KR20150017001A

KR20150017001A - 스피닝 성형 장치 및 성형 방법

Info

Publication number: KR20150017001A
Application number: KR1020157001395A
Authority: KR
Inventors: 히데유키 오기시; 하야토 이와사키; 요시히데 이마무라; 유토 사카네; 토시로 츠지; 히로시 키타노; 카즈노리 하라
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2015-02-13
Also published as: WO2014024384A1; JPWO2014024384A1; US20150202677A1; EP2883629B1; CA2880666A1; CN104487185B; JP5751687B2; SG11201501000PA; KR101508108B1; CA2880666C; EP2883629A4; CN104487185A; US10092941B2; EP2883629A1

Abstract

스피닝 성형 장치(101)는 성형할 판재(W)를 회전축(S) 주위로 회전시키면서 성형을 하는 것으로, 판재(W)가 장착되며 해당 판재(W)를 회전축(S) 주위로 회전시키는 유지 부재(1)와, 판재(W)의 제1 주면에 접촉시킴으로써 판재(W)를 가공하여 성형하는 가공 도구(4)와, 판재(W)를 가열하는 가열기(5)를 구비하고 있다. 가열기(5)는 판재(W)를 사이에 두고 가공 도구(4)와 반대 측에 배치되어 있으며, 회전축(S)을 중심으로 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 위치와 동일 원주 상에 있는 위치에서, 판재(W)의 제1 주면과 반대 측의 제2 주면을 국부적으로 가열하도록 구성되어 있다.

Description

스피닝 성형 장치 및 성형 방법{SPINNING MOLDING DEVICE AND MOLDING METHOD}

본 발명은 성형할 판재를 회전축 주위로 회전시키면서 성형을 하는 스피닝 성형 장치 및 성형 방법에 관한 것이다.

종래, 철강 재료, 알루미늄 합금, 순수 티타늄 등의 판재를 소정의 회전축 주위로 회전시키면서 해당 판재에 가공 도구를 접촉시킴으로써 해당 판재를 가공하여 성형하는 스피닝 성형 방법이 알려져 있다.

또한, 티타늄 합금과 같은 일반적으로 가공이 어려운 재료에 있어서도 재료비 절감 및 가공비 절감을 위해, 단조품의 깎아내기에 의한 가공 대신에, 판재를 가공하는 스피닝 성형 방법의 적용이 기대되고 있다. 하지만, 예를 들어 Ti-6Al-4V와 같은 티타늄 합금은 상온에서는 내력이 높고 연성이 부족하기 때문에 종래 일반적으로 행해지고 있는 냉간(상온) 스피닝 성형 방법을 그대로 적용하면, 재료에 균열이 발생해버려 능숙하게 성형할 수 없다. 이 때문에, 판재를 가열하여 열간 스피닝 성형을 할 필요가 있다.

이와 같은 열간 스피닝 성형에 대해서는 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1의 구성에 있어서는 버너에 의해 판재의 표면을 가열한 후에 판재의 가공을 하고 있다.

그런데, 특허문헌1과 같은 버너를 이용한 열간 스피닝 성형에서는 판재가 광범위하게 가열된다. 이 때문에, 판재의 예를 들면 미성형 부분, 성형 완료 부분, 성형 대상 외 부분 등 비성형 부분도 가열되게 된다. 따라서 판재의 재질이나, 그 형상(특히 두께)에 따라서는 가공 시에 발생하는 응력으로 인해 판재의 미성형 부분에 있어서는 변형이 생겨 정밀도가 높은 가공을 할 수 없다는 문제가 있으며, 또한, 판재의 성형 완료 부분에 있어서는 균열이 발생한다는 문제가 있었다.

그래서 성형 부분에 가까운 위치를 국부적으로 가열하는 스피닝 성형 장치로서, 특허문헌 2의 구성이 제안되어 있다. 특허문헌 2의 구성에 있어서는 가공 도구인 주걱과 판재의 미성형 측의 부분 사이에서 가공 도구와 판재의 접촉 위치를 향해 가열기인 고주파 유도 가열용 코일이 배치되어 있다.

특허문헌 1: 일본특허공개 2007-283365호 특허문헌 2: 일본특허공개 2011-218427호

하지만, 특허문헌 2의 구성에 있어서는 가공 도구인 주걱과 판재의 미성형 측의 부분 사이에 가열기인 고주파 유도 가열용 코일의 선단부를 위치시키고 있기 때문에, 이하와 같은 문제가 발생한다. 즉, 가공 도구의 동작으로 인해 가열기의 배치 부분이 제한되기 때문에, 국부 가열을 하는데 최적의 부분에 가열기를 배치할 수 없고, 성형 부분을 적절하게 가열할 수 없다. 또한, 특허문헌 2의 구성에 있어서는 판재를 금형인 맨드릴의 형상을 따라 성형하는 것이 전제로 되어 있다. 이 때문에, 판재의 성형 부분이 맨드릴과 접촉하고 있음으로 인해 판재를 가열하는 열이 맨드릴에 전달됨으로써 빼앗겨서 충분히 온도가 상승하지 못하고(가열의 손실이 크고) 판재에 균열이 발생한다는 문제도 발생할 수 있다.

본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 판재의 성형 부분을 적절하게 가열하여 판재에 변형이나 균열을 발생시키지 않고 성형을 할 수 있는 스피닝 성형 장치 및 스피닝 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 예의 연구를 한 결과, 티타늄 합금판 및 두께가 두꺼운 스테인레스 강판 등 특정 판재에 대해서는 판재를 국부적으로 가열할 경우, 가열하지 않는 부분에서 강성이 확보되는 때가 있고, 그러므로 금형을 사용하지 않아도 판재를 원하는 형상으로 성형할 수 있는 것을 발견했다. 본 발명은 이러한 관점에서 이루어진 것이다.

본 발명의 일례에 따른 스피닝 성형 장치는 성형할 판재를 회전축 주위로 회전시키면서 성형을 하는 스피닝 성형 장치이며, 상기 판재가 장착되는 받침 지그, 및 상기 판재를 상기 받침 지그와 함께 상기 회전축 주위로 회전시키는 회전 샤프트를 포함하는 유지 부재와, 상기 판재의 제1 주면에 접촉시킴으로써 판재를 가공하여 성형하는 가공 도구와, 상기 판재를 가열하는 가열기를 구비하고, 상기 가열기는 상기 판재를 사이에 두고 상기 가공 도구와 반대 측에 배치되어 있으며, 상기 회전축을 중심으로 상기 판재의 상기 가공 도구가 접촉하는 위치와 동일 원주 상에 있는 위치에서, 상기 판재의 제1 주면과 반대 측의 제2 주면을 국부적으로 가열하도록 구성되어 있다.

