KR20230048624A - 성형장치, 및 금속파이프 - Google Patents

성형장치, 및 금속파이프 Download PDF

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기미히로 노기와
아키히로 이데
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

성형장치는, 플랜지부착금속파이프를 성형하는 성형장치로서, 금속파이프를 성형하는 성형형을 구비하고, 성형형은, 단면시에 있어서, 제1 방향으로 서로 대향하는 제1 형, 및 제2 형을 가짐과 함께, 금속파이프재료의 플랜지예정부를 규제하기 위한 제3 형을 가지며, 제3 형은, 제1 형과 상기 제2 형에 의한 형체에 이르기까지의 사이에, 플랜지예정부의 어긋남을 계속 교정한다.

Description

성형장치, 및 금속파이프
본 발명은, 성형장치, 및 금속파이프에 관한 것이다.
종래, 금속파이프의 성형에 이용되는 성형장치가 알려져 있다. 예를 들면, 하기 특허문헌 1에는, 서로 쌍이 되는 하형 및 상형을 갖는 성형금형과, 성형금형의 사이에 지지된 금속파이프재료 내에 유체를 공급하는 유체공급부를 구비하는 성형장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2009-220141호
상기 종래 기술과 같은 성형장치는, 금속파이프재료의 폭방향의 양측을 상형 및 하형으로 눌러 찌부러뜨림으로써, 플랜지부착금속파이프를 성형하는 경우가 있다. 그러나, 이와 같은 성형장치는, 플랜지부가 폭방향으로 확장될 때에 당해 확장을 규제할 수 없기 때문에, 플랜지부를 원하는 크기로 성형하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은, 이와 같은 문제를 해소하기 위하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 플랜지부의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있는 성형장치, 및 플랜지부의 크기의 불균일이 저감된 금속파이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 관한 성형장치는, 플랜지부착금속파이프를 성형하는 성형장치로서, 금속파이프를 성형하는 성형형을 구비하고, 성형형은, 단면시에 있어서, 제1 방향으로 서로 대향하는 제1 형, 및 제2 형을 가짐과 함께, 금속파이프재료의 플랜지예정부를 규제하기 위한 제3 형을 가지며, 제3 형은, 제1 형과 상기 제2 형에 의한 형체결(형조임)에 이르기까지의 사이에, 플랜지예정부의 어긋남을 계속 교정한다.
성형장치에 있어서, 성형형은, 단면시에 있어서, 제1 방향으로 서로 대향하는 제1 형, 및 제2 형을 갖는다. 또, 성형형은, 금속파이프의 플랜지예정부를 규제하기 위한 제3 형을 갖는다. 이 제3 형은, 제1 형과 상기 제2 형에 의한 형체결에 이르기까지의 사이에, 플랜지예정부의 어긋남을 계속 교정한다. 따라서, 제3 형은, 제1 형과 제2 형의 형폐동작이 진행되어, 플랜지예정부의 찌부러짐이 진행되어 가는 도중의 상태에 있어서도, 플랜지예정부의 어긋남을 계속 교정할 수 있다. 이상으로부터, 완성 후의 플랜지부의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있다.
제3 형은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서, 금속파이프재료의 적어도 일방측에 배치되고, 제3 형은, 제1 형과 제2 형이 서로 가까워짐에 따라, 금속파이프재료로부터 멀어진다. 이 제3 형은, 금속파이프재료 중, 제1 형과 제2 형으로 눌러 찌부러지는 플랜지부가, 제2 방향으로 과도하게 확장되는 것을 규제할 수 있다. 여기에서, 제3 형은, 제1 형과 제2 형이 서로 가까워짐에 따라, 금속파이프재료로부터 멀어진다. 따라서, 제3 형은, 제1 형과 제2 형의 형폐동작이 진행되어, 플랜지부의 찌부러짐이 진행되어 가는 도중의 상태에 있어서도, 플랜지부를 계속 규제할 수 있다. 이상으로부터, 플랜지부의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있다.
제3 형은, 제1 형과의 사이, 및 제2 형과의 사이 중 적어도 일방에 형성된 테이퍼구조에 의하여, 제1 형과 제2 형이 서로 가까워짐에 따라, 금속파이프재료로부터 멀어져도 된다. 이 경우, 심플한 구조로, 제3 형을 금속파이프재료로부터 멀어지게 할 수 있다.
성형형(成形型)은, 제1 방향에서 보아 만곡되는 금속파이프를 성형해도 된다. 이 경우, 만곡된 내주측과 외주측에서, 플랜지부의 크기가 불균일해지기 쉬워지지만, 본 발명의 구성을 채용함으로써, 당해 불균일을 저감시킬 수 있다.
