다이, 안내부, 펀치, 좌굴

Description

단조 방법, 단조 제품 및 단조 장치{FORGING METHOD, FORGED PRODUCT AND FORGING APPARATUS}
2003년 7월 31일자로 출원된 일본 특허 출원 제2003-284440호, 2003년 8월 6일자로 출원된 미국 가출원 제60/492,735호, 및 2004년 7월 26일자로 출원된 일본 특허 출원 제2004-216903호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 출원의 개시 사항은 전체적으로 본 발명에 참조로서 합체되어 있다.
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. §119(b)에 따라 2003년 8월 6일자로 출원된 미국 가출원 제60/492,735호의 출원일의 35 U.S.C. §119(e)(1)에 따른 이익을 청구하는, 35 U.S.C. §111(a) 하에 출원된 출원이다.
본 발명은 단조 방법, 단조 제품 및 단조 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은, 예컨대 원재료의 미리 설정된 부분이 스웨이징(swaging) 가공을 받게 함으로써 바아 형상(bar-shaped)의 원재료의 미리 설정된 부분에서 직경 확대 부분을 형성하는 단조 방법(forging method), 이 단조 방법에 의해 얻게 되는 단조 제품(forged product), 및 이 단조 방법을 수행하기 위한 단조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스웨이징은 원재료를 그의 축방향으로 프레싱함으로써 원재료의 미리 설정된 부분에서 직경 확대 부분을 형성하는 가공 방법이다. 스웨이징 가공에서, 원재료가 스웨이징 가공 동안 좌굴된다면, 얻어지는 제품은 형상면에서 품질이 저하되어(주름지거나 겹침), 제품으로서의 가치가 하락하게 된다. 이러한 좌굴의 발생을 방지하기 위하여, 종래에는 다음과 같은 스웨이징 방법이 공지되어 있다(일본 미심사 공개 특허 공보 (소)48-62646호, 1-2 페이지, 도1 내지 도4 참조).
이 방법에서, 프레싱 다이(pressing die)는 암형 다이(female die)의 성형 함몰부(forming dented portion) 내에 장착되고, 원재료는 프레싱 다이 내에 형성된 관통 구멍을 통해 성형 함몰부 내에 삽입된다. 그 후, 수형 다이(male die)가 관통 구멍 내에 삽입되어, 원재료를 성형 함몰부를 향해 강제로 프레싱하고 이럼으로써 성형 함몰부를 원재료로 채우고, 동시에 프레싱 다이를 후방으로 이동시켜 미리 설정된 형상을 갖는 제품을 얻게 된다.
전술한 종래의 가공 방법에 따르면, 암형 다이의 성형 함몰부 내에서 프레싱된 원재료의 주연부 표면은 가공되는 동안 암형 다이에 의해 구속된다. 따라서, 종래의 가공 방법은 구속 스웨이징(restrain swaging) 방법으로 분류될 수 있다. 그러나, 구속 스웨이징 방법은 일반적으로 더 높은 성형 압력이 요구되는 단점을 갖는다. 그러므로, 종래의 가공 방법에서는, 보다 높은 성형 압력을 발생시킬 수 있는 단조 장치가 제공되어야 하므로, 이러한 단조 단조를 사용하기 위한 비용의 상승이 초래된다. 또한, 더 큰 하중이 스웨이징 가공 시점에 암형 다이의 성형 함몰부에 인가될 것이기 때문에, 암형 다이의 수명이 단축된다.
다른 공보들에 개시된 다양한 특징, 실시예, 방법 및 장치의 장단점에 대한 본 명세서의 기술은 본 발명을 제한하려는 의도를 갖지 않는다. 또한, 본 발명의 소정의 특징은 소정의 단점을 극복할 수도 있으며, 동시에 이들 공보에 개시된 특징, 실시예, 방법 및 장치의 일부 또는 전부를 여전히 포함할 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시예가 전술한 사항 및/또는 관련 기술의 다른 문제의 관점에서 개발되었다. 본 발명의 양호한 실시예는 기존의 방법 및/또는 장치를 상당히 개선시킬 수 있다.
다른 잠재적인 장점 중에서도, 일부 실시예는 낮은 성형 압력 하에서 스웨이징 가공을 수행할 수 있고 때때로 스웨이징 가공 동안 발생할 수도 있는 좌굴의 발생을 방지할 수 있다.
다른 잠재적인 장점 중에서도, 일부 실시예는 본 단조 방법에 의해 제조되는 단조 제품과 본 단조 방법을 수행하도록 바람직하게 채용되는 단조 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 하기의 수단을 제공한다.
[1] 바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이, 원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부, 및 원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치가 제공된 스웨이징 장치를 사용하는 단조 방법이며,
계획된 직경 확대 부분이 돌출된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되며,
그 후, 펀치를 이동시킴으로서 원재료를 펀치에 의해 프레싱하는 동안, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시킴으로써 스웨이징 가공을 받게 되어, 원재료의 노출된 부분의 길이가 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다.
[2] 항목 [1]에 따른 단조 방법에서, 소정 거리를 갖는 초기 간극이 펀치의 이동의 개시 전에 안내부와 고정 다이 사이에 제공되며, 이 거리는 안내부와 고정 다시 사이의 노출된 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하로 설정된다.
[3] 항목 [2]에 따른 단조 방법에서, 시간 지연이 펀치의 이동의 개시와 안내부의 이동의 개시 사이에 제공된다.
[4] 항목 [3]에 따른 단조 방법에서, 펀치의 이동의 개시 전의 시점에서의 초기 간극의 범위 내에 노출된 원재료의 노출된 부분의 체적과 초기 간극의 범위 내에서의 시간 지연 동안 증가되는 원재료의 증가되는 체적의 총 체적이 스웨이징 가공에 의해 형성되는 원재료의 직경 확대 부분의 계획된 형상에서의 초기 간극의 범위 내에 존재하게 되는 원재료의 체적을 초과하지 않도록 시간 지연이 설정된다.
[5] 바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이, 원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부, 및 원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치가 제공된 스웨이징 장치를 사용하는 단조 방법이며,
계획된 직경 확대 부분이 돌출된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되며,
그 후, 펀치를 이동시킴으로서 원재료를 펀치에 의해 프레싱하는 동안, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시킴으로써 스웨이징 가공을 받게 되며,
여기서,
"P"는 이동의 개시로부터의 펀치의 평균 이동 속도이고;
"G"는 이동의 개시로부터의 안내부의 평균 이동 속도이며;
"X0"는 스웨이징 가공 전의 원재료의 단면적에서의 좌굴 한계 길이이고;
"X1"은 스웨이징 가공 후의 원재료의 직경 확대 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이이며;
"X"는 안내부와 고정 다이 사이의 초기 간극이고(0≤X≤X0);
"t0"는 펀치의 이동의 개시로부터 안내부의 이동의 개시까지의 시간 지연이며(0≤t0);
"L"은 스웨이징 가공 후의 원재료의 직경 확대 부분의 길이이고;
"l0"는 직경 확대 부분에 대해 요구되는 스웨이징 가공 전의 원재료의 길이이며;
"T"는 펀치의 이동의 개시로부터의 스웨이징 가공 시간이고,
t0<T이면,
"G"가 하기의 관계식:
(L-X)/[(l0-L)/P-t0]≤G≤P(X1-X)/(l0-X1-Pt0)
을 만족한다.
[6] 항목 [5]에 따른 단조 방법에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 원재료의 단부 부분이다.
[7] 항목 [5]에 따른 단조 방법에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 원재료의 축방향 중앙 부분이다.
[8] 항목 [5]에 따른 단조 방법에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 원재료의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분이며, 일 단부 부분과 타 단부 부분이 고정된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 일 단부 부분과 타 단부 부분은 대응하는 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되고, 일 단부 부분과 타 단부 부분은 스웨이징 가공을 동시에 받게 된다.
[9] 항목 [1] 내지 [8] 중 어느 한 항목에 따른 단조 방법에서, 삽입 통로의 일 측에서 및/또는 고정 다이에 형성된 원재료 고정 및 장착 개구의 개방 에지 부분에서 안내부의 선단부 표면의 에지 부분이 경사져 있다.
[10] 항목 [1] 내지 [9] 중 어느 한 항목에 따른 단조 방법에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 원재료의 주연부 표면의 일부가 성형 함몰부를 갖는 구속 다이 부분에 의해 구속된 상태로 스웨이징 가공을 받고, 그 후 원재료의 직경 확대 부분은 구속 다이 부분에 제공된 제2 펀치에 의해 프레싱되어, 구속 다이 부분의 성형 함몰부 내에서 직경 확대 부분을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부를 직경 확대 부분의 재료로 채우게 된다.
[11] 항목 [10]에 따른 단조 방법에서, 고정 다이에는 구속 다이 부분의 성형 함몰부로부터 이어진 플래쉬 성형 함몰부가 제공되며, 직경 확대 부분의 재료는 구속 다이 부분의 성형 함몰부 내에서 직경 확대 부분을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부와 플래쉬 성형 함몰부 내부로 채워지게 된다.
[12] 항목 [10]에 따른 단조 방법에서, 성형 함몰부는 폐쇄된 함몰부이다.
[13] 항목 [1] 내지 [12] 중 어느 한 항목에 따른 단조 방법에 의해 제조된 단조 제품.
[14] 스웨이징 장치를 포함하는 단조 장치이며,
상기 스웨이징 장치는,
바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이,
원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부,
원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치, 및
펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시켜, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 길이가 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 되게 하는 안내부 구동 장치를 포함한다.
[15] 항목 [14]에 따른 단조 장치에서, 스웨이징 장치는 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서 스웨이징 가공을 수행한다.
[16] 항목 [14] 또는 [15]에 따른 단조 장치에서, 스웨이징 장치는 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부를 구속하기 위한 구속 다이 부분을 더 포함한다.
[17] 항목 [16]에 따른 단조 장치에서, 구속 다이 부분에는 스웨이징 장치에 의해 형성된 원재료의 직경 확대 부분을 프레싱하기 위한 제2 펀치 및 제2 펀치에 의해 직경 확대 부분을 프레싱함으로써 직경 확대 부분의 재료가 그 내부로 채워지는 성형 함몰부가 제공된다.
[18] 항목 [17]에 따른 단조 장치에서, 고정 다이에는 구속 다이 부분의 성형 함몰부로부터 이어진 플래쉬 성형 함몰부가 제공된다.
[19] 항목 [17]에 따른 단조 장치에서, 성형 함몰부는 폐쇄된 함몰부이다.
항목 [1]에 따른 발명에서, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 스웨이징 가공을 받는다. 즉, 항목 [1]의 발명에 따른 단조 방법의 스웨이징 방법은 자유 스웨이징 방법 또는 부분적 구속 스웨이징 방법으로 분류될 수 있다. 그러므로, 항목 [1]의 발명에서, 스웨이징 가공은 낮은 성형 압력 하에서 원재료의 계획된 직경 확대 부분에 대해 수행될 수 있다. 구체적인 예에서, 항목 [1]의 단조 방법에 따르면, 성형 압력은 전술한 종래의 단조 방법의 성형 압력의 약 1/4로 감소될 수 있다. 또한, 스웨이징 가공은 다이를 사용할 필요 없이 원재료의 계획된 직경 확대 부분에 대해 수행될 수 있어, 제조 비용이 감소된다.
또한, 원재료의 계획된 직경 확대 부분이 펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시킴으로써 스웨이징 가공을 받게 되어, 펀치를 이동시킴으로써 원재료를 펀치에 의해 프레싱하는 동안 원재료의 노출된 부분의 길이가 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 되기 때문에, 때때로 스웨이징 가공 동안 발생할 수도 있는 원재료의 좌굴이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
항목 [2]의 발명에서, 소정 거리를 갖는 초기 간극이 안내부와 고정 다이 사이에 제공되기 때문에, 안내부와 고정 다이 사이의 초기 간극 내에 노출된 원재료의 노출된 부분이 펀치의 이동의 개시 직후(즉, 스웨이징 가공의 개시 직후)에 좌굴되는 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 안내부의 이동 길이(행정)가 단축될 수 있다.
