KR20220146411A - 성형장치, 및 성형방법 - Google Patents

Abstract

성형장치는, 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형장치로서, 성형금형은, 단면시에 있어서, 서로 교차하는 제1 성형면 및 제2 성형면에 의하여 형성되는 모서리부를 갖고, 제2 성형면은, 제1 성형면에 대하여 상대적으로 이동 가능하며, 성형 시에 있어서, 제2 성형면은, 모서리부와 금속재료가 접촉하는 전 단계에, 금속재료를 압압하는 압압방향으로 이동한다.

Description

성형장치, 및 성형방법

본 발명의 일 양태는, 성형장치, 및 성형방법에 관한 것이다.

종래, 가열된 금속재료의 성형에 이용되는 성형장치가 알려져 있다. 예를 들면, 하기 특허문헌 1에는, 서로 쌍이 되는 하형 및 상형을 갖는 성형금형과, 성형금형의 사이에 지지된 금속파이프재료 내에 기체를 공급하는 기체공급부와, 통전가열에 의하여 당해 금속파이프재료를 가열하는 가열부를 구비하는 성형장치가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2009-220141호

상기 종래 기술과 같은 성형장치의 성형금형은, 성형물의 코너부를 형성하기 위하여, 모서리부(角部)를 갖는 경우가 있다. 이와 같은 모서리부는, 서로 직교하는 성형면에 의하여 형성된다. 금속재료는, 서로 직교하는 성형면과 각각 접촉함으로써, 당해 모서리부에 대응하는 형상으로 성형된다. 그러나, 성형물의 코너부의 둥그스름한(둥근) 직경(모서리 R)의 크기는, 재료의 특성이나 성형조건으로 결정되어 버리는 것이기 때문에, 그보다 둥그스름한 직경을 작게 하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명의 일 양태는, 이와 같은 문제를 해소하기 위하여 이루어진 것이며, 본 발명의 일 양태의 목적은, 성형물의 코너부의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있는 성형장치, 및 성형방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 관한 성형장치는, 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형장치로서, 성형금형은, 단면시(斷面視)에 있어서, 서로 교차하는 제1 성형면 및 제2 성형면에 의하여 형성되는 모서리부를 갖고, 제2 성형면은, 제1 성형면에 대하여 상대적으로 이동 가능하며, 성형 시에 있어서, 제2 성형면은, 모서리부와 금속재료가 접촉하는 전(前) 단계에, 금속재료를 압압하는 압압방향으로 이동한다.

이와 같은 성형장치의 성형금형은, 단면시에 있어서, 서로 교차하는 제1 성형면 및 제2 성형면에 의하여 형성되는 모서리부를 갖는다. 따라서, 성형 시에는, 금속재료는, 성형금형의 모서리부를 따라 변형되어, 코너부를 갖는 형상이 된다. 여기에서, 제2 성형면은, 제1 성형면에 대하여 상대적으로 이동 가능하다. 즉, 모서리부를 형성하는 일방의 면인 제2 성형면은, 금속재료를 압압하는 압압방향으로 이동 가능하다. 성형 시에 있어서, 제2 성형면은, 모서리부와 금속재료가 접촉하는 전 단계에, 금속재료를 압압하는 압압방향으로 이동한다. 모서리부와 금속재료가 접촉하는 전 단계에서는, 코너부에 해당하는 개소에 있어서, 담금질이 완료되어 있지 않아, 변형되기 쉬운 상태이다. 따라서, 제2 성형면은, 담금질 전에 있어서, 금속재료의 코너부에 대응하는 개소로, 깊게 파고 들어갈 수 있다. 이로써, 성형물의 코너부의 둥그스름한 직경(모서리 R)의 크기는, 재료의 특성이나 성형조건으로 결정되는 크기보다, 작게 할 수 있다. 이상으로부터, 성형물의 코너부의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있다.