금속파이프는, 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서의 양측에 플랜지부를 갖고, 성형형은, 제2 방향에 있어서, 금속파이프재료의 양측에 배치되는 한 쌍의 제3 형을 가져도 된다. 이 경우, 금속파이프의 양측의 플랜지부의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있다.
한 쌍의 제3 형은, 양측의 플랜지부의 제2 방향에 있어서의 크기를 동일하게 하도록, 각각 배치되어도 된다. 이 경우, 금속파이프의 양측의 플랜지부의 크기를 동일하게 할 수 있다.
한 쌍의 제3 형은, 양측의 플랜지부의 제2 방향에 있어서의 크기가, 서로 상이한 소정 크기가 되도록, 각각 배치되어도 된다. 이 경우, 금속파이프의 양측의 플랜지부를 각각 원하는 크기로 할 수 있다.
성형장치는, 가열된 금속파이프재료에 유체를 공급하는 유체공급부를 더 구비해도 된다. 가열된 금속파이프재료는, 온도의 불균일 등에 의하여 플랜지부의 크기가 불균일해지기 쉬워지지만, 본 발명의 구성을 채용함으로써, 당해 불균일을 저감시킬 수 있다.
성형장치는, 제3 형에 대하여, 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서의 금속파이프재료측으로 탄성력을 부여하는 탄성기구를 더 구비해도 된다. 이 경우, 고가의 액추에이터 등을 마련하지 않고, 제1 형 및 제2 형을 형개했을 때에, 제3 형을 원래의 위치로 복귀시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 금속파이프는, 중공(中空)의 파이프부와, 파이프부로부터 폭방향의 양측으로 돌출되는 한 쌍의 플랜지부를 갖고, 한 쌍의 플랜지부의 폭방향에 있어서의 크기가, 서로 상이한 소정 크기가 된다.
금속파이프에 있어서, 한 쌍의 플랜지부의 폭방향에 있어서의 크기가, 서로 상이한 소정 크기가 된다. 이 경우, 성형 시에 있어서 각 플랜지부가 소정 크기가 되는 것 같은 처리를 행하기 때문에, 플랜지부의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 성형장치는, 플랜지부착금속파이프를 성형하는 성형장치로서, 금속파이프를 성형하는 성형형을 구비하고, 성형형은, 단면시에 있어서, 제1 방향으로 서로 대향하는 제1 형, 및 제2 형을 가짐과 함께, 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서, 금속파이프재료의 적어도 일방측에 배치되는 제3 형을 가지며, 제3 형은, 제1 형과 제2 형이 서로 가까워짐에 따라, 금속파이프재료로부터 멀어진다.
성형장치에 있어서, 성형형은, 단면시에 있어서, 제1 방향으로 서로 대향하는 제1 형, 및 제2 형을 갖는다. 또, 성형형은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서, 금속파이프재료의 적어도 일방측에 배치되는 제3 형을 갖는다. 이 제3 형은, 금속파이프재료 중, 제1 형과 제2 형으로 눌러 찌부러지는 플랜지부가, 제2 방향으로 과도하게 확장되는 것을 규제할 수 있다. 여기에서, 제3 형은, 제1 형과 제2 형이 서로 가까워짐에 따라, 금속파이프재료로부터 멀어진다. 따라서, 제3 형은, 제1 형과 제2 형의 형폐동작이 진행되어, 플랜지부의 찌부러짐이 진행되어 가는 도중의 상태에 있어서도, 플랜지부를 계속 규제할 수 있다. 이상으로부터, 플랜지부의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 플랜지부의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있는 성형장치, 및 플랜지부의 크기의 불균일이 저감된 금속파이프를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 성형장치의 개략도이다.
도 2는 노즐이 금속파이프재료를 시일했을 때의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 3은 성형금형에 의한 성형의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 4는 성형금형에 의한 성형의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 5는 성형금형에 의한 성형의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 6은 성형금형에 의한 성형의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 7은 성형금형에 의한 성형의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 8은 성형금형에 의한 성형의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 9는 금속파이프재료 및 금속파이프의 만곡된 모습을 나타내는 모식도이다.
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 중공형상을 갖는 금속파이프를 성형하는 장치이다. 본 실시형태에서는, 성형장치(1)는, 수평면 상에 설치된다. 성형장치(1)는, 성형금형(2)(성형형)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)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(제2 방향)"이라고 칭하는 경우가 있다.
