KR101313887B1

KR101313887B1 - 저-스프링백 하프 쉘과 그러한 저-스프링백 하프 쉘 두 개로 구성된 중공 프로파일을 제조하기 위한 방법과 장치

Info

Publication number: KR101313887B1
Application number: KR1020087026170A
Authority: KR
Inventors: 토마스 플레미히; 로타르 회미히; 콘스탄티노스 사바스
Original assignee: 티센크루프 스틸 유럽 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2013-10-01
Also published as: WO2007125051A1; EP2012947B1; PL2012947T3; US8296922B2; US20090305075A1; ES2371940T3; DE102006020000B3; ATE525148T1; EP2012947A1; KR20090007570A

Abstract

본 발명은, 블랭크(6)들이 디프 드로잉 후에 디프 드로잉된 몸체에 플랜지 영역(6a)을 가지게 되도록 블랭크(6)들이 적어도 하나의 드로잉 다이(1)에서 드로잉 되는 금속, 특히 강재 또는 강재 합금으로 제작된 스프링백이 작은 하프 쉘(14)들을 제조하기 위한 방법과, 또한 스프링백이 작은 하프 쉘(14)을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 에지들 각각이 맞댐 이음부를 형성하고 하프 쉘(28a, 28b)들은 에지를 따라서 특히 레이저 빔을 사용하여 서로 용접되도록 적어도 두 개의 하프 쉘(28a, 28b)이 위치되는 밀폐형 중공 프로파일(28), 특히 모듈형 튜브를 제조하는 방법과, 또한 금속, 특히 강재 또는 강재 합금으로 제작된 본 발명에 따른 하프 쉘(28a, 28b)들로부터 형성된 밀폐형 중공 프로파일(28)에 관한 것이다. 금속, 특히 강재 또는 강재 합금으로 제작된 저-스프링백 하프 쉘(4)들을 제조하기 위한 방법과 장치로서, 용접에 적합한 에지 영역(6a)을 구비한 저-스프링백 하프 쉘(14)들을 제조할 수 있는 본 발명의 방법과 장치의 목적은, 블랭크(6)의 디프 드로잉된 영역의 벽에 본질적으로 직교하도록 모서리를 업세팅(upsetting)함으로써 플랜지 영역(6a)이 형성되고, 그러고 나서 플랜지 영역(6a)이 전단 다이(2)에서 트리밍되어서 마진 없는 하프 쉘(14)이 제조되는 방법에 의해서 달성된다.

하프 쉘, 밀폐형 중공 프로파일, 블랭크, 디프 드로잉, 드로잉 다이, 전단 다이, 블랭크 홀더, 스프링백

Description

저-스프링백 하프 쉘과 그러한 저-스프링백 하프 쉘 두 개로 구성된 중공 프로파일을 제조하기 위한 방법과 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING LOW-SPRINGBACK HALF SHELLS AND A H0LLOW PROFILE CONSISTING OF TWO OF SUCH LOW-SPRINGBACK HALF SHELLS}

본 발명은, 블랭크들이 디프 드로잉 이후에 디프 드로잉된 몸체에 플랜지 영역(6a)을 가지게 되도록 블랭크들이 적어도 하나의 드로잉 다이에서 드로잉 되는 금속, 특히 강재 또는 강재 합금으로 제작된 스프링백이 작은 하프 쉘들을 제조하기 위한 방법과, 또한 스프링백이 작은 하프 쉘을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 에지들 각각이 맞댐 이음부(butt joint)를 형성하고 하프 쉘(28a, 28b)들은 에지를 따라서 특히 레이저 빔을 사용하여 서로 용접되도록 적어도 두 개의 하프 쉘이 위치되는 밀폐형 중공 프로파일, 특히 모듈형 튜브를 제조하는 방법과, 또한 금속, 특히 강재 또는 강재 합금으로 제작된 본 발명에 따른 하프 쉘(28a, 28b)들로부터 형성된 밀폐형 중공 프로파일(closed hollow profile)에 관한 것이다.