상기 구성에 따르면, 금형이 아니라 받침 지그가 이용되고 있기 때문에, 판재의 성형 부분의 가공 도구와 반대 측에 공간을 확보할 수 있으며, 그 공간에 가열기를 배치할 수 있다. 그 결과, 판재에 있어서의 가공 도구가 접촉하는 제1 주면과는 반대 측의 제2 주면이 국부적으로 가열되기 때문에, 가공 도구와 판재의 위치 관계에 상관없이 판재의 성형 부분을 적절하게 가열할 수 있다. 또한, 판재가 금형이 아닌 받침 지그에 장착되기 때문에, 성형 부분을 받침 지그와 비접촉으로 할 수 있는 동시에 가열에 의한 열이 받침 지그에 직접 전달되지 않고, 금형을 이용한 경우보다 효율적으로 가열할 수 있다. 따라서 판재에 변형이나 균열을 발생시키지 않고 성형을 할 수 있다.

상기 받침 지그는 상기 판재에 있어서의 성형 시작 위치에 의해 규정되는 원보다 작은 사이즈를 갖고 있어도 좋다. 이로써 성형 시작 위치에서 적절한 가열을 할 수 있다.

상기 가열기는 고주파 유도 가열에 의한 가열을 하는 것이어도 좋다. 이로써 국부적인 가열을 간단하고도 효율적으로 할 수 있다.

상기 스피닝 성형 장치는 상기 판재에 있어서의 상기 가공 도구의 접촉 위치보다 반경 방향 외측의 위치에서 상기 판재를 예비적으로 가열하는 예비 가열기를 구비하고 있어도 좋다. 이로써 성형 속도를 빠르게 하거나 판재가 두꺼운 경우에도 성형 속도를 느리게 하지 않고 성형에 필요한 온도까지 가열을 효율적으로 할 수 있다.

상기 가열기는 상기 회전축과 직교하는 방향으로 이중 원호형으로 형성된 코일을 포함하고 있어도 좋다. 이로써 성형 부분과 동일 원주 상을 더욱 효율적으로 가열할 수 있다.

상기 가열기는 상기 코일을 상기 판재와 반대 측에서 덮는 자성체의 코아와, 상기 코일 및 상기 코아를 넘어서 상기 판재를 향해 돌출하는 비자성체의 볼록부를 포함하고 있어도 좋다. 이로써 코일에 덮인 코아를 이용하여 코일에서 발생하는 자속이 외부로 누출되는 것을 방지함으로써 자속을 집중시켜 더욱 국부적이고 효율적으로 열량을 발생시킬 수 있다. 또한, 비자성체의 볼록부에 의해 코일 및 코아가 판재와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 코일의 전기적 단락을 방지할 수 있는 동시에 판재의 제2 주면에 있어서의 코아와 대향하는 부분에, 높은 표피 효과를 얻을 수 있다.

상기 스피닝 성형 장치는 상기 가공 도구의 접촉 위치보다 반경 방향 외측의 위치에서 상기 판재를 지지하는 보조 도구를 구비하고 있어도 좋다. 이로써 판재를 안정시켜 효율적으로 가열 및 성형을 할 수 있다.

상기 스피닝 성형 장치는 상기 가열기와 상기 판재의 성형 부분의 거리가, 미리 정해진 거리가 되도록, 상기 가열기를 상기 판재에 대해 상대 이동시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하고 있어도 좋다. 이로써 성형 시, 판재가 유지 부재의 회전축 방향으로 변위하여도 가열기와 판재의 성형 부분(가열 부분)의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 성형 시에 있어서 판재의 성형 부분의 가열을 성형 상태에 상관없이 일정하게 할 수 있다.

상기 스피닝 성형 장치는 상기 가열기를, 상기 가공 도구에 의한 성형 동작에 동조하여 이동시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하고 있어도 좋다. 이로써 가공 도구에 의한 성형 동작에 따라 가열기가 이동하기 때문에, 안정된 성형이 가능해진다. 또한, 가열기로 성형 부분을 확실하게 가열하고 나서 가공 도구에 의한 성형을 할 수 있기 때문에, 양호한 성형품을 얻을 수 있다.

상기 스피닝 성형 장치는 상기 가공 도구의 접촉 위치와 상기 회전축을 중심으로 하는 동일 원주 상에 있는 위치에서, 상기 판재의 표면 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 가열기의 출력을 조절하는 출력 조절기를 구비하며, 상기 출력 조절기는 상기 표면 온도가 소정의 온도 범위 내가 되도록 상기 가열기의 출력을 조절하여도 좋다. 이로써 실제의 판재의 성형 부분의 온도에 따라 가열기의 출력이 조절되기 때문에, 판재의 성형 부분의 온도를 더욱 적절하게 조절할 수 있다.

상기 스피닝 성형 장치는 상기 가공 도구가 상기 판재에 접촉하는데 따른 부하를 측정하는 부하 측정기와, 상기 가공 도구를, 상기 부하에 따른 이송 속도로 상기 판재에 대해 상대 이동시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하고 있어도 좋다. 판재를 회전시킬 때 판재에 대한 가공 도구의 이송 속도가 빠르면 성형 속도는 빠르지만 부하가 커지고 변형이나 균열의 리스크가 높아진다. 한편, 이송 속도가 느리면 부하는 작아지지만, 성형 속도가 느려진다. 따라서 부하가 소정의 범위 내가 되도록 가공 도구의 이송 속도를 제어함으로써 성형 속도를 가능한 한 떨어뜨리지 않고 적절한 성형을 할 수 있다.

예를 들어, 상기 판재는 티타늄 합금으로 이루어져 있어도 좋다.

본 발명의 다른 예에 따른 스피닝 성형 방법은 성형할 판재를 회전축 주위로 회전시키면서 성형을 하는 스피닝 성형 방법이며, 상기 판재를 유지 부재의 받침 지그에 장착하고 해당 판재를 상기 회전축 주위로 회전시키면서 상기 판재의 제1 주면에 가공 도구를 접촉시키고 상기 판재를 가공하여 성형하는 때에, 상기 판재를 사이에 두고 상기 가공 도구와 반대 측에 가열기를 배치하고, 상기 회전축을 중심으로 상기 판재의 상기 가공 도구가 접촉하는 위치와 동일 원주 상에 있는 위치에서, 상기 판재의 제1 주면과 반대 측의 제2 주면을 국부적으로 가열한다.

상기 방법에 따르면, 금형이 아니라 받침 지그가 이용되고 있기 때문에, 판재의 성형 부분의 가공 도구와 반대 측에 공간을 확보할 수 있으며, 그 공간에 가열기를 배치할 수 있다. 그 결과, 판재에 있어서의 가공 도구가 접촉하는 제1 주면과는 반대 측의 제2 주면이 국부적으로 가열되기 때문에, 가공 도구와 판재의 위치 관계에 상관없이 판재의 성형 부분을 적절하게 가열할 수 있다. 또한, 판재가 금형이 아닌 받침 지그에 장착되기 때문에, 성형 부분을 받침 지그와 비접촉으로 할 수 있는 동시에 가열에 의한 열이 받침 지그에 직접 전달되지 않아서 금형을 이용한 경우보다 효율적으로 가열할 수 있다. 따라서 판재에 변형이나 균열을 발생시키지 않고 성형을 할 수 있다.

