処理中

しばらくお待ちください...

設定

設定

出願の表示

1. KR1020050071669 - DEFORMED ELEMENT PIPE FOR HYDRAULIC BULGING, HYDRAULIC BULGING DEVICE USING THE ELEMENT PIPE, HYDRAULIC BULGING METHOD USING THE ELEMENT PIPE, AND HYDRAULIC-BULGED PRODUCT

注意: このテキストは、OCR 処理によってテキスト化されたものです。法的な用途には PDF 版をご利用ください。

[ KO ]
명 세 서
액압 벌지 가공용 이형 소관 및 이를 이용하는 액압 벌지 가공 장치, 액압 벌지 가공 방법 및 액압 벌지 가공품 {DEFORMED ELEMENT PIPE FOR HYDRAULIC BULGING, HYDRAULIC BULGING DEVICE USING THE ELEMENT PIPE, HYDRAULIC BULGING METHOD USING THE ELEMENT PIPE, AND HYDRAULIC-BULGED PRODUCT}
기 술 분 야
본 발명은 액압 벌지 가공에 제공하는 이형(異形) 소관(素管) 및 이 이형 소관을 이용하여 액압 벌지 가공하는 액압 벌지 가공 장치, 액압 벌지 가공 방법 및 액압 벌지 가공이 실시된 액압 벌지 가공품에 관한 것이다.
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
액압 벌지 가공은 다른 성형 가공 방법에 비해 많은 특징을 구비하고 있다. 예를 들어, 길이 방향으로 단면 형상이 다른 복잡한 형상의 부품으로 가공할 수 있으므로, 종래 방법에서는 용접 접합이 필요했던 기계 부품을 일체 성형으로 가공할 수 있다. 또한, 상기 가공은 가공을 부여한 부위의 전체에 걸쳐서 가공 경화가 생기게 하기 위해, 연질인 소관을 이용해도 고강도의 제품을 얻을 수 있다.
또한, 가공 후의 스프링백이 적고, 제품의 치수 정밀도가 양호하다(형상 동결성이 양호함). 이로 인해, 제품 치수의 수정 공정을 필요로 하지 않아, 공정의 생략을 도모할 수 있다.
액압 벌지 가공은 상술한 우수한 특징이 평가되어 최근에는, 특히 자동차용 부품의 제조 방법으로서 채용되도록 되어 있다.
통상, 액압 벌지 가공에 의해 관을 성형 가공하는 경우에는 길이 방향으로 균일한 원단면을 갖는 스트레이트인 관(이하,「스트레이트 소관」이라 함)을 소재로서 이용하여 상기 소재에「예성형(豫成形)」으로 하여 구부림 가공 및 찌부러뜨림 가공을 실시한 후, 가공 공정의 최종 공정으로서 액압 벌지 가공이 실시된다. 이와 같은 일련의 가공 공정을 경유함으로써 스트레이트 소관으로부터 소정의 형상으로 가공된 액압 벌지 가공품을 제조할 수 있다.
도1은 종래의 스트레이트 소관을 이용하여 제품을 얻는 액압 벌지 가공의 가공 공정 중 최종 공정을 설명하는 도면이다. 도1에 도시한 바와 같이, 최종 공정이 되는 액압 벌지 가공에서는 상하의 금형(1, 2) 내에 셋트된 스트레이트 소관(P1) 내에 주입 구멍(3)을 통해 가공액을 주입하여 내압을 부하한다. 또한, 내압 부하에다가 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(4, 5)에 의해 양 관단부로부터 축 방향으로 소관(P1)을 압입한다(이하,「축 압박」이라 함).
액압 벌지 가공에 있어서는 내압을 부하하는 것 및 축 압박하는 것을 조합하여 다양한 단면 형상을 갖는 제품(P2)을 제조한다. 또한, 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(4, 5)는 도시하지 않은 유압 실린더에 접속되어 있고, 액압 벌지 가공 중에 있어서는 그 축 방향 위치 및 축 압박력이 제어되어 있다.
액압 벌지 가공에 있어서의 관단부로부터 축 방향으로의 축 압박은 소관의 팽출 시의 메탈플로우를 촉진시켜 소관의 확관 효과를 향상시키는 효과가 있다. 이로 인해, 액압 벌지 가공에서는 관단부로부터 축 방향으로의 축 압박은 매우 중요한 가공 공정이다.
구체적으로는 액압 벌지 가공에 있어서, 축 압박을 실시하지 않고 내압 부하만으로 가공을 행하면 스트레이트 소관(P1)은 팽출에 따라 판 두께가 현저히 감소된다. 이로 인해, 스트레이트 소관(P1)은 액압 벌지 가공의 도중에서 파단에 이른다. 즉, 스트레이트 소관(P1)의 성형 가능한 범위(확관 효과)가 제한되게 된다.
또한, 액압 벌지 가공에는 소관 형상에 기인하는 문제가 있다. 전술한 바와 같이, 상기 가공의 특징 중 하나로서 축 방향으로 단면 형상이 다른 복잡한 가공 형상을 얻을 수 있다고 해도 얻을 수 있는 가공 형상에 제한이 있다.
예를 들어, 주위 길이 증가율(확관율) = {(해당 부위의 가공품의 외주 길이/소관의 원주 길이)-1}× 100 %로 정의한 경우에, 가공품에 요구되는 형상 특성이나 사용하는 소관 조건(재질, 판 두께)에도 따르지만, 축 압박이 유효한 관단부 영역을 제외하고, 주위 길이 증가율(확관율)은 겨우 25 % 정도이다.
이 한계의 주위 길이 증가율(확관율)을 넘어 액압 벌지 가공을 실시할 수 없다. 이와 같은 주위 길이 증가율(확관율)의 제약 조건을 기초로 가공품의 형상 설계의 자유도를 올리고, 보다 복잡한 단면 형상을 갖는 가공품을 얻기 위해서는 소관 형상으로 고안을 실시할 필요가 있다.