적용 분야를 특정하여 구성된 횡단면과 재료 두께를 가지는 밀폐형 중공 프로파일의 사용이 자동차에서 증가하고 있다. 과거에는, 일반적으로, 처음에 튜브를 성형하고, 튜브가 적절한 휨을 받거나 사전 변형이 되도록 하고, 다음으로 사전 휨변형되거나 또는 사전 변형된 형태의 하이드로포밍(hydroforming)을 실시해서 밀폐형 중공 파일의 최종 형상을 형성함으로써 밀폐형 중공 프로파일이 제작되었다. 한편, 하이드로포밍 중에 재료의 국부적 신장이 초과되어서 균열이 형성될 수 있기 때문에 모든 구성 요소가 이와 같은 방식으로 제조될 수 없다. 또한, 하이드로포밍 중에 제어할 수 없는 주름 발생 현상이 생길 수 있다. 다른 한 편으로는, 해당 응용 분야에 적합한 밀폐형 중공 프로파일을 제조하기 위하여 과거에 사용된 방법의 단계들은 매우 복잡하고 따라서, 비용이 과다하게 소모된다. 또한 원칙적으로 밀폐형 중공 프로파일이 디프 드로잉된 두 개의 하프 쉘로부터 제조될 수 있지만, 블랭크의 디프 드로잉 과정에서 블랭크로 응력이 도입되어 블랭크의 스프링백을 야기할 수 있다. 그런데, 하프 쉘들의 스프링백으로 인하여 용접을 위해 다이에 하프 쉘들을 정확하게 위치시키는 것이 방해된다. 과거에는, 하프 쉘들의 에지들을 맞댐 이음부에 용접하는 것은 하프 쉘들의 스프링백 때문에 비용이 많이 들었다. 이 때문에, 용접된 하프 쉘들로 구성된 밀폐형 중공 프로파일은 과거에는 일반적으로 돌출 플랜지 영역에 용접되었다. 그러나 돌출 용접 접합부(weld seam)는 이와 같은 밀폐형 중공 프로파일들이, 용접된 튜브로 제작되어 돌출 용접 접합부를 가지지 않는 밀폐형 중공 프로파일처럼 삽입되는 것을 방해한다. 또한, 플랜지는 구성 요소의 전체 중량을 상당히 증가시킨다.

일본 공개 특허 출원 제08/168830호에 하프 쉘을 제작하는 방법이 개시되어 있는데, 상기 개시된 방법에서는 블랭크가 처음에 다이에서 디프 드로잉 되어서 돌출 플랜지 영역이 생성된다. 플랜지 영역들은 연달아서 동시에 상부의 절단/업세팅 스웨이지(swage)를 통해서 업세팅 되고 전단된다. 그러나 상부의 절단/업세팅 스웨이지의 형상 때문에, 그와 같이 획득된 하프 쉘들은 하프 쉘의 에지에서 균일하지 않아서 상기 하프 쉘들은 맞댐 이음부 용접하기에는 접합하지 않다. 또한, 공지된 절단/업세팅은 맞댐 이음부에서 서로에 대해서 용접하기에 적합할 정도로 하프 쉘의 응력을 충분히 저하시키지 않는다.

이하에서, 본 발명의 목적은 맞댐 이음부에서 용접하기에 적합한 에지 영역들을 가지는 저-스프링백 하프 쉘들의 제조가 가능하도록 하는 금속, 특히 강재 또는 강재 합금으로 제작된 저-스프링백 하프 쉘들을 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 하프 쉘들로 제조된 밀폐형 중공 프로파일과 또한, 밀폐형 중공 프로파일들의 대응하는 제조 방법을 제안하는 것이다.

본 발명의 제1 교시에 따르면, 본 발명의 상기 목적은 디프 드로잉된 블랭크의 몸체의 벽에 실질적으로 직교하도록 모서리를 업세팅(upsetting)함으로써 플랜지 영역이 형성되고, 그러고 나서 플랜지 영역이 전단 다이에서 트리밍 되어서 마진 없는 하프 쉘(14)이 제조된다는 점에서 금속으로 제작된 저-스프링백의 하프 쉘들을 제조하는 방법에 대해서 일반적으로 달성된다,

모서리(corner)를 본 발명에 따라서 플랜지 영역으로 업세팅 함으로써, 상기 플랜지 영역은 디프 드로잉된 블랭크의 몸체의 벽에 실질적으로 직교하게 형성되고, 한편 디프 드로잉 과정에서 블랭크로 도입된 응력은 처음으로 부분적으로 균등화된다. 그 결과 하프 쉘은 몸체 벽에 가로질러서 작은 스프링백을 가진다. 다른 한편으로, 플랜지 영역을 트리밍한 이후에, 하프 쉘들의 에지들의 표면은, 업세팅 과정에서 정확하게 형성되고 플랜지 영역들의 모서리들을 성형하는 업세팅 도구에 의해서 사전 결정된 형태를 가진다. 이것은 절단 평면이 후속 전단 과정에서 에지 표면에 직교하게 연장될 수 있다는 점에 기인한다. 따라서 형성된 하프 쉘들은 스프링백이 작을 뿐만 아니라 또한 맞댐 이음부 용접에 바람직한 축방향으로 정확하게 형성된 형태의 에지 형상을 가진다. 종래에는, 하프 쉘의 에지들은 양호한 맞댐 이음부 용접성을 얻기 위하여 평탄역으로서 평탄하게 형성되었다. 그러나, 또한 업세팅 과정에서 하프 쉘의 에지에 임의의 다른 원하는 횡단면을 형성하는 것도 생각할 수 있다.

