KR20080096589A

KR20080096589A - 강관의 확관 성형 방법 및 강관의 확관 성형 장치

Info

Publication number: KR20080096589A
Application number: KR1020087022462A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 노구치; 다쓰시 이토; 후미아키 가와하라
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2008-10-30
Also published as: WO2007132799A1; CN101448588A; US20090090159A1; EP2018915A1; KR101030262B1; JPWO2007132799A1; EP2823906A3; EP2823906A2; US8365571B2; EP2018915A4; JP4906849B2; CN101448588B

Abstract

확관(擴管) 성형 장치(10)에서는, 이형(異形) 강관(P)의 한쪽의 개구단부의 내부에 확관 성형용의 펀치(12)를 삽입하는 동시에, 이형 강관(P)에 있어서의 상기 한쪽의 개구단부를 사이드 금형(21)에 의해 가압한다.

Description

강관의 확관 성형 방법 및 강관의 확관 성형 장치{EXPANSION-MOLDING METHOD AND EXPANSION-MOLDING DEVICE FOR STEEL PIPE}

본 발명은, 예를 들면, 이형(異形) 강관(鋼管) 등의 단부에 확관부(擴管部)를 형성하기 위한 강관의 확관 성형 방법 및 확관 성형 장치에 관한 것이다.

종래부터, 강관의 한쪽의 개방단으로부터 펀치를 밀어넣어 확관 부분을 성형하는 방법이 사용되고 있다.

예를 들면, 하기 특허 문헌에는, 테이퍼 각도를 15~30도의 범위로 설정한 펀치와, 펀치의 테이퍼 각도와 같은 크기의 테이퍼 각도의 테이퍼부를 가지는 금속관 홀더를 사용하여, 금속관의 단부로부터 펀치를 밀어넣어 확관하는 금속관 관단(管端)의 확관 방법이 개시되어 있다.

이 확관 방법에 의하면, 내력(耐力)이 높고, 가공 경화 지수가 큰 스테인레스강이나 고장력 강철로 이루어지는 금속관의 관단을 좌굴(座屈;buckling)이나 편평 등의 변형을 발생시키지 않고, 효율적으로 확관할 수 있다.

[특허 문헌] 일본 특허출원 공개번호 2002-346664호 공보(2002년 12월 3일)

그러나, 상기 종래의 강관의 확관 성형 방법에서는, 다음에 나타낸 바와 같은 문제점을 가지고 있다.

즉, 환강관(丸鋼管)의 확관 성형에서는, 균등하게 두께가 얇아지면서 확관되어 가므로 성형 한계가 크고, 성형 난이도는 높지 않으므로, 상기 공보에 개시된 성형 방법이라도 문제는 생기지 않는다. 그러나, 단면이 대략 사각형의 서로 평행한 면을 가지는 이형 강관의 확관 성형에 있어서는, 두께를 균등하게 얇게 하는 것은 곤란하고, 성형 한계가 작고 성형 난이도가 높으므로, 상기 공보에 개시된 성형 방법으로는 대응할 수 없게 될 우려가 있다.

본 발명의 과제는, 이형 강관의 확관 성형에 있어서도, 성형 난이도를 낮게 할 수 있는 강관의 확관 성형 방법 및 강관의 확관 성형 장치를 제공하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

제1 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법은, 강관의 개구단부로부터 확관 성형용의 펀치를 삽입하는 제1 스텝과, 펀치가 강관의 개구단부로부터 삽입될 때, 개구단부를 펀치의 삽입 방향을 향해 가압하는 제2 스텝을 포함하고 있다.

여기서는, 강관을 확관 성형하는 경우에 있어서, 확관 성형용의 펀치를 강관의 내측에 삽입하여 강관의 내경을 넓혀 갈 때는, 상기 펀치가 삽입된 강관의 개구단부를 펀치의 삽입 방향을 향해 밀어넣어 간다.

이로써, 확관 성형이 진행됨에 따라 강관이 박형화되어 갈 때, 펀치의 삽입 방향을 향해 펀치를 삽입한 개구단부를 밀어넣음으로써, 확관된 강관이 국소적으로 박형화되어 성형 불량으로 되는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 강관의 확관 성형에 있어서의 성형 한계를 넓혀, 예를 들면, 단면이 대략 사각형의 서로 평행한 면을 가지는 이형 강관의 확관 성형에도 대응할 수 있는 성형 방법을 제공할 수 있다.

제2 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법은, 제1 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법으로서, 제2 스텝에서는, 강관의 평행면을 유지한 채 한쪽의 확관 성형을 행한다.

여기서는, 예를 들면, 단면이 대략 사각형 등의 서로 평행한 면을 가지는 이형 강관의 확관 성형을 행한다.

통상, 이와 같은 서로 평행한 면을 유지한 채 이형 강관의 확관 성형을 행하는 경우에는, 환강관의 확관 성형을 행하는 경우와 비교하여, 국소적인 박형화가 생기기 쉬워, 파단(破斷) 등의 성형 불량이 발생하기 쉬운 문제가 있다.

