KR100665977B1 - 고치수 정밀도 관과 그 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

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타카아키 토요오카
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Abstract

관의 광범위한 요구 크기에 걸치고, 저비용으로 제조할 수 있고, 충분한 피로강도를 갖는 고치수 정밀도 관 및 그 제조방법을 제공한다. 구체적 내용은 다음과 같다. 금속관(5)을 그 관내에 플러그(1)를 장입한 상태에서, 다이스(2)의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발을 행함으로써, 외경편차, 내경편차, 원주방향 두께편차 중 어느 1개 또는 2개 이상이 3.0 ％ 이하인 압발 그대로의 고치수 정밀도 관을 얻는다.
고치수, 정밀도, 관, 플러그, 다이스, 강관, 냉간, 인발, 압발, 편차

Description

고치수 정밀도 관과 그 제조방법 및 제조장치{High Dimensional Accuracy Pipe, Manufacturing Method Thereof, and Manufacturing Apparatus}
본 발명은, 고치수 정밀도 관(高値數精密度管), 그 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다. 예컨대 자동차용 구동계 부품 등과 같은 높은 치수 정밀도가 요구되는 것에 적용할 수 있는 고치수 정밀도 관, 고치수 정밀도 관의 제조방법, 제조장치, 제조설비열에 관한 것이다.
금속관, 예컨대 강관은 보통 용접관과 이음매없는 관으로 크게 구별된다. 용접관은, 예컨대 전봉강관(電縫鋼管)과 같이, 대판(帶板)의 폭을 라운딩(Rounding)처리하고, 그 라운딩처리된 폭의 양단을 맞대어 용접하여 제조한다. 한편, 이음매없는 관은, 중실(中實)의 빌렛(Billet)을 고온에서 천공한 후, 맨드렐 밀(Mandrel Mill) 등으로 압연하여 제조하고 있다. 용접관의 경우, 용접후에 용접부분의 돋아난 것을 연삭하여 관의 치수 정밀도를 향상시키고 있지만, 그 두께편차는 3.0％를 초과한다. 또한, 이음매없는 관의 경우, 천공공정에서 편심(偏心)하기 쉽고, 그 편심에 의해 큰 두께편차가 생기기 쉽다. 이 두께편차는 후공정에서 저감시키는 노력을 기울이고 있지만, 그것으로도 충분히 저감할 수가 없어, 제품의 단계에서 8.0％ 이상 잔존한다.
최근, 환경문제 대책으로서, 자동차의 경량화가 강하게 요망되고 있다. 드라이브 샤프트(Drive Shaft) 등의 구동계 부품은 중실의 금속봉에서 중공(中空)의 금속관으로 치환되어 가고 있다. 이들 자동차용 구동계 부품 등의 금속관에는 두께, 내경, 외경의 각 편차로서 3.0％ 이하, 더 엄밀하게는 1.0％ 이하의 고치수 정밀도가 요구된다.
구동계 부품은 자동차의 장거리 주행에 의한 피로에 견디어야 하다. 금속관의 두께, 내경, 외경의 정밀도가 나쁘면, 필연적으로 관내(管內) 외면에 존재하는 요철(凹凸)을 기점으로 하여 피로파괴가 진전되기 쉬워져서, 피로강도가 현저하게 저하된다. 충분한 피로강도를 유지하기 위해서는 금속관의 두께, 내경, 외경의 정밀도를 양호하게 할 필요가 있다.
이하, 본 발명에서 말하는 고치수 정밀도란, 외경편차, 내경편차, 원주방향 두께편차 중 어느 1개 또는 2개 이상이 3％ 이하인 관이고, 각 편차는, 다음식으로 도출된다.
편차 = 변동폭 / (목표값 또는 평균값)×100％
변동폭 = 최대값 - 최소값
금속관의 두께, 내경, 외경의 정밀도를 높이는 수단으로서, 일반적으로 이하의 2개의 방법이 알려져 있다. 이하, 용접 강관과 이음매없는 강관(이하, 강관 또는 관이라고 함)에 대하여 설명한다.
1개는 강관을 다이스(Die)와 플러그(Plug)를 사용하여 냉간에서 인발(引拔)하는 방법(소위, 냉간인발법)이다(특허문헌 5 참조). 다른 1개는 원주방향으로 분 할한 다이스를 조립한 로터리 단조기(鍛造機)를 이용하여 강관을 다이스 구멍에 압입하여 가공하는 방법(로터리 단조 압입법)이다(특허문헌 1, 2, 3 참조).
특허문헌 1 : 일본국 특개평9-262637호 공보
특허문헌 2 : 일본국 특개평9-262619호 공보
특허문헌 3 : 일본국 특개평10-15612호 공보
특허문헌 4 : 일본국 특허 제2858446호 공보
특허문헌 5 : 일본국 특허 제2812151호 공보
그러나, 냉간인발법에서는, 설비능력이 부족할 경우나, 관의 두께·직경이 커서 인발응력을 충분히 얻을 수 없어, 축경율(縮徑率)을 낮게 하지 않을 수 없을 경우 등에서는, 가공 바이트(플러그와 다이스 구멍 내면과의 틈)내에서 다이스와 관, 및, 인발 플러그와 관의 접촉이 불충분하게 된다. 냉간인발법은, 관의 응력이 인장력이기 때문이다. 이 경우, 관의 내면, 외면의 평활화(平滑化)가 부족하여 요철(凹凸)이 잔류하기 쉽다. 그 대책으로서, 냉간인발로 관의 축경율을 크게 하여 가공 바이트내에서 관의 내외면과 플러그, 다이스의 접촉을 향상시키는 것이 행하여지고 있다. 그러나, 관을 다이스를 이용하여 냉간인발 한 경우, 관의 축경율이 커질수록 관 내면의 요철에 의한 거칠기가 증가한다. 그 결과, 냉간인발에서는 고치수 정밀도의 관을 얻는 것이 어렵다. 그 때문에 관의 피로강도가 충분하지 않고, 더욱이 치수 정밀도가 양호한 관이 강하게 요구되었다. 냉간인발에서는 장력을 가하기 위해서 관의 선단을 끼우기 때문에, 관의 선단을 오므릴 필요가 있다. 그 결과, 한개씩 인발하지 않을 수 없어, 가공능률이 현저하게 낮은 문제가 있었 다.
또한, 설비능력이 있고 축경율을 크게 할 수 있는 경우라도, 축경에 의한 가공 비틀림이 커져서 관이 가공경화하기 쉽다. 관은 인발후에 더욱이 굽힘이나 스웨징(Swaging) 등의 가공을 실시한다. 상기 인발에서의 가공경화에 의해, 그 후의 굽힘공정등에 있어서 균열이 발생하기 쉬워지는 문제가 있었다. 그것을 방지하기 위하여, 인발후에 고온에서 충분한 시간을 들여서 열처리를 가할 필요가 있고, 제조비용이 현저하게 많이 들기 때문에, 저렴한 비용으로 가공하기 쉬운 고치수 정밀도 관을 고능률적으로 제조할 수 있는 방법이 열망되어 왔다.
더욱이, 특허문헌 4에 기재한 금속관의 가압장치는, 금속관을 다른 장치로 인장하고, 그 인장에 의한 관의 파단(破斷)을 방지하여 내면에 홈을 형성시키기 위하여 필요한 인장력을 저감하기 위한 보조장치이고, 관내외면을 평활화하는 것은 아니다.
특허문헌 1∼3에 기재한 로터리 단조압입법에서는, 로터리 단조기의 다이스를 분할하여 그 다이스를 요동시킨 결과, 그 분할부분에서 단차가 생기기 쉬워서 외면의 평활화가 부족하거나, 또는 원주방향으로 다른 다이스의 강성에 의해 불균일 변형이 생기거나 한다. 그 결과, 두께 정밀도도 부족하기 때문에 목표로 하는 마무리 치수 정밀도를 충분히 얻을 수 없고, 그 강관의 피로강도는 충분한 것이 아니라, 개선이 요구되고 있었다.
로터리 단조압입법에서는, 강관을 압입한 후의 두께는 압입하기 전의 두께보다 두껍게 되어 있다. 이는 복잡한 구조를 갖기 때문에 하중을 가하기 어려운 로 터리 단조기를 이용하고 있지만 그로 인한 제약이 있다. 두께를 증가시키기 위해서는, 가공 바이트내에서 출구에 가까운 쪽만큼 틈을 증대시켜서 관을 변형하기 쉽게 하고 있지만, 틈이 있어서 변형이 하기 쉬워지면, 관의 내면에 요철이 발생한다. 더욱이, 두께를 증가시키면 틈이 커지고, 관이 다이스 표면이나 플러그 표면에 충분히 접촉하지 않게 된다. 그 결과, 관표면의 평활화가 진전되지 않고, 고치수 정밀도 관을 얻기가 어려운 결점을 갖고 있었다.
또한, 고치수 정밀도 관을 제조함에 있어서는, 플러그 외면과 관 내면, 다이스 내면과 관 외면과의 마찰력을 가능한 한 저감하지 않으면, 가공중에 관표면에 탄 자국 등의 결함이 발생하여, 가공후의 관의 표면품질이 저하되어, 그 관은 제품으로 되지 않을 뿐만 아니라, 가공시의 하중이 현저하게 증가하여 가공 그 자체가 불가능하게 되는 경우가 있고, 그 결과, 생산능률이 현저하게 저하되었다.
이것에 의해, 압입후에 소망의 두께를 얻고자 하면, 압입전의 두께를 얇게 하는 수 밖에 없다. 따라서, 다양한 제품 크기의 관을 갖추고, 그들의 관의 피로강도 등의 성능을 향상시키기 위해서는, 소관(素管) 크기를 다수 준비해야 한다. 그러나, 소관 제조설비에 제약이 있어서 많은 크기를 준비할 수 없으므로, 관의 전체 요구 크기에 걸쳐서 양호한 치수를 얻는 것이 어려웠다. 또한, 자동차 부품에서는 관의 가공도를 바꾸어서 이용할 수가 있다. 예컨대, 어떤 부품에서는 가공도를 낮게 하여 가공후의 열처리를 생략하는 것이 검토되어, 별도의 부품에서는 가공도를 현저하게 크게 하여 강도를 높여서 이용할 수가 있다.
그러나, 종래의 냉간인발이나 로터리 단조압입법에서는, 축경만의 가공을 하 고 있고, 가공후의 관외경은 다이스 직경으로 일의적으로 결정되고, 두께도 다이스와 플러그에 의해 일의적으로 결정되기 때문에, 동일 소관으로부터는 일의적인 가공도밖에 얻을 수 없고, 동일 소관으로부터 가공도가 다른 동일한 크기의 관을 제조하는 일은 거의 불가능하였다. 그 때문에, 동일한 크기로 가공도가 다른 관을 제조하기 위해서는, 복수 크기의 소관을 준비하여 축경율을 변화시키는 것을 할 수 밖에 없어, 소관제조에 막대한 수고가 들었다.
상술한 바와 같이, 종래의 기술에서는 고치수 정밀도의 관을 얻는 것이 어렵고, 또한, 크기가 동일하고 가공도가 다른 관을 제조할 때에는 크기가 다른 소관을 다수 준비하지 않으면 안된다는 문제가 있었다.
본 발명자들은, 상기한 문제를 해결하기 위하여, 인발(引拔)보다 높은 치수 정밀도로 제관(製管)할 수 있는 가공법을 검토하여, 압발(押拔)이 유력 후보라는 결론을 얻었다. 압발의 경우, 도 10에 도시한 바와 같이, 관(4)에 플러그(1)를 장입(裝入)하여, 플러그(1)를 플로팅(Floating)시키면서 관(4)을 관압입기(3)로 다이스(2)에 압입함으로써 가공 바이트내에서는 전체 압축응력이 작용한다. 그 결과, 가공 바이트의 입구측, 출구측을 막론하고, 관은 플러그 및 다이스에 충분히 접촉할 수가 있다. 더욱이, 작은 축경율이라도, 가공 바이트내는 압축응력 상태로 되기 때문에, 인발에 비교하여 관과 플러그, 관과 다이스가 충분히 접촉하기 쉬워져서, 관은 평활화하기 쉬워지게 되어 고치수 정밀도의 관을 얻을 수가 있다.
그러나, 압발가공을 할 때에, 플러그가 관을 눌러 막히게 하여서 하중이 증대되고, 그 결과, 압입되는 소관이 좌굴(座屈)되어 가공이 불가능하게 되는 경우가 발생하였다. 이 원인으로서는, 윤활제의 도포량 부족, 소관의 표면성상의 변화, 압발가공시의 마찰열이나 가공 발열에 의한 플러그나 다이스의 변형 등을 들 수 있지만, 안정되게 관의 압발을 계속하기 위해서는, 먼저 가공가능한 것인지의 여부를, 가공중에 그 자리에서 판정해야 한다.
종래는, 관압입기의 진동음이나 유압미터(Oil-pressure Meter)의 변동(Fluctuation) 등에 의해 오퍼레이터(Operator)가 감각적으로 판정하고, 또는 무리하게 가공하여 다이스가 균열되어 가공을 중지하고, 압발가공조건을 재검토하여, 다시 가공하였다. 즉, 압발가공 한계보다 매우 양호한 가공가능한 상태에서도 조건변경을 하거나, 극단적으로 엄격한 가공상태에 있어서 다이스가 균열되어 비로서 조건변경하였다. 그 때문에, 불필요한 가공시간이 걸리고, 또는 다이스 교환에 현저하게 시간이 걸려서, 생산성이 낮아지게 되었다.
종래의 인발에서는, 관의 치수 정밀도를 향상시키기 위해서, 인발전에 관을 본딩(Bonding)처리한 후, 금속비누를 도포하여 충분한 윤활막을 형성해야 하였다.그 때문에, 윤활막 형성에 충분한 시간을 들일 필요가 있고, 더욱이 산세(酸洗) 등의 관의 전처리도 필요하고, 인발의 설비열(設備列)에는 산세 등 전처리용의 복수의 용기나 윤활처리용의 복수의 용기가 필요하였다. 또한, 인발가공을 하기 위해서 관선단부에 로터리 단조기 등으로 납땜가공을 실시할 필요가 있었다. 그러나, 이들 설비열을 온라인(Online)화하고, 인발가공장치의 입구측에 배열하면, 생산성이 저하하여 큰 문제가 되기 때문에, 별도의 공정에서 윤활처리를 행하여, 그 관을 인발의 온라인 설비열에 투입하여 가공하였다.
즉, 종래의 고치수 정밀도 관의 제조 설비열에서는, 긴 전처리 공정을 필요로 하는 인발가공을 전제로 하고 있기 때문에, 제조능률을 향상시키는 것이 곤란하였다.
상기한 바와 같이 종래의 냉간인발이나 로터리 단조압입법에서는, 고치수 정밀도의 관을 얻는 것이 어렵고, 또한, 관의 표면품질이 저하될 경우가 있다고 하는 과제가 미해결인 채로 있었다.
상기한 종래기술의 문제점을 감안하여, 본 발명은, 관의 광범위한 요구 크기에 걸치고, 저비용으로 제조할 수 있고, 충분한 피로강도를 갖는 고치수 정밀도 관, 그 제조방법 및 고능률적으로 생산하기 위한 제조 설비열을 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이하와 같다.
삭제
(1)본 발명은, 그 관내에 플러그를 장입한 상태에서 다이스의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발을 행하고, 상기 다이스의 출구측의 금속관의 두께를 입구측의 두께 이하로 함으로써 제조된, 외경편차, 내경편차, 원주방향 두께편차 중 어느 1개 또는 2개 이상이 3.0％ 이하인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관을 제공한다.
