KR20000016325A - 캠샤프트의 제조방법 및 장치_ - Google Patents

Abstract

길다란 중공체(5), 특히 캠샤프트를 저렴한 가격으로 제조하고 가공 및 작업단계를 절약할뿐만 아니라 생산율을 증가시키기 위해 돌출부 또는 캠(6)은 돌출부(6)가 형상 및/또는 위치에 대해 복수의 단계로 성형될 수 있는 방식으로 고 내부압 성형방법에 의해 중공체(5)로부터 일체로 성형된다.

Description

캠샤프트의 제조방법 및 장치

캠샤프트를 제조하기 위한 다수의 방법이 공지되어 있다. 이들은 주로 상이한 두 그룹으로 나누어진다.

첫 번째 그룹으로는 속이 빈(blank) 또는 속이 찬 몸체, 및 냉경주물로서 단조 또는 주조되고 종래기술로 제조된 캠샤프트를 포함한다. 상기 반제품들은 다른 가공처리, 즉 제 1 기계가공 및 그후의 표면경화 및 뜨임되며, 계속해서 상기 베어링 시트 및 캠의 연마가 수행된다. 이러한 방식으로 제조된 캠샤프트의 단점은 특히 무거운 중량을 가져 높은 관성모멘트를 가지므로, 예를들어 토오크 변화로인한 베어링에 악영향을 끼칠뿐만 아니라 상기 블랭크로서 기계가공하는 단계의 비용이 상당하다.

두 번째 그룹으로는 캠들이 별개의 부품으로서 제조된 후에 다양한 방식으로 샤프트에 고정되는 복합 캠샤프트가 있다. 이와같이, 상기 캠은 예를들어, 중공형 샤프트에 용접되거나 튜브상에 미끄럼되어 수축될 수 있다. 이러한 마지막 제조방법을 위해서, 캠이 미끄럼한 후에 튜브 또는 중공형 샤프트를 적합하게 오목하게 된 장치내에 위치시고 고 내부압 성형방법(또는 하이드로포밍 공정:hydroforming process)을 사용하여 튜브를 팽창시키는 것이 공지되어 있으며, 상기 캠은 탄성적으로 팽창하고 튜브도 소성적으로 팽창하여 튜브 또는 중공형 샤프트상의 캠의 확실한 위치설정이 억지 또는 강제 끼워맞춤에 의해 형성된다.

상기 고 내부압 성형방법에 있어서, 성형될 중공형 튜브몸체는 단부에 작용하는 내부압과 축방향 힘을 동시에 수용하게 된다. 적합한 탄성매체는 액체 또는 탄성중합체이다. 상기 축방향 힘은 대체로, 피가공재의 단부에 직간접적으로 작용하는 피스톤, 다이 등과 같은 선형 장치에 의해 가해진다. 이러한 방식으로 결합되고 구성된 샤프트의 예가 DE 34 09 541 A1호 및 DE 35 21 206 A1호로부터 공지되어 있다. 상기 두 공보에서 제안한 방법의 공통적인 단점은 샤프트에 고정될 개별부품의 특수제작에 공수가 많고 비용이 많이 소요된다는 점이며, 특히 캠의 경우에 상기 개별부품의 제작에 있어서 상당한 비용발생을 초래하고 결합작업에 소요되는 공정과 관련된 전체의 처리공정이 매우 복잡하다는 점이다.

본 발명은 길다란 중공체, 특히 캠샤프트를 제조하기 위한 방법 및 그러한 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 더욱 상세한 설명 및 장점들은 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면을 참조하여 제시한다.

도 1은 보조 장치, 및 장치의 기저부를 도시하지 않고 내부에 놓여진 피가공재만을 도시하는, 본 발명에 따른 장치의 최초 및 최종상태를 개략적으로 도시하는 측면도이며,

도 2는 유압 실린더에 의해 힘과 이동을 개별적으로 제어할 수 있는 펀치를 몰드내에 구비하고 있는, 도 1의 세부 상세도이며,

도 3은 도 2에 도시된 펀치의 램을 제어하기 위한 V형 레일을 개략적으로 도시하는 도면이며,

도 4는 개별 성형상태에 있는 피가공재를 단계적으로 성형하기 위한 복수의 로케이터를 갖는 장치를 개략적으로 도시하는 평면도이며,

도 5는 내부에 놓인 부분 가공처리된 피가공재(중공형 샤프트)와 중공형 샤프트의 내측벽을 부분적으로 덮고 있는 내측 맨드릴을 구비한, 본 발명의 다른 변형예에 따른 장치의 개략적인 평면도이며,

도 6은 예를들어, 도 1에 도시된 장치내에서의 사용을 위한 반조립된 시작재료로서의 예비성형된 중공형 샤프트를 도시하는 도면이다.

