KR101125674B1 - 통형 금속의 성형 방법, 통형 금속의 성형기 및 통형 금속 성형체 - Google Patents

Abstract

소정 형상의 성형용 공간(13)과, 이 성형용 공간에 연통(連通)된 금속체 도입 공간(12)을 형성한 금형을 사용하고, 금속체 도입 공간에 삽입한 금속체를, 소정 압력을 가하면서 상기 성형용 공간에 공급하여 소정 형상의 성형체를 형성하는 금속 성형 방법, 및 금속 성형기, 및 형성된 금속형 성형체이다. 특히, 금속체를 금속체 도입 공간으로부터 성형용 공간에 공급할 때 전단(剪斷) 변형시켜, 금속체의 금속 조직을 미세화하게 해둔다.

성형용 공간, 금속체 도입 공간, 금속 성형기, 금속 조직, 전단 변형.

Description

통형 금속의 성형 방법, 통형 금속의 성형기 및 통형 금속 성형체 {A CYLINDRICAL METAL MOLDING METHOD, A CYLINDRICAL MACHINE, AND A CYLINDRICAL METAL MOLDED BODY}

본 발명은 금속체로부터 소정 형상의 금속 성형체를 형성하는 금속 성형 방법 및 금속 성형기 및 금속 성형체에 관한 것이다.

종래, 소정 형상으로 한 금속제의 구조물을 형성하는 방법의 하나로서 단조(鍛造)가 이용되고 있다.

이 단조에서는, 원하는 형상의 외측면을 모방한 성형면을 가지는 금형에, 금속체를 성형면을 따라서 타격하면서 연신(延伸)함으로써 소정 형상의 형성을 행하고 있다.

이와 같이, 단조에서는, 금속체를 금형의 성형면을 따라서 타격하면서 연신하기 때문에, 비교적 복잡한 형상의 형성이 곤란하여, 예를 들면 통형체의 금속 제품을 단조에 의해 제조하는 경우에는, 일본국 특개평 5(1993)-7922호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 미리 통형상으로 한 금속체를 준비하고, 이 통형상의 금속체를 단조함으로써 원하는 형상의 통형체를 형성하고 있었다.

이와 같이, 단조에서 원하는 형상의 성형체를 형성하는 경우에는, 그 형상을 쉽게 얻을 수 있는 형상으로 한 금속체를 미리 준비할 필요가 있어, 단조되는 금속 체의 성형 가공에 따라 비용이 증대한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명자들은 이와 같은 문제점을 감안하여, 단조되는 금속체의 형상 의존을 적게 함으로써 저비용화하는 동시에, 상이한 형상의 부품을 일체 성형 가능하게 하여 저비용화를 가능하게 하기 위한 연구를 행하여, 본 발명을 달성하기에 이른 것이다.

청구항 1에 기재된 금속 성형 방법에서는, 소정 형상의 성형용 공간과, 이 성형용 공간과 연통(連通)되는 금속체 도입 공간을 형성한 금형을 사용하여, 금속체 도입 공간에 삽입한 금속체를, 소정 압력을 가하면서 성형용 공간에 공급하여 소정 형상의 성형체를 형성하는 것으로 했다. 따라서, 플라스틱에 있어서의 사출 성형과 같이 금속체를 소정 형상으로 성형한 성형체를 형성할 수 있으므로, 성형 전의 금속체의 형상 의존을 적게 할 수 있어, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

청구항 2에 기재된 금속 성형 방법에서는, 청구항 1에 기재된 금속 성형 방법에 있어서, 금속체를 금속체 도입 공간으로부터 성형용 공간에 공급할 때 전단(剪斷) 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화시키는 것으로 했다. 따라서, 금속체의 금속 조직의 미세화에 따라 소성(塑性)을 향상시킨 금속체를 성형용 공간에 공급할 수 있으므로, 금속체의 사출 성형적인 성형을 가능하게 할 수 있다. 또한, 금속체의 금속 조직의 미세화에 따라 금속체의 강도 향상을 도모할 수도 있어, 기능 특성을 향상시킬 수 있다.

청구항 3에 기재된 금속 성형 방법에서는, 청구항 1에 기재된 금속 성형 방법에 있어서, 금속체 도입 공간 또는 성형용 공간 중 적어도 어느 한쪽에, 공급되는 금속체를 굴곡시키는 굴곡부를 형성하는 것으로 했다. 따라서, 굴곡부에서, 굴곡 부분을 통과하는 금속체를 전단 변형시켜 금속체의 금속 조직을 미세화할 수 있고, 이 금속 조직의 미세화에 따라 소성을 향상시킨 금속체를 성형용 공간에 공급할 수 있으므로, 금속체의 사출 성형적인 성형을 가능하게 할 수 있다. 또한, 금속체의 금속 조직의 미세화에 따라 금속체의 강도 향상을 도모할 수도 있어, 기능 특성을 향상시킬 수 있다.

청구항 4에 기재된 금속 성형 방법에서는, 청구항 1에 기재된 금속 성형 방법에 있어서, 성형용 공간에 금속체 도입 공간과 연통되는 연통 영역과, 이 연통 영역을 통과한 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형 영역을 형성하는 동시에, 연통 영역으로부터 성형 영역으로의 금속체의 공급 방향과, 금속체 도입 공간에 있어서의 금속체의 공급 방향을 상이하게 하는 것으로 했다. 따라서, 금속체의 공급 방향이 바뀔 때 금속체가 전단 변형되고, 이 전단 변형에 의해 금속체의 금속 조직을 미세화할 수 있다. 그리고, 이 금속 조직의 미세화에 따라 소성을 향상시킨 금속체를 성형용 공간에 공급할 수 있으므로, 금속체의 사출 성형적인 성형을 가능하게 할 수 있다. 또한, 금속체의 금속 조직의 미세화에 따라 금속체의 강도 향상을 도모할 수도 있어, 기능 특성을 향상시킬 수 있다.

청구항 5에 기재된 금속 성형 방법에서는, 청구항 4에 기재된 금속 성형 방법에 있어서, 성형 영역을 통과한 금속체를 금형의 외부에 돌출시키고, 이 돌출 부분을 소정 형상으로 가압 성형하는 것으로 했다. 따라서, 가압 성형에 의해 보다 치밀한 형상의 성형을 가능하게 할 수 있다. 또한, 성형된 성형체는 일체 성형품으로 할 수 있으므로, 성형체의 강도 향상을 도모할 수 있다.