이 문제에 대응하기 위해, 스트레이트 소관 대신에 대략 원추 형상의 소관(이하,「테이퍼 소관」이라 함)을 이용하는 것이 제안되어 있다. 즉, 테이퍼 소관을 이용함으로써 스트레이트 소관에서의 성형이 곤란한 부품, 예를 들어 축 방향에 따라서 크게 주위 길이가 변화되는 부품에 대해서도 가공에 따라 주위 길이 증가율을 낮게 억제할 수 있어 소정의 가공 형상을 형성할 수 있게 하고 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 2001-321842호 공보, 제1 페이지, 도2 참조).
그러나, 축 방향으로 단면 형상이 변화되는 테이퍼 소관을 이용하여 액압 벌지 가공을 행하는 경우에, 상기 도1에 도시하는 스트레이트 소관용 축 압박 공구를 사용한 경우에는 테이퍼 소관에 축 압박을 실시하기 어렵다.
도2는 종래의 스트레이트 소관용축 압박 공구로 테이퍼 소관으로의 축 압박을 행한 경우에 생기는 문제를 설명하는 도면이다. 도2에 도시한 바와 같이, 대경측에서는 테이퍼 소관(TP1)으로의 축 압박 자체를 할 수 없고, 또한 소경측에서는 테이퍼 소관(TP1)으로의 축 압박을 행할 수 있지만, 축 압박에 따라 축 압박 공구(4)가 상하의 금형(1, 2)의 내부로 진입함에 따라서, 축 압박 공구(4)측의 테이퍼 소관(TP1)의 내외면의 구속이 불충분해져 밀봉 누설이 발생하게 된다.
도3은 종래의 테이퍼 소관을 이용한 액압 벌지 가공 공정을 설명하는 도면으로, 도3의 (a)는 가공 전의 상태를, (b)는 내압 부하를 가하기 전의 상태를, (c)는 가공 종료 시의 상태를 나타내고 있다.
종래의 테이퍼 소관(TP1)을 이용한 액압 벌지 가공에서는, 도3에 도시한 바와 같이 선단부가 테이퍼 형상인 축 압박 공구(6, 7)를 사용하지만, 축 압박을 실시할 수 없으므로, 내압 부하만으로 액압 벌지 가공을 완료시키는 것이 일반적이다. 또한, 도3 중 TP2는 관단부를 성형한 후의 테이퍼 소관, TP3은 액압 벌지 가공 후의 제품(액압 벌지 가공품)을 나타낸다.
도3에 도시하는 가공 공정에서는 테이퍼 소관(TP2)의 축 압박을 실시할 수 없으므로, 전술한 바와 같이 액압 벌지 가공의 단계에서 파단이 생기지 않을 정도로 한정된 성형 범위에서만 가공할 수 없다. 따라서, 액압 벌지 가공에 있어서 테이퍼 소관을 이용하는 것의 효과가 충분히 발휘되지 않는 것이 실정이다.
이로 인해, 테이퍼 소관을 이용하여 액압 벌지 가공을 행한 경우에, 소관으로의 내압 부하에다가 관단부로부터의 축 방향으로의 축 압박을 가능하게 하는 기술 개발이 기대되고 있다.
종래의 테이퍼 소관에 액압 벌지 가공을 실시한 경우에, 축 압박이 곤란하다는 문제와는 별도로, 액압 벌지 가공품을 다른 부재와 접합하는 경우의 문제도 있다.
도4는 직사각형 단면을 갖는 액압 벌지 가공품을 접합하는 경우의 문제를 설명하는 도면이다. 도4의 (a)는 종래의 액압 벌지 가공품의 형상을 도시하고, (b)는 본 발명의 액압 벌지 가공품의 형상을 도시하고 있고, 각각의 가공품의 축 방향에 대해 관단부의 기울기를 나타내고 있다. (c)는 상기 (a) 및 (b)의 액압 벌지 가공품의 단면 형상을 도시하고 있다.
종래의 테이퍼 소관을 소재로 하여 액압 벌지 가공한 제품(PT3)은, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이 관단부가 기울어져 θ만큼 경사져 있다. 이로 인해, 다른 부재와의 용접, 접합 시에 정밀도를 확보할 수 없으므로, 다른 부재와의 접합 등은 용이하지 않다.
또한, 관단부를 다른 부품에 삽입하여 결합하는 삽입 결합 시에 마찬가지로 정밀도를 확보할 수 없으므로, 위치 결정이 곤란해진다. 그로 인해, 액압 벌지 가공 후에 액압 벌지 가공품의 단부를 잘라내는 등의 마무리 가공을 필요로 한다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 상기한 종래의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 횡방향으로 횡단면 형상이 변화되는 이형 소관을 이용한 액압 벌지 가공에 있어서, 소관으로의 내압 부하에다가 관단부로부터 축 방향으로의 축 압박을 가능하게 하여 큰 확관율을 얻을 수 있는 액압 벌지 가공용 이형 소관 및 이를 이용하는 액압 벌지 가공 장치, 액압 벌지 가공 방법 및 액압 벌지 가공품을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 액압 벌지 가공용 이형 소관은 액압 벌지 가공에 제공되는 이형 소관이며, 축 방향의 한 쪽으로부터 다른 쪽에 걸쳐서 외경이 점차 증가 또는 감소되는 주위 길이를 갖고, 적어도 한 쪽단부측에 평행부를 형성하는 것으로 하고 있다.
본 발명의 액압 벌지 가공용 이형 소관에서는, 상기 평행부의 길이는 액압 벌지 가공에서 실시되는 축 압박량과 가공 시의 밀봉에 필요한 길이와의 합계 길이 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 직사각형 단면, 또는 다각 형상 단면을 갖는 액압 벌지 가공품의 제조에 제공되는 이형 소관에 있어서는 상기 평행부에 있어서의 코너부의 곡률 반경(R)을 상기 이형 소관의 외경이 점차 증가 또는 감소되는 주위 길이 변화에 대응하여 변화시키는 것이 바람직하다.
그리고, 이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 이형 소관을 상하 양 금형 본체 중 적어도 한 쪽의 단부측 내면과, 이 단부측 내면에 대응하는 축 압박 공구의 외면에 각각 평행부를 설치하고, 본 발명의 액압 벌지 가공 장치의 금형 내에 셋트하면 내압 부하 및 축 압박을 조합하는 것이 가능해진다.
