KR20060046011A - 다각형 단면중공체의 제조방법 및 그 다각형 단면중공체 - Google Patents

Abstract

작업시간을 단축할 수 있고, 여분의 두께를 줄여 모서리부의 모서리 돌출성형을 할 수 있어, 여분의 두께를 변부의 연신에 이용하여 같은 양의 소재에서 보다 큰 제품이 가능하게 하고, 또한 동일한 프레스 설비내에서 보다 큰 제품을 소정의 사이즈로 제조 가능한 반도체나 액정의 제조장치등에 사용되는 다각형 단면중공체의 제조방법과 그 제품을 제공한다.

단조용 프레스에 의해 지름확대 및 성형을 행하는 다각형 단면중공체의 제조방법으로, 중공형상의 소재의 바깥쪽에 평판형상 상모루(上金敷)를, 안쪽에 평판형상 하모루(下金敷)를 이용하여, 변부의 성형과 모서리부의 성형을 행하는 다각형 단면중공체의 제조방법 및 그것에 의해 얻을 수 있는 다각형 단면중공체.

Description

다각형 단면중공체의 제조방법 및 그 다각형 단면중공체{Process for producing hollow bodies having polygonal cross section and hollow bodies thereof}

도 1은 중공형상의 소재를 평모루를 이용하여 단조성형하는 설명도.

도 2는 중공체 소재의 '모서리돌출'을 위해서 단조성형하는 설명도.

도 3은 다각형 단면중공체(제품)의 일례의 사시도.

도 4는 볼록형상부를 갖는 평판형상의 모루를 예시하는 단면도.

도 5는 단턱부착 링형상소재를 이용하는 설명도.

도 6은 사각형 중공형상의 소재를 얻기 위해, 관통구멍 및 절개부분을 마련한 슬라브의 정면도.

도 7은 프레스의 끌어올림에 의해 얻을 수 있는 사각형 중공형상의 소재의 정면도.

도 8은 종래의 다각형 단면중공체의 제조예를 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 링형상 소재

2 : 상모루

3 : 하모루

4 : 중공체소재

5 : 돌출부

6 : 다각형 단면중공체

7 : 볼록형상부를 갖는 평판형상의 모루

8 : 단턱부착 링형상소재

9 : 안쪽 팔각형, 바깥쪽 사각형 단면중공체

10 : 슬라브

11 : 관통구멍

12 : 절개부분

13 : 사각형 중공형상의 소재

14 : 심금

15 : 팔각형 단면중공체 소재

16 : 제품

본 발명은, 예를 들면 반도체나 액정의 제조장치(예를 들면 그것들의 챔버) 등에 사용되는, 다각형 단면중공체의 제조방법, 및 그 방법에 의해 제조된 다각형 단면중공체에 관한 것이다.

반도체나 액정의 제조장치는 대형화가 진행되고 있고, 특히 액정의 제조장치 에 사용되는 금속제 중공체, 예를 들면 알루미늄(Al) 합금제 다각형 단면중공체는 한변이 2m를 넘을 정도이고, 또한 최근에는 3m를 넘을 정도로 대형화되어 오고 있고, 특히 대형의 다각형 단면중공체의 제조기술의 확립이 중요과제로 되고 있다.

일반적으로, 다각형 단면중공체의 제조방법에는, 압연재를 용접하는 방법이나 단조성형을 거치지 않고 쇠덩어리로부터 절삭가공으로 제조하는 방법이 있지만, 제품의 기밀성이 떨어지거나 절삭가공후의 제품표면에 결함이 노출되거나 하는 품질상의 문제가 있다. 상기 방법 외에는, 원통 늘림단조에 의해 제작한 대나무바퀴형상 중공체를 둥글게 잘라, 이것을 제품형상으로 절삭가공하는 방법도 알려지고 있지만, 단조시의 안지름과 동일사이즈의 심금(芯金)이 필요하기 때문에 범용성이 떨어지는 데다가, 이 방법은 특히 대형의 다각형 단면중공체의 제조에는 적합하지 않는다.

또한, 지름확대단조법, 구멍확대단조법(예를 들면, 특허문헌 1참조), 링밀법 등에 의해 링형상소재를 제작하여, 이것을 제품형상으로 절삭가공하는 방법도 종래부터 실용화되고 있다. 그러나, 이러한 방법은, 단조 등의 소성가공을 행하기 위해 품질적으로는 문제 없지만, 링형상소재로부터 제품을 직접 깎아내기 때문에 소재 투입량이 많고, 그에 따라 절삭부스러기량이 많아지고, 또한 절삭가공에 장시간을 필요로 한다고 하는 결점이 있다.