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(2)본 발명은, 금속관을 그 관내에 플러그를 장입한 상태에서 다이스의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발을 행함에 있어서 상기 다이스의 출구측의 관의 두께를 다이스의 입구측의 그 관의 두께이하로 하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
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(3)본 발명은, 상기 플러그는 확관부분의 테이퍼진(Tapered) 각도가 축경부분의 테이퍼진 각도 미만으로 한 플러그인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(4)본 발명은, 상기 다이스의 출구측의 관의 목표 외경을 그 입구측의 관의 외경 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(5)본 발명은, 안에 플러그를 장입한 관을 다이스의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발가공에 의해 고치수 정밀도 관을 제조함에 있어서, 상기 플러그로서 축경부분의 표면이 가공 중심축과 이루는 각도를 5∼40°, 그 축경부분의 길이를 5∼100mm로 한 플러그를 사용하고, 상기 다이스로서 입구측의 구멍내면이 가공 중심축과 이루는 각도를 5∼40°로 한 다이스를 이용하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(6)본 발명은, 상기 플러그의 베어링 부분의 길이를 5∼200mm로 한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(7)본 발명은, 상기 다이스의 출구측에서의 관의 두께를 그 입구측에서의 관의 두께 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(8)본 발명은, 상기 다이스로서 일체형 고정 다이스를 이용하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(9)본 발명은, 상기 플러그를 관내에 플로팅시키는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(10)본 발명은, 관에 플러그를 장입하여 플로팅시키면서, 그 관을 다이스에 압입하여 통과시키는 압발을 행하는 고치수 정밀도 관의 제조방법에 있어서, 그 압발가공중에, 압발가공방향의 하중을 측정하고, 그 측정하중과, 가공전의 관인 소관의 재료특성으로부터 하기 [식 1]∼[식 3] 중 어느 하나로 산출한 계산하중을 비교하고, 그 결과에 근거하여 압발가공의 계속 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
[식 1] σk × 소관 단면적
여기에서, σk = YS × (1-a×λ), λ= (L／√n)/k, a = 0.00185∼O.0155, L: 소관 길이, k: 단면 2차 반경, k2 = (d1 2 + d2 2)/16, n: 관단부 상태(n = 0.25∼4), d1: 소관의 외경, d2: 소관의 내경, YS: 소관의 항복강도
[식 2] 소관의 항복강도 YS × 소관 단면적
[식 3] 소관의 인장강도 TS × 소관 단면적
(11)본 발명은, 상기 측정하중이 상기 계산하중 이하인 경우는 계속실시라고 판정하여 그대로 가공을 계속하고, 한편, 상기 측정하중이 상기 계산하중 초과인 경우는 계속 불가라고 판정하여, 가공을 중단하고, 다이스 및 플러그 중 적어도 어느 하나를 동일한 제품 관치수에 대응하는 다른 형상의 것으로 교환한 후, 가공을 재개하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(12)본 발명은, 상기 교환후에 이용하는 다이스 및 플러그 중 적어도 어느 하나는, 다이스 및 플러그의 각도가 교환전의 것보다 작은 것으로 하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(13)본 발명은, 압발가공전에, 소관에 윤활제를 도포하는 것으로 하고, 상기 측정하중이 상기 계산하중 초과인 경우에만, 상기 윤활제의 종류를 변경하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
삭제
삭제
삭제
(14)본 발명은, 금속관의 내면 전체 원주에 접촉가능한 플러그와, 그 관의 외면 전체 원주에 접촉가능한 구멍을 갖는 다이스와, 그 관을 연속적으로 압착하는 관압착기를 갖고, 금속관을 그 관내에 상기 플러그를 장입한 상태에서 상기 관압착기로 상기 다이스의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발을 실행가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
삭제
(15)본 발명은, 관에 플러그를 장입하여 플로팅시켜, 그 관을 연속적 또는 단속적으로 다이스에 압입하여 통과시키는 압발을 행하는 고치수 정밀도 관의 제조방법에 있어서, 구멍형이 다른 복수의 다이스를 동일 원주상에 배열하고, 이들 다이스 중 어느 1개를 제품치수에 따라 배열한 원주방향으로 이동시켜서 패스 라인(Pass Line)내에 배치하여 압발에 이용하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(16)본 발명은, 관에 플러그를 장입하여 플로팅시켜, 그 관을 연속적 또는 단속적으로 다이스에 압입하여 통과시키는 압발을 행하는 고치수 정밀도 관의 제조방법에 있어서, 구멍형이 다른 복수의 다이스를 동일 직선상에 배열하고, 이들 다이스 중 어느 1개를 제품치수에 따라 배열한 직선방향으로 이동시켜서 패스 라인내에 배치하여 압발에 이용하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(17)본 발명은, 앞의 관과 다음의 관으로 제품치수를 변경함에 있어서, 앞의 관의 압발 종료후, 다음의 관을 다이스 입구측에 정지시켜, 다음의 관의 제품치수에 따른 다이스의 이동 전후 또는 이동중에, 동일한 제품치수에 따른 플러그를 다음의 관에 장입하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(18)본 발명은, 관을 통과시키는 다이스와, 패스 라인내의 다이스에 관을 압입하는 압입기와, 복수의 다이스를 동일한 원주상에 배열한 형태로 지지하여 그 원주방향으로 반송하여 어느 1개의 다이스를 패스 라인내에 배치하는 다이스 회전대를 갖는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(19)본 발명은, 관을 통과시키는 다이스와, 패스 라인내의 다이스에 관을 압입하는 압입기와, 복수의 다이스를 동일한 직선상에 배열한 형태로 지지하여 그 직선방향으로 반송하여 어느 1개의 다이스를 패스 라인내에 배치하는 다이스 직진대를 갖는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(20)본 발명은, 관에 플러그를 장입하여 플로팅시켜, 그 관을 다이스에 압입하여 통과시키는 압발을 행하는 고치수 정밀도 관의 제조방법에 있어서, 상기 다이스 출구측 바로 근방에 설치하여 통관(通管)방향과 직교하는 평면내 위치를 미리 조정한 구멍형(孔型)에 상기 다이스 출구측의 관을 통과시킴으로써 관의 굽힘을 방지하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(21)본 발명은, 상기 다이스 입구측 및 상기 구멍형 출구측 중 적어도 어느 하나의 관을 가이드 통(筒)으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(22)본 발명은, 관을 연속하여 다이스에 압입하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법을 제공한다.
(23)본 발명은, 관을 통과시키는 다이스와, 그 다이스에 관을 압입하는 압입기를 갖는 고치수 정밀도 관의 제조장치에 있어서, 상기 다이스 출구측 바로 근방에, 관을 통과시키는 구멍형과, 그 구멍형를 통관방향과 직교하는 평면내에서의 이동가능하게 지지하는 지지기판과, 그 지지기판에 지지되어서 상기 구멍형를 이동시키는 구멍형 이동기구를 갖는 관굽힘 미세조정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(24)본 발명은, 상기 구멍형 이동기구가, 구멍형 외주부의 1개소 또는 2개소 이상을, 통관방향으로 움직이는 쐐기형상(Wedge-shape) 금형의 테이퍼진 면을 통하여 통관방향과 직교하는 방향으로 압입하는 방식의 것인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(25)본 발명은, 상기 쐐기형상 금형의 움직임은 나사의 밀어붙임에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(26)본 발명은, 상기 구멍형 이동기구가, 구멍형 외주부의 1개소 또는 2개소 이상을 직접 통관방향과 직교하는 방향으로 압입 또는 인출 방식의 것인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(27)본 발명은, 상기 압입 또는 인출 방식의 압입 또는 인출을 유체압 실린더로 밀어붙이는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(28)본 발명은, 상기 구멍형의 구멍직경이, 상기 다이스의 출구 구멍직경 이상인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(29)본 발명은, 상기 구멍형의 구멍이 일직선(Straight) 구멍 또는 테이퍼진 구멍인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(30)본 발명은, 상기 다이스 입구측 및 상기 관굽힘 미세조정수단 출구측 중 적어도 어느 하나의 관을 통과시키는 가이드 통을 더 갖는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(31)본 발명은, 상기 압입기가, 관을 연속하여 압입가능한 연속 압입기인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(32)본 발명은, 압발가공장치를 갖는 고치수 정밀도 관의 제조장치로서, 관의 단면을 관 축방향으로 직각으로 연삭하는 관단면 연삭장치와, 관에 윤활제를 침지 도포하는 윤활제 침지도포용기와, 윤활제가 도포된 관을 건조시키는 건조장치와, 상기 압발가공장치를 이 순서대로 배치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(33)본 발명은, 관을 짧은 길이로 절단하는 절단장치를, 상기 관단면 연삭장치의 입구측에 더 배치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(34)본 발명은, 상기 윤활제 침지도포용기 및 상기 건조장치에 대신하여, 상기 압발가공장치의 다이스 입구측에, 관에 윤활제를 분사 도포하는 윤활제 분사도포장치, 또는 관에 윤활제를 분사 도포한 후 건조시키는 윤활제 분사도포 건조장치를 배치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
(35)본 발명은, 상기 압발가공장치에 병설(倂設)하여, 상기 다이스를 교환하는 다이스 교환장치, 상기 플러그를 교환하는 플러그 교환장치, 상기 다이스 출구측의 관의 굽힘을 방지하는 굽힘방지장치 중 1개 또는 2개 이상을 배치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치를 제공한다.
도 1은, 본 발명에서 사용하는 압발의 실시형태를 나타내는 설명도이다.
도 2은, 종래의 인발의 실시형태를 나타내는 설명도이다.
도 3A는, 종래의 분할 다이스를 장착하여 요동시키는 로터리 단조기에 의한 압입의 실시형태를 나타내는 설명도이고, 관중심축을 포함하는 단면도이다.
도 3B는, 종래의 분할 다이스를 장착하여 요동시키는 로터리 단조기에 의한 압입의 실시형태를 나타내는 설명도이고, A-A화살표로 보인 도면이다.
도 4는, 피로시험의 응력과 내구회수의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 5은, 관이송수단으로서 캐터필러를 이용한 본 발명 예를 나타내는 종단면도이다.
도 6은, 관이송수단으로서 엔드리스 벨트를 이용한 본 발명 예를 나타내는 종단면도이다.
도 7은, 관이송수단으로서 간헐이송기를 이용한 본 발명 예를 나타내는 종단면도이다.
도 8은, 관이송수단으로서 구멍형 롤을 이용한 본 발명 예를 나타내는 종단면도이다.
도 9은, 플러그의 부분의 테이퍼진 각도의 설명도이다.
도 10은, 압발가공의 개요를 나타내는 단면도이다.
도 11은, 본 발명 장치의 제일례를 이용한 본 발명 방법의 실시형태를 나타내는 모식도이다.
도 12는, 본 발명 장치의 제2 예를 이용한 본 발명 방법의 실시형태를 나타내는 모식도이다.
도 13은, 비교예(다이스를 손으로 교환)에 관한 설명도이다.
도 14은, 본 발명의 실시예의 하나를 나타내는 사시도이다.
도 15은, 본 발명에 관계하는 관굽힘 미세조정수단의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 16은, 본 발명에 관계하는 구멍형 이동기구의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 17은, 본 발명의 실시예의 하나를 나타내는 사시도이다.
도 18은, 본 발명에 관계하는 관굽힘 미세조정수단의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 19은, 비교예의 하나를 나타내는 사시도이다.
도 20은, 비교예의 하나를 나타내는 사시도이다.
도 21은, 비교예의 하나를 나타내는 사시도이다.
도 22은, 본 발명의 실시예로 한 설비열의 배치를 나타내는 모식도이다.
도 23은, 비교예로 한 설비열의 배치 및 인발가공에 필요한 전처리 공정을 나타내는 모식도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
종래의 냉간인발법에 있어서, 다이스와 플러그를 사용하여 금속관을 인발한 경우, 관의 치수 정밀도를 향상시키는 것이 곤란하였다. 그 이유는, 인발력이 장력(張力)으로서 작용하기 때문에, 가공 바이트내에서의 다이스와 관 외면 및, 플러그와 관 내면의 접촉이 불충분하게 되기 때문이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 관(4)내에 플러그(5)를 장입하여 관(4)을 다이스(6)의 구멍으로부터 잡아당겨 뽑아냄으로써, 다이스(6)의 출구측으로 가해진 인발력(10)에 의해, 가공 바이트 내부에는 인장응력이 발생하고, 가공 바이트의 입구로부터 출구측을 향하여 관의 내외면에 요철이 발생하여 증가한다. 또한, 가공 바이트내의 입구측에서는, 플러그(5)에 관 내면을 따라서 변형하기 위하여 관 외면은 접촉하지 않거나 또는 약간 접촉하게 된다. 가공 바이트내의 출구측에서는, 다이스(6)에 관 외면이 접촉하여 변형하기 위하여 관 내면은 접촉하지 않거나 또는 약간 접촉하게 된다. 그 때문에, 관의 내외면과 함께 자유롭게 변형할 수 있는 부분이 존재하여 요철을 충분히 평활화할 수 없고, 인발후에 얻을 수 있는 관의 치수 정밀도는 낮았다.
이것에 비교하여, 본 발명의 압발법(押拔法)에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 관(4)내에 플러그(1)를 장입하여 관(4)을 다이스(2)의 구멍에 압입하여 통과시킨다. 다이스(2)의 입구측으로 가해진 압입력(11)에 의해, 가공 바이트 내부에는 전면적으로 압축응력이 작용한다. 그 결과, 가공 바이트의 입구측, 출구측의 어느쪽에 있어서도, 관(4)은 플러그(1) 및 다이스(2)에 동일 단면내에서 원주방향 전영역에 걸쳐 충분히 접촉할 수가 있다. 더욱이, 경미한 축경율이라도, 가공 바이트 내부는 압축응력이 되기 때문에, 인발에 비교하여 관과 플러그, 관과 다이스가 동일 단면내에서 원주방향 전영역에 걸쳐 접촉한다. 이 때문에 관은 평활화하기 쉬워져서, 고치수 정밀도의 관을 얻을 수가 있다.
그 결과, 이들의 관의 피로강도를 비교하면, 압발(押拔)에 의해 제조한 관은 종래의 인발에 의해 제조한 관에 비교하여 목표로 하는 충분한 피로강도를 얻을 수 가 있다.
또한, 압발의 경우, 축경율이 작아도 관 내외면의 평활화가 가능하기 때문에 인발의 경우에 비교하여 가공 비틀림이 커지지 않고, 이로써 축경후의 열처리 부하도 가볍고, 제조비용은 낮아진다.
도 3에 나타내는 종래의 로터리 단조기(8)를 이용한 압입에서는, 일체형의 것을 원주방향으로 분할한 분할 다이스(9)를 이용하여 다이스를 요동(12)시켜서 가공하기 때문에, 단차가 생겨서 두께 정밀도를 충분히 양호하게 할 수 없음에 대하여, 본 발명에서는, 그러한 단차는 전혀 생기지 않고, 그 결과로서 관의 내외면도 평활화할 수 있어, 충분한 피로강도를 얻을 수가 있다. 본 발명에서는, 예컨대, 다이스를 일체형 다이스로서 단차를 없애도 좋고, 또는 고정형 다이스로서 요동 회전에 의한 단차를 방지하여도 좋다. 물론, 다이스를 일체형 또한 고정형 다이스로서 단차를 방지하여도 좋다.
더욱이, 본 발명에서는, 종래의 로터리 단조기를 이용하여 다이스를 요동시키는 방법에 비교하여 장치구조를 보다 간단하게 할 수가 있고, 가공에 충분한 하중을 가할 수 있고, 다이스 입구측의 두께에 비교하여 출구측의 두께를 동등 또는 그 이하로 하는 것에 의한 하중의 증가에 대하여도, 충분한 가공이 가능하기 때문에, 광범위한 요구 크기에 대하여 치수 정밀도가 양호하여 피로강도도 충분한 관을 얻을 수가 있다.
종래, 금속관의 외경편차, 내경편차, 원주방향 두께편차를 3.0％ 이하로 하는 방법으로서, 기계가공(재료의 부분적 제거를 따르는 가공)에 의한 방법이 공지 되어 있지만, 가공비용이 커지게 되고, 작업능률도 나쁘고, 또한, 긴 길이로 작은 직경의 금속관의 가공은 곤란하였다. 따라서, 자동차 부품의 드라이브 샤프트 등에 적용하는 것은 어렵다.
상기 기계가공된 금속관과 본 금속관(본 발명에 관계하는 압발한 대로의 금속관)을 식별하는 방법으로서는, 본 금속관의 표면에는 제조의 전(前)공정의 가열, 압연 등에 의해 흑피(黑皮)가 부착하여 있음에 대하여, 기계가공된 것은 흑피가 제거되어 있으므로, 관표면의 상황을 관찰한다고 하는 방법을 들 수 있고, 이 방법에 의해 식별이 가능하다.
더욱이, 본 금속관은, 종래의 로터리 단조기를 이용하여 강관을 다이스에 압입하여 가공하는 방법(예컨대, 특허문헌 1, 2, 3 참조)으로 제조된 것에 비하여 두께 편차가 몇배 우수하다. 즉, 과거, 압발인채로 외경편차, 내경편차, 원주방향 두께편차 중 어느 1개 또는 2개 이상이 3.0％ 이하로 되어 있는 강관을 얻을 수 없었다.
본 발명에 있어서, 치수 정밀도의 지표로 한 외경편차, 내경편차 및 원주방향 두께편차는, 다음과 같이 하여 구해진다.