이에 의해, 액압 벌지 가공에 있어서, 종래 이상으로 큰 확관율을 얻을 수 있게 되고, 또한 다른 부품과의 접합도 용이하게 행할 수 있게 된다.
도면의 간단한 설명
도1은 종래의 스트레이트 소관을 이용하여 제품을 얻는 액압 벌지 가공의 가공 공정 중 최종 공정을 설명하는 도면이다.
도2는 종래의 스트레이트 소관용 축 압박 공구를 이용하여 종래의 테이퍼 소관의 축 압박을 행한 경우에 생기는 문제를 설명하는 도면이다.
도3은 종래의 테이퍼 소관을 이용한 액압 벌지 가공 공정을 설명하는 도면으로, (a)는 가공 전의 상태를, (b)는 내압 부하를 가하기 전의 상태를, (c)는 가공 종료 시의 상태를 도시하고 있다.
도4는 직사각형 단면을 갖는 액압 벌지 가공품을 접합하는 경우의 문제를 설명하는 도면으로, (a)는 종래의 테이퍼 소관을 이용한 액압 벌지 가공품의 형상, (b)는 본 발명의 액압 벌지 가공품의 형상을 도시하고, (c)는 이들 단면 형상을 도시하고 있다.
도5는 본 발명의 액압 벌지 가공용 이형 소관을 구성하는 테이퍼관의 형상예를 나타내는 단면도이다.
도6은 본 발명의 이형 소관의 전체 구성을 예시하는 도면으로, (a)는 원단면을 갖는 테이퍼부의 양단부에 원단면을 갖는 평행부를 형성한 예이고, (b)는 직사각형 단면을 갖는 테이퍼부의 양단부에 직사각형 단면을 갖는 평행부를 설치한 예를 나타내고 있다.
도7은 본 발명의 다른 이형 소관의 전체 구성을 예시하는 도면으로, 대경측의 평행부와 중앙의 테이퍼부 사이에 이행부를 가진 예를 나타내고 있다.
도8은 대경측단부에 평행부를 갖는 본 발명에 관한 이형 소관을 제조하는 방법에 대해 설명하는 도면으로, (a)는 전체 사시도이고, (b)는 전개도이고, (c)는 (b)에 도시한 전개도에 가까운 사다리꼴 형상을 도시하는 도면이다.
도9는 본 발명의 이형 소관의 다른 실시예와 그것들에 이용되는 축 압박 공구를 도시하는 도면으로, (a)는 전체 사시도를, (b)는 소경측의 확대도를, (c)는 그것들에 이용되는 소경측의 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구의 확대도이다.
도10은 액압 벌지 가공품의 소경측이 직사각형 단면을 갖는 경우에 이용되는 본 발명의 이형 소관의 단부면 형상을 도시하는 도면으로, (a)는 소경측단부보다 축 방향으로 δL + L0만큼 떨어진 위치의 단면도, (c)는 관단부의 단면도, (b)는 그것들의 중간 위치에서의 단면도이다.
도11은 액압 벌지 가공품의 대경측이 직사각형 단면을 갖는 경우에 이용하는 본 발명의 이형 소관의 단부면 형상을 도시하는 도면으로, (a)는 대경측단부보다 축 방향으로 δL' + L0'만큼 떨어진 위치의 단면도, (c)는 관단부의 단면도, (b)는 그것들의 중간 위치에서의 단면도이다.
도12는 액압 벌지 가공품이 사다리꼴 단면을 갖는 경우에 그 단면 형상을 예시하는 도면이다.
도13은 액압 벌지 가공품이 L자형의 단면을 갖는 경우에 그 단면 형상을 예시하는 도면이다.
도14는 본 발명 방법의 제1 실시예를 설명하는 도면으로, 이형 소관의 관단부의 평행부를 액압 벌지 가공에 앞서서 형성하는 경우를 도시하는 도면으로, (a)는 테이퍼관의 금형 본체로의 셋팅 상태를 도시한 단면도이고, (b)는 액압 벌지 가공 전에 평행부를 형성한 상태를 도시한 단면도이고, (c)는 액압 벌지 가공 종료 후의 상태를 도시한 단면도이다.
도15는 소경측의 상부 금형 본체, 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구 및 이형 소관단부의 관계를 나타내는 도면으로, (a) 내지 (c)는 상기 도14의 (a) 내지 (c)에 상당하는 도면이다.
도16은 대경측의 상부 금형 본체, 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구 및 이형 소관단부의 관계를 나타내는 도면으로, (a) 내지 (c)는 상기 도14의 (a) 내지 (c)에 상당하는 도면이다.
도17은 본 발명 방법의 제2 실시예를 설명하는 도면으로, 이형 소관의 관단부의 평행부를 금형 본체로의 셋팅 전에 미리 형성하고 있는 경우를 도시하는 도면으로, (a)는 이형 소관의 금형 본체로의 셋팅 상태를 도시한 단면도이고, (b)는 액압 벌지 가공 전의 상태를 도시한 단면도이고, (c)는 액압 벌지 가공 종료 후의 상태를 도시한 단면도이다.
도18은 본 발명 방법의 제3 실시예를 설명하는 도면으로, 이형 소관의 관단부의 평행부를 금형 본체로의 셋팅 전에 미리 형성하고 있는 경우의 다른 예를 나타내는 도면으로, (a) 내지 (c)는 상기 도17의 경우와 동일하다.
도19는 본 발명 방법의 제4 실시예를 나타내는 설명도로, 대경측의 평행부의 내측의 캐비티가 대경단부를 기준으로 하여 축 방향으로 단조롭게 증가하는 구성예를 나타내는 도면으로, (a) 내지 (c)는 상기 도17의 경우와 동일하다.
도20은 본 발명의 액압 벌지 가공 장치의 구성 부재인 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구의 구성예를 나타내는 도면이다.
