KR20220141782A

KR20220141782A - 성형시스템, 및 성형방법

Info

Publication number: KR20220141782A
Application number: KR1020227015144A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 사이카; 노리에다 우에노
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-10-20
Also published as: CN114728386A; JPWO2021182349A1; WO2021182349A1; DE112021001494T5; US20220297176A1

Abstract

성형시스템은, 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형장치와, 성형금형으로부터 분리된 성형품으로부터 스케일을 제거함과 함께 상기 성형품을 냉각하는 제1 스케일제거부와, 제1 스케일제거부로 스케일이 제거됨과 함께 냉각된 성형품을 가공하는 가공부를 구비한다.

Description

성형시스템, 및 성형방법

본 발명은, 성형시스템, 및 성형방법에 관한 것이다.

종래, 성형시스템으로서, 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다. 이 성형시스템은, 금속재료를 가열하는 가열부와, 가열된 금속재료를 성형하는 성형금형을 갖는다. 성형장치는, 가열된 금속재료에 성형금형의 성형면을 접촉시킴으로써, 금속재료의 형상을 성형면에 대응하는 형상으로 한다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2009-220141호

여기에서, 상술한 특허문헌 1에 기재된 성형시스템은, 가열된 금속재료를 성형금형에 의하여 성형한다. 따라서, 성형품의 표면에는, 스케일(산화 스케일)이 발생한다. 따라서, 성형품의 표면의 스케일을 적합하게 제거하는 것이 요구된다. 또, 성형금형으로부터 취출된 성형품은, 고온상태이다. 당해 고온상태 그대로 가공을 행한 경우, 온도저하 시에 냉각수축의 영향으로, 가공정밀도가 저하되어 버린다. 그 때문에, 가공 전에 성형품의 냉각효율을 향상시키는 것이 요구된다. 이에 대하여, 스케일의 제거를 위한 별도의 장치, 및 냉각을 위한 별도의 장치를 마련함으로써, 각 처리를 개별적으로 행하는 것이 가능하다. 그러나, 이 경우, 필요한 장치, 및 설비가 증가해 버린다는 문제가 있다.

본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 필요한 장치, 및 설비의 증가를 억제하면서, 성형품의 스케일을 적합하게 제거하고, 또한, 성형품의 가공 전의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 성형시스템, 및 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 성형시스템은, 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형장치와, 성형금형으로부터 분리된 성형품으로부터 스케일을 제거함과 함께 상기 성형품을 냉각하는 제1 스케일제거부와, 제1 스케일제거부로 스케일이 제거됨과 함께 냉각된 성형품을 가공하는 가공부를 구비한다.

성형시스템은, 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형장치를 구비한다. 가열된 금속재료가 이용되기 때문에, 성형장치로 성형된 성형품에는, 산화에 의한 스케일이 발생하는 경우가 있다. 이에 대하여, 성형시스템은, 성형금형으로부터 분리된 성형품으로부터 스케일을 제거함과 함께 성형품을 냉각하는 제1 스케일제거부를 구비한다. 따라서, 제1 스케일제거부가, 성형품으로부터 스케일을 제거할 수 있다. 여기에서, 가공부는, 제1 스케일제거부에서 스케일이 제거됨과 함께 냉각된 성형품을 가공한다. 즉, 제1 스케일제거부는, 가공부에서의 가공이 행해지는 전(前) 단계에서, 성형품으로부터 스케일을 제거한다. 제1 스케일제거부는, 스케일을 제거함에 따라, 성형품을 동시에 냉각할 수 있다. 따라서, 제1 스케일제거부는, 가공 전에 성형품의 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 성형시스템은, 제1 스케일제거부가 스케일의 제거와 냉각을 일괄적으로 행할 수 있으므로, 필요한 장치, 및 설비를 적게 할 수 있다. 이상으로부터, 필요한 장치, 및 설비의 증가를 억제하면서, 성형품의 스케일을 적합하게 제거하고, 또한, 성형품의 가공 전의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

성형장치는, 금속재료로서의 금속파이프재료에 유체를 공급하는 유체공급부와, 팽창한 금속파이프재료를 성형면에 접촉시킴으로써 성형품을 성형하는 성형금형을 구비해도 된다. 이와 같은 성형장치는, 이른바 STAF성형을 행하는 장치이다. 당해 STAF성형 직후의 성형품은 고온상태가 되며, 또한, 스케일이 발생하는 경우가 있지만, 제1 스케일제거부가, 성형품으로부터 스케일을 적합하게 제거하고, 성형품을 냉각할 수 있다.

성형시스템은, 가공부로 가공된 성형품으로부터 스케일을 제거하는 제2 스케일제거부를 더 구비해도 된다. 예를 들면, 성형품 내에, 제1 스케일제거부에서 스케일을 완전히 제거할 수 없었던 개소가 있었던 경우, 제2 스케일제거부가 당해 개소의 스케일을 제거할 수 있다.