본 발명의 강관의 확관 성형에서는, 전술한 바와 같이, 확관 성형하는 강관의 개구단부를 펀치의 삽입 방향과 같은 방향으로 가압하면서 성형을 행하므로, 일반적으로 확관 성형이 어려운 것으로 되어 있는 이형 강관이라도, 파단 등이 생기게 하지 않고, 확관 성형을 행할 수 있다.

제3 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법은, 제1 또는 제2 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법으로서, 제2 스텝에서는, 강관의 개구단부에 있어서의 확관 성형을 행하는 측의 부분을 가압한다.

여기서는, 강관의 내측에 확관 성형용의 펀치를 삽입해 가면서 가압되는 개구단부 중, 확관 성형되는 측의 부분을 가압한다.

이로써, 확관 성형에 의해 두께가 얇아지는 측의 개구단부의 부분을 펀치의 삽입 방향과 같은 방향으로 밀어넣음으로써, 확관 성형에 따라 박형화가 진행되어 강관의 성형 불량으로 되는 것을, 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

제4 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법은, 제3 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법으로서, 제2 스텝에서는, 강관의 개구단부에 있어서의 확관 성형을 행하는 측의 부분을, 대략 ㄷ자형의 금형을 사용하여 가압한다.

여기서는, 강관의 내측에 확관 성형용의 펀치를 삽입해 가면서 가압되는 개구단부 중, 확관 성형되는 측의 부분을 가압할 때는, 대략 ㄷ자형의 금형을 사용하여 가압한다.

이로써, 확관 성형에 의해 박형화해 가는 부분의 박형화가 진행되어 파단되는 등의 성형 불량의 발생을, 효과적으로 억제할 수 있다.

제5 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법은, 제1 내지 제4 발명 중 어느 하나에 관한 강관의 확관 성형 방법으로서, 제2 스텝에서는, 강관 두께의 감소가 시작되면, 강관의 개구단부를 누르는 가압력을 상승시킨다.

여기서는, 강관의 내부에 펀치를 삽입할 때 있어서의 강관의 개구단부를 누르는 가압력을, 강관 두께의 감소 개시의 타이밍에 맞추어 상승시키도록 제어한다.

여기서, 강관 두께의 감소 타이밍은, 펀치를 삽입하여 가는 스트로크의 관리나, 펀치의 삽입 압력의 관리, 펀치를 삽입하여 가는 시간이나 속도의 관리 등에 따라서, 설정된다.

이로써, 두께 감소의 개시와 동시에 강관의 개구단부가 보다 강한 힘으로 가압되므로, 강관의 박형화가 국소적으로 진행되어 성형 불량이 발생하는 것을 억제하면서, 효율적으로 원하는 확관 성형을 행할 수 있다.

제6 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법은, 제5 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법으로서, 제2 스텝에서는, 개구단부로의 가압력을 소정의 제1 압력까지 상승시켜, 강관 두께의 감소가 시작될 때까지 대기하고, 두께의 감소가 시작되면 개구단부로의 가압력을 소정의 제2 압력을 향해 상승시킨다.

여기서는, 강관의 개구단부로의 가압을 제1 압력과 제2 압력을 설정하여 단계적으로 행한다. 구체적으로는, 강관 내에 다이를 삽입하여 가서 강관 두께의 감소가 개시하기까지는, 소정의 제1 압력의 상태로 가압력을 일정하게 유지한다. 그리고, 강관 두께의 감소가 개시하면, 개구단부로의 가압력을 제2 압력까지 상승시키도록 제어한다.

이로써, 두께의 감소가 개시되기까지의 사이에, 과잉의 압력이 개구단부에 대하여 부여되는 것을 회피할 수 있다. 이 결과, 개구단부의 변형 등을 방지하면서, 확관 성형을 정밀도 양호하게 실시할 수 있다.

제7 발명에 관한 강관의 확관 성형 방법은, 제1 내지 제6 발명 중 어느 하나에 관한 강관의 확관 성형 방법으로서, 강관은, 이형 단면을 가지고 있다.

여기서는, 예를 들면, 단면이 대략 사각형인 서로 평행한 면을 가지는 이형 단면을 가지는 강관의 확관 성형을 행한다. 그리고, 상기 이형 단면이란, 단면 형상이 원형 이외의 단면으로 되어 있는 것을 의미하는 것으로 한다. 이것은, 본 발명이, 확관 성형시에, 균일하게 두께가 감소하여 성형성을 확보하기 쉬운 원형 단면의 파이프가 아니고, 이형 단면의 확관 성형에 특히 유효한 것을 나타내고 있다.

이로써, 전술한 확관 성형 방법에 의해 성형을 행함으로써, 일반적으로 확관 성형이 어려운 이형 강관이라도, 성형 불량의 발생을 억제하면서, 원하는 확관 성형을 행할 수 있다.

제8 발명에 관한 강관의 확관 성형 장치는, 확관 성형용의 펀치와, 삽입 기구와, 가압부를 구비하고 있다. 삽입 기구는, 펀치를 강관의 개구단부로부터 삽입한다. 가압부는, 펀치가 강관의 개구단부로부터 삽입될 때, 개구단부를 펀치의 삽입 방향을 향해 가압한다.