본 발명은 이상으로 설명한 바와 같이 구성되어 판재의 성형 부분을 적절하게 가열함으로써 판재에 변형이나 균열을 발생시키지 않고 성형을 할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치를 나타낸 개략 구성도이다.
도 2a는 도 1에 나타낸 스피닝 성형 장치의 회전축, 가공 도구 및 가열기의 관계를 나타내는 저면도이고, 도 2b는 가열기의 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 스피닝 성형 장치의 제어 양태의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치를 나타낸 개략 구성도이다.
도 5는 판재의 두께에 대한 판재의 하면 측과 상면 측의 표면 온도 차이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치를 나타내는 개략 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동등한 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 중복되는 설명을 생략한다.

<제1 실시예>

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치를 나타낸 개략 구성도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치(101)는 판재(W)를 회전축(rotational axis)(S) 주위로 회전하는 유지 부재(1)를 구비하고 있다. 본 실시예에서는 회전축(S)은 연직 방향으로 연장되어 있지만, 회전축(S)이 연장되는 방향은 수평 방향이어도 좋고, 대각선 방향이어도 좋다.

유지 부재(1)에는 피성형 재료인 판재(W)가 금형을 개재하지 않고 장착된다. 더욱 상세하게는 유지 부재(1)는 회전축(S)에 대략 수직의 받침면(P)을 갖는 받침 지그(2)와, 받침 지그(2)가 상대 회전 불가능하게 설치되어 판재(W)를 받침 지그(2)와 함께 회전시키는 회전 샤프트(10)를 포함한다. 상술한 회전축(S)은 회전 샤프트(10)의 중심축이다. 판재(W)는 받침 지그(2)의 받침면(P) 상에 장착된다. 요컨대, 판재(W)는 회전축(S)과 대략 수직으로 교차하도록 배치된다. 판재(W)는 해당 판재(W)의 상부에 받침 지그(2)의 받침면(P)과 대향하도록 배치된 고정 지그(3)에 의해 받침면(P)에 고정된다. 이로써 유지 부재(1)의 회전 샤프트(10)가 회전축(S) 주위로 회전함에 따라 판재(W)가 회전축(S) 주위로 회전한다.

또한, 본 명세서에 있어서의 판재(W)는 평면으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 판재(W)는 적어도 일부에 곡면을 포함한 판재나 미리 절곡된 판재(성형 도중의 재료나 성형 후의 재료)이어도 좋다. 또한, 예를 들어 판재의 일부에 다른 판재를 부착하거나 주조에 의해 일체 성형된 듯한, 일부의 두께가 다른 부분과 다른 듯한 재료도 판재(W)에 포함된다.

또한, 판재(W)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 티타늄 합금, 니켈 베이스 합금, 코발트 베이스 합금, 고강도 강철, 고강도 스테인레스강, 마그네슘 합금 등 냉간 가공이 어려운 금속 재료가 바람직하다. 특히, 티타늄 합금과 같이, 상온과 고온(성형 온도)에 있어서의 내력 차이가 큰 재료에 있어서는 종래의 방법에서는 균열이나 변형이 발생하기 쉽다. 이 때문에, 이와 같은 재료의 성형에 있어서 본 실시예를 적용하는 것이 효과적이다. 다만, 냉간 가공을 실시할 수 있는 알루미늄 합금이나 순수 티타늄 등 금속 재료에도 마찬가지로 본 실시예를 적용 가능하다. 냉간 가공을 실시할 수 있는 금속 재료이어도 판재의 두께가 두꺼운 경우에는 본 실시예를 적용하는 것이 효과적이다.

티타늄 합금에는 내식성 합금(예를 들면, Ti-0.15Pd), α합금(예를 들면, Ti-5Al-2.5Sn), α+β합금(예를 들면, Ti-6Al-4V), β합금(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al) 등이 있다.

스피닝 성형 장치(101)는 받침 지그(2)에 장착된 판재(W)의 제1 주면(主面)에 접촉시킴으로써 판재를 가공하여 성형하는 가공 도구(4)와, 판재(W)를 가열하는 가열기(5)를 더 구비하고 있다. 본 실시예에서는 가공 도구(4)가 접촉하는 제1 주면이 상면이고, 제1 주면과 반대 측의 제2 주면이 하면이지만, 제1 주면이 하면이고, 제2 주면이 상면이어도 좋다. 가열기(5)는 판재(W)를 사이에 두고 가공 도구(4)와 반대 측에 배치되어 있다. 그리고 가열기(5)는 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 위치와 회전축(S)을 중심으로 하는 동일 원주 상에 있는 위치에서, 판재(W)의 제2 주면을 국부적으로 가열하도록 구성되어 있다. 또한, 동일 원주 상이란, 예를 들어, 회전축(S)과 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 위치의 거리를 r로 하면, 회전축(S)에서의 거리가 r ± 10%가 되는 범위를 의미한다.

받침 지그(2)는 본 실시예에서는 평평한 원반 모양의 판재이다. 다만, 받침 지그(2)는 반드시 평평할 필요는 없고, 예를 들면, 판재(W)가 보울(bowl) 모양인 경우에는 판재(W)의 방향에 따라 받침면(P)의 중앙이 볼록하거나 오목하거나 해도 좋다. 혹은 받침 지그(2)는 예를 들어, 복수의 봉재가 종횡으로 결합된 우물정자형이어도 좋다. 또한, 판재(W)에는 받침 지그(2)와 겹치는 영역에 하나 또는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 받침 지그(2)의 받침면(P)에는 그 관통 구멍에 감합하는 위치 결정 핀이 설치되어 있어도 좋다.

받침 지그(2)는 판재(W)에 있어서의 성형 시작 위치에 의해 규정되는 원과 동일한 사이즈를 갖고 있어도 좋지만, 그 원보다 작은 사이즈를 갖고 있는 것이 바람직하다. 즉, 받침 지그(2)의 주변부는 판재(W)의 성형 시작 위치의 바로 아래에 가열기(5)를 배치할 수 있도록 판재(W)의 성형 시작 위치에서 반경 방향 내측으로 떨어져 있는 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서는 도 1에 도시된 바와 같이, 1개의 가공 도구(4)를 구비한 구성을 예시하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 가공 도구(4)는 복수 설치되어도 좋다. 이 경우, 복수의 가공 도구는 각각 판재(W)의 제1 주면에 접촉하도록 배치된다. 또한, 복수의 가공 도구는 예를 들어 서로 회전축(S)을 중심으로 한 동 일 원주 상에 있어서, 회전축(S) 주위로 180°이격하여 배치하는 것으로 해도 좋다. 가공 도구(4)가 위치하는 측을 판재(W)의 상면 측으로 하면 가열기(5)는 판재(W)의 하면 측에 배치된다.