또한 플랜지 영역들의 트리밍 중에 그리고/또는 그 이후에, 트리밍된 하프 쉘들의 몸체 및/또는 에지가 추가적으로 업세팅된 결과 하프 쉘의 스프링백 성질이 개선된다. 또한 이러한 추가적인 업세팅은 어떠한 우세 스프링백 힘도 저하시킨다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따라서, 블랭크의 디프 드로잉과 또한, 블랭크 홀더에 의해 성형되는 플랜지 영역의 성형이 단일 작업으로 드로잉 다이에서 행해진다면, 작업의 개수가 최소로 감소될 수 있다. 예를 들어서, 이 경우에, 단일 블랭크 홀더(blank holder)와 단일 상부 디프 드로잉 스웨이지는 디프 드로잉과 또한, 블랭크의 디프 드로잉된 영역의 벽에 직교하게 플랜지 영역을 대응해서 성형하는 것을 용이하게 할 수 있다. 그러나 또한, 또 다른 상부 드로잉 스웨이지에 의해서 플랜지 영역을 성형해서 드로잉 다이의 개별 요소들, 예를 들어 블랭크 홀더가 단순하게 구성될 수 있도록 하는 것을 생각할 수 있다.

바람직하게는, 드로잉 다이에서 블랭크를 디프 드로잉 할 때에 업세팅 구성 요소를 참작하므로 디프 드로잉 이후의 몸체의 실제 깊이가 요구치보다 깊다. 제공된 업세팅 구성 요소는 디프 드로잉 과정에서 영역들로 도입된 응력을 업세팅에 의해 되돌리는 한편, 그럼에도 불구하고 디프 드로잉된 몸체를 맞춤식 형성하는 데 사용된다.

동일한 이유로, 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따르면, 트리밍 전에 플랜지 영역으로 반향 곡선(reverse curve)이 도입된다. 특히, 이것은 디프 드로잉 과정에서 플랜지 영역과 몸체의 벽으로 도입된 스프링백 모멘트를 추가적으로 상쇄한다.

바람직하게는, 플랜지 영역들은 천공에 의해 또는 선택적으로 레이저 빔을 이용하여 트리밍된다. 천공 공정으로 인해서 장비 비용이 감소한다. 다른 한편으로, 레이저 빔의 사용은 플랜지 영역들의 트리밍함으로써 추가적인 응력 및 그에 따른 스프링백 모멘트가 하프 쉘들로 도입되는 것을 방지한다.

본 발명의 제2 교시에 따르면, 상기 목적은 본 발명에 따라서 제조된 적어도 두 개의 하프 쉘들을 사용하여 밀폐형 중공 프로파일을 제조하기 위한 방법에 의하여 일반적으로 달성된다.

종래에 사용되던 하이드로포밍 과정에서보다 하프 쉘의 디프 드로잉 과정에서 더 자유롭게 횡단면 변경이 가능하다. 서로 다른 횡단면 형상들은 상응하게 구성된 드로잉 다이에 의해서 결정된다. 이와 관련하여, 상기 방법은 길이 방향에서 가변성 횡단면 형태를 가지는 모듈형 튜브를 제조하는 데 특히 바람직하다. 작은 스프링백으로 인하여 하프 쉘들의 치수 정밀도가 매우 높아짐에 따라서, 본 발명에 따라 제조된 하프 쉘들의 몸체 벽에 대한, 특히 횡방향으로의 스프링백이 작기 때문에, 상기 하프 쉘들은 각각의 에지들이 정확한 맞댐 이음부를 형성하도록 손쉽게 위치될 수 있다. 바람직하게는, 에지들을 용접하는 데 레이저 빔이 사용된다. 그렇지만, 종래의 용접 방법을 사용하는 것도 생각할 수 있다.

밀폐형 중공 프로파일을 경제적으로 제조하는 것과 관련하여, 적어도 두 전단 다이가 하프 쉘을 제작하는 데 사용되고 또한, 하프 쉘들이 후속하여 두 윤곽 다이(contour die)로 삽입되고 두 하프 쉘이 적합한 장치에 의해서 서로 두 윤곽 다이가 형태 맞춤(form fit)됨으로써 서로에 대해서 위치되기 때문에 본 발명에 따른 방법은 추가적으로 개선될 수 있다. 정확하게 한정된 위치에 하프 쉘들을 단지 수용하기 위하여 구성된 두 개의 단순한 윤곽 다이의 도움으로, 상기 하프 쉘들이 손쉽게 용접 가능한 맞댐 이음부를 형성할 정도로 정밀하게 저-스프링백 하프 쉘들을 손쉽게 서로에 대해서 위치시킬 수 있다. 두 윤곽 다이들을 서로 형태 맞춤함으로써 위치 결정이 재현 가능하도록 실시될 수 있고, 이에 따라 용접 과정의 절차적 안전성이 증가된다. 그럼에도 불구하고, 형태 맞춤 이외에, 하프 쉘을 수용하는 다이를 정확하게 위치시키기 위한 다른 방법들도 선택적으로 사용될 수 있다. 또한, 하프 쉘들이 몸체 벽에 횡방향으로 스프링백이 거의 없이 제조될 수 있다면, 보다 단순한 위치 결정 수단, 예를 들면 위치 결정 핀(positioning pin)들이 윤곽 다이를 대체할 수 있다.