항목 [3]의 발명에서, 펀치의 이동의 개시와 안내부의 이동의 개시 사이의 시간 지연을 제공함으로써, 안내부와 고정 다이 사이의 초기 간극 내에 노출된 원재료의 노출된 부분의 단면적은 펀치의 이동의 개시 직후(즉, 스웨이징 가공의 개시 직후)에 증가된다. 그러므로, 원재료의 노출된 부분의 좌굴 한계 길이가 증가될 수 있고, 이는 좌굴의 발생을 확실하게 방지할 수 있게 한다.
항목 [4]의 발명에서, 펀치의 이동의 개시 전의 시점에서의 초기 간극의 범위 내에 노출된 원재료의 노출된 부분의 체적과 초기 간극의 범위 내에서의 시간 지연 동안 증가되는 원재료의 증가되는 체적의 총 체적이 스웨이징 가공에 의해 형성되는 원재료의 직경 확대 부분의 계획된 형상에서의 초기 간극의 범위 내에 존재하게 되는 원재료의 체적을 초과하지 않도록 시간 지연이 설정되기 때문에, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 그 직경이 계획된 형상으로 확실하게 확대될 수 있다.
항목 [5]의 발명에서, 항목 [1]의 발명과 동일한 방식으로, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 스웨이징 가공을 받는다. 그러므로, 항목 [5]의 발명에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 낮은 성형 압력 하에서 스웨이징 가공을 받게 될 수 있다. 또한, 스웨이징 가공은 다이를 사용할 필요 없이 원재료의 계획된 직경 확대 부분에 대해 수행될 수 있어, 제조 비용이 감소된다.
또한, 안내부의 이동의 개시로부터의 안내부의 평균 이동 속도(G)는 t0<T인 경우에 미리 설정된 관계식을 만족하기 때문에, 펀치의 이동의 완료 시점(즉, 스웨이징 가공의 완료 시점)에서 원재료의 계획된 직경 확대 부분 내의 직경 비확대 부분이 남게 되는 문제점을 방지할 수 있어, 원재료의 계획된 직경 확대 부분을 확실하게 확대시킬 수 있게 된다. 또한, 때때로 스웨이징 가공 동안 발생할 수도 있는 원재료의 좌굴의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
항목 [6]의 발명에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분이 원재료의 단부 부분이기 때문에, 원재료의 단부 부분은 그 직경이 계획된 형상으로 확대될 수 있다.
항목 [7]의 발명에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분이 원재료의 축방향 중앙 부분이기 때문에, 원재료의 축방향 중앙 부분은 그 직경이 계획된 형상으로 확대될 수 있다.
항목 [8]의 발명에서, 원재료의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분이 스웨이징 가공을 동시에 받게 되므로, 스웨이징 가공의 가공 효율성이 향상될 수 있다.
항목 [9]의 발명에서, 삽입 통로의 일 측에서 안내부의 선단부 표면의 에지 부분이 경사져 있기 때문에, 안내부는 스웨이징 가공 시점에서 원재료의 노출된 부분으로부터 배압을 효과적으로 수용할 수 있다. 결과적으로, 안내부를 소정 방향으로 이동시키기 위한 안내부 구동 장치에서, 안내부를 이동시키는 데에 요구되는 구동력이 감소될 수 있다. 그러므로, 안내부는 보다 작은 구동력을 갖는 안내부 구동 장치에 의해 이동될 수 있다. 또한, 고정 다이의 원재료 고정 및 장착 개구의 개방 에지 부분이 경사져 있기 때문에, 때때로 후가공 동안 발생할 수도 있는 랩(lap)과 같은 문제점을 방지할 수 있다.
항목 [10]의 발명에서, 원재료의 주연부 표면의 일부가 성형 함몰부를 갖는 구속 다이 부분에 의해 구속된 상태에서 원재료의 계획된 직경 확대 부분에 스웨이징 가공을 가함으로써, 계획된 설계 형상의 단조 제품에 대한 예비 성형품이 얻어질 수 있다. 그 후, 원재료의 직경 확대 부분은 구속 다이 부분에 제공된 제2 펀치에 의해 프레싱함하여, 구속 다이 부분의 성형 함몰부 내에서 직경 확대 부분을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부를 직경 확대 부분의 재료에 의해 채움으로써, 계획된 설계 형상의 단조 제품 또는 계획된 설계 형상에 근접한 형상의 단조 제품(플래쉬를 갖는 단조 제품)이 얻어질 수 있다.
그러므로, 항목 [10]의 발명에서, 계획된 설계 형상의 단조 제품 또는 계획된 설계 형상에 근접한 형상의 단조 제품이 원재료를 고정 다이로부터 분리하거나 원재료의 계획된 직경 확대 부분의 스웨이징 작동 후에 새롭게 다이를 부착할 필요 없이 얻어질 수 있다. 따라서, 다이 또는 단계의 수가 감소될 수 있어, 제조 비용이 감소된다.
항목 [11]의 발명에서, 직경 확대 부분의 재료가 성형 함몰부와 플래쉬 성형 함몰부를 채우기 때문에, 원재료의 직경 확대 부분의 성형은 낮은 성형 압력 하에서 수행될 수 있고, 이는 이어서 성형 함몰부의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 이러한 경우, 계획된 설계 형상에 근접한 형상의 단조 제품인 예비 성형품이 얻어질 수 있고, 이에 따라 상당히 증가된 수율을 달성할 수 있다.
항목 [12]의 발명에서, 성형 함몰부가 폐쇄된 함몰부이기 때문에, 계획된 설계 형상의 단조 제품은 성형 함몰부 내에서 원재료의 직경 확대 부분을 소성 변형시켜, 직경 확대 부분의 재료로 성형 함몰부를 채움으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 항목 [12]의 발명에서, 플래쉬를 제거할 필요가 없으므로, 가공 단계가 감소되고 제품 수율이 향상될 수 있다.
항목 [13]의 발명에서, 낮은 비용으로 고품질의 단조 제품을 제공할 수 있다.
항목 [14]의 발명에서, 단조 장치는 고정 다이, 안내부, 펀치 및 안내부 구동 장치가 제공된 스웨이징 장치를 포함하기 때문에, 장치는 전술한 단조 방법을 수행하는 데에 바람직하게 사용될 수 있다.
항목 [15]의 발명에서, 단조 장치의 스웨이징 장치는 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 스웨이징 장치를 포함하는 단조 장치를 사용함으로써 스웨이징 가공을 수행하여, 본 발명의 전술한 단조 방법이 확실하게 수행될 수 있다.
항목 [16]의 발명에서, 스웨이징 장치에 소정의 구속 다이 부분이 추가로 제공되기 때문에, 스웨이징 장치를 포함하는 단조 장치를 사용함으로써, 본 발명의 전술한 단조 방법이 더욱 확실하게 수행될 수 있다.
항목 [17]의 발명에서, 스웨이징 장치의 구속 다이 부분에 소정의 제2 펀치와 소정의 성형 함몰부가 제공되기 때문에, 스웨이징 장치를 포함하는 단조 장치를 사용함으로써, 항목 [10]에 따른 본 발명의 전술한 단조 방법이 확실하게 수행될 수 있다.
항목 [18]의 발명에서, 고정 다이에 구속 다이 부분의 성형 함몰부로부터 이어진 플래쉬 성형 함몰부가 제공되기 때문에, 스웨이징 장치를 포함하는 단조 장치를 사용함으로써, 항목 [11]에 따른 본 발명의 전술한 단조 방법이 확실하게 수행될 수 있다.
항목 [19]의 발명에서, 성형 함몰부가 폐쇄된 함몰부이기 때문에, 스웨이징 장치를 포함하는 단조 장치를 사용함으로써, 항목 [12]에 따른 본 발명의 전술한 단조 방법이 확실하게 수행될 수 있다.
본 발명의 효과는 다음과 같이 요약될 수 있다.
항목 [1]의 발명에 따르면, 스웨이징 가공은 낮은 성형 압력 하에서 원재료의 계획된 직경 확대 부분에 대해 가해질 수 있다. 또한, 스웨이징 가공은 다이를 사용할 필요 없이 원재료의 계획된 직경 확대 부분에 대해 수행될 수 있어, 제조 비용이 감소된다. 또한, 때때로 스웨이징 가공 동안 발생할 수도 있는 원재료의 좌굴이 방지될 수 있다. 그러므로, 항목 [1]의 발명에 따르면, 고품질이 단조 제품이 낮은 비용으로 얻어질 수 있다.
항목 [2]의 발명에 따르면, 원재료의 노출된 부분이 펀치의 이동의 개시 직후(즉, 스웨이징 가공의 개시 직후)에 좌굴되는 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 안내부의 이동 거리(행정)를 감소시킬 수 있다.
항목 [3]의 발명에 따르면, 펀치의 이동의 개시 직후에 원재료의 노출된 부분의 좌굴 한계 길이를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 좌굴의 발생이 확실하게 방지될 수 있다.
항목 [4]의 발명에 따르면, 원재료의 계획된 직경 확대 부분을 계획된 형상으로 확실하게 확대할 수 있다.
항목 [5]의 발명에 따르면, 낮은 성형 압력 하에서 원재료의 계획된 직경 확대 부분의 스웨이징 가공을 수행할 수 있다. 또한, 원재료의 계획된 직경 확대 부분이 계획된 형상으로 확실하게 확대될 수 있고, 또한 때때로 스웨이징 가공 동안 발생할 수도 있는 좌굴의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
항목 [6]의 발명에 따르면, 원재료의 단부 부분을 계획된 형상으로 확대할 수 있다.
항목 [7]의 발명에 따르면, 원재료의 축방향 중앙 부분을 계획된 형상으로 확대할 수 있다.
항목 [8]의 발명에 따르면, 스웨이징 가공의 작동 효율성을 개선할 수 있다.
항목 [9]의 발명에 따르면, 삽입 통로의 일 측에서 안내부의 선단부 표면의 에지 부분이 경사져 있기 때문에, 안내부는 스웨이징 가공 시점에서 원재료의 노출된 부분으로부터의 배압을 효과적으로 수용할 수 있다. 결과적으로, 안내부를 소정 방향으로 이동시키기 위한 안내부 구동 장치에서, 안내부를 이동시키는 데에 요구되는 구동력은 감소될 수 있다. 그러므로, 안내부는 보다 작은 구동력을 갖는 안내부 구동 장치에 의해 이동될 수 있다. 또한, 고정 다이의 원재료 고정 및 장착 개구의 개방 에지 부분이 경사져 있기 때문에, 때때로 후가공 동안 발생할 수도 있는 랩(lap)과 같은 문제점이 방지될 수 있다.
항목 [10]의 발명에 따르면, 계획된 설계 형상의 단조 제품 또는 계획된 설계 형상에 근접한 형상의 단조 제품이 원재료를 고정 다이로부터 분리하거나 원재료의 계획된 직경 확대 부분의 스웨이징 작동 후에 다이 새롭게 다이를 부착할 필요 없이 얻어질 수 있다. 따라서, 다이 또는 단계의 수가 감소될 수 있어, 제조 비용이 감소된다.
항목 [11]의 발명에 따르면, 원재료의 직경 확대 부분의 성형은 낮은 성형 압력 하에서 수행될 수 있어, 이는 이어서 성형 함몰부의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 이러한 경우, 계획된 설계 형상에 근접한 형상의 단조 제품인 예비 성형품이 얻어질 수 있고, 이에 따라 상당히 증가된 수율이 얻어질 수 있다.
항목 [12]의 발명에 따르면, 플래쉬를 제거할 필요가 없으므로, 가공 단계가 감소되고 제품 수율이 향상된다.