도 2a는 도 1에 나타낸 스피닝 성형 장치의 회전축, 가공 도구 및 가열기의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 2a는 판재의 하면 측(가열기가 위치하는 측)에서 본 저면도이며, 도 1에 나타낸 회전 샤프트(10), 가공 도구(4), 가열기(5) 및 판재(W) 이외의 구성은 도시를 생략하고 있다. 본 실시예에 있어서는 가공 도구(4), 예를 들면 회전축(S)과 소정의 각도(도 1의 예에서는 약 90°)를 이루는 회전축(Q) 주위로 회전하는 가공 롤러를 가진다. 가공 도구(4)는 판재(W)의 상면 측에 위치하고, 판재(W)의 제1 주면에 회전축(Q) 주위로 회전하는 가공 롤러가 접촉함으로써 판재(W)가 아이어닝 가공 또는 드로잉 가공된다. 또한, 가열기(5)는 판재(W)의 하면 측에 위치한다. 가공 도구(4) 및 가열기(5)는 모두 서로 독립적으로 유지 부재(1)에 대해 삼차원적으로(적어도 회전축(S)의 축 방향 및 반경 방향으로) 이동 가능하게 구성되며, 회전축(S)에서의 거리가 같은 거리(r)(r은 가변)가 되도록 위치 제어된다. 또한, 가공 도구(4)는 상기 가공 롤러를 가진 것에 한정되지 않고 예를 들어 주걱 등을 가진 것이어도 좋다.

가열기(5)는 고주파 유도 가열에 의해 판재(W)의 제2 주면을 가열하는 코일(61)을 구비하고 있다. 고주파 유도 가열은 예를 들어, 주파수가 5KHz ~ 400KHz의 유도 가열이다. 코일(61)에는 유도 가열 전원(11)으로부터 전류가 공급된다. 본 실시예에 있어서는 가열기(5)는 위에서 볼 때 가공 도구(4)와 회전축(S)(유지 부재(1))에 대하여 대칭 위치(회전축(S)을 중심으로 한 원주 방향에 있어서 가열기(5)와 가공 도구(4)가 회전축(S) 주위로 θ = 180°이격된 위치)에 위치되어 있다. 또한, 가열기(5)의 위치는 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 측과는 반대 측이고, 또한 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 위치와 회전축(S)을 중심으로 하는 동일 원주 상에 있는 위치에서 판재(W)의 제2 주면을 국부적으로 가열 가능하는 한 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 위에서 볼 때, 가열기(5)와 가공 도구(4)의 중심각(θ)(각각과 중심축(S)을 잇는 선분의 원주 방향에 있어서 이루는 각)이 소정의 각도(0°≤ θ ≤ 360°)가 되도록 배치하여도 좋다.

가열기(5)의 코일(61)은 회전축(S)과 직교하는 방향으로 이중 원호형으로 형성되어 있다. 구체적으로는 코일(61)은 서로 평행한 내측 원호부 및 외측 원호부를 가진다. 또한, 가열기(5)는 도 2b에 나타낸 바와 같이, 코일(61)의 내측 원호부 및 외측 원호부를 판재(W)와 반대 측에서 개별적으로 덮는 코아(62)와, 코아(62)를 지지하는 베이스 플레이트(64)와, 코아(62)의 반경 방향 외측에서 베이스 플레이트(64)에 설치된 볼록부(63)를 포함한다. 코아(62)는 자성체이며, 코일(61)의 각 원호부 주위에 발생하는 자속을 집약한다. 볼록부(63)는 비자성체이며, 코일(61) 및 코아(62)를 넘어서 판재(W)를 향해 돌출되어 있다. 이와 같이 볼록부(63)가 설치되어 있으면, 볼록부(63)에 의해 코일(61) 및 코아(62)가 판재(W)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 코일(61)의 전기적 단락을 방지할 수 있는 동시에 판재(W)의 제2 주면에 있어서의 코아(62)와 대향하는 부분에, 높은 표피 효과를 얻을 수 있다. 또한, 코일(61)의 전기적 단락을 방지한다는 관점에서는 코일(61)의 표면에 절연성 도료를 도포해도 좋다.

가열기(5)의 코일(61)은 원호의 양단부와 회전축(S)의 원주 방향에 있어서 이루는 각이 대략 90°가 되는 듯한 초승달 형상으로 형성되어 있다. 이로써 성형 부분(A)과 회전축(S)을 중심으로 하는 동일 원주 상을 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 코일(61)의 형상은 이에 한정되지 않고, 원호의 양단부와 회전축(S)의 원주 방향에 있어서 이루는 각이 90°이외의 각도이어도 좋고, 원호의 일부에 직선부가 포함되어도 좋고, 직선의 조합을 포함하도록(절선형으로) 형성되어도 좋다. 또한, 원호형 코일(61) 대신에 원형으로 복수회 권선된 코일(원통 수회 권선 코일)을 원호형으로 늘어놓아도 좋고, 1개의 원통 수회 권선 코일만을 가열기(5)의 코일로 사용해도 좋다.

상기 구성의 스피닝 성형 장치(101)에 따르면, 금형이 아니라 받침 지그(2)가 이용되고 있기 때문에, 판재(W)의 성형 부분(A)의 가공 도구(4)와 반대 측에 공간을 확보할 수 있고, 그 공간에 가열기(5)를 배치할 수 있다. 그 결과, 판재(W)에 있어서의 가공 도구(4)가 접촉하는 제1 주면과는 반대 측의 제2 주면이 국부적으로 가열되기 때문에, 가공 도구(4)와 판재(W)의 위치 관계에 상관없이 판재(W)의 성형 부분(A)을 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 판재(W)가 금형이 아닌 받침 지그(2)에 장착되기 때문에, 성형 부분(A)을 받침 지그(2)와 비접촉으로 할 수 있다.

