KR20070099005A - 업세팅 가공 방법 및 업세팅 가공 장치 - Google Patents

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아쯔시 오오따끼
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

소재의 확경 예정부를 둘레방향에 있어서 불균일하게 확경할 수 있는 업세팅 가공 방법을 제공한다. 소재(1)의 확경 예정부(2)를 좌굴 저지 상태로 삽통 지지하는 삽통 구멍(21)을 가지는 가이드(20)를 준비한다. 가이드(20)의 선단부(20a)의 일부에는, 가이드(20)의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출부(22)가 일체로 형성되어 있다. 고정 다이(10)에 고정된 소재(1)의 확경 예정부(2)를 가이드(20)의 삽통 구멍(21)에 삽통 지지한다. 이어서, 펀치(30)를 이동시켜서 상기 펀치(30)로 소재(1)의 확경 예정부(2)를 축방향으로 가압하면서, 가이드(20)를 펀치(30)의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시킴으로써, 가이드(20)의 선단부(20a)와 고정 다이(10)의 사이에 노출되는 소재(1)의 확경 예정부(2)를, 상기 확경 예정부(2)의 돌출부(22)와의 맞닿음부에 대해서 확경을 억제한 상태로 확경한다.
삽통 구멍, 가이드, 확경 억제용 돌출부, 고정 다이, 업세팅 가공

Description

업세팅 가공 방법 및 업세팅 가공 장치 {METHOD AND DEVICE FOR UPSETTING}
본 발명은, 막대형의 소재의 소정 부위를 확경하는 업세팅 가공 방법 및 업세팅 가공 장치에 관한 것이다.
일반적으로 업세팅 가공은, 막대형의 소재를 축방향으로 가압함으로써, 소재의 확경 예정부를 확경하는 것이다. 이 업세팅 가공에 있어서, 가공시에 소재가 좌굴하면, 얻어지는 제품(업세팅 가공품)은 형상 불량(주름, 불분명한 형상 등)으로 되어 제품으로서의 가치가 손상된다. 그래서, 좌굴이 생기지 않도록 하기 위해서, 종래, 다음과 같은 업세팅 가공 방법이 알려져 있다.
즉, 소재를 고정 다이에 고정함과 함께, 소재의 확경 예정부를 가이드에 형성된 삽통(揷通; 삽입 통과) 구멍에 삽통해서 확경 예정부를 좌굴 저지 상태로 유지한다. 이어서, 펀치로 소재의 확경 예정부를 축방향으로 가압하면서, 가이드를 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시킴으로써, 가이드의 선단부와 고정 다이 사이에 노출되는 소재의 확경 예정부를 확경하는 방법이다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2 참조).
상기 종래가 업세팅 가공 방법에서는, 통상, 소재의 확경 예정부는 그 전주에 걸쳐 균일하게 확경된다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 소48-62646호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허 공개 평9-253782호 공보
상기 종래의 업세팅 가공 방법은, 주로, 공업제품을 제작하기 위한 프리폼을 제작하기 위해서 이용되고 있지만, 공업제품 중, 예를 들면, 안경 형상의 자동차용 암이나 콘로드는, 그 축부의 단부에 폭방향 양측으로만 팽출된 연결부가 형성되어 있다. 또한, 컴프레서용 쌍두 피스톤에 있어서는, 그 축부의 양단부에 형성된 피스톤부는 그 중심축이 축부의 중심축으로부터 어긋나 있다. 이러한 제품에 대한 프리폼을 상기 업세팅 가공 방법에 의해 제조하는 경우에는, 다음과 같은 난점이 있다.
즉, 상기 업세팅 가공 방법에서는, 전술한 것처럼 소재의 확경 예정부는 그 전주에 걸쳐 균일하게 확경되기 때문에, 업세팅 가공 후에, 확경부가 연결부나 피스톤부의 형상으로 되도록 확경부를 편평상으로 소성변형시키거나 절삭하거나 하는 등, 확경부에 대해서 더 가공을 행할 필요가 있어, 제조 공정수가 증가하거나 또는 제품 비율이 저하한다고 하는 문제가 발생한다.
본 발명은, 전술한 기술 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 소재의 확경 예정부를 그 둘레방향에 있어서 불균일하게 확경할 수 있는 업세팅 가공 방법, 이것에 의해 얻어진 업세팅 가공품, 및 상기 업세팅 가공 방법에 이용되는 업세팅 가공 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
[1] 막대형의 소재를 고정하는 고정 다이와, 소재의 확경 예정부를 좌굴 저지 상태로 삽통 지지하는 삽통 구멍을 가지는 가이드와, 펀치를 구비함과 함께, 가이드의 선단부의 일부에, 가이드의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출부가 일체로 형성된 업세팅 가공 장치를 이용하고,
고정 다이에 고정된 소재의 확경 예정부를 가이드의 삽통 구멍에 삽통 지지하고,
이어서, 펀치를 이동시켜 상기 펀치로 소재의 확경 예정부를 축방향으로 가압하면서, 가이드를 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시킴으로써, 가이드의 선단부와 고정 다이 사이에 노출되는 소재의 확경 예정부를, 상기 확경 예정부의 가이드 돌출부와의 맞닿음부에 대해서 확경을 억제한 상태로 확경하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
[2] 고정 다이에 성형 오목부가 형성됨과 함께, 상기 성형 오목부의 둘레면에, 고정 다이의 축방향으로 연장되고 또한 가이드의 돌출부가 고정 다이의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입되는 슬라이드 홈부가 형성되어 있고,
소재의 확경 예정부의 둘레면의 일부가 맞닿는, 가이드의 돌출부의 측면은, 소재의 확경부의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있고,
고정 다이에 고정된 소재의 확경 예정부를 성형 오목부 내에 배치함과 함께, 소재의 확경 예정부를 가이드의 삽통 구멍에 삽통 지지하고, 또한 가이드의 돌출부를 슬라이드 홈부에 삽입하고,
이어서, 소재의 확경 예정부를 성형 오목부 내에서 확경하는 청구항 1 기재의 업세팅 가공 방법.
[3] 펀치의 이동 개시시로부터의 평균 이동 속도를 P,
가이드의 이동 개시시로부터의 평균 이동 속도를 G,
업세팅 가공 전의 소재의 확경 예정부의 단면적에서의 좌굴 한계 길이를 X0,
가이드의 선단부와 고정 다이 사이의 초기 클리어런스를 X(단, 0≤X≤X0),
확경부에 필요한 업세팅 가공 전의 소재의 길이를 L0,
확경부의 설계 체적으로부터 구해지는 펀치의 선단부의 고정 다이에 대한 정지 위치를 XP,
설계로 정한 가이드의 선단부의 고정 다이에 대한 정지 위치를 Xg,
펀치의 이동 개시시로부터 가이드의 이동 개시시까지의 타임 래그를 t0(단, 0≤t0)으로 할 때, G는,
G=(Xg-X)P/(L0-XP-Pt0)
의 식을 만족시키고 있는 전항 1 또는 2 기재의 업세팅 가공 방법.
[4] 소재의 확경 예정부는, 상기 소재의 축방향 양측부에 위치하고 있고,
고정 다이에 고정된 소재의 각 확경 예정부를 각각 가이드의 삽통 구멍에 삽통 지지하고,
이어서, 소재의 각 확경 예정부를 각각 펀치로 축방향으로 동시에 가압하면서, 각 가이드를 각각 대응하는 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시킴으로써, 소재의 양 확경 예정부를 동시에 확경하는 전항 1 내지 3 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 방법.
[5] 가이드의 선단부의 삽통 구멍 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 전항 1 내지 4 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 방법.
[6] 고정 다이에 형성된 소재 고정용 끼워넣음 구멍의 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 전항 1 내지 5 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 방법.
[7] 소재는, 둥근 막대형의 압연재로 이루어지는 전항 1 내지 6 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 방법.
[8] 압연재는, 주조 압연재인 전항 7 기재의 업세팅 가공 방법.
[9] 압연재는, 연속 주조 압연재인 전항 7 기재의 업세팅 가공 방법.
[10] 가이드의 삽통 구멍의 둘레면 또는/및 소재의 확경 예정부의 표면에 윤활제를 부착시킨 상태로, 소재의 확경 예정부를 확경하는 전항 7 내지 9 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 방법.
[11] 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열한 상태로, 소재의 확경 예정부를 확경하는 전항 1 내지 10 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 방법.
[12] 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열하는 전항 11 기재의 업세팅 가공 방법.
[13] 가이드의 선단부를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열함으로써, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하는 전항 11 기재의 업세팅 가공 방법.
[14] 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 반용융 상태로 가열하는 전항 11 내지 13 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 방법.
[15] 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위를 냉각 수단에 의해 냉각한 상태로, 소재의 확경 예정부를 확경하는 전항 11 내지 14 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 방법.
[16] 전항 1 내지 15 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 방법에 의해 얻어진 업세팅 가공품.
[17] 막대형의 소재의 확경 예정부를 확경하는 업세팅 가공 장치이며,
소재를 고정하는 고정 다이와,
고정 다이에 고정된 소재의 확경 예정부를 좌굴 저지 상태로 삽통 지지하는 삽통 구멍을 가지는 가이드와,
가이드의 삽통 구멍에 삽통된 소재의 확경 예정부를 축방향으로 가압하는 펀치와,
가이드를 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시키는 가이드 구동 장치를 구비하고,
가이드의 선단부의 일부에, 가이드의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출부가 일체로 형성됨과 함께,
가이드의 돌출부는, 소재의 확경 예정부의 확경시에, 확경 예정부의 둘레면의 일부가 돌출부의 측면에 맞닿음으로써, 확경 예정부의 돌출부와의 맞닿음부에 대해서 확경을 억제하는 것인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
[18] 고정 다이에 성형 오목부가 형성됨과 함께, 상기 성형 오목부의 둘레면에, 고정 다이의 축방향으로 연장되고 또한 가이드의 돌출부가 고정 다이의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입되는 슬라이드 홈부가 형성되어 있고,
가이드의 돌출부의 측면은, 소재의 확경부의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있는 전항 17 기재의 업세팅 가공 장치.
[19] 가이드의 선단부의 삽통 구멍 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 전항 17 또는 18 기재의 업세팅 가공 장치.
[20] 고정 다이에 형성된 소재 고정용 끼워넣음 구멍의 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 전항 17 내지 19 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 장치.
[21] 소재는, 둥근 막대형의 압연재로 이루어지고,
가이드의 삽통 구멍의 둘레면 또는/및 소재의 확경 예정부의 표면에 윤활제를 부착시키는 윤활제 부착 수단을 구비하고 있는 전항 17 내지 20 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 장치.
[22] 압연재는, 주조 압연재인 전항 21 기재의 업세팅 가공 장치.
[23] 압연재는, 연속 주조 압연재인 전항 21 기재의 업세팅 가공 장치.
[24] 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하는 가열 수단을 구비하고 있는 전항 17 내지 23 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 장치.
[25] 가열 수단은, 유도 가열 코일을 가지는 유도 가열 수단이며,
소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열하도록 구성되어 있는 전항 24 기재의 업세팅 가공 장치.
[26] 가열 수단은, 유도 가열 코일을 가지는 유도 가열 수단이며,
가이드의 선단부를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열함으로써, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하도록 구성되어 있는 전항 24 기재의 업세팅 가공 장치.
[27] 가열 수단은, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 반용융 상태로 가열 가능한 것인 전항 24 기재의 업세팅 가공 장치.
[28] 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위를 냉각하는 냉각 수단을 구비하고 있는 전항 24 내지 27 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 장치.
[29] 막대형의 소재의 축방향 양측부의 각 확경 예정부를 각각 확경하는 업세팅 가공 장치이며,
소재를 고정하는 고정 다이와,
고정 다이에 고정된 소재의 각 확경 예정부를 각각 좌굴 저지 상태로 삽통 지지하는 삽통 구멍을 가지는 2개의 가이드와,
각 가이드의 삽통 구멍에 삽통된 소재의 각 확경 예정부를 각각 축방향으로 가압하는 2개의 펀치와,
각 가이드를 각각 대응하는 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시키는 2개의 가이드 구동 장치를 구비하고,
2개의 가이드 중 적어도 1개의 가이드의 선단부의 일부에, 가이드의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출부가 일체로 형성됨과 함께,
가이드의 돌출부는, 소재의 확경 예정부의 확경시에, 확경 예정부의 둘레면의 일부가 돌출부의 측면에 맞닿음으로써, 확경 예정부의 돌출부와의 맞닿음부에 대해서 확경을 억제하는 것인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
[30] 고정 다이에 2개의 성형 오목부가 형성됨과 함께, 상기 2개의 성형 오목부 중 적어도 1개의 성형 오목부의 둘레면에, 고정 다이의 축방향으로 연장되고 또한 가이드의 돌출부가 고정 다이의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입되는 슬라이드 홈부가 형성되어 있고,
가이드의 돌출부의 측면은, 소재의 확경부의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있는 전항 29 기재의 업세팅 가공 장치.