본 출원인은 먼저, 다각형 단면중공체의 제조에 적절한 방법으로서 링형상소재를 제품과 근사한 형상의 소재로 단조가공하고, 그러한 후에 절삭가공하여, 절삭량이 적으면서 비교적 단시간의 절삭가공으로 되는 다각형 단면중공체의 제조방법 을 제안하였다(특허문헌 2 참조).

따라서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 상모루(上金敷)로서 평모루(平金敷)(도시하지 않음)를 사용하고, 하모루(下金敷)로서 한 변이 400mm의 단면사각형의 심금(芯金)(14)을 사용하여, 링형상의 소재(1)를 팔각형 단면중공체 소재(15)로 단조하고, 이어서 절삭가공하여, 제품(16)으로 만드는 것이다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 소화 54- 127864호 공보

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 2002-224792호 공보

상기의 특허문헌 2에 있어서의 경우는, 변부(다각형을 이루는 하나하나의 직선부분으로 모서리이외의 부분을 말한다)의 성형인 단조연신작업은, 400mm의 심금을 사용한 것으로, 이 경우에는 경험적으로 280mm 피치정도로 실시하는 것을 한도로 하고 있어, 링형상의 소재가 대형화될수록 다각형상의 제품으로 성형하는데 필요로 하는 시간이 증대하고, 한 변이 2m를 넘는 경우는, 현저하게 소요시간이 증대한다.

또한, 상기 특허문헌에는 상모루로서 V자형의 모루를 이용한 모서리돌출방법이 개시되어 있다. 그러나, 중공체소재의 단면형상을 규정하고 있는 다각형의 대각선길이가, 가압용의 프레스의 오픈 하이트를 넘는 것에는 적용할 수 없다. 혹은, 이 방법으로 제품을 위한 모서리돌출을 하기 위해서는, 소재가, 오픈 하이트에 비해 충분히 작은 링지름의 단계에서 모서리부를 형성해 두지 않으면 안되고, 그 후의, 변부의 단조연신량이 커지지 않을 수 없다. 일반적으로, 다각형의 변부의 단조 연신작업은, 링형상소재의 단조연신(지름확대단조)작업에 비해, 효율이 좋지 않은 작업일 뿐만 아니라, 변부의 단조연신작업이 많을수록 각변의 길이가 불균일하게 되기 쉽고, 길이의 조정이 곤란하다.

또한, 상기 특허문헌에서는 중공체 소재의 변부를 단조연신하는 것에 있어서, 상모루(상형)으로서 평모루를 이용하고, 하모루로서 다각형 막대형상의 심금을 사용하고 있는 데, 이러한 모루의 사용조건을 가지고 단조연신작업을 행하면, 변부 바깥쪽은 확대되기 어렵고, 변부 안쪽은 확대되기 쉽기 때문에, 변부의 두께나, 바깥쪽치수, 안쪽치수를 자유롭게 제어하는 것이 곤란하다. 실제, 발명자들이 알고 있는 바에 따르면, 안쪽치수는 목표치수에 이르고 있음에도 불구하고, 바깥쪽치수는 부족하다고 하는 사태가 자주 발생하여, 설정한 사이즈와 단면형상의 중공체를 얻기까지 긴 시간을 필요로 하였다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 감안하여, 작업시간을 단축할 수 있고, 모서리 돌출성형시의 모서리부의 여분의 두께를 줄이고, 나아가서는 거기서 확보한 여분의 두께를 변부의 단조연신에 이용하여 같은 양의 소재로부터 보다 큰 제품이 가능하고, 또한 동일한 프레스설비내에서 보다 큰 제품이 소정의 사이즈로 제조 가능한 방법과 그 제품을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은,

(1) 단조용 프레스에 의해 지름확대 및 성형을 실시하는 다각형 단면중공체의 제조방법으로, 중공형상의 소재의 바깥쪽에 평판형상 상모루를, 안쪽에 평판형 상 하모루를 이용하여, 변부의 성형과 모서리부의 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 다각형 단면중공체의 제조방법,