항목 [13]의 발명에 따르면, 고품질의 단조 제품이 낮은 비용으로 제공될 수 있다.
항목 [14]의 발명에 따르면, 장치는 전술한 단조 방법을 수행하는 데에 바람직하게 사용될 수 있다.
항목 [15]의 발명에 따르면, 본 발명의 전술한 단조 방법을 확실하게 수행할 수 있는 단조 방법을 제공할 수 있다.
항목 [16]의 발명에 따르면, 본 발명의 전술한 단조 방법을 더욱 확실하게 수행할 수 있는 단조 방법을 제공할 수 있다.
항목 [17]의 발명에 따르면, 항목 [10]의 발명의 전술한 단조 방법을 확실하게 수행할 수 있는 단조 방법을 제공할 수 있다.
항목 [18]의 발명에 따르면, 항목 [11]의 발명의 전술한 단조 방법을 확실하게 수행할 수 있는 단조 방법을 제공할 수 있다.
항목 [19]의 발명에 따르면, 항목 [12]의 발명의 전술한 단조 방법을 확실하게 수행할 수 있는 단조 방법을 제공할 수 있다.
다양한 실시예의 상기의 및/또는 다른 태양, 특징 및/또는 장점은 첨부 도면과 관련된 하기의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다. 다양한 실시예가 적용 가능한 다른 태양, 특징 및/또는 장점을 포함하고/하거나 배제할 수 있다. 또한, 다양한 실시예가 적용 가능한 다른 실시예의 하나 이상의 태양 또는 특징을 조합할 수 있다. 특정한 실시예의 태양, 특징 및/또는 장점의 설명은 다른 실시예 또는 청구의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 양호한 실시예가 첨부 도면들에 제한이 아닌 예로서 도시되어 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단조 장치에 의해 원재료의 단부 부분에 스웨이징을 가하기 전의 상태를 도시하는 개략도이다.
도2는 도1의 선 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도3은 단조 장치에 의해 원재료의 단부 부분에 스웨이징 가공을 가한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.
도4는 도3의 선 B-B를 따라 취한 단면도이다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단조 장치에 의해 제조된 단조 제품을 도시하는 개략도이다.
도6은 단조 장치를 도시하는 분해도이다.
도7은 단조 장치에 의해 원재료의 양 단부 부분에 스웨이징을 가하기 전의 상태를 도시하는 개략도이다.
도8a는 도7의 선 C-C를 따라 취한 단면도이고, 도8b는 도7의 선 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도8c는 도8의 선 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도9는 2개의 분리된 고정 다이 중에 상부 고정 다이를 제거한 상태의 도7에 도시된 단조 장치를 도시하는 개략도이다.
도10은 스웨이징 가공이 원재료의 양 단부 부분에 대해 단조 장치에 의해 가해진 상태를 도시하는 개략도이다.
도11은 스웨이징 가공이 원재료의 양 단부 부분에 대해 단조 장치에 의해 가해진 다른 상태를 도시하는 개략도이다.
도12는 스웨이징이 원재료의 양 단부 부분에 단조 장치에 의해 가해진 후의 상태를 도시하는 개략도이다.
도13은 원재료의 직경 확대 부분을 단조 장치에 의해 프레싱한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.
도14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단조 장치의 개략적인 분해도이다.
도15는 도13에 대응하는 개략도로서, 원재료의 직경 확대 부분을 단조 장치에 의해 프레싱한 후의 상태를 도시하는 도면이다.
도16은 제1 실시예에 따른 단조 장치에 의해 원재료의 축방향 중앙 부분에 스웨이징을 가한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.
도17은 도16의 선 F-F를 따라 취한 단면도이다.
도18a는 제2 실시예에 따른 단조 장치에 의해 원재료의 양 단부 부분에 스웨이징 가공을 가하기 전의 상태를 도시하는 개략도이다.
도18b는 제2 실시예에 따른 단조 장치에 의해 원재료의 양 단부 부분에 스웨이징 가공을 가한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.
도19는 도2에 대응하는 단면도로서, 제1 실시예에 따른 단조 장치에 의해 원재료의 단부 부분에 스웨이징 가공을 가하기 전의 상태를 도시하는 도면이다.
하기의 문단에서, 본 발명의 소정의 양호한 실시예가 제한적이지 않은 예로서 설명될 것이다. 이러한 개시 사항에 기초하여, 다양한 다른 변경이 이러한 예시된 실시예들에 기초하여 본 기술 분야의 숙련자에 의해 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.
도1 내지 도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단조 장치를 사용하는 단조 방법을 도시하는 개략적인 도면들이다. 도1에서, 도면 부호 "1A"는 제1 실시예의 단조 장치를 나타내며, "5"는 원재료를 나타낸다.
원재료(5)는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 원형 단면 형상을 갖는 직선 바아 형상의 부재이다. 원재료(5)의 단면적은 그의 축방향을 따라 일정하다. 원재료(5)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 제1 실시예에서, 직경이 확대되도록 계획된 원재료(5)의 직경 확대 부분(6)은 그의 일 단부 부분(도1 및 도2의 상단부 부분)이다. 원재료(5)의 일 단부 부분의 전체 주연부는 스웨이징 가공 후에 도3과 도4에 도시된 바와 같이 그 직경이 확대될 것이다. 상세하게는, 원재료(5)의 일 단부 부분은 구형 형상으로 확대될 것이다. 이들 도면에서, 도면 부호 "7"은 스웨이징 가공에 의해 형성된 원재료(5)의 직경 확대 부분을 나타낸다.
본 발명에서, 원재료(5)의 단면 형상은 원형 형상으로 제한되지 않으며, 예컨대 다각형 형상 또는 타원형 형상일 수 있다. 원재료(5)의 재료는 알루미늄 또는 그의 합금이지만 이로 제한되지 않으며, 예컨대 구리와 같은 금속 또는 플라스틱일 수 있다. 특히, 단조 방법과 단조 장치는 바람직하게는 원재료의 재료가 알루미늄 또는 그의 합금인 경우에 적용될 수 있다.
단조 장치(1A)에는 스웨이징 장치(2)가 제공된다. 스웨이징 장치(2)에는 고정 다이(10), 안내부(20), 안내부 구동 장치(40) 및 펀치(30)가 제공된다. 이 스웨이징 장치(2)는 자유 스웨이징(free swaging) 장치이며, 따라서 스웨이징 가공되는 동안 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)을 형성하는 다이는 제공되지 않는다.
고정 다이(10)는 원재료(5)를 고정하기 위하여, 즉 원재료를 스웨이징 가공되는 동안 축방향으로 이동하지 않도록 고정하기 위하여 사용된다. 고정 다이(10)는 원재료(5)를 움직일 수 없게 고정하는 원재료 고정 및 장착 개구(12)를 구비한다. 이러한 제1 실시예에서, 원재료(5)의 일 단부가 돌출함으로써, 원재료(5)는 원재료(5)의 타 단부(도1의 하단부)를 원재료 고정 및 장착 개구(12) 내에 장착함으로써 고정된다.
안내부(20)는 원재료(5)를 좌굴 방지 상태로 유지하기 위한 삽입 통로(22)를 구비한다. 즉, 이러한 안내부(20)는 원재료(5)가 좌굴되는 것을 방지하도록 삽입 통로(22) 내에 삽입된 원재료(5)를 유지한다. 삽입 통로(22)는 안내부(20)를 관통하는 방식으로 그의 축방향을 따라 안내부(20)를 통과하도록 형성된다. 삽입 통로(22)의 직경은 원재료(5)를 장착되어 활주 가능한 방식으로 삽입할 수 있는 크기를 갖도록 설정된다. 제1 실시예에서, 안내부(20)는 중공 파일형(hollow-pile-like) 부재이며, 안내부(20)의 삽입 통로(22)는 삽입 개구이다.
도2에 도시된 바와 같이, 삽입 통로(20)의 일 측에서의 안내부(20)의 선단부 표면의 에지 부분은 그의 전체 주연부 둘레로 경사지며, 따라서 에지 부분의 단면 형상은 원형 형상으로 형성된다. 도2에서, 도면 부호 "23"은 에지 부분에 형성된 경사진 부분을 나타낸다.
펀치(30)는 원재료(5)가 축방향으로 좌굴되는 것을 방지하는 방식으로 안내부(20)의 삽입 통로(22) 내에서 유지되는 원재료(5)를 프레싱(압력을 가함)하기 위하여 사용된다. 도2에서, 화살표(50)는 원재료(5)가 펀치(30)에 의해 프레싱될 때의 펀치(30)의 이동 방향을 도시한다.
또한, 스웨이징 장치(20)에는 펀치(30)에 프레싱력을 제공하기 위한 (도시 안된) 프레싱 장치가 제공된다. 이러한 프레싱 장치는 펀치(30)에 연결되어, 유체정합(hydrostatic pressure)(예컨대, 유압, 가스압)에 의해 프레싱력이 펀치(30)에 주어진다. 또한, 이러한 프레싱 장치에는 펀치(30)의 이동 속도, 즉 펀치(30)에 의한 원재료(5)의 프레싱 속도를 제어하기 위한 (도시 안된) 제어 장치가 제공된다.
안내부 구동 장치(40)는 안내부(20)를 펀치 이동 방향(50)과 반대의 방향으로 이동시키기 위한 장치이며, 안내부(20)에 연결된다. 도2에서, 화살표(51)는 안내부 구동 장치(40)에 의해 이동되는 안내부(20)의 이동 방향을 도시한다. 이러한 안내부 구동 장치(40)는 유체정압(예컨대, 유압, 가스압), 전기 모터, 스프링 등( 도시 안됨)에 의해 안내부(20)에 구동력을 제공한다. 또한, 이러한 안내부 구동 장치(40)에는 안내부(20)의 이동 속도를 제어하기 위한 (도시 안된) 제어 장치가 제공된다.
다음으로, 제1 실시예에 따른 단조 장치(1A)를 사용하는 단조 방법이 하기와 같이 설명될 것이다.
우선, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 원재료(5)는, 원재료(5)의 일 단부 부분(즉, 직경 확대 부분)이 상향으로 돌출된 상태로 원재료(5)의 하단부 부분을 고정 다이(10)의 원재료 고정 및 장착 개구(12) 내부에 장착함으로써 고정 다이(10)에 고정된다. 원재료(5)를 전술한 바와 같이 고정함으로써, 원재료(5)는 그의 축방향으로 이동할 수 없게 된다. 그 후, 원재료(5)의 일 단부 부분을 안내부(20)의 삽입 통로(22) 내부로 삽입하여, 원재료(5)의 좌굴이 방지되도록 하는 방식으로 원재료(5)의 일 단부 부분을 유지한다.
또한, 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 초기 간극(X)이 제공된다. 초기 간극(X)의 거리는 펀치(30)의 이동의 개시 전(즉, 펀치(30)에 의한 원재료(5)의 프레싱 전)의 상태에서 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하로 설정된다. 본 발명에서, 좌굴 한계 길이는 펀치 프레싱력에 의한 좌굴 한계 길이를 나타낸다.
그 후, 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 전체 주연부가 구속되지 않고 동시에 원재료(5)가 펀치(30)를 이동시킴으로써 축방향으로 펀치(30)에 의해 프레싱되는 상태에서, 안내부(20)가 펀치 이동 방 향(50)과 반대의 방향으로 안내부 구동 장치(40)에 의해 이동되어, 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 길이는 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다. 이 때, 제1 실시예에서, 펀치(30)의 이동의 개시와 안내부(20)의 이동의 개시 사이의 시간 지연(time lag)이 설정된다. 즉, 펀치(30)에 의해 원재료(5)를 프레싱하는 시점에서, 안내부(20)의 위치는 고정되며, 이어서 펀치(30)가 원재료(5)를 축방향으로 프레싱하도록 전진된다. 시간 지연이 경과한 후에 원재료(5)가 펀치(30)에 의해 프레싱되는 동안, 안내부(20)는 펀치 이동 방향(50)과 반대의 방향(51)으로 이동된다. 안내부(20)의 이동 속도는 안내부 구동 장치(40)에 의해 제어되어, 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 길이는 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다.