[31] 각 가이드의 선단부의 삽통 구멍 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 전항 29 또는 30 기재의 업세팅 가공 장치.
[32] 고정 다이에 형성된 소재 고정용 끼워넣음 구멍의 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 전항 29 내지 31 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 장치.
[33] 소재는, 둥근 막대형의 압연재로 이루어지고,
각 가이드의 삽통 구멍의 둘레면 또는/및 소재의 각 확경 예정부의 표면에 윤활제를 부착시키는 2개의 윤활제 부착 수단을 구비하고 있는 전항 29 내지 32 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 장치.
[34] 압연재는, 주조 압연재인 전항 33 기재의 업세팅 가공 장치.
[35] 압연재는, 연속 주조 압연재인 전항 33 기재의 업세팅 가공 장치.
[36] 소재의 각 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하는 2개의 가열 수단을 구비하고 있는 전항 29 내지 35 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 장치.
[37] 각 가열 수단은, 유도 가열 코일을 가지는 유도 가열 수단이며,
소재의 각 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열하도록 구성되어 있는 전항 36 기재의 업세팅 가공 장치.
[38] 각 가열 수단은, 유도 가열 코일을 가지는 유도 가열 수단이며,
각 가이드의 선단부를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열함으로써, 소재의 각 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하도록 구성되어 있는 전항 36 기재의 업세팅 가공 장치.
[39] 각 가열 수단은, 소재의 각 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 반용융 상태로 가열 가능한 것인 전항 36 내지 38 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 장치.
[40] 소재의 각 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위를 냉각하는 2개의 냉각 수단을 구비하고 있는 전항 36 내지 39 중 어느 한 항 기재의 업세팅 가공 장치.
본 발명은 이하의 효과를 나타낸다.
[1]의 발명에서는, 펀치를 이동시켜 상기 펀치로 소재를 축방향으로 가압하면서, 가이드를 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시킴으로써, 가이드의 선단부와 고정 다이 사이에 노출되는 소재의 확경 예정부를, 상기 확경 예정부의 가이드 돌출부와의 맞닿음부에 대해서 확경을 억제한 상태로 확경하는 것으로부터, 소재의 확경 예정부를 그 둘레방향에 있어서 불균일하게 확경할 수 있다. 그 때문에, 자동차용 암, 콘로드, 컴프레서용 쌍두 피스톤, 크랭크 축 등의 제품을 제작하기 위한 프리폼에 대해서, 가능한 한 최종 제품 형상에 가까운 형상의 것을 얻는 것이 가능해지고, 그 결과, 수율 좋게 제품을 제조할 수 있다.
[2]의 발명에서는, 가이드의 돌출부의 측면이 소재의 확경부의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있으므로, 소재의 확경부를 설계 형상으로 확실하게 형성할 수 있고, 그로 인해 최종 제품 형상에 보다 가까운 형상의 프리폼을 얻을 수 있다.
[3]의 발명에서는, 초기 클리어런스를 좌굴 한계 길이 이하로 하고, 설계량의 성형을 행하기 위한 펀치 이동 종료시간과 설계량의 확경부를 형성하는데 필요한 가이드 이동 종료시간을 일치시키도록 펀치 및 가이드의 이동 속도를 조정함으로써, 소재의 확경 예정부를 기계적인 계산으로 확실하게 설계 형상으로 확경하는 것이 가능하다.
[4]의 발명에서는, 축방향 양측부에 각각 확경부가 형성된 프리폼을 능률적으로 제조할 수 있다.
[5]의 발명에서는, 가공시에 있어서 가이드의 선단부에 소재 재료의 배압이 효과적으로 작용하게 된다. 그 결과, 가이드를 이동시키는데 필요로 하는 구동력을 감소시킬 수 있다.
[6]의 발명에서는, 소재의, 고정 다이에 고정된 부위와, 확경부 간의 각부에 생기는 경우가 있는 응력 집중을 완화할 수 있다.
[7]의 발명에서는, 압연재로 이루어지는 둥근 막대형의 소재는 염가로 입수 또는 제조할 수 있는 점에서, 이 소재를 업세팅 가공용 소재로서 이용함으로써, 가공 코스트를 인하할 수 있다.
또한, 이 소재는, 일반적으로, 압출재로 이루어지는 둥근 막대형의 소재에 비해 진원도가 낮다. 그 때문에, 이 소재의 확경 예정부를 가이드의 삽통 구멍에 삽통하면, 소재의 확경 예정부의 표면과 삽통 구멍의 둘레면 사이에 간극이 필연적으로 생긴다. 그 때문에, 양자의 접촉 면적은 작고, 따라서 소재의 확경 예정부가 삽통 구멍 내를 축방향으로 슬라이드 이동할 때의 마찰저항력이 작기 때문에, 성형 압력을 저감할 수 있다. 그 결과, 펀치를 이동시키는 펀치 구동 장치로서 소형의 것을 사용할 수 있고, 그로 인해 업세팅 가공 장치의 설치 스페이스에 대해서 공간절약화를 도모할 수 있다.
또한, 성형 압력을 저감할 수 있기 때문에, 다음의 이점이 있다. 즉, 만약 성형 압력이 큰 경우, 소재의 확경 예정부의 단부가 펀치로부터의 가압력에 의해 가이드의 삽통 구멍 내에서 찌부러지는 일이 자주 생긴다. 이렇게 되면, 펀치의 둘레면과 삽통 구멍의 둘레면 사이의 간극에 소재의 확경 예정부의 재료의 일부가 침입하고, 그 결과, 성형 압력이 증가하고, 나아가서는 펀치가 삽통 구멍 내에서 가압 방향으로 이동할 수 없게 되어 가공 불능에 이른다고 하는 난점이 있다. 그래서, 성형 압력을 저감함으로써, 이러한 난점을 해소할 수 있고, 그로 인해, 소재를 긴 영역에 걸쳐 양호하게 업세팅 가공할 수 있다.
[8]의 발명에서는, 주조 압연재로 이루어지는 소재는 더욱 염가로 입수 또는 제조할 수 있는 점에서, 이 소재를 업세팅 가공용 소재로서 이용함으로써, 가공 코스트를 더욱 인하할 수 있다.
[9]의 발명에서는, 연속 주조 압연재로 이루어지는 소재는 더 한층 염가로 입수 또는 제조할 수 있는 점에서, 이 소재를 업세팅 가공용 소재로서 이용함으로써, 가공 코스트를 더 한층 인하할 수 있다.
[10]의 발명에서는, 다음의 이점이 있다. 즉, 전술한 것처럼, 압연재로 이루어지는 둥근 막대형의 소재는 진원도가 낮기 때문에, 이 소재의 확경 예정부를 가이드의 삽통 구멍에 삽통하면, 소재의 확경 예정부의 표면과 삽통 구멍의 둘레면 사이에 간극이 필연적으로 생긴다. 삽통 구멍의 둘레면 또는/및 소재의 확경 예정부의 표면에 윤활제가 부착되어 있은 경우에는, 이 간극내에 윤활제가 침입해서 일시적으로 고인다. 이것에 의해, 윤활제의, 삽통 구멍의 둘레면 및 소재의 확경 예정부의 표면에의 살포가 촉진된다. 즉, 가공시에 소재의 확경 예정부가 삽통 구멍 내를 축방향으로 슬라이드 이동함에 따라, 간극 내의 윤활제가 삽통 구멍의 둘레면 및 소재의 확경 예정부의 표면에 살포되게 된다. 이것에 의해, 삽통 구멍의 둘레면과 소재의 확경 예정부의 표면 사이의 마찰 저항력을 확실하게 저감할 수 있고, 즉 성형 압력을 확실하게 저감할 수 있다.
[11]의 발명에서는, 소재의 확경 예정부 중, 가이드의 선단부에 대응하는 부위에 대해서만 변형저항이 국부적으로 저하하기 때문에, 성형 압력을 저감할 수 있다.
한편, 소재의 확경 예정부 중, 가이드의 선단부보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위에 대해서는 가열되어 있지 않기 때문에 변형 저항은 저하하지 않는다. 그 때문에, 소재의 확경 예정부가 펀치로부터의 가압력에 의해 가이드의 삽통 구멍 내에서 지름 방향 외측으로 팽출함으로써 생기는 성형 압력의 증가를 방지할 수 있고, 또 소재의 확경 예정부의 재료의 일부가 펀치의 둘레면과 삽통 구멍의 둘레면 사이의 간극내에 침입함으로써 생기는 성형 압력의 증가를 방지할 수 있다.
[12]의 발명에서는, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 확실하면서도 극히 효율적으로 가열할 수 있다.
[13]의 발명에서는, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 확실하면서도 효율적으로 가열할 수 있다.
[14]의 발명에서는, 성형 압력을 대폭 저감할 수 있다.
[15]의 발명에서는, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위가 가열되는 것을 확실하게 억제할 수 있다.
[16]의 발명에서는, 소재의 확경 예정부가 둘레방향에 있어서 불균일하게 확경된 업세팅 가공품을 제공할 수 있다. 이 업세팅 가공품은, 예를 들면, 자동차의 암, 콘로드, 컴프레서의 쌍두 피스톤, 크랭크 축 등의 공업제품용 프리폼으로서 매우 적합하게 사용할 수 있다.
[17] 내지 [40]은, 전술한 본 발명에 따른 업세팅 가공 방법으로 매우 적합하게 이용할 수 있는 업세팅 가공 장치를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치의 주요부의 개략적인 분해 사시도이다.
도2A는 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경하기 전의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도2B는 도2A의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면도이다.
도3A는 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경하는 도중의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도3B는 도3A의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면도이다.
도4A는 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경한 후의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도4B는 도4A의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면도이다.
도5는 동 업세팅 가공 장치에 의해 얻어진 업세팅 가공품의 사시도이다.
도6A는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경하기 전의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도6B는 도6A의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면도이다.
도7A는 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경하는 도중의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도7B는 도7A의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면도이다.
도8A는 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경한 후의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도8B는 도8A의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면도이다.
도9는 동 업세팅 가공 장치에 의해 얻어진 업세팅 가공품의 사시도이다.
도10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치의 주요부의 개략적인 분해 사시도이다.
도11A는 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경하기 전의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도11B는 도11A의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 평면도이다.
도12A는 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경하는 도중의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도12B는 도12A의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 평면도이다.
도13A는 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경한 후의 상 태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도13B는 도13A의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 평면도이다.
도14는 동 업세팅 가공 장치에 의해 얻어진 업세팅 가공품의 사시도이다.
도15는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경하기 전의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도16은 도15 중의 Z-Z선 단면도이다.
도17은 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경하는 도중의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
도18은 동 업세팅 가공 장치에 의해 소재의 확경 예정부를 확경한 후의 상태에 있어서의, 동 업세팅 가공 장치의 종단면 사시도이다.
<부호의 설명>
1 : 워크
2 : 확경 예정부
3 : 확경부
6A, 6B, 6C : 업세팅 가공품(프리폼)
1A, 1B, 1C, 1D : 업세팅 가공 장치
10 : 고정 다이
11 : 소재 고정용 끼워넣음 구멍
11a : 면취 가공부
12 : 성형 오목부
13 : 슬라이드 홈부
20 : 가이드
20a : 선단부
21 : 삽통 구멍
21a : 면취 가공부
22 : 확경 억제용 돌출부
22a : 측면
25 : 가이드의 이동 방향
30 : 펀치
35 : 펀치의 이동 방향
40 : 가이드 구동 장치
50 : 펀치 구동 장치
70 : 가열 수단
71 : 유도 가열 수단
72 : 유도 가열 코일
73 : 전원부
80 : 냉각 수단
81 : 냉각액 유통구멍
90 : 윤활제 부착 수단
91 : 노즐
다음에, 본 발명의 몇개의 실시 형태에 대해서 도면을 참조해서 이하에 설명한다.
도1 내지 도5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치를 이용한 업세팅 가공 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도1에 있어서, (1A)는 제1 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치, (1)은 소재이다. 또한, 도5에 있어서, (6A)는, 업세팅 가공 장치(1A)에 의해 제조된 업세팅 가공품이다. 이 업세팅 가공품(6A)은, 예를 들면, 컴프레서의 쌍두 피스톤의 일부를 제작하기 위한 프리폼으로서 이용된다.