종래의 구성에 있어서는 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 측과는 반대 측에는 금형이 설치되는 것이 일반적이며, 이와 같은 금형이 존재함으로써 가열기(5)의 가열 코일을 배치하는 것이 곤란하였다. 왜냐하면, 가열 코일은 두께 약 수 mm 정도의 동관으로 이루어진 유도 가열 코일이며, 이 코일의 일부에 두께가 수 mm ~ 30mm 정도의 자속 집중용 코아를 설치하는 경우도 있다. 이와 같이 가열 코일을 배치하려면 어느 정도의 공간이 필요하며, 금형을 이용하면서 가열 코일을 성형 부분(A)의 바로 아래에 배치하려고 하면, 금형과 가열기가 접촉해버려 바람직하지 않다. 반면에, 본 실시예에 있어서는 금형을 이용하지 않는 구성으로 하고 있으며, 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 측과 반대 측인, 가공 도구(4)에 의한 판재(W)의 성형 부분(A)의 바로 아래에 가열기(5)를 배치하고 있다. 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 측에 가열기(5)를 배치하면, 판재(W)의 성형 형상에 따라 가열기(5)의 가열 코일의 형상이 제한받지만, 판재(W)에 대해 가공 도구(4)가 접촉하는 측과는 반대 측(종래의 구성이면 금형이 존재하는 측)에 가열기(5)의 가열 코일이 배치되기 때문에 판재(W)의 성형 형상에 가열기(5)의 가열 코일의 형상이 제한받지 않는다. 따라서 본 실시예의 구성에 따르면, 판재(W)에 대해 금형도 가공 도구(4)도 존재하지 않는 측에 가열기(5)가 배치되기 때문에, 해당 성형 부분(A)의 국부적인 가열을 쉽게 할 수 있다. 또한, 금형보다 현격하게 작은 받침 지그(2)를 이용함으로써 가열기(5)의 가열에 의한 열이 받침 지그(2)에 직접 전달되지 않아 금형을 이용한 경우보다 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 본 실시예에 있어서는 고주파 유도 가열에 의한 가열이 이루어진다. 이로써 국부적인 가열을 간단하고도 효율적으로 할 수 있다. 또한, 금형을 사용하지 않음으로써 금형의 제조비용을 절감할 수 있기 때문에, 성형 비용을 절감할 수 있다.

상술한 바와 같이, 받침 지그(2)는 판재(W)에 있어서의 성형 시작 위치에 의해 규정되는 원과 동일한 사이즈를 갖고 있어도 좋다. 다만, 이 경우에는 성형 시작 위치 근처만은 가열기(5)와 받침 지그(2)의 간섭으로 인해 가열기(9)의 가열 위치를 가공 도구의 접촉 위치와 동일 원주 상으로 할 수는 없다. 반면에, 받침 지그(2)가, 판재(W)에 있어서의 성형 시작 위치에 의해 규정되는 원보다 작은 사이즈를 갖고 있으면, 성형 시작 위치에서 적절한 가열을 할 수 있다.

본 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치(101)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 회전 샤프트(10)의 회전 제어를 하는 동시에 가공 도구(4) 및 가열기(5)의 위치 제어를 하는 성형기 컨트롤러(12)와, 가공 도구(4)가 판재(W)에 접촉하는데 따른 부하를 측정하는 부하 측정기(13)와, 판재(W)의 성형 부분(A)의 위치를 검출하는 변위 센서(14)를 더 구비하고 있다. 또한, 스피닝 성형 장치(101)는 가공 도구(4)의 접촉 위치와 회전축(S)을 중심으로 하는 동일 원주 상에 있는 위치(성형 부분(A))에서, 판재(W)의 표면 온도를 측정하는 방사 온도계(15)와, 가열기(5)의 출력을 조절하는 출력 조절기(16)를 구비하고 있다. 출력 조절기(16)는 유도 가열 전원(11)에서 출력되는 전류 값을 변경함으로써 가열기(5)의 출력을 조절하도록 구성되어 있다.

스피닝 성형 장치(101)는 성형 조건이나 각 구성의 운전 상황에 따라 각 구성 요소에 제어 명령을 전송하는 제어 장치(17)를 구비하고 있다. 예를 들어, 제어 장치(17)는 성형기 컨트롤러(12)로부터의 동작 상황(유지 부재(1), 가공 도구(4) 및 가열기(5)의 제어 상황), 부하 측정기(13)로부터의 가공 도구(4)의 판재(W)에 대한 부하 정보 및 변위 센서(14)로부터의 판재(W)의 성형 부분(A)의 위치 정보에 따라 회전 샤프트(10)의 회전 제어 및 가공 도구(4) 및 가열기(5)의 위치 제어를 실시하거나, 변위 센서(14) 및 방사 온도계(15)의 위치 제어를 실시한다. 또한, 제어 장치(17)는 방사 온도계(15)로부터의 판재(W)의 성형 부분(A)의 표면 온도 정보에 따라 가열기(5)의 출력 제어를 실시한다.

이하, 본 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치(101)의 제어 양태에 대해 일례를 나타내고 설명한다. 도 3은 도 1에 나타낸 스피닝 성형 장치의 제어 양태의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 여기서는 미리 유지 부재(1)에 소정의 판재(W)가 유지되고 있는 것으로 한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(17)는 먼저, 판재(W)의 종류, 성형 형상, 크기, 두께 등에 따라 유지 부재(1)의 회전 속도, 가공 도구(4)의 가공 롤러 이송 속도(회전축(S) 방향 이동 속도), 반경 방향 이동 속도(회전축(S)을 중심으로 하는 가공 롤러의 반경 방향 이동 속도) 및 성형 각도(판재(W)에 대한 가공 롤러의 회전축(Q) 기울기) 및 가열 온도 등 설정 정보를 취득한다(단계(S1)). 제어 장치(17)는 이러한 정보를 외부 장치로부터 취득하는 것으로 해도 좋고, 스피닝 성형 장치(101)가 저장부를 가지며, 제어 장치(17)가 해당 저장부에 저장된 정보를 판독함으로써 취득하는 것으로 해도 좋다.

설정 정보의 취득 후, 제어 장치(17)는 가공 도구(4), 가열기(5), 변위 센서(14) 및 방사 온도계(15)의 위치 결정을 한다(단계(S2)). 구체적으로는 제어 장치(17)는 가공 도구(4)의 가공 롤러가 판재(W)에 있어서의 소정의 성형 부분(A)에 접촉하도록 가공 도구(4)를 위치 결정하고, 해당 성형 부분(A)(회전축(S)을 중심으로 하는 동일 원주 상의 영역)을 가열하도록 가열기(5)를 위치 결정하고, 해당 성형 부분(A)의 변위를 측정할 수 있도록 변위 센서(14)를 위치 결정하고, 해당 성형 부분(A)의 표면 온도를 측정할 수 있도록 방사 온도계(15)를 위치 결정한다.

그 다음에, 제어 장치(17)는 회전 샤프트(10)를 회전축(S) 주위로 회전시킴으로써 판재(W)를 회전시키는 동시에, 가열기(5)에 의한 판재(W)의 성형 부분(A)의 가열을 시작한다(단계(S3)). 제어 장치(17)는 방사 온도계(15)가 검출하는 성형 부분(A)의 표면 온도를 취득하고, 해당 성형 부분(A)의 표면 온도가 성형 가능한 범위 내의 온도가 되어 있는지 여부를 판정한다(단계(S4)). 예를 들어, 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)로 이루어진 판재(W)를 사용하는 경우, 예를 들면 500~1000℃를 성형 가능한 온도로 설정할 수 있다.