본 발명에서, 펀치(30)의 이동 속도는 일정하거나 가변적일 수 있다. 유사하게, 안내부(20)의 이동 속도는 일정하거나 가변적일 수 있다.
시간 지연은, 펀치(30)의 이동의 개시 전의 시점(즉, 스웨이징 전의 시점)에서의 초기 간극(X)의 범위 내에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 체적과 초기 간극(X)의 범위 내에서의 시간 지연 동안 증가되는 원재료(5)의 증가되는 체적의 총 체적이 스웨이징에 의해 형성되는 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 계획된 형상(도4 참조)에서의 초기 간극(X)의 범위 내에 존재하게 되는 원재료(5)의 체적(즉, 직경 확대 부분(7)의 교차 평행선으로 표시한 부분(Z)의 체적)을 초과하지 않도록 설정된다.
시간 지연(t0)은 t0 = V0/(SP)로 나타내며, 여기서 "V0"는 초기 간극(X)의 범위 내에서 시간 지연(t0) 동안 증가되는 원재료(5)의 증가되는 체적이며, "P"는 이동의 개시로부터 펀치(30)의 평균 이동 속도이고, "S"는 스웨이징 전의 원재료(5)의 단면적이다.
펀치(30)의 이동과 안내부(20)의 이동에 따라, 원재료(5)의 일 단부 부분은 그 직경이 점진적으로 증가된다. 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 펀치(30)의 선단부가 안내부(20)의 선단부 위치에 도달한 때, 원재료(5)의 일 단부 부분은 그 직경이 미리 설정된 형상으로 증가되고, 원재료(5)의 일 단부 부분의 스웨이징 가공이 완료된다. 그 후, 원재료(5)는 고정 다이(10)로부터 분리된다. 그러므로, 미리 설정된 단조 제품이 얻어질 수 있다.
제1 실시예에서, 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 전체 주연부가 구속되지 않은 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분이 스웨이징 가공을 받게 된다. 따라서, 이러한 스웨이징 방법은 자유 스웨이징 방법으로 분류된다. 그러므로, 원재료(5)의 일 단부 부분은 낮은 성형 압력 하에서 스웨이징 가공을 받게 될 수 있다.
또한, 이러한 스웨이징 방법에서, 스웨이징 가공은 원재료(5)의 일 단부 부분을 미리 설정된 형상으로 성형하기 위하여 고가의 다이를 사용하지 않고 수행될 수 있어, 이는 제조 비용의 감소로 귀결될 수 있다.
또한, 원재료(5)의 일 단부 부분의 스웨이징 가공은 펀치 이동 방향(50)과 반대의 방향(51)으로 안내부(20)를 이동시킴으로써 원재료(5)를 프레싱하면서 수행되어, 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 길이는 원재료(5)의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다. 그러므로, 때때로 펀치(30)에 의한 원재료(5)에 대항하는 프레싱력에 기인하여 발생할 수도 있는 원재료(5)의 좌굴의 발생이 방지될 수 있다.
또한, 미리 설정된 거리를 갖는 초기 간극(X)이 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 제공된다. 그러므로, 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이의 초기 간극(X)의 범위 내에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분의 좌굴은 펀치(30)의 이동의 개시 직후에 방지될 수 있고, 또한 안내부(20)의 이동 길이(행정)가 단축될 수 있다.
또한, 펀치(30)의 이동의 개시로부터 안내부(20)의 이동의 개시까지의 시간 지연은 펀치(30)의 이동의 개시 전의 시점에서의 초기 간극(X)의 범위 내에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 체적과 초기 간극(X)의 범위 내에서의 시간 지연 동안 증가되는 원재료(5)의 증가되는 체적의 총 체적이 스웨이징에 의해 형성되는 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 계획된 형상(도4 참조)에서의 초기 간극(X)의 범위 내에 존재하게 되는 원재료(5)의 체적을 초과하지 않도록 설정된다. 그러므로, 원재료(5)의 일 단부 부분은 그 직경이 미리 설정된 형상으로 확실하게 증가될 수 있다.
따라서, 제1 실시예에 따른 단조 방법에서, 높은 품질의 단조 제품(스웨이징 제품)이 낮은 비용으로 얻어질 수 있다.
또한, 삽입 통로(22)의 일 측에서의 안내부(20)의 선단부 표면의 에지 부분 이 경사져 있기 때문에, 안내부(20)는 스웨이징 시점에서 원재료(5)의 노출된 부분(8)으로부터의 배압(back pressure)을 효율적으로 수용할 수 있다. 그러므로, 안내부(20)를 이동시키기 위한 안내부 구동 장치(40)에서, 안내부(20)를 이동시키는 데에 요구되는 구동력이 감소될 수 있고, 이에 따라 안내부(20)는 보다 작은 구동력을 갖는 안내부 구동 장치(40)에 의해 이동될 수 있다.
다음으로, 본 실시예의 단조 방법을 위한 바람직한 가공 조건이 설명될 것이다. 하기의 설명에서, P, G, X0, X1, X, t0 및 T는 다음과 같이 정의된다:
"P"는 이동의 개시로부터의 펀치(30)의 평균 이동 속도이다;
"G"는 이동의 개시로부터의 안내부(20)의 평균 이동 속도이다;
"X0"는 스웨이징 가공 전의 원재료(5)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이이다;
"X1"은 스웨이징 가공 후의 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이이다;
"X"는 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이의 초기 간극이다(0≤X≤X0);
"t0"는 펀치(30)의 이동의 개시로부터 안내부(20)의 이동의 개시까지의 시간 지연이다(0≤t0);
"L"은 스웨이징 가공 후의 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 길이이다;
"l0"는 직경 확대 부분(7)에 대해 요구되는 스웨이징 가공 전의 원재료(5)의 길이이다;
"T"는 펀치의 이동의 개시로부터의 스웨이징 가공 시간이다.
본 실시예의 하기의 방법에서, t0<T이면, "G"가 하기의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다:
(L-X)/[(l0-L)/P-t0]≤G≤P(X1-X)/(l0-X1-Pt0) …(i)
"G"가 전술한 관계식 (i)를 만족시키는 경우, 펀치(30)의 이동이 완료된 때(즉, 스웨이징 가공이 완료된 때) 원재료(5)의 일 단부 부분에서 직경이 확대되지 않은 부분이 남게 되는 문제를 방지할 수 있고, 이는 이어서 확실하게 원재료(5)의 일 단부 부분을 그 직경이 미리 설정된 형상으로 확대될 수 있도록 한다. 또한, 때때로 스웨이징 가공 동안 발생할 수도 있는 원재료의 좌굴의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
전술한 관계식에서 "G"에 대해 전술한 관계식으로 설정하는 이유가 하기와 같이 설명될 것이다.
<"G"의 하한>
펀치(30)의 이동이 완료된 때 안내부(20)의 선단부가 펀치(30)의 선단부의 위치보다 낮은 부분에 위치된 경우, 원재료(5)의 일 단부 부분에서 가공되지 않은 부분이 남게 된다. 이러한 상황에서, 원재료(5)의 일 단부 부분은 그 직경이 계획된 형상으로 확대될 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 안내부(20)의 선단부의 위치와 펀치(30)의 선단부의 위치는 펀치(30)의 이동이 완료된 때 서로 일치할 필요가 있다. 즉, "G"의 하한에서, 펀치(30)를 l0의 높이 위치로부터 "L"의 높 이 위치까지 이동시키기 위하여 요구되는 시간 (l0-L)/P는, 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이의 거리가 안내부(20)의 이동에 의해 X로부터 L로 되는데 요구되는 시간과 동일할 필요가 있다. 따라서, "G"는 하기의 관계식을 만족시킬 것이 요구된다:
(L-X)/[(l0-L)/P-t0]≤G …(i-a)
<"G"의 상한>
"G"의 상한의 조건은, 안내부(20)의 선단부 위치와 펀치(30)의 선단부 위치가 서로 일치된 때 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 길이가 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하라는 것이다.
안내부(20)의 선단부 위치와 펀치(30)의 선단부 위치가 일치된 때, 하기의 방정식 (i-b)가 만족된다.
l0-PT=X+G(T-t0) …(i-b)
상기 방정식 (i-b)으로부터, T는 하기의 방정식 (i-c)로 표현된다.
T=[l0-X+Gt0]/(G+P) …(i-c)
또한, 원재료(5)의 좌굴의 발생을 방지하기 위하여, 안내부(20)의 선단부가 펀치(30)의 선단부와 일치할 때 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 길이 X+G(T-t0)는 스웨이징 가공의 완료 시점(즉, 펀치(30)의 이동의 완료 시점)의 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이(X1) 이하일 것이 요구된다. 그러므로, 하기의 부등식 (i-d)가 만족된다.
X+G(T-t0)≤X1 …(i-d)
전술한 부등식 (i-d)를 전술한 방정식 (i-c)로 치환함으로써, 하기의 관계식 (i-e)가 얻어질 수 있다.
G≤P(X1-X)/(l0-X1-Pt0) …(i-e)
전술한 부등식 (i-a) 및 (i-e)로부터, 전술한 관계식 (i)가 얻어질 수 있다.
전술한 관계식 (i)에서, "G"가 하한 미만이라면, 원재료(5)의 일 단부 부분의 일부가 펀치(30)의 이동의 완료 시점에서(즉, 스웨이징 가공의 완료 시점에서) 그 직경이 확대되지 않고 남게 되는 문제가 발생할 것이다. 결과적으로, 원재료(5)의 단부 부분은 그 직경이 계획된 형상으로 확대될 수 없다. 반대로, "G"가 상한을 초과한다면, 원재료(5)의 노출된 부분(8)이 스웨이징 가공 시점에서 좌굴되는 문제가 발생할 것이다. 따라서, "G"가 전술한 관계식 (i)를 만족하는 것이 바람직하다.
0≤T≤t0인 경우, G는 0이다(G=0).
본 발명에서, 시간 지연(t0)는 0을 초과, 즉 0<t0인 것이 특히 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다. 즉, 0<t0인 경우, 펀치(30)의 이동의 개시 직후의 시점에서(즉, 스웨이징 가공의 개시 직후의 시점에서), 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이의 초기 간극(X)의 범위 내에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)은 그 직경이 증가한다. 이는 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 좌굴 한계 길이를 증가시키고, 이에 따라 좌굴의 발생이 확실하게 방지될 수 있다.
그러나, 본 발명에서, 시간 지연(t0)을 반드시 설정할 것이 요구되지는 않는데, 달리 말하면 시간 지연(t0)가 0, 즉 t0=0일 수 있다.
또한, 본 발명에서, 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 단면이 스웨이징 가공 후 그의 축방향을 따라 일정하지 않은 경우, 직경 확대 부분(7)의 형상을 고려한 단면적은 스웨이징 가공의 완료 시점에서 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 단면적으로서 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 직경 확대 부분(7)의 평균 단면 직경이 사용되는 것이 바람직하다. 전술한 것과 달리, 직경 확대 부분(7)의 최소 또는 최대 단면적이 사용될 수 있다.
도5 내지 도13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단조 장치를 사용하는 단조 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도6에서, 도면 부호 "1B"는 제2 실시예의 단조 장치를 나타내며, "5"는 원재료를 나타낸다. 도5에서, 도면 부호 "3"은 단조 장치(1B)에 의해 제조된 단조 제품을 나타낸다.
도6에 도시된 바와 같이, 원재료(5)는 전술한 제1 실시예에서의 원재료와 유사한 직선 바아 형상 부재이다. 원재료(5)의 단면은 정사각형이다. 이러한 원재료(5)에서, 원재료(5)의 계획된 직경 확대 부분(6)은 원재료(5)의 일 단부 부분 및 그의 타 단부 부분이다. 도9에서, "l0"는 직경 확대 부분(7)에 대해 요구되는 스웨이징되지 않은 원재료(5)의 길이를 나타낸다. 이러한 원재료(5)의 다른 구조는 제1 실시예에서의 원재료와 동일하다.