도1에 도시하는 바와 같이, 소재(1)는, 곧은 막대형이며, 예를 들면 알루미늄(그 합금을 포함한다. 이하 동일하다.)으로 이루어진다. 소재(1)의 단면 형상은 원형상이며, 또한 소재(1)의 단면적은 축방향으로 일정하게 설정되어 있다.
또한 본 발명에서는, 소재(1)의 재질은, 알루미늄으로 한정되는 것은 아니며, 그 외에 예를 들면, 놋쇠, 동, 스테인레스강 등의 금속이어도 되고, 플라스틱이어도 된다. 또한, 소재(1)의 단면 형상은 4각 형상이나 6각 형상 등의 다각 형상이어도 된다. 또한, 소재(1)는, 압연재나 압출재로 이루어지는 것이어도 되고, 다른 방법으로 제작된 재료로 이루어지는 것이어도 된다.
이 소재(1)의 확경 예정부(2)는, 소재(1)의 축방향 양측부 중 일측부에 위치하고 있고, 상술하면, 소재(1)의 일단부에 위치하고 있고, 즉 소재(1)의 일단부가 확경 예정부(2)에 대응하고 있다. 그리고, 이 확경 예정부(2)가 설계 형상으로 확경됨으로써, 도5에 도시하는 바와 같이, 소재(1)(축부(4))의 일단부에 원주상의 확경부(3)가 형성된다. 이 확경부(3)는 그 중심축이 소재(1)의 중심축에 대해서 어긋나 있다. 따라서, 소재(1)의 확경 예정부(2)는 그 둘레방향에 있어서 불균일하게 확경되어 있다.
또한 본 발명에 있어서, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)를 그 둘레방향에 있어서 불균일하게 확경한다는 것은, 확경 예정부(2)를 치우치게 업세팅한다고 하는 것이며, 예를 들면, 확경 예정부(2)의 둘레면에 대해서 그 일부만을 지름 방향 외측으로 팽출시키고, 다른 부분에 대해서는 팽출시키지 않도록 또는 다른 부분의 팽출량을 억제하면서, 확경 예정부(2)를 확경하는 것이다.
또한, 업세팅 가공품(6A)에 있어서, 확경부(3)는 쌍두 피스톤의 1개의 피스톤부에 대응하고 있고, 소재(1)의 확경 가공이 실시되지 않은 부위가, 쌍두 피스톤의 축부(4)에 대응하고 있다.
업세팅 가공 장치(1A)는, 도1 내지 도2B에 도시하는 바와 같이, 소재(1)의 확경 예정부(2)를 확경하는 것이다. 이 업세팅 가공 장치(1A)는, 고정 다이(10)와, 가이드(20)와, 펀치(30)와, 가이드 구동 장치(40)와, 펀치 구동 장치(50)를 구비하고 있다.
고정 다이(10)는, 업세팅 가공시에 소재(1)가 축방향으로 이동하지 않도록 소재(1)를 고정하기 위한 것이다. 이 고정 다이(10)의 축방향 일단부에는, 소재(1)의 비가공 예정부가 끼워넣어져 고정되는 소재 고정용 끼워넣음 구멍(11)이 고정 다이(10)의 축방향으로 연장되어 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 소재(1)의 확경 예정부(2)와는 반대측의 단부가 비확경 예정부에 대응하고 있고, 상기 단부가 이 끼워넣음 구멍(11)에 끼워넣어짐으로써, 소재(1)의 확경 예정부(2)가 고정 다이(10)에 대해서 돌출한 상태로 소재(1)가 고정 다이(10)에 고정된다.
또한, 이 고정 다이(10)의 축방향 일단부에는, 소재(1)의 확경 예정부(2)를 설계 형상(즉 원주상)으로 성형하는 성형 오목부(12)(즉 성형 캐비티)가 설치되어 있다. 소재(1)의 확경 예정부(2)의 확경 후에 있어서 확경부(3)의 중심축이 소재(1)의 중심축에 대해서 어긋나 있도록 하기 위해서, 끼워넣음 구멍(11)의 개구는 성형 오목부(12)의 저면의 중심부에 대해서 어긋난 위치에 형성되어 있다.
또한, 고정 다이(10)의 끼워넣음 구멍(11)의 개구 가장자리부에는, 도2B에 도시하는 바와 같이 전주에 걸쳐 면취 가공이 실시되어 있고, 그 때문에, 상기 가장자리부의 단면 형상이 둥글게 형성되어 있다.
(11a)는, 상기 가장자리부에 형성된 면취 가공부이다.
또한, 고정 다이(10)는, 세로로 복수개(본 실시 형태에서는 2개)로 분할된 것이며, 즉 분할형으로 이루어진다.
또한, (15)는, 고정 다이(10)의 저부이다. 이 저부(15)는, 끼워넣음 구멍(11)에 끼워넣어진 소재(1)가 끼워넣음 구멍(11) 외의 개구로부터 발출하지 않도록 이것을 폐색하기 위한 것이다.
가이드(20)는, 소재(1)의 확경 예정부(2)를 좌굴 저지 상태로 또한 축방향으로 슬라이드 이동 가능하게 삽통 지지하는 삽통 구멍(21)을 가지고 있다. 즉, 이 가이드(20)는, 그 삽통 구멍(21)에 소재(1)의 확경 예정부(2)를 삽통함으로써, 소재(1)의 확경 예정부(2)를 삽통 구멍(21) 내에서 좌굴 저지 상태로 또한 축방향으로 슬라이드 이동 가능하게 유지하는 것으로 되어 있다. 이 삽통 구멍(21)은, 가이드(20)의 축방향으로 연장됨과 함께 가이드(21)를 관통해서 형성되어 있다. 이 삽통 구멍(21)의 지름은, 상기 삽통 구멍(21)에 소재(1)를 적합 상태로 또한 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입할 수 있는 치수로 설정되어 있다.
이 가이드(20)는, 그 삽통 구멍(21)에 삽통 배치된 소재(1)의 확경 예정부(2)의 재료를 성형 오목부(12) 내로 안내하는 것이다.
또한, 이 가이드(20)의 선단부(20a)의 삽통 구멍(21) 개구 가장자리부에는, 도2B에 도시하는 바와 같이 면취 가공이 실시되어 있고, 그 때문에, 상기 가장자리부의 단면 형상이 둥글게 형성되어 있다. (21a)는, 상기 가장자리부에 형성된 면취 가공부이다.
또한, 도1에 도시하는 바와 같이, 가이드(20)의 선단부의 한 개소에, 가이드(20)의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출부(22)가 일체로 형성되어 있고, 가이드(20)의 이동에 수반해서 이 돌출부(22)가 가이드(20)와 일체로 이동하는 것으로 되어 있다. 가이드(20)의 삽통 구멍(21)에 삽통된 소재(1)의 확경 예정부(2)의 둘레면의 일부는, 확경 예정부(2)의 확경시에, 이 돌출부(22)의 삽통 구멍(21)측을 향한 측면(22a)에 맞닿고, 이것에 의해, 확경 예정부(2)의 돌출부(22)와의 맞닿음부에 대해서 확경이 억제되는 것으로 되어 있다.
한편, 고정 다이(10)의 성형 오목부(12)의 성형면으로서의 둘레면(12a)의 한 개소에는, 고정 다이(10)의 축방향으로 연장되고 또한 가이드(20)의 돌출부(22)가 고정 다이(10)의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입되는 슬라이드 홈부(13)가 형성되어 있다. 또한, 고정 다이(10)에는, 이 슬라이드 홈부(13)에 연속해서 슬라이드 구멍부(14)가 고정 다이(10)의 축방향으로 연장되어 형성되어 있다. 이 슬라이드 구멍부(14)에는, 슬라이드 홈부(13)에 삽입된 가이드(20)의 돌출부(22)가 슬라이드 자재로 삽입된다.
또한, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 둘레면의 일부가 맞닿는, 가이드(20)의 돌출부(22)의 측면(22a)은, 소재(1)의 확경부(3)의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있다. 따라서, 이 돌출부(22)의 측면(22a)은, 돌출부(22)가 슬라이드 홈부(13)에 삽입된 상태 하에서, 성형 오목부(12)의 둘레면(12a)과 둘레방향으로 면일치로 이어지도록 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 돌출부(22)의 측면(22a)은, 원주상 확경부(3)의 둘레면 형상에 대응해서 단면 원호상으로 만곡한 만곡면에 형성되어 있다.
펀치(30)는, 가이드(20)의 삽통 구멍(21)에 삽통된 소재(1)의 확경 예정부(3)를 축방향으로 가압하기 위한 것이다. 이 펀치(30)는, 소재(1)의 축방향 양측 중, 소재(1)의 확경 예정부(2)가 위치하는 단측에 배치되어 있다.
펀치 구동 장치(50)는, 펀치(30)를 소재(1)의 축방향으로 이동시켜, 상기 펀치(30)에 소재(1)의 확경 예정부(2)를 가압하기 위한 구동력을 부여하기 위한 것이다. 이 펀치 구동 장치(50)는 펀치(30)에 접속되어 있고, 프레스기를 이용한 기계 캠이나 유체압(유압, 가스압) 등에 의해 펀치(30)에 구동력을 부여하는 것으로 되 어 있다. 또한, 이 펀치 구동 장치(50)는, 타겟으로 하는 형상(설계 형상)이 결정되면 펀치의 속도를 일정하게 하는 것이 가능하기 때문에, 속도를 제어하는 장치를 필요로 하지 않지만, 가압 속도를 제어하는 제어장치를 부여함으로써, 업세팅 형상(확경부의 형상)을 임의로 변화시키는 것도 가능해진다.
가이드 구동 장치(40)는, 가이드(20)를 펀치(30)의 이동 방향(35)(즉, 펀치(35)에 의한 소재 확경 예정부(2)에의 가압 방향)과는 반대 방향(25)으로 이동시키는 것이다(도3B 참조). 이 가이드 구동 장치(40)는 가이드(20)에 접속되어 있고, 유체압(유압, 가스압), 전기 모터, 스프링 등에 의해 가이드(20)에 구동력을 부여하는 것으로 되어 있다. 또한, 이 가이드 구동 장치(40)는, 타겟으로 하는 형상(설계 형상)이 결정되면, 가이드의 속도를 일정하게 하는 것이 가능하기 때문에, 속도를 제어하는 장치는 필요로 하지 않지만, 속도를 제어하는 제어장치를 부여함으로써 업세팅 형상(확경부의 형상)을 임의로 변화시키는 것도 가능해진다.
다음에, 상기 제1 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1A)를 이용한 업세팅 가공 방법을 이하에 설명한다. 또한, 도2A, 도3A 및 도4A에서는, 각각, 고정 다이(10)와 가이드(20)의 상대 위치 관계를 이해하기 쉽게 하기 위해서, 고정 다이(10)의 저부(15)에 대해서는 도시하지 않고 있다.
우선, 도2A 및 도2B에 도시하는 바와 같이, 소재(1)의 확경 예정부(2)와는 반대측의 단부인 비확경 예정부를 고정 다이(10)의 끼워넣음 구멍(11)에 끼워넣음으로써, 소재(1)가 축방향으로 본의 아니게 이동하지 않도록 소재(1)를 고정 다이(10)에 고정한다. 이것에 의해, 소재(1)의 확경 예정부(2)가 고정 다이(10)의 성형 오목부(12) 내에 배치된다. 또한, 이 고정 상태에 있어서, 소재(1)의 확경 예정부(2)는 고정 다이(10)에 대해서 돌출되어 있다.
또한, 소재(1)의 확경 예정부(2)를 가이드(20)의 삽통 구멍(21)에 삽통하고, 이것에 의해, 소재(1)의 확경 예정부(2)를 삽통 구멍(21) 내에서 좌굴 저지 상태로 또한 축방향으로 슬라이드 이동 가능하게 유지함과 함께, 가이드(20)의 돌출부(22)를 슬라이드 홈부(13) 및 슬라이드 구멍부(14)에 고정 다이(10)의 축방향으로 순차 삽입한다. 이 상태에 있어서, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 둘레면의 일부는 가이드(20)의 돌출부(22)의 측면(22a)에 맞닿아 있다.