외경(또는 내경)편차는, 마이크로미터(Micrometer)를 관 외면(또는 내면)에 접촉시켜서, 관을 회전하여 측정한 외경(또는 내경)의 원주방향 분포 데이터로부터, 목표 외경(또는 목표 내경)에 대한 최대편차로서 산출하거나, 또는, 레이져광을 관 외면(또는 내면)에 접하여 측정한 관과 레이져 발진원(발진과의 거리의 원주방향 분포 데이터로부터, 목표 외경(또는 목표 내경)에 대한 최대편차로서 산출한 다. 또는, 관의 원주방향 단면을 화상해석하여, 완전한 원으로부터의 편차를 원주방향으로 산출하여 외경(또는 내경)편차를 산출하여도 좋다.
원주방향 두께편차는, 상기 외경의 원주방향 분포 데이터와 상기 내경의 원주방향 분포 데이터의 차이로서 산출하거나, 또는, 관의 원주방향 단면을 화상해석하여, 두께단면의 화상으로부터 목표두께에 대한 최대편차로서 직접 측정한다.
또한, 측정은 관의 선·후단부에서 150㎜를 제외한 임의의 위치에서 10㎜ 이하의 피치(Pitch)로 하고, 10점 이상의 측정점의 값으로써 구하는 것으로 한다.
즉, 외경편차, 내경편차 및 두께편차(= 원주방향 두께편차)는 다음과 같이 정의된다.
외경편차: (최대외경 - 최소외경)/목표외경(또는 평균 외경) × 100（％）
내경편차: (최대내경 - 최소내경)/목표내경(또는 평균 내경) × 100（％）
두께편차: (최대두께 - 최소두께)/목표두께 (또는 평균 두께)× 100（％）
본 발명의 고치수 정밀도 관은, 상기 3가지 치수 정밀도 지표 중 1 또는 2이상이 3.0％ 이하로 되어 있는 금속관이므로, 3.0％ 이하의 고치수 정밀도가 요구되는 자동차용 구동계 부품 등의 금속관으로서 사용할 수가 있다.
또한, 도 3A, 도 3B에 나타내는 종래의 로터리 단조압입법에서는, 다이스(9)를 분할물로 하고, 그리고 요동(12)시켜서 이용하고 있기 때문에, 다이스 분할에 의한 단차, 또는, 고응력하에서의 원주방향으로 다른 다이스의 강성에 기인하는 불균일 변형을 원인으로 하여, 원주방향 두께편차를 충분히 양호한 것으로 할 수가 없다.
이것에 비교하여, 본 발명의 압발에서는, 다이스는 일체물로 좋고 요동시킬 필요가 없으므로, 불균일 변형이 발생하지 않고, 그 결과로서 관 내면, 관 외면도 평활화할 수가 있다.
더욱이, 종래의 로터리 단조압입법에서는 다이스(9)의 요동(12)에 연동하여 관(4)을 이송하는 것이 필수적이기 때문에, 다이스의 충격하중 한계로부터 요동속도를 일정 이상으로 올릴 수 없어, 가공능률이 낮다. 또한, 종래의 인발에서는 관의 선단을 강력하게 끼워서 장력을 가할 필요가 있으므로, 관의 선단을 오므려서 관을 인발할 필요가 있어서, 한번에 가공시킬 수 없어, 가공능률이 현저하게 낮았다.
이에 대하여, 본 발명은 압발로 하고, 더욱이 플러그를 플로팅시키기 때문에, 관이송수단(3)을 이용하여 관에 다이스 입구측으로 압입력(11)을 작용시켜서, 다이스내에 연속하여 이송하는 것이 가능하다. 종래에 비하여 매우 고능률의 가공이 가능하게 된다. 또한, 여기에서 말하는 「연속하여 이송하는」이란, 도 1에 도시한 바와 같이, 어떤 관(4)과 그 다음 관을 잠시 끊임이 없이 이송하는 것을 가리키고, 관체(管體)를 통관방향으로 이동시키는 형태는, 연속적 이동 또는 정지 시간이 최소한도로 하는 간헐적 이동이라도 좋다.
관이송수단(3)의 적합한 것으로서는, 가공전의 관(4)을 잡는 캐터필러(13, 관을 잡는 소편(小片)을 무한궤도상으로 연결시킨 것; 도 5 참조), 가공전의 관(4)을 압착하는 엔드리스 벨트(14, 도 6 참조), 가공전의 관(4)을 잡아서 교대로 간헐 이송하는 간헐이송기(15, 도 7 참조), 가공전의 관(4)을 순차적으로 압착하는 프레스(도시 생략), 가공전의 관을 끼우는 구멍형 롤(16, 도 8 참조) 등을 들수 있다. 이들중 1종 또는 2종 이상을 조합시켜서 관이송수단(3)을 구성하여도 좋다.
관이송수단은, 관의 크기(직경, 길이, 두께), 관을 압발 하는데에 필요한 힘, 압발후의 관에 요구되는 길이 등에 의해 최적으로 선택되지만, 관을 끼우거나 누르거나 하였을 때의 결함을 방지하면서 필요한 압발력을 확보하는 것도 중요하다.
또한, 구멍형 롤로 가공전의 관을 끼울 경우, 2롤 이상의 구멍형 롤을 이용하는 형태, 및 / 또는, 구멍형 롤을 2스탠드 이상 설치하는 형태를 채용하면, 관에 결함을 발생시킴이 없이 압발력을 확보하기 쉬우므로 바람직하다.
또한, 플러그를 플로팅시키면, 다이스 및 플러그의 각도, 다이스 및 플러그의 표면의 윤활 등이 복잡하게 관여하는 압발조건이 변동하여도, 항상 안정되게 압축응력이 가해지는 위치에 플러그가 존재하기 때문에, 안정되게 양호한 치수 정밀도를 얻을 수가 있다.
또한, 고치수 정밀도 관의 제조에 있어서, 플러그 외면과 관 내면, 다이스 내면과 관 외면의 사이를 윤활시키면, 가공중에 관표면에 탄 자국 등의 결함이 발생하지 않게 때문에, 표면품질이 양호한 관을 제조할 수가 있다. 더욱이, 윤활에 의해 마찰력이 저감되므로, 가공에 필요한 하중을 저감할 수 있어 가공 에너지를 절감할 수 있고, 또한 생산능률도 향상된다.
발명자들은 각종의 윤활방법을 검토한 결과, 이하의 방법을 발견하여, 본 발명의 요건으로 하였다. 즉, 관의 내면, 외면의 어느 한쪽 또는 양쪽에 미리 윤활피막을 형성시켜서 압발을 행한다. 윤활피막의 형성에 이용하는 윤활제로서는, 액 체 윤활제, 구리스계 윤활제, 건조성 수지 중 어느것도 바람직하다. 액체 윤활제로서는, 광물유, 합성 에스테르, 동식물유지, 및 이들에 첨가제를 혼합시킨 것 등 을 들 수가 있다. 구리스계 윤활제로서는, Li계 구리스 윤활제, Na계 구리스 윤활제, 이들에 2황화 몰리브덴 등의 첨가제를 포함하는 것 등을 들 수가 있다. 건조성 수지로서는, 폴리아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지 등을 들 수가 있다.
상기 수지를 이용하여 윤활피막을 형성시키는 방법은, 상기 수지 또는 상기수지를 용제로 희석한 액, 또는 상기 수지의 에멀젼을 관에 도포한다. 이어서 온열풍으로 맞혀서 건조시키고, 또는 바람건조하는 방법이 바람직하다. 상기 수지를 희석하는 용제로서는, 에틸류, 케톤류, 방향족계 탄화수소, 직쇄계·측쇄계 탄화수소 등을 들 수가 있다. 상기 수지의 에멀젼을 얻기 위한 분산매(分散媒)로서는, 물, 알코올류, 이들의 혼합물 등을 들 수가 있다.
더욱이, 능률이 좋고 고치수 정밀도 관을 제조하기 위해서는, 열연강판을 그대로 전봉용접한 전봉강관, 또는 로(爐)에서 가열된 채의 이음매없는 강관 등을, 산화 스케일 제거하지 않고 그대로 가공하면 좋고, 또한 그렇게 하면 처리비용을 저감할 수가 있다.
종래의 냉간인발이나 로터리 단조압입법에서는, 축경만의 가공을 하고 있다.동일한 크기의 소관으로부터는 일의적인 가공도밖에 얻을 수 없고, 가공도가 다른 동일한 외경의 관을 제조하는 것은 거의 불가능하였다. 이에 대하여, 본 발명에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 플러그(1)에, 관(4)을 확관시키는 확관부분(1A) 및 상기 확관시켜진 관(4)을 다이스(2)와의 협력하에서 축경시키는 축경(縮徑)부분(1B)을 설치하는 것으로 하였다. 이에 의해, 동일한 크기의 소관을 이용하여 가공도가 다른 일정 크기의 관을 제조하는 것이 가능하게 된다. 소관 및 압발가공후의 관의 크기는 각각 일정하게 하여도, 플러그의 확관부분에 의한 확관율을 가감할 뿐으로, 플러그의 축경부분에 의한 축경율도 필연적으로 증감하고, 그 결과, 얻을 수 있은 관의 가공도는 달라지게 되기 때문이다.
확관율 = 1 - DO/D1
축경율 = 1 - D2/D1
다만,
DO : 소관의 외경,
D1 : 확관후의 목표외경
D2 : 축경후의 목표외경
또한, 본 발명에서는, 제조능률을 올리는 관점으로부터, 관을 다이스에 차례대로 연속하여 공급하는 것이 바람직하다. 그 경우, 플러그가 다이스 입구측 또는 출구측으로부터 지지된 것이면, 그 지지에 사용하는 막대기(Bar)나 와이어 등의 수단이 장해로 되어서, 관을 연속하여 공급하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 플러그는 관내에 플로팅시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 압발을 안정되게 실시하기 위해서는, 가공중에 플러그를 안정화시킬 필요가 있다. 즉, 다이스에 대한 적정한 위치로부터 어긋나지 않도록 할 필요가 있다.
이 점에 대하여 검토하였다. 플러그는 확관 및 축경에 의해 관으로부터 면압(面壓)을 받는다. 축경측의 면압을 확경측의 그것보다도 크게하면, 플러그의 안정화를 도모할 수 있음을 알았다. 축경측의 면압을 확경측의 그것보다도 크게 하기 위해서는, 하나는, 도 9에 도시한 바와 같이, 플러그(1)의 확관부분(1A)의 테이퍼진 각도 θA를 축경부분(1B)의 테이퍼진 각도 θB 미만으로 하는 것이 유효하다.여기에서, 플러그의 부분의 테이퍼진 각도란, 그 부분의 표면과 관의 진행방향을 따라서 되는 플러그 중심축에 평행한 직선(17)과의 이루는 각도를 의미한다. 또한, 바람직하게는, θA = 0.3∼35°, θB = 3∼45°이다. 또 하나는, 축경율을 확관율보다도 크게 하면 좋고, 그것을 위해서는 다이스의 출구측의 관외경을 입구측의 관외경 미만으로 하는 것이 유효하다.
본 발명에서는, 일체형 고정 다이스를 사용할 수 있으므로, 다이스 분할에 의한 단차나 원주방향의 불균일 변형이 전혀 발생하지 않는다. 그 결과로서 관 내면, 관 외면과도 평활화할 수가 있다. 또한, 일체형 고정 다이스의 사용에 의해, 가공에 충분한 하중을 가할 수가 있다. 다이스 출구측의 두께를 동일한 입구측의 두께와 동등 또는 그것보다 작게 설정함으로써 하중이 증가하여도 충분히 가공이 가능하다. 그 결과, 치수 정밀도가 양호한 관을 얻을 수가 있다. 하나의 소관 크기로부터 제조가능한 제품관 크기의 범위가 확대된다.
다만, 압발가공을 안정되게 하기 위해서는, 발명자들에 의해 발견된 요건을 만족시킨 플러그와 다이스를 사용할 필요가 있다. 그 요건이란, 플러그의 축경부분의 표면이 가공 중심축과 이루는 각도(: 플러그 축경부 각도)를 5∼40°, 동일 부분의 길이(: 플러그 축경부 길이)를 5∼100nm로 하고, 또한, 다이스의 입구측의 구멍내면이 가공 중심축과 이루는 각도(: 다이스 각도)를 5∼40°로 하는 것이다. 바람직하게는, 더욱이, 플러그의 베어링 부분의 길이(: 플러그 베어링부 길이)를 5∼200mm로 하는 것이다. 여기에서, 가공 중심축이란, 플러그에서는 플러그의 직경방향 단면에 수직하고, 더욱이 동일 단면의 중심을 지나는 축, 다이스에서는 다이스 구멍의 직경방향 단면에 수직하고, 더욱이 동일 단면의 중심을 지나는 축을 의미하고, 베어링 부분이란, 축경부분의 최소직경부으로 이어지는 원주부분을 의미한다.
플러그와 다이스를 상기한 바와 같이 규정한 이유는 이하와 같다.
(플러그 축경부 각도 = 5∼40°)
플러그 축경부 각도를 5°미만으로 하면, 플러그가 재료(: 관)와 함께 빠져버릴 경우가 있고, 한편, 플러그 축경부 각도를 40°초과하면, 플러그와 재료가 다이스에 막혀서 압발가공을 할 수 없게 되는 경우가 있다.
(플러그 축경부 길이 = 5∼100mm)
플러그 축경부 길이를 5mm 미만으로 하면, 플러그가 재료와 함께 빠져 버릴 경우가 있고, 한편, 플러그 축경부 길이를 100mm 초과하면, 플러그와 재료와의 마찰력이 증가하여 양쪽이 다이스에 막혀서 압발가공을 할 수 없게 되는 경우가 있다.
(다이스 각도 = 5∼40°)
다이스 각도를 5° 미만으로 하면, 플러그가 재료에 박힌 채 재료와 함께 빠 져 버릴 경우가 있고, 한편, 다이스 각도를 40°초과하면, 플러그와 재료가 다이스에 막혀서 압발가공을 할 수 없는 경우가 있다.
(플러그 베어링부 길이 : 5∼200mm)
플러그에는 축경부분에 걸리는 재료 및 다이스로부터의 반력(反力)에 의해 다이스 입구측으로 빠지려고 하는 힘이 작용하고 있지만, 이것에 균형 잡혀서 플러그를 다이스 출구측으로 압출하는 힘을 가하여 플러그를 안정화시켜야 한다. 거기에는, 플러그에 베어링부를 설치하여 이 표면에 작용하는 마찰력을 이용하는 것이 좋다. 발명자들의 검토에서는, 이 마찰력을 플러그의 충분한 안정화에 이바지하기 위해서는, 플러그 베어링부 길이를 5∼200mm로 하면 좋다. 플러그 베어링부 길이가 5mm 미만에서는, 플러그를 압출하는 마찰력이 부족하고, 플러그는 재료 및 다이스의 반력으로 다이스 입구측으로 되돌리기 쉽고, 한편, 플러그 베어링부 길이가 200mm 초과하면, 마찰력이 지나치게 커서, 플러그는 다이스 출구측으로 압출되기 쉬워지고, 어느것이나 플러그의 위치가 불안정하게 된다.
또한, 본 발명에서는, 플러그를 플로팅시킴으로써, 다이스 및 플러그의 각도, 그들의 표면의 윤활 등이 복잡하개 관여하는 압발조건이 변동하여도, 항상 안정한 압축응력 상태를 얻을 수 있는 위치에 플러그를 배치할 수가 있다. 또한, 다이스 출구측의 두께를 입구측의 두께 이하로 설정하면, 압발가공의 안정성이 더 향상되므로 바람직하다.
압발가공을 할 때에, 플러그가 관에 막혀서 하중이 증대하고, 그 결과, 압입되는 소관이 좌굴되어 가공이 불가능하게 될 경우가 있기 때문에, 안정되게 압발가 공을 하기 위해서는 소관의 좌굴을 미연에 방지하는 것이 필요하다. 거기에서, 본 발명자들은, 압발시의 하중에 착목하였다. 즉, 플러그가 막히면, 압발가공 방향의 하중이 현저하게 증대하므로, 이 하중이 어느 특정값 이하이면, 압발이 가능하고, 그 특정값을 초과할 경우는 압발 불가능하게 하여, 압발조건을 최적의 것으로 변경하면 좋은 것이다. 이 특정값을 압발 한계하중이라고 칭한다.