이로써, 확관 성형이 진행됨에 따라 강관이 박형화하여 갈 때, 펀치의 삽입 방향을 향해 펀치를 삽입한 개구단부를 밀어넣음으로써, 확관된 강관이 국소적으로 박형화되어 성형 불량으로 되는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 강관의 확관 성형에 있어서의 성형 한계를 넓혀, 예를 들면, 이형 강관의 확관 성형에도 대응할 수 있는 확관 성형 장치를 제공할 수 있다.

제9 발명에 관한 강관의 확관 성형 장치는, 제8 발명에 관한 강관의 확관 성형 장치로서, 삽입 기구를 제어하는 제어부를 더 구비하고 있고, 제어부는, 강관의 개구단부에 펀치가 삽입되어 가서, 강관 두께의 감소가 시작되면 개구단부를 가압하는 힘을 상승시키도록 가압부를 제어한다.

여기서는, 강관의 내부에 펀치를 삽입할 때 있어서의 가압부의 가압력을, 강관 두께의 감소 개시의 타이밍에 맞추어 상승시키도록 제어한다.

여기서, 강관 두께의 감소 타이밍은, 펀치를 삽입하여 가는 스트로크의 관리나, 펀치의 삽입 압력의 관리, 펀치를 삽입하여 가는 시간, 속도 관리 등에 따라서, 설정된다.

제10 발명에 관한 강관의 확관 성형 장치는, 제8 또는 제9 발명에 관한 강관의 확관 성형 장치로서, 가압부는, 대략 ㄷ자형의 금형이다.

이로써, 확관 성형에 의해 박형화해 가는 부분의 박형화가 진행되어 파단되는 등의 성형 불량의 발생을 억제할 수 있다.

제11 발명에 관한 강관의 확관 성형 장치는, 제8 내지 제10의 발명 중 어느 하나에 관한 강관의 확관 성형 장치로서, 펀치는, 강관의 개구단부로부터의 삽입 방향으로 평행한 면을 포함하는 제1 부와, 제1 부에 평행한 면을 포함하는 제2 부를 가지고 있다. 그리고, 제2 부에는, 제1 부에 포함되는 면과 평행하게 제1 부에 포함되는 면과의 거리가 상이한 복수개의 면이 포함되어 있고, 복수개의 면은 테이퍼부를 통하여 연결되어 있다.

여기서는, 서로 평행한 면을 포함하는 제1 부와 제2 부를 가지는 펀치를 사용하여 이형 강관의 확관 성형을 행한다. 그리고, 제2 부에는, 제1 부의 면과 서로 평행하게, 또한 테이퍼부를 통하여 연결된 복수개의 면이 포함되어 있다.

통상, 이와 같은 형상의 펀치를 사용하여 서로 평행한 면을 유지한 채 이형 강관의 확관 성형을 행하는 경우에는, 환강관의 확관 성형을 행하는 경우와 비교하여, 국소적인 박형화가 생기기 쉬워, 파단 등의 성형 불량이 발생하기 쉬운 문제가 있다.

본 발명의 강관의 확관 성형 장치에서는, 전술한 바와 같이, 가압부에 의해 확관 성형하는 강관의 개구단부를 펀치의 삽입 방향과 같은 방향으로 가압하면서 성형을 행하므로, 일반적으로 확관 성형이 어려운 것으로 되어 있는 이형 강관이라도, 파단 등이 생기게 하지 않고, 확관 성형을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 강관의 확관 성형 방법을 실시하는 확관 성형 장치의 구성을 나타낸 측면도이다.

도 2의 (a),(b)는, 이형 강관 내에 펀치를 삽입할 때의 과정을 나타낸 측면도이다.

도 3의 (a)는, 이형 강관 내에 펀치를 삽입할 때의 사이드 금형, 펀치, 이형 강관 및 다이의 위치 관계를 나타낸 정면도이다. (b)는, (a)를 측방으로부터 본 단면도이다.

도 4는 도 1의 확관 성형 장치에 의한 확관 성형법의 흐름을 나타낸 플로차트이다.

도 5의 (a),(b)는, 펀치가 삽입된 결과, 확관 성형된 이형 강관을 나타낸 정면도 및 단면도이다.

도 6은 도 1의 확관 성형 장치에 의한 확관 성형시에 있어서의 펀치의 삽입 스트로크와 사이드 금형의 가압력과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 7의 (a),(b)는, 종래의 확관 성형법과 본 발명의 확관 성형법에 의한 확관율과 테이퍼 각도를 변화시킨 경우의 시험 결과를 나타낸 도면이다.

도 8은 도 1의 확관 성형 장치에 의해 확관 성형된 이형 강관을 스트레치 벤딩 공정에 있어서 절곡하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 9의 (a)~(e)는, 도 1의 확관 성형 장치에 의한 이형 강관에 대한 확관 성형으로 스트레치 벤딩 공정까지의 형상의 변화를 나타낸 도면이다.