단조 제품(3)은 도5에 도시된 바와 같이 스패너(렌치)(상세하게는, 양구 스패너(double-end spanner)(렌치))로서 사용되는 제품이며, 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분을 각각 미리 설정된 두께의 평평한 형상을 갖는 직경 확대 부분(7)으로 확대하고 이어서 각각의 직경 확대 부분(7)이 2차 단조 가공을 받게 함으로써 제조된다. 즉, 이러한 단조 제품(3)은 양 단부에서 직경 확대 부분들(7, 7)을 갖는 바아 형상의 제품이다. 이러한 단조 제품(3)의 일 단부 부분에 형성된 직경 확대 부분(7) 및 타 단부 부분에 형성된 직경 확대 부분은 그 크기가 상이하다.
도6에 도시된 바와 같이, 단조 장치(1B)에서, 고정 다이(10)에는 원재료(5)가 고정된 방식으로 장착되는 원재료 고정 및 장착 함몰부(12)가 제공된다. 또한, 고정 다이(10)는 그의 길이를 따라 원재료 고정 및 장착 함몰부(12)를 분할하는 분할면에서 분할된 복수의 분할된 다이들로 구성된다. 이러한 제2 실시예에서, 고정 다이(10)는 상부 고정 다이(11)와 하부 고정 다이(11)로 분할된다. 이들 2개의 고정 다이들(11, 11)은 그 구조가 동일하다.
도9 내지 도13에서, 설명을 위하여, 고정 다이들(11) 중 상부 고정 다이(11)는 생략되어 있다.
이러한 고정 다이(10)에서, 원재료(5)의 축방향 중앙 부분은 원재료(5)의 양 단부 부분이 반대 방향으로 돌출된 상태로 원재료 고정 및 장착 함몰부(12) 내에 장착된다. 원재료(5)가 원재료 고정 및 장착 함몰부(12) 내에 장착된 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분은 동시에 스웨이징 가공을 받게 되 므로, 원재료(5)가 스웨이징 가공 시점에서 축방향으로 이동되지 않도록 고정 다이(10)에 고정되게 된다. 고정 다이(10)의 일 단부 부분 및 그의 타 단부 부분에서, 구속 다이 부분(15)은 각각 일체로 형성된다. 구속 다이 부분(15)의 구조가 이하에서 설명될 것이다.
단조 장치(1B)에는 2부분, 즉 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분을 스웨이징하기 위한 2개의 안내부들(20, 20)과 2개의 펀치들(30, 30)이 제공된다.
각각의 안내부(20)는 도6에 도시된 바와 같은 좌굴 방지 방식으로 원재료(5)를 보유하기 위한 통로(22)를 갖는다. 제2 실시예에서, 안내부(20)는 삽입 통로(22)의 양 측에서 소정 거리에 배치된 한 쌍의 안내 부재들(21, 21)에 의해 구성된다.
안내부(20)의 선단부 표면의 에지 부분은 통로(22)의 일 측에서 경사져 있고, 이에 따라 에지 부분은 원형으로 되어 있다. 제2 실시예에서, 안내부(20)의 전체 선단 에지 표면은 오목하게 형성된다. 도6에서, 도면 부호 "23"은 경사진 부분을 나타낸다. 이러한 안내부(20)의 다른 구조는 제1 실시예에서의 구조와 동일하다.
안내부 구동 장치(40)가 각각의 안내부(20)에 연결된다. 안내부 구동 장치(40)의 구조는 전술한 제1 실시예에서의 구조와 동일하다.
펀치(30)에 프레싱력을 제공하기 위한 (도시 안된) 프레싱 장치가 각각의 펀치(30)에 연결된다. 펀치(30)의 구조와 프레싱 장치의 구조는 전술한 제1 실시예 에서의 구조와 동일하다.
도6 및 도9에 도시된 바와 같이, 고정 다이(10)를 구성하는 상부 및 하부 고정 다이들(11, 11)의 구속 다이 부분들(15, 15)은 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 주연부의 일부를 구속하는 데에 사용된다. 이러한 제2 실시예에서, 구속 다이 부분(15)은 노출된 부분(8)의 두꺼운 면과 접촉함으로써 노출된 부분(8)을 구속한다.
구속 다이 부분(15)에는 성형 함몰부(17)가 제공된다. 이러한 제2 실시예에서, 성형 함몰부(17)의 성형 표면의 일부(보다 구체적으로는, 성형 함몰부(17)의 측면)는 구속 다이 부분(15)의 구속 기능을 하는 표면을 구성한다. 이러한 성형 함몰부(17)는 폐쇄되어 있는데, 즉 구속 다이 부분(15)의 성형 함몰부(17)에는 동일 평면 상에 있는 성형 함몰부가 제공되지 않는다.
또한, 도6에 도시된 바와 같이, 각각의 구속 다이 부분(15)에는 제2 펀치 장착 개구(16)가 제공된다. 이러한 제2 펀치 구속 개구(16) 내에 제2 펀치(32)가 장착된다. 제2 펀치(32)가 장착 개구(16) 내에 장착된 상태에서, 제2 펀치(32)의 선단부 표면은 구속 다이 부분(15)의 구속 기능을 하는 표면과 동일 평면 상에 있다. 이러한 제2 펀치(32)는 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)을 프레싱하도록 성형 함몰부(17)를 향해 이동된다(도13 참조). 제2 펀치(32)에 의한 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 프레싱에 의해, 성형 함몰부(17)가 직경 확대 부분(7)의 재료로 채워지게 된다. 제2 펀치(32)에 프레싱력을 제공하기 위한 (도시 안된) 제2 프레싱 장치가 제2 펀치(32)에 연결된다. 이러한 제2 프레싱 장치는 제2 펀치(32)에 프레싱력 을 제공하기 위하여, 예컨대 유체압(유압 또는 가스압)에 의해 구동된다.
도9 내지 도13에서, 설명을 위하여, 우측의 제2 펀치(32)는 상향으로 이동된 위치로 도시되어 있다.
이하에서, 제2 실시예의 단조 장치(1B)를 사용하는 단조 방법이 설명될 것이다.
도7 내지 도9에 도시된 바와 같이, 원재료(5)의 축방향 중앙 부분은 고정 다이(10)의 원재료 고정 및 장착 함몰부(12) 내에 장착되며, 원재료(5)는 계획된 직경 확대 부분(6)으로서의 양 단부가 돌출된 상태로 고정 다이(10)에 고정된다. 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분은 안내부(20)의 각각의 대응하는 통로(22) 내에 삽입되고, 이럼으로써 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분을 좌굴 방지 상태로 보유한다. 이러한 상태에서, 제2 펀치(32)의 선단부 표면은 구속 다이 부분(15)의 구속 기능을 하는 표면과 동일 평면 상에 있다(도8c 참조).
그 후, 도9에 도시된 바와 같이, 초기 간극(X)이 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 제공된다. 이러한 초기 간극(X)의 거리(범위)는 전술한 제1 실시예에서와 동일한 방식으로 펀치(30)의 이동의 개시(즉, 펀치(30)에 의한 원재료(5)의 프레싱의 개시) 전의 상태에서 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 되도록 설정된다.
그 후, 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 주연부의 일부가 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에서 구속 다이 부분(15)에 의해 구속되고 동시에 원재료(5)를 양 펀치(30, 30)를 동시에 이동시킴으로써 펀치(30)에 의해 축방향으로 프레싱하는 상태 에서, 양 안내부(20, 20)가 대응하는 펀치 이동 방향(50)과 반대의 방향(51)으로 이동하여, 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 길이는 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다. 이 때, 각각의 펀치(30)의 이동의 개시와 각각의 안내부(20)의 이동의 개시 사이의 시간 지연이 설정된다. 상세하게는, 펀치(30)에 의한 원재료(5)의 프레싱의 개시 시점에서, 각각의 안내부(20)의 위치가 고정되고, 그 후 원재료(5)가 펀치(30)의 이동에 의해 각각의 펀치(30)로 축방향으로 프레싱된다. 이에 의해, 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이(즉, 초기 간극(X)의 범위 내)에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)은 그 직경이 확대된다.
시간 지연이 경과된 후, 원재료(5)가 각각의 펀치(30)에 의해 연속적으로 프레싱되는 동안, 각각의 안내부(20)는 펀치 이동 방향(50)과 반대의 방향(51)으로 이동된다. 안내부(20)가 이동하는 경우, 각각의 안내부(20)의 이동 속도는 각각의 안내부 구동 장치(40)에 의해 제어되어, 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 길이는 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다.
시간 지연은, 펀치(30)의 이동의 개시 전(즉, 스웨이징 가공 전)의 시점에서의 초기 간극(X)의 범위 내에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 체적과 초기 간극(X)의 범위 내에서의 시간 지연 동안 증가되는 원재료(5)의 증가되는 체적의 총 체적이 스웨이징 가공에 의해 형성되는 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 계획된 형상(도12 참조)에서의 초기 간극(X)의 범위 내에 존재하게 되는 원재료(5)의 체적을 초과하지 않도록 설정된다.
펀치(30)와 안내부들(20, 20)의 이동에 따라, 도11에 도시된 바와 같이, 원 재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분은 그 직경이 점진적으로 동시에 증가된다. 도12에 도시된 바와 같이, 각각의 펀치(30)의 선단부가 대응하는 안내부(20)의 선단부 위치에 도달된 때, 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분은 그 직경이 계획된 대체로 원형 판 형상(직경 확대 부분(7))으로 각각 동시에 확대되고, 따라서 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분의 스웨이징 가공이 완료된다. 도면 부호 "L"은 스웨이징 가공 후의 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 길이를 나타낸다. 도12에 도시된 바와 같이 얻어진 원재료(5)는 도5에 도시된 계획된 설계 형상의 단조 제품(3)의 예비 성형품이 된다.
그 후, 도13에 도시된 바와 같이, 원재료(5)의 직경 확대 부분들(7, 7) 둘 모두는 제2 펀치들(32, 32)에 의해 두께 방향으로 동시에 프레싱되어, 각각 성형 함몰부(17) 내에서 직경 확대 부분(7)을 변형시킴으로써 각각 직경 확대 부분(7)의 재료로 성형 함몰부(17)를 채우게 된다. 각각의 제2 펀치는 또한 성형 돌출부로서의 기능을 한다. 그러므로, 직경 확대 부분(7)을 제2 펀치(32)로 프레싱함으로써, 제2 펀치(32)에 대응하는 함몰부(9)가 직경 확대 부분(7)의 두 표면 각각의 상에 그 두께 방향으로 형성된다. 제2 실시예에서, 함몰부(9)는 직경 확대 부분(7)을 그 두께 방향으로 관통하도록 형성된다.
전술한 프레싱에 의해, 도5에 도시된 계획된 설계 형상의 단조 제품(3)이 제조된다.
제2 실시예의 단조 방법은 제1 실시예의 장점에 더하여 하기의 장점을 갖는다.
스웨이징 가공이 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분에 대하여 동시에 수행되기 때문에, 스웨이징 가공의 가공 효율이 향상될 수 있다.
또한, 계획된 설계 형상의 단조 제품(3)은, 원재료(5)의 일 단부 부분과 타 단부 부분의 스웨이징 가공을 수행한 후에 고정 다이(10)로부터 원재료(5)를 제거하거나 이를 다른 다이에 부착할 필요 없이 얻어질 수 있다. 따라서, 다이 또는 가공 단계의 수가 감소될 수 있고, 이는 제조 비용의 감소로 귀결된다.