압발이 불가능하게 되는 경우는 압입되는 소관이 좌굴되므로, 관의 좌굴을 나타내는 식으로부터 압발 한계하중을 설정하면, 이것 이하의 하중에서는 짐이 안정되게 압발을 행할 수가 있다. 관의 좌굴을 나타내는 식은 재료의 탄성율로부터 구하는 오이러(Euler)식이 잘 알려져 있지만, 본 발명자들의 검토로는, 실제의 현상과 멀리 떨어진 값을 나타내서 전혀 적용할 수가 없었다. 따라서, 이것과 다른 각종의 좌굴식을 검토한 결과, 다음의 식 4가 가장 좋게 실제의 현상을 나타내는 것임을 알았다.
[식 4] σk × 소관 단면적
여기에서,
σk = YS × (1-a × λ),
λ = (L/√n) / k,
a = 0.00185∼0.0155,
L :소관 길이,
k :단면 2차반경,
k2 = (d1 2 + d2 2) / 16,
n : 관단부 상태(n = 0.25∼4),
d1 : 소관의 외경
d2 : 소관의 내경
YS : 소관의 항복강도
안정되게 압발을 행하는 것을 가능하게 하기 위해서는, 측정한 압발방향의 하중(측정하중)이 식 4의 값(계산하중)을 초과하지 않는 경우는 압발을 그 대로 계속하면 좋고, 초과한 경우는 압발을 일단 중단하여, 조건을 변경하여 압발을 재개하면 좋은 것이다.
다만, 식 4는 약간 복잡하고, 보다 간이적으로 판정하려는 경우는, 식 4를 간소화한 다음의 식 5를 이용하면 좋다.
[식 5] 소관의 항복강도 YS × 소관 단면적
식 5는 식 4보다 최대 1할 정도, 압발 한계하중을 크게 나타내지만, 간이적으로는 충분히 판정할 수 있음을 본 발명자들은 파악하였다.
또한, 현저하게 짧은(예컨대, 0.2m 정도 이하) 소관을 압발가공하는 경우나, 관이 다소 좌굴되어도 가공속도를 빠르게 하여 다이스가 균열되지 않을 정도 까지 하중을 증가시켜서 한번에 가공할 경우 등은, 다음의 식 6을 이용하여도 좋다.
[식 6] 소관의 인장강도 TS × 소관 단면적
더욱이, 상기 측정하중(압발가공방향의 실제의 하중)의 측정방법은, 압발의 펀치(Punch)에 설치한 로드 셀(Load Cell)로 측정하거나, 다이스를 가대(架台)로부터 부유시켜서 그 다이스와 일체로 한 로드 셀로 측정하는 방법이 바람직하다.
또한, 측정하중이 식 4∼6의 어느것으로 산출된 계산하중을 초과한 경우, 즉 가공 불가능하다고 판정되었을 경우의 조치로서는, 압발가공을 일단 중단하여, 다이스 및 / 또는 플러그를 동일 제품 관치수에 대응하는 다른 형상의 것으로 교환한 후, 가공을 재개하면 좋다. 여기에서, 동일 제품 관치수에 대응하는 다른 형상의 다이스 및 / 또는 플러그는 동일한 소관을 가공하는 것이므로, 동일한 축경율로 설정된 것중에서 선정하면 좋다.
또한, 보다 안정한 가공조건으로 하기 위해서는, 본 발명자들의 검토에 의하면, 교환후에 이용하는 다이스 및 플러그의 각도(도 10 참조)를 교환전의 그것보다도 작게 하는 것이 적합하다는 것이 판명되었다.
더욱이, 안정되게 가공가능한 조건으로 하기 위해서는, 소관에 도포하는 윤활제의 종류를 변경하면 좋다. 다만, 간편성의 점으로부터 도포용기내의 윤활제중에 소관을 침지한다고 하는 방법으로 윤활제의 도포를 행할 경우, 도포용기내의 윤활제의 교체 등에 시간이 걸리므로, 종류의 변경을 고빈도로는 행하기 어렵다. 따라서, 윤활제로서는, 압발가공방향의 하중을 현저하게 저감시킬 수 있는 성능이 좋은 것을, 미리 실험을 해서 선정하여 두는 것이 긴요하다.
이것에 비교하여, 본 발명에 관계하는 압발의 경우는, 도 1에 도시한 바와 같이, 관(4)내에 플러그(1)를 장입하여 관(4)을 다이스(2)의 구멍에 압입하여 통과시킨다. 여기에서, 상기 플러그는 가공 바이트 내부에서 관 내면 전체 원주에 접 촉가능하고, 상기 구멍은 가공 바이트 내부에서 관 외면 전체 원주에 접촉가능하다. 다이스(2)의 입구측으로 가해진 압입력(11)에 의해, 가공 바이트 내부에는 전면적으로 압축응력이 작용한다. 그 결과, 가공 바이트내의 입구측, 출구측의 어느쪽에 있어서도, 관(4)은 플러그(1) 및 다이스(2)에 충분히 접촉할 수가 있다. 더욱이, 경미한 축경율이라도, 가공 바이트 내부는 압축응력이 되기 때문에, 인발에 비교하여 관과 플러그, 관과 다이스가 충분히 접촉하기 쉬워지고, 관은 평활화하기 쉬워져서, 고치수 정밀도의 관을 얻을 수가 있다. 또한, 압발의 경우, 축경율이 작아도 관 내외면의 평활화가 가능하여, 인발의 경우에 비교하여 가공 비틀림이 작기 때문에, 축경후의 열처리 부하도 가볍고, 또는 열처리를 생략할 수 있고, 제조 비용은 낮아진다.
따라서, 본 발명의 장치의 구성은, 금속관(4)의 내면 전체 원주에 접촉가능한 플러그(1)와, 동일한 관(4)의 외면 전체 원주에 접촉가능한 구멍을 갖는 다이스(2)와, 동일한 관(4)을 압착하는 관압입기(3)를 갖고, 금속관(4)을 상기 관내에 플러그(1)를 장입한 상태에서 관압입기(3)로 다이스(2)의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발을 실행가능하게 한 것을 특징으로 한다.
또한, 도 3에 나타내는 종래의 로터리 단조기(8)를 이용한 압입에서는, 일체형의 것을 원주방향으로 분할한 분할 다이스(9)를 사용하여, 더욱이 그 분할 다이스(9)를 요동(12)시키고 있기 때문에, 분할에 의한 단차, 또는 고응력하에서 원주방향을 다른 다이스의 강성에 의해 불균일 변형이 생기므로, 두께 정밀도를 충분히 양호하게 행할 수가 없다. 이에 대하여, 본 발명의 압발 실행가능하게 구성된 장 치로는, 동일 단면내에서 관 외면 전체 원주에 접촉하는 구멍을 갖는 다이스의 구멍에 금속관을 통과시키는 것이기 때문에, 분할 다이스에서 생기는 것 같은 단차는 전혀 생기지 않고, 그 결과로서 관의 내외면과도 평활화 할 수가 있는 것이다.
더욱이, 본 발명에서는, 다이스로서 일체형 고정 다이스를 이용한다. 종래의 로터리 단조기에 장착한 분할 다이스를 이용하는 방법에 비교하여 장치구조를 보다 간소하게 할 수가 있다. 가공에 충분한 하중을 가할 수 있고, 다이스 입구측의 두께에 비교하여 출구측의 두께를 동등 또는 그 이하로 하여 하중이 증가하여도, 충분히 가공이 가능하다. 광범위한 제품 요구 크기에 있어서 치수 정밀도가 현저하게 양호한 금속관을 얻을 수가 있다.
또한, 본 발명에서는, 플러그를 플로팅시킨다. 다이스 및 플러그의 각도, 다이스 및 플러그 표면의 윤활 등, 압발조건이 복잡하게 변동하여도, 항상 안정되게 압축응력이 가해지는 장소에 플러그가 위치한다. 이 때문에, 안정되게 양호한 치수 정밀도를 얻을 수가 있다.
더욱이, 종래의 인발에서는, 관의 선단을 오므려서 그 부분을 인장할 필요가 있어, 관을 한번에 가공시킬 수가 없었다. 이에 대하여, 본 발명에서는, 관을 누르기 때문에 관의 선단을 오므릴 필요는 없고, 잇달아 관을 그대로 압착하는 것이 가능하다. 플러그를 플로팅시키면, 연속하여 압발이 가능하게 되고, 현저하게 생산성이 향상된다. 또한, 관의 길이가 짧을 경우는, 관압착기로서 간헐적으로 압착동작을 하는 것을 이용함으로써, 생산성을 높게 유지하여 고치수 정밀도 관을 제조 할 수가 있다. 더욱이, 관압착기는, 관의 몸통부를 지지하여 압착하여 좋고, 관의 한쪽끝을 압착하여 좋다.
압발이 필요한 관은, 그 제품치수가 다종다양하다. 압발에 있어서, 제품의 외경치수를 변경하기 위해서는 구멍형이 다른 다이스를 준비하고, 제품의 외경치수가 변경될 때마다 다이스를 교환해야 한다. 또한, 다이스의 구멍형 치수는 보통, 직경, 각도, 테이퍼진 길이로 나타내진다.
그러나, 제품의 외경치수는 최소 몇톤 단위로 미세한 로트(Lot) 마다 다르고 있어, 그 변경 때마다, 전에 사용한 다이스를 제거하고, 다음에 사용하는 다이스를 설치할 필요가 있지만, 다이스의 설치 정밀도가 ±0.1mm 단위로 엄격하기 때문에, 상당한 시간과 노동력을 요구하였다.
이 다이스 교환의 시간과 노동력을 삭감하기 위해서는, 제품의 외경치수에 따른 여러가지 다른 구멍형의 다이스를 준비하고, 그것들을 나란히 하여, 차례차례로 교환하면 좋다는 것을 본 발명자들은 발견하였다.
관에 플러그를 장입하여 플로팅시키고, 상기 관을 연속적 또는 단속적으로 다이스에 압입하여 통과시키는 압발을 행하는 고치수 정밀도 관의 제조방법에 있어서, 구멍형이 다른 복수의 다이스를 동일 원주상에 배열한다. 목표로 하는 제품치수에 따른 구멍형의 다이스만을 배열의 원주방향으로 회전이동시켜서 패스 라인내에 배치하여 압발에 이용한다. 다음의 관의 목표로 하는 제품치수가 앞의 관과 다른 경우에는, 그 외경치수에 따른 구멍형의 다이스를 마찬가지로 회전이동시켜서 패스 라인내에 배치하여 압발에 이용하도록 하면 좋다.
1개에는, 예컨대 도 11에 도시한 바와 같이, 관(4)을 통과시키는 다이스(2)와, 패스 라인내의 다이스(2)에 관(4)을 압입하는 압입기(3)와, 복수의 다이스(2, 20, …, 20)를 동일 원주상에 배열한 형태로 지지하여 원주방향으로 반송한다. 어느 1개의 다이스(2)를 패스 라인내에 배치하는 다이스 회전대(19)를 갖는 장치를 이용하면 용이하게 실시할 수가 있다.
또한, 이미 1개에는, 구멍형이 다른 복수의 다이스를 동일 직선상으로 배열하고, 이들 다이스 중 어느 하나를 제품치수에 따라 배열의 직선방향으로 이동시켜서 패스 라인내에 배치하여 압발에 이용하도록 하면 좋다.
이것은, 예컨대 도 12에 나타낸 바와 같은, 관(4)을 통과시키는 다이스(2)와, 패스 라인내의 다이스(3)에 관(4)을 압입하는 압입기(2)와, 복수의 다이스(2, 20, …, 20)를 동일 직선상으로 배열한 형태로 지지하여 직선방향으로 반송한다. 어느 1개의 다이스(2)를 패스 라인내에 배치하는 다이스 직진대(23)를 갖는 장치를 이용하면 용이하게 실시할 수가 있다.
더욱이, 플러그의 장입에 대하여도 능률이 좋게 행할 필요가 있다. 다이스 교환중에 플러그도 용이하게 교환가능하면, 능률이 더 향상된다. 이전의 가공에 이용한 플러그(1)는 다이스내에 남겨지기 때문에, 다이스의 교환과 함께 제거된다. 다음 가공에 필요한 플러그(22)를 다이스의 교환중에 관에 장입할 수 있으면 좋다.
그것을 위해서는, 상기 본 발명 방법의 제1, 제2의 어느 하나에 있어서, 앞의 관과 다음의 관으로 제품치수를 변경함에 있어, 앞의 관의 압발 종료후, 다음의 관을 다이스 입구측에 정지시킨다. 다음의 관의 제품치수에 따른 다이스의 이동전후 또는 이동중에, 동일 제품치수에 따른 플러그(22)를 다음의 관에 장입하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 다이스뿐만 아니라 플러그도 능률이 좋게 교환할 수가 있다.
압발가공을 하면, 다이스 출구측의 관이 구부려지기 쉽다. 관이 구부려지면, 그 관은 제품으로 안되기 때문에, 관을 구부리지 않도록 가공하는 기술이 필요하다. 종래의 인발에서는, 다이스 출구측의 관의 선단을 끼워서 1개씩 장력을 부가하면서 가공하기 때문에, 가공능률은 낮지만, 관은 인발방향으로 안내되므로 구부려지기가 어려웠다. 그러나, 압발의 경우, 다이스 출구측의 관은 움직임이 자유롭고, 다이스의 가공 정밀도, 가공전의 관의 두께 정밀도나 표면상태, 다이스 및 플러그의 윤활 불균일 상태 등에 의해, 용이하게 관이 구부려진다. 이 때문에, 다이스 출구측의 관의 굽힘을 방지하는 기술이 강렬하게 요망되었다.
따라서, 본 발명자들은, 압발후의 관의 굽힘에 대하여, 다이스의 입구측, 출구측에 가이드 통을 설치하여 이것에 관을 통과시켜서 안내하는 실험을 하였다. 가이드 통을 다이스의 입구측, 출구측의 어느 한쪽에 설치하면, 관은 구부려지기가 어려워지고, 양쪽에 설치하면, 관은 더 구부려지기가 어려워지며, 또한, 가이드 통의 위치는 다이스 출구에 가까울수록 구부려지기가 어려워진다.
따라서, 가이드 통을 다이스 입구측 및 다이스 출구측 바로 근방에 설치하면 좋다. 즉, 다이스 출구측에서, 더욱이 다이스에 매우 가까운 곳에 설치하면 좋다.그러나, 관의 굽힘방향에 따라서는 충분히 굽힘을 방지할 수 없음을 알았다. 관의 굽힘방향에 관계없이 굽힘을 충분히 방지하기 위해서는, 관 외면과 가이드 통내면과의 틈을 거의 영(Zero)으로 해야 한다. 그러나 그리하면, 관이 가이드 통에 지 나치게 접촉하여 결함이 발생하거나, 압발력이 현저하게 증대된다고 하는 문제가 있음을 알았다.
본 발명자들은, 관의 굽힘이 다이스 출구측 바로 근방에서 이미 시작되고 있음을 파악하였다. 즉, 다이스의 가공 정밀도, 가공전의 관의 두께정밀도나 표면상태, 다이스 및 플러그의 윤활 불균일 상태 등에 의해 관에 잔류응력이 발생하고, 다이스 출구측 바로 근방에서 이 잔류응력이 급격하게 해방되기 때문에 굽힘이 생기기 쉬운 것이다. 따라서, 다이스 출구측 바로 근방에 관의 굽힘방향을 미세조정할 수 있는 수단을 설치하면, 관의 굽힘을 충분히 방지할 수 있게 된다.
본 발명자들이 예의 검토한 결과, 상기 다이스 출구측 바로 근방에, 관을 통과시키는 구멍형과, 상기 구멍형를 통관방향과 직교하는 평면내에서의 이동가능하게 지지하는 지지기판과, 상기 지지기판에 지지되어서 상기 구멍형를 이동시키는 구멍형 이동기구를 갖는 관굽힘 미세조정수단을 설치하였다. 상기 구멍형 이동기구를 이용하여 상기 지지기판면내에서 미소 이동시켜서 통관방향과 직교하는 평면내 위치를 미리 미세조정한 상기 구멍형에 상기 다이스 출구측의 관을 통과시키는 것에 의해, 관의 굽힘을 충분 방지할 수 있는 것을 파악하였다.
구멍형 위치를 미세조정하기 위해서는, 예컨대, 실생산전에 더미(Dummy) 관을 복수 사용하여, 구멍형 위치를 몇점 바꾼 압발가공 실험을 하여 관의 굽힘을 측정하고, 구멍형 위치의 변화량과 압발후의 관의 굽힘의 변화량과의 관계를 구해 둔다. 실생산시에 관의 굽힘이 소정의 문턱값을 초과할 것 같아지면, 상기 관계에 근거하여 굽힘이 작아지는 방향으로 구멍형를 이동시킨다고 하는 방법이 바람직하 다.