청구항 6에 기재된 금속 성형 방법에서는, 청구항 4에 기재된 금속 성형 방법에 있어서, 연통 영역을 기단(基端)으로 하여 연신(延伸)한 대략 원통형상으로 성형 영역을 형성하는 동시에, 성형 영역에 이 성형 영역의 선단으로부터 기단을 향해 연신한 천공핀을 설치하고, 성형체에 통형부를 형성 가능하게 했다. 따라서, 연통 영역 부분의 금속체에 일체적으로 접속한 통형부를 돌출 형상으로 형성할 수 있어, 일체로 이루어진 통형부를 가지는 성형체를 형성할 수 있다.

청구항 7에 기재된 금속 성형 방법에서는, 청구항 6에 기재된 금속 성형 방법에 있어서, 내주면이 천공핀에 슬라이드 접촉하는 동시에, 외주면이 성형 영역의 금형 내주면에 슬라이드 접촉하는 원통형의 칼라를 천공핀에 장착하고, 성형 영역으로의 금속체의 공급에 따라, 칼라의 연통 영역 측 단면을 성형 영역의 선단 측으로 점차 이동시키는 것으로 했다. 따라서, 통형부의 천공을 행하고 있는 천공핀을 칼라에 의해 안정적으로 유지하면서 통형부를 형성할 수 있으므로, 통형부의 형성 정밀도를 향상시킬 수 있다.

청구항 8에 기재된 금속 성형 방법에서는, 청구항 7에 기재된 금속 성형 방법에 있어서, 칼라를 천공핀에 따라 소정 거리만큼 이동시킨 후에, 천공핀을 연통 영역에 압입(押入)하는 것으로 했다. 따라서, 천공핀에 의해 성형 영역뿐만 아니라 연통 영역에도 천공할 수 있다.

청구항 9에 기재된 금속 성형 방법에서는, 청구항 8에 기재된 금속 성형 방법에 있어서, 천공핀을 연통 영역에 압입하는 경우에, 금속체 도입 공간에 금속체를 가압하여 공급하고 있는 실린더를 후퇴시키는 것으로 했다. 따라서, 천공핀의 연통 영역으로의 압입에 필요로 하는 압력을 저감시켜, 천공핀에 작용하는 부하를 저감시킬 수 있어, 천공핀에 파손이 생기는 것을 방지할 수 있다.

청구항 10에 기재된 금속 성형 방법에서는, 청구항 1 내지 9중 어느 한 항에 기재된 금속 성형 방법에 있어서, 금속체 도입 공간을 복수개 형성하는 것으로 했다. 따라서, 성형용 공간으로의 금속체의 공급을 저하중으로 행할 수 있는 동시에, 성형용 공간에 있어서의 금속체의 두께 불균일 발생을 억제할 수 있다.

청구항 11에 기재된 금속 성형기에서는, 서로 연통된 소정 형상의 성형용 공간과 금속체 도입 공간을 형성한 금형과, 금속체 도입 공간에 삽입된 금속체를 가압하여 금속체 도입 공간으로부터 성형용 공간에 금속체를 공급함으로써 소정 형상의 성형체를 형성하는 가압 수단을 가지는 것으로 했다. 따라서, 플라스틱에 있어서의 사출 성형과 같이 금속체를 소정 형상으로 성형한 성형체를 형성할 수 있으므로, 성형 전의 금속체의 형상 의존을 적게 할 수 있어, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 금속 성형기를 제공할 수 있다.

청구항 12에 기재된 금속 성형기에서는, 청구항 11에 기재된 금속 성형기에 있어서, 금속체 도입 공간 또는 성형용 공간 중 적어도 어느 한쪽에, 금속체를 전단 변형시키는 전단 변형 수단을 설치했다. 따라서, 전단 변형 수단에 의해 금속체를 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화할 수 있으므로, 이 금속 조직의 미세화에 따라 소성을 향상시킨 금속체를 성형용 공간에 공급하여, 금속체의 사출 성형적인 성형을 가능하게 한 금속 성형기를 제공할 수 있다. 또한, 금속체의 금속 조직의 미세화에 따라 금속체의 강도 향상을 도모할 수도 있어, 기능 특성을 향상시킨 성형체를 제공할 수 있다.

청구항 13에 기재된 금속 성형기에서는, 청구항 12에 기재된 금속 성형기에 있어서, 공급되는 금속체를 굴곡시키는 굴곡부를 전단 변형 수단으로 했다. 따라서, 금속체의 전단 변형을 극히 용이하게 생기게 할 수 있다.

청구항 14에 기재된 금속 성형기에서는, 청구항 11에 기재된 금속 성형기에 있어서, 성형용 공간에 금속체 도입 공간과 연통되는 연통 영역과, 이 연통 영역을 통과한 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형 영역을 형성하는 동시에, 연통 영역으로부터 성형 영역으로의 금속체의 공급 방향과, 금속체 도입 공간에 있어서의 금속체의 공급 방향을 상이하게 했다. 따라서, 금속체 도입 공간으로부터 성형용 공간으로의 금속체의 공급에 따라 금속체의 공급 방향이 바뀔 때 금속체를 전단 변형시킬 수 있고, 이 전단 변형에 의해 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속 성형기를 제공할 수 있다. 그리고, 이 금속 조직의 미세화에 따라 소성을 향상시킨 금속체를 성형용 공간에 공급할 수 있으므로, 금속체의 사출 성형적인 성형을 가능하게 할 수 있다. 또한, 금속체의 금속 조직의 미세화에 따라 금속체의 강도 향상을 도모할 수도 있어, 기능 특성을 향상시킬 수 있다.

청구항 15에 기재된 금속 성형기에서는, 청구항 14에 기재된 금속 성형기에 있어서, 성형 영역을 통과한 금속체를 금형의 외부에 돌출시키고, 이 돌출 부분을 소정 형상으로 가압 성형하는 가압 성형 수단을 설치했다. 따라서, 가압 성형 수단에 의해 보다 치밀한 형상의 성형을 가능하게 할 수 있고, 또한 일체적으로 성형된 성형체를 제조 가능하게 한 금속 성형기를 제공할 수 있다.