또한, 성형 함몰부(17)가 폐쇄되어 있기 때문에, 성형 가공의 완료 후에 플래쉬(flash) 제거 가공을 수행할 것이 요구되지 않는다. 그러므로, 가공 단계가 추가로 감소될 수 있고, 제품 수율(yield rate)이 개선될 수 있다.
제2 실시예의 단조 방법에서, 전술한 제1 실시예와 동일한 방식으로, t0<T인 경우, 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 시간 지연(t0)을 설정하는 것이 반드시 필요하지는 않은데, 달리 말하면 시간 지연은 0, 즉 t0=0일 수 있다.
도14 및 도15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단조 장치를 사용하는 단조 방법을 설명하는 개략적인 도면이다. 도14에서, 도면 부호 "1C"는 제3 실시예의 단조 장치를 나타내며, "5"는 원재료를 나타낸다.
제3 실시예의 단조 장치(1C)는 도5에 도시된 단조 제품(3)을 제조하기 위하여 사용되는 장치이다. 이러한 단조 장치(1C)에서, 고정 다이(10)와 구속 다이 부 분(15)에 있어서, 성형 함몰부(17)로부터 이어진 플래쉬 성형 함몰부(18)가 제공된다. 즉, 이 성형 함몰부(17)는 반-폐쇄(semi-closed)(반-밀봉(semi-sealed))된다. 이러한 단조 장치(1C)의 다른 구조는 제2 실시예의 구조와 동일하다.
도15에서, 설명을 위하여, 고정 다이(10)를 구성하는 상부 고정 다이(11)와 하부 고정 다이(12) 중에서 상부 고정 다이(11)는 생략된다. 또한, 이 도면에서, 제2 펀치(32)는 우측 상부 측으로 이동된 방식으로 도시되어 있다.
이러한 단조 장치(1C)에서, 도15에 도시된 바와 같이, 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분에 대한 스웨이징 가공을 동시에 수행한 후, 원재료(5)의 두 직경 확대 부분들(7, 7)은 두 제2 펀치들(32, 32)에 의해 동시에 프레싱되어, 직경 확대 부분들(7, 7)을 대응하는 성형 함몰부(17) 내에서 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부들(17, 17)과 플래쉬 성형 함몰부(18)를 직경 확대 부분들(7, 7)의 재료로 채우게 된다. 그러므로, 플래쉬(4)를 갖는 단조 제품이 계획된 설계 형상에 근접한 형상을 갖는 단조 제품으로서 제조될 수 있다. 그 후, 플래쉬(4)를 제거함으로써, 도5에 도시된 계획된 설계 형상의 단조 제품(3)이 얻어질 수 있다.
제3 실시예의 단조 방법에 따르면, 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 재료가 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)을 제2 펀치들(32, 32)로 프레싱함으로써 성형 함몰부들(17, 17)과 플래쉬 성형 함몰부(18)로 채워지기 때문에, 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)의 가공이 낮은 성형 압력 하에서 수행될 수 있다. 또한, 가공 시점에서 성형 함몰부(17)에 가해지는 하중이 감소될 수 있어, 이는 성형 함몰부(17)의 수명의 연장으로 귀결된다.
제3 실시예의 단조 방법에서, 전술한 제1 실시예와 동일한 방식으로, t0<T인 경우, 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)가 전술한 관계식 (i)을 만족하는 것이 바람직하다.
도16 및 도17은 스웨이징 가공이 제1 실시예(1A)에 따른 단조 장치(1A)에 의해 원재료(5)의 축방향 중앙 부분까지 수행된 후의 상태를 도시한다. 원재료(5)의 계획된 직경 확대 부분(6)은 원재료(5)의 축방향 중앙 부분이다. 이러한 경우, 단조 방법은 다음과 같이 수행된다.
먼저, 원재료(5)의 하단부 부분이 고정 다이(10)의 원재료 고정 및 장착 개구(12) 내에 장착되어, 원재료(5)가 원재료(5)의 축방향 중앙 부분(계획된 직경 확대 부분(6))으로부터 그의 상단부까지의 영역이 상향으로 돌출된 상태로 고정 다이(10)에 고정된다. 그 후, 원재료(5)의 축방향 중앙 부분(계획된 직경 확대 부분(6))으로부터 그의 상단부까지의 영역이 안내부(20)의 삽입 통로(22) 내부로 삽입되어, 원재료(5)의 축방향 중앙 부분을 좌굴을 방지하는 방식으로 안내부(20)에 의해 유지한다.
그 후, 초기 간극(X)이 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 형성된다. 제1 실시예와 동일한 방식으로, 이 간극(X)은 펀치(20)의 이동의 개시(즉, 펀치(30)에 의한 원재료(5)의 프레싱) 전의 상태에서 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 되도록 설정된다.
그 후, 안내부(20)와 고정 다이(10) 사이에 노출된 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 전체 주연부가 구속되지 않은 상태에서, 펀치(30)를 이동시킴으로써 원재료(5)를 축방향으로 펀치(30)에 의해 프레싱되는 동안, 안내부(20)가 펀치 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부 구동 장치(40)에 의해 이동되어, 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 길이는 원재료(5)의 노출된 부분(8)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다. 이 때, 시간 지연은 펀치(30)의 이동의 개시와 안내부(20)의 이동의 개시 사이로 설정된다.
펀치(30)와 안내부(20)의 이동에 따라, 원재료(5)의 일 단부 부분은 그 직경이 점진적으로 확대된다. 도16 및 도17에 도시된 바와 같이, 펀치(30)의 선단부가 미리 설정된 높이 위치에 도달한 때, 원재료(5)의 축방향 중앙 부분은 그 직경이 계획된 스핀들 형상(직경 확대 부분(7))으로 확대된다. 그러므로, 원재료(5)의 축방향 중앙 부분의 스웨이징 가공이 완료된다. 원재료(5)를 고정 다이(10)로부터 빼냄으로써, 요구되는 단조 제품이 얻어진다.
본 실시예의 단조 방법에서, 전술한 제1 실시예와 유사한 방식으로, t0<T인 경우, 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)가 전술한 관계식 (i)을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 수 개의 바람직한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 이러한 실시예들로 제한되지 않는다는 것에 유의하여야 한다.
예를 들면, 본 발명에서, 스웨이징 가공은 원재료(5)를 미리 설정된 온도로 가열하거나 가열하지 않은 상태에서 원재료(5)의 계획된 직경 확대 부분(6)에 대해 수행될 수 있다. 달리 말하면, 본 발명의 단조 방법은 열간 단조 방법 또는 냉간 단조 방법일 수 있다.
또한, 직경 확대 부분들(7, 7)이 단조 제품의 양 단부 부분에 형성되는 경우, 직경 확대 부분은 동일한 형상, 상이한 형상, 동일한 크기, 또는 상이한 크기일 수 있다.
본 발명에서, 원재료(5)의 계획된 직경 확대 부분(6)이 원재료(5)의 소정의 단부 부분(즉, 일 단부 부분 또는 타 단부 부분)이고 단조 제품(3)이 계획된 직경 확대 부분(7)에 스웨이징 가공을 가함으로써 원재료(5)의 소정의 단부 부분에서 직경 확대 부분(7)을 형성함으로써 얻어지는 경우, 직경 확대 부분(7)은 단조 제품(3)의 이러한 단부 부분에 형성될 수 있고 비스웨이징 부분(5a)이 도18b에 도시된 바와 같이 단조 제품(3)의 이러한 단부 부분에 형성된 직경 확대 부분(7) 외측의 부분에 남게 될 수 있으며, 또는 직경 확대 부분(7)은 비스웨이징 부분이 단조 제품(3)의 이러한 단부에 남지 않도록 형성될 수 있다.
전자의 단조 제품(3)에 따르면, 직경 확대 부분(7)과 같은 단조 제품(3)의 미리 설정된 부분이 후가공(after processing)을 받게 되는 경우, 비스웨이징 부분(5a)이 (도시 안된) 척(chuck)에 의해 고정될 수 있어, 용이한 후가공이 가능해진다.
다른 한편, 후자의 단조 제품(3)에 따르면, 비스웨이징 부분이 단조 제품(3)의 단부 부분에 남지 않기 때문에, 비스웨이징 부분이 가공을 받을 필요가 없으므 로, 제조 단계가 감소된다.
또한, 본 발명에서, 도19에 도시된 바와 같이, 원재료 고정 및 장착 개구(12)의 개방 에지 부분이 경사질 수 있다. 도면 부호 "13"은 개방 단부 부분에 형성된 경사진 부분을 나타낸다. 이 도면에서, 경사부 가공은 개방 에지 부분의 전체 원주에 대해 수행되었고, 이에 따라 개방 에지 부분의 단면 형상은 원형이다.
본 발명에서, 단조 제품(3)은 바아 형상 제품으로 제한되지 않는다.
또한, 본 발명의 단조 방법에 의해 얻어지는 단조 제품(3)은 전술한 실시예에 도시된 제품으로 제한되지 않으며, 예컨대 아암 부재, 샤프트 부재 또는 자동차에 사용되는 샤프트 부재 또는 커넥팅 로드, 또는 압축기에 사용되는 이중 헤드 피스톤일 수 있다.
본 발명의 단조 방법에 의해 얻어지는 단조 제품(3)이 자용차용 아암 부재(예컨대, 서스펜션 아암 또는 엔진 마운트)인 경우, 본 발명의 단조 방법은 다음과 같이 한정될 수 있다.
즉, 자동차용 아암 부재를 제조하기 위한 단조 방법은, 바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이, 원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부, 및 원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치가 제공된 스웨이징 장치를 사용하는 방법으로 특징지워지며,
계획된 직경 확대 부분이 돌출된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되며,
그 후, 펀치를 이동시킴으로서 원재료를 펀치에 의해 프레싱하는 동안, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시킴으로써 스웨이징 가공을 받게 되어, 원재료의 노출된 부분의 길이가 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다.
이러한 경우, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은, 예컨대 다른 부재에 연결되는 커플링 부분을 형성하는 계획된 부분이 될 것이다. 커플링 부분은, 예컨대 부시(bush)가 장착되는 부시 장착 부분을 갖는다. 부시 장착 부분은, 예컨대 원통형일 수 있다.
본 발명의 단조 방법에 의해 얻어지는 단조 제품(3)이 자동차용 샤프트 부재(예컨대, 프로펠러 샤프트)인 경우, 본 발명의 단조 방법은 다음과 같이 한정될 수 있다.
즉, 자동차에 사용되는 샤프트 부재를 제조하기 위한 방법은, 바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이, 원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부, 및 원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치가 제공된 스웨이징 장치를 사용하는 단조 방법으로 특징지워지며,
계획된 직경 확대 부분이 돌출된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되며,
그 후, 펀치를 이동시킴으로서 원재료를 펀치에 의해 프레싱하는 동안, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시킴으로써 스웨이징 가공을 받게 되어, 원재료의 노출된 부분의 길이가 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다.
이러한 경우, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은, 예컨대 다른 부재에 연결되는 커플링 부분을 형성하는 계획된 부분일 수 있다.
본 발명의 단조 방법에 의해 얻어지는 단조 제품(3)이 자동차용 커넥팅 로드인 경우, 본 발명의 단조 방법은 다음과 같이 한정될 수 있다.
즉, 자동차용 커넥팅 로드를 제조하는 방법은, 바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이, 원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부, 및 원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치가 제공된 스웨이징 장치를 사용하는 단조 방법으로 특징지워지며,
계획된 직경 확대 부분이 돌출된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되며,
그 후, 펀치를 이동시킴으로서 원재료를 펀치에 의해 프레싱하는 동안, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재 료의 계획된 직경 확대 부분은 펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시킴으로써 스웨이징 가공을 받게 되어, 원재료의 노출된 부분의 길이가 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다.
이러한 경우, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 다른 부재에 연결되는 커플링 부분(예컨대, 크랭크, 피스톤)을 형성하는 계획된 부분일 수 있다.