밀폐형 중공 프로파일을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 하프 쉘들을 용접하기 전에, 압력 매체(pressure medium)를 통해서 압력을 받는 탄성 호스가 위치된 하프 쉘들 사이에 위치되고 용접 과정에서 하프 쉘들 사이에 유지된다. 어떠한 잔존 스프링백 힘도 탄성 호스를 사용함으로써 상쇄되어서, 예를 들면 용접을 위하여 하프 쉘들이 위치되는 사용되고 있는 윤곽 다이와 협력해서 에지들을 서로에 대해서 위치시키는 정확도를 향상시킨다. 액상 및 기체상 매체 모두 호스의 압력 매체로서 적합하다.

바람직하게는, 탄성 호스는, 특히 용접 접합부의 영역에서 열적으로 보호된다. 예를 들어서, 용접 접합부의 영역에 배열된 세라믹 테이프는 탄성 호스를 용접 빔(welding beam)의 열 효과로부터 보호한다. 그러나, 대응되는 열 보호부를 직접적으로 탄성 호스에 설계하는 것도 생각할 수 있다.

본 발명의 제3 교시에 따르면, 상기 목적은, 밀폐형 중공 프로파일이 본 발명에 따른 방법에 의하여 제작된 적어도 두 저-스프링백 하프 쉘로 구성되고, 그 에지가 맞댐 이음부를 통해서 길이 방향으로 서로 용접된다는 점에서, 금속, 특히 강재 또는 강재 합금으로 제작된 밀폐형 중공 프로파일에 의하여 달성된다. 밀폐형 중공 프로파일들이 특히 경제적으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 형태와 관련하여 높은 유연성을 보일 수 있어서, 이러한 밀폐형 중공 프로파일이 예를 들어 차량 제조 분야에서 사용될 수 있다. 또한, 상기 중공 프로파일은, 이를 제조하기 위하여 저-스프링백 하프 쉘이 사용되기 때문에, 디프 드로잉된 하프 쉘로부터 과거에 제조되고 플랜지를 구비한 밀폐형 중공 프로파일보다 훨씬 작은 응력을 나타낸다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의해서 제조된 하프 쉘들은 드로잉 다이의 적절한 상부 스웨이지 형태를 통해서 특히 손쉽게 제작될 수 있고, 따라서 바람직하게는 밀폐형 중공 프로파일이 모듈형 튜브(modular tube)이다.

마지막으로, 본 발명의 제4 교시에 따르면, 상기 목적은, 드로잉 다이와 전단 다이가 제공되고 또한, 블랭크를 드로잉 하고 플랜지 영역을 형성하기 위하여 드로잉 다이는 적어도 제1 상부 스웨이지와 제1 블랭크 홀더를 구비하고, 적어도 하나의 또 다른 상부 스웨이지와 또 다른 블랭크 홀더가 디프 드로잉된 블랭크의 몸체의 벽에 실질적으로 직교하게 코너를 업세팅하고 블랭크의 플랜지 영역을 성형하기 위하여 제공된다는 점에서 밀폐형 중공 프로파일의 하프 쉘들을 제조하기 위한 장치에 관하여 달성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는, 한편으로는 작은 스프링백을 가지고 하프 쉘들의 축방향 에지에 정확하게 형성된 표면을 가지는 하프 쉘들을 제작하는 데 사용될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 장치는 밀폐형 중공 프로파일을 제작하기 위하여 무-플랜지 하프 쉘을 간편하게 제조하는 데 적합하다.

드로잉 다이의 제1 블랭크 홀더가 제공되고, 이를 이용하여 모서리가 블랭크의 플랜지 영역들로 업세팅될 수 있고, 플랜지 영역들이 디프 드로잉된 블랭크의 몸체의 벽체 실질적으로 직교하게 성형될 수 있다면, 플랜지 영역들을 업세팅하고 성형하는 데 추가적인 상부 스웨이지가 사용될 필요가 없기 때문에, 본 발명에 따른 장치를 사용하여 2 단계 공정으로 본 발명에 따른 하프 쉘을 제조할 수 있다.

성형된 플랜지 영역들을 전단하기 위한 상부 전단 스웨이지와 하프 쉘의 몸체 및/또는 에지들을 업세팅하기 위한 상부 업세팅 스웨이지가 장치의 전단 다이에 제공된다면, 전단 및 업세팅 공정을 실시하는 데 특히 단순한 상부 전단 스웨이지와 특히 단순한 상부 업세팅 스웨이지가 사용될 수 있다.