실 시 예
도5는 본 발명의 이형 소관을 구성하는 테이퍼관의 형상예를 나타내는 단면도이다. 본 발명의 액압 벌지 가공용 이형 소관(11)은 액압 벌지 가공에 제공되는 이형 소관이며, 도5의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 축 방향의 한 쪽으로부터 다른 쪽에 걸쳐서 외경이 점차 증가 또는 감소되는 주위 길이를 갖고, 적어도 한 쪽단부(도5에 나타낸 예에서는 소경측 및 대경측의 양단부)측에 평행부(11a, 11b)를 형성하고 있다.
본 발명의 액압 벌지 가공용 이형 소관에서는, 상기 평행부(11a, 11b)의 길이는 액압 벌지 가공에서의 축 압박량과 밀봉에 필요한 길이의 합계 길이 이상으로 하는 것이 바람직하다.
도6은 본 발명의 이형 소관의 전체 구성을 예시하는 도면으로, 도6의 (a)는 원단면을 갖는 테이퍼부의 양단부에 원단면을 갖는 평행부를 형성한 예이고, (b)는 직사각형 단면을 갖는 테이퍼부의 양단부에 직사각형 단면을 갖는 평행부를 설치한 예를 나타내고 있다.
상기 도5의 (a)에 나타내는 실시예를 도6의 (a), (b)를 이용하여 더 상세하게 설명한다. 도6의 (a)는 가장 기본적인 형태를 도시하는 것으로, 원단면을 갖는 테이퍼부의 양단부에 원단면을 갖는 평행부(11a, 11b)를 형성한 것이다.
또한, 도6의 (b)는 직사각형 단면을 갖는 테이퍼부의 양단부에 직사각형 단면을 갖는 평행부(11a, 11b)를 설치한 것이다. 이 도6의 (b)에 나타내는 예에서는, 평행부(11a, 11b)는 전체 길이에 걸쳐서 소경측(11a)에서는 후술하는 도10의 (a)에 도시하는 단면, 대경측(11b)에서는 후술하는 도11의 (c)에 도시하는 단면을 갖고 있다.
도7은 본 발명의 다른 이형 소관의 전체 구성을 예시하는 도면으로, 상기 도6의 구성에 비해 대경측의 평행부와 중앙의 테이퍼부 사이에 이행부를 갖는 이형 소관의 구성예를 나타내고 있다.
다음에, 상기 도5의 (b)에 나타내는 실시예의 상세를 도7의 (a), (b)를 이용하여 설명한다. 도7의 (a)는 원단면을 갖는 테이퍼부의 양단부에 원단면을 갖는 평행부(11a, 11b)를 형성한 것으로, 대경측의 평행부(11b)와 중앙의 테이퍼부 사이에 이행부(11c)를 갖고 있다.
또한, 도7의 (b)는 직사각형 단면을 갖는 테이퍼부의 양단부에 직사각형 단면을 갖는 평행부(11a, 11b)를 설치한 것으로, 대경측의 평행부(11b)와 중앙의 테이퍼부 사이에 상기와 마찬가지로 이행부(11c)를 갖고 있다.
상기 도6의 (b)나 도7의 (b)에서는 양단부에 형성한 평행부(11a, 11b)의 형상이 단순히 직사각형 단면을 갖는 것을 도시하였지만, 평행부(11a, 11b)의 형상은 후술하는 도12에 도시한 바와 같은 사다리꼴의 단면 형상이나, 후술하는 도13에 도시한 바와 같은 L자형의 단면 형상, 또는 도시하지 않은 다각형의 단면 형상 등이라도 좋다.
이 경우에, 액압 벌지 가공 후의 최종 단부면 형상이 제품의 단부면 형상과 일치하도록 설계하고 있으면, 재료 수율이 향상되게 되어 적합하다.
또한, 도6의 (b)나 도7의 (b)에 있어서는 중앙의 테이퍼부도 직사각형 단면으로 한 것을 도시하고 있지만, 중앙부는 특별히 직사각형 단면일 이유는 없고, 도6의 (a)나 도7의 (a)와 같은 원단면이라도 좋고, 액압 벌지 가공의 금형에 삽입할 수 있도록 구부림 가공이나 상하 좌우로부터의 찌부러뜨림 가공을 행한 것이라도 좋다.
도8은 대경측단부에 평행부를 갖는 본 발명에 관한 이형 소관을 제조하는 방법에 대해 설명하는 도면으로, 도8의 (a)는 전체 사시도이고, (b)는 전개도, (c)는 (b)에 도시한 전개도에 가까운 사다리꼴 형상을 도시하는 도면이다.
도8의 (a)에 도시한 바와 같은 원단면을 갖는 테이퍼부의 대경측단부에 평행부(11b)를 갖는 본 발명에 관한 이형 소관(11)의 제조 방법에 대해 설명하면, 다음과 같이 된다.
도8의 (a)에 도시하는 이형 소관(11)은 도8의 (b)에 도시한 형상의 판을 단순 왜곡하여 a-b와 a'-b', c-d와 c'-d', b-e와 c-e, b'-e와 c'-e의 단부를 접합하면, 도8의 (a)에 도시한 바와 같이 대경측단부에 평행부(11b)를 갖는 이형 소관(11)을 얻을 수 있다.
한편, 도8의 (c)에는 도8의 (b)를 파선으로 병기하는 동시에, 이것에 가까운 사다리꼴 형상을 실선으로 나타내고 있다.
실선과 파선의 비교로 명백한 바와 같이, 도8의 (c)에 실선으로 나타내는 사다리꼴을 단순 왜곡한 경우에는 b-c-e의 영역과 b'-c'-e'의 영역에 두께에 여분이 생긴다. 즉, 사다리꼴 형상을 소재로 한 판 권취 공정에서는 본 발명에 관한 이형 소관(11)과 같이 단부에 평행부(11b)를 갖는 이형 소관의 제조는 곤란하다.
가장 단순한 방법은, 도8을 이용하여 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 이형 소관(11)의 전개 형상을 갖는 판을 단순 왜곡하여 접합하는 방법이지만, 다음에, 이 이외의 방법이나, 전술한 도6, 도7에 도시하는 형상의 본 발명에 관한 이형 소관(11)을 제조하는 방법에 대해 설명한다.
