KR100598228B1 - 분기관 제작법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분기관 제조법에 관한 것이다. 설계 요구의 분기관을 제조하는 신뢰할 수 있는 간단한 방법으로 길고 곧은 주곡면 및 최소한 두 개의 측곡면이 제시되고, 측곡면은 주곡면의 긴 측부에서 서로 분기하고, 블랭크 소재에서 주곡면의 중앙축에 대해 서로 반대로 위치하고, 딥드로잉에 의한 블랭크로부터 형성된 베이스라인에 대해 경상 대칭(mirror-symmetrical)이다. 형성공정 후에, 블랭크는 용기형태의 셀 부분의 방법으로 트리밍되고, 길이 방향으로 열려있고, 주곡면으로부터 형성되고, 셀 부분에 인접한 반 슬리브는 셀 부분과 같은 평면에 위치하고, 그들이 연장되는 방향으로 열려있고, 측곡면에서 형성되고, 금속판 스트립은 결합 플랜지로 작용하여 셀 부분 및 반 슬리브의 측부 변부의 외곽을 따라서 연장된다. 따라서, 셀 부분은 중심축에 평행한 공간축에 대하여 굽혀져서 결합 플랜지가 또 다른 하나와 셀 부분의 양 측부에서 만나고, 결합 플랜지는 서로 연결된다.

Description

분기관 제작법{METHOD FOR PRODUCING A BRANCH PIPE}

본 발명은 청구항 제 1항에 따른 분기관의 제조법에 관한 것이다.

분기관은 일반적으로 딥드로잉된(deep-drawn)된 절반의 셀 부분(shell)을 서로 용접 또는 한 벌로 주조 또는 직관을 내부 고압으로 형성하여 제조한다. 첫 번째 제조법은 두 개의 셀 부분을 맞붙이는데 손이 많이 간다. 더욱이, 두 개의 다이(die)가 필요하고, 두 개의 부품을 맞붙이기 위한 제조 공차는 높아서 제조를 더 어렵게 한다. 주조방법이 확실히 조작하기 쉽지만, 한편으로 주조 분기관은 비교적 무겁고, 다른 한편으로는 분기관 설계의 자유도가 내벽의 두께에 따라서 제한되는데, 이는 매우 얇은 내벽은 주조기술로 만족스럽게 형성되지 않기 때문이다. 내부 고압성형기술은 이런 부분에서, 보다 가능성이 있지만, 이것 또한 제한이 있는데, 분기관의 길이가 길어질 경우이다. 또한, 소재가 얇아지는 효과를 가지기 때문에, 얇은 두께의 관으로부터 신뢰성 있는 분기관을 성형하는데는 매우 큰 난관이 있으며 또한 노력이 필요하다.
일반적 형태의 방법은 EP 0 780 173 A2에 알려져 있다. 이 경우, 동력 차량의 배기 시스템의 매니폴드 분기관을 제조하기 위하여, 금속판 코일 또는 블랭크로부터 다이에서 배관을 딥드로잉 및 트리밍하고, 완성된 형태의 배관의 롤아웃된 형태의 반완성된 배관을 형성한다. 반완성된 배관은 미리 굽혀지고 롤된다. 미리 굽혀지고 롤된 부분은 기밀을 위한 방법으로 굽혀진 중앙 접촉부분에서 용접된다.
더욱이, US-A-2 262 627은 동력 차량 배기 시스템의 배기 매니폴드 제조를 나타내고, 두 개의 딥드로잉된 반쪽의 셀 부분이 분기관을 제공하고 하나가 다른 하나 위에 놓여져서 접하여 셀 부분의 측부에서 돌출한 플랜지를 스폿용접하여, 배기 매니폴를 형성한다.

본 발명은 거의 모든 형태의 분기관을 간단히 제조하는 신뢰성 있는 방법을 제시하는 것에 목적으로 한다.

이 목적은 본 발명의 청구항 1항에 의하여 달성될 수 있다.