본 발명의 목적은 장치 및 작업공정을 단축할뿐만 아니라 작동효율을 증대(높은 생산율)시켜 저가로 길다란 중공체를 제조하며 동시에, 중공체의 벽 두께 감소를 방지할 수 있는 방법 및 상기 방법을 실행하기 위한 장치를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적은 독립항의 특징에 의해서 달성될 수 있다. 즉, 종래기술에 있어서, 하이드로포밍 공정은 강제 끼워맞춤 또는 DE 35 21 206 A1호의 경우와 같은 추가의 축방향 고정을 형성하기 위해 중공형 샤프트를 팽창시키는데 사용되지 않을뿐더러 벌징가공(bulging-out)에 의해 관형 또는 섹션재료로부터 일체로 자체 돌기, 특히 캠의 돌기를 형성하는데 사용되지 않는다(이후, 간단함으로 위해 어떠한 의미의 한정없이 "중공체" 또는 "중공형 샤프트" 또는 "샤프트"라 칭함). 놀랍게도, 벌징가공에 의한 연속적인 돌기(캠)의 성형은 극히 경제적이고 가공처리 시간을 단축할 수 있는, 다수의 가능한 단일 중공체 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 일면으로서, 다수 실시예의 공통적인 특징은 중공형 샤프트가 여러 단계로 성형될 수 있다는 점인데, 여기서 상기 캠은 샤프트상의 위치 및/또는 형상과 관련하여 연속적으로 성형된다. 환원하면, 다음 설명으로 더욱 명확지듯이, 한편으로 상기 캠은 최종형상으로 점진적으로 성형되며 다른 한편으론 샤프트상의 소정의 배열순서에 따라 연속적으로 성형될 수 있다. 물론, 이들 두 방법은 서로 결합될 수 있다.

이와같이, 본 발명의 양호한 실시예에서, 상기 캠은 캠의 중간부분으로부터 단부쪽으로 연속적으로 성형될수 있으며, 이를 하나의 세트로 수행하는 것이 특히 경제적이다. 다른 가능성은 샤프트의 한 단부로부터 타단부로 캠을 성형하는 것이다. 이러한 공정은 캠의 개별적인 제작을 방지할 수 있어 특히 경제적이며, 재료를 현재 변형구역으로 축방향으로 흐름을 막힘없이 실행할 수 있어 구경측정을 정확히 할 수 있다. 본 발명에 따라서, 축방향 가압력과 진행운동에 의해 튜브의 단부로부터 재료를 이송하는 것은 전방에 위치된 한 쌍의 캠에 의해 방해받지 않는다. 즉, 튜브 재료는 현재 변형구역으로 방해받지 않고 이송될 수 있다. 이러한 것이 수행되었을 때, 다음 쌍의 캠의 성형이 수행된다. 이는 축방향으로 발생된 압력에 의해 상기 튜브재료의 변형을 더욱 크게 할수 있으며, 재료의 파괴 연신율을 크게 할수 있다. 또한, 변형구역에서의 (성형될 캠)벽 두께 감소는 상당히 작다. 즉, 벽 두께는 더욱 균일하고 보다 높은 구조적 안정성이 성취된다. 실제로 적용가능성은 더욱 많다.

이와같이, 캠은 제어가능하게 후퇴될 수 있는 복수의 펀치의 압력에 대항되어 정해진 위치에 단일 또는 그룹으로 연속해서 성형될 수 있다.

