KR20070027492A

KR20070027492A - 유체 강화 사이클 시의 고압 맥동을 이용한 유압 성형

Info

Publication number: KR20070027492A
Application number: KR1020067009461A
Authority: KR
Inventors: 아른트 노트로트; 브렌트 씨. 산스
Original assignee: 마그나 인터내셔널 인코포레이티드
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2007-03-09
Also published as: CA2540839A1; WO2005049245A1; US20070277573A1; CN1874858A; WO2005049245A8; EP1725353A1

Abstract

본 발명에 따른 금속 부품의 유압 성형 방법 및 장치는 다이(512) 내에 성형될 부품(510)을 위치시키고, 성형될 부품을 수납하도록 다이를 폐쇄하며, 다이의 내부면에 대해 부품을 팽창시키도록 다이의 내부에 고압 유체를 주입하는 것을 포함한다. 고압 유체에는 다이 내에 부품의 재료 유동을 증가시키기 위해 펄스가 가해진다.

유압 성형, 다이, 부품, 고압 유체, 펄스

Description

유체 강화 사이클 시의 고압 맥동을 이용한 유압 성형 {HYDROFORMING USING HIGH PRESSURE PULSATION DURING FLUID INTENSIFICATION CYCLE}

본 출원은 2003년 11월 18일에 출원된 미국 가출원 제60/520,868호로부터 우선권을 청구하고 있고, 그 전체 내용은 전적으로 본 명세서에 합체된다.

본 발명은 금속 부품의 유압 성형 방법에 관한 것으로, 특히 유체에 가해진 펄스를 갖는 고압 유체를 이용한 금속 부품의 유압 성형 방법에 관한 것이다.

유압 성형 방법 및 공정은 판금뿐 아니라 관형 금속 블랭크의 성형을 위한 것으로 당업계에 공지되어 있다. 관형 금속 블랭크의 성형에 이용되는 통상적인 유압 성형 방법은 다이 공동 내에 관형 금속 블랭크를 위치시키고 블랭크의 내부에 고압 유체를 주입하여 블랭크가 다이 공동의 표면에 정합하도록 외측으로 확장시킨다. 이런 공정은 예를 들어 호톤(Horton)의 미국 특허 제5,953,945호 및 재켈(Jaekel) 등의 미국 특허 제6,092,865호에 개시되어 있고, 각각의 전체 내용들은 참조에 의해 본 명세서에 각각 합체된다. 금속 부품의 형상을 만들기 위해 통상 스탬핑 가공 작업을 이용하는 것에 대해 금속 부품의 유압 성형은 몇몇 이점들을 가질 수 있다. 스탬핑 가공 작업은 금속 부품을 성형하기 위하여 큰 유압 프레스를 이용하여 소정의 형상으로 금속 부품을 프레스 가공하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 이런 유압 프레스를 이용하여 생성된 부품들은 성형 작업의 특성들로 인해 불일치성을 가질 수도 있다. 예를 들면, 스탬핑 가공 작업을 이용하여 성형된 금속 부품은 부품의 다양한 부위, 보통 만곡점 또는 윤관부에서 경화를 보여서, 부품 전체의 재료의 불일치성을 초래한다. 또한, 복잡한 기하 구조를 갖는 금속 부품들은 스탬핑 가공 공정의 제한으로 인해 단일 스탬핑 가공 작업으로 제조될 수 없을 수도 있다. 따라서, 용접 및 이음 작업은 복잡한 부품을 성형하기 위해 종종 필요하고, 부품의 총 비용에 더해진다.

유압 성형 공정은 복잡한 형상의 부품들을 구성할 경우 더 나은 반복성 및 정밀도를 가질 수 있다. 결과로, 복잡한 부품들은, 이음 공정 시에 재료 고유의 왜곡될 수 있는 용접 또는 이음 공정의 필요없이 단일 성형 작업으로 성형될 수 있다.

판금의 유압 성형은 다이 내에 판금 블랭크를 위치시키는 것을 ㅍ포함하고, 가압 유체는 부품 형상을 성형하기 위해 다이의 윤곽부에 대해 판금을 가압하도록 다이 공동 내로 주입된다.

유압 성형으로 관형 및 판금 블랭크 모두를 이용하는 복잡한 기하 구조를 갖는 부품을 제조할 경우, 유압 성형 공정은 성형 공정 시에 블랭크의 기부 금속 재료의 얇기를 포함하는 제한을 가질 수 있다. 또한, 유합 성형된 부품들은 성형 공정 시에 부품에 발생되는 국부적인 변형 또는 주름(wrinkling)이 나타날 수 있다.