일체로 형성된 분기관은 제조가 보다 쉽다. 프레스, 절단, 굽힘 및 맞붙임으로 구성된 전체 제조공정은 자동화가 가능하다. 신뢰성 있는 제조를 위한 제조 공차는 경미하다. 슬리브를 딥드로잉으로 형성하고 슬리브 설계의 형태 및 길이의 자유도는 거의 제한이 없다. 또한, 관의 벽두께는 신뢰성을 해하지 않는 범위에서 상당히 줄일 수 있다. 이는 경량화의 이점이 있고, 분기관이 동력 차량의 배기관에 사용되면, 촉매작용을 빠르게 할 수 있는데, 얇은 벽이 적은 열용량을 가지고 있고 배기 흐름에서 보다 적은 열이 손실되기 때문이다. 설계의 자유도는 크게 굽은 분기관을 가능하게 하는데, 이로 인해 배기 매니폴드에 사용되면 엔진룸의 공간을 절약할 수 있다. 분기관의 길이는 연결배관없이 실린더 헤드의 흡입구 플랜지까지 길게 연장할 수 있다. 더욱이, 접합부는 뜨거운 배기가스에 직접 노출되지 않게 위치하여, 배기 매니폴드의 내구성을 증가시킨다. 접합부의 위치를 고려할 때, 이음매는 간섭될 수 있고, 최소한 배기관에 사용될 때, 완전한 기체 밀폐는 슬라이드 연결 배기관을 고려한 경우에 제공되지 않고, 이는 제조공정의 시간을 단축시키고 결과적으로 비용을 절감시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 서술된 바 있다. 또한, 본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하기하는 실시예에서 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 의한 방법으로 딥드로잉 및 다듬어진 블랭크(blank)를 도시한 투시 평면도.

도 2는 본 발명에 의한 방법으로 도 1의 블랭크를 굽혀서 맞붙인 분기관을 도시한 투시 평면도.

*부호설명*

1 : 분기관 4 : 반 슬리브(half sleeve)

2 : 축 7 : 스트립(strip)

3 : 셀 부분(shell) 15 : 이음매

도 1은 분기관 제조법의 중간 단계를 나타낸다. 먼저 이를 위하여 코일로부터 딥드로잉 가공으로 금속판 또는 블랭크가 사용된다. 딥드로잉은 블랭크를 길고 곧은 주곡면 및 두 개의 측곡면을 형성하고, 측곡면은 주곡면의 긴 쪽에서 분기하여 중심축(2)에서 서로 반대로 연장된다. 측곡면은 베이스라인에 대해 경상 대칭(mirror-symmetrical)을 이룬다. 베이스라인은 이 경우 측곡면의 입구 변부를 구성한다. 실시예의 측곡면이 모양과 크기가 동일한 경상 대칭이지만, 요구조건에 따라 상이한 깊이로 제조할 수 있다.

블랭크 형성 공정 후에는, 펀치공구에 의한 딥드로잉 다이(die) 방법 또는 클램핑(clamping)장치와 삼차원 절단 레이저의 딥드로잉 다이 방법에 의하여 경제적으로 트리밍(trimming)된다. 트리밍의 한 효과는 용기 형태의 셀 부분(3)을 제조하여, 주곡면 및 길이방향 구멍을 만드는 것이다. 셀 부분(3)은 도 1의 평면도에서 직사각형이나, 이등변 사다리꼴 형상으로도 형성될 수 있다. 셀 부분(3)은 반 슬리브(4)에 인접해 있다. 반 슬리브는 동일 평면에 있고 측곡면을 만든다.
반 슬리브(4)는 길이 방향으로 열리고 반 원형 실린더로 각각 형성된다. 그러나, 반 슬리브(4)의 곧고, 평행한 하부 변부(5) 역시 전체적으로 다르게 형성될 수 있다. 예를들어, 이들의 기하학적 형상에 있어서, 곡선 또는 직선으로 서로 모이는 방법으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 반 슬리브(4)는 반 원추형상을 가진다. 반 슬리브(4)는 곡면으로 형성된 셀 부분(3)의 공동(6) 방향으로 열린다.
또한, 금속판 스트립(7)은 셀 부분(3) 및 반 슬리브(4) 위에 형성되고, 반 슬리브(4)의 하부 변부(5) 및 셀 부분(3)의 하부 변부(8)와 같은 평면에 위치하며, 셀 부분(3)의 측부 변부(9)의 외부 및 반 슬리브(4)를 따라 연장된다. 셀 부분(3) 및 반 슬리브(4)의 금속판 스트립(7)은 일체로 연결되나, 서로 분리될 수도 있다. 금속판 스트립(7)의 전체 면적이 반 슬리브(4)의 하부 변부(5) 및 셀 부분(3)의 하부 변부(8)와 같은 평면에 있을 필요는 없다.
후에 접합공정을 위하여, 금속판 스트립(7)은 상기 평면에서 돌출해야하며,또한 상술한 형태와 다르게, 중심 세로축(2)에 대해 서로 대향되어 위치하는 금속판 스트립(7)이 서로 반대형상을 가지도록 형성된다. 이에따라 후속하는 벤딩공정에서, 금속판 스트립(7)이 서로 신뢰성 있게 결합되어 결합작동이 잘 유지되고 이음매의 내구성이 개선되는 장점을 가진다. 이에다라 금속판 스트립(7)은 접합 플랜지로 이용된다.