(2) 상기 모서리부의 성형에 있어서, 목적으로 하는 다각형 단면중공체의 안쪽 모서리부에 해당하는 위치에 상기 평판형상 하모루의 상부 모서리부를 대고 가압한 후, 상기 중공체형상의 소재를 그 중심축의 주위에 5°∼ 30°, 회전시켜 설치하고, 이어서 가압하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 다각형 단면중공체의 제조방법,

(3) 상기 변부의 성형에 있어서, 평판형상 상모루 및 평판형상 하모루로서 동일폭 또는 다른 폭의 것을 이용하여, 변부의 안쪽 및 바깥쪽의 단조연신량을 제어하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 다각형 단면중공체의 제조방법,

(4) 상기 중공형상의 소재가 링형상의 형상인 경우, 지름확대의 공정에 있어서, 목적으로 하는 다각형 단면중공체의 모서리부에 해당하는 소재의 영역이 소정의 두께에 이른 때에, 상기 영역의 소정두께는 그대로 유지하고, 상기 목적으로 하는 다각형 단면중공체의 변부에 해당하는 부분만을 계속 지름확대하여 단조하는 것을 특징으로 하는 (1)∼(3) 중의 어느 한 항에 기재된 다각형 단면중공체의 제조방법,

(5) 변부 및 모서리부의 성형에 있어서, 상모루 또는 하모루로서 볼록형상부를 갖는 평판형상의 모루를 이용하는 것을 특징으로 하는 (1)∼(4)중의 어느 한 항에 기재된 다각형 단면중공체의 제조방법,

(6) 상기 다각형 단면중공체가 대형 다각형 단면중공체인 것을 특징으로 하 는 (1)∼(5) 중의 어느 한 항에 기재된 다각형 단면중공체의 제조방법,

(7) 상기 (1)∼(6) 중의 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 다각형 단면중공체, 및,

(8) 상기 다각형 단면중공체가 알루미늄합금제, 마그네슘합금제, 티탄합금제, 스테인레스 강철제품 중의 어느 하나의 다각형 단면중공체로서, 반도체 또는 액정의 제조장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 (7)에 기재된 다각형 단면중공체를 제공하는 것이다.

[발명의 실시형태]

본 발명의 다각형 단면중공체의 제조방법 및 그것에 의해 제조된 다각형 단면중공체에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일요소에는 동일부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.

본 발명의 다각형 단면중공체('제품'이라고 하는 경우가 있다)는 어떠한 크기의 것이라도 좋지만, 단면형상의 최대 대각길이가, 일반적으로 1200mm 이상, 바람직하게는 1400mm∼4700mm의 대형 다각형 단면중공체인 것이 바람직하다.

본 발명의 다각형 단면중공체에 있어서, 단면다각형의 형상에는 특별히 제한은 없고, 어떠한 형상이라도 좋다. 다각형 형상으로서는, 예를 들면, 사각형(정사각형, 직사각형 등), 팔각형(정팔각형 등) 외, 도 2에 나타내는 중공체소재(4)의 모서리를 충분히 나오게 한 형상이나, 도 3의 6에 나타내는 바와 같은 다각형의 단면형상이나, 도 5의 9에 나타내는 안쪽은 팔각형이고 바깥쪽은 사각형인 단면형상 등을 들 수 있다.

본 발명에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 상모루(2)와 하모루(3)를 모두 평판형상의 것을 이용한다. 그 폭은, 적절히 설정할 수 있지만 600mm ∼ 2500mm의 것이 바람직하고, 또 900mm ∼ 1800mm의 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 제품에 대해서, 단면이 정다각형상의 심금으로 단면지름이 큰 것을 사용하려고 하면, 단조작업시의 작업높이범위가 커지지 않을 수 없어, 작업의 안전성과 능률이 손상되는 데다가, 심금 자체의 비용도 현저하게 높아진다. 물론, 폭 400mm 이하의 모루를 사용의 경우에는, 종래와 같이 심금을 사용할 수 있다. 본 발명으로 사용하는 하모루의 길이는, 단조여분길이나 제품의 형상, 크기의 불균형 등을 고려하는 것과 동시에, 작업성도 배려하여, 적어도 목적의 제품길이보다 100mm 정도 여분의 길이로 한다. 또한, 평판형상 하모루의 두께는, 가압시의 하중에 견디기에 충분한 두께를, 실제의 상황에 따라 적절히 선택하지만, 200mm 이상이 바람직하다. 하모루의 모서리는, 가압시의 응력집중과 단조시의 소재의 골(gall)을 회피하기 위해서, 충분히 큰 곡률(R 취함)로 하지만, 곡률 R가 너무 커지면, 중공체의 안쪽 모서리부의 R이 커져, 모서리부의 남는 두께량이 커져 버리므로, 곡률 R은 30 ∼ 60mm가 바람직하다. 여기서, 소재의 골(gall)이란, 단조중에 재료와 금형등의 사이에 생기는 결함을 말한다.