도 10의 (a)~(c)는, 본 발명의 다른 실시예에 관한 확관 성형 방법에 의해 확관 성형된 이형 강관의 단면 형상을 나타낸 단면도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

(10) 확관 성형 장치

(11) 메인 실린더(삽입 기구)

(11a) 실린더 본체

(11b) 실린더 로드

(11c) 유압 발생 장치

(12) 펀치

(12a) 제1 면(제1 부)

(12b) 제2 면(제2 부)

(12c) 제3 면

(12d) 테이퍼부

(13) 다이

(15) 사이드 가압 장치(가압부)

(20) 제어부

(21) 사이드 금형(대략 ㄷ자형의 금형)

(22) 금형 유지부

(23) 샤프트

(31) 내금형

(32a, 32b) 지지 부재

(33a, 33b) 롤 금형

M 모터(가압부)

P 이형 강관

본 발명의 일실시예에 관한 강관의 확관 성형 방법 및 확관 성형 장치에 대하여, 도 1~도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

[강관의 확관 성형 장치(10)의 구성]

본 실시예에 관한 강관의 확관 성형 장치(10)는, 이형 강관(P)의 내부에 소정의 형상을 가지는 확관 성형용의 펀치(12)를 삽입하여 확관 성형을 행하는 장치로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 메인 실린더(삽입 기구)(11)와, 확관 성형용의 펀치(12)와, 다이(13)와, 사이드 금형(21)을 포함하는 사이드 가압 장치(가압부)(15)와, 제어부(20)를 구비하고 있다.

이형 강관(P)은, 유압 셔블 등의 건설 기계에 탑재되는 캡을 구성하는 프레임 지주용으로 형성되는 부재로서, 원형 단면의 환강관을 롤 포밍(roll forming)에 의해 이형 단면에 성형된다(도 9 참조).

메인 실린더(11)는, 실린더 본체(11a)와, 실린더 로드(11b)와, 유압 발생 장치(11c)를 가지고 있고, 고정 배치된 이형 강관(P)에 대하여, 유압 발생 장치(11c)로부터 부여된 가압력을, 실린더 로드(11b)를 통하여 펀치(12)에 대하여 부여한다.

펀치(12)는, 도 2 (a) 및 도 2 (b)에 나타낸 바와 같이, 이형 강관(P)의 내부에 삽입되어 이형 강관(P)에 확관부(P1)를 형성하기 위한 부재로서, 제1 면(제1 부)(12a)과, 제1 면(12a)에 대하여 평행한 제2 면(제2 부)(12b) 및 제3 면(12c)과, 테이퍼부(12d)를 가지고 있다. 제2 면(12b)과 제3 면(12c)은, 제1 면(12a)으로부터의 거리가 각각 l1, l2(l1≠l2)와 다르게 배치되어 있고, 테이퍼부(12d)를 통하여 연결되어 있다. 이 펀치(12)를 사용하여 확관 성형을 행함으로써, 제1 면(12a)과 제2 면(12b)의 평행부를 유지한 채 한쪽 면의 일부를 확관 성형할 수 있다. 그리고, 이 펀치(12)는, 후단부에 형성된 플랜지부에 있어서 실린더 로드(11b)의 선단부에 형성된 플랜지부와 접합되어 있는 것으로 한다.

다이(13)는, 도 3 (a), 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이, 확관 성형을 행하는 대상이 되는 이형 강관(P)의 외주를, 후술하는 사이드 금형(21)과 함께 덮도록 배치되어 있다. 그리고, 펀치(12)가 삽입되는 이형 강관(P)에 따라 다이(13)를 설치함으로써, 확관 성형의 성형성을 향상시킬 수 있다.

사이드 가압 장치(15)는, 확관 성형의 대상이 되는 이형 강관(P)의 한쪽의 개구단부에 대하여, 펀치(12)의 삽입 방향과 같은 방향을 향해 가압력을 부여하는 기구로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 사이드 금형(21), 금형 유지부(22), 샤프트(23) 및 모터(M)를 가지고 있다. 사이드 금형(21)은, 샤프트(23)의 선단부분에 장착된 금형 유지부(22)에 대하여 장착되어 있고, 모터(M)로부터 전달되는 회전 구동력에 의해 금형 유지부(22)가 샤프트(23)마다 F 방향으로 전진함으로써, 이형 강관(P)의 개구단부에 대하여 가압력을 부여한다. 그리고, 모터(M)는, AC 서보 모터로서, 메인 실린더(11)에 있어서의 펀치(12)를 전진시킬 때의 스트로크 및 속도에 따라, 이형 강관(P)의 개구단부를 향해 적당한 가압력을 부여하도록, 제어부(20)에 의해 피드 포워드 제어된다.

제어부(20)는, 전술한 바와 같이, 메인 실린더(11)에 있어서의 펀치(12)를 전진시키는 스트로크나 속도를 수신하여, 사이드 가압 장치(15)에 의한 사이드 금형(21)을 최적의 가압력에 의해 전진시키도록 모터(M)의 회전 제어를 행한다. 또한, 제어부(20)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 메인 실린더(11)에 대하여도 접속되어 있고, 메인 실린더(11)에 내장된 도시하지 않은 하중 센서로부터 가압력의 크기를 수신하여, 후술하는 사이드 금형(21)의 가압력의 상승 타이밍을 결정한다.