전술한 설명 및 다음의 실시예를 위해, 샤프트의 중간위치로부터 단부로 캠을 연속적으로 성형할 수 있는데, 특히 유리한 점은 재료를 안쪽구역으로 즉, 샤프트의 중간구역으로 흐르도록 제어하는 것에 의해 내측 캠의 성형중 재료가 축방향으로 이송될 때의 재료의 흐름이 이미 제위치에 놓여진 캠에 의해 방해받지 않으므로 재료의 더 이상의 신장이 발생하지 않는다. 따라서, 예를들어 12-실린더 엔진에 필요한 베어링 시트 및 상당한 수와 상당한 높이의 캠을 갖는 낮은 연성을 갖는 재료로 제작할 수 있다. 또한, 부품 단부에서의 재료의 업세팅이 작고 벽두께가 더욱 균일하여, 필요하다면 전체 벽두께를 더욱 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따라서, "테이러레드블랭크(tailoredblanks)" 및 "테이러 튜브(tailored tubes)"와 같은 냉간가공 재료, 및 단층 재료, 또한 예를들어 스틸/스틸 또는 스티/알루미늄 결합체, 중공형 샌드위치식 몸체와 코팅된 중공체와 같은 이중재료 등을 폭넓게 사용할 수 있다. 스틸/알루미늄 조합체를 위해서는 스틸이 외측 지지재료를, 알루미늄이 내측 지지재료를 구성한다. 그러므로, 재료의 특성이 상당히 개선된다. 즉, 상기 스틸재킷은 보다 양호한 마모성, 열처리 및 토오크 특성을 제공하며, 내측 알루미늄 층도 양호한 지지재료이므로 중량에 있어서의 장점을 제공한다. 본 발명에 따른 성형방법을 수행하기 위한 다층 반가공제품으로서 수축끼워맞춤 조합체가 사용될 수 있으나, 이러한 반가공제품은 부품을 압출 또는연속적인 압출공정에 의해서도 가능하다.

전술한 변형예에서, 상기 펀치는 필요에 따라 단일 또는 쌍을 이루어 소정의 시간에 압축될 수 있다. 하나의 가능한 실시예에서, 상기 펀치들은 다른 펀치와 관련하여 유압 실린더에 의해 이송 및 힘이 제어될 수 있다. 샤프트의 중간부로부터 단부로의 성형에 있어서, 내측 캠 또는 관련 장치내의 밀링 오목부에 펀치가 필요하지 않다. 그 이유는 캠의 성형이 시작되는 그 시간에 상이한 공정에 있는 펀치가 중공형 샤프트의 외측 벽에 대해 가압되어 이들 위치에서 샤프트의 변형이 발생하지 않기 때문이다. 상기 캠은 단지 늦은 시간에만 성형된다.

유압을 펀치 또는 피스톤 또는 다이에 적용하는 다른 예로서, 상기 이동 제어는 중공형 샤프트의 종축에 거의 평행하게 이동하는 V형 레일 이동기구에 의해 기계식으로 실행될 수 있으며, 다이상에 직접 작용하는 웨지형 캠이 제공되어 있으면 V형 레일의 적합한 이동에 의해 펀치의 이동조절이 가능해진다. 즉, 이러한 실시예에서 압력이 가해지지 않고 캠이 형성되지 않는 오목부는 선택적으로 덮여질 수 있거나 캠이 형성될 위치는 노출되지 않는다.

내측으로부터 외측으로 캠을 연속적으로 성형하는 것이 특히, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 장치의 상이한 구역에서 개개의 제작단계를 수행함으로써 실행될 수 있다. 피가공재를 공구내의 한 위치로부터 개별 공정 사이의 다른 위치로 이동시키는 것이 필요함에도 불구하고 상기 장치는 더 간단히 저렴하게 설계될 수 있다. 또한, 이러한 경우에 펀치 등과같은 가동소자는 제공되지 않는다. 이는 공간 문제점이 없으면 그 효과는 전체적으로 파급되는데, 이는 예를들어 내측으로부터 외측으로 쌍으로 성형하는 6개의 캠인 경우에 3개의 피가공재 로케이터가 장치내에 필요하므로 각각 대응하는 밀링 오목부가 제공된다.