상기 도6의 (a)에 도시하는 형상의 경우에는, 예를 들어「단순한 테이퍼관」을 소재로 하여 소경측은 내경 확장 가공, 대경측은 외경 교축 가공을 행함으로써 얻을 수 있다. 또한, 도6의 (b)에 도시하는 형상의 경우에는 상기에다가 중앙의 본체 길이부에 찌부러뜨림 가공을 행함으로써 얻을 수 있다.
본 발명의 설명에 있어서,「단순한 테이퍼관」이라 함은, 본 발명의 이형 소관의 소재이며, 아직 한 쪽단부측 또는 양단부에 평행부를 형성하고 있지 않은 테이퍼관을 의미한다.
상기 도7의 (a)에 도시하는 형상의 경우에는, 예를 들어,「단순한 테이퍼관」을 소재로 하여 소경측, 대경측 모두 내경 확장 가공을 행하면 된다. 또한, 도7의 (b)에 도시하는 형상의 경우에는 상기에다가 중앙의 본체 길이부에 찌부러뜨림 가공을 행함으로써 얻을 수 있다.
도9는 본 발명의 이형 소관의 다른 실시예와 그것들에 이용되는 축 압박 공구를 도시하는 도면으로, 도9의 (a)는 전체 사시도를, (b)는 소경측의 확대도를, (c)는 그것들에 이용되는 소경측의 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구의 확대도이다. 도9에 나타내는 실시예에서는, 도9의 (a)에 나타낸 형태는 직사각형 단면의 테이퍼부의 양단부에 직사각형 단면의 평행부(11a, 11b)를 형성하고 있다.
또한, 도9에 나타낸 실시예에서는, 단순한 테이퍼관에 소경측의 평행부(11a)에서는 δL + L0에 대응하는 부분에, 대경측의 평행부(11b)에서는 δL' + L0'에 대응하는 부분에 제품과 대략 동일한 폭, 높이의 치수를 갖는 직사각형 단면을 형성하고 있다.
또한, 코너부의 곡률 반경(R)을 후술하는 바와 같이 결정함으로써, 액압 벌지 가공에서 금형 본체(12, 13)와 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(14, 15)에 의해 액압 벌지 가공 시의 축 압박으로 좌굴 등이 생기지 않고 매우 원활한 재료의 압입이 가해진다.
도10은 액압 벌지 가공품의 소경측이 직사각형 단면을 갖는 경우에 이용되는 본 발명의 이형 소관의 단부면 형상을 도시하는 도면이다. 도10의 (a)는 소경측단부보다 축 방향으로 δL + L0만큼 떨어진 위치의 단면을, (c)는 관단부의 단면을, (b)는 그것들의 중간 위치에서의 단면을 도시하고 있다.
즉, 도10은 본 발명의 이형 소관의 소경측의 평행부(11a)의 각 단면에 있어서의 형상을 설명하는 도면으로, (a) 내지 (c)의 단면의 폭(W0)과 높이(H0)는 거의 일정하다. 또한, 코너부의 곡률 반경(R)을 예성형에 의해 단계적으로 변화시키고 있다.
도10의 (a) 내지 (c)에 도시한 바와 같이, 소경측단부에서의 코너부의 곡률 반경을 R0, 소경측단부보다 축 방향으로 δL + L0만큼 떨어진 위치의 코너부의 곡률 반경을 R1, 소경측단부보다 축 방향으로 X만큼 떨어진 위치의 코너부의 곡률 반경을 R(x)이라 하면, 이들은 하기 식 1의 관계가 된다.
[식 1]
R0 ≥ R(x) ≥ R1
도10에 나타내는 실시예에서는 각 단면에 있어서의 4개의 코너부의 곡률 반경을 동일하게 하였지만, 이들을 동일하게 할 필요는 없고, 코너부마다 다른 곡률 반경으로 해도 좋다.
더욱 상세하게는 단순한 테이퍼관의 양단부를 기준 주위 길이로 한 관단부로부터의 위치(X)에 있어서의 주위 길이 차[δd(x)]는 하기 식 2에 의해 얻을 수 있다. 단, D0은 소경측 외경, D0'는 대경측 외경 및 LT은 테이퍼관의 길이를 나타내고 있다.
[식 2]
δd(x) = πㆍ(D0' - D0)ㆍX/LT
예성형에서 단부의 단면을 폭(W0), 높이(H0)의 직사각형으로 형성할 때, 상기 주위 길이 차[δd(x)]에 대응하고, 도10에 도시한 바와 같이 코너부의 곡률 반경[R(x)]의 치수를 축 방향 위치에서 변화시킴으로써 적절한 예성형의 형상을 결정할 수 있다.
도11은 액압 벌지 가공품의 대경측이 직사각형 단면을 갖는 경우에 이용되는 본 발명의 이형 소관의 단부면 형상을 도시하는 도면이다. 도11의 (a)는 대경측단부보다 축 방향으로 δL' + L0'만큼 떨어진 위치의 단면도이고, (c)는 관단부의 단면도이고, (b)는 그것들의 중간 위치에서의 단면도이다.
즉, 도11은 본 발명의 이형 소관의 대경측의 평행부(11b)의 각 단면에 있어서의 형상을 설명하는 도면으로, (a) 내지 (c)의 단면의 폭(W0')과 높이(H0')는 거의 일정하다. 또한, 코너부의 곡률 반경(R')을 예성형에 의해 단계적으로 변화시키고 있다.
도11의 (a) 내지 (c)에 도시한 바와 같이, 대경측단부에서의 코너부의 곡률 반경을 R0', 대경측단부보다 축 방향으로 δL' + L0'만큼 떨어진 위치의 코너부의 곡률 반경을 R1', 대경측단부보다 축 방향으로 X만큼 떨어진 위치의 코너부의 곡률 반경을 R'(x)이라 하면, 이들은 하기 식 1'의 관계가 된다.