청구항 16에 기재된 금속 성형기에서는, 청구항 14에 기재된 금속 성형기에 있어서, 연통 영역을 기단으로 하여 연신한 대략 원통형상으로 성형 영역을 형성하는 동시에, 성형 영역에 이 성형 영역의 선단으로부터 기단을 향해 연신한 천공핀을 설치하여, 성형체에 통형부를 형성 가능하게 했다. 따라서, 연통 영역 부분의 금속체에 일체적으로 접속한 통형부를 돌출 형상으로 형성할 수 있도록 한 금속 성형기를 제공할 수 있다.

청구항 17에 기재된 금속 성형기에서는, 청구항 16에 기재된 금속 성형기에 있어서, 천공핀에, 내주면이 천공핀에 슬라이드 접촉하는 동시에, 외주면이 성형 영역의 금형의 내주면에 슬라이드 접촉하는 원통형의 칼라를 장착하고, 성형 영역으로의 금속체의 공급에 따라, 칼라의 연통 영역 측 단면을 성형 영역의 선단 측으로 점차 이동시키는 칼라 제어 수단을 설치했다. 따라서, 통형부의 천공을 행하고 있는 천공핀을 칼라에 의해 안정적으로 지지하면서 통형부를 형성할 수 있으므로, 통형부의 형성 정밀도를 향상 가능하게 한 금속 성형기를 제공할 수 있다.

청구항 18에 기재된 금속 성형기에서는, 청구항 17에 기재된 금속 성형기에 있어서, 칼라를 천공핀에 따라 소정 거리만큼 이동시킨 후에, 천공핀을 연통 영역에 압입하는 천공핀 제어 수단을 설치했다. 따라서, 천공핀에 의해 성형 영역뿐만 아니라 연통 영역에도 천공 가능하게 한 금속 성형기를 제공할 수 있다.

청구항 19에 기재된 금속 성형기에서는, 청구항 18에 기재된 금속 성형기에 있어서, 천공핀 제어 수단에 의해 천공핀을 연통 영역에 압입하는 경우에, 금속체 도입 공간에 금속체를 가압하여 공급하고 있는 실린더를 후퇴시키는 실린더 제어 수단을 설치했다. 따라서, 천공핀의 연통 영역으로의 압입에 필요로 하는 압력을 저감시켜, 천공핀에 작용하는 부하를 저감시킬 수 있어, 천공핀에 파손이 생기는 것을 방지 가능하게 한 금속 성형기를 제공할 수 있다.

청구항 20에 기재된 금속 성형기에서는, 청구항 11 내지 19 중 어느 한 항에 기재된 금속 성형기에 있어서, 금속체 도입 공간을 복수개 형성했다. 따라서, 성형용 공간으로의 금속체의 공급을 저하중으로 행할 수 있는 동시에, 성형용 공간에 있어서의 금속체의 두께 불균일 발생을 억제 가능하게 한 금속 성형기를 제공할 수 있다.

청구항 21에 기재된 금속 성형체에서는, 소정 형상의 성형용 공간과, 이 성형용 공간과 연통되는 금속체 도입 공간을 형성한 금형에, 금속체 도입 공간에 삽입한 금속체를 소정 압력을 가하면서 성형용 공간에 공급하여 소정 형상으로 한 금속 성형체로서, 성형용 공간에 공급된 금속체의 금속 조직을 미세화했다. 따라서, 금속체의 금속 조직의 미세화에 의해 소성이 저하된 금속체를 플라스틱에 있어서의 사출 성형과 같이 성형용 공간에 공급하여, 소정 형상으로 한 성형체로 할 수 있다.

청구항 22에 기재된 금속 성형체에서는, 청구항 21에 기재된 금속 성형체에 있어서, 성형용 공간에 금속체 도입 공간과 연통되는 연통 영역과, 이 연통 영역을 통과한 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형 영역을 형성하는 동시에, 연통 영역으로부터 성형 영역으로의 금속체의 공급 방향과, 금속체 도입 공간에 있어서의 금속체의 공급 방향을 상이하게 했다. 따라서, 성형 영역에 이른 금속체는 금속체 도입 공간으로부터 성형용 공간으로의 금속체의 공급에 따라 금속체의 공급 방향이 바뀔 때 전단 변형되고, 이 전단 변형에 의해 금속체의 금속 조직이 미세화되어 있어, 금속 조직이 미세화된 금속 성형체를 저비용으로 제공할 수 있다. 특히, 이와 같이 금속 조직이 미세화된 금속 성형체에서는, 금속체의 금속 조직의 미세화에 따라 금속체의 강도 향상을 도모할 수도 있어, 기능 특성을 향상시킨 금속 성형체를 제공할 수 있다.

청구항 23에 기재된 금속 성형체에서는, 청구항 21에 기재된 금속 성형체에 있어서, 연통 영역에서 금속체의 공급 방향을 굴곡시켰다. 따라서, 극히 용이하게 또한 효율적으로 금속체를 전단 변형시킬 수 있어, 금속 조직이 미세화된 금속 성형체를 저비용으로 제공할 수 있다.

도 1은 발명에 관한 금속 성형기에 의한 성형 공정을 나타낸 모식도이다.

도 2는 발명에 관한 금속 성형기에 의한 성형 공정을 나타낸 모식도이다.

도 3은 발명에 관한 금속 성형기에 의한 성형 공정을 나타낸 모식도이다.

도 4는 발명에 관한 금속 성형기에 의한 성형 공정을 나타낸 모식도이다.

도 5는 발명에 관한 금속 성형기에 의한 성형 공정을 나타낸 모식도이다.

도 6은 발명에 관한 금속 성형기에 의한 성형 공정을 나타낸 모식도이다.

도 7은 다른 실시예의 금속 성형기의 단면 모식도이다.

도 8은 다른 실시예의 금속 성형체의 설명도이다.

도 9는 다른 실시예의 금속 성형체의 설명도이다.

도 10은 다른 실시예의 금속 성형기의 단면 모식도이다.