제1 스케일제거부 및 제2 스케일제거부는, 공통의 장치에 의하여 구성되어도 된다. 이 경우, 성형시스템의 장치의 수를 줄일 수 있다.

본 발명에 관한 성형방법은, 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형공정과, 성형금형으로부터 분리된 성형품으로부터 스케일을 제거함과 함께 성형품을 냉각하는 스케일제거공정과, 스케일제거공정에서 스케일이 제거됨과 함께 냉각된 성형품을 가공하는 가공공정을 구비한다.

이 성형방법에 의하면, 상술한 성형시스템과 동일한 취지의 작용·효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 성형품의 스케일을 적합하게 제거하고, 또한, 성형품의 가공 전에 냉각을 행할 수 있는 성형시스템, 및 성형방법을 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 관한 성형시스템의 구성을 나타내는 개략구성도이다.
도 2는 본 실시형태에 관한 성형시스템에서 이용되고 있는 성형장치(1)의 개략도이다.
도 3은 블로성형 시에 있어서의 금속파이프재료 및 성형금형의 상태를 나타내는 확대단면도이다.
도 4는 레이저가공장치에 의한 레이저가공의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 블라스트장치에 의한 블라스트의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 6은 제1 실시형태에 관한 성형방법을 나타내는 공정도이다.
도 7은 제2 실시형태에 관한 성형시스템의 구성을 나타내는 개략구성도이다.
도 8은 변형예에 관한 성형장치의 개략도이다.
도 9의 (a), 도 9의 (b)는 기체공급용의 노즐주변의 구조의 일례를 나타내는 도이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만, 각 도면에 있어서 동일부분 또는 상당부분에는 동일부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

[제1 실시형태]

도 1은, 제1 실시형태에 관한 성형시스템(100)의 구성을 나타내는 개략구성도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 성형시스템(100)은, 성형장치(1)와, 블라스트장치(50)(제1 스케일제거부)와, 레이저가공장치(70)(가공부)를 구비한다.

성형장치(1)는, 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 장치이다. 본 실시형태에서는, 성형장치(1)로서, 가열된 금속파이프재료에 유체를 공급하여 성형금형의 성형면에 접촉시킴으로써 성형 및 담금질을 행하는 STAF성형장치가 채용되고 있다. 이 성형장치(1)의 상세한 구성에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는, 본 실시형태에 관한 성형시스템(100)에서 이용되고 있는 성형장치(1)의 개략도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 성형장치(1)는, 블로성형에 의하여 중공(中空)형상을 갖는 금속파이프를 성형하는 장치이다. 본 실시형태에서는, 성형장치(1)는, 수평면 상에 설치된다. 성형장치(1)는, 성형금형(2)과, 구동기구(3)와, 지지부(4)와, 가열부(5)와, 유체공급부(6)와, 냉각부(7)와, 제어부(8)를 구비한다. 다만, 본 명세서에 있어서, 금속파이프재료(40)(금속재료)는, 성형장치(1)에서의 성형완료 전의 중공물품을 가리킨다. 금속파이프재료(40)는, 담금질 가능한 강종(鋼種)의 파이프재료이다. 또, 수평방향 중, 성형 시에 있어서 금속파이프재료(40)가 뻗는 방향을 "길이방향"이라고 칭하고, 길이방향과 직교하는 방향을 "폭방향"이라고 칭하는 경우가 있다.

성형금형(2)은, 금속파이프재료(40)로 금속파이프(140)를 성형하는 형틀이며, 상하방향으로 서로 대향하는 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)을 구비한다. 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)은, 강철제 블록으로 구성된다. 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)의 각각에는, 금속파이프재료(40)가 수용되는 오목부가 마련된다. 하측의 금형(11)과 상측의 금형(12)은, 서로 밀접한 상태(형폐쇄상태)이며, 각각의 오목부가 금속파이프재료를 성형해야 할 목표형상의 공간을 형성한다. 따라서, 각각의 오목부의 표면이 성형금형(2)의 성형면이 된다. 하측의 금형(11)은, 다이홀더 등을 개재하여 기대(基臺)(13)에 고정된다. 상측의 금형(12)은, 다이홀더 등을 개재하여 구동기구(3)의 슬라이드에 고정된다.

구동기구(3)는, 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12) 중 적어도 일방을 이동시키는 기구이다. 도 2에서는, 구동기구(3)는, 상측의 금형(12)만을 이동시키는 구성을 갖는다. 구동기구(3)는, 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)끼리가 맞대어지도록 상측의 금형(12)을 이동시키는 슬라이드(21)와, 상기 슬라이드(21)를 상측으로 당겨 올리는 힘을 발생시키는 액추에이터로서의 풀백(pull back) 실린더(22)와, 슬라이드(21)를 하강가압하는 구동원으로서의 메인 실린더(23)와, 메인 실린더(23)에 구동력을 부여하는 구동원(24)을 구비하고 있다.