성형금형은, 제1 성형면을 갖고, 성형 시에 있어서 이동이 규제된 제1 금형과, 제2 성형면을 가지며, 제1 금형에 대하여 상대적으로 이동 가능한 제2 금형을 가져도 된다. 이 경우, 성형 시에 있어서, 제2 금형은, 이동이 규제된 제1 금형에 대하여 압압방향으로 이동할 수 있다. 이로써, 제2 성형면이, 제2 성형면에 대하여 압압방향으로 이동하고, 금속재료의 코너부로 파고 들어갈 수 있다.

성형금형은, 금속재료를 사이에 두고 양측에 한 쌍의 제2 금형을 가져도 된다. 이 경우, 성형금형은, 금속재료의 양측의 코너부의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있다.

성형금형은, 제1 성형면을 갖고, 서로 대향하는 제1 주(主)금형 및 제2 주금형과, 제2 성형면을 가지며, 제1 주금형에 대하여 상대적으로 이동 가능한 제1 복동(複動)금형과, 제2 성형면을 갖고, 제2 주금형에 대하여 상대적으로 이동 가능한 제2 복동금형을 구비해도 된다. 이 경우, 제1 주금형과 제2 주금형으로 금속재료에 플랜지부를 형성하면서, 금속재료의 코너부의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관한 성형방법은, 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형방법으로서, 성형금형은, 단면시에 있어서, 서로 교차하는 제1 성형면 및 제2 성형면에 의하여 형성되는 모서리부를 갖고, 제2 성형면은, 제1 성형면에 대하여 상대적으로 이동 가능하며, 성형 시에 있어서, 모서리부와 금속재료가 접촉하는 전 단계에, 금속재료를 압압하는 압압방향으로 제2 성형면을 이동한다.

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

본 발명의 일 양태에 관한 성형장치는, 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형장치로서, 성형금형은, 단면시에 있어서, 서로 교차하는 제1 성형면 및 제2 성형면에 의하여 형성되는 모서리부를 갖고, 제2 성형면은, 제1 성형면에 대하여 상대적으로 이동 가능하며, 성형 시에 있어서, 제2 성형면은, 금속재료의 코너부에 대응하는 개소에 모서리부에 의하여 담금질이 이루어지는 전(前) 단계에, 금속재료를 압압하는 압압방향으로 이동함으로써, 금속재료에 코너부를 형성한다.

성형 시에 있어서, 제2 성형면은, 금속재료의 코너부에 대응하는 개소에 담금질이 이루어지는 전 단계에, 금속재료를 압압하는 압압방향으로 이동한다. 담금질이 이루어지는 전 단계에서는, 금속재료의 코너부에 대응하는 개소가, 변형되기 쉬운 상태이다. 따라서, 제2 성형면은, 담금질 전에 있어서, 금속재료의 코너부에 대응하는 개소로, 깊게 파고 들어갈 수 있다. 이로써, 성형물의 코너부의 둥그스름한 직경(모서리 R)의 크기는, 재료의 특성이나 성형조건으로 결정되는 크기보다, 작게 할 수 있다. 이상으로부터, 성형물의 코너부의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 성형물의 코너부의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있는 성형장치, 및 성형방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 성형장치의 개략도이다.
도 2는 노즐이 금속파이프재료를 시일했을 때의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 3은 성형금형의 단면도이다.
도 4는 성형금형의 모서리부의 모습을 나타내는 확대도이다.
도 5는 변형예에 관한 성형장치의 성형금형의 단면도이다.
도 6은 변형예에 관한 성형장치의 성형금형의 단면도이다.