또한, 가이드(20)의 선단부(20a)와 고정 다이(10)(상술하면, 고정 다이(10)의 성형 오목부(12)의 저면) 사이에 초기 클리어런스(X)를 형성한다(도2B 참조). 이 초기 클리어런스(X)의 간격은, 펀치(30)의 이동(즉, 펀치(30)의 소재 확경 예정부(2)에의 가압)을 개시하기 전의 상태에 있어서 가이드(20)의 선단부(21a)와 고정 다이(10) 사이에 노출되는 소재(1)의 확경 예정부(2)의 노출부의 단면적에서의 좌굴 한계 길이(X0) 이하로 설정되어 있다. 또한, 본 발명에서는, 좌굴 한계 길이는, 펀치 가압력에 있어서의 좌굴 한계 길이를 말한다.
이어서, 도3A 및 도3B에 도시하는 바와 같이, 펀치 구동 장치(50)를 작동시킴으로써 펀치(30)를 이동시켜, 상기 펀치(30)로 소재(1)의 확경 예정부(2)를 축방향으로 가압하면서, 가이드 구동 장치(40)를 작동시킴으로써 가이드(20)를 펀치(30)의 이동 방향(35)과는 반대 방향(25)으로 이동시킨다. 이것에 의해, 가이드(20)의 선단부(20a)와 고정 다이(10)(상술하면, 고정 다이(10)의 성형 오목 부(12)의 저면) 사이에 노출된 소재(1)의 확경 예정부(2)의 둘레면의 일부가 가이드(20)의 돌출부(22)의 측면(22a)에 맞닿고, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 돌출부(22)와의 맞닿음부에 대해서 확경이 억제된 상태로, 소재(1)의 확경 예정부(2)(상술하면, 확경 예정부(2)의 돌출부(22)와의 맞닿음부 이외의 부분)가 성형 오목부(12) 내에서 확경된다.
여기서, 펀치(30)의 이동 개시시로부터 가이드(20)의 이동 개시시까지의 사이에 타임 래그(t0)를 형성한다. 즉, 펀치(30)에 의한 소재(1)의 확경 예정부(2)의 가압을 개시하는 경우에는, 우선 가이드(20)의 위치를 초기 위치에 고정해 두고 나서, 펀치(30)를 이동시켜서 상기 펀치(30)로 소재(1)의 확경 예정부(2)를 축방향으로 가압한다. 그리고, 타임 래그(t0)의 경과 후, 계속해서 펀치(30)로 확경 예정부(2)를 가압하면서, 가이드(20)를 펀치(30)의 이동 방향(35)과는 반대 방향(25)으로 이동시킨다. 이 때, 가이드(20)의 이동 속도는, 가이드(20)의 선단부(20a)와 고정 다이(10) 사이에 노출되는 소재(1)의 확경 예정부(2)의 노출부의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하로 되도록 가이드 구동 장치(40)의 제어장치에 의해 제어한다. 또한, 가공 조건이 결정되어 있는 경우는 설계량의 일정 속도가 얻어지는 실린더나 기계 캠을 사용하는 것이 가능하다.
또한 본 발명에서는, 펀치(30)의 이동 속도는 일정해도 되고, 변동하는 것이어도 된다. 또 동일하게, 가이드(20)의 이동 속도는 일정해도 되고, 변동하는 것이어도 된다.
펀치(30) 및 가이드(20)의 이동에 수반해서, 도3A 및 도3B에 도시하는 바와 같이, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 가이드 돌출부(22)와의 맞닿음부에 대해서 확경이 억제된 상태로, 소재(1)의 확경 예정부(2)가 성형 오목부(12) 내에서 서서히 확경되어 확경 예정부(2)의 재료가 성형 오목부(12) 내에 충만되어 간다.
그리고, 도4A 및 도4B에 도시하는 바와 같이, 펀치(30)의 선단부가, 확경부(3)의 설계 체적으로부터 구해지는 펀치(30)의 선단부의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치(XP)에 도달했을 때, 펀치(30)의 이동을 정지하고, 또 가이드(20)의 선단부(20a)가, 설계로 정한 가이드(20)의 선단부(20a)의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치(Xg)에 도달했을 때, 가이드(20)의 이동을 정지한다. 이 때, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 재료는 성형 오목부(12) 내에 완전하게 충만되어, 상기 확경 예정부(2)가 설계 형상(즉 원주상)으로 확경되어 있다.
이상의 순서에 따라, 소재(1)의 확경 예정부(2)에 대한 업세팅 가공이 종료한다.
이어서, 소재(1)를 고정 다이(10)로부터 탈거함으로써, 도5에 도시한 원하는 업세팅 가공품(6A)이 얻어진다.
상기 제1 실시 형태에서는, 펀치(30)의 선단부의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치(XP)와, 가이드(20)의 선단부(20a)의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치(Xg)는 일치하고 있다. 또한 본 발명에서는, XP와 Xg는 일치하고 있지 않아도 된다.
그리고, 상기 제1 실시 형태가 업세팅 가공 방법에서는, 펀치(30)를 이동시 켜서 상기 펀치(30)로 소재(1)의 확경 예정부(2)를 축방향으로 가압하면서, 가이드(20)를 펀치(30)의 이동 방향(35)과는 반대 방향(25)으로 이동시킴으로써, 가이드(20)의 선단부(20a)와 고정 다이(10) 사이에 노출되는 소재(1)의 확경 예정부(2)를, 상기 확경 예정부(2)의 가이드 돌출부(22)와의 맞닿음부에 대해서 확경을 억제한 상태로, 확경하는 것으로부터, 소재(1)의 확경 예정부(2)를 둘레방향에 있어서 불균일하게 확경할 수 있다. 그 때문에, 확경부(3)의 중심축이 소재(1)의 중심축으로부터 어긋나 있는 업세팅 가공품(6A)을 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 이 업세팅 가공 장치(1A)를 이용한 업세팅 가공 방법에 의하면, 쌍두 피스톤의 일부를 제작하기 위한 프리폼에 대해서, 최종 제품 형상에 가까운 형상의 것을 얻는 것이 가능해진다. 그 결과, 제조 공정수의 저감을 도모할 수 있고, 수율 좋게 쌍두 피스톤의 일부를 제조할 수 있다.
또한, 그러한 업세팅 가공품(6A)을 얻기 위해서, 가이드(20)로서 선단부(20a)에 돌출부(22)가 일체로 형성된 것을 이용해서 업세팅 가공을 실시하면 되기 때문에, 간소한 구조의 업세팅 가공 장치(1A)로 그러한 업세팅 가공을 행할 수 있다.
또한, 가이드(20)의 돌출부(22)의 측면(22a)이 소재(1)의 확경부(3)의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있으므로, 소재(1)의 확경부(3)를 설계 형상으로 확실하게 형성할 수 있고, 그로 인해 최종 제품 형상에 보다 가까운 형상의 프리폼을 얻을 수 있다.
또한, 가이드(20)의 선단부(20a)의 삽통 구멍(21) 개구 가장자리부에 면취 가공(그 면취 가공면(21a))이 실시되어 있으므로, 업세팅 가공시에 있어서 가이드(20)의 선단부(20a)에 소재(1)의 재료의 배압이 효과적으로 작용하게 된다. 그 결과, 가이드(20)를 이동시키는데 필요로 하는 가이드 구동 장치(40)의 구동력을 감소시킬 수 있고, 그로 인해 가이드 구동 장치(40)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 고정 다이(10)의 소재 고정용 끼워넣음 구멍(11)의 개구 가장자리부에 면취 가공(그 면취 가공면(11a))이 실시되어 있으므로, 소재(1)의, 고정 다이(10)에 고정된 부위와 확경부(3) 사이의 각부에 생기는 경우가 있는 응력 집중을 완화할 수 있다.
다음에, 본 실시 형태가 업세팅 가공 방법에 있어서의 바람직한 가공 조건에 대해서 이하에 설명한다.
펀치(30)의 이동 개시시로부터의 평균 이동 속도를 P,
가이드(20)의 이동 개시시로부터의 평균 이동 속도를 G,
업세팅 가공 전의 소재(1)의 확경 예정부(2)의 단면적에서의 좌굴 한계 길이를 X0,
가이드(20)의 선단부(20a)와 고정 다이(10) 사이의 초기 클리어런스를 X(단, 0≤X≤X0),
확경부(3)에 필요한 업세팅 가공 전의 소재(1)의 길이를 L0,
확경부(3)의 설계 체적으로부터 구해지는 펀치(30)의 선단부의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치를 XP,
설계로 정한 가이드(20)의 선단부(20a)의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치를 Xg,
펀치(30)의 이동 개시시로부터 가이드(20)의 이동 개시시까지의 타임 래그를 t0(단, 0≤t0)으로 한다.
이 업세팅 가공 방법에서는, G는 다음 식 (i)를 만족시키는 것이 바람직하다.
G=(Xg-X)P/(L0-XP-Pt0) … (i)
G가 상기 식 (i)를 만족시킴으로써, 소재(1)의 확경 예정부(2)를 확실하게 설계 형상으로 확경할 수 있다.
G에 대해서 상기 식 (i)를 설정한 이유를 이하에 설명한다.
펀치(30)의 이동 개시시로부터 업세팅 가공 종료까지의 시간(즉 업세팅 가공 시간)을 t로 하면, 업세팅 가공 종료시 t에 있어서의 펀치(30)의 선단부와 고정 다이(10) 사이의 거리, 즉, 펀치(30)의 선단부의 고정 다이(10)에 대한 위치(XP)는, 다음 식 (i-a)로 주어진다.
L0 - Pt = XP … (i-a)
∴ t = (L0 - XP)/P … (i-b)
또한, 업세팅 가공 종료시 t에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)와 고정 다이(10) 사이의 거리(Xg), 즉, 가이드(20)의 선단부(20a)의 고정 다이(10)에 대한 위치(Xg)는, 다음 식 (i-c)로 주어진다.
X + G(t-t0) = Xg … (i-c)
상기 식 (i-b)를 식 (i-c)에 대입해서 G에 대해서 정리함으로써, 상기 식 (i)가 도출된다.
도6A 내지 도9는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치를 이용한 업세팅 가공 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도6A에 있어서, (1B)는 제2 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치, (1)은 소재이다. 또한, 도9에 있어서, (6B)는, 업세팅 가공 장치(1B)에 의해 제조된 업세팅 가공품이다. 이 업세팅 가공품(6B)은, 컴프레서의 쌍두 피스톤을 제작하기 위한 프리폼, 즉 컴프레서의 쌍두 피스톤용 프리폼으로서 이용된다. 환언하면, 이 업세팅 가공 장치(1B)는, 컴프레서의 쌍두 피스톤용 프리폼의 제조 장치라고도 말할 수 있다.
제2 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1B)의 구성에 대해서 상기 제1 실시 형태의 것(1A)과의 상이를 중심으로 이하에 설명한다.
소재(1)는, 도6A 및 도6B에 도시하는 바와 같이, 상기 제1 실시 형태의 소재와 동일하게, 곧은 막대형이며, 그 단면 형상은 원형상이다.
이 소재(1)의 확경 예정부(2)는, 소재(1)의 축방향 양측부에 위치하고 있고, 상술하면, 소재(1)의 양단부에 위치하고 있고, 즉 소재(1)의 양단부가 확경 예정부(2)(2)로 되어 있다. 그리고, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)(2)가 각각 설계 형 상으로 확경됨으로써, 도9에 도시하는 바와 같이, 소재(1)의 양단부에 원주상의 확경부(3)(3)가 형성된다. 이 각 확경부(3)는 그 중심축이 소재(1)의 중심축에 대해서 어긋나 있다.
또한, 업세팅 가공품(6B)에 있어서, 각 확경부(3)는 쌍두 피스톤의 피스톤부에 대응하고 있고, 소재(1)의 확경 가공이 실시되지 않은 부위인 상기 소재(1)의 축방향 중간부가, 쌍두 피스톤의 축부(4)에 대응하고 있다.
업세팅 가공 장치(1B)는, 소재(1)의 축방향 양측부의 확경 예정부(2)(2)를 각각 업세팅 가공하는 것이며, 고정 다이(10)와, 2개의 가이드(20, 20)와, 2개의 펀치(30)(30)와, 2개의 가이드 구동 장치(40)(40)와, 2개의 펀치 구동 장치(50)(50)를 구비하고 있다.
고정 다이(10)에는, 소재(1)의 비확경 예정부로서의 축방향 중간부가 끼워넣어져 고정되는 소재 고정용 끼워넣음 구멍(11)이 고정 다이(10)의 축방향으로 연장됨과 함께 고정 다이(10)를 관통해서 형성되어 있다.