이러한 넓은 폭의 평판형상 모루를 사용하는 것에 의해, 각 형단조 성형에 있어서, 직선으로 잘 다듬어지면서 성형에 의한 피치를 크게 취할 수 있어, 폭에 해당하는 치수가 작은, 예를 들면 400mm의 심금을 이용하는 경우보다도 훨씬 단시간에 효율적으로, 변형을 억제하면서 성형 및 잘 다듬어질 수 있게 하는 단조방법 이다.

본 발명에서는, 평판형상 상모루와 하모루를 조작하는 것에 의해, 중공형상의 소재의 모서리부를 효율적으로 단조성형할 수 있다. 소정치수의 중공형상의 소재에 대해서, 목적으로 하는 다각형 단면중공체(제품)의 안쪽 모서리부에 해당하는 위치에 상기 평판형상 하모루의 상부모서리부가 일치하도록 하고, 이어서 가압한다. 이 때, 모서리부의 성형과 함께 안쪽 모서리부가 평판형상 하모루의 상부모서리의 곡률에 따라, 정밀도 좋게 형성되어, 평판모루의 폭에 해당하는 부분만큼 변부가 형성된다.

본 발명에서는, 중공체형상의 소재로서 링형상소재로 하는 경우, 모서리부의 형상은 상술의 방법으로 성형한 채로의 '돌출부'의 형상이 된다. 즉, 상모루와 하모루의 사이에 위치하는 소재만이 프레스되고, 모서리부는 안쪽의 하모루가 닿는 부분만이 성형되고 다른 부분은 성형되지 않는다. 이 '돌출부'를 평판형상 모루를 사용함으로써, 대형의 소재라도 치수상의 제약을 받는 일 없이, 효율적으로 만들어 낼 수 있다.

모서리부의 성형은, 우선 도 2에 나타내는 바와 같이, 프레스내에 있는 단조성형중의 중공체소재(4)(점선으로 나타낸다)의 안쪽모서리부와 하모루의 상부모서리부를 거의 일치시킨다. 이어서, 상기 중공체소재(4)를 그 중심축의 주위에 5°∼30° 회전시켜, 그 상태로 정지한다(실선부분). 여기서, 회전하는 각도는, '돌출부(5)'의 형상과 소재의 치수에 따라서 적절히 결정하지만, 발명자들의 경험으로부터, 상기 각도의 범위에서, 돌출부가 없어지도록 미리 고려하였다. 이어서 '돌출 부'가 없어질 때까지 프레스로 가압한다. 이 방법에 의해, 모서리를 충분히 나오게 할 수 있다. 즉, 모서리의 위치가 프레스에 대해서 어긋나게 되어, 돌출부의 두께만큼 불룩하게 되어 있는 여분의 두께를 누름으로써 변부를 늘어나게 할 수 있기 때문이다.

이렇게 하여, 예를 들면, 도 2에 나타내는 중공체소재(4)의 모서리를 충분히 나오게 한 형상의 단면중공체나, 도 3에 나타내는 다각형 단면중공체(6)나, 도 5에 나타내는 안쪽에는 팔각형이고 바깥쪽은 사각형인 단면중공체(9)와 같은, 제품으로 할 수 있다.

종래법에서는, 모서리의 부분은 링을 지름확대할 때의 두께가 그대로 남게 되지만, 본 발명에 의해 그 모서리부의 불필요한 여분의 두께까지 대폭으로 감소시키는 것이 가능하다.

예를 들면, 돌출부형상에 대해서는, 종래, C300mm ∼ C400mm으로도 되는 안쪽 모서리부의 형상이, 본 발명에 의한 방법에 있어서는, C120mm 이하의 형상에까지, '돌출부'를 축소할 수 있다.