＜본 확관 성형 장치(10)에 의한 확관 성형의 흐름＞

본 실시예에서는, 전술한 구성을 구비한 확관 성형 장치(10)에 있어서, 도 4에 나타낸 플로차트에 따라, 이하에 나타낸 바와 같은 스텝에서 이형 강관(P)의 확관 성형을 행한다.

즉, 본 실시예의 확관 성형 장치(10)에서는, 스텝 S1에 있어서, 도 3 (a)에 나타낸 바와 같이, 다이(13)에 세팅된 이형 강관(P)에 대하여, 펀치(12)를 삽입하여 가도록, 메인 실린더(11)(도 1 참조)의 신장을 행한다.

다음에, 스텝 S2에서는, 이형 강관(P) 내로의 펀치(12)의 삽입의 타이밍, 펀치(12)의 삽입 스트로크에 따라, 모터(M)에 의해 사이드 금형(21)을 이형 강관(P)의 펀치(12) 삽입 측의 개구단부에 대하여 강하게 누르면서 전진시켜 가압한다.

이 때, 펀치(12)는, 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이, 이형 강관(P)의 내부로 삽입된다. 그리고, 사이드 금형(21)은, 이형 강관(P)의 단면에서의 확관 성형 측의 부분을 가압한다.

다음에, 스텝 S3에서는, 이형 강관(P) 내에 펀치(12)가 삽입되어 가는 과정에 있어서, 이형 강관(P)이 확관되어 박형화가 개시되기까지, 펀치(12)의 삽입 및 사이드 금형(21)의 가압을 계속한다. 이 때, 이형 강관(P)은, 도 5 (a) 및 도 5 (b)에 나타낸 바와 같이, 높이 h, 폭 b1의 단면을, 테이퍼 각도 θ의 테이퍼 부분을 가지는 펀치(12)를 삽입함으로써, 폭(b1＋b2)으로 확관하도록 성형된다. 그리고, 사이드 금형(21)은, 이 확관되는 부분에 대하여 집중적으로 가압력을 부여한다.

그리고, 이 이형 강관(P)의 확관율은, 이하의 관계식(1)에 따라 산출된다.

확관율 = b2/b1·····(1)

그리고, 이형 강관(P)의 박형화가 시작되면, 스텝 S4로 진행되어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제어부(20)는, 일단 소정값으로 일정한 가압력이 부여되어 있었던 사이드 금형(21)의 가압력을, 다시 상승시키도록 제어를 행한다.

여기서, 이형 강관(P)의 박형화가 시작되었던 것은, 이형 강관(P)의 내부에 삽입되는 펀치(12)의 가압력의 상승이 멈춘 타이밍 A를 검출함으로써 판단된다. 즉, 이형 강관(P) 내에 펀치(12)를 삽입하여 가는 과정에 있어서, 이형 강관(P)의 내경보다 큰 외경을 가지는 펀치(12)를 소정의 삽입 속도를 유지한 채 삽입하기 위해서는, 펀치(12)의 가압력을 상승시키면서 삽입해 갈 필요가 있다. 그 후, 이형 강관(P)의 박형화가 시작되면, 펀치(12)의 가압력의 상승은 정지하여 소정값 부근에서 횡보하게 된다. 그러므로, 이형 강관(P) 내에 삽입되는 펀치(12)의 가압력의 상승이 정지한 타이밍 A를 검출함으로써, 사이드 금형(21)을 가압하는 힘을 상승시키는 타이밍 C로서 설정할 수 있다. 이로써, 박형화가 시작되는 것과 거의 동시에, 이형 강관(P)의 개구단부를 밀어넣기 위한 가압력을 증대시킴으로써, 박형화가 국소적으로 진행되어 성형 불량으로 되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 사이드 금형(21)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전술한 가압력을 상승시켜 소정의 최대값 D에 도달하면, 일정하게 되도록 제어된다.

다음에, 스텝 S5에서는, 펀치(12)의 가압, 사이드 금형(21)의 가압을 계속하고, 메인 실린더(11)가 펀치(12)를 소정의 위치까지 진행시키면, 성형 완료로서 판 정하고, 스텝 S6으로 진행된다.

다음에, 스텝 S6에서는, 이형 강관(P)의 내부에 삽입된 펀치(12)를 인출하는 동시에, 스텝 S7에 있어서, 사이드 금형(21)의 가압도 해제하여 이형 강관(P)의 측방으로부터 퇴피시킨다.

본 실시예의 이형 강관(P)의 확관 성형 장치(10)에서는, 이상과 같이, 확관 성형용의 펀치(12)를 이형 강관(P) 내에 삽입하여 가는 것과 동시에, 사이드 금형(21)을 사용하여 이형 강관(P)의 개구단부의 일부를 가압한다.

이로써, 확관 성형용의 펀치(12)의 삽입에 의해 박형화함으로써 확관 성형되는 이형 강관(P)이, 국소적으로 박형화되어 성형 불량으로 되는 것을 회피하여, 확관 성형에 있어서의 성형성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 본 실시예에 있어서의 확관 성형 방법에 의해 성형한 결과(도 7 (b) 참조)과, 종래의 확관 성형 방법에 의해 성형한 결과(도 7 (a) 참조)를 비교한 표를, 도 7 (a) 및 도 7 (b)에 나타낸다.