그 다음에, 별도의 공구로, 셀 부분(3)은 벤딩 맨드렐를 이용하여 긴 중심축(2)과 평행한 공간축(10)에 대해서 굽혀진다. 공간축은 셀 부분(3)을 중심축(2)과 거리를 두고 수직방향으로 관통하는 평면 위에 위치한다(도 2). 도시된 실시예에서 축(10)은 중심축(2)의 하부에 벤딩으로 형성된 원통형 주관(11)의 반경만큼 떨어져 위치한다. 벤딩은 접합 플랜지(7)가 다른 하나와 셀 부분(3)의 측면(13,14)의 마주보는 부분과 만날 때까지 이루어진다. 이 경우, 셀 부분(3)의 하부 변부(8) 및 반 슬리브(4)의 하부 변부(5)는 서로 만나서, 셀 부분(3) 및 분기 슬리브(12)로부터 형성되어 반 슬리브(4)를 형성하고, 이는 결국 분기관(1)을 형성한다.

마지막 단계로, 접합 플랜지(7)는 서로 용접 연결된다. 이음매(15) 및 플랜지(7)의 평면에 스폿용접이 신속하고 간단하며 저렴한 방법으로 이용된다. 플랜지(7)의 형성은 끝을 구부린 결합의 예와 같은 방법으로 기계적으로 결합되어, 이음매(15)의 내구성을 향상시키고 열에 민감한 소재의 경우에 장점이 있다. 또한, 열응력이 낮거나 없는 곳에는 접착제의 사용을 생각할 수 있다.

본 실시예에서, 반 슬리브(4)를 따라 진행하는 금속판 스트립(7)의 단부(16)는 반 슬리브(4)의 구멍의 변부(17)에 대해 후퇴하는 방법으로 형성된다. 동일한 방법이 셀 부분(3)의 한 단부(18)에 적용된다. 이 방법에서 분기관(1)에 저항하는 것이 없으므로 간단한 끼워 넣는 연결방법으로 배관을 연결할 수 있다. 예로, 분기 슬리브(12)는 실린더 헤드의 흡입 플랜지와 함께 배기관에 간단히 끼울 수 있고, 주관(11)은 슬라이드 결합으로 배기 매니폴드의 배관에 연결할 수 있다. 공기 틈이 없는 배기 매니폴드를 형성하기 위하여, 분기관(1)은 외부 셀 부분의 슬리브에 끼워 넣는 내부 부분으로 연결되어 용접된다.

또한, 본 발명에 의한 해결책은 싱글 분기 슬리브(12)에 제한되지 않는다. 긴 셀 부분(3)의 경우는, 다수의 측곡면 또는 반 슬리브(4)를 형성하는 딥드로잉 공정의 사용이 매우 용이하다. 제조 방법이 완료된 다음 분기 슬리브(12)가 형성된다. 공간 또는 유동조건의 요구에 따라서, 서로 동일하거나 또는 형태와 길이가 다르게 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 분기관은 다양한 형태 및 얇은 두께로 제조 가능하고 제조 시간과 비용을 절감하고 자동화가 쉽고 자동차 배기관 및 매니폴드에 이용 가능하다.

Claims (3)

1. 분기관 제조 방법에 있어서,

   길고, 곧은 주곡면 및 상기 주곡면의 긴 측부에서 분기한 둘이상의 측곡면이 블랭크 재료로 연장되는 주곡면의 세로축(2)에 대해서 서로 반대로 위치하고 베이스라인에 대해 경상 대칭(mirror-symmetrical)으로 배치되며, 딥드로잉으로 블랭크로부터 형성되고,

   형성공정 후에는, 상기 블랭크가 세로방향으로 열리는 용기 형태의 셀 부분(3)이 주곡면으로부터 형성되고, 셀 부분(3)에 인접한 반 슬리브(4)가 셀 부분(3)과 같은 평면에 있고, 이들의 돌출한 방향으로 열리며, 측곡면으로부터 형성되는 방법으로 트리밍되고,

   결합 플랜지로 기능하는 상기 금속판 스트립(7)이 셀 부분(3) 및 반 슬리브(4)의 측부 변부(9)의 외부을 따라서 연장되고,

   따라서, 양측부(13, 14)에 서로 일치하는 결합 플랜지(7)가 서로 대향되어 위치할 때까지 셀 부분(3)이 중심 세로축(2)에 평행한 공간축에 대해서 굽혀지고, 그후, 결합 플랜지(7)가 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 반 슬리브(4)를 따라 진행하는 금속판 스트립(7)의 단부가 반 슬리브(4)의 구멍 변부(17)에 대해 후퇴하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 삭제

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