이와는 달리, 캠의 일부 선택 성형방법도 중공형 샤프트내에 내측 맨드릴을 삽입하고 난후에 전술한 펀치와 유사하게 작동되게 중공형 샤프트의 내측으로부터 작동하여 펀치로부터 이격된 특정장소에서의 성형을 방지한다. (내측으로부터 외측으로)현재 성형되는 캠만이 내측 압력을 (부분적으로)받아서 변형이 발생한다. 나머지 구역은 압력을 받지 않아서 변형을 유발하는 힘이 작용하지 않게 된다. 환언하면, 펀치의 경우에서와 같이 중공형 샤프트는 내측 압력을 지탱하지 않는 대신에, 내측 맨드릴이 변형이 아직 발생하지 않은 오목부 구역내의 중공형 샤프트의 내측벽에 압력이 가해지는 것을 방지한다. 이와같이, 내측 압력과 함께 기계식으로 가해진 축방향 압력에 의해서만 돌출되게 하며 최종적으로 맨드릴이 내측 압력으로부터 중공형 샤프트의 내측 벽을 보호하지 못하고 하나 이상의 밀링 오목부가 존재하는 소정의 성형만이 가능해 진다.

실제로, 두 개의 내측 맨드릴을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 맨드릴은 어느 한 단부에 있는 중공형 샤프트 내측으로 압박되며 기계식 축방향 힘을 튜브의 단부로 전송하는 피스톤 내측으로 진입 또는 당겨질 수 있는 외경을 가진다. 그럼으로써 샤프트의 중앙으로부터 단부로 캠의 국부적인 연속성형이 가능해진다. 물론, 내측 맨드릴에는 동축방향의 관통로가 제공되어 있어서 압력매체가 샤프트의 내측에 도달할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예는 비교적 많은 수의 밀링 오목부가 비교적 낮은 제작비용으로 형성될 수 있게 한다.

예를들어, 중공형 샤프트의 업세팅 또는 크로스 롤링과 같은 종래의 공정에 따라 수행된 반가공 제품을 사용하는 것도 본 발명의 범주내에 있다고 이해해야 한다. 이는 벽 두께의 감소와 재료의 적합한 연성을 고려하여, 캠이 성형되는 중공형 샤프트상의 위치에 재료를 적층하는 것이 가능하다.

도면에 대한 상세한 설명전에, 도면에 대한 몇몇 기본적인 설명이 있어야 한다. 무엇보다도, 도 1 및 도 2에서 도면의 상부에 있는 피가공재는 최종 제품형태를 도시하는 반면에, 도면의 하부에 있는 피가공재는 초기 제품형태를 도시하며, 또한 도 6에서는 초기상태가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 5에 있어서 공통적인 사항은 내측 고압 성형공정(소위, 하이드로포밍 공정)에 근본적으로 적합하고 두 개의 부품으로 수평분할되어 있는 장치를 개략적으로 도시하고 있다는 점이다. 상기 도면에는 하나 이상의 오목부(장치 내측의 조각부 또는 주형 목부)가 도시되어 있으며, 상기 오목부의 성형은 상세히 후술되지만 그 내측에는 변형될 피가공재가 놓인 후에 장치의 외측측면에 장착되고 공지의 방법으로 작동하는 다이를 업세팅함으로써 단부면상에 축방향으로 작용하는 힘을 받게되며, 동시에 압력매체가 중공형 샤프트의 내측에 가해져 상기 피가공재는 높은 내부압과 상기 튜브의 단부상에 작용하는 축방향 힘을 받는다. 이는 폐쇄된 장치내에서 소정의 돌출부가 형성되게 한다. 상기 측면다이는 장치내측으로 밀려넣어져 중공형 샤프트를 업세팅할 수 있는 직경을 가지며 또한, 압력매체가 중공형 샤프트의 내측으로 진입될 수 있게 하는 동축으로 형성된 통로를 가진다. 상기 다이의 자유단부에는 반가공된 제품(파이프)을 파이프 단부에 밀봉하고 축방향 힘을 피가공재 내측에 부여하며 압력을 상기 피가공재의 내측으로 공급하는 역할을 하는 밀봉헤드가 제공되어 있다. 바람직하게, 상기 압력은 (압력 실린더처럼 표시된)압력 부스터를 통해 부여되며 (압력 부스터의 내측에 있는 액체가 압축되면)증가되고 (액체가 제거되면)감소될 수 있다.