전단 다이의 상부 전단 스웨이지가 하프 쉘의 몸체 및/또는 에지들을 위한 상부 업세팅 스웨이지로서 동시에 구성된다면, 예를 들어서 하프 쉘의 트리밍 과정에서 에지의 전단과 업세팅을 절차적으로 안전하게 해주는 반향 곡선을 전단 중에 플랜지 영역으로 도입하는 것이 가능하다. 또한, 반향 곡선은 디프 드로잉 공정에 의하여 유발되었던 몸체의 스프링백 모멘트를 감소시킨다.

본 발명에 따른 장치는, 두 드로잉 다이, 두 전단 다이 및 두 윤곽 다이가 제공되기 때문에 밀폐형 중공 프로파일의 제조와 관련한 비용 효율성이 보다 개선되도록 할 수 있다. 대응 장치로 인하여 블랭크가 드로잉 및 그에 따라 전단되고 동시에 서로 용접될 수 있다.

따라서, 금속으로 제작된 하프 쉘을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법과 장치와, 밀폐형 중공 프로파일 자체뿐만 아니라 밀폐형 중공 프로파일을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법을 실현하고 구성하는 다수의 경우의 수가 있다. 이와 관련하여, 한편으로는 청구범위 제1항, 제7항, 제11항 및 제13항을 인용하는 청구항과, 다른 한편으로는 도면과 함께 네 개의 예시적 실시예에 관한 설명을 참조한다.

도 1은 저-스프링백 하프 쉘들을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 예시적 실시예를 실시하는 과정에 있는 드로잉 다이와 전단 다이 각각의 개략적 단면도.

도 2는 도 1의 예시적 실시예를 실시하는 과정에 있는 선택적 전단 다이의 개략적 단면도.

도 3은 저-스프링백 하프 쉘들을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제3의 예시적 실시예를 실시하는 과정에 있는 드로잉 다이와 전단 다이 각각의 개략적 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 밀폐형 중공 프로파일의 제4의 예시적 실시예의 축방향 단면도와 평면도.

도 1의 도면 a) 내지 도면 h)는 본 발명에 따른 방법의 예시적 실시예를 실시하는 과정에서 시간적으로 서로 다른 상이한 지점들에서 드로잉 다이(1)와 전단 다이(2)의 반편(half)의 개략적인 반경방향 단면도이다. 드로잉 다이(1)는 블랭크(6)를 드로잉 하기 위하여 바닥 스웨이지(3), 블랭크 홀더(4) 및 상부 스웨이지(5)를 포함한다. 도 1의 도면 a)가 도시하는 것처럼 블랭크(6)는 처음에 드로잉 다이(1)로 삽입되어 블랭크 홀더(4)와 스페이서(7, 8)에 의해서 고정된다. 그리고 도 1의 도면 b)는 어떻게 상부 스웨이지(5)가 블랭크(6)를 드로잉 해서, 대응하는 플랜지 영역(6a)들을 형성하는 지를 보여준다. 이 경우에 상부 스웨이지(5)는 길이 방향으로 연장되어서, 예를 들어 길이 방향에서 변화하는 횡단면 형상을 가지는 중공 프로파일을 위한 하프 쉘을 제조한다. 도 1의 도면 c)에 도시된 공정에서, 일단 스페이서(7, 8)들이 드로잉 다이로부터 제거되면, 블랭크 홀더(4)를 추가적으로 강하시켜서 한편으로 플랜지 영역(6a)이 블랭크 홀더(4)에 존재하는 절단 에지에 의해서 트리밍된다. 다른 한편으로는, 블랭크 홀더(4)가 플랜지 영역(6a)으로 추가적으로 이동하면 업세팅에 의해서 모서리가 성형된다. 플랜지 영역(6a)에 모서리를 성형함으로써 하프 쉘의 에지의 표면이 블랭크 홀더(4)의 형상에 따라 성형되고 정확하게 형성된 윤곽을 가지게 된다. 본 예시적 실시예에서, 하프 쉘의 축방향으로 연장하는 에지의 표면은 디프 드로잉된 블랭크의 몸체 벽에 직교하도록 블랭크 홀더(4)에 의해서 평탄한 형상이 된다. 동시에, 디프 드로잉된 블랭크의 몸체 벽들의 업세팅은 디프 드로잉 과정에서 블랭크로 도입된 응력을 균등하게 하므로 디프 드로잉된 하프 쉘에 복원 모멘트가 거의 없게 된다. 따라서 본 발명에 따른 업세팅은 스프링백이 작은 하프 쉘들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 도 1의 도면 d)는 본 발명에 따른 방법의 예시적 실시예에 있어서, 플랜지 영역(6a)의 업세팅 후에 드로잉 다이에서의 공정 마지막을 도시하고 있다. 이 위치에서, 블랭크 홀더(4)와 상부 스웨이지(5)는 끌어당겨지고, 플랜지 영역(6a)이 벽에 실질적으로 직교하게 성형되면서 블랭크가 드로잉 다이로부터 제거된다.