종래의 확관 성형 방법에서는, 도 7 (a)에 나타낸 바와 같이, 테이퍼 각도θ 15도이며, 확관율이 10%의 시험편만이 적정하게 성형할 수 있고, 테이퍼 각도 30도의 시험편이나, 테이퍼 각도 15도이며 확관율 20%의 시험편에서는, 성형 불량이 발생한 것을 알 수 있다. 한편, 본 실시예의 확관 성형 방법에 의해 성형된 시험편에서는, 테이퍼 각도 30도이며 확관율 20%의 시험편에서는 성형 불량이 발생했지만, 테이퍼 각도 15도이며 확관율 20%의 시험편과, 테이퍼 각도 30도이며 확관율 10%의 시험편은, 성형 불량이 발생하지 않고 확관 성형을 행할 수 있었다.

이와 같이, 본 실시예에서는, 확관 성형용의 펀치(12)를 이형 강관(P) 내로 삽입하면서, 사이드 금형(21)에 의해 이형 강관(P)의 개구단부를 가압함으로써, 확관 성형에 있어서의 성형 한계를 확장하여, 성형 불량의 발생을 억제할 수 있다.

＜스트레치 벤딩 공정의 흐름＞

본 실시예에서는, 이형 강관(P)의 양 단부에 각각 전술한 확관 성형을 행한 후, 이형 강관(P)에 있어서의 확관 성형 부분을 잡아 소정의 형상으로 될 때까지 절곡하는 스트레치 벤딩 공정으로 이행한다.

구체적으로는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 확관 성형된 이형 강관(P)의 양 단부를 지지 부재(32a, 32b)에 의해 파지하여 내금형(31)에 따라 절곡한 상태(드로우 벤딩)로 하고, 롤 금형(33a, 33b)을 사용하여 큰 R 형상으로 성형한다.

이상으로부터, 도 9 (a)~도 9 (e)에 나타낸 바와 같이, 단면이 대략 원형의 환강관(도 9 (a) 참조)을 롤 포밍을 사용하여 이형 단면에 성형한 후(도 9 (b) 참조), 전술한 이형 단면의 양단 부분을 확관 성형한다(도 9 (c) 참조). 그리고, 이 확관 부분을 파지하여 이형 강관(P)을 절곡한 후(도 9 (d) 참조), 전술한 스트레치 벤딩 공정에 있어서 큰 R 형상으로 성형한다(도 9 (e) 참조).

이로써, 종래의 캡(cap)의 프레임 지주의 성형 공정과 비교하여, 고정밀도의 포스트 부재를 성형하는 것이 가능하게 된다. 또한, 확관 성형된 부재에 대하여는, 스트레치 벤딩 성형 후, 확관 성형된 부분의 단부를 약간 커팅하는 것만으로 사용할 수 있으므로, 양 단부를 부수어 파지하는 종래의 방법과 비교하여, 성형 후에 컷되는 부분의 양을 적게 하여 프레임 지주의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

[본 확관 성형 장치(10)의 특징]

(1)

본 실시예의 강관의 확관 성형 장치(10)에서는, 도 3 (a) 및 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이, 이형 강관(P)의 한쪽의 개구단부의 내부에 확관 성형용의 펀치(12)를 삽입하는 동시에, 이형 강관(P)에 있어서의 상기 한쪽의 개구단부를 사이드 금형(21)에 의해 펀치(12)의 가압 방향과 같은 방향으로 가압한다.

이로써, 확관 성형시에 있어서 이형 강관(P)의 박형화가 진행할 때는, 개구단부를 가압함으로써 국소적인 박형화의 진행을 억제할 수 있다. 이 결과, 이형 강관(P)의 확관 성형의 성형 한계를 확장하여, 복잡한 이형 단면을 가지는 강관의 확관 성형에도 대응할 수 있는 확관 성형 방법을 제공할 수 있다.

(2)

본 실시예의 강관의 확관 성형 장치(10)에서는, 도 2 (a) 등에 나타낸 바와 같이, 서로 평행한 제1 면(12a)과, 제2·제3 면(12b, 12c)을 포함하는 펀치(12)를 사용하여 확관 성형을 행한다.

이로써, 전술한 사이드 금형(21)을 사용하여 이형 강관(P)의 개구단부를 가압함으로써, 일반적으로, 국소적인 박형화가 진행되기 쉽게 성형 불량이 발생하기 쉬운 이형 강관(P)에 있어서 평행부를 유지한 채의 한쪽(제2·제3 면(12b, 12c))만의 확관 성형을 행할 수 있다.

(3)

본 실시예의 강관의 확관 성형 장치(10)에서는, 사이드 금형(21)에 의해, 이 형 강관(P)의 개구단부에 있어서의 확관 성형을 행하는 측의 부분을 부분적으로 가압하고 있다.

이로써, 확관 성형시에 있어서의 국소적인 박형화에 의해 성형 불량을 생기게 하는 것을 억제할 수 있는 동시에, 확관 성형을 행하는 측 이외의 부분에 대하여 불필요한 응력을 발생시키지 않고, 확관 성형시에 있어서의 성형성을 향상시킬 수 있다.