본 발명의 일 태양은 다이 내에 성형될 부품을 위치시키는 단계와, 성형될 부품을 수납하도록 다이를 폐쇄하는 단계와, 다이의 내부면에 대해 부품을 팽창시키도록 다이의 내부로 고압 유체를 주입하는 단계룰 포함하고, 고압 유체는 유압 성형 작업 시에 다이 내에 부품의 재료 유동을 증가시키기 위해 펄스가 가해지는 금속 부품의 유압 성형 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 태양은 다이 내에 금속 블랭크를 위치시키는 단계와, 금속 블랭크를 수납하도록 다이를 폐쇄하는 단계와, 다이의 내부면에 대해 금속 블랭크를 외측으로 팽창시키도록 다이의 내부에 압력 크기의 펄스로 가압 유체를 주입하는 단계를 포함하는 금속 블랭크의 형성 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 태양은 다이 조립체 내에 위치된 블랭크와, 블랭크가 다이 조립체의 벽과 정합하도록 다이 조립체의 벽에 대해 블랭크를 가압하는 다이 조립체 내의 가압 유체와, 다이 조립체의 벽에 대해 블랭크를 가압하도록 블랭크에 대해 가압 유체의 압력 크기의 펄스를 발생시키기 위해 가압 유체에 펄스를 제공하도록 가압 유체에 연결된 펄스 발생 장치를 포함하는 유압 성형 조립체에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 태양은 유압 성형 다이와, 상기 다이 내에 위치된 금속 블랭크와, 금속 블랭크의 형성을 위해 유압 성형 다이 내로 이송되는 유압 성형 유체를 압력 크기로 펄싱하는 수단을 포함하는 유압 성형 조립체에 관한 것이다.

본 발명의 이들 및 다른 태양, 특징 및 이점들은 예를 들어, 본 발명의 본질을 도시하고 있고 본 개시의 일부인 첨부 도면과 관련하여, 다음의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.

첨부 도면은 본 발명의 다양한 실시예들의 이해를 돕기 위한 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 이용한 펄스 발생 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 발생 장치를 이용한 유압 성형 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 성형 방법에 사용되는 펄스 발생 장치(5)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 장치(5)는 가변 주파수 구동 모터(10)를 포함한다. 구동 모터(10)는 베어링 저널(15)에 의해 연결 로드(20)에 연결되는 회전식 구동 샤프트(17)를 포함한다. 또한, 상부 및 하부 베어링 저널(19, 21)은 구동 샤프트(17)를 회전 가능하게 지지한다. 연결 로드(20)는 예를 들면 피봇 핀(23)에 의해 피스톤 플런저(25)에 피복식으로 부착된다. 피스톤(25)은 실린더(30) 내에 배치되고, 적당한 피스톤 시일(35)에 의해 실린더(30) 내에 밀봉된다. 베어링 저널(15)은 구동 샤프트(17)의 회전이 연결 로드(20)를 선형 이동시키도록 구동 샤프트(17)에 편심적으로 장착된다. 연결 로드(20)의 선형 이동은 주파수 또는 펄스를 발생하도록 유체를 변위시키는 실린더 내의 피스톤을 대응 선형 이동시킨다. 실린더(30)는 출구 포트(45)를 거쳐 유체 라인(40), 예를 들면, 파이프에 연결된다. 유체 라인(40)은 성형 금속 부품을 만들기 위해 성형 다이 내에 가압 유체를 주입한다. 펄스 또는 웨이브는 캠 작동식 피스톤(25)에 연결된 가변 주파수 구동 모터(10)에 의해 발생된다. 가변 주파수 구동 모터(10)는 임의의 다른 적절한 방식으로 피스톤(25)에 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 태양에서, 가변 주파수 구동 모터(10)는 5 내지 60 Hz의 주파수 범위를 갖는다. 5 내지 60 Hz의 주파수 범위는 물 0.001 내지 5 리터 범위에서 주파수 유체 체적 변위를 일으킨다. 피스톤(25) 진폭은 압력 진폭이 5 내지 500 바아의 범위가 되도록 1 내지 50 mm의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 주파수 압력 범위는 바람직하게는 30초의 주파수 지속 시간으로 5 내지 1500 바아인 것이 바람직하다. 유압 성형 작업에 의해 성형된 부품에 대한 총 완성 속도(through put speed)는 5 내지 60초의 범위인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 유압 성형 작업에 대해 블랭크 재료로서 시트 재료뿐 아니라 관형 구조물이 이용될 수 있다.