도 1의 도면 e) 내지 도면 h)는 전단 다이(2)에서의 본 발명에 따른 방법의 제1 예시적 실시예의 다른 과정을 보여준다. 전단 다이(2)는 바닥 스웨이지(9), 두 블랭크 홀더(10, 11) 및 상부 업세팅/절단 스웨이지(12)를 포함한다. 일단 블랭크가 전단 다이(2)로 삽입되면, 블랭크는 도 1의 도면 e)에서 도시하고 있는 것처럼 블랭크 홀더(10, 11)에 의해서 제 위치에서 고정된다. 바닥 스웨이지(9)는 상부 절단/업세팅 스웨이지(12)에 적합하게 형성되고 디프 드로잉된 블랭크의 트리밍 과정에서 플랜지 영역(6a)이 성형되는 공동(13)을 포함한다. 이 경우에, 상부 절단/업세팅 스웨이지(12)는 디프 드로잉 후의 플랜지 영역의 곡선과 반대 방향인 반향 곡선을 플랜지 영역(6a)에 성형한다. 반향 곡선은 한편으로는 플랜지 영역의 전단을 용이하게 하는 역할을 한다. 다른 한편으로는, 플랜지 영역의 반향 곡선과 상부 절단/업세팅 스웨이지(12)의 업세팅 공정은 트리밍된 하프 쉘에서 응력을 추가적으로 감소시킨다. 일단 도 2의 도면 g)에서 도시하고 있는 바와 같이 상부 절단 및 업세팅 스웨이지(12)가 플랜지 영역을 몰드 공동(13) 내로 변형시키면, 도 1의 도면 h)에서와 같이 전단 다이가 개방될 수 있고 마진이 없는 하프 쉘(14)이 제거된다. 별도의 업세팅 단계들로 인해서, 마진 없는 하프 쉘(14)은 디프 드로잉에 의해서 디프 드로잉된 부분으로 종래에 도입되던 스프링백 힘을 거의 가지지 않는다. 하프 쉘의 에지(15)의 표면의 형태가 정확하게 형성되기 때문에, 상기 하프 쉘은 적절한 다른 하프 쉘에 용접되어 밀폐형 중공 프로파일을 형성하는 데 이상적으로 적합하다.

도 2의 도면 a) 내지 도면 d)는 본 발명에 따른 방법의 다른 예시적 실시예를 실시하는 과정에서 전단 다이의 선택적 실시예의 개략적 반경 방향 단면이다. 전단 다이(2')는 바닥 스웨이지(18), 상부 절단 스웨이지(16)와 블랭크 홀더(17)를 가지고 있다. 도 2의 도면 a)와 b)에 도시되어 있는 바와 같이, 상부 절단 스웨이지(16)는 블랭크 홀더(17)와 협력하여 모서리로서 직교하게 돌출하도록 성형된 디 프 드로잉된 블랭크의 플랜지 영역(6a)을 절단한다. 플랜지 영역(6a)의 트리밍 후에, 도 2c에서, 바닥 스웨이지(18)와 상부 스웨이지(19)의 서로에 대한 상대 모멘트는 블랭크 홀더(17)와 협력하여 디프 드로잉된 블랭크(6)의 몸체 벽을 추가적으로 업세팅한다. 다음으로, 도 2에 따르면, 전단 다이(2')는 개방되고 하프 쉘(14)은 제거된다. 도 1의 도면 e) 내지 도면 h)에 도시된 전단 다이와는 대조되게, 디프 드로잉된 블랭크(6)의 벽을 업세팅하는 것과 플랜지 영역(6a)을 디프 드로잉된 블랭크(6)로부터 전단하는 것은 서로 별개로 행해지며, 따라서 전단과 업세팅 과정의 공정 파라미터와 관련된 추가적 유연성을 얻을 수 있다.