[식 1']
R0' ≤ R'(x) ≤ R1'
또한, 단순한 테이퍼관의 양단부를 기준 주위 길이로 한 단부로부터의 위치(X)에 있어서의 주위 길이 차[δd(x)]는 하기 식 2'에 의해 얻을 수 있다. 단, D0은 소경측 외경, D0'는 대경측 외경 및 LT는 테이퍼관의 길이를 나타내고 있다.
[식 2']
δd(x) = πㆍ(D0'-D0)ㆍX/LT
단부의 단면을 폭(W0'), 높이(H0')의 직사각형으로 형성할 때, 상기 주위 길이 차[δd(x)]에 대응하고, 도11에 도시한 바와 같이 코너부의 곡률 반경 R'(x)의 치수를 축 방향 위치에서 변화시킴으로써 적절한 형상의 결정이 가능하다.
상술한 바와 같이, 액압 벌지 가공품이 직사각형 단면을 갖는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명의 이형 소관은 이에 한정되지 않고, 직사각형의 조합 형상이나 다각형 형상이라도 채용할 수 있고, 액압 벌지 가공 시의 매우 안정된 축 압박이 가능해진다.
도12는 액압 벌지 가공품이 사다리꼴 단면을 갖는 경우에 그 단면 형상을 예시하는 도면이다. 도13은 액압 벌지 가공품이 L자형 단면을 갖는 경우에 그 단면 형상을 예시하는 도면이다. 모두 대경측에서 미리 성형된 단면 형상의 예로, (a)는 대경측단부보다 축 방향으로 δL' + L0'만큼 떨어진 위치의 단면도이고, (c)는 관단부의 단면도이고, (b)는 그것들의 중간 위치에서의 단면도이다.
다음에, 본 발명의 액압 벌지 가공 장치 및 그것을 이용한 액압 벌지 가공 방법을, 도면을 기초로 하여 설명한다.
도14는 본 발명 방법의 제1 실시예를 설명하는 도면으로, 이형 소관의 관단부의 평행부를 액압 벌지 가공에 앞서서 형성하는 경우를 나타내고 있다. 도14의 (a)는 테이퍼관의 금형 본체로의 셋팅 상태를 도시한 단면도이고, (b)는 액압 벌지 가공 전에 평행부를 형성한 상태를 도시한 단면도이고, (c)는 액압 벌지 가공 종료 후의 상태를 도시한 단면도이다.
도15는 소경측의 상부 금형 본체, 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구 및 이형 소관단부의 관계를 나타내는 도면으로, 도15의 (a) 내지 (c)는 상기 도14의 (a) 내지 (c)에 상당하는 도면이다.
도16은 대경측의 상부 금형 본체, 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구 및 이형 소관단부의 관계를 나타내는 도면으로, 도16의 (a) 내지 (c)는 상기 도14의 (a) 내지 (c)에 상당하는 도면이다.
도17은 본 발명 방법의 제2 실시예를 설명하는 도면으로, 이형 소관의 관단부의 평행부를 금형 본체로의 셋팅 전에 미리 형성하고 있는 경우를 나타내고 있다. 도17의 (a)는 이형 소관의 금형 본체로의 셋팅 상태를 도시한 단면도이고, (b)는 액압 벌지 가공 전의 상태를 도시한 단면도이고, (c)는 액압 벌지 가공 종료 후의 상태를 도시한 단면도이다.
도18은 본 발명 방법의 제3 실시예를 설명하는 도면으로, 이형 소관의 관단부의 평행부를 금형 본체로의 셋팅 전에 미리 형성하고 있는 경우의 다른 예를 나타내고 있다. 도18의 (a)는 이형 소관의 금형 본체로의 셋팅 상태를 도시한 단면도이고, (b)는 액압 벌지 가공 전의 상태를 도시한 단면도이고, (c)는 액압 벌지 가공 종료 후의 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명의 액압 벌지 가공 장치는, 예를 들어 도14, 도17 및 도18에 도시한 바와 같은 캐비티를 형성한 상하의 금형 본체(12, 13)와, 양 금형 본체(12, 13)의 각각의 단부에 선단부가 삽입되는 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(14, 15)를 구비하고 있다. 그리고, 양 금형 본체(12, 13)와 축 압박 공구(14, 15)는 양자에 의해 본 발명의 이형 소관(11)의 양단부를 협지하여 보유 지지하도록 구성되어 있다.
또한, 상기 축 압박 공구 중 어느 하나에 가공액의 주입 구멍이 마련되고, 상기 금형 본체 중 적어도 한 쪽의 단부측(도14, 도17 및 도18에 나타낸 예에서는 소경측 및 대경측의 양단부측) 내면과, 이 단부면 내면에 대응하는 축 압박 공구의 외면에 각각 평행부(12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 15a)가 설치된다.
이 축 압박 공구(14, 15)의 외면의 평행부(14a, 15a)는 축 압박 시에 내면으로부터 소관을 구속하여 원활한 변형을 가능하게 하는 작용을 발휘한다.
이 액압 벌지 가공 장치에 있어서, 소경부측의 축 압박량을 δL, 대경부측의 축 압박량을 δL', 소경부측의 밀봉에 필요한 길이를 L0, 대경부측의 밀봉에 필요한 길이를 L0'로 한 경우에, 양 금형 본체(12, 13) 중 적어도 한 쪽의 단부측(도14, 도17 및 도18에 나타낸 예에서는 소경측 및 대경측의 양단부측) 내면에 설치된 평행부(12a, 12b, 13a, 13b)의 길이는 소경부측에 설치되어 있는 경우에 δL + L0 이상으로 하고, 대경부측에 설치되어 있는 경우에는 δL' + L0' 이상으로 하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 이 금형 본체(12, 13)에 설치된 평행부(12a, 12b, 13a, 13b)에 대응하는 축 압박 공구(14, 15)의 평행부(14a, 15a)의 길이는, 소경부측에 설치되는 경우에는 δL + L0 이상으로 하고, 대경부측에 설치되는 경우에는 L0' 이상으로 하는 것이 바람직하다.