바람직한 장치가 유압 성형 유체에 펄스를 주입용으로 도1에 도시되어 있지만, 다른 방법들 및 장치들이 본 발명에 의해 이용될 수도 있다. 예를 들면, 유압 성형 작업에 이용되는 성형 다이로 안내하는 유체 라인(40)과 관련된 밸브는 조작되거나 흔들릴 수 있어서, 바람직한 실시예에 대해 상기한 특징들의 범위에서 유압 성형 유체에 주파수 또는 펄스를 주입하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 유압 성형 다이 내에 성형될 부품을 위치시키고, 다이를 폐쇄한 뒤, 다이의 내부에 고압 유체를 주입하는 것을 포함하고, 고압 유체에는 펄스가 가해진다. 고압 유체는 다이의 내부면에 대해 부품을 팽창시켜 금속 부품이 성형되도록 한다. 고압 유체가 다이에 점진적으로 주입되면, 금 속 부품은 다이 표면에 대해 팽창하기 시작한다. 일반적으로 종래의 유압 성형 작업에서, 다이 표면에 대해 금속을 팽창시키기 위해 300 내지 500 바아의 정압이 이용된다. 상기한 바와 같은 종래의 유압 성형 작업 또는 방법은 다이의 표면에 대해 금속이 일정하게 팽창하도록 일정 압력 또는 정압을 이용한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 압력의 펄스 유동 또는 웨이브를 이용하여, 특히 일정한 압력 유압 성형 유체가 다이에 가해질 경우, 자주 얇음을 보이는 복잡한 만곡부를 갖는 부품의 일부에서 벽 두께를 더욱 일정하게 하도록, 금속 블랭크를 일정하게 팽창시키지 않음으로써 공동 또는 다이 내의 재료 유동을 증가시킨다.

도2는 본 발명의 방법을 나타내는 유압 성형 다이 조립체의 일 유형의 단면도이다. 물론, 도2에 도시된 다이 공동의 형상은 특별히 관형 부품의 형상으로 구성된다. 도2는 유압 성형 다이 구조물(514)의 다이 공동(512) 내에 끼워맞춤되도록 (예를 들면 CNC 벤딩 머신으로) 절곡된 관형 블랭크(510)의 대향 단부를 밀봉하고 결합하도록 이동될 수 있는, 각각 외부 램 부재를 갖는 두 개의 유압 성형 램 조립체(500, 502)를 도시하고, 사실상 대표한다. 관형 금속 벽의 형태인 블랭크(510)는 단지 일 예로서 도시되었지만, 임의의 U 형상, 반전된 U 형상 또는 블랭크 부재를 대표하도록 도시된다. 튜브(510)는 유압 성형 유체로 채워지도록 수조에 침지되는 것이 바람직하다. 램(500, 502)은 소정의 불규칙한 외부면 구조에 관형 벽 또는 블랭크가 끼워맞춤되도록 불규칙하게 외측으로 변형된 정합면을 갖는 다이 표면에 관형 벽 또는 블랭크를 패창시키기 위해 유압 성형 유체를 보강할 수 있는 유압 성형 보강 장치를 포함한다. 외부 램(504, 506)은 블랭크의 원래 벽두께의 약 ± 내에 최종 튜브 부품의 벽두께를 보충하거나 유지하도록 (즉, 튜브의 직경 팽창 시에 벽 얇음을 보충하도록) 블랭크(510) 내에 금속 유동을 생성하기 위해 다이 구조물 내로 외측으로 가압한다. 상기한 바와 같이, 장치(5)는 램(500, 502)에 의해 가압된 유압 유체에 주파수 또는 펄스를 주입하도록 도2의 실시예에 사용된다. 장치는 램(504)에 단지 하나의 입력과 연관하여 설명되지만, 예를 들어 램(504, 506) 모두에 다수의 입력값들이 제공될 수 있다. 또한, 램(504)을 진입하는 것처럼 도시되었지만, 유압 유체에의 펄스 또는 주파수의 진입은 유압 성형 시스템의 다양한 위치에서 일어날 수 있다. 유압 유체에의 펄스 주입의 결과로, 재료의 유동은 벽두께가 너무 얇지 않게 되는 것을 보증하고 특히 절곡 영역에서의 주름의 형성을 방지하는 것을 향상시킨다.