본 발명방법에서는, 중공형상의 소재의 변부 바깥쪽과 안쪽의 단조연신량을 컨트롤하는 것이 바람직하다. 상모루와 하모루(혹은 심금)에 의해 중공형상의 소재의 각각의 변을 단조연신할 때, 상모루 및 하모루(심금)는 각각 폭이 다른 복수의 것을 준비하고, 그것들을 적절히 조합하여 작업함으로써 변부 바깥쪽과 안쪽의 각각의 치수변화량을 자유자재로 컨트롤 하는 것이 가능해진다.

상모루 및 하모루를 넓은 폭과 좁은 폭의 2개 타입(예를 들면, 900mm와 400mm)을 준비한다. 좁은 폭의 모루로서 도 4 에 나타내는 볼록형상부를 갖는 평판형상의 모루(7)도 사용할 수 있다. 볼록형상부를 갖는 평판형상의 모루는, 좁은 폭의 모루로서 단조연신량의 컨트롤하기 위해서 사용할 수 있음과 동시에, 모서리부의 성형에 적합하다. 예를 들면, 볼록형상부를 갖는 평판형상 하모루를 이용하면, 볼록형상부가 없는 평판형상모루에 비하여, 볼록부와 평면부에 둘러싸이는 부위에 소재의 안쪽 귀퉁이부분의 두께를 움직일 수 있고, 귀퉁이부분의 두께를 효율적으로 활용할 수 있다. 또한, 상모루를 나오게 하거나 위에 설치한 경우, 상모루와 하모루의 볼록형상부가 서로 맞는 위치를 어긋나게 하여, 전단력이 발생하고 바깥쪽 귀퉁이부분의 두께를 움직일 수 있다.

상모루와 하모루(심금)를 이용하여 변부의 단조연신성형을 실시할 때, 상모루와 재료의 접촉면이 하모루(심금)와 재료와의 접촉면적과 다른 것에 기인하여, 변부에 있어서의 바깥쪽과 안쪽의 단조연신량에 차이가 생긴다. 이 특징을 이용하여, 본 발명에서는, 상술한 상모루와 하모루의 폭에 대한 조합을 적절히 바꾸면서 단조연신작업을 함으로써, 변부의 바깥쪽 및 안쪽의 변형량을 조정할 수 있으며, 이에 따라 목적하는 치수 형상으로 하는 것이 가능하다.

예를 들면, 단조연신과정에 있어서, 바깥쪽의 단조연신이 크고, 안쪽의 단조연신이 적게 하고자 하는 경우에는, 상모루는 넓은 폭, 하모루(심금)는 좁은 폭으로 하고, 바깥쪽의 단조연신을 적게 하고 안쪽의 단조연신을 크게 하고자 하는 경우에는, 상모루는 좁은 폭(혹은 볼록형상부를 갖는 평판형상의 모루), 하모루는 넓은 폭으로 한다. 바깥쪽과 안쪽의 단조연신되는 양을 서로 비슷하게 하면서 단조 연신양을 많게 하기 위해서는 상모루와 하모루는 모두 좁은 폭을 사용하면 좋다. 단조연신량은 적으면서 변의 형상을 잘 다듬는 것이 주된 목적인 경우는, 상모루와 하모루도 모두 넓은 폭을 사용한다. 이와 같이 함으로써 단조연신량을 제어하여, 효율적으로 또한 정밀도 좋게, 목적하고자 하는 형상으로 성형하여 나갈 수 있다.

본 발명의 다각형 단면중공체를 더욱 효율적으로 제조하기 위해서, 본 발명의 지름확대공정에 있어서, 다음과 같은 방법을 채용할 수 있다.

(단턱부착 링형상의 소재의 이용)

목적으로 하는 다각형 단면중공체(제품)는, 변부에 비해 모서리부는 두꺼울 필요가 있다. 따라서, 중공형상의 소재로서의 링형상의 소재의 지름확대공정에 있어서, 제품의 모서리부에 해당하는 영역이 필요로 하는 두께에 이른 시점에서, 링형상의 소재에 제품의 모서리부에 해당하는 부분만은 그대로의 두께를 유지하고, 제품의 변부에 상당하는 부분만을 계속 지름확대단조 한다. 그리하여, 도 5에 나타내는 단턱부착 링형상소재(8)를 얻는다.