지지부(4)는, 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)의 사이에 배치되는 금속파이프재료(40)를 지지하는 기구이다. 지지부(4)는, 성형금형(2)의 길이방향에 있어서의 일단(一端)측에서 금속파이프재료(40)를 지지하는 하측 전극(26) 및 상측 전극(27)과, 성형금형(2)의 길이방향에 있어서의 타단(他端)측에서 금속파이프재료(40)를 지지하는 하측 전극(26) 및 상측 전극(27)을 구비한다. 길이방향의 양측의 하측 전극(26) 및 상측 전극(27)은, 금속파이프재료(40)의 단부(端部) 부근을 상하방향으로부터 끼워 넣음으로써, 당해 금속파이프재료(40)를 지지한다. 다만, 하측 전극(26)의 상면 및 상측 전극(27)의 하면에는, 금속파이프재료(40)의 외주면에 대응하는 형상을 갖는 홈부가 형성된다. 하측 전극(26) 및 상측 전극(27)에는, 도시되지 않은 구동기구가 마련되어 있고, 각각 독립적으로 상하방향으로 이동할 수 있다.

가열부(5)는, 금속파이프재료(40)를 가열한다. 가열부(5)는, 금속파이프재료(40)에 통전함으로써 당해 금속파이프재료(40)를 가열하는 기구이다. 가열부(5)는, 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)의 사이에서, 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)으로부터 금속파이프재료(40)가 이간된 상태에서, 당해 금속파이프재료(40)를 가열한다. 가열부(5)는, 상술한 길이방향의 양측의 하측 전극(26) 및 상측 전극(27)과, 이들 전극(26, 27)을 통하여 금속파이프재료(40)로 전류를 흘려보내는 전원(28)을 구비한다. 다만, 가열부는, 성형장치(1)의 전(前) 공정에 배치하고, 외부에서 가열을 하는 것이어도 된다.

유체공급부(6)는, 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)의 사이에 지지된 금속파이프재료(40) 내에 고압의 유체를 공급하기 위한 기구이다. 유체공급부(6)는, 가열부(5)에서 가열됨으로써 고온상태가 된 금속파이프재료(40)에 고압의 유체를 공급하여, 금속파이프재료(40)를 팽창시킨다. 유체공급부(6)는, 성형금형(2)의 길이방향의 양단측에 마련된다. 유체공급부(6)는, 금속파이프재료(40)의 단부의 개구부로부터 당해 금속파이프재료(40)의 내부에 유체를 공급하는 노즐(31)과, 노즐(31)을 금속파이프재료(40)의 개구부에 대하여 진퇴이동시키는 구동기구(32)와, 노즐(31)을 통하여 금속파이프재료(40) 내에 고압의 유체를 공급하는 공급원(33)을 구비한다. 구동기구(32)는, 유체공급 시 및 배기 시에는 노즐(31)을 금속파이프재료(40)의 단부에 시일성을 확보한 상태에서 밀착시키고, 그 외의 경우에는 노즐(31)을 금속파이프재료(40)의 단부로부터 이간시킨다. 다만, 유체공급부(6)는, 유체로서, 고압의 공기나 불활성 가스 등의 기체를 공급해도 된다. 또, 유체공급부(6)는, 금속파이프재료(40)를 상하방향으로 이동하는 기구를 갖는 지지부(4)와 함께, 가열부(5)를 포함시켜 동일장치로 해도 된다.

냉각부(7)는, 성형금형(2)을 냉각하는 기구이다. 냉각부(7)는, 성형금형(2)을 냉각함으로써, 팽창한 금속파이프재료(40)가 성형금형(2)의 성형면과 접촉했을 때에, 금속파이프재료(40)를 급속히 냉각할 수 있다. 냉각부(7)는, 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)의 내부에 형성된 유로(36)와, 유로(36)에 냉각수를 공급하여 순환시키는 물순환기구(37)를 구비한다.

제어부(8)는, 성형장치(1) 전체를 제어하는 장치이다. 제어부(8)는, 구동기구(3), 지지부(4), 가열부(5), 유체공급부(6), 및 냉각부(7)를 제어한다. 제어부(8)는, 금속파이프재료(40)를 성형금형(2)으로 성형하는 동작을 반복하여 행한다.

구체적으로, 제어부(8)는, 예를 들면, 로봇암 등의 반송장치로부터의 반송타이밍을 제어하여, 열린 상태의 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)의 사이에 금속파이프재료(40)를 배치한다. 혹은, 제어부(8)는, 작업자가 수동으로 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)의 사이에 금속파이프재료(40)를 배치해도 된다. 또, 제어부(8)는, 길이방향의 양측의 하측 전극(26)으로 금속파이프재료(40)를 지지하고, 그 후에 상측 전극(27)을 하강시켜 당해 금속파이프재료(40)를 사이에 끼우도록, 지지부(4)의 액추에이터 등을 제어한다. 또, 제어부(8)는, 가열부(5)를 제어하여, 금속파이프재료(40)를 통전가열한다. 이로써, 금속파이프재료(40)에 축방향의 전류가 흐르고, 금속파이프재료(40) 자체의 전기저항에 의하여, 금속파이프재료(40) 자체가 줄(Joule)열에 의하여 발열한다.