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

도 1은, 본 실시형태에 관한 성형장치(1)의 개략도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 성형장치(1)는, 블로성형에 의하여 중공(中空)형상을 갖는 금속파이프(성형물)를 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, 금속파이프는, 성형장치(1)에서의 성형완료 후의 중공물품을 가리키고, 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)를 금속파이프에 성형하는 형틀이며, 상하방향으로 서로 대향하는 하측의 금형(11)(제1 금형) 및 상측의 금형(12)(제2 금형)을 구비한다. 하측의 금형(11) 및 상측의 금형(12)은, 강철제 블록으로 구성된다. 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 1에서는, 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 금속파이프재료로 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(도 2 참조), 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.

도 2는, 노즐(31)이 금속파이프재료(40)를 시일했을 때의 모습을 나타내는 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 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.

도 1로 되돌아가, 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 배치하는 것을 대기(待機)해도 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. 금속파이프재료(40)가 성형면에 접촉하면, 냉각부(7)에서 냉각된 성형금형(2)으로 급랭됨으로써, 금속파이프재료(40)의 담금질이 실시된다.

도 3을 참조하여, 성형장치(1)의 성형금형(2)의 상세한 구성, 및 성형의 수순에 대하여 설명한다. 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 성형금형(2)은, (금속파이프재료(40)의 길이방향에서 본)단면시에 있어서, 횡측에 있어서 상하방향으로 넓어지는 한 쌍의 횡(橫)성형면(51)(제1 성형면)과, 하측에 있어서 횡방향으로 넓어지는 하(下)성형면(52)과, 상측에 있어서 횡방향으로 넓어지는 상(上)성형면(53)(제2 성형면)을 갖는다. 이로써, 성형금형(2)은, 단면시에 있어서, 서로 교차(여기에서는 직교)하는 횡성형면(51) 및 하성형면(52)에 의하여 형성되는 모서리부(54)와, 서로 교차(여기에서는 직교)하는 횡성형면(51) 및 상성형면(53)에 의하여 형성되는 모서리부(56)를 갖는다. 다만, 본 실시형태에서는, 하성형면(52) 및 상성형면(53)은, 파형의 형상을 갖고 있다. 이로써, 금속파이프(41)(도 3의 (c))의 하면 및 상면은, 보강을 위한 파형(波形)형상을 갖는다.

금형(11)은, 성형 시에 있어서 이동이 규제된 금형이다. 금형(11)은, 구동기구(3) 등과는 접속되어 있지 않고, 기대(基臺)(13)에 고정된 것이다. 따라서, 금형(11)은, 움직이지 않도록, 이동이 규제된 상태가 되어 있다. 금형(11)은 단면시에 있어서 오목한 형상을 갖고 있다. 따라서, 금형(11)은, 내부공간측의 한 쌍의 측면에 의하여 구성되는 횡성형면(51)과, 내부공간측의 바닥면에 의하여 구성되는 하성형면(52)을 갖는다.

금형(12)은, 금형(11)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 금형이다. 상술한 바와 같이, 금형(12)은, 구동기구(3)의 구동력에 의하여 상하방향으로 이동 가능하다. 금형(12)은, 내부공간측의 하면에 의하여 구성되는 상성형면(53)을 갖는다. 이와 같은 구성에 의하여, 상성형면(53)은, 횡성형면(51)에 대하여 상대적으로 이동 가능하다.

금형(12)은, 금형(11)의 한 쌍의 횡성형면(51)의 사이에 마련된다. 횡성형면(51)은, 성형에 이용되지 않는 개소도, 상방으로 더 뻗어 있다. 금형(12)은, 당해 개소에 가이드되도록, 상하방향으로 이동 가능하다. 금형(12)의 양측의 측면은, 금형(11)의 한 쌍의 횡성형면(51)과 대략 접하도록 배치되고, 당해 횡성형면(51)을 따라 상하방향으로 이동한다. 또, 금형(12)의 상성형면(53)은, 한 쌍의 횡성형면(51)의 사이의 횡방향의 전역에 걸쳐 넓어지고 있다.