본 발명의 단조 방법에 의해 얻어지는 단조 제품(3)이 이중 헤드 피스톤인 경우, 본 발명의 단조 방법은 다음과 같이 한정될 수 있다.
즉, 압축기에 사용되는 이중 헤드 피스톤을 제조하는 방법은, 바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이, 원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부, 및 원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치가 제공된 스웨이징 장치를 사용하는 단조 방법으로 특징지워지며,
계획된 직경 확대 부분이 돌출된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되며,
그 후, 펀치를 이동시킴으로서 원재료를 펀치에 의해 프레싱하는 동안, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시킴으로써 스웨이징 가공을 받게 되어, 원재료의 노출된 부분의 길이가 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 된다.
이러한 경우, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은, 예컨대 이중 헤드 피스톤의 헤드 부분을 형성하는 계획된 부분일 수 있다.
<예 1>
단면이 원형이고 직경이 18 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 원재료(5)를 350℃로 가열한 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))에 제1 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 가하였다. 이러한 스웨이징 가공에 의해, 스핀들 형상의 직경 확대 부분(7)이 원재료(5)의 일 단부 부분에 형성되었다. 이러한 직경 확대 부분(7)의 평균 직경은 30 mm였고, 직경 확대 부분(7)의 길이(L)는 60 mm였다. 이러한 단조 방법을 채용한 가공 조건을 표 1에 도시한다. 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)을 만족하였다.
표 1에서, "V0"는 초기 간극(X)의 범위 내에서 시간 지연(t0) 동안 증가되는 원재료(5)의 증가된 체적을 나타낸다. "S"는 스웨이징 가공 전의 시점에서의 원재료(5)의 단면적을 나타낸다. 따라서, 시간 지연(t0)은 t0=V0/(SP)로 나타낼 수 있다.
<비교 예 1>
예 1에서와 동일한 방식으로, 단면이 원형이고 직경이 18 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 또한, 예 1에서와 동일한 방식으 로, 스핀들 형상의 직경 확대 부분(7)이 이러한 직경 확대 부분(7)의 평균 직경이 30 mm가 되고 직경 확대 부분(7)의 길이(L)가 60 mm가 되도록, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))에 제1 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 가하였다. 이러한 경우, 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)의 상한을 초과하였다. 다른 조건은 예 1에서의 조건과 동일하였다. 이러한 단조 방법에 적용된 가공 조건을 표 1에 도시한다.
<예 2>
단면이 사각형이고 한 변이 10 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 원재료(5)를 350℃로 가열한 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 보유하는 동안, 원재료(5)의 일 단부 부분에 제2 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 가하였다. 이러한 스웨이징 가공에 의해, 평평한 형상의 직경 확대 부분(7)이 원재료(5)의 일 단부 부분에 형성되었다. 이러한 직경 확대 부분(7)의 두께는 10 mm였고, 직경 확대 부분(7)의 평균 폭은 18 mm였으며, 직경 확대 부분(7)의 길이(L)는 62 mm였다. 이러한 단조 방법을 채용한 가공 조건을 표 1에 도시한다. 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)을 만족하였다.
<비교 예 2>
예 2에서와 동일한 방식으로, 단면이 사각형이고 한 변이 10 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 또한, 예 2에서와 동일한 방식으로, 직경 확대 부분(7)의 평균 폭이 18 mm가 되고 직경 확대 부분(7)의 길이(L) 가 62 mm가 되도록, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))에 스웨이징 가공을 가하였다. 이러한 경우, 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)의 상한을 초과하였다. 다른 조건은 예 2에서의 조건과 동일하였다. 이러한 단조 방법에 적용된 가공 조건을 표 1에 도시한다.
<예 3>
단면이 사각형이고 한 변이 10 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 원재료(5)를 350℃로 가열한 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 구속하는 동안, 원재료(5)의 일 단부 부분에 제2 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 가하였다. 이러한 스웨이징 가공에 의해, 평평한 형상의 직경 확대 부분(7)이 원재료(5)의 일 단부 부분에 형성되었다. 채용된 구속 다이 부분(15)에는 폐쇄된 성형 함몰부(17)가 제공되었다. 이러한 단조 방법을 채용한 가공 조건을 표 1에 도시한다. 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)을 만족하였다.
그 후, 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)을 제2 펀치(32)에 의해 프레싱하여, 성형 함몰부(17) 내에서 직경 확대 부분(7)을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부(17)를 직경 확대 부분(7)의 재료로 채웠다. 이러한 단조 방법에 의해, 플래쉬가 없는, 즉 계획된 설계 형상의 단조 제품이 얻어졌다. 이러한 단조 제품에서, 주름부(wrinkle) 또는 결핍부(lack)와 같은 가공 결함은 관찰되지 않았다.
<예 4>
단면이 사각형이고 한 변이 10 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 원재료(5)를 350℃로 가열한 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들만을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 구속하는 동안, 원재료(5)의 일 단부 부분에 제2 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 가하였다. 이러한 스웨이징 가공에 의해, 평평한 형상의 직경 확대 부분(7)이 원재료(5)의 일 단부 부분에 형성되었다. 채용된 구속 다이 부분(15)의 성형 함몰부(17)에는 성형 함몰부(17)로부터 이어진 플래쉬 성형 함몰부(18)가 제공되었다. 이러한 단조 방법을 채용한 가공 조건을 표 1에 도시한다. 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)을 만족하였다.
그 후, 원재료(5)의 직경 확대 부분(7)을 제2 펀치(32)에 의해 프레싱하여, 성형 함몰부(17) 내에서 직경 확대 부분(7)을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부(17)와 플래쉬 성형 함몰부(17)를 직경 확대 부분(7)의 재료로 채웠다. 이러한 단조 방법에 의해, 계획된 설계 형상과 유사한 플래쉬를 갖는 단조 제품이 얻어졌다.
전술한 예 1 내지 4와 비교 예 1 및 2의 단조 방법에서, 원재료(5)의 좌굴 여부를 관찰하였다. 그 결과를 표 1에 도시한다.
가공 조건 좌굴 발생
P (mm/s) X0 (mm) X1 (mm) X (mm) V0 (mm3) S (mm2) T0 (s) L (mm) l0 (mm) G (mm/s)
예 1 70 58 96 14 4253 245 0.24 60 167 36 아니오
예 2 50 38 67 15 - 100 0 62 112 47 아니오
예 3 50 38 82 15 - 100 0 62 136 32 아니오
예 4 50 38 67 15 - 100 0 62 112 47 아니오
비교 예 1 70 58 96 14 4253 254 0.24 60 167 110
비교 예 2 50 38 67 15 - 100 0 62 112 60
표 1에 도시된 바와 같이, 안내부의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식(i)을 만족하였고(즉, 예 1 내지 4), 좌굴이 발생하지 않았으며, 이에 따라 고품질의 단조 제품이 얻어졌다.
<예 5>
단면이 원형이고 직경이 20 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 삽입 통로(22)의 일 측에서 안내부(20)의 선단부 표면의 에지 부분에서, 직경 R = 5 cm의 경사부 가공을 수행하였다. 이러한 안내부(20)를 사용함으로써, 원재료(5)를 350℃로 가열한 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))에 제1 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 가하였다. 이러한 단조 방법에서, 안내부(20)를 이동시키는 데에 요구되는 구동력은 1.02 MPa(4 톤(ton))이었다.
<예 6>
예 5에서와 동일한 방식으로, 단면이 원형이고 직경이 20 mm인 바아 형상의 원재료(5)를 준비하였다. 다른 한편, 삽입 통로(22)의 일 측에서 안내부(20)의 선단부 표면의 에지 부분에서, 경사부 가공은 수행하지 않았다. 이러한 안내부(20)를 사용함으로써, 예 5에서와 동일한 가공 조건 하에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))에 스웨이징 가공을 가하였다. 이러한 단조 방법에서, 안내부(20)를 이동시키는 데에 요구되는 구동력은 1.274 MPa(5 톤)이었다.
예 5에서의 단조 방법에서 안내부(20)를 이동시키는 데에 요구되는 구동력과 예 6에서의 단조 방법에서의 그것을 비교함으로써 이해될 수 있는 바와 같이, 예 5에서의 단조 방법에서, 안내부(20)를 예 6의 단조 방법의 구동력보다 작은 구동력에서 이동시킬 수 있었다.
<예 7>
자동차에 사용되는 직선 바아 형상의 아암 부재를 제조하기 위하여, 단면이 사각형이고 한 변이 10 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 원재료(5)를 350℃로 가열한 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들만을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 구속하고 원재료(5)의 타 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들만을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 추가로 구속하는 동안, 원재료(5)의 일 단부 부분과 타 단부 부분에 제2 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 동시에 가하였다. 이러한 스웨이징 가공에 의해, 평평한 형상의 직경 확대 부분(7)이 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분에 각각 형성되었다. 채용된 구속 다이 부분(15)의 성형 함몰부(17)에는 폐쇄된 성형 함몰부(17)가 제공되었다. 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)을 만족하였다.
그 후, 원재료(5)의 각각의 직경 확대 부분(7)의 중앙 부분을 제2 펀치(32)에 의해 프레싱하여, 대응하는 성형 함몰부(17) 내에서 각각의 직경 확대 부분(7)을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부(17)를 직경 확대 부분(7)의 재료로 채웠다. 직경 확대 부분(7)을 제2 펀치(32)로 프레싱함으로써, 직경 확대 부분(7)의 중앙 부분에, 부시를 장착하기 위한 부시 장착 개구가 형성되었고, 직경 확대 부분(7)이 원통형 형상으로 형성되었다. 원통형 직경 확대 부분은 부시를 장착하기 위한 부시 장착 부분을 갖는 커플링 부분으로서 사용될 것이다. 그러므로, 이러한 단조 방법에 의해, 부시를 장착하기 위한 부시 장착 부분을 각각 갖는 원통형 커플링 부분이 양 단부 부분에 일체로 형성된 계획된 설계 형상의 직선 바아 형상의 아암 부재가 얻어졌다. 이러한 아암 부재에서, 주름부 또는 결핍부와 같은 가공 결함은 발견되지 않았다.
<예 8>
자동차에 사용되는 샤프트 부재를 제조하기 위하여, 단면이 원형이고 직경이 20 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 원재료(5)를 350℃로 가열한 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들만을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 구속하고 원재료(5)의 타 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들만을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 추가로 구속하는 동안, 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분에 제2 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 동시에 가하였다. 이러한 스웨이징 가공에 의해, 평평한 형상의 직경 확대 부분(7)이 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분에 각각 형성되었다. 채용된 구속 다이 부분(15)의 성형 함몰부(17)에는 폐쇄된 성형 함몰부(17)가 제공되었다. 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)을 만족하였다.
그 후, 원재료(5)의 각각의 직경 확대 부분(7)의 일부분을 제2 펀치(32)에 의해 프레싱하여, 대응하는 성형 함몰부(17) 내에서 각각의 직경 확대 부분(7)을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부(17)를 직경 확대 부분(7)의 재료로 채웠다. 이러한 단조 방법에 의해, 다른 부재에 연결되는 커플링 부분이 양 단부 부분에 일체로 형성된 계획된 설계 형상의 샤프트 부재가 얻어졌다. 이러한 샤프트 부재에서, 주름부 또는 결핍부와 같은 가공 결함은 발견되지 않았다.
<예 9>
자동차에 사용되는 커넥팅 로드를 제조하기 위하여, 단면이 사각형이고 한 변이 10 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 원재료(5)를 350℃로 가열한 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들만을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 구속하고 원재료(5)의 타 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들만을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 추가로 구속하는 동안, 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분에 제2 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 동시에 가하였다. 이러한 스웨이징 가공에 의해, 평평한 형상의 직경 확대 부분(7)이 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분에 각각 형성되었다. 채용된 구속 다이 부분(15)의 성형 함몰부(17)에는 폐쇄된 성형 함몰부(17)가 제공되었다. 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)을 만족하였다.