(4)

본 실시예의 강관의 확관 성형 장치(10)에서는, 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이, 이형 강관(P)의 개구단부를 가압하는 부재로서 단면이 대략 ㄷ자형의 사이드 금형(21)을 사용하고 있다.

이로써, 이형 강관(P)의 개구단부에 있어서의 확관 성형되는 측의 부분을 효과적으로 가압할 수 있다. 따라서, 이형 강관(P)의 개구단부에 있어서의 불필요한 부분을 가압하여, 이형 강관(P) 내에 불필요한 응력이 생기는 것을 방지할 수 있다.

(5)

본 실시예의 강관의 확관 성형 장치(10)에서는, 이형 강관(P) 내에 펀치(12)를 삽입하여 가는 과정에 있어서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제어부(20)가, 사이드 금형(21)에 의한 가압력을, 이형 강관(P)의 박형화가 시작되면 동시에 상승시키도록 제어를 행한다.

이로써, 박형화의 개시와 거의 동시에, 국소적인 박형화가 진행하는 것을 억 제하기 위한 사이드 금형(21)에 의한 개구단부의 가압력을 상승시키기 때문에, 국소적인 박형화가 진행하는 것를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

(6)

본 실시예의 강관의 확관 성형 장치(10)에서는, 도 5 (a) 및 도 5 (b)에 나타낸 바와 같이, 확관 성형을 행하는 재료로서, 이형 강관(P)을 사용하고 있다.

이와 같이, 일반적으로, 균등하게 박형화가 진행되지 않으므로 확관 성형이 어렵다고 하는 이형 단면을 가지는 강관의 확관 성형을 행하는 경우라도, 전술한 바와 같이, 사이드 금형(21)을 사용하여 개구단부를 가압함으로써, 성형 한계를 넓혀 양호한 확관 성형을 행할 수 있다.

[다른 실시예]

이상, 본 발명의 일실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종의 변경이 가능하다.

(A)

상기 실시예에서는, 사이드 금형(21)의 가압력을 상승시키기 위한 이형 강관(P)의 두께의 감소 타이밍을, 이형 강관(P) 내에 펀치(12)를 삽입할 때의 가압력의 변화에 따라 설정하는 예를 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 펀치의 삽입 스트로크나 삽입 속도의 관리나, 펀치의 삽입 속도와 삽입 개시로부터의 경과 시간의 관리, 강관의 두꺼운 직접 관리 등에 의해, 두께의 감소 타이밍을 설정하도록 해도 된다.

(B)

상기 실시예에서는, 도 3 (b) 등에 나타낸 바와 같이, 단면 형상이 대략 사각형인 이형 강관(P)의 확관 성형을 행하는 예를 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 단면이 원형의 환강관의 일부분을 확관 성형하는 경우나, 동일하게 환강관을 동심 이외의 위치를 중심으로 전체를 확관하는 것과 같은 경우에도, 본 발명의 성형 방법의 적용에 의해, 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

구체적으로는, 도 10 (a)에 나타낸 바와 같이, 대략 사다리꼴의 단면을 가지는 파이프(Pa)나, 도 10 (b)에 나타낸 바와 같이, 원형의 일부를 절결한 이형 단면을 가지는 파이프(Pb), 도 10 (c)에 나타낸 바와 같이, 2개의 타원을 조합한 같은 이형 단면을 가지는 파이프(Pc) 등과 같이, 각종의 이형 단면을 가지는 파이프(Pa)~(Pc)의 확관 성형을 행해도 된다.

(C)

상기 실시예에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제어부(20)가, 사이드 금형(21)의 가압력을 도중까지 일정한 비율로 상승시킨 후, 소정 시간 일정한 값으로 유지하고, 강관 두께의 감소 타이밍에 맞추어 재차 가압력을 상승시키도록 제어하는 예를 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 사이드 금형의 가압력에 대하여는, 일정한 비율로 상승시키는 것이 아니라, 계단형으로 상승시키도록 해도 된다.

이 경우라도, 이형 강관 등의 확관 성형에 있어서의 성형 한계를 넓히는 것 이 가능하다는, 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

(D)

상기 실시예에서는, 도 3 (a) 등에 나타낸 바와 같이, 이형 강관(P)의 확관 성형에 다이(13)를 사용한 예를 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 다이를 사용하지 않고 확관 성형을 행하는 것도 가능하다.

단, 고정밀도의 성형을 행하는 관점으로부터는, 상기 실시예와 같이, 다이를 사용하여 강관의 확관 성형을 행하는 것이 보다 바람직하다.

(E)

상기 실시예에서는, 확관 성형 후의 이형 강관(P)을 스트레치 벤딩 공정에 있어서 절곡 가공하여, 유압 셔블 등에 탑재되는 캡을 구성하는 프레임 지주로서 사용하는 예를 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 캡의 프레임 지주에 한정되지 않고, 다른 용도에 사용되는 강관의 확관 성형에 있어서도, 본 발명을 적용하는 것은 물론 가능하다.