일반적인 도면을 제공하기 위해 매우 간단히 도시된 도 1에서, 장치의 상반부(1)와 하반부(2)를 포함하는 성형공구가 도시되어 있다. 상기 상반부와 하반부는 폐쇄상태에서 캠샤프트의 최종성형을 위한 주형으로서의 공동(3)을 형성한다. 이는 다른 양호한 예시적인 실시예의 설명에도 적용된다. 즉, 설명의 간단화를 위해 개별적인 캠만을 하나의 평명에 도시했으며 이들은 예리하게 반경방향으로 업세트된다. 캠이 최종적으로 위치되어야 할 위치에서, 상기 공동(3)은 대응 밀링 오목부(4)(본 실시예에서 단지 원리만을 설명하기 위해 3개의 수를 갖는 경우에 대해서만 설명함)를 노출한다. 상기 오목부의 내측으로는 중공형 샤프트의 대응하는 벽 구역이 눌려진다. 상기 밀링 오목부는 피가공재가 놓여지는 전체 주형오목부의 일부를 형성한다.

도 1의 하반부에, 중공형 샤프트의 초기상태가 도시되어 있는 반면에, 상반부에는 캠(6), 즉 본 발명에 따른 일체형 캠샤프트가 형성되어 있는 최종상태가 도시되어 있다. 도면부호 7은 좌측편 단면도로 도시한 바와같이 압력매체가 중공형 샤프트(5)의 내측으로 통과할 수 있게 하는 동축 통로를 구비한 측면 압축다이를 지칭하며, 상기 압축다이에는 다이헤드(8)가 제공되어 있다.

본 실시예에서, 상기 중공형 튜브(5)는 성형될 캠샤프트 형상을 갖는 성형장치(1,2)내에 놓여 있으며 이송된 축방향 재료에 대한 내부 고압력에 의해 변형된다. 즉, 중공형 샤프트(5)는 중공형 샤프트(5)에 대한 압력 다이(7)에 의해 축방향 압력을 가하는 동시에, 상기 통로(9)를 통해 압력매체를 공급함으로써 시작재료로부터 최종상태의 제품으로 연속적으로 처리된다. 상기 두 힘의 영향력하에서, 도시된 최종상태로의 변형은 상기 압력다이가 상기 장치의 내측으로 전진할 때 발생한다.

다음 실시예의 설명을 위해서 동일한 도면부호가 도 1에 대응하는 부분에 사용되었다.

도 2에 도시된 실시예에서, 전술한 바와같이 장치는 상반부(1)와 하반부(2)로 구성되며 공동(3)은 캠을 위한 소정의 형상으로 된다. 본 실시예에서, 6개이 개별 캠을 성형하기 위한 6개의 밀링 오목부(4)가 장치에 제공되어 있다. 단순함을 위해 다이(7,8)내의 압력매체 공급통로(9)는 도시하지 않았다. 외측 밀링오목부(4a,4b), 즉 샤프트의 단부쪽에 위치된 오목부에는 단지 개략적으로 도시한 각각의 펀치(11a,11b)가 제공되며, 상기 펀치는 양방향 화살표로 도시한 바와같이 각 유압 실린더(12a,12b)에 연결된 각각의 램(13a,13b)을 통해 중공형 샤프트(5)의 종축선에 수직한 밀링 오목부내부로 이동할 수 있다. 따라서, 상기 펀치(11a,11b)는 힘과 이동이 제어될 수 있다. 시작위치에서 상기 펀치는 도면에 도시된 상부위치에 있는 정면, 즉 상기 장치내에 놓여진 중공형 샤프트(5)의 외벽에 대해 상부에 위치된다. 상기 두 개의 내측 밀링 오목부(4)는 펀치되지 않는다.

상기 공정은 다음과 같다. 4개의 펀치(11a,11b)가 전진된 시작위치에 있으므로, 상기 내측 캠(6)은 외측 캠의 형성에 의해 방해받는 재료, 즉 샤프트의 단부 근처에 놓인 재료의 유동없이 샤프트 재료의 축방향으로의 공급으로 일차로 성형된다. 두 내측 캠 성형이 완료되면, 상기 가공된 캠의 외측에 일차로 놓인 실린더(12b)와 펀치(11b)는 후퇴되고 캠(6b)이 다음에 성형된다. 여기서도, 상기 단부 캠(6a)의 성형이 아직 실행되지 않았으므로 재료의 축방향으로의 흐름은 방해받지 않는다. 하이드로포밍의 마지막 부분에서, 상기 펀치(11a)는 후퇴되고 대응하는 캠(6b)이 성형된다.