그런데, 본 발명의 액압 벌지 가공 장치에서는, 소경측(대경측)의 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(14)(15)의 선단부는 이형 소관(11)의 소재가 되는 단순한 테이퍼관(PT) 또는 이형 소관(11)의 소경측단부(대경측단부)에 삽입 가능해야만 한다. 이와 동시에, 평행부(14a)(15a)는 축 압박 완료 시에 있어서의 평행부(14a)(15a)의 최선단부 부분과 이형 소관(11)의 내면과의 사이에 간극이 생기지 않는 것이 필요하다.
이로 인해, 예를 들어, 도14에 도시한 바와 같이 이형 소관(11)의 소재가 되는 단순한 테이퍼관(PT)을 상하의 금형 본체(12, 13)로 셋트한 후, 관단부에 형성하는 평행부(11a, 11b)를 액압 벌지 가공을 실시하는 데 앞서서 상하의 금형 본체(12, 13) 내에서 형성하는 경우에는, 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구는 하기 A, B의 조건을 만족시킬 필요가 한다.
A. 소경측의 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(14)(도15 참조)
선단부의 국부적 오목부를 무시한 포락선(包絡線)의 주위 길이(SD0)는 하기 식 3을 만족시킨다.
[식 3]
SD0 ≤ (D0 - 2t/cosθ) × π
단, D0 : 소경부의 외경
t : 이형 소관(11)의 두께
θ = tan -1{(D0' - D0)/(2ㆍLT)}
LT : 테이퍼관(PT)의 길이
D0' : 대경부의 외경
B. 대경측의 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(15)(도16 참조)
선단부의 국부적 오목부를 무시한 포락선의 주위 길이(SD0')는 하기 식 4를 만족시킨다.
[식 4]
SD0' ≤ (D0' - 2t/cosθ) × π
한편, 상기 도17에 도시한 바와 같이, 이형 소관(11)의 관단부에 형성하는 평행부(11a, 11b)를 상하의 금형 본체(12, 13)로 셋트하기 전에 미리 형성하고 있는 경우에는, 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구는 하기 C, D의 조건을 만족시킨다.
C. 소경측의 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(14)(도17 참조)
선단부의 주위 길이(SD0)는 하기 식 5를 만족시킨다.
[식 5]
SD0 ≤ 평행부(14a)의 주위 길이(SD)
D. 대경측의 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(15)(도17 참조)
선단부의 주위 길이(SD0')는 하기 식 6을 만족시킨다.
[식 6]
SD0' ≤ 평행부(15a)의 주위 길이(SD')
본 발명의 액압 벌지 가공 장치를 이용하여 액압 벌지 가공품(17)을 성형하는 경우에는, 예를 들어 본 발명의 이형 소관(11)의 소재인 단순한 테이퍼관(PT)을 상기 도14의 (a)에 도시한 바와 같이 액압 벌지 가공 장치의 한 쌍의 금형 본체(12, 13) 내에 셋트한다.
다음에, 액압 벌지 가공에 앞서서 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(14, 15)를 축 방향으로 이동시키고, 금형 본체(12, 13)와 축 압박 공구(14, 15)에 협지된 테이퍼관(PT)의 관단부, 또는 양단부에 도14의 (b)에 도시한 바와 같이 평행부(11a, 11b)를 형성하여 본 발명에 관한 이형 소관(11)으로 성형한다.
이 때, 축 압박 공구(14, 15)에 의한 이형 소관(11)의 축 압박의 타이밍을 동일하게 할 필요는 없고, 예를 들어 축 압박 공구(15)를 어느 정도 압박한 단계에서 축 압박 공구(14)의 압박을 개시해도 좋다. 따라서, 이형 소관(11)이 금형 본체(12, 13)(12, 13) 내에서 안정되는 축 압박 타이밍을 선정하면 된다.
이 경우에, 상술한 치수를 기준으로 하여 금형 본체(12, 13)와 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(14, 15)의 치수 설계를 행하면, 축 압박 공구(14, 15)를 테이퍼관(TP)으로 원활하게 삽입할 수 있다.
상기 도14의 (b)의 상태에서는, 도15의 (b) 및 도16의 (b)에 도시한 바와 같이, 테이퍼관(PT)의 양 관단부에는 소경측에 L0 이상, 바람직하게는 δL + L0 이상, 대경측에 L0' 이상의 길이의 평행부(11a, 11b)가 형성되어 본 발명의 이형 소관(11)을 얻게 되어 있다. 그 후, 그 이형 소관(11)에는 가공액의 밀봉이 완전히 행해지는 상태에서 내압이 부하된다.
계속해서, 가공액의 내압을 상승시키면서 축 압박 공구(14, 15)를 축 방향으로 더 이동시켜 액압 벌지 가공을 실시하고, 상기 도14의 (c)에 도시한 바와 같이 본 발명 방법에 의한 액압 벌지 가공품(17)을 형성한다.
즉, 본 발명의 이형 소관(11)을 본 발명의 액압 벌지 가공 장치에 셋트하여 행하는 액압 벌지 가공에서는 축 압박이 가능해지는 결과, 본 발명 방법에 의한 액압 벌지 가공품(17)에 있어서는 종래 이상으로 큰 확관율을 얻을 수 있다.
또한, 액압 벌지 가공품(17)의 단부면은, 상기 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 축심에 대해 수직이므로, 다른 부품, 부재와의 접합 용접도 용이하게 행할 수 있게 되어 삽입 결합의 위치 결정이 가능해진다.
도19는 본 발명 방법의 제4 실시예를 나타내는 설명도로, 대경측의 평행부 내측의 캐비티가 대경단부를 기준으로 하여 축 방향으로 원활하게 증가하는 구성예를 나타내고 있다. 도19의 (a)는 테이퍼관의 금형 본체로의 셋팅 상태를 도시한 단면도이고, (b)는 액압 벌지 가공 전에 평행부를 형성한 상태를 도시한 단면도이고, (c)는 액압 벌지 가공 종료 후의 상태를 도시한 단면도이다.