구멍형 이동기구로서는, 예컨대 나사로써 통관방향으로 움직이도록 한 쐐기형상 금형의 테이퍼진 면을 통하여, 구멍형 외주부의 1개소 또는 2개소 이상을 통관방향과 직교하는 방향으로 압착하는 방식이 바람직하다. 또는, 예컨대 유체압 실린더(유압 실린더, 에어 실린더 등)로 직접, 구멍형 외주부의 1개소 또는 2개소 이상을 통관방향과 직교하는 방향으로 누르고 또는 잡아당기는 방식이 바람직하다.
구멍형의 구멍직경은, 다이스의 출구 구멍직경 이상으로 하면, 관이 압발가공중에 다이스 출구측에서 막혀지는 일이 없이 원활하게 가공할 수 있어 바람직하다. 특히, 다이스의 출구 구멍직경 + 0mm 에서 3mm 이내이면 미세조정을 하기 쉽기 때문에, 보다 바람직하다. 더욱이, 구멍형의 구멍은 일직선 구멍이라도 좋고, 또한 테이퍼진 구멍이라도 좋다.
더욱이, 당연하지만, 지지기판에는, 다이스를 나온 관의 통로와 교차하는 위치에, 동일한 관이 충분한 틈을 두고 통과할 수 있는 크기의 중공부를 설치하여 둔다.
또한, 다이스 입구측 및 / 또는 관 굽힘 미세조정수단 출구측에, 다이스에 들어가는 관 및 / 또는 관 굽힘 미세조정수단으로부터 나온 관을 통과하는 가이드 통을 설치하면, 관이 다이스에 거의 수직으로 들어가고 그리고 / 또는 관 굽힘 미세조정수단으로부터 거의 수직으로 나오므로, 관의 굽힘을 더 방지하기 쉽게 되어 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 관을 연속하여 이송하여 다이스에 압입하는 것이 바람 직하다. 관을 연속하여 이송함으로써, 한번에 가공하는 경우에 비하여, 다이스나 플러그가 받는 마찰발열이나 가공발열이 안정되기 때문에, 더욱이 굽힘을 방지하기 쉬워진다. 더욱이, 압발에서는, 인발의 경우와 같은, 관선단을 다이스 출구측의 인발기에 파지시키기 위한 납땜가공은 필요없기 때문에, 선행관 말단을 후속관 선단으로 압착하는 모양으로 연속하여 이송함으로써 생산능률을 올릴 수가 있다.
종래의 인발의 경우, 고치수 정밀도를 얻기 위하여는 충분한 윤활막이 필요하고, 그 때문에 윤활이 양호한 본딩처리를 행하였다. 그 방법은, 관을 미리 산세 하여 산화 스케일을 제거하고, 더욱이 그 산을 중화하기 위하여 알칼리 세정하여, 더 수세한다. 그 후, 본딩처리를 행하는 용기에 관을 침지하여 윤활막을 형성시키고, 계속하여 금속비누의 용기에 농지(濃漬)하여 막을 형성시키고, 그 후에 관을 열풍으로 건조시켰다. 그 때문에, 이들의 공정에는 몇시간 이상이 필요하고, 관의 인발을 행하는 설비열에 이들 공정을 받아들이면 현저하게 생산성을 저해하기 때문에, 별도의 공정으로 처리를 행하였다.
이것에 비교하여, 압발가공에 의하면, 축경율이 작아도 고치수 정밀도를 얻기 쉽기 때문에, 관의 윤활은 간단하여 좋다. 즉, 관을 산세하지 않아도 좋고, 윤활제를 침지도포한 후에 열풍건조하는 것만으로 좋다. 다만, 압발을 연속하여 하기 위해서는, 관의 단면의 직각도(直角度)가 중요하고, 이 직각도를 얻기 위한 연삭장치가 필요하다.
압발가공전의 이들의 처리는, 관단면의 직각도 얻기, 윤활제 침지도포, 건조의 순으로 하는 것이 가장 능률적이다. 이들의 점으로부터, 본 발명에서는, 관의 단면을 관 축방향으로 직각으로 연삭하는 관단면 연삭장치와, 관에 윤활제를 침지도포하는 윤활제 침지도포용기와, 윤활제를 도포한 관을 건조시키는 건조장치를 이 순서대로 압발가공장치의 입구측에 배치한 설비열로 하였으므로, 고치수 정밀도 관을 능률이 좋게 제조할 수가 있다.
또한, 관단면의 직각도 얻기는, 관을 짧은 길이로 절단한 직후에 행하는 것이, 보다 효율적이기 때문에, 본 발명의 설비열은, 상기 관단면 연삭장치의 입구측에, 관을 짧은 길이로 절단하는 절단장치를 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 윤활제로서, 건조에 의해 막형성하기 쉬운 것을 적용하면, 압발가공장치의 입구측에서 침지도포하고 이어서 건조하는 대신에, 압발가공장치내의 다이스 입구측 바로 근방에서 분사도포하고 이어서 건조하도록 하여도 좋고, 또는, 윤활성이 더 양호하면, 건조를 생략하여 습기찬 채의 상태에서 관을 압발가공하여도 좋다. 따라서, 본 발명의 설비열은, 상기 윤활제 침지도포용기 및 상기 건조장치로 바꾸고, 상기 압발가공장치의 다이스 입구측에, 관에 윤활제를 분사도포하는 윤활제 분사도포장치, 또는 관에 윤활제를 분사도포한 후 건조시키는 윤활제 분사도포건조장치를 배치한 것이라도 좋다.
또한, 압발가공의 능률을 더 향상시키기 위해서는, 다이스, 플러그가 온라인으로 용이하게 교환할 수 있고, 또한, 다이스 출구측에서 관이 구부려지지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이들의 점으로부터, 본 발명의 설비열에서는, 상기 압발가공장치에 병설하고, 상기 다이스를 교환하는 다이스 교환장치, 상기 플러그를 교환하는 플러그 교환장치, 상기 다이스 출구측의 관의 굽힘을 방지하는 굽힘방지장치 중 1개 또는 2개 이상을 배치한 것이 바람직하다.
다이스(또는 플러그)교환장치는, 복수의 다른 치수(및 / 또는 형상)의 다이스(또는 플러그)를 사용순으로 배열하여 유지하고, 차례차례로 소정의 통관 라인내 위치에 이송 배치가능하게 구성한 것이 바람직하다. 굽힘방지장치는, 예컨대 관의 통과구멍을 갖는 가동 디스크(Disc) 등을 사용하여, 다이스 출구측 바로 근방의 관에 대하여 상기 관이 구부려지려고 하는 방향과는 반대방향의 힘을 작용가능하게 구성한 것이 바람직하다.
더욱이, 종래 이용되고 있는 인발도, 본 발명에서 이용하는 압발도, 가공후에 산세된 표면의 관이 요구될 경우가 많기 때문에, 별도의 공정에서 산세하여 출하하면 좋다. 인발의 경우, 가공전의 본딩처리를 행함에 있어서 윤활제의 강고한 막을 형성시키기 위해 소관을 산세할 필요가 있고, 더욱이 인발가공후에는 윤할제를 제거하기 위해 다시 산세가 필수이고, 2번 산세를 실시해야 한다. 이것에 비교하여, 압발의 경우, 가공전의 윤활처리는 간단하여 좋고, 산화 스케일이 부착된 채로 하여 좋기 때문에, 윤활처리를 온라인화하여 설비열에 조립하는 것이 가능하며, 저렴한 비용으로 능률이 좋은 설비열이 가능하게 된다.
실시예1
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
실시예1.1에서는, 외경 40mm×두께 6mm의 강관에 대하여 도 1에 나타낸 형태의 압발가공을 행하였다. 여기에서는, 관내면에 접촉시키는 면을 경면(鏡面)으로 한 플러그와, 일체형 고정 다이스로서 관 외면에 접촉시키는 면을 경면으로 한 다 이스를 사용하였다. 플러그는 일단을 고정하여 관내에 장입하였다. 가공조건은, 출구측 두께 = 입구측 두께, 축경율 = 10%로 하였다.
실시예1.2에서는, 실시예1.1에 있어서 축경율 = 5％로 한 것 이외는 마찬가지로 하여 가공을 행하였다.
실시예1.3에서는, 실시예1.2에 있어서 플러그를 플로팅시킨 것 이외는 마찬가지로 하여 가공을 행하였다.
또한, 비교예1로서, 실시예1.2에 있어서 도 1에 나타낸 형태의 압발을 대신하여 도 2에 나타낸 형태의 인발로 하고, 더욱이 출구측 판두께로 한 것 이외는 마찬가지로 하여 가공을 행하였다.
또한, 비교예2로서, 실시예1.2에 있어서 일체형 고정 다이스를 대신하여, 도 3에 나타낸 형태의 분할 다이스를 로터리 단조기에 조립하여 요동시켜서 사용하고, 더욱이 압발을 대신하여 압입으로 한 것 이외는 마찬가지로 하여 가공을 행하였다.
또한, 비교예3으로서, 비교예2에 있어서 가공조건을, 출구측 두께 = 입구측 두께 + 1mm(=7㎜)로 한 것 이외는 마찬가지로 하여 가공을 행하였다.
축경 가공후의 이들 강관에 대하여 상기 3가지 치수 정밀도 지표를 구함과 함께, 이들 강관을 피로시험에 제공하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
더욱이, 표 1에 나타낸 외경 및 내경편차는, 상기 레이져광을 사용한 측정에 의해 구하고, 이들 측정 데이터의 원주방향 분포의 차로부터, 동일한 표의 원주방향 두께편차를 구하였다.
또한, 표 1에 나타내진 피로시험의 내구 한계회수란, 도 4에 도시한 바와 같 이, 응력을 일정하게 하여 균열 발생까지의 반복회수(즉, 내구회수)를 구하는 시험으로 응력 레벨을 여러가지로 바꾸어서 응력과 내구회수의 관계를 도식화한 도면에 있어서, 내구회수의 증가에 따라서 응력이 감소경향으로부터 거의 일정하게 되기 시작하는 굴곡점에서의 내구회수를 의미하고, 이 값이 클 수록 피로강도는 양호하다. 즉, 이 예의 경우는, 응력 약 150MPa에서의 내구회수이다.
표 1에 의해, 실시예1.1∼1.3의 제품관은, 치수 정밀도가 현저하게 양호하여, 피로강도도 가장 양호하고, 특히 플러그를 플로팅시키면 치수 정밀도는 더 양호하였다(실시예1.3). 이에 대하여, 종래의 인발에서는 제품관의 치수 정밀도가 저하하고, 그 결과 피로강도도 현저하게 저하되었다(비교예1). 로터리 단조기를 이용한 압입에서도 제품관의 치수 정밀도는 저하하고(비교예2), 두께 증가시키면, 더 저하하고(비교예3), 충분한 피로강도를 얻을 수가 없었다.
실시예2
본 발명예로서, φ40mm×6mm t×5.5mm L의 강관을 소재로 하고, 경면의 플러그와 일체형 고정 다이스를 사용하여, 플러그를 플로팅시켜서 강관내에 장입하고, 축경율 5％로 강관을 다이스 입구측으로 누르고, 다이스 출구측의 강관 두께를 다이스 입구측과 같은 6mm t로 하여 압발을 행하였다. 더욱이, 관이송수단으로서 도 7에 나타낸 형태의 간헐이송기를 사용하여, 관을 연속하여 다이스내에 이송하도록 하였다.
또한, 비교예1로서, 도 2의 형태의 인발을 행하였다. 이 예에서는 상기한 바와 같은 강관을 소재로 하여 상기한 바와 같은 플러그와 다이스를 사용하여, 플러그를 강관내에 장입하고, 상기한 바와 같은 축경율로 강관을 다이스 출구측으로부터 잡아당기고, 다이스 출구측의 강관 두께를 5.5mm t로 감소시켰다.
또한, 비교예2로서, 도 3A, 도 3B의 형태의 로터리 단조압입법을 행하였다.
이 예에서는 상기한 바와 같은 강관을 소재로 하여 상기 일체형 고정 다이스의 대신에 분할 다이스를 이용한 로터리 단조기를 사용하여, 상기한 바와 같은 플러그를 강관내에 장입하고, 상기한 바와 같은 축경율로 로터리 단조 압입를 하여 동일한 단조기 출구측의 강관 두께를 7mm t로 증가시켰다.
이들 각 예의 방법으로 제조한 강관의 치수 정밀도(외경편차, 내경편차, 원주방향 두께편차)를 측정하고, 더욱이 가공능률을 조사하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 외경편차 및 내경편차는, 관의 원주방향 단면을 화상해석하여, 완전한 원으로부터의 편차를 원주방향으로 산출함으로써 구하였다. 또한, 원주방향 두께편차는, 관의 원주방향 단면을 화상해석하여 두께 단면의 화상으로부터 평균 두께에 대한 최대편차로서 직접 측정하였다.
표 2에 의해, 본 발명예의 압발로 제조된 강관은 치수 정밀도가 현저하게 양호하고, 가공능률도 양호하였다. 이에 대하여, 비교예1의 인발로 제조된 강관에서는 치수 정밀도가 저하하였다. 또한, 비교예2의 로터리 단조 압입으로 제조된 강관에 있어서도 치수 정밀도는 저하하였다. 또한, 인발, 로터리 단조 압입과 함께 가공능률은 현저하게 낮았다.
실시예3
[비교예3.1] 표면에 열연 스케일이 부착된 φ40㎜×6.0㎜ t×5.5m L의 전봉강관을, 도 1에 나타낸 압발에 의해 다음 조건 A로 가공하였다.
(조건 A) 플러그 : 경면의 플러그를 강관내에 장입하여 플로팅시킨다.
다이스 : 일체형 고정 다이스
축경율 : 5％
다이스 출구측의 강관 두께 : 6.Omm t(=입구측 두께)
[본 발명예3.1] 상기한 바와 같은 강관을, 그 내외 양면에 액체 윤활제(광물유)를 도포하여 윤활피막을 형성한 후, 비교예1과 같이 가공하였다.
[본 발명예3.2] 상기한 바와 같은 강관을, 그 내외 양면에 구리스계 윤활제 (Li계 구리스 윤활제에 2황화 몰리브덴을 첨가한 것)를 도포하여 윤활피막을 형성한 후, 비교예1과 같이 가공하였다.
[본 발명예3.3] 상기한 바와 같은 강관을, 그 내외 양면에 건조성 수지(폴리알킬계 수지)를 도포하여 열풍(약 200℃)에 맞혀서 건조하여 윤활피막을 형성한 후, 비교예1과 같이 가공하였다.
[본 발명예3.4] 상기한 바와 같은 강관을, 그 내외 양면에 건조성 수지(폴리알킬계 수지)를 용제(아세톤)로 희석한 액을 도포하여 온풍(약 50℃)에 맞혀서 건조하여 윤활피막을 형성한 후, 비교예1과 같이 가공하였다.
[본 발명예3.5] 상기한 바와 같은 강관을, 그 내외 양면에 건조성 수지(폴리알킬계 수지)를 분산매(물)에 분산시킨 에멀젼을 도포하고 온풍(약 70℃)에 맞혀서 건조하여 윤활피막을 형성한 후, 비교예1과 같이 가공하였다.
[비교예3.2] 상기한 바와 같은 강관을, 그 내외 양면에 본 발명예1과 같은 액체 윤활제를 도포하여 윤활피막을 형성한 후, 도 2에 나타낸 냉간인발법에 의해 다음 조건 B로 가공하였다.
(조건 B) 플러그, 다이스, 축경율 : 각각 조건 A와 같음
다이스 출구측의 강관 두께 : 5.5㎜ t(＜입구측 두께)
[비교예3.3] 상기한 바와 같은 강관을, 그 내외 양면에 본 발명1과 같이 액체 윤활제를 도포하여 윤활피막을 형성한 후, 도 3에 나타낸 로터리 단조 압입법에 의해 다음의 조건 C로 가공하였다.