성형금형(2)은, 금속파이프재료(40)를 금속파이프로 성형하는 형이며, 상하방향(제1 방향)으로 서로 대향하는 하측의 금형(11)(제1 형) 및 상측의 금형(12)(제2 형)을 구비한다. 또, 성형금형(2)은, 폭방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 횡측의 금형(14, 15)(제3 형)을 구비한다(도 3 참조). 금형(11, 12, 14, 15)의 상세한 형상 등에 대해서는, 후술한다. 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 메인실린더(23)와, 메인실린더(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 있으며, 각각 독립적으로 상하방향으로 이동할 수 있다.
가열부(5)는, 금속파이프재료(40)를 가열한다. 가열부(5)는, 금속파이프재료(40)로 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, 가열부(5)는, 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 양단(兩端)측에 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 불활성가스 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(36)로부터 고압의 유체를 금속파이프재료(40)에 공급한다. 다만, 고압유체의 일례로서는, 가스 등을 들 수 있다.
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)로 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 대기해도 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 형폐를 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 3 및 도 4를 참조하여, 성형장치(1)의 성형금형(2)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 먼저, 성형금형(2)에 의하여 성형되는 금속파이프(41)에 대하여 도 4의 (b)를 참조하여 설명한다. 금속파이프(41)는, 중공의 파이프부(41a)와, 폭방향의 양측으로 돌출되는 플랜지부(41b, 41c)를 갖는다. 파이프부(41a)는, 직사각형관상의 형상을 갖고 있다. 단, 파이프부(41a)의 형상은 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라 임의의 형상으로 해도 된다. 플랜지부(41b, 41c)는, 금속파이프재료(40)의 폭방향의 양단부를 금형(11, 12)으로 눌러 찌부러뜨림으로써 구성된다. 다만, 금속파이프재료(40) 중, 완성 후에 플랜지부(41b, 41c)가 될 예정인 개소를, 플랜지예정부(40b, 40c)라고 칭한다(도 4의 (a)). 이후의 설명에 있어서도, 특별히 주기가 없는 경우는, 성형완성 후의 금속파이프(41)에 있어서의 돌출부를 "플랜지부"라고 칭한다. 또, 성형완성 전의 상태의 금속파이프재료(40)에 있어서, 완성 후의 플랜지부가 될 예정인 개소를 "플랜지예정부"라고 칭한다. "플랜지예정부"는, 성형의 진행정도에 따라 형상이 변화한다. 또, 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(41)는, 상하방향에서 보아, 폭방향의 일방측으로 돌출되도록 만곡되어 있다. 도 9의 (a)에 나타내는 예에서는, 플랜지부(41b)가 내주측에 배치되고, 플랜지부(41c)가 외주측에 배치된다.
도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 하측의 금형(11)은, 폭방향으로 확장되는 평면부(51)와, 평면부(51)의 폭방향에 있어서의 중앙위치에 형성된 오목부(52)와, 폭방향에 있어서의 외측의 양단부에 형성된 지지부(53, 54)를 구비한다. 오목부(52)는, 금속파이프(41)의 파이프부(41a)의 하측부분을 성형하는 부분이다(도 4의 (b) 참조). 평면부(51) 중, 오목부(52)의 폭방향의 양측은, 플랜지부(41b, 41c)를 성형하기 위한 성형면으로서 구성된다(도 4의 (b) 참조). 지지부(53, 54)는, 평면부(51)로부터 상방으로 돌출된 부분이다. 지지부(53)는 횡측의 금형(14)을 지지하는 부분이며, 지지부(54)는, 횡측의 금형(15)을 지지하는 부분이다.
상측의 금형(12)은, 폭방향으로 확장되는 평면부(61)와, 평면부(61)의 폭방향에 있어서의 중앙위치에서 하방으로 돌출되는 성형본체부(62)를 구비한다. 성형본체부(62)는, 하방을 향하여 가늘어지는 대략 사다리꼴상의 단면형상을 갖고 있다. 성형본체부(62)는, 하면(62a)에 오목부(63)를 갖는다. 오목부(63)는, 금속파이프(41)의 파이프부(41a)의 상측부분을 성형하는 부분이다(도 4의 (b) 참조). 성형본체부(62)의 하면(62a)은, 오목부(63)의 폭방향의 양측에 있어서, 플랜지부(41b, 41c)를 성형하기 위한 성형면으로서 구성된다(도 4의 (b) 참조). 성형본체부(62)는, 하면(62a)으로부터 상방의 평면부(61)를 향함에 따라, 폭방향에 있어서의 외측으로 확장되는 것 같은 테이퍼면(62b, 62c)을 갖는다.