제어부(8)는, 구동기구(3)를 제어하여 상측의 금형(12)을 하강시켜 하측의 금형(11)에 근접시키고, 성형금형(2)의 형폐쇄를 행한다. 그 한편, 제어부(8)는, 유체공급부(6)를 제어하여, 노즐(31)로 금속파이프재료(40)의 양단의 개구부를 시일함과 함께, 유체를 공급한다. 이로써, 가열에 의하여 연화된 금속파이프재료(40)가 팽창하여 성형금형(2)의 성형면과 접촉한다. 그리고, 금속파이프재료(40)는, 성형금형(2)의 성형면의 형상을 따르도록 성형된다. 다만, 플랜지가 부착된 금속파이프를 형성하는 경우, 하측의 금형(11)과 상측의 금형(12)의 사이의 간극에 금속파이프재료(40)의 일부를 진입시킨 후, 추가로 형폐쇄를 행하여, 당해 진입부를 눌러 찌부러뜨려 플랜지부로 한다. 금속파이프재료(40)가 성형면에 접촉하면, 냉각부(7)에서 냉각된 성형금형(2)으로 급랭됨으로써, 금속파이프재료(40)의 담금질이 실시된다.

도 3을 참조하여, 성형장치(1)의 성형의 수순에 대하여 설명한다. 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제어부(8)는, 성형금형(2)을 형폐쇄함과 함께, 유체공급부(6)에서 금속파이프재료(40)에 유체를 공급함으로써, 블로성형을 행한다(1차 블로). 1차 블로에서는, 제어부(8)는, 메인캐비티부(MC)에서 파이프부(43)를 성형함과 함께, 플랜지부(44)에 대응하는 부분을 서브캐비티부(SC)에 진입시킨다. 그리고, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제어부(8)는, 성형금형(2)을 더 형폐쇄함으로써, 서브캐비티부(SC)에 진입한 부분을 더 찌부러뜨림으로써, 플랜지부(44)를 성형한다. 다음으로, 제어부(8)는, 상측의 금형(12)을 상승시켜 금속파이프재료(40)로부터 이간시킴으로써, 형개방을 행한다. 이로써, 성형품(41)이 성형된다.

도 4의 (a)를 참조하여, 성형품(41)에 대하여 설명한다. 성형품(41)은, 파이프부(43) 및 플랜지부(44)를 갖는 성형본체부(45)와, 길이방향의 양단측의 피지지부(46)와, 성형본체부(45)와 피지지부(46)의 사이의 서변(徐變)부(47)를 구비한다. 성형본체부(45)는, 레이저가공이 이루어짐으로써 최종적인 제품이 되는 부분이다. 파이프부(43)는 중공의 부분이다. 플랜지부(44)는, 금속파이프재료(40)의 일부를 눌러 찌부러뜨림으로써 파이프부(43)로부터 돌출되는, 판상부분이다. 피지지부(46)는, 전극(26, 27)에 지지되는 원통상의 부분이다. 피지지부(46)에는, 노즐(31)이 삽입된다. 서변부(47)는, 피지지부(46)의 형상으로부터, 성형본체부(45)의 형상으로 변화하는 이행부분이다.

도 1로 되돌아가, 성형장치(1)로 성형된 성형품(41)은, 블라스트장치(50)에 공급된다. 성형품(41)은, 성형장치(1)에서 성형된 것부터 순차, 블라스트장치(50)에 공급되어도 된다. 혹은, 집적장소에 어느 정도의 수량의 성형품(41)이 집적된 후에, 일괄적으로 블라스트장치(50)에 공급되어도 된다.

블라스트장치(50)는, 성형장치(1)의 성형금형(2)으로부터 분리된 성형품(41)으로부터 스케일을 제거하는 장치이다. 스케일이란, 성형장치(1)에 있어서 금속파이프재료(40)를 가열함으로써, 재료의 표면에 형성된 산화 피막이다. 블라스트장치(50)는, 성형품(41)의 표면에 입자를 분사한다. 블라스트장치(50)는, 입자를 충돌시키는 것에 의한 충격에 의하여 성형품(41)의 표면으로부터 스케일을 제거한다.