그 후, 원재료(5)의 각각의 직경 확대 부분(7)의 일부분을 제2 펀치(32)에 의해 프레싱하여, 대응하는 성형 함몰부(17) 내에서 각각의 직경 확대 부분(7)을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부(17)를 직경 확대 부분(7)의 재료로 채웠다. 직경 확대 부분(7)을 제2 펀치(32)로 프레싱함으로써, 직경 확대 부분(7)의 중앙 부분에, 커플링 개구가 형성되었으며, 직경 확대 부분(7)이 원통형 형상으로 형성되었다. 원통형 직경 확대 부분은 다른 부재(크랭크 또는 피스톤)에 연결되는 커플링 부분으로서 사용될 것이다. 즉, 이러한 단조 방법에 의해, 다른 부재에 연결되는 커플링 부분이 양 단부 부분에 일체로 형성된 계획된 설계 형상의 커넥팅 로드가 얻어졌다. 이러한 커넥팅 로드에서, 주름부 또는 결핍부와 같은 가공 결함은 발견되지 않았다.
<예 10>
압축기에 사용되는 이중 헤드 피스톤을 제조하기 위하여, 단면이 원형이고 직경이 20 mm인 바아 형상의 원재료(5)(재료: 알루미늄 합금)를 준비하였다. 원재료(5)를 350℃로 가열한 상태에서, 원재료(5)의 일 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들만을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 구속하고 원재료(5)의 타 단부 부분(계획된 직경 확대 부분(6))의 측면들만을 구속 다이 부분(15)에 의해 두께 방향으로 추가로 구속하는 동안, 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분에 제2 실시예의 단조 방법에 따른 스웨이징 가공을 동시에 가하였다. 이러한 스웨이징 가공에 의해, 평평한 형상의 직경 확대 부분(7)이 원재료(5)의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분에 각각 형성되었다. 채용된 구속 다이 부분(15)의 성형 함몰부(17)에는 폐쇄된 성형 함몰부(17)가 제공되었다. 안내부(20)의 평균 이동 속도(G)는 전술한 관계식 (i)을 만족하였다. 이러한 단조 방법에 의해, 헤드 부분(즉, 피스톤 본체)이 양 단부 부분에 일체로 형성된 계획된 설계 형상의 이중 헤드 피스톤이 얻어졌다. 이러한 이중 헤드 피스톤에서, 주름부 또는 결핍부와 같은 가공 결함은 발견되지 않았다.
본 발명은 많은 상이한 형태로 실시될 수 있지만, 본 명세서에 설명된 다수의 예시한 실시예들은 본 개시 내용이 본 발명의 원리의 예를 제공하는 것으로서 고려되어야 하고 이러한 예가 본 명세서에 설명되고/되거나 본 명세서에 예시된 양호한 실시예로 본 발명을 제한하는 의도가 아님을 이해하여야 한다.
본 발명의 예시적인 실시예가 본 명세서에 설명되었지만, 본 발명은 본 명세서에 설명된 다양한 양호한 실시예들로 제한되지 않으며, 본 개시 내용에 기초하여 본 기술 분야의 숙련자에게 이해될 수 있는 바와 같은 등가의 요소, 수정, 생략, 조합(예컨대, 다양한 실시예들에 걸쳐 있는 태양들의 조합), 개조 및/또는 변경을 갖는 임의의 그리고 모든 실시예들을 포함한다. 청구의 범위의 제한은 청구의 범위에 사용된 언어에 기초하여 넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에 설명된 또는 본 출원을 실시하는 동안의 예들로 제한되지 않고, 이 예들은 비제한적인 것으로 해석되어야 한다. 예를 들면, 본 개시 내용에서, 용어 "바람직하게"는 비제한적인 것이며, "바람직하지만, 제한하지 않은"을 의미한다. 본 개시 내용에서 그리고 본 출원을 실시하는 동안, means-plus-function 또는 step-plus-function 제한은 특정 청구항의 제한에 대하여 하기의 모든 조건이 이러한 제한에 제공되는 경우에만 사용될 것이다: a) "means for" 또는 "step for"가 명확하게 제시된 경우; b) 대응하는 기능이 명확하게 제시된 경우; 및 c) 구조, 재료 또는 이러한 구조를 지지하는 작용이 제시되지 않은 경우. 본 개시 내용에서 그리고 본 출원을 실시하는 동안, 용어 "본 발명" 또는 "발명"은 본 개시 내용 내의 하나 이상의 태양을 참조함으로써 사용될 수 있다. 본 발명 또는 발명의 언어는 임계성을 식별하는 것으로 부당하게 해석되지 않아야 하며, 모든 태양 또는 실시예에 걸쳐 적용되는 것으로 부당하게 해석되지 않아야 하며(즉, 본 발명의 다수의 태양과 실시예를 갖는 것으로 이해되어야 함), 본 출원 또는 청구의 범위의 범주를 제한하는 것으로 부당하게 해석되어서는 안 된다. 본 개시 내용에서 그리고 본 출원을 실시하는 동안, 용어 "실시예"는 임의의 태양, 특징, 공정 또는 단계, 이들의 임의의 조합, 및/또는 이들의 임의의 부분 등을 설명하는 데에 사용될 수 있다. 일부 예에서, 다양한 실시예가 겹치는 특징들을 포함할 수도 있다. 본 개시 내용에서 그리고 본 경우를 실시하는 동안, 다음의 약기된 용어가 사용될 수도 있다: "for example"을 의미하는 "e.g."; 및 "not well"을 의미하는 "NB".
본 발명에 따른 단조 방법과 단조 장치는 자동차에 사용되는 아암 부재, 샤프트 부재, 커넥팅 로드, 또는 압축기에 사용되는 이중 헤드 피스톤과 같은 하나 또는 복수의 보다 큰 직경 부분을 갖는 부재를 제조하는 데에 바람직하게 사용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이, 원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부, 및 원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치가 제공된 스웨이징 장치를 사용하는 단조 방법이며,
    계획된 직경 확대 부분이 돌출된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되며,
    그 후, 펀치를 이동시킴으로서 원재료를 펀치에 의해 프레싱하는 동안, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시킴으로써 스웨이징 가공을 받게 되어, 원재료의 노출된 부분의 길이가 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 되는 단조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 소정 거리를 갖는 초기 간극이 펀치의 이동의 개시 전에 안내부와 고정 다이 사이에 제공되며, 상기 거리는 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하로 설정되는 단조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 시간 지연이 펀치의 이동의 개시와 안내부의 이동의 개시 사이에 제공되는 단조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 펀치의 이동의 개시 전의 시점에서의 초기 간극의 범위 내에 노출된 원재료의 노출된 부분의 체적과 초기 간극의 범위 내에서의 시간 지연 동안 증가되는 원재료의 증가되는 체적의 총 체적이 스웨이징 가공에 의해 형성되는 원재료의 직경 확대 부분의 계획된 형상에서의 초기 간극의 범위 내에 존재하게 되는 원재료의 체적을 초과하지 않도록 시간 지연이 설정되는 단조 방법.
  5. 바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이, 원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부, 및 원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치가 제공된 스웨이징 장치를 사용하는 단조 방법이며,
    계획된 직경 확대 부분이 돌출된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되며,
    그 후, 펀치를 이동시킴으로서 원재료를 펀치에 의해 프레싱하는 동안, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시킴으로써 스웨이징 가공을 받게 되며,
    여기서,
    "P"는 이동의 개시로부터의 펀치의 평균 이동 속도이고;
    "G"는 이동의 개시로부터의 안내부의 평균 이동 속도이며;
    "X0"는 스웨이징 가공 전의 원재료의 단면적에서의 좌굴 한계 길이이고;
    "X1"은 스웨이징 가공 후의 원재료의 직경 확대 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이이며;
    "X"는 안내부와 고정 다이 사이의 초기 간극이고(0≤X≤X0);
    "t0"는 펀치의 이동의 개시로부터 안내부의 이동의 개시까지의 시간 지연이며(0≤t0);
    "L"은 스웨이징 가공 후의 원재료의 직경 확대 부분의 길이이고;
    "l0"는 직경 확대 부분에 대해 요구되는 스웨이징 가공 전의 원재료의 길이이며;
    "T"는 펀치의 이동의 개시로부터의 스웨이징 가공 시간이고,
    t0<T이면,
    "G"가 하기의 관계식:
    (L-X)/[(l0-L)/P-t0]≤G≤P(X1-X)/(l0-X1-Pt0)
    을 만족하는 단조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 원재료의 단부 부분인 단조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 원재료의 축방향 중앙 부분인 단조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 원재료의 일 단부 부분과 그의 타 단부 부분이며, 일 단부 부분과 타 단부 부분이 돌출된 상태로 고정 다이에 고정된 원재료의 일 단부 부분과 타 단부 부분은 대응하는 안내부의 삽입 통로 내부로 삽입되고, 일 단부 부분과 타 단부 부분은 스웨이징 가공을 동시에 받는 단조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 삽입 통로의 일 측의 안내부의 선단부 표면의 에지 부분 및/또는 고정 다이에 형성된 개구에 고정 및 끼워맞춰지는 원재료의 개방 에지 부분이 경사져 있는 단조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 원재료의 계획된 직경 확대 부분은 원재료의 주연부 표면의 일부가 성형 함몰부를 갖는 구속 다이 부분에 의해 구속된 상태로 스웨이징 가공을 받고, 그 후 원재료의 직경 확대 부분은 구속 다이 부분에 제공된 제2 펀치에 의해 프레싱되어, 구속 다이 부분의 성형 함몰부 내에서 직경 확대 부분을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부를 직경 확대 부분의 재료로 채우는 단조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 고정 다이에는 구속 다이 부분의 성형 함몰부로부터 이어진 플래쉬 성형 함몰부가 제공되며, 직경 확대 부분의 재료는 구속 다이 부분의 성형 함몰부 내에서 직경 확대 부분을 소성 변형시킴으로써 성형 함몰부와 플래쉬 성형 함몰부 내부로 채워지는 단조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 성형 함몰부는 폐쇄된 함몰부인 단조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 단조 방법에 의해 제조된 단조 제품.
  14. 스웨이징 장치를 포함하는 단조 장치이며,
    상기 스웨이징 장치는,
    바아 형상의 원재료를 고정하기 위한 고정 다이,
    원재료를 좌굴 방지 상태로 삽입 및 보유하기 위한 삽입 통로를 갖는 안내부,
    원재료의 축방향으로 안내부의 삽입 통로 내에 삽입되어 이에 의해 보유되는 원재료를 프레싱하는 펀치, 및
    펀치의 이동 방향과 반대의 방향으로 안내부를 이동시켜, 안내부와 고정 다이 사이에 노출된 원재료의 노출된 부분의 길이가 원재료의 노출된 부분의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하가 되게 하는 안내부 구동 장치
    를 포함하는 단조 장치.
  15. 제14항에 있어서, 스웨이징 장치는 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부가 구속되거나 원재료의 노출된 부분의 전체 주연부 표면이 구속되지 않은 상태에서 스웨이징 가공을 수행하는 단조 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 스웨이징 장치는 원재료의 노출된 부분의 주연부 표면의 일부를 구속하기 위한 구속 다이 부분을 더 포함하는 단조 장치.
  17. 제16항에 있어서, 구속 다이 부분에는 스웨이징 장치에 의해 형성된 원재료의 직경 확대 부분을 프레싱하기 위한 제2 펀치 및 제2 펀치에 의해 직경 확대 부분을 프레싱함으로써 직경 확대 부분의 재료가 그 내부로 채워지는 성형 함몰부가 제공되는 단조 장치.
  18. 제17항에 있어서, 고정 다이에는 구속 다이 부분의 성형 함몰부로부터 이어진 플래쉬 성형 함몰부가 제공되는 단조 장치.
  19. 제17항에 있어서, 성형 함몰부는 폐쇄된 함몰부인 단조 장치.
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