(조건 C) 플러그 : 조건 A와 같음
다이스 : 분할 다이스
축경율 : 조건 A와 같음
다이스 출구측의 강관 두께 : 7.0mm t(＞입구축 두께)
이들 각 열의 방법으로 제조된 강관에 대하여, 표면결함의 상태, 및 치수 정밀도(외경편차, 내경편차, 두께편차)를 측정한 결과를 표 3에 나타낸다. 더욱이, 외경편차 및 내경편차는, 관의 원주방향단면을 화상해석하여, 완전한 원으로부터의 최대편차(즉, (최대직경 - 최소직경) / 완전한 원 직경 × 100%)를 원주방향으로 산출함으로써 구하였다. 또한, 두께편차는, 관의 원주방향 단면을 화상해석하여, 두께 단면의 화상으로부터 평균두께에 대한 최대편차(즉, (최대두께 - 최소두께) / 평균두께 × 100%)로서 직접 측정하였다.
표 3에 의해, 윤활하에서 압발을 행한 본 발명예에서는 어느것이나, 가공후의 강관표면에 결함은 전혀 발생하지 않고, 양호한 표면품질을 얻을 수 있고, 치수 정밀도도 현저하게 양호하였다. 이에 대하여, 무윤활(無潤滑)하에서 압발을 행한 비교예1에서는 가공후의 강관표면에 결함이 발생하였다. 윤활하에서 냉간인발에 의한 가공을 행한 비교예2에서는 치수 정밀도가 저하하였다. 윤활하에서 로터리 단조압입법에 의한 가공을 행한 비교예3에서는 치수 정밀도가 더 저하하였다.
또한, 본실시예에서는, 관의 내외 양면에 윤활피막을 형성한, 소위 양면 윤활의 경우를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 내면, 외면 중 어느 한쪽에 윤활피막을 형성하는, 소위 일면 윤활의 경우도 포함하는 것이며, 이 일면 윤활의 경우에서도, 윤활피막을 형성한 쪽의 면에 결함이 발생하는 것을 유효하게 방지할 수 있음이 분명하다.
실시예4
[본 발명예]
φ40㎜ × 6.Omm t × 5.5m L의 강관을 소관으로 하여 이 소관을 도 1에 개요를 나타낸 본 발명(: 확관 및 축경이 가능한 플러그를 사용한 압발)에 의해 확관 하고 이어서 축경가공하였다. 다이스 출구측의 목표두께는 입구측과 같은 6.Omm t로 하였다. 플러그는 경면처리 한 것을 관내에 플로팅시켰다. 다이스는 다이스 구멍 내면을 경면처리 한 일체형 고정 다이스를 이용하였다. 플러그의 확관율, 축경율, 확관부분과 축경부분의 테이퍼진 각도 θA와 θB, 및 다이스 출구측(축경후) 의 관의 목표외경 D2는, 실시된 예마다 표 4에 나타낸 값으로 설정하였다. 관은 다이스에 연속하여 공급하였다.
[비교예A]
상기한 바와 같은 소관을 도 2에 나타낸 냉간인발(: 축경만 가능)에 의해 축경가공하였다. 다이스 출구측의 목표두께는 입구측과 같은 6.0㎜ t로 하였다. 플러그는 경면처리 한 것을 관내에 플로팅시켰다. 다이스는 다이스 구멍 내면을 경면처리 한 일체형 고정 다이스를 이용하였다.
플러그의 축경율, 및 다이스 출구측의 관의 목표외경은, 실시한 예마다 표 4에 나타낸 값으로 설정하였다. 관은 다이스에 연속하여 공급하였다.
[비교예B]
상기한 바와 같은 소관을 도 3에 나타낸 로터리 단조압입법 (: 축경만 가능)에 의해 축경가공하였다. 다이스 출구측의 목표두께는 입구측과 같은 6.0㎜ t로 하였다. 플러그는 경면처리 한 것을 관내에 플로팅시켰다. 다이스는 다이스 구멍 내면을 경면처리 한 분할 다이스를 이용하였다. 플러그의 축경율, 및 다이스 출구측의 관의 목표외경은, 실시한 예마다 표 4에 나타낸 값으로 설정하였다. 관은 다이스에 연속하여 공급하였다.
이들 각 예의 조건에서 제조된 강관에 대하여, 치수 정밀도(외경편차, 내경편차, 두께편차)를 측정하였다. 외경편차 및 내경편차는, 관의 원주방향 단면을 화상해석하여, 완전한 원으로부터의 최대편차(즉, (최대직경 - 최소직경) / 완전한 원 직경 × 100％)를 원주방향으로 산출함으로써 구하였다. 또한, 두께편차는, 관 의 원주방향 단면을 화상해석하여, 두께단면의 화상으로부터 평균두께에 대한 최대편차(즉, (최대두께 - 최소두께) / 평균두께 × 100％)로서 직접 측정하였다. 또한, 가공도의 지표로서 단면경도를 측정하였다. 또한, 가공후에 일정 크기의 관을 얻을 수 있는지의 여부를 판단하기 위한 지표로서 상기 치수 정밀도의 측정과 동시에 구한 가공후의 관의 평균외경과 평균두께를 채용하였다. 이들의 결과를 표 4에 나타낸다.
표 4에 의해, 본 발명예에서는 어느것이나, 가공후의 치수 정밀도가 현저하게 양호하고, 플러그와 다이스의 편성을 변경함으로써 동일 크기의 소관으로부터 일정 크기이고, 더욱이 가공도가 다른 관을 얻을 수 있었다. 이에 대하여, 비교예에서는, 치수 정밀도가 저하하는 동시에, 동일 크기의 소관으로부터 가공도가 다른 관을 얻으려고 하면, 일정 크기의 외경이나 두께를 얻을 수가 없었다. 또한, θA＜θB, D2＜DO 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 만족시킨 본 발명예에서는, 관내에서의 플러그의 플로팅 상태가 한층 더 안정화되었다.
더욱이, 확관율 a(％) = (D1 - DO) / D1 × 100
축경율 b(％) = (D1 - D2) / D1 × 100
실시예5
(본 발명예5.1∼5.4)
외경 40mm×두께 6mm의 전봉강관을 소관으로 하여 경면의 플러그와 일체형 고정 다이스를 이용하여 도 1에 나타낸 압발가공을 시행하였다. 사용한 플러그 및 다이스의 형상조건(플러그 축경부 각도, 플러그 축경부 길이, 플러그 베어링부 길이, 다이스 각도)을 표 5에 나타낸다. 플러그는 관내에 플로팅시켰다. 다이스 출구측의 관의 두께는 5mm로 설정하였다.
(비교예5.1∼5.4)
본 발명예와 같은 로트의 강관을 소관으로 하여 사용한 플러그 및 다이스의 형상조건을 표 5에 도시한 바와 같이 다르게 하고, 그 이외는 본 발명예와 같이 하여 압발가공을 시행하였다.
(종래예5.1)
본 발명예와 같은 로트의 강관을 소관으로 하여 경면의 플러그와 일체형 고정 다이스를 사용하여 도 2에 나타낸 냉간인발에 의한 가공을 시행하였다. 사용한 플러그 및 다이스의 형상조건을 표 5에 나타낸다. 플러그는 관내에 플로팅시켰다.다이스 출구측의 관의 두께는 5mm로 설정하였다.
(종래예5.2)
본 발명예와 같은 로트의 동관을 소관으로 하여 경면의 플러그와, 분할 다이스를 장착한 로터리 단조기를 사용하여 도 3A, 도 3B에 나타낸 로터리 단조압입법에 의한 가공을 시행하였다. 사용한 플러그 및 다이스의 형상조건을 표 5에 나타낸다. 플러그는 관내에 플로팅시켰다. 다이스 출구측의 관의 두께는 7mm로 증가시켰다.
상기 각 예의 방법에서의 제조의 여부, 및 제조가능이었을 경우의 제품관에 대하여 측정한 치수 정밀도(두께편차, 내경편차, 외경편차)을 표 5에 나타낸다. 여기에서, 외경편차 및 내경편차는, 관의 원주방향 단면을 화상해석하여, 완전한 원으로부터의 최대편차(즉, (최대직경 - 최소직경) / 완전한 원 직경 × 100％)를원주방향으로 산출함으로서 구하였다. 또한, 두께편차는, 관의 원주방향 단면을 화상해석하여, 두께단면의 화상으로부터 평균두께에 대한 최대편차(즉, (최대두께 - 최소두께) / 평균두께 × 100％)로서 직접 측정하였다.
표 5에 의해, 본 발명예에서는 안정되게 압발가공을 완수할 수 있고, 그 제품관의 치수 정밀도는 현저하게 양호하였다. 이에 대하여, 비교예에서는 어느것이나 압발가공을 완수할 수 없고, 제품관을 얻을 수 없었다. 또한, 종래예에서는 가공은 완수할 수 있었지만 제품관의 치수 정밀도는 저하하였다.
실시예6
(실시예6.1)
φ40mm×6mm t×5.5m L, YS400MPa의 강관을 소관으로 하여, 도 10에 나타낸 형태에 있어서 축경율을 13％로 설정한 압발가공에 의한 고치수 정밀도 관의 제조를 시행하였다. 제조의 초기에는 각도 21°의 다이스와, 각도 21°및 테이퍼 길이 11mm의 플러그를 사용하였다. 플러그는 관내에 플로팅시켰다. 가공전의 각 소관에는, 도포용기내의 윤활제중에 소관을 침지함으로써, 윤활제의 도포를 행하였다.윤활제에는 속건성(速乾性) 용제희석 고분자 윤활제를 사용하였다.
가공중, 압발방향의 하중을 상기 측정방법에 의해 항시 측정하고, 그 측정하중과 상기 식 4에서 산출한 계산하중을 비교하면서 압발을 행하였다. 또한, 이 예 에 있어서의 식 4에서는, a 및 n의 값으로서, 미리 실험을 하여 도출한 최적값인 것인 바, a = 0.00185, n = 1(관단부 상태가 회전자유인 경우에 대응함)을 이용하였다.
복수개째의 소관의 가공 도중에, 측정하중이 계산하중을 초과하였으므로, 가공의 계속을 않할지를 판정하여 가공을 중단하고, 다음과 같이 가공조건을 변경하였다. 즉, 다이스를 각도 11°의 것으로 교환하고, 더욱이 플러그를 각도 11°, 테이퍼 길이 20mm의 것으로 교환하였다. 이 교환후에 가공을 재개하고, 나머지의 복수개의 소관의 가공을 무난히 완수할 수 있었다.
더욱이, 상기 교환 및 가공의 재개에 있어서는, 선사용의 다이스에 들어가 있는 가공 도중의 관의 다이스 입구측 부분과 다이스 출구측 부분을 절단하여 분리하고, 선사용의 플러그가 장입되어 있는 관의 다이스 안쪽부분이 들어 간 채의 선사용의 다이스를 소정의 설치위치로부터 제거한 뒤, 다음 사용의 다이스를 동일한 소정의 설치위치에 설치하고, 다음 가공용의 동일 크기, 동일 YS의 소관에 후사용의 플러그를 장입하여 가공을 재개하였다. 또한, 상기 분리된 관의 다이스 출구측 부분은 제품으로서 채용할 수 있었다. 동일 관의 다이스 입구측 부분은 스크랩(Scrap)으로 하였다.
(비교예6.1)
실시예6.1과 같은 강관을 소관으로 하여, 도 10에 나타낸 형태에 있어서 축경율을 13％로 설정한 압발가공에 의한 고치수 정밀도 관의 제조를 시행하였다. 제조의 초기에는 각도 21°의 다이스와, 각도 21° 및 테이퍼 길이 20mm의 플러그를 사용하였다. 플러그는 관내에 플로팅시켰다. 가공전의 각 소관에는, 도포용기내의 윤활제중에 소관을 침지함으로써, 윤활제의 도포를 행하였다. 윤활제에는 속건성 용제희석 고분자 윤활제를 사용하였다.
가공중, 압발방향의 하중의 측정은 하지 않고, 이상시의 조건변경은 이것을 오퍼레이터의 판단에 맡겼다.
복수개째의 소관의 가공 도중에, 다이스가 균열되었으므로, 가공을 중단하고, 다이스와 플러그를 초기와 같은 것으로 교환하고, 또한, 윤활제 도포용기내의 윤활제를, 보다 분자량이 큰 속건성 용제희석 고분자 윤활제로 총 교체하고, 이후에 가공을 재개하였던 바, 재개시부터 복수개째의 소관의 가공 도중에, 다시 다이스가 균열되었다. 따라서, 가공을 중단하고, 다음과 같이 가공조건을 변경하였다.즉, 다이스를 각도 11°의 것으로 교환하고, 더욱이 플러그를 각도 11b°, 테이퍼 길이 20mm의 것으로 교환하였다. 이 교환후에 가공을 재개하고, 나머지의 복수개의 소관의 가공을 무난히 완수할 수 있었다.
(비교예6.2)
실시예6.1과 같은 강관을 소관으로 하여, 축경율을 13％로 설정한 인발가공에 의한 고치수 정밀도 관의 제조를 시행하였다. 제조의 초기에는 각도 21°의 다이스와, 각도 21°및 테이퍼 길이 20mm의 플러그를 사용하였다. 플러그는 관내에 플로팅시켰다. 가공전의 각 소관에는, 본딩처리 및 금속비누의 도포를 하는 동시 에, 인발에 있어서는 필요한 관선단에의 납땜가공(이 납땜가공은 압발에 있어서는 불필요)을 실시하였다.
가공중, 인발방향의 하중의 측정은 하지 않고, 이상시의 조건변경은 이것을 오퍼레이터의 판단에 맡겼다.
복수개째의 소관의 가공 도중에, 다이스가 균열되었으므로, 가공을 중단하고, 다음과 같이 가공 조건을 변경하였다. 즉, 다이스를 각도 11°의 것으로 교환하고, 더욱이 플러그를 각도 11°, 테이퍼 길이 20mm의 것으로 교환하였다. 이 교환후에 가공을 재개하고, 나머지의 복수개의 소관의 가공을 무난히 완수할 수 있었다.
실시예 및 비교예에 대하여, 가공 도중의 변경조건, 상대(相對) 가공시간, 및 가공시의 로스(Loss)를, 제품의 치수 정밀도의 조사결과와 함께 표 6에 나타낸다. 상대 가공시간은, 각 예의 가공에 필요한 시간(총 가공시간/총 가공개수)을 비교예1의 그것으로 나눈 값으로 나타냈다. 치수 정밀도는, 두께편차와 외경편차로 나타냈다. 이들의 편차는 관의 원주방향 단면을 화상해석한 데이터로부터, 두께편차는 평균두께에 대한 값, 외경편차는 완전한 원(목표외경)에 대한 값으로서 구하였다.
표 6으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의해 고치수 정밀도 관을 안정되게 능률이 좋게 제조할 수가 있었다.
실시예7
이하, 실시예를 들어서 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
실시예7.1의 장치는, 관 내면에 접촉시키는 면을 경면으로 한 입구측 단부직경 28㎜, 중앙부 직경 30㎜, 출구측 단부직경 28mm의 플러그(1)와, 일체형 고정 다이스로서 구멍 내면을 경면으로 한 구멍 출구 직경 40mm의 다이스(2)와, 유압 실린더로 구성되어 "연속 압착" 과 "간헐 압착"의 어느쪽의 동작모드에서도 동작가능하며 설정된 동작모드에서 관에 압입력을 작용시키는 관압입기(3)를 도 1과 같이 조합시킨 것이고, 플러그(1)는 일단이 고정되어서 관내에 장입되는 고정식 플러그로 하고, 관압입기(3)의 동작모드는 "간헐 압착"으로 설정하였다. 이 장치를 사용하여, 외경 40㎜×두께 6㎜의 탄소강 강관의 압발을 행하고, 외경 38㎜×두께 6㎜의 제품관을 얻었다.
실시예7.2에서는, 실시예7.1에 있어서 플러그(1)를 고정식 플러그로 바꾸어서 플로팅 플러그로 한 것 이외는 마찬가지로 하고, 외경 40㎜×두께 6㎜의 탄소강 강관의 압발을 행하고, 외경 38㎜×두께 6㎜의 제품관을 얻었다.
실시예7.3에서는, 실시예7.2에 있어서 관압입기(3)의 동작모드의 설정을 "간헐 압착"으로부터 "연속 압착"으로 바꾼 것 이외는 마찬가지로 하고, 외경 40㎜×두께 6mm의 탄소강 강관의 압발을 행하고, 외경 38㎜×두께 6㎜의 제품관을 얻었다.
