KR100716374B1

KR100716374B1 - 마그네슘 합금관의 굽힘 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100716374B1
Application number: KR1020060039835A
Authority: KR
Inventors: 윤형섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2007-05-11

Abstract

본 발명은 마그네슘 합금관의 굽힘 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파이프 및 형재 등의 굽힘 가공시 곡관 외측부를 포함하여 전체 단면의 80∼90%를 형상 보정 가이드로 규제하는 동시에 관내에 유도코일을 갖는 멘드럴을 삽입하여 곡관의 외측 굽힘부 및 내측 굽힘부의 온도를 각기 다른 적합한 온도로 가열함으로써, 외측 굽힘부의 편평화 및 내측 굽힘부의 주름 발생을 동시에 방지할 수 있도록 한 마그네슘 합금관의 굽힘 장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 원형파이프의 굽힘 가공될 부분의 내부로 굽힘 변형이 자유롭게 삽입되는 멘드럴과; 상기 멘드럴의 내부에 장착되어, 하나는 원형파이프의 내측 굽힘부를, 다른 하나는 원형파이프의 외측 굽힘부를 가열하게 되는 2개의 가열코일과; 상기 원형파이프의 내측 굽힘부상에 배치되어 내측 굽힘부를 눌러주는 굽힘롤과; 상기 원형파이프의 외측 굽힘부를 받쳐주는 받침롤과; 상기 원형파이프의 양단이 안착되는 다이를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금관의 굽힘 장치 및 방법을 제공한다.

마그네슘 합금관, 굽힘 장치 및 방법, 외측 굽힘부, 내측 굽힘부, 가열코일

Description

마그네슘 합금관의 굽힘 장치 및 방법{Device and method for bending Mg alloy pipe}

도 1은 본 발명에 따른 굽힘 장치 및 그 사용상태를 도시한 것으로서, 원형파이프의 굽힘부 단면을 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 원형파이프 굽힘 장치를 나타내는 측면도,

도 3은 마그네슘 합금의 온간 성형이 이루어지는 온도구간에서 마그네슘 합금의 인장응력, 연신율, 경화타입(hardening type) 등의 물성변화를 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명의 굽힘 장치를 이용하여 실제 굽힘 가공된 원형 단면의 마그네슘(AZ31) 곡관을 나타내는 사진.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 원형파이프 12 : 멘드럴

14a,14b : 가열코일 16a : 외측 굽힘부

16b : 내측 굽힘부 18 : 굽힘롤

20 : 받침롤 22 : 다이

주지된 바와 같이, 금속 곡관의 제조방법으로서, 압출한 금속제의 직관을 열간으로 굽힘 가공하는 방법이 잘 알려져 있다.

금속곡관중 파이프 및 형재를 굽힘 가공하는 경우, 균열발생 이외의 굽힘변형에 따르는 단면형상의 변화, 주름의 발생과 같은 것에 의해 가공한계에 이르는 경우가 많이 발생한다.

예를 들면, 원형파이프를 굽힘 가공하는 경우, 그 굽힘되는 단면이 편평화되면서 원형 단면 형상이 일그러지게 되고, 또 굽힘부 단면의 두께는 외측이 얇아지고 내측이 두꺼워지는 현상이 일어나며, 더 나아가 굽힘 변형을 심하게 주게 되면, 굽힘부의 내측에 좌굴에 의한 주름이 발생한다.

이러한 현상은 형재에 있어서도 동일하게 발생하는 바, 즉 단면 형상에 각이 틀어지거나 굽힘 내측의 플랜지부에 좌굴에 의한 주름이 발생한다.

따라서, 이러한 한계량을 극복하기 위해서 강제적으로 외부나 내부에서 단면형상을 구속해서 굽힘을 실시하는 것과 더불어, 성형 한계량이 작은 얇은 금속관이나 마그네슘 합금 등을 소재로 한 금속관의 굽힘 가공시에는 외측부가 원활히 신장할 수 있도록 소재의 온도를 높여 가공하는 열간 가공을 해야 할 필요가 있다.

상기 열간 굽힘가공시의 소재의 가열은 보통 굽힘롤을 통한 간접가열 방식이 사용되고 있지만, 이 방법으로는 소재를 균일하게 가열하는 것이 불가능하므로, 관의 내부에 유도코일이 배치되어 굽힘변형이 자유로운 유도코일 가열 방법이 이미 개발되어 적용되고 있다.

또한, 굽힘롤에 지그를 부착해 외부에서 곡관부의 굽힘 중립부 상의 외경을 규제함으로써 편평화를 방지하는 방법을 일반적으로 사용하기도 한다(일본특허: JP-P-2003-00011685 참조).

대개, 굽힘 내측부 관벽의 주름 변형은 특히 소재의 온도가 높아질수록 쉽게 발생하는 바, 따라서 곡관 외측부의 파단이나 편평화를 방지하기 위해서 열간 가공 시 소재의 온도를 너무 높이면 곡관 내측부에서 주름이 발생하게 되므로, 열간 가공시 적정온도 범위 내로 온도 조절을 하지 못하면 가공시 굽힘불량이 발생하게 된다.