또, 블라스트장치(50)는, 입자의 분사에 따라 성형품(41)에 대하여 송풍도 행하게 된다. 여기에서, 성형장치(1)에서는, 금속파이프재료(40)를 가열하여 팽창시키고 있다. 따라서, 성형장치(1)의 성형금형(2)으로부터 취출된 성형품(41)은, 상온에서 장시간 방치함으로써 자연냉각을 행하지 않는 한, 상온보다 온도가 높은 상태에 있다. 그 때문에, 블라스트장치(50)는, 성형품(41)을 적극적으로 냉각하는 냉각수단으로서도 기능한다. 다만, 적극적인 냉각이란, 성형품(41)에 대한 적극적인 처리를 행함으로써, 상온에서 방치하는 것보다 높은 냉각능력으로, 성형품(41)을 냉각하는 것이다.

도 5의 (a)는, 본 실시형태의 블라스트장치(50)를 나타내는 개략도이다. 본 실시형태에 관한 블라스트장치(50)는, 성형품(41)의 외주면의 스케일을 제거한다. 그 한편, 블라스트장치(50)는, 성형품(41)의 내부에 입자를 잔존시키지 않도록, 내주면에는 입자를 분사하지 않는다. 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 성형품(41)은, 금속파이프재료(40)의 일부를 눌러 찌부러뜨림으로써 플랜지부(44)를 갖는다. 성형품(41)의 내부공간에 있어서, 이와 같은 플랜지부(44)에는 입자가 잔존하기 쉽다. 따라서, 블라스트장치(50)는, 성형품(41)의 외주면에만 입자를 분사한다.

도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 블라스트장치(50)는, 설치부(51)와, 노즐(52)과, 차폐벽(53)을 갖는다. 설치부(51)는, 성형품(41)을 노즐(52)과 대향하는 위치에 설치하는 부분이다. 설치부(51)는, 도시되지 않은 지지부를 갖고 있고, 당해 지지부에서 성형품(41)을 지지한다. 이로써, 성형품(41)은, 블라스트에 적합한 위치, 및 자세로, 설치부(51)에 설치된다. 설치부(51)는, 성형품(41)을 매달아, 상하방향으로 뻗는 것 같은 자세로 설치한다. 노즐(52)은, 성형품(41)에 입자(55)를 조사하는 부재이다. 입자로서는, 예를 들면, 모래, 플라스틱, 드라이아이스, 철편(鐵片) 등의 재료가 채용된다. 노즐(52)은, 설치부(51)에 설치된 성형품(41)의 주위에 배치된다. 노즐(52)은, 분사구가 성형품(41)의 외주면을 향하도록 배치된다. 이로써, 노즐(52)은, 성형품(41)의 외주면에 입자(55)를 분사할 수 있다.

차폐벽(53)은, 입자(55)를 차폐시키는 벽체이다. 차폐벽(53)은, 설치부(51) 및 노즐(52)의 주위를 둘러싸도록 배치된다. 이로써, 차폐벽(53)은, 블라스트장치(50)의 주위에 입자(55)가 비산하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 차폐벽(53)은, 입자(55)가 성형장치(1)나 레이저가공장치(70)에 비산하는 것을 방지할 수 있다. 다만, 차폐벽(53)에 더하여, 블라스트장치(50)와 성형장치(1)의 사이의 공간을 구획하는 벽부, 및 블라스트장치(50)와 레이저가공장치(70)의 사이의 공간을 구획하는 벽부가 마련되어도 된다.

도 1로 되돌아가, 블라스트장치(50)에서 스케일이 제거된 성형품(41)은, 레이저가공장치(70)에 공급된다. 성형품(41)은, 블라스트장치(50)에서 스케일이 제거된 것부터 순차, 레이저가공장치(70)에 공급되어도 된다. 혹은, 집적장소에 어느 정도의 수량의 성형품(41)이 집적된 후에, 일괄적으로 레이저가공장치(70)에 공급되어도 된다. 성형품(41)을 집적시킨 경우, 자연방열에 의한 냉각효과에 의하여, 레이저가공 전에 성형품(41)의 온도를 낮춰둘 수 있다.

레이저가공장치(70)는, 블라스트장치(50)에서 스케일이 제거된 성형품(41)을 레이저로 가공하는 장치이다. 레이저가공장치(70)는, 레이저를 성형품(41)에 조사함으로써, 절단, 펀칭, 절결형성 등의 가공을 행한다.

도 4는, 레이저가공장치(70)에 의한 레이저가공의 모습을 나타내는 사시도이다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 레이저가공장치(70)는, 설치부(71)와, 레이저헤드(72)를 구비한다. 설치부(71)는, 성형품(41)을 레이저헤드(72)와 대향하는 위치에 설치하는 부분이다. 설치부(71)는, 도시되지 않은 지지부를 갖고 있고, 당해 지지부에서 성형품(41)을 지지한다. 이로써, 성형품(41)은, 레이저가공에 적합한 위치, 및 자세로, 설치부(51)에 설치된다. 레이저헤드(72)는, 성형품(41)에 레이저를 조사함으로써, 성형품(41)을 가공하는 부분이다.