또한, 비교예1로서, 관 내면에 접촉시키는 면을 경면으로 한 입구측 단부직경 28㎜, 중앙부 직경 28mm, 출구측 단부직경 26mm의 플러그(5)와, 일체형 고정 다이스로서 구멍 내면을 경면으로 한 구멍 출구 직경 38㎜의 다이스(6)와, 유압 실린 더로 구성되어 "간헐 잡아당김"으로 동작가능하며 설정된 동작모드로 관에 인발력을 작용시키는 관인발기(7)를 도 2과 같이 조합시킨 장치를 구성하였다. 플러그(5)는 일단을 고정하여 관내에 장입되는 고정식 플러그로 하였다. 이 장치를 사용하여, 외경 40㎜×두께 7㎜의 탄소강 강관의 인발을 행하고, 외경 38㎜×두께 6mm의 제품관을 얻었다. 또한, 비교예1에서는, 강관선단을 오므린 다음에 다이스 구멍으로 통과시키는 시간을 필요하였다.
또한, 비교예2로서, 실시예7.1에 있어서, 플러그(1)로 바꾸어서 비교예1과 같은 플러그(5)로 하고, 더욱이 다이스(2)로 바꾸어서 로터리 단조기(8)에 조립한 분할 다이스(9, 이것의 출구측의 내경은 다이스(2)의 구멍 출구 직경과 같음)로 하여 도 3에 나타내는 것 같은 장치 구성으로 한 것 이외는 마찬가지로 하고, 외경 40mm×두께 5㎜의 탄소강 강관의 압입을 행하고, 외경 38㎜×두께6mm의 제품관을 얻었다.
이들 제품관의 치수 정밀도를 측정한 결과를 표 7에 나타낸다. 또한, 표 7에 나타낸 원주방향 두께, 내경, 외경의 각 편차의 측정방법은 다음과 같다.
외경(또는 내경)편차는, 마이크로미터를 관 외면(또는 내면)에 접촉시켜서 관을 회전시켜서 측정한 외경(또는 내경)의 원주방향 분포 데이터로부터, 완전한 원에 대한 최대편차로서 산출하였다. 원주방향 두께편차는 두께단면의 화상으로부터 목표두께에 대한 최대편차로서 직접 측정하였다. 더욱이, 외경편차 및 내경편차는 마이크로미터를 접촉시키는 대신에, 레이져광을 배치하고 측정한 관과 레이져 발진원과의 거리의 원주방향 분포 데이터로부터 산출하여도 좋다. 또한, 원주방향 두께편차는 상기 외경의 원주방향 분포 데이터와 상기 내경의 원주방향 분포 데이터의 차이로서 산출하여도 좋다.
더욱이, 두께편차(= 원주방향 두께편차), 내경편차, 외경편차는 다음과 같이 정의된다.
두께편차 = (최대두께 - 최소두께) / 목표두께(또는 평균두께) × 100 (％)
내경편차 = (최대내경 - 최소내경) / 목표내경(또는 평균내경) × 100 (％)
외경편차 = (최대외경 - 최소외경) / 목표외경(또는 평균외경) × 100 (％)
표 7에 의해, 실시예7.1∼7.3의 장치에 의한 제품관은, 치수 정밀도가 현저하게 양호하고, 특히 플로팅시키면 더 양호하고(실시예7.2), 또한 연속 압발을 행하여도 고치수 정밀도의 제품관을 얻을 수가 있었다(실시예7.3). 이에 대하여, 종래의 인발에서는 제품관의 치수 정밀도가 저하하였다(비교예7.1). 로터리 단조기를 사용한 압입에서도 제품관의 치수 정밀도는 저하하였다(비교예7.2).
실시예8
(본 발명예8.1)
φ40mm×6mm t×5.5mm L의 강관을 소재로 하고, 도 11에 도시한 바와 같이, 다이스 회전대(19)에 미리 관의 가공순으로 각각의 관의 제품치수에 따른 복수의 다이스(2, 20, …, 20)를 조립하고, 이어서, 앞의 관(4)의 제품치수에 따른 다이스(2)를 패스 라인내에 배치하고, 압입기(3)로 앞의 관(4)을 다이스(2)에 압입하여 압발가공을 끝낸 후, 다이스 회전대(19)를 회전시켜서 복수의 다이스를 순서대로 보내고, 다이스(2)로 바꾸어서 다음의 관(21)의 제품의 외경치수에 따른 다이스(20)를 패스 라인내에 배치하고, 이 때, 다이스(20)가 패스 라인내에 배치되기 전에 다음의 관(21)에 플러그(22)를 장입하고, 이어서, 압입기(3)로 다음의 관(21)을 다이스(20)에 압입하여 압발가공을 행하였다. 이것을 반복하여 여러가지의 제품치수의 고치수 정밀도 관을 제조하였다.
(본 발명예8.2)
φ40mm×6mm t×5.5m L의 강관을 소재로 하고, 도 12에 도시한 바와 같이, 다이스 직진대(23)에 미리 관의 가공순으로 각각의 관의 제품치수에 따른 복수의 다이스(2, 20, …, 20)을 조립하고, 이어서, 앞의 관(4)의 제품치수에 따른 다이스(2)를 패스 라인내에 배치하고, 압입기(3)로 앞의 관(4)을 다이스(2)에 압입하여 압발가공을 끝낸 후, 다이스 직진대(23)을 직진시켜서 복수의 다이스를 순서대로 보내고, 다이스(2)로 바꾸어서 다음의 관(21)의 제품의 외경치수에 따른 다이스(20)을 패스 라인내에 배치하였다. 이 때, 다이스(20)가 패스 라인내에 배치되기 전에 다음의 관(21)에 플러그(22)를 장입하였다. 계속하여, 압입기(3)로 다음의 관(21)을 다이스(20)에 압입하여 압발가공을 행하였다. 이것을 반복하여 여러가지의 제품치수의 고치수 정밀도 관을 제조하였다.
(비교예8.1)
φ40mm×6mm t×5.5mL의 강관을 소재로 하고, 복수의 다른 구멍형의 다이스를 준비하고, 도 13에 나타내는 대로 압발을 행하였다. 처음에 사용하는 다이스(2)를 패스 라인내에 배치하고, 먼저, 앞의 관(4)을 압입기(3)로 다이스(2)에 압입하여 압발가공을 끝냈다. 다음에, 손으로써, 다이스(2)로 바꾸어서 다음의 관(21)의 제품의 외경치수에 따른 다이스(20)을 패스 라인내에 배치하였다. 이 때, 다이스(20)가 패스 라인내로 배치되기 전에 패스 라인내의 다음의 관(21)에 플러그(22)을 장입하였다. 그 후, 압입기(3)로 다음의 관(21)을 다이스(20)에 압입하여 압발가공을 행하였다. 이를 반복하여 여러가지의 제품치수의 고치수 정밀도 관을 제조하였다.
(비교예8.2)
φ40mm×6mm t×5.5m L의 강관을 소재로 하고, 복수의 다른 구멍형의 다이스를 준비하고, 도 13에 나타내는 대로 압발을 행하였다. 처음에 사용하는 다이스(2)를 패스 라인내에 배치하고, 먼저, 앞의 관(4)을 압입기(3)로 다이스(2)에 압입하여 압발가공을 끝냈다. 다음에, 손으로써, 다이스(2)로 바꾸어 다음의 관(21)의 제품의 외경치수에 따른 다이스(20)을 패스 라인내에 배치하였다. 이 때, 다음의 관(21)을 일단 패스 라인 바깥으로 옮겨서 플러그(22)를 장입한 후, 패스 라인내에 복귀시켰다. 그 후, 압입기(3)로 다음의 관(21)을 다이스(20)에 압입하여 압발가공을 행하였다. 이것을 반복하여 여러가지의 제품치수의 고치수 정밀도 관을 제조하였다.
본 발명예 및 비교예에 있어서의 가공능률 및 제품의 치수 정밀도를 표 8에 나타낸다. 가공능률은, 단위작업시간당의 강관의 압발 개수로 평가하고, 표 8에는, 비교예2의 가공능률을 1개로 하여 그것과의 상대값으로 나타냈다. 치수 정밀도는, 두께편차와 외경편차로 나타냈다. 이들의 편차는 관의 원주방향 단면을 화상해석한 데이터로부터, 두께편차는 평균두께에 대한 값, 외경편차는 완전한 원(목표외경)에 대한 값으로서 구하였다.
표 8로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의해 상당하게 압발 가공능률이 향상되었다.
실시예9
이하, 실시예를 들어서 본 발명을 더 자세하게 설명한다.
(실시예9.1)
도 14에 도시한 바와 같이, 다이스(2)의 출구측 바로 근방에 관굽힘 미세조정수단(24)을 설치하였다. 더욱이, 도시를 생략하였지만, 다이스(2)입구측에는 관(4)을 무한궤도로 끼워서 연속하여 다이스(2)에 압입하는 방식의 연속 압입기를 설치하였다.
관굽힘 미세조정수단(24)은, 도 15에 도시한 바와 같이, 관을 통과시키는 구멍(27)을 갖는 구멍형(26)를, 지지기판(28)으로 통관방향과 직교하는 평면내에서의 이동가능하게 지지하고, 같은 지지기판(28)으로 지지한 구멍형 이동기구(29)로 구멍형(26) 외주부의 4개소중 어느 1개소 또는 2개소 이상을 통관방향과 직교하는 방향(구멍형 이동방향(33))으로 압착하는 방식으로 하고, 그 압착력은, 도 16에 도시 한 바와 같이, 테이퍼진 면을 구멍형(26) 외주부에 접촉시킨 쐐기형 금형(30)을 이것에 나사결합시킨 조정용 나사(31)로써 통관방향(25)으로 움직이게 함으로써 부여되도록 하였다. 도 16에 있어서 조정용 나사(31)을 오른쪽으로 회전하면 쐐기형상 금형(30)이 상승하여 그 테이퍼진 면과 접촉하고 있는 구멍형(26)는 왼쪽으로 이동한다. 더욱이, 구멍형 위치 미세조정후는, 고정용 나사(32)를 조여서 구멍형(26)를 지지기판(28)에 고정한다.
이 장치를 사용하여, φ40mm×6mm t×5.5m L의 강관을 소재로 하고, 이 소재를, 그 관내에 플러그(1)를 삽입하여 플로팅시키면서, 연속 이송하여 다이스(2)에 압입하는 압발가공에 의한 고치수 정밀도 관의 제조를 시행하였다. 압발가공후의 강관은 다이스(2) 출구측 바로 근방의 구멍형(26)의 구멍(27)을 관통하였다. 구멍형(26)의 구멍(27)은 일직선 구멍으로 하고, 그 구멍 직경은, 다이스(2)의 출구 구멍 직경(이 예에서는 φ35mm)에 비하여 O.5mm 크게 취하였다.
실제로 제조 시행전에 더미(Dummy) 관을 복수 사용하고, 구멍형 위치를 몇점 바꾼 압발가공 실험을 하여 관의 굽힘을 측정하고, 구멍형 위치의 변화량과 압발후의 관의 굽힘의 변화량과의 관계를 구하였다. 실제로 제조 시행중은, 관의 굽힘이 소정의 문턱값을 초과하도록 되었을 때에, 상기 관계에 근거하여 굽힘이 작아지는 방향으로 구멍형를 이동시킴으로써 구멍형 위치의 미세조정을 행하였다.
(실시예9.2)
도 17에 도시한 바와 같이, 다이스(2)의 출구측 바로 근방에 관굽힘 미세조 정수단(24)을 설치하고, 다이스(2)의 입구측 바로 근방에 가이드 통(35)을 설치하고, 관굽힘 미세조정수단(24)의 출구측 바로 근방에 가이드 통(36)을 설치하였다.더욱이, 도시를 생략하였지만, 입구측 가이드 통(35)의 입구측에는 관(4)을 무한궤도로 끼워서 연속하여 다이스(2)에 압입하는 방식의 연속 압입기를 설치하였다.
관굽힘 미세조정수단(24)은, 도 18에 도시한 바와 같이, 관을 통과시키는 구멍(27)을 갖는 구멍형(26)를, 지지기판(28)으로 통관방향과 직교하는 평면내에서의 이동가능하게 지지하고, 같은 지지기판(28)으로 지지한 구멍형 이동기구(29)로 구멍형(26) 외주부의 4개소중 어느 1개소 또는 2개소 이상을 통관방향과 직교하는 방향(구멍형 이동방향(33))으로 압착 또는 인발하는 방식으로 하고, 그 압축 또는 인발력은, 구멍형(26) 외주부에 접촉시킨 소형의 유압 실린더(34)에 의해 부여되도록 하였다. 도 18에 있어서 대향하는 2개의 유압 실린더(34)의 압력차이를 가감함으로써 구멍형(26)는 그 2개 유압 실린더(34)의 대향방향으로 이동한다. 더욱이, 구멍형 위치 미세조정후는, 대향하는 유압 실린더(34) 끼리의 압력차이를 영(Zero)으로 하여 구멍형(26)를 지지기판(28)에 고정한다.
이 장치를 사용하고, φ40mm×6mm t×5.5n L의 강관을 소재로 하고, 이 소재를, 그 관내에 플러그(1)를 삽입하여 플로팅시키면서, 연속 이송하여 다이스(2)에 압입하는 압발가공에 의한 고치수 정밀도 관의 제조를 시행하였다. 압발가공전의 강관은 입구측 가이드 통(35)을 관통하고, 압발가공후의 강관은 다이스(2) 출구측 바로 근방의 구멍형(26)의 구멍(27) 및 출구측 가이드 통(36)을 순차적으로 관통하였다. 구멍형(26)의 구멍(27)은 테이퍼진 구멍으로 하여 그 최대내경부(입구측에 위치함)의 구멍 직경은, 다이스(2)의 출구 구멍 직경(이 예에서는 φ33mm)에 비하여 2.5mm 크게 취하였다. 또한, 구멍형(26)의 최소내경부(출구측에 위치함)의 구멍 직경은 다이스(2)의 출구 구멍 직경과 같이 하였다. 또한, 입구측 및 출구측의 가이드 통(35, 36)은, 관에 결함이 들어 가지 않도록, 같은 쪽의 관의 외경보다 0.5mm 큰 내경의 통으로 하였다.
실제로 제조 시행전에 더미 관을 복수 사용하고, 구멍형 위치를 몇점 바꾼 압발가공 실험을 하여 관의 굽힘을 측정하고, 구멍형 위치의 변화량과 압발후의 관의 굽힘의 변화량과의 관계를 구하였다. 실제로 제조 시행중은, 관의 굽힘이 소정의 문턱값을 초과하게 되었을 때에, 상기 관계에 근거하여 굽힘이 작아지는 방향으로 구멍형를 이동시킴으써 구멍형 위치의 미세조정을 행하였다.
(비교예9.1)
도 19에 도시한 바와 같이, 다이스(2)의 입구측 바로 근방에 가이드 통(35)을 설치하고, 같은 출구측 바로 근방에 가이드 통(36)을 설치하였다. 더욱이, 도시를 생략하였지만, 입구측 가이드 통(35)의 입구측에는 관(4)을 무한궤도로 끼워서 연속하여 다이스(2)에 압입하는 방식의 연속 압입기를 설치하였다.
이 장치를 사용하여, φ40mm×6mm t×5 .5mL의 강관을 소재로 하고, 이 소재를 그 관내에 플러그(1)를 삽입하여 플로팅시키면서, 연속 이송하여 다이스(2, 이 예에서는 출구 구멍 직경 φ33mm)에 압입하는 압발가공에 의한 고치수 정밀도 관의 제조를 시행하였다. 압발가공전의 강관은 입구측 가이드 통(35)을 관통하고, 압발 가공후의 강관은 출구측 가이드 통(36)을 관통하였다.
(비교예9.2)
도 20에 도시한 바와 같이, 다이스(2)의 입구측 바로 근방 및 출구측 바로 근방에는 아무것도 설치하지 않았다. 더욱이, 도시를 생략하였지만, 다이스(2) 입구측에는 관(4)을 무한궤도로 끼워서 연속하여 다이스(2)에 압입하는 방식의 연속 압입기를 설치하였다.
이 장치를 사용하여, φ40mm×6mm t×5.5m L의 강관을 소재로 하고, 이 소재를 그 관내에 플러그(1)를 삽입하여 플로팅시키면서, 연속 이송하여 다이스(2, 이 예에서는 출구 구멍 직경 φ35mm)에 압입하는 압발가공에 의한 고치수 정밀도 관의 제조를 시행하였다.
(비교예9.3)
도 21에 도시한 바와 같이, 다이스(2)의 입구측 바로 근방 및 출구측 바로 근방에는 아무것도 설치하지 않았다.
다이스(2) 입구측에는 압입기를 설치하지 않고, 다이스(2) 출구측에 인발기(37)를 설치하였다.