본 발명의 금속 성형 방법 및 금속 성형기에서는, 소정 형상의 성형용 공간과, 이 성형용 공간에 연통(連通)된 금속체 도입 공간을 형성한 금형을 사용하여 금속체를 성형 가공함으로써, 소정 형상의 금속 성형체를 형성하고 있는 것이다.

특히, 금속 성형체로 되는 금속체는 금속체 도입 공간에 삽입해 두고, 소정 압력을 가하면서 성형용 공간에 공급함으로써, 플라스틱에 있어서의 사출 성형과 같이 금속체를 소정 형상으로 성형한 금속 성형체를 형성하고 있다.

즉, 성형용 공간에는, 금속체 도입 공간과 연통되는 연통 영역과, 이 연통 영역을 통과한 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형 영역을 형성하는 동시에, 연통 영역으로부터 성형 영역으로의 금속체의 공급 방향과, 금속체 도입 공간에 있어서의 금속체의 공급 방향을 상이하게 함으로써 금속체의 공급 방향이 바뀔 때 금속체를 전단 변형시키고, 이 전단 변형에 따라 금속체에 작용한 전단 응력에 의해 금속체의 금속 조직을 미세화하고, 금속체의 소성을 향상시켜 사출 성형적인 성형을 가능하게 하고 있는 것이다.

그리고, 전단 변형은 성형용 공간과 금속체 도입 공간의 어느 쪽에서 생기게 해도 되고, 성형용 공간 및/또는 금속체 도입 공간에 금속체를 굴곡시키는 굴곡부를 형성하고, 이 굴곡부를 송통(送通)하게 하는 것만으로 용이하게 금속체를 전단 변형시킬 수 있다.

바람직하게는 금속체 도입 공간은 성형용 공간의 측면 방향으로 연신시켜 배치함으로써, 성형용 공간의 연통 영역에서 금속체의 굴곡을 생기게 하여 전단 변형시킬 수 있다.

이와 같이, 사출 성형적인 성형을 가능하게 하고 있는 것에 의해, 성형 전의 금속체의 형상 의존을 적게 할 수 있어, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 금속체 도입 공간은 복수개 형성하여, 복수개 방향으로부터 금속체를 성형용 공간에 공급함으로써, 저하중으로서의 금속체의 공급을 가능하게 하고, 또한 성형용 공간에 있어서의 금속체의 두께 불균일 발생을 억제할 수 있다.

이하에서, 도면에 따라 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 실시예에서는, 통형상으로 한 통형부와, 이 통형부의 일단에 통형부의 중공 부분을 폐색한 기단부를 형성한 금속 성형체를 형성하고 있는 것이며, 통형부와 기단부를 일체적으로 형성하고 있는 것이다.

도 1-6은 본 실시예의 금속 성형기에 의한 성형 공정을 나타낸 개략 모식도이다.

본 실시예의 금속 성형기는 실린더(11)에 의해 금속체 K에 소정 압력을 가하면서 공급을 행하는 도입로(12)를 설치한 제1 금형(10)과, 이 제1 금형(10)에 소정의 압력을 가하면서 중첩시켜 제1 금형(10)과 접합하는 부분에 소정 형상의 성형용 공간을 형성하는 제2 금형(20)으로 구성하고 있다. 금속체 도입 공간은 도입로(12)에 의해 구성되어 있다.

특히, 본 실시예의 금속 성형기에서는, 성형용 공간에 도입로(12)와 연통하는 연통 영역을 형성하는 동시에, 이 연통 영역을 기단으로 하여 연신한 대략 원통형상으로 성형 영역을 형성하고 있으며, 또한, 이 성형 영역의 선단은 외부 공간과 연통시키고 있다.

그리고, 성형용 공간의 성형 영역에는, 선단으로부터 기단을 향해 봉형(棒形)의 천공핀(30)을 진퇴 가능하게 삽입하는 동시에 이 천공핀(30)에는 내주면을 상기 천공핀(30)에 슬라이드 접촉시키는 동시에, 외주면을 제1 금형(10) 및 제2 금형(20)의 내주면에 슬라이드 접촉시키면서 진퇴시키는 원통형의 칼라(40)를 장착하고 있다.

도시하지 않지만, 천공핀(30)에는 천공핀(30)을 연신 방향에 따라 진퇴시키는 천공핀용 진퇴 제어부를 접속하고 있다.

또, 칼라(40)에는, 그 외주면을 제1 금형(10) 및 제2 금형(20)에 슬라이드 접촉시키면서 진퇴시키는 칼라용 진퇴 제어부를 접속하고 있다. 칼라용 진퇴 제어부가 칼라 이동 수단이다.

제1 금형(10)에는 제2 금형(20)과의 중합면에, 제2 금형(20)을 가압 중합시킴으로써 성형용 공간을 형성하기 위한 제1 성형용 오목부(13)를 형성하고 있다.

제1 성형용 오목부(13)는 성형용 공간의 연통 영역을 구성하는 제1 연통 영역용 오목부(13a)와, 성형용 공간의 성형 영역을 구성하는 제1 성형 영역용 오목부(13b)로 구성하고 있다.

본 실시예에서는, 제1 연통 영역용 오목부(13a)는 소정 형상으로 한 기단부 를 형성 가능한 오목 형상으로 하고, 제1 성형 영역용 오목부(13b)는 통형부를 형성 가능하게 하기 위해 반원통 주위면형의 오목 형상으로 하고 있다.

또한, 제1 연통 영역용 오목부(13a)에는 도입로(12)의 일단이 연통되어 연결되어 있다. 특히 본 실시예에서는, 도입로(12)를 제1 금형(10)에 있어서의 제2 금형(20)과의 중합면과 대략 직교하게 하여 설치하고 있다.

이와 같이 도입로(12)를 설치함으로써, 도입로(12)로부터 실린더(11)에 의해 소정 압력을 가하면서 공급된 금속체 K는 제1 연통 영역용 오목부(13a)에 달한 곳에서 공급 방향이 바뀜으로써 전단 응력이 작용한다.

본 실시예에서는, 도입로(12)를 제1 금형(10)에 있어서의 제2 금형(20)과의 중합면과 대략 직교시킴으로써, 도입로(1)에 있어서의 금속체 K의 공급 방향과, 연통 영역으로부터 성형 영역으로의 금속체 K의 공급 방향을 대략 직교 상태로 하고 있지만, 대략 직교 상태에 한정되는 것이 아니고, 금속체 K의 공급 방향을 굴곡시켜 금속체 K에 전단 응력을 작용시킬 수 있는 각도로 되어 있으면 된다.