펀치(11a,11b)의 유압작용 대신에, 펀치의 제어와 운동은 기계식으로 실행될 수도 있다. 이를 위한 V형 레일(14)이 도 3에 도시되어 있다. 상기 레일은 펀치(11a,11b)의 숫자에 대응하는 웨지 캠(15a,15b)의 숫자를 가지며 펀치램(13a,13b)의 위치에 대응하게 배열되어 있다. 이 경우에, 상기 V형 레일(14)은 유압 실린더(12a,12b)의 구역내에 장착되어 중공형 샤프트(5)의 종축선에 평행하게 이동한다. 이러한 경우에, 도 3의 수평방향 이중 화살표의 방향으로 V형 레일(14)을 이동시키는 단일 유압 실린더(도시않음)만이 필요하다. 도 3에 도시된 위치에서, 웨지 캠(15a,15b)이 직접적으로 작용하는 램(13a,13b)은 전진위치, 즉 내측 캠(6)이 먼저 성형되는 위치에 도시되어 있다.

상기 V형 레일(14)이 내부압의 동시 적용에 의해 좌측으로 이동함으로써, 램(13a,13b)이 웨지캠(15a,15b)의 경사면을 따라 하방향으로 이동함으로 도 2의 상기 펀치(11a,11b)가 하방향으로 압박된다.

상기 V형 레일을 사용함으로써 도 2와 관련하여 전술한 공정의 직접적인 제어가 가능하다. 왜냐하면, 도 3에서처럼 상기 내측 V형 레일이 보다 짧은 면을 갖기 때문이다. 즉, 좌측 방향으로 이동하는 경우에 상기 램(13b)이 램(13a)전에 있는 웨지 캠(15b)의 경사면 구역에 도달하여 무엇보다도 먼저, 캠의 성형(6a)이 시작되기 이전에 캠의 성형(6b)이 실행되며, 이는 램(13a)이 웨지 캠(15a)의 경사면 구역에 도달하는 때에 실행된다.

내측 캠(6)의 성형시 재료의 흐름을 더욱 개선하기 위해, 상기 웨지 캠(15a,15b) 사이에 대응하게 놓이는 캠(도시않음)에 의한 램을 통해서 전술한 방식대로 제어되는 펀치는 밀링 오목부(4)내에 제공된다.

측면 다이(7,8)가 도시되어 있지 않은 도 4는 본 발명에 따른 특히 양호한 실시예를 도시하며, 상기 도면에는 장치의 하반부(평면도로 도시됨)에 있는 피가공재용 상이한 형상의 3개의 주형 목부가 도시되어 있고 상기 피가공재(5)는 개별적으로 각각의 주형 목부에서 형성된다. 개별적인 형태의 목부로의 변형은 동시에 또는 연속적으로 수행될 수 있다.

도 4는 6개의 캠을 갖는 캠 샤프트(5)의 제작이 3개의 단계로 실행됨을 명확히 도시하고 있다. 제 1 공정단계에서 도 4의 상부 주형목부에 있는 중공형 샤프트(5)는 두 개의 내측 캠(6)이 성형될 때까지 변형된다. 이와같이 변형된 반가공 제품은 제 2 단계에서 캠(6b)이 변형되게 하는 두 개의 추가 밀링 오목부(4b)가 제공되어 있는 주형목부 내측으로 이동된다. 최종적으로 상기 중공형 샤프트(5)는 최종상태로의 변형이 수행되는 6개의 밀링 오목부(4,4a,4b)를 갖춘 도 4에 도시한 바닥 주형목부 내측으로 이동된다.