성형 시에 있어서, 상성형면(53)은, 모서리부(56)와 금속파이프재료(40)가 접촉하는 전(前) 단계에, 금속파이프재료(40)를 압압하는 압압방향(여기에서는 하방)으로 이동한다. 상성형면(53)은, 가열된 금속재료에 대하여 유체공급부(6)로부터 고압의 유체가 공급되어, 블로성형이 이루어질 때에, 금속파이프재료(40)를 압축하도록 하방으로 이동한다. 다만, 모서리부(56)와 금속파이프재료(40)가 접촉하는 전 단계란, 금속파이프재료(40) 중, 코너부(43)에 대응하는 개소가 모서리부(56)와 접촉하는 전 단계이다. 당해 단계에서는, 코너부(43)에 대응하는 개소가 성형금형(2)과 접촉하고 있지 않은 상태이기 때문에(예를 들면 도 3의 (b) 참조), 담금질이 완료되어 있지 않아, 변형되기 쉬운 상태이다. 다만, 본 명세서에 있어서, 모서리부(56)란, 횡성형면(51)과 상성형면(53)의 교점으로부터 5.0mm 정도의 좁은 범위를 가리키는 것으로 한다. 따라서, 도 3의 (b)에서는, 금속파이프재료(40)의 일부가 횡성형면(51) 및 상성형면(53)에 접촉하고 있지만, 이 상태는, 금속파이프재료(40)가 모서리부(56)와 접촉한 상태에는 해당하지 않는다.

상술한 바와 같은 관계로부터, 성형 시에 있어서, 상성형면(53)은, 다음과 같이 이동한다. 즉, 금속파이프재료(40)의 코너부(43)에 대응하는 개소에 담금질이 이루어지는 전 단계에, 상성형면(53)은, 금속파이프재료(40)를 압압하는 압압방향으로 이동함으로써, 금속파이프재료(40)에 코너부(43)를 형성한다. 다만, 금속파이프재료(40)에 코너부(43)가 형성되면, 당해 코너부(43)가 성형금형에 접촉한 상태가 된다. 따라서, 당해 코너부(43)에 담금질이 이루어진다.

제어부(8)는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 금형(11)의 내부공간에 금속파이프재료(40)가 배치되면, 금형(12)을 금형(11)의 내부공간에 삽입하도록 하방으로 하강시킨다. 다음으로, 제어부(8)는, 금형(12)을 하방으로 하강시키면서, 유체공급부(6)에서 금속파이프재료(40)에 유체를 공급함으로써, 블로성형을 행한다. 이로써, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프재료(40)는, 팽창함과 함께, 일부가 각 성형면(51, 52, 53)과 접촉한다. 이로써, 금속파이프재료(40)는, 각 성형면(51, 52, 53)에 대응하는 형상으로 변형된다. 제어부(8)는, 이어서 유체공급부(6)에서 금속파이프재료(40)에 유체를 공급함과 함께, 금형(12)을 하방으로 더 하강시킨다. 이로써, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프재료(40)는, 각 성형면(51, 52, 53)을 따른 형상이 되며, 금속파이프(41)가 완성된다. 다만, 제어부(8)는, 완성 전의 소정의 타이밍에서, 유체공급부(6)의 압력을 상승시켜, 마무리 성형을 행한다.

다음으로, 본 실시형태에 관한 성형장치(1)의 작용·효과에 대하여 설명한다.

성형장치(1)의 성형금형(2)은, 단면시에 있어서, 서로 교차하는 횡성형면(51) 및 상성형면(53)에 의하여 형성되는 모서리부(56)를 갖는다. 따라서, 성형 시에는, 금속파이프재료(40)는, 성형금형(2)의 모서리부(56)를 따라 변형되어, 코너부(43)를 갖는 형상이 된다.