제1 금형(10)에는 필요한 위치에 가열 장치를 설치하기 위한 가열 장치 설치 공간(14)을 형성하고, 이 가열 장치 설치 공간(14)에는 필요한 발열 능력을 가지는 히터(도시하지 않음)를 가열 장치로서 설치하고 있다.

제2 금형(20)에는, 제1 금형(10)과의 중합면에, 제1 금형(10)과 가압 중합함으로써 성형용 공간을 형성하기 위한 제2 성형용 오목부(23)를 형성하고 있다.

제2 성형용 오목부(23)는 성형용 공간의 연통 영역을 구성하는 제2 연통 영역용 오목부(23a)와, 성형용 공간의 성형 영역을 구성하는 제2 성형 영역용 오목부 (23b)로 구성하고 있다.

본 실시예에서는, 제2 연통 영역용 오목부(23a)는 소정 형상으로 한 기단부를 형성 가능한 오목 형상으로 하고, 제2 성형 영역용 오목부(23b)는 통형부를 형성 가능하게 하기 위해 반원통 주위면형의 오목 형상으로 하고 있다.

그리고, 제1 금형(10)에 제2 금형(20)을 중합시킴으로써, 제1 연통 영역용 오목부(13a)와 제2 연통 영역용 오목부(23a)에 의해 성형용 공간에 있어서의 소정 형상의 연통 영역을 구성하고, 제1 성형 영역용 오목부(13b)와 제2 성형 영역용 오목부(23b)에 의해 성형용 공간에 있어서의 통형상의 성형 영역을 구성하여, 통형부와 기단부를 일체적으로 형성 가능하게 하고 있는 것이다.

도시하지 않지만, 제2 금형(20)에는 제1 금형(10)에 가압 중합하기 위한 가압 장치를 접속하고 있으며, 제2 금형(20)을 제1 금형(10)에 필요한 압력으로 가압하도록 하고 있다.

또, 제2 금형(20)에도 필요한 위치에 가열 장치를 설치하기 위한 가열 장치 설치 공간(24)을 형성하고, 이 가열 장치 설치 공간(24)에는 필요한 발열 능력을 가지는 히터(도시하지 않음)를 가열 장치로서 설치하고 있다.

천공핀(30)은 필요한 직경을 가지는 금속제의 봉체로서, 제1 금형(10)에 제2 금형(20)을 중합시킴으로써 제1 성형 영역용 오목부(13b)와 제2 성형 영역용 오목부(23b)로 형성한 원기둥형의 성형 영역에, 선단부(30a)를 삽입하도록 하고 있다. 특히, 천공핀(30)은 천공핀용 진퇴 제어부에 의해 성형 영역을 진퇴 가능하게 하고 있다.

칼라(40)는 중심에 천공핀(30)을 삽입 가능한 중공부를 형성하는 동시에, 제1 성형 영역용 오목부(13b)와 제2 성형 영역용 오목부(23b)로 형성한 원기둥형의 성형 영역에 삽입 가능한 크기로 한 원통형의 금속체로서, 중공부에 천공핀(30)을 삽입시킴으로써 천공핀(30)에 슬라이드 이동 가능하게 장착하고 있다.

본 실시예에서는, 칼라(40)는 한쪽의 단부를 성형 영역으로부터 외측으로 연장시키고, 이 연장 부분에서 칼라용 진퇴 제어부와 접속함으로써, 칼라용 진퇴 제어부에 의해 칼라(40)의 외주면을 제1 금형(10) 및 제2 금형(20)에 슬라이드 접촉시키면서 진퇴 제어할 수 있도록 하고 있다.

상기와 같이 구성한 금속 성형기에 의해 금속체 K를 성형하는 경우에는, 이하의 작업 공정에 따라 행하고 있다. 그리고, 본 실시예에서는, 온간(溫間) 가공이지만, 냉간 가공이라도 되고, 열간 가공이라도 된다.

(1) 금형 중합 공정

처음에, 금속체 K를 제1 금형(10)의 도입로(12)에 삽입하고, 이 금속체 K를 소요 온도로 가온하고 있다. 이 때, 도 1에 나타낸 바와 같이, 천공핀(30) 및 이 천공핀(30)에 장착한 칼라(40)를 제1 금형(10)의 제1 성형 영역용 오목부(13b)의 소정 위치에 위치시키고 있다.

여기에서, 본 실시예에서 천공핀(30) 및 칼라(40)의 소정 위치는 천공핀(30)의 경우에는, 그 선단부(30a)를 제1 연통 영역용 오목부(13a)와 제1 성형 영역용 오목부(13b)와의 경계 부분으로 하는 위치이며, 칼라(40)의 경우에는, 그 단면(40a)을 천공핀(30)의 선단부(30a)보다 소정 치수만큼 후퇴시켜, 천공핀(30)의 선 단부(30a)를 돌출 상태로 하고 있는 위치이다.

이와 같이 천공핀(30)을 위치하게 함으로써, 후술하도록 연통 영역에 공급된 금속체 K가 공급 방향을 바꾸는 경우에, 천공핀(30)이 장애가 되는 것을 방지할 수 있어, 원활하게 금속체 K의 공급을 행할 수 있는 동시에, 연통 영역에서 금속체 K에 확실하게 전단 응력을 작용시켜, 금속체 K의 금속 조직의 미세화를 도모할 수 있다.

금속체 K가 필요한 온도에 달하면, 도 1에 나타낸 바와 같이 실린더(11)를 동작시켜 금속체 K를 소정 치수만큼 도입로(12)로부터 밀어 내도록 하고 있다.

실린더(11)는 실린더용 진퇴 제어부(도시하지 않음)와 접속하고, 실린더용 진퇴 제어부에 따라 실린더(11)의 진퇴 제어를 행하고 있다. 실린더용 진퇴 제어부가 실린더 제어 수단이다.