본 발명의 강관의 확관 성형 방법은, 강관의 확관 성형에 있어서의 성형 한계를 넓혀, 예를 들면, 이형 강관의 확관 성형에도 대응할 수 있는 성형 방법을 제공할 수 있는 효과를 얻을 수 있으므로, 각종 소재의 확관 성형에 대하여 널리 적용할 수 있다.

Claims

강관(鋼管)의 개구단부로부터 확관 성형용의 펀치를 삽입하는 제1 스텝과,

상기 펀치가 상기 강관의 개구단부로부터 삽입될 때, 상기 개구단부를 상기 펀치의 삽입 방향을 향해 가압하는 제2 스텝

을 포함하는, 강관의 확관 성형 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 스텝에서는, 상기 강관의 평행면을 유지한 채 한쪽의 확관 성형을 행하는, 강관의 확관 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2 스텝에서는, 상기 강관의 개구단부에 있어서의 상기 확관 성형을 행하는 측의 부분을 가압하는, 강관의 확관 성형 방법.
제3항에 있어서,

상기 제2 스텝에서는, 상기 강관의 개구단부에 있어서의 상기 확관 성형을 행하는 측의 부분을, 대략 ㄷ자형의 금형을 사용하여 가압하는, 강관의 확관 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2 스텝에서는, 상기 강관 두께의 감소가 시작되면, 상기 강관의 개구단부를 누르는 가압력을 상승시키는, 강관의 확관 성형 방법.
제5항에 있어서,

상기 제2 스텝에서는, 상기 개구단부로의 가압력을 소정의 제1 압력까지 상승시켜, 상기 강관 두께의 감소가 시작될 때까지 대기하고, 상기 두께의 감소가 시작되면 상기 개구단부로의 가압력을 소정의 제2 압력을 향해 상승시키는, 강관의 확관 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 강관은, 이형(異形) 단면을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 방법.
제3항에 있어서,

상기 제2 스텝에서는, 상기 강관 두께의 감소가 시작되면, 상기 강관의 개구단부를 누르는 가압력을 상승시키는, 강관의 확관 성형 방법.
제8항에 있어서,

상기 제2 스텝에서는, 상기 개구단부로의 가압력을 소정의 제1 압력까지 상승시켜, 상기 강관 두께의 감소가 시작될 때까지 대기하고, 상기 두께의 감소가 시 작되면 상기 개구단부로의 가압력을 소정의 제2 압력을 향해 상승시키는, 강관의 확관 성형 방법.
제3항에 있어서,

상기 강관은, 이형 단면을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 방법.
제5항에 있어서,

상기 강관은, 이형 단면을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 방법.
확관(擴管) 성형용의 펀치와,

상기 펀치를 강관의 개구단부로부터 삽입하기 위한 삽입 기구와,

상기 펀치가 상기 강관의 개구단부로부터 삽입될 때, 상기 개구단부를 상기 펀치의 삽입 방향을 향해 가압하는 가압부

를 구비하고 있는, 강관의 확관 성형 장치.
제12항에 있어서,

상기 삽입 기구를 제어하는 제어부를 더 구비하고 있고,

상기 제어부는, 상기 강관의 개구단부에 상기 펀치가 삽입되어 가서, 상기 강관 두께의 감소가 시작되면 상기 개구단부를 가압하는 힘을 상승시키도록 상기 가압부를 제어하는, 강관의 확관 성형 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 가압부는, 대략 ㄷ자형의 금형인, 강관의 확관 성형 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 펀치는, 상기 강관의 개구단부로부터의 삽입 방향으로 평행한 면을 포함하는 제1 부와, 상기 제1 부에 평행한 면을 포함하는 제2 부를 가지고 있고,

상기 제2 부에는, 상기 제1 부에 포함되는 면과 평행하게 상기 제1 부에 포함되는 면과의 거리가 상이한 복수개의 면이 포함되어 있고, 상기 복수개의 면은 테이퍼부를 통하여 연결되어 있는, 강관의 확관 성형 장치.
제14항에 있어서,

상기 펀치는, 상기 강관의 개구단부로부터의 삽입 방향으로 평행한 면을 포함하는 제1 부와, 상기 제1 부에 평행한 면을 포함하는 제2 부를 가지고 있고,

상기 제2 부에는, 상기 제1 부에 포함되는 면과 평행하게 상기 제1 부에 포함되는 면과의 거리가 상이한 복수개의 면이 포함되어 있고, 상기 복수개의 면은 테이퍼부를 통하여 연결되어 있는, 강관의 확관 성형 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 강관은, 이형 단면을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 장치.
제14항에 있어서,

상기 강관은, 이형 단면을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 장치.
제15항에 있어서,

상기 강관은, 이형 단면을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 강관은, 단면 형상에 있어서, 서로 평행한 한쌍의 변을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 장치.
제14항에 있어서,

상기 강관은, 단면 형상에 있어서, 서로 평행한 한쌍의 변을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 장치.
제15항에 있어서,

상기 강관은, 단면 형상에 있어서, 서로 평행한 한쌍의 변을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 장치.
제16항에 있어서,

상기 강관은, 단면 형상에 있어서, 서로 평행한 한쌍의 변을 가지고 있는, 강관의 확관 성형 장치.