도 5의 단턱부착 링형상소재에서는, 단부는 링의 바깥ㅇ안지름측에 두께가 부풀어져 있지만, 지름확대시에 행하는 평평하게 누르기(높이방향을 프레스하여 높이방향의 불규칙한 요철을 없앤다)를 제품의 모서리부에 상당하는 영역에서는 실시하지 않고, 그 영역은 높이를 다른 것보다 한쪽 10 ∼ 20mm정도 크게 하여 두께를 부풀게 해두는 방법도 유효하다. 이것은, 링으로부터 다각 성형할 때, 모서리가 되는 부분은 변형량이 많기 때문에, 재료가 잡아 당겨져 높이방향으로 패임현상(함몰)이 발생하는 것을 방지한다.

실제의 공정에 있어서는, 단턱부착 링형상소재의 제품의 변부에 해당하는 위치를 초크 등에 의해서, 마킹하는 것이 바람직하다.

그 후, 상술해 온 방법에 의해 다각성형하면, 그 다각성형에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 왜냐하면, 링의 성형, 즉 지름확대작업은, 다각형의 변부의 단조연신 성형보다 용이하고 단시간의 작업으로 완성되기 때문이다.

(사각형 중공형상의 소재의 이용)

도 6에 예시하는 바와 같이, 거의 직방체형상의 슬라브(10)의 센터부 및 제품의 안쪽치수에 따른 2개소, 바람직하게는 센터부로부터의 거리가 제품의 안쪽 치수의 3/8정도가 되는 2개소의 위치에 축방향과 평행한 관통구멍(11)을 열어, 그들 관통구멍을 연결하는 축방향(두께방향)으로 관통한 절개부분(12)을 넣는다. 그 슬라브 소재를 세로로 한 상태로 프레스 안에 넣고, 그대로 넣어 고정함으로써 사각형 중공형상의 소재를 얻을 수 있다.

혹은 또한, 도 7에 예시하는 바와 같이, 절개부분을 넣은 슬라브(10)를 가로로 한 상태로 재료하부를 프레스의 헤드에 고정하여, 센터구멍에 와이어 등을 통하여, 프레스상 모루에 연결하여 프레스를 끌어올리는 것에 의해, 사각형 중공형상의 소재(13)를 얻을 수 있다.

그리고, 이후 상술한 방법에 의해 다각성형으로 하면 좋은 것으로, 단조지름 확대작업보다 단시간에 중공체 형상의 소재를 제작할 수 있다.

본 발명의 제조방법으로 이용되는 금속은, 시판되는 금속이면 어느 것이라도 좋고, 알루미늄합금, 마그네슘합금, 티탄합금, 스텐레스강철 등이 있지만, 특히 알 루미늄합금이 바람직하다.

이와 같이 하여 얻어진 다각형 단면중공체는, 목적하는 형상, 치수에 가까운 단조품이므로, 필요에 따라서 마무리하여 간단한 최종마무리가공을 한다. 그리고, 이 다각형 단면중공체는, 기밀성이 뛰어나고, 또한 구조부재로서의 적성을 가지고 있으므로, 에칭장치의 챔버벽이나 CVD성막장치 등의 반도체나 액정의 제조장치에 사용하는데 적합한 것이다.

[실시예]

이하에 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 나타내지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 범위내에서 다양한 실시의 형태를 취할 수 있는 것이다.

(실시예 1)

성분조성 Si : 0.25질량%(이하 전부 질량%으로 나타낸다.), Fe : 0.40%, Cu : 0.10%, Mn : 0.05%, Mg : 2.5%, Cr : 0.25%, Zn : 0.05%, 잔여부분 Al와 불가피한 불순물로 이루어지는 Al합금으로부터, Al합금 슬라브(580 × 1450 × 1450mm, 3.3t)를 얻었다. 이것에 단조연신을 반복하여 실시하여 원기둥소재를 제작하고, 이어서 그 중심에 관통구멍을 프레스 구멍뚫기에 의해 형성한 중공소재로 하고, 이어서 관통구멍에 심금을 통해, 이 심금과 바깥쪽에 배치한 평모루를 이용하여 지름확대단조를 하여 링형상의 소재(1)(바깥지름 2500mm, 안지름 2120mm, 높이 710mm)를 제작하였다.