이 장치를 사용하여, φ40mm×6mm t×5.5m L의 강관을 소재로 하고, 이 소재를 그 관내에 플러그(1)를 삽입하여 플로팅시키면서, 인발기(37)로 관선단을 파지 하여 강관을 다이스(2, 이 예에서는 출구 구멍 직경 φ35mm)로부터 인발방향(38)으 로 인발하고 인발가공에 의한 고치수 정밀도 관의 제조를 시행하였다.
상기 실시예 및 비교예의 방법으로 제조한 관의 굽힘 및 치수 정밀도를 조사한 결과를 표 9에 나타낸다. 관의 굽힘은, 관에 직선정규(Linear Ruler)를 배치하고, 관길이500mm당 관중앙부의 직선정규와 관과의 틈의 최대값으로 평가하였다. 관의 치수 정밀도는, 두께편차와 외경편차(각 예에서도 복수개 제조한 관의 데이터의 최대값)로 나타냈다. 이들의 편차는 관의 원주방향 단면을 화상해석한 데이터로부터, 두께편차는 평균두께에 대한 값, 외경편차는 완전한 원(목표외경)에 대한 값으로서 구하였다.
표 9로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의해 현저하게 양호한 치수 정밀도를 얻으면서, 압발후의 관의 굽힘을 충분히 방지할 수가 있었다.
실시예10
본 발명의 실시예 로서, 도 22에 도시한 바와 같은 설비열을 구성하였다. '39'는 압발가공장치이고, 이 장치는, 관에 플러그(1)를 장입하여 플로팅시키면서, 이 관을, 압입장치(43)로 연속적으로 다이스(2)에 압입하여 통과시키는 압발가공을 하는 것이다.
이 압발가공장치(39)에는, 바람직한 형태로서 상기와 같이 구성한 다이스 교환장치(45), 플러그 교환장치(44)및 굽힘방지장치(46)이 병설되어 있다.
압발가공장치(39)의 입구측에는, 상류측에서 순차적으로, 관단면 연삭장치(40), 윤활제 침지도포용기(41) 및 건조장치(42)가 배치되어 있다. 관단면 연삭장 치(40)는, 대(台)위에 나란히 한 관의 단면을 연삭 바이트로 관축방향으로 직각으로 가지런히 자르는 직각내기 연삭가능하게 구성되어 있다. 윤활제 침지도포용기(41)는, 건조성 액체 윤활제 에멀젼을 저장하고 있어, 상기 에멀젼 욕(浴)에 관을 침지함으로써 관에의 윤활제 도포가 행하여진다. 건조장치(42)는, 대위에 나란히 한 윤활제 도포후의 관을 열풍불어내기에 의해 건조가능하게 구성되어 있다. 더욱이, 이 설비열의 입구측에는 전체 공정으로부터 이송된 소관을 받아서 관단면 연삭장치(40)로 건네 주는 관받이대(47)를 설치하고, 또한 출구측에는 압발가공되어서 제품관으로 된 관을 후공정에서 찾는 관찾기대(48)를 설치하였다.
이 설비열을 사용하여, 외경 25∼120mmφ, 두께 2∼8mm, 길이 5∼13m의 치수범위에서 여러가지 다른 치수를 갖는, 산화 스케일이 부착된 채의 소관에, 관단면 직각내고, 윤활제 침지도포, 건조, 압발가공을 순차적으로 실시하여 제품관을 얻었다.
한편, 도 23에는, 비교예로서, 종래의 인발가공에 의한 제조 설비열을 나타냈다. 이 설비열은, 인발가공장치(50)의 입구측에 관받이대(47), 출구측에 관찾기 대(48)를 설치하여 되고, 인발가공장치(50)는, 관에 플러그(1)를 장입하여 플로팅시키면서, 이 관을 인발가공장치(50)로 다이스(2)로부터 인발하는 것이다. 더욱이, 인발가공장치(50)에는 실시예와 같이 구성한 플러그 교환장치(44) 및 다이스교환장치(45)를 병설하였다. 이 설비열에서는, 실시예와 같은 스케일 붙은 소관을 그대로 인발할 수 없고, 도 23에 나타내는 제1 전처리 공정 및 이것에 이어지는 제2 전처리 공정을 거친 관을 소관으로 할 필요가 있다.
제1 전처리 공정은, 인발가공을 위한 강고한 윤활막을 형성하는 수단으로서 필수적이고, 스케일 붙은 소관을 짧은 길이로 절단 ⇒ 산세에 의해 스케일을 제거 ⇒ 산을 알칼리로 중화 ⇒ 수세 ⇒ 본딩처리 ⇒ 금속비누를 도포 ⇒ 건조라고 하는 많은 순차적인 단계로 이루어진다. 이 제1 전처리 공정을 하는 복수의 침지용기 또는 장치는, 인발가공장치(50)와 같은 라인에 배치하면, 생산성이 저하하기 때문에, 별도 라인에 배치되어 있다. 또한, 제2 전처리 공정은, 인발가공장치(50)에 파지시키기 위해, 예컨대 로터리 단조기를 사용하여 관선단의 납땜가공을 하는 수 단으로서 필수적이고, 이 로터리 단조기도, 인발가공장치(50)와 같은 라인에 배치하면, 생산성이 저하하기 때문에, 별도 라인에 배치되어 있다.
이 비교예의 설비열을 사용하여, 실시예와 같은 스케일 붙은 소관을 제1, 제2 전처리 공정으로 순차적으로 처리한 전처리가 끝난 관에, 인발가공을 실시하여 제품관을 얻었다.
실시예 및 비교예에 대하여 조사한 제조 소요시간 및 제품관의 치수 정밀도를 표 10에 나타낸다. 제조 소요시간은, 소정수 로트의 스케일 붙은 소관으로부터 제품관을 얻을때 까지의 총 처리시간/총 처리개수로 평가하고, 표 10에는 비교예의 평가값을 1로 하여 그것과의 상대비로 나타냈다. 치수 정밀도는, 두께편차와 외경편차로 나타냈다. 이들의 편차는 관의 원주방향 단면을 화상해석한 데이터로부터, 두께편차는 평균두께에 대한 값, 외경편차는 완전한 원(목표외경)에 대한 값으로서 구하였다.
표 10으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의해 고치수 정밀도 관을 능률 이 좋게 제조할 수가 있었다.
본 발명의 고치수 정밀도 관은 현저하게 양호한 치수 정밀도를 갖고 그 결과 양호한 피로강도를 구비한 것이며, 더욱이 저비용으로 제조할 수 있기 때문에, 자동차용 구동계 부품 등의 경량화 촉진에 대폭 기여한다고 하는 뛰어난 효과를 발휘한다. 또한, 본 발명의 제조방법에 의하면, 광범위한 관요구 크기에 걸쳐 치수 정밀도가 현저하게 양호한 금속관을 저비용으로 제조할 수 있도록 되어 있다는 뛰어 난 효과를 발휘한다.
Figure 112005038642080-pct00001
Figure 112005038642080-pct00002
Figure 112005038642080-pct00003
Figure 112005038642080-pct00004
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Figure 112005038642080-pct00007
Figure 112005038642080-pct00008
Figure 112005038642080-pct00009
Figure 112005038642080-pct00010

Claims (62)

  1. 삭제
  2. 금속관을 그 관내에 플러그를 장입한 상태에서 다이스의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발을 행하고, 상기 다이스의 출구측의 금속관의 두께를 입구측의 두께 이하로 함으로써 제조된, 외경편차, 내경편차, 원주방향 두께편차 중 어느 1개 또는 2개 이상이 3.0％ 이하인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 금속관을 그 관내에 플러그를 장입한 상태에서 다이스의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발을 행함에 있어서 상기 다이스의 출구측의 관의 두께를 다이스의 입구측의 그 관의 두께 이하로 하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
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  26. 제6항에 있어서,
    상기 플러그는, 확관부분의 테이퍼진 각도가 축경부분의 테이퍼진 각도 미만으로 된 플러그인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  27. 제6항에 있어서,
    상기 다이스의 출구측의 관의 목표 외경을 그 입구측의 관의 외경 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  28. 안에 플러그를 장입한 관을 다이스의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발가공에 의해 고치수 정밀도 관을 제조함에 있어서, 상기 플러그로서 축경부분의 표면이 가공 중심축과 이루는 각도를 5∼40°, 그 축경부분의 길이를 5∼100mm로 한 플러그를 사용하고, 상기 다이스로서 입구측의 구멍내면이 가공 중심축과 이루는 각도를 5∼40°로 한 다이스를 이용하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 플러그의 베어링 부분의 길이를 5∼200mm로 한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    상기 다이스의 출구측에서의 관의 두께를 그 입구측에서의 관의 두께 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  31. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    상기 다이스로서 일체형 고정 다이스를 이용하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  32. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    상기 플러그를 관내에 플로팅시키는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  33. 관에 플러그를 장입하여 플로팅시키면서, 그 관을 다이스에 압입하여 통과시키는 압발을 행하는 고치수 정밀도 관의 제조방법에 있어서, 그 압발가공중에, 압발가공방향의 하중을 측정하고, 그 측정하중과, 가공전의 관인 소관의 재료특성으로부터 하기 [식 1]∼[식 3] 중 어느 하나로 산출한 계산하중을 비교하고, 그 결과에 근거하여 압발가공의 계속 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
    [식 1] σk × 소관 단면적
    여기에서, σk = YS × (1-a×λ), λ= (L／√n)/k, a = 0.00185∼O.0155, L: 소관 길이, k: 단면 2차 반경, k2 = (d1 2 + d2 2)/16, n: 관단부 상태(n = 0.25∼4), d1: 소관의 외경, d2: 소관의 내경, YS: 소관의 항복강도
    [식 2] 소관의 항복강도 YS × 소관 단면적
    [식 3] 소관의 인장강도 TS × 소관 단면적
  34. 제33항에 있어서,
    상기 측정하중이 상기 계산하중 이하인 경우는 계속실시라고 판정하여 그대로 가공을 계속하고, 한편, 상기 측정하중이 상기 계산하중 초과인 경우는 계속 불가라고 판정하여, 가공을 중단하고, 다이스 및 플러그 중 적어도 어느 하나를 동일한 제품 관치수에 대응하는 다른 형상의 것으로 교환한 후, 가공을 재개하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 교환후에 이용하는 다이스 및 플러그 중 적어도 어느 하나는, 다이스 및 플러그의 각도가 교환전의 것보다 작은 것으로 하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  36. 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    압발가공전에, 소관에 윤활제를 도포하는 것으로 하고, 상기 측정하중이 상기 계산하중 초과인 경우에만, 상기 윤활제의 종류를 변경하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
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  40. 금속관의 내면 전체 원주에 접촉가능한 플러그와, 그 관의 외면 전체 원주에 접촉가능한 구멍을 갖는 다이스와, 그 관을 연속적으로 압착하는 관압착기를 갖고, 금속관을 그 관내에 상기 플러그를 장입한 상태에서 상기 관압착기로 상기 다이스의 구멍에 압입하여 통과시키는 압발을 실행가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  41. 삭제
  42. 관에 플러그를 장입하여 플로팅시켜, 그 관을 연속적 또는 단속적으로 다이스에 압입하여 통과시키는 압발을 행하는 고치수 정밀도 관의 제조방법에 있어서, 구멍형이 다른 복수의 다이스를 동일 원주상에 배열하고, 이들 다이스 중 어느 1개를 제품치수에 따라 배열한 원주방향으로 이동시켜서 패스 라인(Pass Line)내에 배치하여 압발에 이용하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  43. 관에 플러그를 장입하여 플로팅시켜, 그 관을 연속적 또는 단속적으로 다이스에 압입하여 통과시키는 압발을 행하는 고치수 정밀도 관의 제조방법에 있어서, 구멍형이 다른 복수의 다이스를 동일 직선상에 배열하고, 이들 다이스 중 어느 1개를 제품치수에 따라 배열한 직선방향으로 이동시켜서 패스 라인내에 배치하여 압발에 이용하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  44. 제42항 또는 제43항에 있어서,
    앞의 관과 다음의 관으로 제품치수를 변경함에 있어서, 앞의 관의 압발 종료후, 다음의 관을 다이스 입구측에 정지시켜, 다음의 관의 제품치수에 따른 다이스의 이동 전후 또는 이동중에, 동일한 제품치수에 따른 플러그를 다음의 관에 장입하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  45. 관을 통과시키는 다이스와, 패스 라인내의 다이스에 관을 압입하는 압입기와, 복수의 다이스를 동일한 원주상에 배열한 형태로 지지하여 그 원주방향으로 반송하여 어느 1개의 다이스를 패스 라인내에 배치하는 다이스 회전대를 갖는 고치수 정밀도 관의 고능률제조장치.
  46. 관을 통과시키는 다이스와, 패스 라인내의 다이스에 관을 압입하는 압입기와, 복수의 다이스를 동일한 직선상에 배열한 형태로 지지하여 그 직선방향으로 반송하여 어느 1개의 다이스를 패스 라인내에 배치하는 다이스 직진대를 갖는 고치수 정밀도 관의 고능률 제조장치.
  47. 관에 플러그를 장입하여 플로팅시켜, 그 관을 다이스에 압입하여 통과시키는 압발을 행하는 고치수 정밀도 관의 제조방법에 있어서, 상기 다이스 출구측 바로 근방에 설치하여 통관(通管)방향과 직교하는 평면내 위치를 미리 조정한 구멍형에 상기 다이스 출구측의 관을 통과시킴으로써 관의 굽힘을 방지하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 다이스 입구측 및 상기 구멍형 출구측 중 적어도 어느 하나의 관을 가이드 통(筒)으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  49. 제47항 또는 제48항에 있어서,
    관을 연속하여 다이스에 압입하는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조방법.
  50. 관을 통과시키는 다이스와, 그 다이스에 관을 압입하는 압입기를 갖는 고치수 정밀도 관의 제조장치에 있어서, 상기 다이스 출구측 바로 근방에, 관을 통과시키는 구멍형과, 그 구멍형을 통관방향과 직교하는 평면내에서 이동가능하게 지지하는 지지기판과, 그 지지기판에 지지되어 상기 구멍형을 이동시키는 구멍형 이동기구를 갖는 관굽힘 미세조정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 구멍형 이동기구가, 구멍형 외주부의 1개소 또는 2개소 이상을, 통관방향으로 움직이는 쐐기형상(Wedge-shape) 금형의 테이퍼진 면을 통하여 통관방향과 직교하는 방향으로 압입하는 방식의 것인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 쐐기형상 금형의 움직임은 나사의 밀어붙임에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  53. 제50항에 있어서,
    상기 구멍형 이동기구가, 구멍형 외주부의 1개소 또는 2개소 이상을 직접 통관방향과 직교하는 방향으로 압입 또는 인출 방식의 것인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 압입 또는 인출 방식의 압입 또는 인출을 유체압 실린더로 밀어붙이는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  55. 제50항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구멍형의 구멍직경이, 상기 다이스의 출구 구멍직경 이상인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  56. 제50항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구멍형의 구멍이 일직선(Straight) 구멍 또는 테이퍼진 구멍인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  57. 제50항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이스 입구측 및 상기 관굽힘 미세조정수단 출구측 중 적어도 어느 하나의 관을 통과시키는 가이드 통을 더 갖는 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  58. 제50항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압입기가, 관을 연속하여 압입가능한 연속 압입기인 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  59. 압발가공장치를 갖는 고치수 정밀도 관의 제조장치로서, 관의 단면을 관 축방향으로 직각으로 연삭하는 관단면 연삭장치와, 관에 윤활제를 침지 도포하는 윤활제 침지도포용기와, 윤활제가 도포된 관을 건조시키는 건조장치와, 상기 압발가공장치를 이 순서대로 배치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  60. 제59항에 있어서,
    관을 짧은 길이로 절단하는 절단장치를, 상기 관단면 연삭장치의 입구측에 더 배치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  61. 제59항 또는 제60항에 있어서,
    상기 윤활제 침지도포용기 및 상기 건조장치에 대신하여, 상기 압발가공장치의 다이스 입구측에, 관에 윤활제를 분사 도포하는 윤활제 분사도포장치, 또는 관에 윤활제를 분사 도포한 후 건조시키는 윤활제 분사도포 건조장치를 배치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
  62. 제59항 또는 제60항에 있어서,
    상기 압발가공장치에 병설(倂設)하여, 상기 다이스를 교환하는 다이스 교환장치, 상기 플러그를 교환하는 플러그 교환장치, 상기 다이스 출구측의 관의 굽힘을 방지하는 굽힘방지장치 중 1개 또는 2개 이상을 배치한 것을 특징으로 하는 고치수 정밀도 관의 제조장치.
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