전술한 실시예와 유사하게, 도 5는 두 개의 내측 캠이 이미 제작된 6개의 캠(6)을 갖는 캠샤프트를 제조하기 위한 장치의 하반부(2)를 도시한다. 상기 장치의 경우에도, 캠(6)은 내측으로부터 외측으로 연속적으로 형성되며 이를 위해, 두 개의 내측 맨드릴(16)이 사용된다. 상기 맨드릴은 중간 제작단계를 도시한 상태에서 중공형 샤프트(5)의 단부 내측으로 눌려져 중공형 샤프트의 내측에서 처리과정중 외측 밀링 오목부(4a,4b) 내측으로 후에 변형될 구역을 내측 압력으로부터 보호한다. 이러한 목적을 위해, 상기 내측 맨드릴은 내벽으로부터 적합한 틈새를 두고 중공형 샤프트(5) 내측으로 절첩식으로 눌려질수 있는 외경을 가진다. 자유 내측단부에 있는 내측 맨드릴(16)에는 압력이 내측에 발생하는대로 곧 파이프 또는 중공형 샤프트를 밀봉하는 헤드 밀봉제(17) 또는 V형 밀봉링이 각각 제공된다. 압력이 높으면 높을수록 웨지 밀봉링의 밀봉력은 더 커진다. 상기 밀봉력은 내압에 의해 발생된다.

이러한 경우에, 상기 다이(7,8)는 전술한 실시예에서 설명한대로 한편으로, 장치 오목부내측으로 진입할수 있을 정도의 외경, 즉 중공형 샤프트(5)의 외경에 대체로 일치하는 직경가지나, 전술한 실시예로부터 분명하듯이 상기 내측 맨드릴이 내외측으로 절첩식으로 이동될 수 있을 정도로 큰 직경을 갖는 커다란 내측 직경을 가진다. 상기 다이(7,8)는 중공형 샤프트(5)의 단부면에 여전히 축방향 힘을 가하는 반면에, 상기 내측 맨드릴(16)은 중공형 샤프트내측으로 동시에 이동된다. 상기 압력매체용 동축 통로(9)는 각각의 내측 맨드릴(16)내에 위치된다. 이는 도면 좌측 절반부에 도시된 부분으로부터 분명히 알수 있다.

이러한 개념에 의해 다음 공정순서를 달성할 수 있다. 무엇보다도, 상기 내측 맨드릴(16)은 중공형 샤프트에 대항하는 단부를 갖는 다이(7,8)로부터 이동되어 도 5에 도시한 위치로 중공형 샤프트(5)내측으로 이동된다. 이는 상기 다이(7,8)의 외측단부에 제공된 적합한 수단(도시않음)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 목적을 위해 상기 내측 맨드릴은 예를들어 외측단부인한 다이(7,8)를 통해 돌출될 수 있다. 국부적인 내부압력하에서, 상기 두 개의 내측캠은 도시된 방법으로 성형된다.

다음에, 내측 맨드릴(16)은 다음 밀링 오목부(4b)의 구역이 노출되기에 충분할 정도로 외측으로 후퇴되어서 내압이 상기 중공형 샤프트의 상기 구역에 작용하며, 그후 캠(6b)을 형성하도록 상기 밀링 오목부내측으로 변형되며, 튜브 단부로부터의 재료가 동시에 축방향으로 이동되는 경우에 상기 내측 맨드릴(160도 내측 맨드릴(16)상의 V형 밀봉링(17)과 상기 튜브 내벽 사이의 마찰을 방지하기 위하여 재료의 공급양만큼 내측으로 이동된다.

제 2 캠(6b)쌍의 성형후에, 내부압이 제거되면 V형 밀봉링(17)상의 밀봉력이 최소(상기 밀봉링의 본래 탄성도)로 감소된다. 상기 내측 맨드릴(16)은 더욱 외측으로 이동되고나서 다음 캠(6a)쌍이 성형된다.

이러한 실시예에서도, 각각의 처리단계에서 (전술한 실시예와 관련하여 여러번 설명한 바와같이 캠의 성형은 샤프트의 중간부로부터 단부로 단계적으로 발생함)상기 재료가 단부로부터 방해 받지 않으며 압력을 방해 받지 않는 구역에서 변형이 아직 발생되지 않으므로 최적 재료이송이 달성된다.