이와 같이 준비한 링형상의 소재(1)에 대해서, 우선, 도 1에 나타내는 바와 같이 대략적인 모서리 성형을 실시하였다. 즉, 폭 1500mm의 평모루를 상모루로서 사용하여, 종래 이용되어 온 심금 대신에 폭 1500 mm, 두께 300 mm의 넓은 폭의 평모루를 하모루로서 사용하였다. 하모루의 폭방향 또는 길이방향을 소재 안지름에 내접시키고, 사각형 단면중공체의 각 코너부가 하모루의 상부각 R과 일치하도록, 차례차례 4회의 프레스를 실시하여 사각형 단면중공체의 개략형상으로 성형하였다.(또한, 도 1에서는 2번째 누름, 3번째 누름, 4번째 누름은, 오른쪽, 아래쪽, 왼쪽에 각각 도시되어 있지만, 그것은 편의상 상대적으로 나타낸 위치로써, 실제는 링형상 소재(1)를 회전하여 프레스는 위쪽으로부터 행하는 것이다.)

상술한 바와 같이 하여, 대략적인 사각형 단면의 중공체를 성형 후, 상모루로서 도 4에 단면형상을 나타내는 바와 같은, 전체폭 1000mm, 볼록형상부의 폭 400mm, 화살표 A로 나타내는 볼록부의 모서리와 귀퉁이 R은 20mm ∼ 50mm인 볼록형상부를 갖는 평판형상의 모루(7)를 사용하고, 하모루로서 한변이 400mm의 심금을 사용하여 각각 변에 대한 단조연신작업을 실시하였다. 여기서, 단조연신작업은, 상대하는 변에 대해서 교대로 실시하였다. 즉 1개의 변을 단조연신한 후, 소재를 180°만큼 회전하여 2번째의 변을 단조연신하고, 이어서, 소재를 90°만큼 회전하고 3번째의 변을 단조연신하여, 더욱 180°만큼 소재를 회전하여 4번째의 변을 단조연신하는, 단조연신의 작업을 1사이클로 하였다.

계속하여, 상모루와 하모루(심금)의 조합을 적절히 조정함으로써, 변부의 안쪽과 바깥쪽의 치수를 제어하고, 어느 정도 각각 변을 단조연신한 후, 납입제품형상의 총형 게이지를 대고, 또한 총형 게이지의 약 70%∼80%의 변길이(사이즈)가 될 때까지 단조연신작업을 반복하여 행하였다.

그 후, 모서리부의 성형으로 '모서리돌출'작업을 실시하였다(도 2 참조). 프레스내에서 상기의 단조연신을 끝낸 사각형 단면중공체소재(4)의 안쪽 모서리부와 하모루의 상부 모서리부를 일치시키고(점선표시), 이어서, 소재를 그 축의 둘레에, '돌출부'의 형상으로부터 판단하여 15°만큼 회전시킨후, 정지하여, 여분의 두께가 소실될 때까지 프레스 가압하였다.

이 '모서리돌출'에 의해 종래 4개의 모서리부에 대량으로 형성된 여분의 두께를 움직일 수 있어, 바깥쪽치수를 200mm 늘림과 동시에, 안쪽의 4개의 귀퉁이부를, C350mm로부터 C120mm까지 줄일 수 있었다.

4개의 모서리의 부분은, 종래방법에서는 링 형상에서의 두께가 그 대로 남아 있었지만, 얻어진 팔각형 단면 중공체(바깥쪽길이 : 2210 × 2000mm, 두께 : 변부 180mm/모서리부 260mm, 높이 : 665mm)는, 모서리부의 불필요한 여분의 두께를 대폭으로 감소시킬 수 있었다.

본 실시예에서 사용한 상모루, 하모루, 심금 등을 표 1에 나타낸다.

[표 1]

상모루	하모루, 심금
폭 1500mm 평모루	폭 1500mm 평모루
폭 900mm 평모루	폭 900mm 평모루
볼록형상부를 갖는 모루(도 4)	□ 400mm 심금
	링단조용 심금 각 종류(φ380 ∼ φ1200mm)

(실시예 2)

다음에, 단턱부착 링형상 소재를 통과하는 예를 나타낸다(도 5 참조).

실시예 1과 같은 링형상 소재를 지름확대하여, 제품중공체의 정점에 해당하 는 영역이 260mm의 두께가 된 시점에서, 링형상의 소재에 제품중공체의 모서리부에 해당하는 위치를 고온초크로 마킹하고, 그 부분의 더한 지름확대를 중지하였다. 한편, 제품의 변부에 해당하는 부분만은 계속 지름확대를 실시하여, 단턱부착 링형상소재(8)를 형성하였다.