상기한 교시에 비추어 본 발명의 많은 수정 및 변경이 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 범주 내에서, 본 발명이 구체적으로 기술된 것과 다른 것들이 실행될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

다이 내에 성형될 부품을 위치시키는 단계와,

성형될 부품을 수납하도록 다이를 폐쇄하는 단계와,

다이의 내부면에 대해 부품을 팽창시키기 위해 다이의 내부에 고압 유체를 주입하는 단계를 포함하고,

고압 유체는 다이 내의 부품의 재료 유동을 증가시키기 위해 펄스가 가해지는 금속 부품의 유압 성형 방법.
제1항에 있어서, 성형될 부품은 관형 금속 블랭크이고, 다이의 내부에 고압 유체를 주입하는 단계는 다이의 내부면에 대해 관형 금속 블랭크를 외측으로 팽창시키도록 관형 금속 블랭크의 내부에 고압 유체를 주입하는 단계를 포함하는 금속 부품의 유압 성형 방법.
제1항에 있어서, 성형될 부품은 판금인 금속 부품의 유압 성형 방법.
제1항에 있어서, 고압 유체에의 펄스의 인가는 약 5 내지 60 Hz의 주파수 범위를 갖는 가변 주파수 구동 모터에 의해 고압 유체에 펄스를 가하는 단계를 포함하는 금속 부품의 유압 성형 방법.
다이 내에 금속 블랭크를 위치시키는 단계와,

금속 블랭크를 수납하도록 다이를 폐쇄하는 단계와,

다이의 내부면에 대해 금속 블랭크를 외행적으로 팽창시키도록 다이의 내부에 압력 크기의 펄스로 가압 유체를 주입하는 단계를 포함하는 금속 블랭크의 형성 방법.
제5항에 있어서, 금속 블랭크는 관형이고, 다이의 내부에 압력 크기의 펄스로 가압 유체를 주입하는 단계는 다이의 내부면에 대해 금속 블랭크를 외측으로 팽창시키도록 관형 금속 블랭크의 내부에 압력 크기의 펄스로 가압 유체를 주입하는 단계를 포함하는 금속 블랭크의 형성 방법.
제5항에 있어서, 금속 블랭크는 판금인 금속 블랭크의 형성 방법.
제5항에 있어서, 다이의 내부에 압력 크기의 펄스로 가압 유체를 주입하는 단계는 약 5 내지 60 Hz의 주파수 범위를 갖는 가변 주파수 구동 모터에 의해 가압 유체에 펄스를 가하는 단계를 포함하는 금속 블랭크의 형성 방법.
다이 조립체와,

상기 다이 조립체 내에 위치된 블랭크와,

상기 다이 조립체의 벽에 대해 상기 블랭크를 가압하여 상기 블랭크가 상기 다이 조립체의 상기 벽과 정합하도록 하는 상기 다이 조립체 내의 가압 유체와,

상기 블랭크에 대해 가압 유체의 압력 크기의 펄스를 생성하여 상기 다이 조립체의 상기 벽에 대해 상기 블랭크를 가압하기 위해 상기 가압 유체에 펄스를 제공하도록 상기 가압 유체에 연결된 펄스 발생 장치를 포함하는 유압 성형 조립체.
제9항에 있어서, 상기 펄스 발생 장치는 상기 유압 성형 다이 내로 유체를 이송하는 유체 라인과, 상기 유체 라인에 연결된 출구를 갖는 실린더와, 상기 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 밀봉식으로 장착된 피스톤과, 상기 피스톤에 작동식으로 연결된 회전식 구동 샤프트를 갖는 가변 주파수 구동 모터를 포함하고, 상기 구동 샤프트는 가변 주파수에서 상기 실린더 내에서 상기 피스톤을 선형 이동시켜 상기 유체 라인에 압력 크기의 펄스로 가압 유체를 주입하는 유압 성형 조립체.
제9항에 있어서, 상기 블랭크는 관형인 유압 성형 조립체.
제10항에 있어서, 상기 가변 주파수 구동 모터는 약 5 내지 60 Hz의 주파수 범위를 갖는 유압 성형 조립체.
제10항에 있어서, 상기 가압 유체는 약 5 내지 1500 바아의 범위인 유압 성형 조립체.
제10항에 있어서, 상기 구동 샤프트는 베어링 저널에 의해 상기 구동 샤프트에 편심적으로 장착된 연결 로드에 의해 상기 피스톤에 연결되는 유압 성형 조립체.
유압 성형 다이와,

상기 다이 내에 위치된 금속 블랭크와,

상기 금속 블랭크를 성형하도록 상기 유압 성형 다이에 이송된 유압 성형 유체를 압력 크기로 펄싱하는 수단을 포함하는 유압 성형 조립체.