횡측의 금형(14)은, 폭방향에 있어서, 금속파이프재료(40)의 일방측에 배치된다. 횡측의 금형(15)은, 폭방향에 있어서, 금속파이프재료(40)의 타방측에 배치된다. 금형(14, 15)은, 금속파이프재료(40)의 플랜지예정부(40b, 40c)가 폭방향의 외측으로 확장될 때에, 당해 플랜지예정부(40b, 40c)의 확장을 규제하는 금형이다. 금형(14, 15)은, 폭방향에 있어서의 내측에, 플랜지예정부(40b, 40c)의 확장을 규제하는 규제면(14a, 15a)을 갖는다. 규제면(14a, 15a)의 상측에는, 상방을 향함에 따라 폭방향의 외측으로 확장되도록 경사지는 테이퍼면(14b, 15b)이 형성되어 있다.
금형(14)은, 금형(11)의 지지부(53)에 마련된 가스댐퍼(66)(탄성기구)에 접속되어 있다. 가스댐퍼(66)는, 지지부(53)로부터 폭방향에 있어서의 내측으로 뻗어, 금형(14)에 접속된다. 금형(15)은, 금형(11)의 지지부(54)에 마련된 가스댐퍼(67)(탄성기구)에 접속되어 있다. 가스댐퍼(67)는, 지지부(54)로부터 폭방향에 있어서의 내측으로 뻗어, 금형(15)에 접속된다. 가스댐퍼(66, 67)는, 금형(14, 15)에 대하여, 폭방향에 있어서의 금속파이프재료(40)측, 즉 내측으로 탄성력을 부여하는 탄성기구이다.
여기에서, 금형(14, 15)은, 하측의 금형(11)과 상측의 금형(12)이 서로 가까워짐에 따라, 금속파이프재료(40)로부터 멀어지도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 상측의 금형(12)이 하강함에 따라, 금형(14, 15)은, 폭방향에 있어서의 외측으로 이동한다. 구체적으로는, 금형(14, 15)은, 상측의 금형(12)과의 사이에 형성된 테이퍼구조(71, 72)에 의하여, 금형(11)과 금형(12)이 서로 가까워짐에 따라, 금속파이프재료(40)로부터 멀어지도록, 폭방향에 있어서의 외측으로 이동한다.
다음으로, 성형금형(2)에 의한 성형의 수순에 대하여 설명한다. 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 성형초기상태에 있어서는, 각 금형(11, 12, 14, 15)은, 금속파이프재료(40)로부터 이간된 위치에 배치되어 있다. 여기에서, 본 실시형태에서는, 금형(14, 15)은, 양측의 플랜지부(41b, 41c)(도 4의 (b) 참조)의 폭방향에 있어서의 크기를 동일하게 하도록 배치된다. 구체적으로는, 금형(14, 15)은, 성형금형(2)의 폭방향에 있어서의 중앙위치에 대하여 좌우대칭인 위치에 배치된다. 이로써, 금형(14, 15)의 폭방향의 내측의 규제면(14a, 15a)이, 성형금형(2)의 폭방향에 있어서의 중앙위치에 대하여 동일한 거리에 배치된다. 제어부(8)는, 당해 상태에서, 금속파이프재료(40)를 가열한다.
다음으로, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제어부(8)는, 금형(12)을 하방으로 내린다. 여기에서는, 금형(12)의 테이퍼면(62b, 62c)이 금형(14, 15)의 테이퍼면(14b, 15b)과 접촉하는 위치까지, 금형(12)이 하강하고 있다. 또, 제어부(8)는, 유체공급부(6)를 제어하여, 금속파이프재료(40) 내에 유체를 공급함으로써, 블로성형을 행한다(1차 블로). 금속파이프재료(40)의 폭방향의 양측의 플랜지예정부(40b, 40c)의 부분은, 금형(11)의 평면부(51)와 금형(12)의 하면(62a)의 사이에 들어가도록 팽창한다. 이때, 플랜지예정부(40b, 40c)는, 금형(14, 15)의 규제면(14a, 15a)과 접촉함으로써, 그 이상의 폭방향 외측으로의 변형이 규제된다. 이와 같이, 금형(14, 15)이 규제면(14a, 15a)으로 플랜지예정부(40b, 40c)를 규제하고 있는 상태에서는, 당해 플랜지예정부(40b, 40c)의 어긋남을 교정할 수 있다.