출력 조절기(16)는 방사 온도계(15)에 의해 측정되는 판재(W)의 표면 온도가 소정의 온도 범위 내가 되도록 가열기(5)의 출력을 조절한다. 이로써 실제의 판재(W)의 성형 부분(A)의 온도에 따라 가열기(5)의 출력이 조절되기 때문에, 판재(W)의 성형 부분(A)의 온도를 더욱더 적절하게 조절할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 판재(W)에 있어서의 가공 도구(4)가 접촉하는 제1 주면의 표면 온도, 즉 가열기(5)가 위치하는 측(하면 측)과는 반대 측(상면 측)의 판재(W)의 표면 온도를 방사 온도계(15)로 측정하기 때문에, 방사 온도계 (15)가 가열기(5)에 간섭받지 않고 고정밀한 온도 측정을 할 수 있다. 다만, 방사 온도계(15)는 성형 부분(A)에 있어서 판재(W)의 제1 주면 및 제2 주면 모두의 온도를 측정하도록 복수 배치되어 있어도 좋다.

성형 부분(A)의 표면 온도가 성형 가능한 범위 내의 온도가 되어 있는 경우(단계(S4)에서 예), 가공 도구(4)를 이용하여 성형 부분(A)의 가공에 의한 성형을 시작한다(단계(S5)). 한편, 성형 부분(A)의 표면 온도가 성형 가능한 범위 외의 온도가 되어 있는 경우(단계(S4)에서 아니오), 성형 부분(A)의 표면 온도가 성형 가능한 범위 내의 온도가 될 때까지 가열기(5)의 출력을 조절한다.

제어 장치(17)는 가열기(5)를, 가공 도구(4)에 의한 성형 동작에 동조(동기)하여 이동시키도록 제어한다. 또한, 동조에는 가공 도구(4)의 이동에 추종하여 가열기(5)를 이동시키는 것과, 가열기(5)에 의한 가열이 완료되고 나서(성형 부분(A)의 표면 온도가 성형 가능한 범위 내가 되고 나서) 가공 도구(4)에 의한 성형을 시작하는(가공 롤러를 판재(W)의 성형 부분(A)에 접촉시키는) 것을 포함한다. 이로써 가공 도구(4)에 의한 성형 동작에 따라 가열기(5)가 이동하기 때문에 안정된 성형이 가능해진다. 또한, 가열기(5)에서 성형 부분(A)을 확실하게 가열하고 나서 가공 도구(4)에 의한 성형을 할 수 있기 때문에, 양호한 성형품을 얻을 수 있다.

또한, 제어 장치(17)는 가공 도구(4)를, 부하 측정기(13)에 의해 검출된 부하에 따른 이송 속도로 판재(W)에 대해 상대 이동시키도록 제어한다. 구체적으로는 제어 장치(17)는 부하 측정기(13)에 의해 검출된 부하가 미리 설정되어 있는 성형 가능한 범위 내에 있는지 여부를 판정한다(단계(S6)). 부하가 성형 가능한 범위 내에 있다고 판정되었을 경우(단계(S6)에서 예), 가공을 계속한다. 또한, 부하가 성형 가능한 범위 외에 있다고 판정되었을 경우(단계(S6)에서 아니오), 가공 롤러의 이송 속도를 변경하는 제어를 한다(단계(S7)). 가공 롤러의 이송 속도를 변경하는 제어는 부하가 성형 가능한 범위 내가 될 때까지 반복 수행된다.

판재(W)를 회전시킬 때 판재(W)에 대한 가공 도구(4)의 이송 속도가 빠르면 성형 속도는 빠르지만 부하가 커져 균열이나 변형의 리스크가 높아진다. 한편, 이송 속도가 느리면 부하는 작아지지만, 성형 속도가 느려진다. 그래서 부하가 소정의 범위 내가 되도록 가공 도구(4)의 이송 속도를 제어함으로써 성형 속도를 가능한 한 떨어뜨리지 않고 적절한 성형을 할 수 있다.

또한, 제어 장치(17)는 변위 센서(14)에 의해 검출된 판재(W)의 성형 부분(A)의 위치 정보와, 성형기 컨트롤러(12)에서 얻어진 가열기(5)의 위치 제어 정보로부터 가열기(5)와 판재(W)의 성형 부분(A)의 거리(h)가 미리 정해진 범위 내(예를 들면 1mm ~ 10mm)에 있는지 여부를 판정한다(단계(S8)). 가열기(5)와 성형 부분(A)의 거리(h)가 미리 정해진 범위 내에 있는 경우(단계(S8)에서 예), 가공을 계속한다. 또한, 거리(h)가 미리 정해진 범위 내에 없는 경우(단계(S8)에서 아니오), 해당 거리(h)가 미리 정해진 거리가 되도록 가열기(5)를 판재(W)에 대해 상대 이동시키도록 제어한다(단계(S9)).

이로써 가공 도구에 의한 성형 시, 판재(W)가 유지 부재(1)의 회전축(S) 방향으로 변위하여도 가열기(5)와 판재(W)의 성형 부분(가열 부분)(A)의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 특히, 본 실시예와 같이 고주파 유도 가열용 코일(61)을 사용하는 가열기(5)에 있어서는 판재(W) 성형 부분(A)에 대한 코일(61)의 거리(h)가 변화하면, 코일(61)로부터 판재(W)에 가해지는 열량이 비교적 크게 변화한다. 따라서 가열기(5)와 판재(W) 성형 부분(A) 사이의 거리(h)를 일정하게 유지함으로써 가공 시에 있어서 판재(W)의 성형 부분(A)의 가열을 가공 상태에 상관없이 일정하게 할 수 있다.

이와 같은 제어를 수행하면서 성형이 이루어진다. 그리고 제어 장치(17)는 소정의 성형 타이밍마다 성형이 완료되었는지 여부를 판정한다(단계(S10)). 성형이 완료되어 있지 않을 경우(단계(S10)에서 아니오), 제어 장치(17)는 성형 공정을 계속한다(단계(S3~S9)). 성형이 완료되었을 경우(단계(S10)에서 예), 제어 장치(17)는 처리를 종료한다.

본 실시예에 있어서는 금형을 사용하고 있지 않다. 그 대신에, 변위 센서(14)로부터의 위치 정보로 판재(W)의 성형 부분(A)의 위치를 파악할 수 있기 때문에, 이에 기초하여 가공 도구(4) 및 가열기(5)를 적절하게 제어할 수 있고, 판재(W)를 원하는 형상으로 고정밀도로 성형할 수 있다. 또한, 부하 측정기(13)로부터의 부하 정보로 판재(W)의 성형 부분(A)의 부하 크기를 파악할 수 있기 때문에, 이에 의해서도 금형을 사용하지 않고 판재(W)의 성형 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서는 가열기(5)로서 고주파 유도 가열용 코일(61)을 이용한 구성에 대해 설명했지만, 회전축(S)을 중심으로 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 위치와 동일 원주 상에 있는 위치에서, 판재(W)에 있어서의 가공 도구(4)가 접촉하는 제1 주면과는 반대 측의 제2 주면을 국부적으로 가열하는 것이 가능한 가열기이면 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 가열기(5)로서, 마찰 가열기를 채용하는 것도 가능하다.