또한, 이 고정 다이(10)의 축방향 양단부에는, 각각 소재(1)의 확경 예정부(2)(2)를 설계 형상(즉 원주상)으로 성형하는 성형 오목부(12)(12)가 형성되어 있다. 소재(1)의 각 확경 예정부(2)(2)의 확경 후에 있어서 각 확경부(3)(3)의 중심축이 소재(1)의 중심축에 대해서 어긋나 있도록 하기 위해서, 끼워넣음 구멍(11)의 개구는 성형 오목부(12)의 저면의 중심부에 대해서 어긋난 위치에 형성되어 있다.
또한, 고정 다이(10)의 각 끼워넣음 구멍(11)의 개구 가장자리부에는, 전주 에 걸쳐 면취 가공이 실시되어 있고, 그 때문에, 상기 가장자리부의 단면 형상이 둥글게 형성되어 있다. (11a)는, 상기 가장자리부에 형성된 면취 가공부이다.
또한, 고정 다이(10)는, 세로로 복수개(본 실시 형태에서는 2개)로 분할된 것이며, 즉 분할형으로 이루어진다.
각 가이드(20)는, 소재(1)의 대응하는 확경 예정부(2)를 좌굴 저지 상태로 또한 축방향으로 슬라이드 이동 가능하게 삽통 지지하는 삽통 구멍(21)을 가지고 있다. 이 삽통 구멍(21)은 가이드(20)의 축방향으로 연장됨과 함께 가이드(20)를 관통해서 형성되어 있다.
또한, 각 가이드(20)의 선단부(20a)의 삽통 구멍(21) 개구 가장자리부에는, 면취 가공이 실시되어 있고, 그 때문에, 상기 가장자리부의 단면 형상이 둥글게 형성되어 있다. (21a)는, 상기 가장자리부에 형성된 면취 가공부이다.
또한, 각 가이드(20)의 선단부(20a)의 한 개소에, 가이드(20)의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출부(22)가 일체로 형성되어 있다.
한편, 고정 다이(10)의 각 성형 오목부(12)의 성형면으로서의 둘레면(12a)의 한 개소에는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 고정 다이(10)의 축방향으로 연장되고 또한 대응하는 가이드(20)의 돌출부(22)가 고정 다이(10)의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입되는 슬라이드 홈부(13)가 형성되어 있다. 또한, 고정 다이(10)에는, 각 슬라이드 홈부(13)에 연속해서 슬라이드 구멍부(14)가 고정 다이(10)의 축방향으로 연장되어 형성되어 있다. 이 슬라이드 구멍부분(10)에는, 슬라이드 홈부(13)에 삽입된 가이드(20)의 돌출부(22)가 고정 다이(10)의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입된다. 또한 본 실시 형태에서는, 양 슬라이드 구멍부(14)(14)는 연이어 통하고 있다.
또한, 각 가이드(20)의 돌출부(22)의 측면(22a)은, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 소재(1)의 대응하는 확경부(3)의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있다. 따라서, 이 각 돌출부(22)의 측면(22a)은, 돌출부(22)가 대응하는 슬라이드 홈부(13)에 삽입된 상태 하에서, 대응하는 성형 오목부(12)의 둘레면(12a)과 둘레방향으로 면일치로 이어지도록 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 돌출부(22)의 측면(22a)은, 대응하는 원주상 확경부(3)의 둘레면 형상에 대응해서 단면 원호상으로 만곡한 만곡면에 형성되어 있다.
각 펀치(30)는, 각 가이드(20)의 삽통 구멍(21)에 삽통된 소재(1)의 대응하는 확경 예정부(2)를 각각 축방향으로 가압하기 위한 것이다. 양 펀치(30)(30)는 소재(1)의 축방향 양측으로 배치되어 있다.
각 펀치 구동 장치(50)는, 각 펀치(30)를 각각 소재(1)의 축방향으로 이동시켜, 소재(1)의 대응하는 확경 예정부(2)를 축방향으로 가압하는 것이다. 이 각 펀치 구동 장치(50)는 대응하는 펀치(30)에 접속되어 있다. 이 각 펀치 구동 장치(50)의 구성은 상기 제1 실시 형태와 동일하다.
각 가이드 구동 장치(40)는, 각 가이드(20)를 각각 대응하는 펀치(30)의 이동 방법(35)과는 반대 방향(25)으로 이동시키는 것이다. 이 각 가이드 구동 장치(40)는 대응하는 가이드(20)에 접속되어 있다. 이 각 가이드 구동 장치(40)의 구성은 상기 제1 실시 형태와 동일하다.
다음에, 상기 제2 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1B)를 이용한 업세팅 가공 방법을 이하에 설명한다.
우선, 도6A 및 도6B에 도시하는 바와 같이, 소재(1)의 비확경 예정부로서의 축방향 중간부를 고정 다이(10)의 소재 고정용 끼워넣음 구멍(11)에 끼워넣음으로써, 소재(1)가 축방향으로 본의 아니게 이동하지 않도록 소재(1)를 고정 다이(10)에 고정한다. 이것에 의해, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)가 각각 대응하는 성형 오목부(12) 내에 배치된다.
또한, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)를 각각 대응하는 가이드(20)의 삽통 구멍(21)에 삽통하고, 각 확경 예정부(2)를 좌굴 저지 상태로 유지함과 함께, 각 가이드(20)의 돌출부(22)를 각각 대응하는 슬라이드 홈부(13) 및 슬라이드 구멍부(14)에 순차 삽입한다. 이 상태에 있어서, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)의 둘레면의 일부는, 대응하는 가이드(20)의 돌출부(22)의 측면(22a)에 맞닿아 있다.
또한, 각 가이드(20)의 선단부(20a)와, 대응하는 고정 다이(10) 사이에, 각각 초기 클리어런스(X)를 형성한다(도6B 참조). 이 각 초기 클리어런스(X)의 간격은, 상기 제1 실시 형태와 동일하게, 각 펀치(30)의 이동을 개시하기 전의 상태에 있어서 각 가이드(20)의 선단부(20a)와 대응하는 고정 다이(10) 사이에 노출되는 소재(1)의 확경 예정부(2)의 노출부의 단면적에서의 좌굴 한계 길이(X0) 이하로 설정되어 있다.
이어서, 도7A 및 도7B에 도시하는 바와 같이, 양 펀치 구동 장치(50)(50)를 동시에 작동시킴으로써 양 펀치(30)(30)를 동시에 이동시키고, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)를 각각 대응하는 펀치(30)로 축방향으로 동시에 가압하면서, 양가이드 구동 장치(40)(40)를 동시에 작동시킴으로써 각 가이드(20)를 각각 대응하는 펀치(30)의 이동 방향(35)과는 반대 방향(25)으로 동시에 이동시킨다. 이것에 의해, 각 가이드(20)의 선단부(20a)와 고정 다이(10) 사이에 노출된 소재(1)의 확경 예정부(2)의 둘레면의 일부가 대응하는 가이드(20)의 돌출부(22)의 측면(22a)에 맞닿고, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 돌출부(22)와의 맞닿음부에 대해서 확경이 억제된 상태로, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)가 대응하는 성형 오목부(12) 내에서 동시에 확경된다.
여기서, 각 펀치(30)의 이동 개시시로부터 가이드(20)의 이동 개시시까지의 사이에 타임 래그(t0)를 형성한다. 즉, 각 펀치(30)에 의한 소재(1)의 확경 예정부(2)의 가압을 개시하는 경우에는, 우선 각 가이드(20)의 위치를 고정해 두고 나서, 각 펀치(30)를 이동시켜, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)를 각각 대응하는 펀치(30)로 축방향으로 동시에 가압한다. 그리고, 타임 래그(t0)의 경과 후, 계속해서 각 펀치(30)로 소재(10)의 확경 예정부(2)를 가압하면서, 각 가이드(20)를 대응하는 펀치(30)의 이동 방향(30)과는 반대 방향(25)으로 이동시킨다. 또한, 각 가이드(20)의 이동 속도는, 각 가이드(20)의 선단부(20a)와 고정 다이(10) 사이에 노출되는 소재(1)의 확경 예정부(2)의 노출부의 단면적에서의 좌굴 한계 길이 이하로 되도록 대응하는 가이드 구동 장치(40)의 제어장치에 의해 제어한다. 또한, 가공 조건이 결정되어 있는 경우는 설계량의 일정 속도가 얻어지는 실린더나 기계 캠을 사용하는 것이 가능하다.
각 펀치(30) 및 각 가이드(20)의 이동에 수반해서, 도7A 및 도7B에 도시하는 바와 같이, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)의 가이드 돌출부(22)와의 맞닿음부에 대해서 확경이 억제된 상태로, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)(상술하면, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)의 가이드 돌출부(22)와의 맞닿음부 이외의 부분)가 대응하는 성형 오목부(12) 내에서 서서히 확경되어 상기 확경 예정부(2)의 재료가 성형 오목부(12) 내에 충만되어 간다.
그리고, 도8A 및 도8B에 도시하는 바와 같이, 각 펀치(30)의 선단부가, 대응하는 확경부(3)의 설계 체적으로부터 구해지는 펀치(30)의 선단부의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치(XP)에 도달했을 때, 펀치(30)의 이동을 정지하고, 또 각 가이드(20)의 선단부(20a)가, 설계로 정한 가이드(20)의 선단부(20a)의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치(Xg)에 도달했을 때, 각 가이드(20)의 이동을 정지한다. 이 때, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)의 재료는, 대응하는 성형 오목부(12) 내에 완전하게 충만되어, 상기 각 확경 예정부(2)가 설계 형상(즉 원주 형상)으로 확경되어 있다.
이상의 순서에 따라, 소재(1)의 양 확경 예정부(2)(2)에 대한 업세팅 가공이 종료한다.
이어서, 소재(1)를 고정 다이(10)로부터 탈거함으로써, 도9에 도시한 원하는 업세팅 가공품(6B)이 얻어진다.
본 제2 실시 형태에서는, 각 펀치(30)의 선단부의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치(XP)와, 가이드(20)의 선단부(20a)의 고정 다이(10)에 대한 정지 위치(Xg)는 일치하고 있다. 또한 본 발명에서는, XP와 Xg는 일치하고 있지 않아도 된다.
또한, 각 가이드(20)의 이동 개시시로부터의 평균 이동 속도(G)는, 상기 식 (i)를 만족시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 실시 형태가 업세팅 가공 방법에서는, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)를 각각 대응하는 펀치(30)로 축방향으로 동시에 가압하면서, 각 가이드(20)를 각각 대응하는 펀치(30)의 이동 방향(35)과는 반대 방향(25)으로 이동시킴으로써, 소재(1)의 양 확경 예정부(2)(2)를 동시에 확경하기 때문에, 축방향 양측부에 각각 확경부(3)(3)가 형성된 쌍두 피스톤용 프리폼(업세팅 가공품(6B))을 능률적으로 제조할 수 있다.
또한 상기 제2 실시 형태에서는, 돌출부(22)는, 2개의 가이드(20)(20)의 소정 부위에 각각 설치되어 있지만, 본 발명에서는, 돌출부(22)는, 2개의 가이드(20)(20) 중 어느 것이든 1개의 가이드(20)의 소정 부위에 설치되어 있어도 된다.
도10 내지 도14는, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치를 이용한 업세팅 가공 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도10에 있어서, (1C)는 제3 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치, (1)은 소재이다. 또한, 도14에 있어서, (6C)는, 업세팅 가공 장치(1C)에 의해 제조된 업세팅 가공품이다. 이 업세팅 가공품(6C)은, 자동차의 암을 제작하기 위한 프리폼, 즉 자동차의 암용 프리폼으로서 이용된다. 환언하면, 이 업세팅 가공 장치(1C)는, 자 동차의 암용 프리후옴의 제조 장치라고도 말할 수 있다.
제3 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1C)의 구성에 대해서 상기 제1 실시 형태의 것(1A) 및 상기 제2 실시 형태의 것(1B)과의 상이를 중심으로 이하에 설명한다.
소재(1)는, 도10에 도시하는 바와 같이, 상기 제1 실시 형태의 소재와 동일하게, 곧은 막대형이며, 그 단면 형상은 원형상이다.
이 소재(1)의 확경 예정부(2)는, 소재(1)의 축방향 양측부에 위치하고 있고, 상술하면, 소재(1)의 양단부에 위치하고 있고, 즉 소재(1)의 양단부가 확경 예정부(2)(2)로 되어 있다. 그리고, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)(2)가 각각 설계 형상으로 확경됨으로써, 도14에 도시하는 바와 같이, 소재(1)의 양단부에 원판상의 확경부(3)(3)가 형성된다. 이 각 확경부(3)는, 소재(1)의 폭방향 양측으로만 원호상으로 팽출되어 있고 두께 방향으로는 팽출되어 있지 않다.