다음으로, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제어부(8)는, 금형(12)을 하방으로 더 내린다. 이때, 금형(12)의 테이퍼면(62b, 62c)도 하방으로 이동한다. 그러면, 금형(14, 15)의 테이퍼면(14b, 15b)이 금형(12)의 테이퍼면(62b, 62c)에 가이드됨으로써, 폭방향의 외측으로 이동한다. 따라서, 금형(14, 15)의 규제면(14a, 15a)도, 폭방향의 외측으로 이동한다. 다만, 금형(14, 15)은, 가스댐퍼(66, 67)의 탄성력에 의하여, 금형(12)의 테이퍼면(62b, 62c)에 눌린 상태가 유지된다.
그 한편, 금속파이프재료(40)의 플랜지예정부(40b, 40c)는, 금형(11)의 평면부(51)와 금형(12)의 하면(62a)의 사이에서 더 눌려 찌부러짐으로써, 폭방향의 치수가, 금형(12)의 하강과 함께 서서히 커져 간다. 단, 플랜지예정부(40b, 40c)가 불균일에 의하여, 폭방향의 외측으로 크게 돌출하고자 해도, 금형(14, 15)의 규제면(14a, 15a)으로 규제되어, 그 이상은 커지지 않는다. 이와 같이, 금형(14, 15)이, 플랜지예정부(40b, 40c)와 접촉하고 있지 않은 상태에서도, 규제면(14a, 15a)으로 플랜지예정부(40b, 40c)(크게 돌출하고자 하는 플랜지예정부(40b, 40c))를 규제하고 있는 상태는, 당해 플랜지예정부(40b, 40c)의 어긋남을 교정하고 있는 상태라고 말할 수 있다.
제어부(8)는, 금형(12)을 하방으로 더 내리고, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 완전히 금형(11, 12)이 닫힌 상태로 한다(하사점). 이때, 플랜지예정부(40b, 40c)는 완전히 찌부러지고, 완성된 플랜지부(41b, 41c) 이 상태에서, 제어부(8)는, 유체공급부(6)에 의하여 금속파이프재료(40)에 유체를 공유함으로써, 오목부(52, 63)의 형상에 대응하는 파이프부(41a)를 성형함으로써, 금속파이프(41)를 완성시킨다. 이 후, 제어부(8)가 금형(12)을 상방으로 이동시켜 형개로 하면, 금형(14, 15)은, 가스댐퍼(66, 67)의 복원력에 의하여, 도 3의 (a)의 위치까지 되돌아간다. 여기에서, 완전히 금형(11, 12)이 닫힌 상태는, 금형(11, 12)에 의한 형체결에 이른 상태에 해당한다. 금형(14, 15)은, 형체에 이르기까지의 사이에, 플랜지예정부(40b, 40c)의 어긋남을 계속 교정한다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 성형장치(1)의 작용·효과에 대하여 설명한다.
성형장치(1)에 있어서, 성형금형(2)은, 단면시에 있어서, 상하방향(제1 방향)으로 서로 대향하는 금형(11, 12)을 갖는다. 또, 성형금형(2)은, 상하방향과 교차하는 폭방향(제2 방향)에 있어서, 금속파이프재료(40)의 양측에 배치되는 금형(14, 15)을 갖는다. 이 금형(14, 15)은, 금속파이프재료(40) 중, 금형(11, 12)으로 눌러 찌부러지는 플랜지예정부(40b, 40c)가, 폭방향으로 과도하게 확장되는 것을 규제할 수 있다. 여기에서, 금형(14, 15)은, 금형(11)과 금형(12)이 서로 가까워짐에 따라, 금속파이프재료(40)로부터 멀어진다. 따라서, 금형(14, 15)은, 금형(11)과 금형(12)의 형폐동작이 진행되어, 플랜지예정부(40b, 40c)의 찌부러짐이 진행되어 가는 도중의 상태에 있어서도, 플랜지예정부(40b, 40c)를 계속 규제할 수 있다. 이상으로부터, 완성 후의 플랜지부(41b, 41c)의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있다.
금형(14, 15)은, 상측의 금형(12)과의 사이에 형성된 테이퍼구조(71, 72)에 의하여, 금형(11)과 금형(12)이 서로 가까워짐에 따라, 금속파이프재료(40)로부터 멀어진다. 이 경우, 테이퍼구조(71, 72)를 마련하기만 하는 심플한 구조로, 금형(14, 15)을 금속파이프재료(40)로부터 멀어지게 할 수 있다.