도 3의 도면 a) 내지 도면 f)는 본 발명에 따른 방법의 제3 예시적 실시예를 실시하는 과정의 드로잉 다이(1'')와 전단 다이(2'')의 개략적인 단면도이다. 본 발명에 따른 방법의 제3 예시적 실시예에서, 블랭크(6)는 3 단계의 방법으로 디프 드로잉되고 트리밍된다. 블랭크의 디프 드로잉된 영역의 벽에 직교하게 플랜지 영역의 디프 드로잉과 업세팅을 단일 공정으로 실시하는 본 발명에 따른 방법의 제1 예시적 실시예와는 대조적으로, 도 3에 도시된 제3 예시적 실시예에서는 두 개의 공정이 요구된다. 드로잉 다이(1'')의 단순 고정 블랭크 홀더(20)는 도 2의 도면 a)와 도면 b)에서 볼 수 있는 것과 같이 디프 드로잉 공정 중에 단지 블랭크(6)를 홀딩하는 역할을 한다. 바닥 스웨이지(22)로 내려가는 상부 드로잉 스웨이지(23)에 의해서 블랭크(6)를 디프 드로잉한 후에, 블랭크 홀더(20)가 제거된다. 다음으로 상부 절단 스웨이지(21)가 디프 드로잉된 블랭크의 플랜지 영역(6a)의 에지 영역을 트리밍하고, 한편 상부 디프 드로잉 스웨이지(23)는 블랭크 홀더로서 기능한다. 다음으로, 상부 디프 드로잉 스웨이지(23)와, 앞에서 블랭크의 휘어진 플랜지 영역(6a)을 형성하는 데 사용되었던 스페이서(24)가 제거된다. 휘어진 플랜지 영역(6a)은 블랭크 재료의 흐름이 특히 효율적이 되도록 해서 블랭크(6)의 형상 교정 거동(reshaping behaviour)을 개선한다. 스페이서(24)의 드로잉과 추가적 상부 업세팅 스웨이지(25)의 도입 후에, 플랜지 영역(6a)이 디프 드로잉된 블랭크의 몸체 벽에 직교하게 모서리로서 업세팅되고 상부 절단 및 업세팅 스웨이지(26)에 의해서 전단 다이(2'')에서 트리밍된다. 바닥 스웨이지(27)는 본 발명에 따른 방법의 제1 예시적 실시예에서 사용된 드로잉 다이(2)처럼 업세팅 절단 중에 반향 굽힘(reverse bend)을 형성하는 역할을 하는 몰드 공동(28)을 포함한다.

그리고 도 4의 도면 a)는 본 발명의 제4 예시적 실시예로서 저-스프링백 하프 쉘들로 구성되고 본 발명에 따라서 제조되는 밀폐형 중공 프로파일의 개략적인 축방향 단면도이다. 도 4의 도면 b)는 동일한 밀폐형 중공 프로파일(28)의 평면도이다. 중공 프로파일(28)은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 제작되어 용접 접합부(29)에 의해 서로 결합되는 두 하프 쉘(28a, 28b)로 구성된다. 바람직하게는, 중공 프로파일은 윤곽 다이(도시되지 않음)에서 용접되는데, 이를 위해서 윤곽 다이들은 하프 쉘(28a, 28b)들의 에지들이 맞댐 이음부를 형성하도록 서로에 대해서 위치된다. 바람직하게는 용접 접합부(29)는 레이저 빔을 사용하여 형성될 수 있는데, 이 때 맞댐 이음부를 특히 정확하게 위치시키는 것이 요구된다. 상기한 바와 같이, 스프링백이 특히 작은 하프 쉘(28a, 28b)에서, 하프 쉘들을 위치시키기 위한 위치 결정 수단으로서 단지 단순한 위치 결정 핀(도시되지 않음)들만을 사용하는 것도 가능하다. 더욱이 하프 쉘(28a, 28b)을 서로 용접하기 위한 다른 선택적인 용접 방법들이 있을 수도 있다.

도 4의 도면 b)는, 밀폐형 중공 프로파일(28)의 평면에서, 모든 복원력을 제거하기 위하여 중공 프로파일로 도입되고 또한, 내향 복원 모멘트를 상쇄하도록 압력 매체에 의해 작용하는 탄성 호스(30)를 추가적으로 도시하고 있다. 예를 들어서 위치 결정을 위하여 사용되는 윤곽 다이에 의해서, 용접 과정에서 복원력은 외측 방향으로 순응된다. 탄성 호스에서, 용접 접합부의 영역들은 열적으로 보호되도록 형성되고, 예를 들면 세라믹 스트립(31)을 구비한다. 단순화하기 위하여, 하프 쉘이 용접을 위하여 위치되는 다이들은 도 4의 도면 b)에 도시되지 않았다.

Claims

디프 드로잉(deep drawing)되고 나서 블랭크가 디프 드로잉된 몸체에 플랜지 영역들을 가지도록 블랭크가 적어도 하나의 드로잉 다이에서 드로잉 되는, 금속으로 제작된 저-스프링백 하프 쉘(half shell)의 제조 방법에 있어서,

플랜지 영역들은 디프 드로잉된 블랭크의 몸체 벽에 직교하게 모서리를 업세팅(upsetting)함으로써 성형되고,

이어서 하프 쉘이 마진 없이 제조되도록 플랜지 영역들이 전단 다이에서 트리밍되는 것을 특징으로 하는 저-스프링백 하프 쉘(half shell)의 제조 방법.
제1항에 있어서,

저-스프링백 하프 쉘은 강재 또는 강재 합금으로 제작되는 것을 특징으로 하는 저-스프링백 하프 쉘(half shell)의 제조 방법.
제1항에 있어서,

플랜지 영역들을 트리밍 하는 중에 또는 그 이후에, 트리밍된 하프 쉘들의 몸체 또는 에지들이 추가적으로 업세팅되는 것을 특징으로 하는 저-스프링백 하프 쉘(half shell)의 제조 방법.
제1항에 있어서,