그 후, 실시예 1과 같은 수단으로 도 5에 점선으로 나타내는 바와 같은 안쪽 팔각형, 바깥쪽 사각형의 대형의 중공체(9)로 성형하였다. 링의 성형, 요컨대 지름확대작업은 실시예 1의 변부의 단조연신에 비해 용이하고, 제품형상으로 할 때까지의 단조시간은, 실시예 1에 비해, 약 10% 단축되었다.

(실시예 3)

사각형 중공형상의 소재를 이용하는 경우의 실시예를 기재한다.

실시예 1과 같이 조성의 슬라브(10)의 센터부 및 목표로 하는 제품 중공체의 안쪽치수의 3/8가 되는 위치에 프레스의 펀치에 의해 관통구멍(11)을 형성하고 그들의 구멍을 연결하도록 프레스에서의 강철끌작업을 실시하여, 높이방향(도 6에서 지면에 수직방향)으로 관통시킨 절개부분(12)을 넣었다. 그 재료하부를 프레스의 헤드에 고정하여, 센터구멍에 와이어를 통하여, 프레스 상모루에 연결한 후에, 프레스 데이라이트 직전까지 끌어올려 사각형 중공형상의 소재(13)를 얻었다. 이것을 실시예 1과 같이, 중공체 소재(4)를 형성하여, 실시예 1과 같이 대형의 팔각형 단면중공체(6)를 성형하였다.

본 발명에 의하면, 다각형 단면중공체에 있어서의, 변부의 바깥쪽과 안쪽의 단조연신량의 자유자재의 컨트롤하고, 모서리부의 직선적인 성형이 가능하여, 단조연신작업의 효율화와 시간 단축을 도모할 수 있다. 또, 종래방법보다 대폭으로 모서리부에 남는 여분의 두께를 줄이는 것이 가능해지기 때문에, 주어진 설비 제한내에 있어서도, 보다 큰 다각형 단면중공체의 제품을 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 얻어진 다각형 단면중공체(제품)는, 대형인 것이라도 소정의 크기, 형상의 것으로 기밀성이 뛰어나고 강도도 충분하다.

Claims (8)

1. 단조용 프레스에 의해 지름확대 및 성형을 실시하는 다각형 단면중공체의 제조방법으로, 중공형상의 소재의 바깥쪽에 평판형상 상모루를, 안쪽에 평판형상 하모루를 이용하여, 변부의 성형과 모서리부의 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 다각형 단면중공체의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 모서리부의 성형에 있어서, 목적으로 하는 다각형 단면중공체의 안쪽 모서리부에 해당하는 위치에 상기 평판형상 하모루의 상부 모서리부를 대고 가압한 후, 상기 중공체형상의 소재를 그 중심축의 주위에 5°∼30°, 회전시켜 설치하고, 이어서 가압하는 것을 특징으로 하는 다각형 단면중공체의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 변부의 성형에 있어서, 평판형상 상모루 및 평판형상 하모루로서 동일폭 또는 다른 폭의 것을 이용하고, 변부의 안쪽 및 바깥쪽의 단조연신양을 제어하는 것을 특징으로 하는 다각형 단면중공체의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 중공형상의 소재가 링형상의 형상인 경우, 지름확대의 공정에 있어서, 목적으로 하는 다각형 단면중공체의 모서리부에 해당하는 소재에 있어서의 영역이 소정의 두께에 이른 시점에서, 상기 영역의 소정두께는 그대로 유지하고, 상기 목적으로 하는 다각형 단면중공체의 변부에 해당하는 부분만을 계속 지름확대하여 단조하는 것을 특징으로 하는 다각형 단면중공체의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 변부 및 모서리부의 성형에 있어서, 상모루 또는 하모루로서 볼록형상부를 갖는 평판형상의 모루를 이용하는 것을 특징으로 하는 다각형 단면중공체의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 다각형 단면중공체가 대형 다각형 단면중공체인 것을 특징으로 하는 다각형 단면중공체의 제조방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제조방법에 의해 제조된 다각형 단면중공체.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 다각형 단면중공체가 알루미늄합금제, 마그네슘합금제, 티탄합금제, 스테인레스 강철제품 중의 어느 하나의 다각형 단면중공체로서, 반도체 또는 액정의 제조장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 다각형 단면중공체.

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