금속파이프(41)는, 폭방향에 있어서의 양측에 플랜지부(41b, 41c)를 갖고, 성형금형(2)은, 폭방향에 있어서, 금속파이프재료(40)의 양측에 배치되는 한 쌍의 금형(14, 15)을 갖는다. 이 경우, 금속파이프(41)의 양측의 플랜지부(41b, 41c)의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있다.
성형장치(1)는, 금형(14, 15)에 대하여, 폭방향에 있어서의 금속파이프재료(40)측으로 탄성력을 부여하는 가스댐퍼(66, 67)를 더 구비한다. 이 경우, 고가의 액추에이터 등을 마련하지 않고, 금형(11, 12)을 형개했을 때에, 금형(14, 15)을 원래의 위치로 복귀시킬 수 있다.
한 쌍의 금형(14, 15)은, 양측의 플랜지부(41b, 41c)의 폭방향에 있어서의 크기를 동일하게 하도록, 각각 배치되어 있다. 이 경우, 금속파이프(41)의 양측의 플랜지부(41b, 41c)의 크기를 동일하게 할 수 있다.
성형금형(2)은, 상하방향에서 보아 만곡되는 금속파이프(41)를 성형한다. 이 경우, 만곡된 내주측과 외주측에서, 플랜지부(41b, 41c)의 크기가 불균일해지기 쉬워지지만, 본 실시형태의 구성을 채용함으로써, 당해 불균일을 저감시킬 수 있다.
성형장치(1)는, 가열된 금속파이프재료(40)에 유체를 공급하는 유체공급부(6)를 더 구비한다. 가열된 금속파이프재료(40)는, 온도의 불균일 등에 의하여 플랜지부(41b, 41c)의 크기가 불균일해지기 쉬워지지만, 본 실시형태의 구성을 채용함으로써, 당해 불균일을 저감시킬 수 있다.
금속파이프(41)(금속파이프재료(40))의 만곡과 온도의 관계에 대하여, 보다 상세하게 설명한다. 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프재료(40)에 통전가열을 행하면, 외주측보다 내주측 쪽이 전류밀도가 높아져, 내주측이 고온이 됨으로써, 가열온도차가 발생한다. 그러면, 금속파이프재료(40)에는, 외주측에 비교하여 내주측 쪽이, 열팽창량이 커진다. 또한, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 금형(11, 12)을 폐쇄하여 플랜지부(41b, 41c)를 성형하면, 내주측에는 압축력, 외주측에는 인장력이 작용한다. 이로써, 내주측의 플랜지부(41b) 쪽이 과잉상태가 된다. 따라서, 도 9의 (c)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(41)에는, 길이방향의 신축과 열팽창량의 차의 영향에 의하여, 만곡각도를 작게 하는 것 같은 변형이 작용하여, 파이프중심이 외주측으로 어긋나기 쉬워진다. 그 때문에, 본 실시형태와 같은 금형(14, 15)을 마련하지 않는 경우, 내주측의 플랜지부(41b) 쪽이 폭방향의 크기가 커지는 경향이 있다. 이에 대하여, 본 실시형태에 관한 성형장치(1)는, 금형(14, 15)으로 플랜지부(41b, 41c)의 불균일을 저감시킬 수 있기 때문에, 내주측의 플랜지부(41b)의 크기와 외주측의 플랜지부(41c)의 크기를 균일하게 할 수 있다. 또, 금형(14, 15)의 동작을 적절히 조정함으로써, 복잡한 형상의 금속파이프(41)의 모서리 R의 성형자유도를 향상시킬 수 있다.
성형장치(1)에 있어서, 금형(14, 15)은, 금형(11)과 금형(12)에 의한 형체에 이르기까지의 사이에, 플랜지예정부(40b, 40c)의 어긋남을 계속 교정한다. 따라서, 금형(14, 15)은, 금형(11, 12)의 형폐동작이 진행되어, 플랜지예정부(40b, 40c)의 찌부러짐이 진행되어 가는 도중의 상태에 있어서도, 플랜지예정부(40b, 40c)의 어긋남을 계속 교정할 수 있다. 이상으로부터, 완성 후의 플랜지부(41b, 41c)의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상술한 실시형태에서는, 플랜지부(41b)의 폭방향에 있어서의 크기와 플랜지부(41c)의 폭방향에 있어서의 크기는 동일해지도록, 금형(14, 15)이 배치되어 있었다. 이 대신에, 한 쌍의 금형(14, 15)은, 양측의 플랜지부(41b, 41c)의 폭방향에 있어서의 크기가 서로 상이한 소정 크기가 되도록, 각각 배치되어도 된다. 이 경우, 금속파이프(41)의 양측의 플랜지부(41b, 41c)를 각각 원하는 크기로 할 수 있다.