금속체 K를 제1 금형(10)으로부터 소정 치수만큼 돌출시킨 후, 가압 장치를 작동시켜 제2 금형(20)을 제1 금형(10)에 필요한 압력으로 가압 중합시켜, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 금형(10)의 제1 연통 영역용 오목부(13a)와 제2 금형(20)의 제2 연통 영역용 오목부(23a)에서 금속체 K의 초기 성형을 행한다. 도 2 중, 50은 금속체 K의 완충용 공간이다.

이 초기 성형에 의해 연통 영역에 금속체 K를 충전시키고, 후술하는 실린더(11)에 의한 금속체 K의 공급에 의해, 금속체 K가 원활하게 성형 영역에 공급되도록 하고 있다.

(2) 통형부 형성 공정

제1 금형(10)과 제2 금형(20)의 중합 후, 도 3에 나타낸 바와 같이, 실린더(11)를 전진시켜 금속체 K를 연통 영역에 공급하는 동시에, 칼라(40)의 연통 영역 측 단면(40a)을 성형 영역의 선단 측으로 점차 이동시켜, 성형 영역에 금속체 K를 공급하여 통형부의 형성을 행하고 있다.

이와 같이 칼라(40)로 천공핀(30)을 지지하면서 금속체 K를 압입함으로써, 금속체 K의 압입에 따라 천공핀(30)에 휨이 생기는 것을 억제하여, 긴 치수의 통형부를 정밀도 양호하게 형성할 수 있다.

(3) 중공 구멍 연신 공정

칼라(40)를 필요한 거리만큼 성형 영역의 선단측으로 이동시켜 소요 길이의 통형부를 형성한 후, 도 4에 나타낸 바와 같이, 실린더(11)를 소정 거리만큼 후퇴시키는 동시에, 천공핀(30)을 연통 영역에 압입하여, 기단부에도 중공 구멍을 연신시키고 있다.

이 때, 성형 영역 부분의 통형부로 된 금속체 K가 가이드로 됨으로써, 천공핀(30)을 안정적으로 연통 영역에 압입할 수 있다.

또한, 천공핀(30)을 연통 영역에 압입하는 경우에 실린더(11)를 후퇴시키고 있는 것에 의해, 천공핀(30)의 압입에 따라 연통 영역으로부터 밀려 나오는 금속체 K가, 실린더(11)의 후퇴에 따라 형성된 공간으로 되밀리는 것이 되므로, 천공핀(30)의 압입에 저항하는 저항력을 완화하여, 천공핀(30)을 용이하게 압입할 수 있다.

이와 같이 하여 기단부에까지 중공 구멍을 연신시켜 둠으로써, 금속체 K에 의해 형성한 형성체 K'의 기단부에, 중공 구멍과 직교하는 방향의 구멍을 뚫어 형성함으로써 그 구멍과 중공 구멍을 연통시켜 형성체 K'를 엘보관으로 할 수 있다.

(4) 탈형(脫型) 공정

천공핀(30)의 압입에 따라 기단부에까지 중공 구멍을 연신한 후, 도 5에 나타낸 바와 같이 천공핀(30) 및 칼라(40)를 후퇴시켜 통형부로부터 천공핀(30)을 뽑아내고, 그 후, 도 6에 나타낸 바와 같이 제2 금형(20)을 제1 금형(10)으로부터 격리하는 것과 동시에, 실린더(11)을 전진시켜 소정 형상으로 성형된 성형체 K'를 압출함으로써, 성형체 K'의 탈형을 행하고 있다.

이와같이 하여 형성한 성형체 K'는 기단부와 통형부를 일체 성형할 수 있으므로, 종래, 이와 같은 통형부를 가지는 금속 부재를 형성하는 경우에 행하고 있던 용접 작업을 불필요하게 하여 제조 비용을 삭감할 수 있는 것과 동시에, 극히 높은 치수 정밀도의 제품을 제공할 수 있다.

상기한 제1 금형(10) 및 제2 금형(20)에 제1 성형 영역용 오목부(13b) 및 제2 성형 영역용 오목부(23b)를 형성하는 경우에는, 보다 구체적으로는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 칼라(40)의 두께에 맞추어 제1 성형 영역용 오목부(13b) 및 제2 성형 영역용 오목부(23b)를 형성하고, 통형부의 두께는 천공핀(30)과, 제1 금형(10)의 제1 연통 영역용 오목부(13a)와 제1 성형 영역용 오목부(13b) 사이에 설치한 제1 성형벽(15), 및 제2 금형(20)의 제2 연통 영역용 오목부(23a)와 제2 성형 영역용 오목부(23b) 사이에 설치한 제2 성형벽(25)에서 필요한 두께로 하도록 해도 된다.

이와 같이 제1 성형벽(15) 및 제2 성형벽(25)를 설치함으로써, 칼라(40)에는 필요한 두꺼운 원통체를 사용할 수 있어, 천공핀(30)을 보다 안정적으로 지지할 수 있다.

또한, 제1 성형벽(15) 및 제2 성형벽(25)을 넘어 성형 영역에 이르러 원통형으로 된 금속체 K를, 제1 금형(10) 및 제2 금형(20)과 슬라이드 접촉시키지 않도록 할 수 있으므로, 원통형으로 된 금속체 K와 제1 금형(10) 및 제2 금형(20) 사이에 큰 마찰이 생기는 것을 억제하여, 실린더(11)에 의한 금속체 K의 공급 저항이 커지는 것을 억제할 수 있다.

그리고, 도시하고 있지 않지만, 천공핀(30)의 표면 및 칼라(40)의 표면에는, 각각 천공핀(30)과 칼라(40)와의 접촉 면적, 및 천공핀(30)과 금속체 K로 이루어지는 통형부와의 접촉 면적, 칼라(40)와 제1 금형(10) 및 제2 금형(20)과의 접촉 면적을 저감시키는 동시에 통기로(通氣路)로 되는 오목부를 형성하여, 천공핀(30)의 진퇴 조작 및 칼라(40)의 진퇴 조작을 원활하게 행할 수 있도록 하고 있다.

본 실시예와 같이, 칼라(40)를 장착한 천공핀(30)을 사용하여 상기한 바와 같이 통형부를 형성함으로써, 성형 영역으로의 금속체 K의 공급에 따라 천공핀(30)에 휨 등의 변형이 생기는 것을 억제하여, 긴 치수의 통형부를 정밀도 양호하게 형성 가능하게 하고 있다.