본 발명에 따른 방법을 다수의 다른 가능한 실시예들에 대한 적용을 증대시키기 위해, 도 6a에 중공형 샤프트(5)를 위한 반가공된 출발제품이 도시되어 있으며, 상기 제품은 6개의 캠을 갖는 캠샤프트로 성형되며 중공형 샤프트의 업세팅, 크로스 롤링 등과같은 종래의 방법에 의해 도 6에 도시된 상태로 가공처리된다. 상기 재료(19)의 적층은 벽두께의 감소 및 재료의 어떤 부적절한 연성을 반작용시키도록 성형되는 위치에서 형성된다. 상기 반가공된 출발재료는 도 1 및 도 2에 도시된 장치에서의 처리에 적합하며 또한, 재료의 상기 적층을 고려하여 재료흐름을 감소시킨다.

본 발명은 자동차 산업분야에 다수의 상이한 적용예를 갖는 특히, 길다란 중공체를 제조하는데 유용하다.

Claims (13)

1. 고 내부압 성형방법(하이드로포밍 방법)을 사용하여 하나 이상의 돌출부, 특히 캠샤프트를 갖는 길다란 중공체의 제조방법에 있어서,

   상기 돌출부(캠)는 재료가 바람직하게 축방향으로 공급되는 동안에 개별적으로 또는 연속적으로 성형되는 것을 특징으로 하는 돌출부를 갖는 길다란 중공체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 성형은 공급장치로부터 가장 멀리 떨어져 위치하는 상기 돌출부에서 시작되어 공급장치쪽으로 단계적으로 처리되는 것을 특징으로 하는 돌출부를 갖는 길다란 중공체의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 돌출부는 압력 및/또는 이동 제어가능한 펀치의 압력에 대항하여 연속적으로, 또는 개별적으로, 또는 하나의 집단으로 성형되는 것을 특징으로 하는 돌출부를 갖는 길다란 중공체의 제조방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제조단계는 상이한 구역에서 수행되는 것을 특징으로 하는 돌출부를 갖는 길다란 중공체의 제조방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 돌출부의 국부 선택적인 성형은 동시에 성형되지 않는 돌출부의 위치를 은폐하도록 중공체 내측으로 도입되고 중공체내에서 종방향으로 이동될 수 있는 하나 이상의 맨드릴에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 돌출부를 갖는 길다란 중공체의 제조방법.
6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 중공체 형태인 다중 벽 반가공 물품이 처리되는 것을 특징으로 하는 돌출부를 갖는 길다란 중공체의 제조방법.
7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서,

   돌출부(6)를 형성하기 위한 밀링 오목부(4)가 제공되어 있으며 중공체(5)를 수용하는 다중 부품의 성형장치(1,2), 및

   상기 중공체를 업세팅하기 위해 중공체의 각각의 단부상에 작용하며 중공체의 내측으로 압력매체를 공급하기 위한 동축 통로(9)가 제공되어 있는 두 개의 대향하는 동축 다이(7,8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1항 내지 제 3항 및 제 6항중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 제 7항에 따른 장치에 있어서, 상기 밀링 오목부(4)의 적어도 일부에는 상기 중공체의 종축에 수직하게 이동할 수 있는 개별 펀치(11a,11b)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 1, 제 2, 제 4항 및 제 6항중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 제 7항에 따른 장치에 있어서,

   상이한 숫자의 밀링 오목부를 각각 갖춘 복수의 주형 목부가 제공된 하나 이상의 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 두 부품의 성형장치(1,2)는 로케이터로부터 로케이터로 증가하는 다수의 밀링 오목부를 갖는 복수의 주형목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 1, 제 2, 제 5항 및 제 6항중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 제 7항에 따른 장치에 있어서,

    상기 중공체(5)내에서 종방향으로 이동할 수 있고 상기 중공체의 각각의 단부 내측으로 삽입될 수 있는 하나 이상의 중공형 내측 맨드릴(16)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 내측 맨드릴(16)은 상기 중공체의 내벽에 대해 끼워맞춰지는 밀봉제(17)를 구비한 중공체(5) 내측으로 돌출하는 적어도 단부에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 다이(7,8)내의 동축 통로(9)는 내측 맨드릴(16)이 다이(7,8)의 내측에 삽입될수 있는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.