예를 들면, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(41b)를 플랜지부(41c)보다 크게 성형해도 된다. 이 경우, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 초기상태에 있어서, 성형금형(2)의 폭방향의 중앙위치에 대하여, 금형(14)의 규제면(14a)을 금형(15)의 규제면(15a)보다 외측에 배치하면 된다. 이 경우, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 1차 블로를 행하는 단계에서는, 플랜지예정부(40c)가 규제면(15a)에 접촉하는 한편, 플랜지예정부(40b)는 규제면(14a)으로부터는 이간된 상태에 있다. 따라서, 플랜지예정부(40c)는 규제면(15a)에 규제되면서 확장되는 한편, 플랜지예정부(40b)는 규제되지 않고 확장될 수 있다. 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제어부(8)가 금형(12)을 하방으로 더 이동시키면, 금형(15)은 외측으로 이동하는 한편, 금형(14)은, 테이퍼면(62b)과 접촉할 때까지 이동하지 않는다. 그 한편, 플랜지예정부(40b)는, 눌러 찌부러져 외측으로 확장됨으로써, 규제면(14a)과 접촉한다. 이로써, 플랜지예정부(40b)가 규제면(14a)에 규제된다. 제어부(8)가 금형(12)을 하방으로 더 이동시킴으로써, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(41b, 41c)가 완성된다.
상술한 바와 같이, 도 6의 (b)에 나타내는 금속파이프(41)는, 중공의 파이프부(41a)와, 파이프부(41a)로부터 폭방향의 양측으로 돌출되는 한 쌍의 플랜지부(41b, 41c)를 갖고, 한 쌍의 플랜지부(41b, 41c)의 폭방향에 있어서의 크기가, 서로 상이한 소정 크기가 된다.
금속파이프(41)에 있어서, 한 쌍의 플랜지부(41b, 41c)의 폭방향에 있어서의 크기가, 서로 상이한 소정 크기가 된다. 이 경우, 성형 시에 있어서 각 플랜지부(41b, 41c)가 소정 크기가 되는 것 같은 처리를 행하기 때문에, 플랜지부(41b, 41c)의 크기의 불균일을 저감시킬 수 있다.
또, 도 5~도 6에 나타내는 형태에 있어서도, 금형(14, 15)은, 금형(11)과 금형(12)에 의한 형체(도 6의 (b))에 이르기까지의 사이에, 플랜지예정부(40b, 40c)의 어긋남을 계속 교정한다.
상술한 실시형태에서는, 금속파이프(41)가 한 쌍의 플랜지부(41b, 41c)를 갖고 있었다. 이 대신에, 금속파이프(41)가, 폭방향의 일방측에만 플랜지부를 가져도 된다. 예를 들면, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 금속파이프(41)는, 일방측의 플랜지부(41b)만을 갖고 있어도 된다. 이 경우, 이 경우, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 초기상태에 있어서, 성형금형(2)의 폭방향의 중앙위치에 대하여, 금형(14)의 규제면(14a)을 금형(15)의 규제면(15a)보다 외측에 배치하면 된다. 또, 오목부(52, 63)를 중앙위치보다 우측에 가깝게 형성한다. 이 경우, 규제면(15a)은, 오목부(52, 63)의 우측의 단부의 위치에 배치된다. 이 경우, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 1차 블로를 행하는 단계에서는, 플랜지예정부(40b)가 규제면(14a)에 접촉하는 한편, 파이프부(40a)의 우측의 단부가 규제면(15a)에 접촉한다. 따라서, 우측에는 플랜지예정부가 형성되지 않는다. 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제어부(8)가 금형(12)을 하방으로 더 이동시키면, 금형(14, 15)은 외측으로 이동한다. 파이프부(40a)의 우측에는 플랜지예정부가 형성되어 있지 않은 상태가 계속된다. 제어부(8)가 금형(12)을 하방으로 더 이동시킴으로써, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 플랜지부(41b)가 완성된다.
또, 도 7~도 8에 나타내는 형태에 있어서도, 금형(14)은, 금형(11)과 금형(12)에 의한 형체(도 8의 (b))에 이르기까지의 사이에, 플랜지예정부(40b)의 어긋남을 계속 교정한다.
다만, 상술한 실시형태에서는, 규제용의 금형이 폭방향의 양측에 마련되어 있었지만, 폭방향의 일방에만 마련되어도 된다.