또한, 업세팅 가공품(6C)에 있어서, 각 확경부(3)는, 자동차의 암의, 다른 부재와 연결되는 연결부(예를 들면 부시 장착부)에 대응하고 있고, 소재(1)의 확경 가공이 실시되지 않은 부위인 소재(1)의 축방향 중간부가, 자동차의 암의 축부(4)에 대응하고 있다.
업세팅 가공 장치(1C)는, 소재(1)의 축방향 양측부의 확경 예정부(2)(2)를 각각 업세팅 가공하는 것이며, 고정 다이(10)와, 2개의 가이드(20)(20)와, 2개의 펀치(30)(30)와, 2개의 가이드 구동 장치(40)(40)와, 2개의 펀치 구동 장치(50)(50)를 구비하고 있다.
고정 다이(10)에는, 상기 제2 실시 형태와 마찬가지로, 소재 고정용 끼워넣 음 구멍(11)이 고정 다이(10)의 축방향으로 연장됨과 함께 고정 다이(10)를 관통해서 형성되어 있다.
또한, 이 고정 다이(10)의 축방향 양단부에는, 각각 소재(1)의 대응하는 확경 예정부(2)를 설계 형상(즉 원판상)으로 성형하는 성형 오목부(12)가 형성되어 있다.
또한, 고정 다이(10)의 각 끼워넣음 구멍(11)의 개구 가장자리부에는, 전주에 걸쳐 면취 가공이 실시되어 있고, 그 때문에, 상기 가장자리부의 단면 형상이 둥글게 형성되어 있다. (11a)는, 상기 가장자리부에 형성된 면취 가공부이다.
각 가이드(20)는, 상기 제2 실시 형태와 마찬가지로 삽통 구멍(21)을 가지고 있다.
또한, 각 가이드(20)의 선단부(20a)의 삽통 구멍(21) 개구 가장자리부에는, 면취 가공이 실시되어 있다. (21a)는, 상기 가장자리부에 형성된 면취 가공부이다.
또한, 각 가이드(20)의 선단부(20a)의 한쌍의 상호 대향 개소에, 각각 가이드(20)의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출부(22)(22)가 일체로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 가이드(20)의 선단부(20a)의 두께 방향 양측부에, 각각 돌출부(22)(22)가 일체로 형성되어 있다.
한편, 고정 다이(10)의 각 성형 오목부(12)의 성형면으로서의 둘레면(12a)의 한쌍의 상호 대향 개소에는, 고정 다이(1O)의 축방향으로 연장되고 또한 대응하는 가이드(20)의 각 돌출부(22)(22)가 고정 다이(10)의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입되는 슬라이드 홈부(13)(13)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 고정 다이(10)의 각 성형 오목부(12)의 둘레면(12a)의, 고정 다이(10)의 두께 방향 양측부에, 각각 슬라이드 홈부(13)(13)가 형성되어 있다. 또한, 고정 다이(10)에는, 이 각 슬라이드 홈부(13)에 연속해서 슬라이드 구멍부(14)가 고정 다이(10)의 축방향으로 연장되어 형성되어 있다.
또한, 각 가이드(20)의 돌출부(22)의 측면(22a)은, 소재(1)의 대응하는 확경부(2)의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있다. 따라서, 이 각 돌출부(22)의 측면(22a)은, 돌출부(22)가 대응하는 슬라이드 홈부(13)에 삽입된 상태 하에서, 대응하는 성형 오목부(12)의 둘레면(12a)과 둘레방향으로 면일치로 이어지도록 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 돌출부(22)의 측면(22a)은, 대응하는 원판상 확경부(3)의 둘레면 형상에 대응해서 평탄면상으로 형성되어 있다.
각 펀치(30), 각 펀치 구동 장치(50) 및 각 가이드 구동 장치(40)의 구성은, 상기 제2 실시 형태와 동일하다.
상기 제3 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1A)를 이용한 업세팅 가공 방법은, 상기 제2 실시 형태와 동일하여, 그 설명을 생략한다. 또한, 본 제3 실시 형태에서는, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)(2)는 원판상으로 확경된다.
그리고, 상기 제3 실시 형태가 업세팅 가공 방법에서는, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)를 각각 대응하는 펀치(30)로 축방향으로 동시에 가압하면서, 각 가이드(20)를 각각 대응하는 펀치(30)의 이동 방향(35)과는 반대 방향(25)으로 이동시킴으로써, 소재(1)의 양 확경 예정부(2)(2)를 동시에 확경하기 때문에, 축방향 양 측부에 각각 확경부(3)(3)가 형성된 자동차의 암용 프리폼(업세팅 가공품(6C))을 능률적으로 제조할 수 있다.
도15 내지 도18은, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치를 이용한 업세팅 가공 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도15에 있어서, (1D)는 제4 실시 형태에 따른 업세팅 가공 장치이다. 도15에는, 도6A 내지 도9에 도시한 제2 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1B)의 원가요소와 동일한 요소에는 동일한 부호가 붙여져 있다. 이하, 본 제4 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1D)의 구성에 대해서, 상기 제2 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1B)의 구성과는 다른 점을 중심으로 설명한다.
제4 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1D)에 의해 제조되는 업세팅 가공품은, 도9에 도시한 업세팅 가공품(6B)과 동일하다.
본 제4 실시 형태에서는, 소재(1)는, 둥근 막대형이며, 상술하면 중간에 알맹이가 있는 둥근 막대형의 것이다. 이 소재(1)는, 압연재로 이루어지는 것이며, 예를 들면, 압연 롤로 둥근 막대형으로 압연 성형된 것, 즉 롤 압연 성형에 의해 얻어진 것이다. 또한, 이 소재(1)는, 상술하면 주조 압연재로 이루어지는 것이며, 더욱 상술하면 공지의 프로페르치법으로 제작된 연속 주조 압연재로 이루어지는 것이다. 단 본 발명에서는, 압연재는 프로페르치법으로 제작된 연속 주조 압연재인 것에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 방법으로 제작된 압연재여도 된다.
또한, 주조 압연재란, 주조물을 압연해서 제작된 것을 말한다. 이 경우, 주조물로서는, 예를 들면, 일 방향 응고 주조법 등의 공지의 주조 방법에 의해 얻어 진 주조물이 이용된다.
이 소재(1)는 전술한 것처럼 둥근 막대형이며, 즉 소재(1)의 단면 형상은 원형상(대략 원형상)이지만, 도16에 도시하는 바와 같이 소재(1)의 단면을 확대해서 보았을 경우, 소재(1)의 단면 형상은 6각형 이상의 다각 형상으로 되어 있다. 그 때문에, 이 소재(1)의 진원도는, 둥근 막대형의 압출재로 이루어지는 소재에 비해 낮아져 있다.
제4 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1D)는, 도15에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1B)(도6A 내지 도9 참조)의 모든 원가요소와, 또한, 2개의 가열 수단(70)(70)과, 2개의 냉각 수단(80)(80)과, 2개의 윤활제 부착 수단(90)(90)을 구비하고 있다.
또한, 도16에 도시하는 바와 같이, 각 가이드(20)의 삽통 구멍(21)의 단면 형상은 원형상이다. 이 삽통 구멍(21)의 진원도는 소재(1)의 확경 예정부(2)의 단면의 진원도보다 높게 설정되어 있다. 또한, 이 삽통 구멍(21)의 직경은 소재(1)의 확경 예정부(2)의 최대 직경과 동 치수 내지는 약간 큰 치수로 설정되어 있다. 따라서, 도16에 도시하는 바와 같이, 삽통 구멍(21)에 소재(1)의 확경 예정부(2)를 삽통한 상태에서는, 확경 예정부(2)의 표면(둘레면)과 삽통 구멍(21)의 둘레면 사이에 아주 약간 간극(K)이 필연적으로 생긴다.
2개의 가열 수단(70)(70)은 서로 동일 구성이다. 각 가열 수단(70)은, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)에 대응하는 부위(2a)를 국부적으로 가열하는 것이다. 가열 수단(70)은, 유도 가열 코일(72)과, 상기 코일(72)에 교류 전류(또는 교류 전압)를 공급하는 전원부(73)를 가지는 유도 가열 수단(71)이다. 또 (74)는, 유도 가열 코일(72)와 전원부(73)를 연결하는 리드선이다.
유도 가열 코일(72)의 표면은, 절연 테이프 등으로 이루어지는 절연층(도시하지 않음)으로 덮여 있다. 또한, 이 코일(72)은, 가이드(20)의 선단부(20a)에 삽통 구멍(21)을 둘러싸는 양태로 해서 배치되어 있고, 상술하면 가이드(20)의 선단부(20a) 내에 매설되어 있다.
가이드(20) 및 그 선단부(20a)는, 예를 들면, 세라믹 등의, 내열성을 가지는 경질의 비전도성 재료로 이루어지거나, 혹은, 강재 등의, 내열성을 가지는 경질의 전도성 재료(예:내열성 금속재)로 이루어진다.
이 유도 가열 수단(71)에서는, 코일(72)에 전원부(73)에 의해 소정의 주파수(고주파나 저주파 등)의 전류(전압)를 공급하면, 코일(72)에 의해, 소재(1)의 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)에 대응하는 부위(2a)가 국부적으로 유도 가열되도록 구성되어 있다. 또한, 이 유도 가열 수단(71)은, 코일(72)에의 전류 공급량 등을 증가시킴으로써, 소재(1)의 소정 부위(2a)의 유도 가열 온도를 상승시켜 상기 부위(2a)를 국부적으로 반용융 상태로 가열할 수 있도록 구성되어 있다.
2개의 냉각 수단(80)(80)은 서로 동일 구성이다. 각 냉각 수단(80)은, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위(2b)를 냉각하는 것이다. 이 냉각 수단(80)은, 가이드(20)의 선단부(20a)보다도 기단측 부위의 내부에 설치된 냉각액 유통로(81)를 가지고 있다. 그리고, 이 냉각액 유통로(81) 내에 냉각수 등의 냉각액을 유통시킴으로써, 소재(1)의 소정 부위(2b)를 냉각하도록 구성되어 있다.
2개의 윤활제 부착 수단(90)(90)은 서로 동일 구성이다. 각 윤활제 부착 수단(90)은, 가이드(20)의 삽통 구멍(21)의 둘레면에 윤활제를 부착시키는 것이다.
단 본 발명에서는, 각 윤활제 부착 수단(90)은, 그 외에, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 표면에 윤활제를 부착시키는 것이어도 되고, 가이드(20)의 삽통 구멍(21)의 둘레면과 소재(1)의 확경 예정부(2)의 표면의 양쪽 모두에 윤활제를 부착시키는 것이어도 된다.
윤활제는, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 표면과 삽통 구멍(21)의 둘레면 사이의 마찰 저항을 저감시키기 위한 것이다. 이 윤활제로서 예를 들면, 유성 윤활제 등의 액체 윤활제가 이용되고, 구체적으로 예시하면, 일본 애치슨 주식회사제의 「오일댁(Oildag)」(상품명), 이데미츠 흥산 주식회사제의 「다후니 다이나드로」(상품명) 등이 이용된다.
윤활제 부착 수단(90)은, 윤활제를 분출하는 노즐(91)과, 상기 노즐(91)에 윤활제를 공급하는 윤활제 공급부(92)를 가지고 있다. 그리고, 노즐(91)로부터 윤활제를 분출함으로써, 상기 윤활제를 삽통 구멍(21)의 둘레면에 분무해서 부착시키도록 구성되어 있다.
다음에, 본 제4 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1D)를 이용한 업세팅 가공 방법을 이하에 설명한다.
우선, 각 가이드(20)의 삽통 구멍(21)의 둘레면을 향해서 윤활제 부착 수단(90)의 노즐(91)로부터 윤활제를 분출하고, 상기 윤활제를 삽통 구멍(21)의 둘레면의 대략 전체에 걸쳐서 분무해서 부착시킨다. 또한, 윤활제를 소재(1)의 각 확경 예정부(2)의 표면에 분무해서 부착시켜도 된다.
이어서, 도15에 도시하는 바와 같이, 소재(1)의 비확경 예정부로서의 축방향 중간부를 고정 다이(10)의 소재 고정용 끼워넣음 구멍(11)에 끼워넣음으로써, 소재(1)가 축방향으로 본의 아니게 이동하지 않도록 소재(1)를 고정 다이(10)에 고정한다. 이것에 의해, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)가 각각 대응하는 성형 오목부(12) 내에 배치된다.