상기와 같은 종래의 금속관 굽힘 기술은 주로 스틸 등 가공성이 비교적 우수한 소재를 대상으로 개발된 기술이므로, 얇은 관이나 마그네슘 합금에 적용하기에 어려운 점이 있으며, 그 이유는 곡관부의 편평화와 주름발생 문제는 서로 다른 온도영역에서 발생하므로 기존의 유도코일이나 챔버 등을 이용한 균일 가열법으로는 온도에 따른 물성변화가 심한 재료의 굽힘 가공을 수행하기 힘들기 때문이다.

특히, 마그네슘 관의 굽힘 가공은 그 특성상 어려움이 많으며, 그 이유는 가공재용 마그네슘 합금인 AZ31은 성형 한계량도 매우 작을뿐더러 도 3의 그래프에서 보듯이 온도에 따른 물성 변화가 매우 민감하게 발생하여, 온간 가공하여 원하는 형태의 제품을 제조하는 것은 쉽지 않기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 소재에 적합한 관굽힘 방법을 연구한 결과물로서, 굽힘 가공시 곡관 외측부를 포함하여 전체 단면의 80∼90%를 형상 보정 가이드로 규제하는 동시에 관내에 유도코일을 갖는 멘드럴을 삽입하여 곡관의 외측부 온도와 내측부 온도를 각각 외측부의 편평화와 내측부의 주름을 동시에 방지할 수 있는 적합한 온도로 유지해줌으로써, 굽힘 가공을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 한 마그네슘 합금관의 굽힘 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일구현예는: 굽힘 장치에 있어서, 원형파이프의 굽힘 가공될 부분의 내부로 굽힘 변형이 자유롭게 삽입되는 멘드럴과; 상기 멘드럴의 내부에 장착되어, 하나는 원형파이프의 내측 굽힘부를, 다른 하나는 원형파이프의 외측 굽힘부를 가열하게 되는 2개의 가열코일과; 상기 원형파이프의 내측 굽힘부상에 배치되어 내측 굽힘부를 눌러주는 굽힘롤과; 상기 원형 파이프의 외측 굽힘부를 받쳐주는 받침롤과; 상기 원형파이프의 양단이 안착되는 다이를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금관의 굽힘 장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 굽힘 방법에 있어서, 원형파이프의 굽힘 가공될 부분의 내부로 2개의 가열코일을 갖는 멘드럴을 삽입하는 단계와; 상기 원형파이프의 양단을 다이상에 안착시키는 동시에 원형파이프 외측 굽힘부를 받침롤상에 안착시키는 단계와; 상기 원형파이프의 내측 굽힘부를 굽힘롤로 눌러주면 굽힘 가공을 진행하는 동시에 상기 가열코일중 하나는 상기 내측 굽힘부를 170∼180 ℃로 가열하고, 다른 가열코일이 상기 외측 굽힘부를 185∼195 ℃로 가열하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금관의 굽힘 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 굽힘 장치는 일반적인 금속관 굽힘 장치에 관의 외측 및 내측 굽힘부를 각각 적합한 온도로 가열해 줄 수 있도록 가열코일을 갖는 멘드럴(12)이 관내에 장착되는 점에 주된 특징이 있다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 굽힘 장치 및 그 사용상태를 도시한 것으로서, 원형파이프(10)의 굽힘부 단면을 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 원형파이프(10)내에 굽힘 변형이 자유로운 멘드럴(12)이 삽입 장착되고, 이 멘드럴(12)에는 2개의 가열코일(14a, 14b)이 내설 된다.

상기 가열코일(14a,14b)는 각각 원형파이프(10)의 외측 굽힘부(16a)와 내측 굽힘부(16b)를 가열하게 되는데, 이때의 가열온도는 상기 외측 굽힘부(16a)에서 신장이 원활히 일어나서 균열이나 편평화가 발생하지 않도록 하고, 상기 내측 굽힘부(16b)에서는 주름발생이 억제되면서 굽힘가공 변형이 원활히 진행되는 온도를 고려하여 결정한다.

보통, 신장이 원활하게 발생되도록 상기 외측 굽힘부(16a)의 온도를 더 높게 유지해 주어야 한다.

상기 내측 굽힘부(16b)의 위쪽에는 내측굽힘부(16b)의 원형 단면을 유지시키는 동시에 그 변형을 규제하는 상단굽힘롤(18)이 배치되며, 상기 외측 굽힘부(16a)의 외측에는 별도의 받침롤(20)이 배치되어 외측굽힘부(16a)의 원형 단면 형태를 유지시키는 규제 기능을 하게 된다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 원형파이프 굽힘 장치의 측면도를 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 가열코일(14a,14b)을 갖는 멘드럴(12)이 삽입된 원형파이프(10)를 소정 크기의 다이(22) 위에 안착시킨 다음, 지그가 부착된 굽힘롤(18)이 하강하면서 원형파이프(10)를 눌러 굽힘 가공을 하게 된다.