종래에 있어서도, 천공핀에 의해 구멍부를 형성하는 것은 행해지고 있으며, 구멍부의 구멍 직경을 d로 하고, 길이를 1로 한 경우에, 1/d의 값이 3.0 정도인 것까지는 존재하고 있었지만, 상기한 바와 같이 천공핀(30)에 칼라(40)를 장착하고, 칼라(40)를 이동시킴으로써 천공핀(30)의 돌출 길이를 변경함으로써, 1/d의 값이 10 이상인 통형부의 것을 형성 가능하게 할 수 있다.

상기한 실시예에서는, 사용하는 금속체 K의 금속 특성에 따라, 가온 온도 및 공급 압력 등의 제조건을 조정함으로써, 각종의 금속을 금속체 K로서 사용할 수 있다. 특히 금속체 K로서 연질의 알루미늄을 사용한 경우에는, 제1 성형벽(15) 및 제2 성형벽(25)에 설치한 히터를 작동시키지 않고 냉간으로 상기한 성형을 행할 수 있다.

특히, 상기한 성형 방법 및 금속 성형기에 의한 성형을 냉간으로 행한 경우에는, 형성한 통형 금속체 부분의 결정(結晶) 방위 조정도 행할 수 있으므로, 예를 들면 굽힘에 대한 내성을 향상시키는 등의 기능 향상을 도모할 수 있다.

또, 상기한 금속 성형기에서는, 도입로(12)로부터 공급된 금속체 K를 연통 영역에서 굴곡시키도록 구성하고 있지만, 도입로(12)의 중도부에 소요 각도의 굴곡부를 형성해도 된다.

또한, 상기한 실시예의 금속 성형기에서는, 성형 영역에서 통형부를 형성하는 것이지만, 다른 실시예로서, 예를 들면 도 8에 나타낸 금속 성형체 k1과 같이, 성형 영역에서 소요 두께의 금속판형으로 성형하도록 해도 된다.

이 경우, 판형 성형 부분은 제1 금형(10) 및 제2 금형(20)의 성형 영역에서 소요 두께의 금속판형으로 한 후에, 외부 공간에 돌출시키도록 해도 된다(도 10 참조).

즉, 성형 영역으로부터 외부 공간으로의 연통 부분의 개구 형상을 조정함으로써, 적당한 단면 형상이 된 금속 성형체를 형성할 수 있어, 예를 들면 도 9에 나 타낸 금속 성형체 k2와 같이, 성형 영역에서 두꺼운 두께 부분과 얇은 두께 부분을 금속판형으로 성형하도록 해도 된다.

또한, 도 10의 단면 모식도에 나타낸 바와 같이, 금속 성형기에는, 제1 금형(10') 및 제2 금형(20')의 성형 영역(82)으로부터 외부 공간으로 돌출시킨 금속체 K"를 가압 성형하는 제1 프레스 금형(60)과 제2 프레스 금형(70)으로 이루어지는 가압 성형 수단을 설치하고, 금속체 K"의 돌출 부분을 제1 프레스 금형(60) 및 제2 프레스 금형(70)으로 가압 성형하여, 소정 형상을 형성하도록 해도 된다.

이와 같이, 가압 성형 수단에 의해 소정 형상으로 가압 성형함으로써, 보다 복잡한 형상의 금속 성형체의 형성을 가능하게 하는 금속 성형기를 제공할 수 있다. 또한, 형성된 금속 성형체는 일체 성형품이므로, 보다 고강도화를 도모할 수 있다.

특히, 경우에 따라서는, 금속체 K"의 돌출 부분을 제1 프레스 금형(60)과 제2 프레스 금형(70)에 의해 펀칭 가공해도 되고, 필요한 형상 또는 특성을 얻을 수 있도록 적당한 가공을 행해도 된다.

도 10 중, 12-1은 제1 금형(10')에 설치한 제1 도입로이며, 12-2는 제2 금형(20')에 설치한 제2 도입로이며, 이 제1 도입로(12-1)와 제2 도입로(12-2)로부터 금속체 K"을 연통 영역(81)에 공급하고, 또한 연통 영역(81)으로부터 성형 영역(82)에 공급하고 있다.

이와 같이 복수개의 도입로를 사용하여 성형용 공간에 금속체 K"을 공급함으로써, 저하중으로 금속체 K"의 공급을 행할 수 있는 동시에, 성형 영역(82)에 있어 서의 금속체 K"의 두께 불균일 발생을 억제 가능하게 한 금속 성형기를 제공할 수 있다.

도 10에서는, 금속체 K"를 도입하는 도입로는 제1 도입로(12-1)와 제2 도입로(12-2)의 2개로 하고 있지만, 더욱 많은 도입로를 설치해도 되고, 또한 도입로의 단면 형상, 단면적, 금속체 K"의 공급 속도, 금속체 K"의 공급 타이밍 등을 적당히 조정해도 된다.

또, 제1 도입로(12-1) 및 제2 도입로(12-2)에서 금속체 K"를 압송하는 실린더(11)는 원기둥형의 제1 실린더(11-1)와, 이 제1 실린더(11-1)에 슬라이드 이동 가능하게 장착한 원통형의 제2 실린더(11-2)로 구성하고, 제1 실린더(11-1)와 제2 실린더(11-2)를 별개로 진퇴 제어하도록 해도 된다.

특히, 제2 실린더(11-2)에 대하여 제1 실린더(11-1)를 상대적으로 전진시켜 금속체 K"를 공급한 경우에는, 제1 도입로(12-1) 및 제2 도입로(12-2)의 내주면과 맞닿은 금속체 K"의 마찰 등의 영향을 작게 할 수 있어, 금속체 K를 스무스하게 성형용 공간에 공급할 수 있다.

이른바 단조에 의한 금속 성형체로서, 비교적 복잡한 형상이며, 또한 통상에서는, 복수개 부품으로 구성되는 제품을 일체 성형에 의해 형성한 금속 성형체의 제공을 가능하게 할 수 있다. 또한, 금속 성형체의 저비용화를 도모할 수도 있다.