레이저헤드(72)는, 성형본체부(45)의 양단부 부근을 절단함으로써, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 서변부(47) 및 피지지부(46)를 성형본체부(45)로부터 제거한다. 또, 레이저헤드(72)는, 성형본체부(45)의 소정의 위치에 구멍(49)을 형성한다.

다음으로, 도 6을 참조하여, 본 실시형태에 관한 성형방법에 대하여 설명한다. 도 6은, 본 실시형태에 관한 성형방법을 나타내는 공정도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 성형방법은, 성형공정 S10과, 블라스트공정 S20(스케일제거공정)과, 레이저가공공정 S30(가공공정)을 구비한다. 성형공정 S10은, 가열된 금속파이프재료(40)를 성형금형(2)으로 성형하는 공정이다. 성형공정 S10에서는, 도 2에 나타내는 성형장치(1)를 이용하여 성형품(41)의 성형이 행해진다. 블라스트공정 S20은, 성형금형(2)으로부터 분리된 성형품(41)으로부터 스케일을 제거함과 함께 성형품(41)을 냉각하는 공정이다. 블라스트공정 S20에서는, 도 5의 (a)에 나타내는 블라스트장치(50)가 블라스트처리를 행함으로써, 성형품(41)으로부터 스케일을 제거한다. 레이저가공공정 S30은, 블라스트공정 S20에서 스케일이 제거됨과 함께 냉각된 성형품(41)을 가공하는 공정이다. 레이저가공공정 S30에서는, 도 4에 나타내는 레이저가공장치(70)가 성형품(41)의 가공을 행한다.

다음으로, 본 실시형태에 관한 성형시스템(100) 및 성형방법의 작용·효과에 대하여 설명한다.

성형시스템(100)은, 가열된 금속파이프재료(40)를 성형금형(2)으로 성형하는 성형장치(1)를 구비한다. 가열된 금속파이프재료(40)가 이용되기 때문에, 성형장치(1)로 성형된 성형품(41)에는, 산화에 의한 스케일이 발생하는 경우가 있다. 이에 대하여, 성형시스템(100)은, 성형금형(2)으로부터 분리된 성형품(41)으로부터 스케일을 제거함과 함께 성형품(41)을 냉각하는 블라스트장치(50)를 구비한다. 따라서, 블라스트장치(50)가, 성형품(41)으로부터 스케일을 제거할 수 있다. 여기에서, 레이저가공장치(70)는, 블라스트장치(50)에서 스케일이 제거됨과 함께 냉각된 성형품(41)을 가공한다. 즉, 블라스트장치(50)는, 레이저가공장치(70)를 이용한 가공이 행해지는 전 단계에서, 성형품(41)으로부터 스케일을 제거한다. 블라스트장치(50)는, 스케일을 제거함에 따라, 성형품(41)을 동시에 냉각할 수 있다. 따라서, 블라스트장치(50)는, 가공 전에 성형품(41)의 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 성형시스템(100)은, 블라스트장치(50)가 스케일의 제거와 냉각을 일괄적으로 행할 수 있으므로, 필요한 장치, 및 설비를 적게 할 수 있다. 이상으로부터, 필요한 장치, 및 설비의 증가를 억제하면서, 성형품(41)의 스케일을 적합하게 제거하고, 또한, 성형품(41)의 가공 전의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

성형장치(1)는, 금속재료로서의 금속파이프재료(40)에 유체를 공급하는 유체공급부(6)와, 팽창한 금속파이프재료(40)를 성형면에 접촉시킴으로써 성형품(41)을 성형하는 성형금형(2)을 구비해도 된다. 이와 같은 성형장치(1)는, 이른바 STAF성형을 행하는 장치이다. 당해 STAF성형 직후의 성형품(41)은 고온상태가 되며, 또한, 스케일이 발생하는 경우가 있지만, 블라스트장치(50)가, 성형품(41)으로부터 스케일을 적합하게 제거하고, 성형품(41)을 냉각할 수 있다.

본 실시형태에 관한 성형시스템(100)의 작용·효과에 대하여 보다 상세하게 설명한다. STAF성형에 의하여 성형된 성형품(41)은, 다른 부품과 용접되는 경우가 있으며, 방청처리(ED도장)가 행해지는 경우가 있기 때문에, 적어도 외주면으로부터는 스케일을 제거할 필요가 있다. 또, 성형품(41)은, 불필요한 부분을 제거하기 위하여 절단가공되거나, 펀칭이나 절결 등을 형성하기 위한 가공이 이루어진다. 여기에서, 펀칭가공이 이루어진 후의 성형품(41)의 외주면에 대하여 블라스트를 행하면, 당해 구멍으로부터 입자가 들어간다. 그 경우, 플랜지부(44)의 R부에 입자가 들어갈 가능성이 있다. 이와 같은 개소에 들어간 입자는, 에어블로 등을 행해도 제거하기 어려운 경우가 있다.