<제2 실시예>

이하, 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 본 실시예에 있어서 제1 실시예와 같은 구성에 대해서는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 본 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치(102)가 제1 실시예와 다른 점은 도 4에 나타낸 바와 같이, 가공 도구(4)의 접촉 위치(성형 부분(A))보다 반경 방향 외측의 위치(성형 진행 방향에 있어서 판재(W)의 미성형 부분 측에 있는 위치(예비 가열 부분(B)))에서, 판재(W)를 예비적으로 가열하는 예비 가열기(7)를 더 구비하고 있는 것이다. 또한, 도 4에는 제어 장치(17)나 부하 측정기(13) 등의 제어에 관한 구성은 도시를 생략하고 있다.

여기서, 성형 진행 방향은 판재(W)에 있어서의 가공 도구(4)에 의한 성형이 진행되는 방향으로 정의된다. 도 4의 예에 있어서, 성형 진행 방향은 회전축(S)의 반경 방향 내측에서 외측으로 향하는 방향이다. 이 경우, 예비 가열기(7)는 가열기(5)보다 회전축(S)의 반경 방향 외측에 배치된다.

본 실시예에 있어서, 예비 가열기(7)는 판재(W)의 가열기(5)가 가열하는 측과는 반대 측이고 또한 판재(W)의 가열기(5)가 가열하는 위치(성형 부분(A))보다 회전축(S)의 반경 방향 외측의 위치와 회전축(S)을 중심으로 하는 동일 원주 상에 있는 위치(예비 가열 부분(B))를 가열하도록 구성되어 있다. 즉, 예비 가열기(7)는 판재(W)의 미성형 부분을 예비적으로 가열하도록 구성된다. 또한, 예비 가열기(7)는 가열기(5)와 마찬가지로, 고주파 유도 가열에 의한 가열이 채용되지만, 예비 가열기(7)에 있어서는 버너 등에 의한 가열이라도 좋다. 예를 들어, 예비 가열기(7)는 가열기(5)와 마찬가지로 회전축(S)과 직교하는 방향으로 이중 원호형으로 형성된 코일을 포함한다. 회전축(S)에서 예비 가열기(7)까지의 거리는 회전축(S)에서 가열기(5)까지의 거리보다 멀기 때문에, 예비 가열기(7)의 코일의 곡률 반경은 가열기(5)의 코일(61)의 곡률 반경보다 큰 것이 바람직하다.

예비 가열기(7)는 예비 가열 부분(B)의 온도가, 가공 도구(4)의 성형 부분(A)에 대한 압박력 영향으로 예비 가열 부분(B)이 변형하지 않을 정도의 온도가 되도록 출력이 조절된다. 예를 들어, 가열기(5)에 의한 가열보다 약한 가열을 하는 것이 바람직하다. 또한, 예비 가열기(7)의 가열 능력을 가열기(5)의 가열 능력보다 낮추기 위해서는 예비 가열기(7)의 출력을 가열기(5)의 출력보다 낮은 출력으로 해도 좋고, 이에 더하여 또는 이 대신에, 같은 출력의 가열기에 있어서 예비 가열기(7)와 판재(W)의 거리를 가열기(5)와 판재(W)의 거리보다 길게 하거나 해도 좋다. 또한, 예비 가열 부분(B)은 성형 부분(A)에 인접하는 것이 바람직하다.

예비 가열기(7)에 의해 미성형 부분인 예비 가열 부분(B)이 예비적으로 가열되기 때문에, 가열기(5)에 의한 국부적인 가열 시에 온도 상승이 빨라진다. 이로써 가공 속도를 빠르게 하거나 판재(W)가 두꺼운 경우에도 가공 속도를 느리게 하지 않고 성형에 필요한 온도까지 가열을 효율적으로 할 수 있다.

이와 같은 예비 가열은 판재(W)의 종류, 판재(W)의 두께, 가열 온도, 가공 도구(4)의 능력(예를 들어 가공 롤러의 추력)에 따라 적절하게 사용할 수 있다. 특히, 판재(W)의 두께와 판재(W)의 상하면의 표면 온도 차이와 가공 도구(4)의 능력의 관계에 따라 예비 가열의 필요 여부를 검토할 수 있다. 도 5는 판재의 두께에 대한 판재의 하면과 상면의 표면 온도 차이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5는 티타늄 합금인 Ti-6Al-4V로 이루어진 판재(W)의 가열기(5)가 가열하는 제2 주면의 온도가 900℃인 경우의 제2 주면과 제1 주면의 온도 차이(하면 측 표면 온도 - 상면 측 표면 온도)를 나타낸다.

도 5에 있어서 사선으로 나타낸 영역(X)(두께(Dth) 이상이고 표면 온도 차이(Tth) 이상의 영역)이 예비 가열을 이용하는 것이 효과적인 영역을 나타내고 있다. 이 영역(X)은 가공 도구(4)의 능력 중 하나인 가공 롤러의 추력에 따라 변화한다. 즉, 가공 롤러의 추력이 커지면 두께의 임계값(Dth) 및 표면 온도 차이의 임계값(Tth)은 더 큰 값이 된다. 또한, 가공 롤러의 추력이 작아지면 두께의 임계 값(Dth) 및 표면 온도 차이의 임계값(Tth)은 더 작은 값이 된다. 요컨대, 가공 롤러의 추력이 작아지면 더 작은 두께 또는 표면 온도 차이라도 예비 가열을 하는 건이 바람직하다.

또한, 성형 진행 방향이, 회전축(S)의 반경 방향 외측에서 내측을 향하는 방향인 경우, 예비 가열기(7)는 판재(W)의 가열기(5)가 가열하는 위치보다 회전축(S)의 반경 방향 내측의 위치와 회전축(S)을 중심으로 하는 동일 원주 상에 있는 위치를 가열함으로써 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 예비 가열기(7)는 판재(W) 가열기(5)가 가열하는 위치보다 회전축(S)의 반경 방향 외측의 위치와 회전축(S)을 중심으로 하는 동일 원주 상에 있는 위치를 가열 가능한 한 어떻게 배치해도 좋다. 예를 들어 예비 가열기(7)는 판재(W)에 있어서 가열기(5)와 같은 측을 가열하도록 배치하는 것으로 해도 좋다. 또한, 본 실시예에 있어서는 예비 가열기(7)는 가열기(5)와 회전축(S)을 중심으로 하는 원주 방향에 대해 대략 동일 위치에 배치되어 있지만, 원주 방향으로 어긋난 위치에 배치되어도 좋다.

<제3 실시예>

이하, 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 본 실시예에 있어서의 스피닝 성형 장치(103)가 제1 실시예와 다른 점은 도 6에 나타낸 바와 같이, 판재(W)의 미성형 부분에 접촉하며, 가공 도구(4)의 접촉 위치보다 반경 방향 외측의 위치에서 판재(W)를 지지하는 보조 도구(8)를 더 구비하고 있는 것이다. 또한, 도 6에는 제어 장치(17)나 부하 계측기(13) 등의 제어에 대한 구성은 도시를 생략하고 있다.