여기에서, 도 4의 (c), 도 4의 (d)를 참조하여, 비교예에 관한 성형장치의 성형금형에 대하여 설명한다. 비교예에 관한 성형장치의 성형금형에서는, 모서리부(156)를 형성하는 횡성형면(151)과 상성형면(153)은, 서로 상대 이동하지 않고, 하나의 금형에 의하여 구성된다. 이 경우, 금속파이프(41)의 코너부(43)의 둥그스름한 직경(모서리 R)의 크기는, 재료의 특성이나 성형조건으로 대략 일의적으로 결정되어 버리는 것이기 때문에, 그보다 둥그스름한 직경을 작게 하는 것이 어렵다는 문제가 있었다. 즉, 코너부(43)의 둥그스름한 직경은, 도 4의 (d)에 나타내는 상태보다 작게 할 수 없다는 문제가 있었다.

이에 대하여, 본 실시형태에 관한 성형장치(1)의 성형금형(2)에서는, 상성형면(53)은, 횡성형면(51)에 대하여 상대적으로 이동 가능하다. 즉, 모서리부(56)를 형성하는 일방의 면인 상성형면(53)은, 금속파이프재료(40)를 압압하는 압압방향으로 이동 가능하다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 성형 시에 있어서, 상성형면(53)은, 모서리부(56)와 금속파이프재료(40)가 접촉하는 전 단계에, 금속파이프재료(40)를 압압하는 압압방향으로 이동한다. 모서리부(56)와 금속파이프재료(40)가 접촉하는 전 단계에서는, 코너부(43)에 해당하는 개소에 있어서, 담금질이 완료되어 있지 않아, 변형되기 쉬운 상태이다. 따라서, 상성형면(53)은, 담금질 전에 있어서, 금속파이프재료(40)의 코너부(43)에 대응하는 개소로, 깊게 파고 들어갈 수 있다. 이로써, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(41)의 코너부(43)의 둥그스름한 직경(모서리 R)의 크기는, 재료의 특성이나 성형조건으로 결정되는 크기보다, 작게 할 수 있다. 이상으로부터, 성형물의 코너부의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있다.

성형금형(2)은, 횡성형면(51)을 갖고, 성형 시에 있어서 이동이 규제된 금형(11)과, 상성형면(53)을 가지며, 금형(11)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 금형(12)을 갖는다. 이 경우, 성형 시에 있어서, 금형(12)은, 이동이 규제된 금형(11)에 대하여 압압방향으로 이동할 수 있다. 이로써, 상성형면(53)이, 횡성형면(51)에 대하여 압압방향으로 이동하고, 금속파이프재료(40)의 코너부(43)로 파고 들어갈 수 있다.

성형방법은, 가열된 금속파이프재료(40)를 성형금형(2)으로 성형하는 성형방법으로서, 성형금형(2)은, 단면시에 있어서, 서로 교차하는 상성형면(53) 및 횡성형면(51)에 의하여 형성되는 모서리부(56)를 갖고, 횡성형면(51)은, 상성형면(53)에 대하여 상대적으로 이동 가능하며, 성형 시에 있어서, 모서리부(56)와 금속파이프재료(40)가 접촉하는 전 단계에, 금속파이프재료(40)를 압압하는 압압방향으로 횡성형면(51)을 이동한다.

이 성형방법에 의하면, 상술한 성형장치(1)와 동일한 취지의 작용·효과를 얻을 수 있다.

또, 성형 시에 있어서, 상성형면(53)은, 금속파이프재료(40)의 코너부(43)에 대응하는 개소에 담금질이 이루어지는 전 단계에, 금속파이프재료(40)를 압압하는 압압방향으로 이동함으로써, 금속파이프재료(40)에 코너부(43)를 형성한다. 담금질이 이루어지는 전 단계에서는, 금속파이프재료(40)의 코너부(43)에 대응하는 개소가, 변형되기 쉬운 상태이다. 따라서, 횡성형면(51)은, 담금질 전에 있어서, 금속파이프재료(40)의 코너부(43)에 대응하는 개소로, 깊게 파고 들어갈 수 있다. 이로써, 금속파이프(41)의 코너부(43)의 둥그스름한 직경(모서리 R)의 크기는, 재료의 특성이나 성형조건으로 결정되는 크기보다, 작게 할 수 있다. 이상으로부터, 금속파이프(41)의 코너부(43)의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있다.