상술한 실시형태에서는, 테이퍼구조(71, 72)는, 금형(14, 15)과 상측의 금형(12)의 사이에 형성되어 있었다. 이 대신에, 테이퍼구조는, 금형(14, 15)과 하측의 금형(11)의 사이에 형성되어도 되고, 금형(11, 12)의 양방의 사이에 형성되어도 된다.
상술한 실시형태에서는, 탄성기구로서 가스댐퍼가 채용되어 있었지만, 탄성력을 발생시키는 것이면 되고, 탄성부재 등에 의하여 구성되어도 된다. 또, 금형(14, 15)은, 액추에이터 등에 의하여 폭방향의 위치를 제어가능한 구성이 되어 있어도 된다.
다만, 상술한 실시형태에서는, STAF용의 성형장치에 있어서 채용되는 금형을 예로 하여 설명을 행했다. 그러나, 본 발명에 관한 금형이 채용되는 성형장치의 종류는 특별히 한정되지 않고, 유체를 공급하여 금속파이프재료를 팽창시키는 타입의 성형장치이면 된다.
1 성형장치
2 성형금형(성형형)
6 유체공급부
11 금형(제1 형)
12 금형(제2 형)
14, 15 금형(제3 형)
40 금속파이프재료
40b, 40c 플랜지예정부
41b, 41c 플랜지부
41 금속파이프
66, 67 가스댐퍼(탄성기구)
71, 72 테이퍼구조

Claims (11)

  1. 플랜지부착금속파이프를 성형하는 성형장치로서,
    상기 금속파이프를 성형하는 성형형을 구비하고,
    상기 성형형은, 단면시에 있어서, 제1 방향으로 서로 대향하는 제1 형, 및 제2 형을 가짐과 함께,
    상기 금속파이프재료의 플랜지예정부를 규제하기 위한 제3 형을 가지며,
    상기 제3 형은, 상기 제1 형과 상기 제2 형에 의한 형체에 이르기까지의 사이에, 상기 플랜지예정부의 어긋남을 계속 교정하는, 성형장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 형은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서, 금속파이프재료의 적어도 일방측에 배치되고,
    상기 제3 형은, 상기 제1 형과 상기 제2 형이 서로 가까워짐에 따라, 상기 금속파이프재료로부터 멀어지는, 성형장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 형은, 상기 제1 형과의 사이, 및 상기 제2 형과의 사이 중 적어도 일방에 형성된 테이퍼구조에 의하여, 상기 제1 형과 상기 제2 형이 서로 가까워짐에 따라, 상기 금속파이프재료로부터 멀어지는, 성형장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 성형형은, 상기 제1 방향에서 보아 만곡되는 상기 금속파이프를 성형하는, 성형장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속파이프는, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서의 양측에 플랜지부를 갖고,
    상기 성형형은, 상기 제2 방향에 있어서, 상기 금속파이프재료의 양측에 배치되는 한 쌍의 상기 제3 형을 갖는, 성형장치.
  6. 제5항에 있어서,
    한 쌍의 상기 제3 형은, 양측의 상기 플랜지부의 상기 제2 방향에 있어서의 크기를 동일하게 하도록, 각각 배치되는, 성형장치.
  7. 제5항에 있어서,
    한 쌍의 상기 제3 형은, 양측의 상기 플랜지부의 상기 제2 방향에 있어서의 크기가, 서로 상이한 소정 크기가 되도록, 각각 배치되는, 성형장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열된 상기 금속파이프재료에 유체를 공급하는 유체공급부를 더 구비하는, 성형장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 형에 대하여, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서의 상기 금속파이프재료측으로 탄성력을 부여하는 탄성기구를 더 구비하는, 성형장치.
  10. 중공의 파이프부와, 상기 파이프부로부터 폭방향의 양측으로 돌출되는 한 쌍의 플랜지부를 갖고,
    한 쌍의 상기 플랜지부의 상기 폭방향에 있어서의 크기가, 서로 상이한 소정 크기가 되는, 금속파이프.
  11. 플랜지부착금속파이프를 성형하는 성형장치로서,
    상기 금속파이프를 성형하는 성형형을 구비하고,
    상기 성형형은, 단면시에 있어서, 제1 방향으로 서로 대향하는 제1 형, 및 제2 형을 가짐과 함께, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서, 금속파이프재료의 적어도 일방측에 배치되는 제3 형을 가지며,
    상기 제3 형은, 상기 제1 형과 상기 제2 형이 서로 가까워짐에 따라, 상기 금속파이프재료로부터 멀어지는, 성형장치.
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