또한, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)를 각각 대응하는 가이드(20)의 삽통 구멍(21)에 삽통하고, 이것에 의해, 각 확경 예정부(2)를 좌굴 저지 상태로 또한 축방향으로 슬라이드 이동 가능하게 유지함과 함께, 각 가이드(20)의 돌출부(22)를 각각 대응하는 슬라이드 홈부(13) 및 슬라이드 구멍부(14)에 순차 삽입한다. 이 상태에 있어서, 도16에 도시하는 바와 같이, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)의 표면과 각 가이드(20)의 삽통 구멍(21)의 둘레면 사이의 간극(K)에는, 삽통 구멍(21)의 둘레면에 부착한 윤활제가 모관현상 등에 의해 침입해서 상기 윤활제가 간극(K) 내에 일시적으로 고여 있다.
또한, 각 유도 가열 수단(71)의 코일(72)에 전원부(73)에 의해 소정의 주파수의 전류를 공급함으로써, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)에 대응하는 부위(2a)를 소정 온도로 국부적으로 유도 가열한다. 이것 에 의해, 소재(1)의 상기 부위(2a)에 있어서의 변형 저항이 국부적으로 저하한다.
이 가열 온도는, 소재(1)의 소정 부위(2a)의 변형 저항이 저하하는 것 같은 온도이면 되고, 한정되는 것은 아니지만, 매우 적합한 가열 온도를 구체적으로 예시하면, 다음과 같다.
예를 들면, 소재(1)의 재질이 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 경우에는, 매우 적합한 가열 온도의 범위로서 200 내지 580℃(특히 바람직하게는 350 내지 540℃) 등을 들 수 있다. 또한, 소재(1)의 소정 부위(2a)를 반용융 상태로 가열하는 경우에는, 매우 적합한 가열 온도의 범위로서 580 내지 625℃(특히 바람직하게는 600 내지 615℃) 등을 들 수 있다. 단 본 발명은, 가열 온도가 상기의 범위인 것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 각 냉각 수단(70)의 냉각액 유통로(71) 내에 상온의 냉각수 등의 냉각액을 유통시킴으로써, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위(2b)를 국부적으로 냉각한다. 이것에 의해, 소재(1)의 각 상기 부위(2b)에 있어서의 변형 저항의 저하를 억제할 수 있다.
매우 적합한 냉각 온도의 범위로서는, 예를 들면 30 내지 80℃(특히 바람직하게는 40 내지 60℃) 등을 들 수 있다. 단 본 발명은, 냉각 온도가 상기의 범위인 것에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 이러한 상태를 유지한 채로, 상기 제2 실시 형태에서 나타낸 업세팅 가공 방법과 마찬가지의 순서에 의해, 소재(1)의 양 확경 예정부(2)(2)를 동시에 성형 오목부(12)(12) 내에서 확경한다.
이어서, 소재(1)를 고정 다이(10)로부터 꺼냄으로써, 도9에 도시한 원하는 업세팅 가공품(1B)이 얻어진다.
이 업세팅 가공 방법에 있어서, 각 가이드(20)의 이동 개시시로부터의 평균 이동 속도(G)는, 상기 식 (i)를 만족시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제4 실시 형태가 업세팅 가공 방법은, 상기 제2 실시 형태의 업세팅 가공 방법의 이점과, 또한 다음의 이점이 있다.
즉, 소재(1)는 둥근 막대형의 압연재로 이루어지므로, 소재(1)를 염가로 입수 또는 제조할 수 있다. 그 때문에, 가공 코스트를 인하할 수 있다.
또한, 소재(1)는 주조 압연재로 이루어지므로, 소재(1)를 더욱 염가로 입수 또는 제조할 수 있다. 그 때문에, 가공 코스트를 더욱 인하할 수 있다. 게다가, 소재(1)는, 프로페르치법으로 제작된 연속 주조 압연재로 이루어지므로, 소재(1)를 더 한층 염가로 입수 또는 제조할 수 있다. 그 때문에, 가공 코스트를 더 한층 인하할 수 있다.
따라서, 본 제4 실시 형태가 업세팅 가공 방법에 의하면, 염가의 업세팅 가공품을 제공할 수 있다.
또한, 이 소재(1)는, 압출재로 이루어지는 둥근 막대형의 소재에 비해 진원도가 낮다. 그 때문에, 이 소재(1)의 확경 예정부(2)를 가이드(20)의 삽통 구멍(21)에 삽통하면, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 표면과 삽통 구멍(21)의 둘레면 사이에 간극(K)이 필연적으로 생긴다. 그 때문에, 양자의 접촉 면적은 작고, 따라 서 소재(1)의 확경 예정부(2)가 삽통 구멍(21) 내를 축방향으로 슬라이드 이동할 때의 마찰저항력이 작기 때문에, 성형 압력을 저감할 수 있다. 그 결과, 펀치(30)를 이동시키는 펀치 구동 장치(50, 도6A 참조)로서 소형의 것을 사용할 수 있고, 그로 인해 업세팅 가공 장치(1D)의 설치 스페이스에 대해서 공간절약화를 도모할 수 있다.
또한, 성형 압력을 저감할 수 있기 때문에, 다음의 이점이 있다. 즉, 만약 성형 압력이 큰 경우, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 단부가 펀치(30)로부터의 가압력에 의해 가이드(20)의 삽통 구멍(21) 내에서 찌부러지는 일이 자주 생긴다. 이렇게 되면, 펀치(30)의 둘레면과 삽통 구멍(21)의 둘레면 사이의 간극에 소재(1)의 확경 예정부(2)의 재료의 일부가 침입하고, 그 결과, 성형 압력이 증가하고, 나아가서는 펀치(30)가 삽통 구멍(21) 내에서 가압 방향으로 이동할 수 없게 되어 가공 불능에 이른다고 하는 문제가 생긴다. 그래서, 성형 압력을 저감함으로써, 이러한 문제는 발생하지 않고, 이로 인해, 소재(1)를 긴 영역에 걸쳐 양호하게 업세팅 가공할 수 있다.
게다가, 가이드(20)의 삽통 구멍(21)의 둘레면에 윤활제가 부착되어 있으므로, 다음의 이점이 있다. 즉, 전술한 것처럼, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 표면과 삽통 구멍(21)의 둘레면의 사이에 간극(K)이 생겨 있는 것으로부터, 삽통 구멍(21)의 둘레면(또는 소재(1)의 확경 예정부(2)의 표면)에 부착한 윤활제가 이 간극(K) 내에 침입해서 일시적으로 고인다. 이것에 의해, 윤활제의, 삽통 구멍(21)의 둘레면 및 소재(1)의 확경 예정부(2)의 표면에의 살포가 촉진된다. 즉, 가공시에 소 재(1)의 확경 예정부(2)가 삽통 구멍(21) 내를 축방향으로 슬라이드 이동함에 따라, 간극(K) 내의 윤활제가 삽통 구멍(21)의 둘레면 및 소재(1)의 확경 예정부(2)의 표면에 살포되게 된다. 이것에 의해, 삽통 구멍(21)의 둘레면과 소재(1)의 확경 예정부(2)의 표면 사이의 마찰 저항력을 확실하게 저감할 수 있고, 즉 성형 압력을 확실하게 저감할 수 있다.
또한, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)에 대응하는 부위(2a)를 국부적으로 유도 가열함으로써, 소재(1)의 각 확경 예정부(2) 중, 가이드(20)의 선단부(20a)에 대응하는 부위(2a)에 대해서만 변형 저항이 국부적으로 저하하기 때문에, 성형 압력을 더욱 저감할 수 있다.
한편, 소재(1)의 각 확경 예정부(2) 중, 가이드(20)의 선단부(20a)보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위(2b)에 대해서는 가열되어 있지 않기 때문에 변형 저항은 저하하지 않는다. 그 때문에, 소재(1)의 확경 예정부(2)가 펀치(30)로부터의 가압력에 의해 가이드(20)의 삽통 구멍(21) 내에서 지름 방향 외측으로 팽출함으로써 생기는 성형 압력의 증가를 방지할 수 있고, 또 소재(1)의 확경 예정부(2)의 재료의 일부가 펀치(30)의 둘레면과 삽통 구멍(21)의 둘레면 사이의 간극내에 침입함으로써 생기는 성형 압력의 증가를 방지할 수 있다. 따라서, 소재(1)의 확경 예정부(2)의 길이가 짧은 경우는 물론 긴 경우여도, 성형 압력을 확실하게 저감할 수 있다.
또한, 가이드(20)의 선단부(20a)에 배치된 유도 가열 코일(72)에 의해 소재(1)의 소정 부위(2a)를 유도 가열하므로, 소재(1)의 소정 부위(2a)를 확실하면서 도 극히 효율적으로 가열할 수 있다.
또한 본 발명에서는, 가열 온도를 상승시킴으로써 소재(1)의 소정 부위(2a)를 국부적으로 반용융 상태로 가열해도 된다. 이 경우에는, 성형 압력을 큰폭으로 저감할 수 있다. 또한, 이 경우가 업세팅 가공은, 칙소 성형의 범주에 들어가게 된다.
또한, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위(2b)를 냉각 수단(80)에 의해 국부적으로 냉각함으로써, 소재(1)의 상기 부위(2b)가 가열되는 것을 확실하게 억제할 수 있다. 그 결과, 소재(1)의 상기 부위(2b)에 있어서의 변형 저항의 저하를 확실하게 억제할 수 있다.
상기 제4 실시 형태에서는, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)에 대응하는 부위(2a)를 유도 가열 수단(71)에 의해 국부적으로 유도 가열하는 것이다. 그런데 본 발명에서는, 그 외에, 예를 들면, 각 가이드(20)의 선단부(20a)를 유도 가열 수단(71)의 코일(72)에 의해 국부적으로 유도 가열하고, 이것에 의해, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)에 대응하는 부위(2a)를, 가이드(20)의 선단부(20a)의 열로 국부적으로 가열해도 된다. 즉, 소재(1)의 상기 부위(2a)에 가이드(20)의 선단부(20a)의 열이 전도됨으로써, 소재(1)의 상기 부위(2a)를 국부적으로 가열한다. 이 경우에는, 소재(1)의 상기 부위(2a)를 확실하면서도 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 가이드(20)의 선단부(20a)는, 예를 들면, 강재 등의, 내열성을 가지는 전 도성 재료(예 : 내열성 금속재)로 이루어지는 것이 바람직하다.
이상에서, 본 발명의 몇개의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 나타낸 것으로 한정되는 것은 아니며, 여러가지로 설정 변경 가능하다.
예를 들면, 본 발명에 따른 업세팅 가공 장치는, 컴프레서의 쌍두 피스톤용 프리폼이나 자동차의 암용 프리폼을 제조하기 위해서 이용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 여러가지 공업제품용 프리폼을 제조하기 위해서 이용되고, 예를 들면, 콘로드용 프리폼이나 크랭크 축용 프리폼을 제조하기 위해서 이용되는 것이어도 된다.
또한, 본 발명에서는, 소재의 확경 예정부가 소재의 축방향 중간부에 위치하고 있고, 본 발명에 따른 업세팅 가공 방법에 의해 이 확경 예정부를 확경함으로써, 소재의 축방향 중간부으로 확경부를 형성해도 된다.
또한, 본 발명에서는, 확경 억제용 돌출부(22)는, 가이드(20)의 선단부(20a)의 한 개소에 설치되어 있어도 되고, 가이드(20)의 선단부(20a)의 복수 개소(예를 들면 2 내지 10개소)에 설치되어 있어도 된다.
또한, 본 발명에서는, 소재를 소정 온도에 가열한 상태로 소재의 확경 예정부를 확경해도 되고, 소재를 가열하지 않은 상태로 소재의 확경 예정부를 확경해도 된다. 즉, 본 발명에 따른 업세팅 가공 방법은, 열간 업세팅 가공법이어도 되고, 냉간 업세팅 가공법이어도 된다.
또한, 본 발명에서는, 고정 다이(10) 및 가이드(20)는 복수개로 분할된 것이 어도 된다. 또한, 고정 다이(1O) 및 가이드(20)의 분할수 및 분할 위치는, 업세팅 가공품의 형상에 따라서 여러 가지로 설정되는 것이다.
다음에, 본 발명의 구체적인 실시예를 이하에 나타낸다. 단 본 발명은, 이 실시예에 나타낸 것으로 한정되는 것은 아니다.