이에 대하여, 성형시스템(100)에서는, 레이저가공의 전 단계에서, 블라스트장치(50)가 블라스트를 행하기 때문에, 펀칭가공에 의하여 형성되는 구멍으로부터 입자가 들어가는 것을 회피할 수 있다. 다만, 본 실시형태는, 성형품(41)의 내주면의 스케일을 제거하지 않아도 되는 경우에 유효하다.

성형시스템(100)은, 블라스트에 의하여 냉각효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 레이저가공 전에 냉각공정을 실행하는 경우이더라도, 블라스트에 의한 냉각효과에 의하여, 냉각공정의 시간을 단축할 수 있다.

[제2 실시형태]

다음으로, 도 7을 참조하여, 제2 실시형태에 관한 성형시스템(200)에 대하여 설명한다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 성형시스템(200)은, 레이저가공장치(70)의 전단에 배치되는 제1 블라스트장치(50)에 더하여, 레이저가공장치(70)에서 가공된 성형품(41)으로부터 스케일을 제거하는 제2 블라스트장치(80)(제2 스케일제거부)를 구비한다.

제2 블라스트장치(80)는, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 성형품(41)의 내주면에 블라스트호스(56)로부터 입자(55)를 분사한다. 블라스트호스(56)는, 성형품(41)의 내부에 삽입되어, 당해 내부에서 내주면을 향하여 입자를 분출한다. 이때, 블라스트호스(56)는, 입자(55)로서 드라이아이스를 분사해도 된다. 드라이아이스는, 고형물로서 성형품(41)의 내주면에 충돌하여 스케일을 제거하지만, 시간의 경과와 함께 기체가 되어 소멸한다. 따라서, 입자(55)가 플랜지부(44)에 잔존하는 것을 억제할 수 있다.

다만, 레이저가공장치(70)가 가공을 행하는 경우, 성형품(41)의 내주면에 드로스가 부착되거나, 버(burr)가 내주측으로 나오는 경우가 있다. 제2 블라스트장치(80)는, 레이저가공 후에 블라스트를 행함으로써, 이들 드로스나 버도 제거할 수 있다.

이상으로부터, 성형시스템(200)은, 레이저가공장치(70)에서 가공된 성형품(41)으로부터 스케일을 제거하는 제2 블라스트장치(80)를 더 구비한다. 제1 블라스트장치(50)는 성형품(41)의 내주면의 스케일을 완전히 제거할 수 없지만, 제2 블라스트장치(80)는, 당해 개소의 스케일을 제거할 수 있다.

여기에서, 제1 블라스트장치(50) 및 제2 블라스트장치(80)는, 공통의 장치에 의하여 구성되어도 된다. 예를 들면, 도 5의 (a)의 블라스트장치(50)에 대하여, 도 5의 (b)의 블라스트호스(56)를 추가해도 된다. 이와 같은 블라스트장치는, 1회째의 블라스트공정에서는 노즐(52)로부터 성형품(41)의 외주면에 블라스트를 행하고, 2회째의 블라스트공정에서는 블라스트호스(56)로부터 성형품(41)의 내주면에 블라스트를 행한다. 이상으로부터, 성형시스템(200)의 장치의 수를 줄일 수 있다.

[제3 실시형태]

제3 실시형태에 관한 성형시스템은, 시스템구성으로서는 제1 실시형태에 관한 성형시스템(100)과 동일하다. 제3 실시형태에 관한 성형시스템은, 레이저가공장치(70)의 전단의 블라스트장치가, 드라이아이스의 입자로 블라스트를 행한다. 상술한 바와 같이, 드라이아이스는 스케일을 제거한 후에는, 기체가 되어 소멸한다. 따라서, 블라스트장치는, 성형품(41)의 외주면 및 내주면에 대하여 동시에 드라이아이스를 분사한다. 또, 블라스트장치가, 레이저가공 전에 드라이아이스에서 블라스트를 행하는 경우, 모래 등의 지립(砥粒)에 의한 블라스트보다 높은 냉각효과를 얻을 수 있다.

본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

상술한 실시형태에서는, 스케일제거부로서, 블라스트장치가 예시되어 있었다. 그러나, 스케일제거부는 스케일을 제거할 수 있는 것이면 어떠한 장치가 채용되어도 된다. 예를 들면, 유체를 성형품에 분사하거나, 초음파세정에 의하여 스케일을 제거하는 것이 채용되어도 된다. 이와 같은 스케일제거부도, 냉각효과를 나타낸다.

예를 들면, 성형장치로서 STAF성형을 행하는 것을 예시했지만, 가열한 금속재료를 이용하는 성형방법이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 핫스탬프에 의한 성형방법이 채용되어도 된다. 따라서, 금속재료도 반드시 금속파이프재료일 필요는 없고 판재나 주재(柱材)여도 된다.