본 실시예에 있어서, 보조 도구(8)는 판재(W)의 미성형 부분에 접촉됨으로써 종동 회전하는 보조 롤러로 구성된다. 다만, 보조 도구(8)의 구성은 판재(W)에 접촉한 상태에서 판재(W)를 긁지 않는(접촉에 의한 마찰력이 작은) 구성이면, 이와 같은 롤러에 한정되지 않는다.

이와 같은 보조 도구(8)를 이용함으로써 판재(W)를 안정시키고 효율적으로 가열 및 가공을 할 수 있다. 즉, 보조 도구(8)에 의해 판재(W)의 미성형 부분이 유지됨으로써 가공 도구(4)에 의한 가공을 할 때에 발생하는 판재(W) 외주연의 회전축(S) 방향 흔들림을 억제할 수 있다. 이로써 가열기(5)에 의한 가열을 판재(W)의 성형 부분에 상관없이 균일화할 수 있다. 또한, 가공 도구(4)의 판재(W)에 가하는 압박력을 판재(W)의 성형 부분에 상관없이 균일화할 수 있다. 따라서 판재(W)의 성형 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 보조 도구(8)는 판재(W)의 미성형 부분에 접촉하는 한, 어떻게 배치해도 좋다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 보조 도구(8)는 판재(W)의 가공 도구(4)가 접촉하는 측과 같은 측에 설치하여도 좋고, 반대 측에 설치해도 좋다. 또한, 보조 도구(8)는 1개라도 복수라도 좋다.

이상, 상기 실시예는 예시이며 이에 한정되는 것이 아니다. 본 발명은 상기에서 설명한 범위가 아니라 특허청구범위에 의해 나타나며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위에서 모든 변경이 의도된다. 예를 들어, 복수의 상기 실시예에 있어서의 각 구성 요소를 임의로 조합하는 것으로 해도 좋다.

본 발명의 스피닝 성형 장치 및 스피닝 성형 방법은 판재의 성형 부분을 적절하게 가열함으로써 판재에 변형이나 균열을 발생시키지 않고 성형을 하기 위해 유용하다.

1: 유지 부재 2: 받침 지그
3: 고정 지그 4: 가공 도구
5: 가열기 61: 코일
62: 코아 63: 볼록부
7: 예비 가열기 8: 보조 도구
10: 회전 샤프트 11: 유도 가열 전원
12: 성형기 컨트롤러 13: 부하 측정기
14: 변위 센서 15: 방사 온도계
16: 출력 조절기 17: 제어 장치
101~103: 스피닝 성형 장치 P: 받침면
Q: 가공 도구의 회전축 S: 유지 부재의 회전축
W: 판재

Claims

성형할 판재를 회전축 주위로 회전시키면서 성형을 하는 스피닝 성형 장치이며,
상기 판재가 장착되는 받침 지그, 및 상기 판재를 상기 받침 지그와 함께 상기 회전축 주위로 회전시키는 회전 샤프트를 포함하는 유지 부재와,
상기 판재의 제1 주면에 접촉시킴으로써 판재를 가공하여 성형하는 가공 도구와,
상기 판재를 가열하는 가열기를 구비하고,
상기 가열기는 상기 판재를 사이에 두고 상기 가공 도구와 반대 측에 배치되어 있으며, 상기 회전축을 중심으로 상기 판재의 상기 가공 도구가 접촉하는 위치와 동일 원주 상에 있는 위치에서, 상기 판재의 제1 주면과 반대 측의 제2 주면을 국부적으로 가열하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 받침 지그는 상기 판재에 있어서의 성형 시작 위치에 의해 규정되는 원보다 작은 사이즈를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가열기는 고주파 유도 가열에 의한 가열을 하는 것임을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판재에 있어서의 상기 가공 도구의 접촉 위치보다 반경 방향 외측의 위치에서 상기 판재를 예비적으로 가열하는 예비 가열기를 구비하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열기는 상기 회전축과 직교하는 방향으로 이중 원호형으로 형성된 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 가열기는 상기 코일을 상기 판재와 반대 측에서 덮는 자성체의 코아와, 상기 코일 및 상기 코아를 넘어서 상기 판재를 향해 돌출하는 볼록 비자성체의 볼록부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 도구의 접촉 위치보다 반경 방향 외측의 위치에서 상기 판재를 지지하는 보조 도구를 구비하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열기와 상기 판재의 성형 부분의 거리가 미리 정해진 거리가 되도록, 상기 가열기를 상기 판재에 대해 상대 이동시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열기를, 상기 가공 도구에 의한 성형 동작에 동조하여 이동시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 도구의 접촉 위치와 상기 회전축을 중심으로 하는 동일 원주 상에 있는 위치에서, 상기 판재의 표면 온도를 측정하는 방사 온도계와,
상기 가열기의 출력을 조절하는 출력 조절기를 구비하며,
상기 출력 조절기는 상기 표면 온도가 소정의 온도 범위 내가 되도록 상기 가열기의 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 도구가 상기 판재에 접촉하는데 따른 부하를 측정하는 부하 측정기와,
상기 가공 도구를, 상기 부하에 따른 이송 속도로 상기 판재에 대해 상대 이동시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판재는 티타늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 장치.
성형할 판재를 회전축 주위로 회전시키면서 성형을 하는 스피닝 성형 방법이며,
상기 판재를 유지 부재의 받침 지그에 장착하고 해당 판재를 상기 회전축 주위로 회전시키면서 상기 판재의 제1 주면에 가공 도구를 접촉시키고 상기 판재를 가공하여 성형하는 때에, 상기 판재를 사이에 두고 상기 가공 도구와 반대 측에 가열기를 배치하고, 상기 회전축을 중심으로 상기 판재의 상기 가공 도구가 접촉하는 위치와 동일 원주 상에 있는 위치에서, 상기 판재의 제1 주면과 반대 측의 제2 주면을 국부적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 판재에 있어서의 상기 가공 도구의 접촉 위치보다 반경 방향 외측의 위치에서 상기 판재를 예비적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 국부적인 가열을 하는 상기 가열기와 상기 판재의 성형 부분의 거리가, 미리 정해진 거리가 되도록, 상기 가열기를 상기 판재에 대해 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 방법.
제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 국부적인 가열을 하는 상기 가열기를, 상기 가공 도구에 의한 성형 동작에 동조하여 이동시키는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 방법.
제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 도구의 접촉 위치와 상기 회전축을 중심으로 하는 동일 원주 상에 있는 위치에서, 상기 판재의 표면 온도를 측정하고 해당 표면 온도가 소정의 온도 범위 내가 되도록 상기 국부적인 가열을 하는 상기 가열기의 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 방법.
제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 도구가 상기 판재에 접촉하는데 따른 부하를 측정하고,
상기 가공 도구를, 상기 부하에 따른 이송 속도로 상기 판재에 대해 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 방법.