본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

상술한 실시형태에서는, 상측의 모서리부(56)의 상성형면(53)은 횡성형면(51)에 대하여 이동 가능하게 구성되어 있던 것에 대하여, 하측의 모서리부(54)의 하성형면(52)은 횡성형면(51)과 일체로 구성되어 있었다. 이 대신에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 하측의 모서리부(54)의 하성형면(52)도 횡성형면(51)에 대하여 이동 가능해도 된다. 구체적으로, 금형은, 주금형(11A) 및 복동금형(11B)을 구비한다. 주금형(11A)은, 횡성형면(51)을 갖고, 성형 시에 있어서 이동이 규제된 금형이다. 복동금형(11B)은, 하성형면(52)을 갖고, 주금형(11A)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 금형이다. 성형 시에 있어서, 하성형면(52)은, 모서리부(54)와 금속파이프재료(40)가 접촉하는 전 단계에, 금속파이프재료(40)를 압압하는 압압방향으로 이동한다. 여기에서는, 하성형면(52)은, 압압방향으로서 상방을 향하여 이동한다. 다만, 복동금형(11B)의 동작은, 하성형면(52)이 압압방향으로서 상방으로 이동하는 점 이외에는, 금형(12)과 동일한 취지이다. 이 경우, 성형금형(2)은, 금속파이프재료(40)를 사이에 두고 상하 양측에 한 쌍의 이동 가능한 금형을 갖는 구성이 된다. 이로써, 성형금형(2)은, 금속파이프재료(40)의 상하 양측의 코너부(42, 43)의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있다.

상술한 실시형태 및 도 5에 나타내는 변형예에서는, 횡성형면(51)을 갖는 금형은, 성형 시에 있어서 이동이 규제된 금형이었다. 그러나, 횡성형면(51)을 갖는 금형의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같은 성형금형(102)을 채용해도 된다. 성형금형(102)은, 횡성형면(51a, 51b)(제1 성형면)을 갖고, 서로 대향하는 주금형(11A)(제1 주금형) 및 주금형(12A)(제2 주금형)과, 하성형면(52)(제2 성형면)을 가지며, 주금형(11A)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 복동금형(11B)(제1 복동금형)과, 상성형면(53)(제2 성형면)을 갖고, 주금형(12A)(제2 주금형)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 복동금형(12B)(제2 복동금형)을 구비한다.

주금형(11A, 12A)은, 서로 상하방향으로 대향하는 면이 플랜지부(44)를 형성하기 위한 플랜지성형면(57)으로서 기능한다. 따라서, 주금형(11A, 12A)의 플랜지성형면(57) 사이의 공간은 서브캐비티(SC)가 된다.

예를 들면, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제어부(8)는, 유체공급부(6)에서 금속파이프재료(40)에 유체를 공급함으로써, 주금형(11A, 12A) 사이의 서브캐비티(SC)에 금속파이프재료(40)의 일부를 진입시킨다. 이때, 복동금형(11B, 12B)을 압압방향으로 이동시킨다. 그 후, 형폐쇄를 더 행하여, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 서브캐비티(SC)에 대한 진입부를 눌러 찌부러뜨려 플랜지부(44)로 한다. 또, 제어부(8)는, 복동금형(11B, 12B)을 더 압압함으로써, 코너부(42, 43)의 둥그스름한 직경을 작게 한다. 이상으로부터, 도 6에 나타내는 변형예에 의하면, 주금형(11A, 12A)으로 금속파이프(41)에 플랜지부(44)를 형성하면서, 금속파이프(41)의 코너부(42, 43)의 둥그스름한 직경을 작게 할 수 있다.