보다 상세하게는, 상기 원형파이프(10)의 굽힘부 내부에 2개의 유도코일 즉, 가열코일(14a,14b)이 내설된 멘드럴(12)을 삽입한 다음, 이 원형파이프(10)를 상기 다이(22)상에 안착시킨 후, 상기 굽힘롤(18)이 하강하면서 원형파이프(10)의 내측굽힘부(16b)를 누르게 되는 동시에 원형파이프(10)의 외측굽힘부(16a)는 그 아래쪽 에 고정 배치된 받침롤(20)에 받쳐지는 상태가 된다.

이때, 상기 외측 굽힘부(16a)는 그 아래쪽에 별도로 배치된 받침롤(20)에 의하여 그 형태가 규제되므로 편평화가 적극적으로 방지될 수 있다.

첨부한 도 3은 일반적으로 마그네슘 합금의 온간 성형이 이루어지는 온도구간에서 마그네슘 합금의 인장응력, 연신율, 경화타입(hardening type) 등의 물성변화를 나타낸 그래프이다.

전술한 바와 같이, 상기 원형파이프(10)의 외측 및 내측 굽힘부(16a,16b)의 온도 범위는 온도변화에 따른 물성변화 데이터로부터 굽힘시 편평화와 주름이 발생하지 않는 온도 구간을 각각 고려해서 정하게 된다.

즉, 본 발명에 따른 실험예로서, 도 3의 그래프와 같이 마그네슘 합금의 온간 성형시 나타난 물성 측정값을 그 데이타로 활용하여, 상기 원형파이프(10)의 외측 및 내측 굽힘부(16a,16b)에 대한 가열온도를 다르게 가한 결과, 굽힘 가공시 외측 굽힘부의 편평화 및 내측 굽힘부의 주름이 발생하지 않는 온도 구간을 얻을 수 있었으며, 그 결과는 마그네슘 합금관의 굽힘 가공시 내측 굽힘부 온도는 170∼180 ℃, 외측부 온도는 185∼195 ℃로 유지하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

본 발명에 따른 다른 실험예로서, 상기한 본 발명의 굽힘 장치를 이용하여 마그네슘 관에 대한 굽힘 가공을 실시하였으며, 그 곡률반경을 측정하였으며, 첨부한 도 4는 실제 굽힘 가공된 원형 단면의 마그네슘(AZ31) 곡관을 나타낸다.

그 결과, 곡률반경은 110mm이었으며, 이는 마그네슘 원형단면 관에 대한 90도에 가까운 굽힘가공이 내측 굽힘부의 주름 발생이나 외측 굽힘부의 편평화 현상 없이 성공적으로 수행할 수 있었음을 나타내며, 상기 곡률반경은 곡관 외경의 2.4배 정도로 타 굽힘 방법에 비하여 우수한 결과치를 나타냄을 알 수 있었다.

이와 같이, 기존의 여러가지 굽힘 방법 및 장치(압축, 혹은 인장을 하면서 굽히는 방법, 롤을 이용한 방법 등)에 비하여 본 발명의 굽힘 방법은 간단하면서도 정확한 굽힘이 이루어질 수 있으며, 그로 인해서 굽힘 가공을 보다 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘 합금관의 굽힘 장치 및 방법에 의하면, 파이프 및 형재 등의 굽힘 가공시 곡관 외측부를 포함하여 전체 단면의 80∼90%를 형상 보정 가이드로 규제하는 동시에 관내에 유도코일을 갖는 멘드럴을 삽입하여 곡관의 외측 굽힘부 및 내측 굽힘부의 온도를 각기 다른 적합한 온도로 가열함으로써, 마그네슘관의 외측 굽힘부의 편평화 및 내측 굽힘부의 주름 발생을 동시에 방지할 수 있는 장점을 제공한다.

Claims

굽힘 장치에 있어서,

파이프의 굽힘 가공될 부분의 내부로 굽힘 변형이 자유롭게 삽입되는 멘드럴과;

상기 멘드럴의 내부에 장착되어, 하나는 원형파이프의 내측 굽힘부를, 다른 하나는 파이프의 외측 굽힘부를 가열하게 되는 2개의 가열코일과;

상기 파이프의 내측 굽힘부상에 배치되어 내측 굽힘부를 눌러주는 굽힘롤과;

상기 파이프의 외측 굽힘부를 받쳐주는 받침롤과;

상기 파이프의 양단이 안착되는 다이를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금관의 굽힘 장치.
굽힘 방법에 있어서,

파이프의 굽힘 가공될 부분의 내부로 2개의 가열코일을 갖는 멘드럴을 삽입하는 단계와;

상기 파이프의 양단을 다이상에 안착시키는 동시에 원형파이프 외측 굽힘부를 받침롤상에 안착시키는 단계와;

상기 파이프의 내측 굽힘부를 굽힘롤로 눌러주면 굽힘 가공을 진행하는 동시에 상기 가열코일중 하나는 상기 내측 굽힘부를 170∼180 ℃로 가열하고, 다른 가 열코일이 상기 외측 굽힘부를 185∼195 ℃로 가열하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금관의 굽힘 방법.