도19에 나타내는 실시예는 상기 도14, 도17 및 도18에 나타내는 실시예와 다른 형태이다. 즉, 양 금형 본체(12, 13)의 양단부에 평행부(12a, 12b, 13a, 13b)를 갖는 것은 마찬가지이지만, 양 금형 본체(12, 13)의 대경측의 평행부(12b, 13b) 내측의 캐비티가 상기 도14 등에 나타낸 예와 같이 국부적으로 좁아지지 않아, 상기 평행부(12b, 13b) 내측의 캐비티가 대경단부를 기준으로 하여 축 방향으로 원활하게 감소되고 있다.
도19에 나타내는 구성예에서는 축 압박의 저항이 작고, 메탈 흐름에 대해 유리하므로, 성형 가능한 범위(확관 효과)를 확대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 액압 벌지 가공 장치에 있어서는 금형 본체(12, 13)의 캐비티 형상을 도19에 도시하는 형상으로 설계하는 것이 바람직하다.
한편, 자동차 부품에 있어서는 제품의 단부의 단면 형상이 직사각형에 가까운 것이나 직사각형의 조합, 또는 다각형 등의 형상의 것 등 복잡한 형상이 많다.
전술한 바와 같이, 상기 도18은 도9의 (a)에 도시하는 본 발명의 이형 소관(11)을 이용한 경우의 실시예를 나타내는 도면으로, 그것을 이용한 가공 시에 상기 도9의 (a)에 도시하는 이형 소관(11)을 금형 본체(12, 13) 내에 셋트한다. 도9의 (b)에 본 발명의 이형 소관(11)의 소경측의 확대도를 도시하고 있다. 한편, 그 소경측 평행부(11a)의 단면 형상은 상기 도10에 도시한 바와 같다.
이와 같은 단면 형상의 이형 소관(11)에 대해 본 발명의 일예를 나타내는 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(14, 15)를 이용하여 성형을 행한다. 즉, 도9의 (c)는 소경측의 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구(14)를 도시하고 있지만, 폭 W0-2t, 높이 H0-2t, 코너부의 곡률 반경은 R1인 평행부(14a)를 갖고 있다.
상기 도18의 (a)의 상태로부터 단부로 축 압박 공구(14, 15)를 압입하고, 도18의 (b)의 단계에서 이형 소관(11)의 단부의 성형이 종료되어 상기 도9의 (b)에 도시하는 이형 소관(11)을 얻을 수 있는 동시에, 내압이 부하된 가공액의 밀봉이 완전히 행해진 상태로 되어 있다.
그 후, 가공액의 내압을 상승시키면서, 축 압박 공구(14, 15)를 축 방향으로 더 이동시켜 액압 벌지 가공을 실시한 본 발명 방법에 의한 액압 벌지 가공품(17)을 얻을 수 있다.
또한, 액압 벌지 가공에 앞서서 행하는 관단의 평행부(11a, 11b)의 성형을 예성형이나 그 이전의 단계에서 행해도 좋다. 교축 가공, 구멍 확장 가공, 스웨이징 가공, 스피닝 가공 등 기존의 가공법이나 그 조합에 의해 실시할 수 있다.
도20은 본 발명의 액압 벌지 가공 장치의 구성 부재인 밀봉 공구를 겸한 축 압박 공구의 구성예를 나타내는 도면이다. 도20의 (a)는 이형 소관(11)의 단부면과 접촉하는 단부면(14b, 15b)에서 밀봉하는 경우의 구성예, (b)는 마찬가지로 단부면(14b, 15b)에 돌기(14c, 15c)를 부여한 구성예, (c)는 평행부(14a, 15a)의 단부면(14b, 15b)과의 경계부에 단차(14d, 15d)를 부여한 구성예, (d)는 평행부(14a, 15a)에 O링(18)을 부여한 구성예를 각각 나타내고 있다.
도20의 (a) 내지 (d)에 나타내는 어떠한 구성예도 전술한 식 (3) 내지 (6)에 나타내는 평행부(14a, 15a)와 선단부 주위 길이와의 관계를 만족시키는 것이다.
상술한 실시예는 어디까지나 본 발명의 하나의 구체예를 나타내는 것으로, 금형 본체(12, 13)의 캐비티의 형상도 비교적 간단한 형상의 것을 나타내고 있지만, 당연히 통상의 자동차 부품으로 대표되는 3차원의 복잡한 형상이라도 좋다.
또한, 상술한 실시예에서는 소경측과 대경측의 양 쪽으로부터 축 압박하는 것을 나타내고 있지만, 본 발명에서는 어느 한 쪽에 적용하고, 다른 쪽은 종래부터 행해지고 있다, 예를 들어, 상기 도1에 도시한 바와 같은 축 압박이 없는 방식을 채용해도 좋다. 축 압박의 효과는 제품 형상에 따라서 변화되므로, 그 경우에 따라서 본 발명의 적용 범위를 결정하면 된다.
또한, 상술한 실시예에서는 주로 이형 소관(11)의 소재로서 단순한 테이퍼관 형상의 경우를 기술하였지만, 단순한 테이퍼관 형상을 조합하여 용접한 것이나, 테이퍼관과 통상의 스트레이트관을 조합한 경우에도 양단부 각각이 단순한 테이퍼관의 일부와 근사할 수 있으므로, 본 발명의 이형 소관(11)의 소재로서 적용할 수 있다.
산업상 이용 가능성
본 발명의 액압 벌지 가공용 이형 소관은 축 방향의 한 쪽으로부터 다른 쪽에 걸쳐서 외경이 점차 증가 또는 감소되는 주위 길이를 갖고, 적어도 한 쪽단부측에 평행부를 형성한다. 이 이형 소관을 이용한 가공 장치, 가공 방법에서는 상하의 양 금형 본체 중 적어도 한 쪽단부측 내면과, 이 단부측 내면에 대응하는 축 압박 공구의 외면에 각각 평행부를 설치하고, 금형 내에 셋트하면 내압 부하 및 축 방향으로의 축 압박을 조합한 가공이 가능해진다. 이에 의해, 액압 벌지 가공이 실시된 액압 벌지 가공품에서는 종래 이상으로 큰 확관율을 얻는 수 있게 되고, 또한 다른 부품과의 접합도 용이하게 행할 수 있게 되고, 자동차용으로서 더 넓게 산업 기계용으로서 적용할 수 있다.