성형물의 형상은, 상술한 실시형태에 관한 것에 한정되지 않고, 코너부를 갖는 것이면, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 또, 상술한 실시형태에서는, 모서리부가 서로 직교하는 성형면(성형면이 90°를 이루는 모서리부)에 의하여 구성되어 있었지만, 모서리부의 각도는 특별히 한정되는 것은 아니고, 적절히 변경 가능하다.

다만, 상술한 실시형태에서는, STAF용의 성형장치에 있어서 채용되는 금형을 예로 하여 설명을 행했다. 그러나, 본 발명에 관한 금형이 채용되는 성형장치의 종류는 특별히 한정되지 않고, 핫스탬핑의 성형장치, 그 외의 성형장치 등이어도 된다.

1 성형장치
2 성형금형
11 금형(제1 금형)
11A 주금형(제1 금형, 제1 주금형)
11B 복동금형(제2 금형, 제1 복동금형)
12A 주금형(제2 주금형)
12B 복동금형(제2 금형, 제2 복동금형)
40 금속파이프재료(금속재료)
41 금속파이프(성형물)
42, 43 코너부
51 횡성형면(제1 성형면)
52 하성형면(제2 성형면)
53 상성형면(제2 성형면)
54, 56 모서리부

Claims (6)

1. 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형장치로서,
   상기 성형금형은, 단면시에 있어서, 서로 교차하는 제1 성형면 및 제2 성형면에 의하여 형성되는 모서리부를 갖고,
   상기 제2 성형면은, 상기 제1 성형면에 대하여 상대적으로 이동 가능하며,
   성형 시에 있어서, 상기 제2 성형면은, 상기 모서리부와 상기 금속재료가 접촉하는 전 단계에, 상기 금속재료를 압압하는 압압방향으로 이동하는, 성형장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 성형금형은,
   상기 제1 성형면을 갖고, 성형 시에 있어서 이동이 규제된 제1 금형과,
   상기 제2 성형면을 가지며, 상기 제1 금형에 대하여 상대적으로 이동 가능한 제2 금형을 갖는, 성형장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 성형금형은, 상기 금속재료를 사이에 두고 양측에 한 쌍의 상기 제2 금형을 갖는, 성형장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 성형금형은,
   상기 제1 성형면을 갖고, 서로 대향하는 제1 주금형 및 제2 주금형과,
   상기 제2 성형면을 가지며, 상기 제1 주금형에 대하여 상대적으로 이동 가능한 제1 복동금형과,
   상기 제2 성형면을 갖고, 상기 제2 주금형에 대하여 상대적으로 이동 가능한 제2 복동금형을 구비하는, 성형장치.
5. 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형방법으로서,
   상기 성형금형은, 단면시에 있어서, 서로 교차하는 제1 성형면 및 제2 성형면에 의하여 형성되는 모서리부를 갖고,
   상기 제2 성형면은, 상기 제1 성형면에 대하여 상대적으로 이동 가능하며,
   성형 시에 있어서, 상기 모서리부와 상기 금속재료가 접촉하는 전 단계에, 상기 금속재료를 압압하는 압압방향으로 상기 제2 성형면을 이동하는, 성형방법.
6. 가열된 금속재료를 성형금형으로 성형하는 성형장치로서,
   상기 성형금형은, 단면시에 있어서, 서로 교차하는 제1 성형면 및 제2 성형면에 의하여 형성되는 모서리부를 갖고,
   상기 제2 성형면은, 상기 제1 성형면에 대하여 상대적으로 이동 가능하며,
   성형 시에 있어서, 상기 제2 성형면은, 상기 금속재료의 코너부에 대응하는 개소에 상기 모서리부에 의하여 담금질을 하는 전 단계에, 상기 금속재료를 압압하는 압압방향으로 이동함으로써, 상기 금속재료에 상기 코너부를 형성하는, 성형장치.

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