프로펠지법으로 제작된 직경 12㎜ 상당의 연속 주조 압연재로 이루어지는 둥근 막대형의 소재(1)와, 직경 12㎜의 압출재로 이루어지는 둥근 막대형의 소재(1)를 준비했다. 각 소재(1)의 재질은, 모두 JIS(일본 공업 규격)에 준거한 합금 번호 A6061의 알루미늄 합금이다. 그리고, 이들 소재(1)를, 상기 제4 실시 형태의 업세팅 가공 장치(1D)를 이용해서 업세팅 가공했다. 그리고, 그 때에 필요로 한 성형 압력을 조사했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)의 길이는, 모두 200㎜이다.
[표 1]
소재의 종류 가열 양태 가열 온도 냉각 성형 압력
실시예 1 압연재 국부 가열 500℃ 유 4.3×107Pa
실시예 2 압연재 전체 가열 400℃ 무 6.7×108Pa
실시예 3 압출재 국부 가열 500℃ 유 8.0×107Pa
실시예 4 압출재 전체 가열 400℃ 무 8.0×108Pa
여기서, 표 1 중의 「가열 양태」란에 있어서, 「국부 가열」이란, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)에 대응하는 부위(2a)를 유도 가열 코일(72)에 의해 국부적으로 유도 가열한 경우이다. 한편, 「전체 가열」이란, 소재(1)의 전체를 가열로에 의해 가열하고, 그 후, 가열 상태의 상기 소재(1)를 신속히 업세팅 가공 장치(1D)에 세트해서 업세팅 가공을 실시한 경우이 다.
또한, 「냉각」란에 있어서, 「유」란, 각 가이드(20)의 냉각액 유통로(81) 내에 냉각액을 유통시키고, 이것에 의해, 소재(1)의 각 확경 예정부(2)에 있어서의 가이드(20)의 선단부(20a)보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위(2b)를 냉각한 경우이다. 「무」란, 냉각하지 않은 경우이다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 연속 주조 압연재로 이루어지는 소재(1)를 이용한 경우(실시예 1 및 2)는, 압출재로 이루어지는 소재(1)를 이용한 경우(실시예 3및 4)에 비해, 성형 압력을 저감할 수 있었다.
또한, 국부 가열을 실시한 경우(실시예 1 및 3)는, 전체 가열을 실시한 경우(실시예 2 및 4)에 비해, 성형 압력을 저감할 수 있었다.
이 출원은, 2005년 1월 31일부로 출원된 일본 특허 출원 특원 2005-24121호, 및 2005년 2월 4일부로 출원된 미국 가출원 60/649,553호의 우선권 주장을 수반하는 것이며, 그 개시 내용은, 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기에 이용된 용어 및 표현은, 설명을 위해서 이용된 것으로서 한정적으로 해석하기 위해서 이용된 것은 아니며, 여기에 나타내어지고 또한 진술된 특징 사항의 어떠한 균등물도 배제하는 것은 아니며, 본 발명의 클레임된 범위 내에 있어서의 각종 변형도 허용하는 것으로 인식되어야만 한다.
본 발명은, 소재의 확경 예정부를 둘레방향에 있어서 불균일하게 확경할 수 있는 업세팅 가공 방법 및 업세팅 가공 장치에 적용 가능하다.

Claims (40)

  1. 막대형의 소재를 고정하는 고정 다이와, 소재의 확경 예정부를 좌굴 저지 상태로 삽통 지지하는 삽통 구멍을 가지는 가이드와, 펀치를 구비함과 함께, 가이드의 선단부의 일부에, 가이드의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출부가 일체로 형성된 업세팅 가공 장치를 이용하고,
    고정 다이에 고정된 소재의 확경 예정부를 가이드의 삽통 구멍에 삽통 지지하고,
    이어서, 펀치를 이동시켜 상기 펀치로 소재의 확경 예정부를 축방향으로 가압하면서, 가이드를 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시킴으로써, 가이드의 선단부와 고정 다이 사이에 노출되는 소재의 확경 예정부를, 상기 확경 예정부의 가이드 돌출부와의 맞닿음부에 대해서 확경을 억제한 상태로 확경하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 고정 다이에 성형 오목부가 형성됨과 함께, 상기 성형 오목부의 둘레면에, 고정 다이의 축방향으로 연장되고 또한 가이드의 돌출부가 고정 다이의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입되는 슬라이드 홈부가 형성되어 있고,
    소재의 확경 예정부의 둘레면의 일부가 맞닿는, 가이드의 돌출부의 측면은, 소재의 확경부의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있고,
    고정 다이에 고정된 소재의 확경 예정부를 성형 오목부 내에 배치함과 함께, 소재의 확경 예정부를 가이드의 삽통 구멍에 삽통 지지하고, 또한 가이드의 돌출부를 슬라이드 홈부에 삽입하고,
    이어서, 소재의 확경 예정부를 성형 오목부 내에서 확경하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서, 펀치의 이동 개시시로부터의 평균 이동 속도를 P,
    가이드의 이동 개시시로부터의 평균 이동 속도를 G,
    업세팅 가공 전의 소재의 확경 예정부의 단면적에서의 좌굴 한계 길이를 X0,
    가이드의 선단부와 고정 다이 사이의 초기 클리어런스를 X(단, 0≤X≤X0),
    확경부에 필요한 업세팅 가공 전의 소재의 길이를 L0,
    확경부의 설계 체적으로부터 구해지는 펀치의 선단부의 고정 다이에 대한 정지 위치를 XP,
    설계로 정한 가이드의 선단부의 고정 다이에 대한 정지 위치를 Xg,
    펀치의 이동 개시시로부터 가이드의 이동 개시시까지의 타임 래그를 t0(단, 0≤t)으로 할 때, G는,
    G = (Xg-X)P / (L0-XP-Pt0)
    의 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  4. 제1항에 있어서, 소재의 확경 예정부는, 상기 소재의 축방향 양측부에 위치하고 있고,
    고정 다이에 고정된 소재의 각 확경 예정부를 각각 가이드의 삽통 구멍에 삽통 지지하고,
    이어서, 소재의 각 확경 예정부를 각각 펀치로 축방향으로 동시에 가압하면서, 각 가이드를 각각 대응하는 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시킴으로써, 소재의 양 확경 예정부를 동시에 확경하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  5. 제1항에 있어서, 가이드의 선단부의 삽통 구멍 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  6. 제1항에 있어서, 고정 다이에 형성된 소재 고정용 끼워넣음 구멍의 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  7. 제1항에 있어서, 소재는, 둥근 막대형의 압연재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  8. 제7항에 있어서, 압연재는, 주조 압연재인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  9. 제7항에 있어서, 압연재는, 연속 주조 압연재인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  10. 제7항에 있어서, 가이드의 삽통 구멍의 둘레면 또는/및 소재의 확경 예정부의 표면에 윤활제를 부착시킨 상태로, 소재의 확경 예정부를 확경하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  11. 제1항에 있어서, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열한 상태로, 소재의 확경 예정부를 확경하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  12. 제11항에 있어서, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  13. 제11항에 있어서, 가이드의 선단부를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열함으로써, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  14. 제11항에 있어서, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 반용융 상태로 가열하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  15. 제11항에 있어서, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위를 냉각 수단에 의해 냉각한 상태로, 소재의 확경 예정부를 확경하는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 방법.
  16. 제1항의 업세팅 가공 방법에 의해 얻어진 것을 특징으로 하는 업세팅 가공품.
  17. 막대형의 소재의 확경 예정부를 확경하는 업세팅 가공 장치이며,
    소재를 고정하는 고정 다이와,
    고정 다이에 고정된 소재의 확경 예정부를 좌굴 저지 상태로 삽통 지지하는 삽통 구멍을 가지는 가이드와,
    가이드의 삽통 구멍에 삽통된 소재의 확경 예정부를 축방향으로 가압하는 펀치와,
    가이드를 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시키는 가이드 구동 장치를 구비하고,
    가이드의 선단부의 일부에, 가이드의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출 부가 일체로 형성됨과 함께,
    가이드의 돌출부는, 소재의 확경 예정부의 확경시에, 확경 예정부의 둘레면의 일부가 돌출부의 측면에 맞닿음으로써, 확경 예정부의 돌출부와의 맞닿음부에 대해서 확경을 억제하는 것인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  18. 제17항에 있어서, 고정 다이에 성형 오목부가 형성됨과 함께, 상기 성형 오목부의 둘레면에, 고정 다이의 축방향으로 연장되고 또한 가이드의 돌출부가 고정 다이의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입되는 슬라이드 홈부가 형성되어 있고,
    가이드의 돌출부의 측면은, 소재의 확경부의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  19. 제17항에 있어서, 가이드의 선단부의 삽통 구멍 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  20. 제17항에 있어서, 고정 다이에 형성된 소재 고정용 끼워넣음 구멍의 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  21. 제17항에 있어서, 소재는, 둥근 막대형의 압연재로 이루어지고,
    가이드의 삽통 구멍의 둘레면 또는/및 소재의 확경 예정부의 표면에 윤활제를 부착시키는 윤활제 부착 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  22. 제21항에 있어서, 압연재는, 주조 압연재인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  23. 제21항에 있어서, 압연재는, 연속 주조 압연재인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  24. 제17항에 있어서, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하는 가열 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  25. 제24항에 있어서, 가열 수단은, 유도 가열 코일을 가지는 유도 가열 수단이며,
    확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  26. 제24항에 있어서, 가열 수단은, 유도 가열 코일을 가지는 유도 가열 수단이며,
    가이드의 선단부를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열함으로써, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  27. 제24항에 있어서, 가열 수단은, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 반용융 상태로 가열 가능한 것인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  28. 제24항에 있어서, 소재의 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부보다도 기단측의 부위에 대응하는 부위를 냉각하는 냉각 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  29. 막대형의 소재의 축방향 양측부의 각 확경 예정부를 각각 확경하는 업세팅 가공 장치이며,
    소재를 고정하는 고정 다이와,
    고정 다이에 고정된 소재의 각 확경 예정부를 각각 좌굴 저지 상태로 삽통 지지하는 삽통 구멍을 가지는 2개의 가이드와,
    각 가이드의 삽통 구멍에 삽통된 소재의 각 확경 예정부를 각각 축방향으로 가압하는 2개의 펀치와,
    각 가이드를 각각 대응하는 펀치의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동시키는 2개의 가이드 구동 장치를 구비하고,
    2개의 가이드 중 적어도 1개의 가이드의 선단부의 일부에, 가이드의 축방향으로 돌출하는 확경 억제용 돌출부가 일체로 형성됨과 함께,
    가이드의 돌출부는, 소재의 확경 예정부의 확경시에, 확경 예정부의 둘레면의 일부가 돌출부의 측면에 맞닿음으로써, 확경 예정부의 돌출부와의 맞닿음부에 대해서 확경을 억제하는 것인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  30. 제29항에 있어서, 고정 다이에 2개의 성형 오목부가 형성됨과 함께, 상기 2개의 성형 오목부 중 적어도 1개의 성형 오목부의 둘레면에, 고정 다이의 축방향으로 연장되고 또한 가이드의 돌출부가 고정 다이의 축방향으로 슬라이드 자재로 삽입되는 슬라이드 홈부가 형성되어 있고,
    가이드의 돌출부의 측면은, 소재의 확경부의 둘레면 형상에 대응한 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  31. 제29항에 있어서, 각 가이드의 선단부의 삽통 구멍 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  32. 제29항에 있어서, 고정 다이에 형성된 소재 고정용 끼워넣음 구멍의 개구 가장자리부에, 면취 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  33. 제29항에 있어서, 소재는, 둥근 막대형의 압연재로 이루어지고,
    각 가이드의 삽통 구멍의 둘레면 또는/및 소재의 각 확경 예정부의 표면에 윤활제를 부착시키는 2개의 윤활제 부착 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  34. 제33항에 있어서, 압연재는, 주조 압연재인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  35. 제33항에 있어서, 압연재는, 연속 주조 압연재인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  36. 제29항에 있어서, 소재의 각 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하는 2개의 가열 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  37. 제36항에 있어서, 각 가열 수단은, 유도 가열 코일을 가지는 유도 가열 수단이며,
    소재의 각 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  38. 제36항에 있어서, 각 가열 수단은, 유도 가열 코일을 가지는 유도 가열 수단이며,
    각 가이드의 선단부를 유도 가열 수단에 의해 국부적으로 유도 가열함으로써, 소재의 각 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 가열하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
  39. 제36항에 있어서, 각 가열 수단은, 소재의 각 확경 예정부에 있어서의 가이드의 선단부에 대응하는 부위를 국부적으로 반용융 상태로 가열 가능한 것인 것을 특징으로 하는 업세팅 가공 장치.
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