블랭크의 디프 드로잉과 플랜지 영역의 성형은 드로잉 다이에서 단일 공정으로 실시되고, 플랜지 영역들의 성형은 블랭크 홀더에 의해서 실시되는 것을 특징으로 하는 저-스프링백 하프 쉘(half shell)의 제조 방법.
제1항에 있어서,

드로잉 다이에서 블랭크를 디프 드로잉 하는 데 있어서 업세팅 구성 요소를 고려하는 것을 특징으로 하는 저-스프링백 하프 쉘(half shell)의 제조 방법.
제1항에 있어서,

트리밍 전에 플랜지 영역들로 반향 곡선이 도입되는 것을 특징으로 하는 저-스프링백 하프 쉘(half shell)의 제조 방법.
제1항에 있어서,

플랜지 영역들은 천공에 의해 또는 레이저 빔을 사용하여 트리밍되는 것을 특징으로 하는 저-스프링백 하프 쉘(half shell)의 제조 방법.
에지들 각각이 맞댐 이음부를 형성하고 하프 쉘들이 에지들을 따라서 서로 용접되도록 적어도 두 하프 쉘들이 위치되는 밀폐형 중공 프로파일의 제조 방법에 있어서,

제1항에 따라 제조된 두 개의 하프 쉘을 사용하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 제조 방법.
제8항에 있어서,

밀폐형 중공 프로파일은 모듈형 튜브(modular tube)인 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 제조 방법.
제8항에 있어서,

하프 쉘들은 레이저 빔을 사용하여 에지들을 따라서 서로 용접되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 제조 방법.
제8항에 있어서,

적어도 두 개의 전단 다이들이 하프 쉘을 제조하기 위하여 사용되고,

다음으로 하프 쉘들이 두 윤곽 다이(contour die)로 삽입되고 또한, 두 하프 쉘들은 두 윤곽 다이들을 장치를 사용하여 서로 형태 맞춤함으로써 서로에 대해서 배치되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 제조 방법.
제8항에 있어서,

하프 쉘들의 용접 전에, 압력 매체에 의하여 압력을 받고 용접 중에 하프 쉘들 사이에 남아 있는 탄성 호스가, 위치된 하프 쉘들 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 제조 방법.
제12항에 있어서,

탄성 호스는 열적으로 보호되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 제조 방법.
제12항에 있어서,

탄성 호스는 용접 접합부 영역에서 열적으로 보호되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 제조 방법.
제8항에 따른 방법을 사용하여 만들어지는, 금속으로 제조된 밀폐형 중공 프로파일에 있어서,

밀폐형 중공 프로파일(28)은 적어도 두 개의 저-스프링백 하프 쉘(28a, 28b)들로 구성되고, 그 에지들은 맞댐 이음부에 의해서 길이 방향으로 서로 용접되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일.
제15항에 있어서,

밀폐형 중공 프로파일은 강재 또는 강재 합금으로 제작되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일.
제15항에 있어서,

밀폐형 중공 프로파일은 모듈형 튜브인 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일.
제15항에 따른 밀폐형 중공 프로파일의 하프 쉘을 제조하기 위한 장치에 있어서,

드로잉 다이(1, 1'')와 전단 다이(2, 2', 2'')가 제공되고,

드로잉 다이(1, 1'')는 블랭크(6)를 드로잉 하고 플랜지 영역(6a)을 제작하기 위하여 적어도 제1 상부 스웨이지(4, 23)와 제1 블랭크 홀더(4, 20)를 구비하고,

디프 드로잉된 블랭크(6)의 몸체 벽에 직교하게 블랭크(6)의 플랜지 영역(6a)을 성형하고 모서리를 업세팅하기 위하여 적어도 하나의 추가 상부 스웨이지(25)가 제공되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 하프 쉘을 제조하기 위한 장치.
제18항에 있어서,

블랭크(6)의 플랜지 영역(6a)으로 모서리가 업세팅되게 하고 플랜지 영역(6a)이 디프 드로잉된 블랭크(6)의 몸체 벽에 직교하게 성형되도록 하는 드로잉 다이(1)의 제1 블랭크 홀더(4)가 제공되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 하프 쉘을 제조하기 위한 장치.
제18항에 있어서,

전단 다이(2')는, 성형된 플랜지 영역(6a)을 전단하기 위한 상부 전단 스웨이지(16)와, 하프 쉘의 에지들을 업세팅하기 위한 상부 업세팅 스웨이지(18)를 구비하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 하프 쉘을 제조하기 위한 장치.
제18항에 있어서,

전단 다이(2, 2'')의 상부 전단 스웨이지(12, 26)는 하프 쉘의 에지들을 위한 상부 업세팅 스웨이지로서 동시에 구성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 하프 쉘을 제조하기 위한 장치.
제18항에 있어서,

두 개의 드로잉 다이(1, 1'')와 두 개의 전단 다이(2, 2', 2'')와 두 윤곽 다이가 제공되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 중공 프로파일의 하프 쉘을 제조하기 위한 장치.