Claims (23)

1. 소정 형상의 성형용 공간과, 상기 성형용 공간과 연통(連通)된 금속체 도입 공간을 형성한 금형을 사용하여, 상기 금속체 도입 공간에 삽입한 금속체를 소정 압력을 가하면서 상기 성형용 공간에 공급하여 소정 형상의 성형체를 형성하는 금속 성형 방법으로서,

   상기 성형용 공간에는, 상기 금속체 도입 공간과 연통되는 연통 영역과, 상기 연통 영역을 통과한 상기 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형 영역을 형성하고, 상기 연통 영역으로부터 상기 성형 영역으로의 상기 금속체의 공급 방향과 상기 금속체 도입 공간에서 상기 금속체의 공급 방향을 상이하게 하여, 전단(剪斷) 변형에 따라 상기 금속체에 작용하는 전단 응력에 의해, 상기 금속체의 조직을 미세화하도록 구성하고,

   상기 성형 영역은 상기 연통 영역을 기단(基端)으로 하여 연신(延伸)한 통(筒) 형상으로 하고, 상기 성형 영역에 상기 성형 영역의 선단(先端)으로부터 상기 기단을 향해 연신시킨 천공핀과 상기 천공핀에 내주면을 슬라이드 접촉하고, 외주면이 상기 성형 영역의 상기 금형의 내주면에 슬라이드 접촉하는 통형(筒狀)의 칼라를 설치하고,

   상기 성형 영역으로의 상기 금속체의 공급에 따라 상기 칼라의 상기 연통 영역 측의 단면(端面)을 상기 성형 영역의 선단 측으로 점차 이동시켜 상기 칼라를 상기 천공핀에 따라 소정 거리만큼 이동시킨 후에, 상기 천공핀을 상기 연통 영역에 압입(壓入)하고, 상기 금속체 도입 공간에 상기 금속체를 가압하여 공급하고 있는 실린더를 후퇴시켜 통형(筒狀)의 성형체를 형성하는,

   통형 금속의 성형 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 금속체 도입 공간을 복수개 형성하고 있는, 통형 금속의 성형 방법.
3. 서로 연통된 소정 형상의 성형용 공간과 금속체 도입 공간을 형성한 금형과, 상기 금속체 도입 공간에 삽입된 금속체를 가압하여 상기 금속체 도입 공간으로부터 상기 성형용 공간에 상기 금속체를 공급함으로써 소정 형상의 성형체를 형성하는 가압 수단을 구비하는 금속 성형기에 있어서,

   상기 성형용 공간에는, 상기 금속체 도입 공간과 연통되는 연통 영역과, 상기 연통 영역을 통과한 상기 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형 영역을 형성하고, 상기 연통 영역으로부터 상기 성형 영역으로의 상기 금속체의 공급 방향과 상기 금속체 도입 공간에서 상기 금속체의 공급 방향을 상이하게 하여, 전단(剪斷) 변형에 따라 상기 금속체에 작용하는 전단 응력에 의해, 상기 금속체의 조직을 미세화하도록 구성하고,

   상기 성형 영역은 상기 연통 영역을 기단(基端)으로서 연신(延伸)한 통(筒) 형상으로 하고, 상기 성형 영역에 상기 성형 영역의 선단(先端)으로부터 상기 기단을 향해 연신시킨 천공핀을 설치하고, 상기 천공핀에는 내주면이 상기 천공핀에 슬라이드 접촉하고, 외주면이 상기 성형 영역의 상기 금형의 내주면에 슬라이드 접촉하는 통형(筒狀)의 칼라를 장착하고,

   상기 성형 영역으로의 상기 금속체의 공급에 따라 상기 칼라의 상기 연통 영역 측의 단면을 상기 성형 영역의 선단 측으로 점차 이동시키는 칼라 제어 수단과, 상기 칼라를 상기 천공핀을 따라 소정 거리만큼 이동시킨 후에, 상기 천공핀을 상기 연통 영역에 압입(壓入)하는 천공핀 제어 수단과, 상기 천공핀 제어 수단에 의해 상기 천공핀을 상기 연통 영역에 압입하는 경우에, 상기 금속체 도입 공간에 상기 금속체를 가압하여 공급하고 있는 실린더를 후퇴시키는 실린더 제어 수단을 설치하여, 통형(筒狀)의 성형체를 형성 가능하게 하는,

   통형 금속의 성형기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 금속체 도입 공간을 복수개 형성한, 통형 금속의 성형기.
5. 소정 형상의 성형용 공간과, 상기 성형용 공간과 연통된 금속체 도입 공간을 형성한 금형을 이용하여, 상기 금속체 도입 공간에 삽입한 금속체에 소정 압력을 가하면서 상기 성형용 공간에 공급하여 소정 형상으로 한 금속 성형체에 있어서,

   상기 성형용 공간에는, 상기 금속체 도입 공간과 연통된 연통 영역과, 상기 연통 영역을 통과한 상기 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형 영역을 형성하고, 상기 연통 영역으로부터 상기 성형 영역으로의 상기 금속체의 공급 방향과 상기 금속체 도입 공간에서 상기 금속체의 공급 방향을 상이하게 하여, 전단(剪斷) 변형에 따라 상기 금속체에 작용하는 전단 응력에 의해, 상기 금속체의 조직을 미세화하도록 구성하고,

   상기 성형 영역은 상기 연통 영역을 기단(基端)으로 하여 연신(延伸)한 통(筒) 형상으로 하고, 상기 성형 영역에 상기 성형 영역의 선단(先端)으로부터 상기 기단을 향해 연신시킨 천공핀과, 상기 천공핀에 내주면을 슬라이드 접촉하고, 외주면이 상기 성형 영역의 상기 금형의 내주면에 슬라이드 접촉하는 통형(筒狀)의 칼라를 설치하고,

   상기 성형 영역으로의 상기 금속체의 공급에 따라 상기 칼라의 상기 연통 영역 측의 단면을 상기 성형 영역의 선단 측으로 점차 이동시켜 상기 칼라를 상기 천공핀에 따라 소정 거리만큼 이동시킨 후에, 상기 천공핀을 상기 연통 영역에 압입(壓入)하고, 상기 금속체 도입 공간에 상기 금속체를 가압하여 공급하고 있는 실린더를 후퇴시켜 형성한,

   통형 금속 성형체.
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