가공부는, 레이저가공장치에 한정되지 않고, 다른 가공 방법에 의한 장치가 채용되어도 된다.

성형장치(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같은 구성에 한정되지 않는, 예를 들면, 성형장치(1)로서, 도 8에 나타내는 바와 같은 구성이 채용되어도 된다. 도 8에 나타내는 성형장치(1)에서는, 도 9에 나타내는 바와 같은 가열팽창유닛(150)이 채용되어도 된다. 도 9의 (a)는, 지지부(4), 가열부(5), 및 유체공급부(6)의 구성요소를 유닛화한 가열팽창유닛(150)을 나타내는 개략측면도이다. 도 9의 (b)는, 노즐(31)이 금속파이프재료(40)를 시일했을 때의 모습을 나타내는 단면도이다.

도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가열팽창유닛(150)은, 상술한 하측 전극(26) 및 상측 전극(27)과, 각 전극(26, 27)을 탑재한 전극탑재유닛(151), 상술한 노즐(31) 및 구동기구(32)와, 승강유닛(152)과, 유닛베이스(153)를 구비한다. 전극탑재유닛(151)은, 승강프레임(154)과, 전극프레임(156, 157)을 구비한다. 전극프레임(156, 157)은, 각 전극(26, 27)을 지지하여 이동시키는 구동기구(60)의 일부로서 기능한다. 구동기구(32)는, 노즐(31)을 구동시키고, 전극탑재유닛(151)과 함께 승강한다. 구동기구(32)는, 노즐(31)을 지지하는 피스톤(61)과, 피스톤을 구동시키는 실린더(62)를 구비하고 있다. 승강유닛(152)은, 유닛베이스(153)의 상면에 장착되는 승강프레임베이스(64)와, 이들 승강프레임베이스(64)에 의하여, 전극탑재유닛(151)의 승강프레임(154)에 대하여 승강동작을 부여하는 승강용 액추에이터(66)를 구비하고 있다. 승강프레임베이스(64)는, 유닛베이스(153)에 대한 승강프레임(154)의 승강동작을 가이드하는 가이드부(64a, 64b)를 갖는다. 승강유닛(152)은, 지지부(4)의 구동기구(60)의 일부로서 기능한다. 가열팽창유닛(150)은, 상면의 경사각도가 상이한 복수의 유닛베이스(153)를 갖고, 이들을 교환함으로써, 하측 전극(26) 및 상측 전극(27), 노즐(31), 전극탑재유닛(151), 구동기구(32), 승강유닛(152)의 경사각도를 일괄적으로 변경 조절하는 것을 가능하게 하고 있다.

노즐(31)은, 금속파이프재료(40)의 단부를 삽입 가능한 원통부재이다. 노즐(31)은, 당해 노즐(31)의 중심선이 기준선 SL1과 일치하도록, 구동기구(32)에 지지되어 있다. 금속파이프재료(40)측의 노즐(31)의 단부의 공급구(31a)의 내경은, 팽창성형 후의 금속파이프재료(40)의 외경에 대략 일치하고 있다. 이 상태에서, 노즐(31)은, 내부의 유로(63)로부터 고압의 유체를 금속파이프재료(40)에 공급한다. 다만, 고압유체의 일례로서는, 가스 등을 들 수 있다.

1 성형장치
2 성형금형
40 금속파이프재료(금속재료)
41 성형품
50 블라스트장치(제1 스케일제거부)
70 레이저가공장치(가공부)
80 제2 블라스트장치(제2 스케일제거부)
100 성형시스템

Claims

가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형장치와,
상기 성형금형으로부터 분리된 성형품으로부터 스케일을 제거함과 함께 상기 성형품을 냉각하는 제1 스케일제거부와,
상기 제1 스케일제거부로 상기 스케일이 제거됨과 함께 냉각된 상기 성형품을 가공하는 가공부를 구비하는 성형시스템.
제1항에 있어서,
상기 성형장치는,
상기 금속재료로서의 금속파이프재료에 유체를 공급하는 유체공급부와,
팽창한 상기 금속파이프재료를 성형면에 접촉시킴으로써 상기 성형품을 성형하는 상기 성형금형을 구비하는, 성형시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가공부로 가공된 상기 성형품으로부터 상기 스케일을 제거하는 제2 스케일제거부를 더 구비하는, 성형시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 스케일제거부 및 상기 제2 스케일제거부는, 공통의 장치에 의하여 구성되는, 성형시스템.
가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형공정과,
상기 성형금형으로부터 분리된 성형품으로부터 스케일을 제거함과 함께 상기 성형품을 냉각하는 스케일제거공정과,
상기 스케일제거공정에서 상기 스케일이 제거됨과 함께 냉각된 상기 성형품을 가공하는 가공공정을 구비하는 성형방법.