KR101061574B1 - 넥 타입 플랜지의 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 넥 타입 플랜지의 성형방법에 관한 것이다.

본 발명의 넥 타입 플랜지의 성형방법은, 소재를 절단하여 상기 넥 타입 플랜지의 워크피스를 얻는 절단단계; 상기 워크피스를 가열로에 장입하여 가열하는 가열단계; 상기 가열단계에서 얻어진 워크피스를 상부 표면이 평평한 형태의 업셋지그다이 위에 안착시킨 후 업셋지그로 워크피스의 상부를 가압하여 원판 형의 1차프리폼을 얻는 업셋단계; 원기둥 형태로 형성되어 있되, 상면에 원형의 함몰부가 형성되어 있는 펀칭지그다이를 준비하여 상기 1차프리폼을 펀칭지그다이 위에 안착시킨 후, 원기둥 형태로 형성되어 있되, 저면 중앙에 하향 돌출된 원통형의 돌출부가 형성되어 있는 펀칭지그로 1차프리폼을 가압하여 중앙 측이 원형으로 하향 돌출된 넥부가 형성된 2차프리폼을 얻는 펀칭및사이징단계; 원기둥 형태로 형성되어 있되, 중앙에 원형의 관통홀이 형성되어 있는 피어싱지그다이를 준비하여 상기 2차프리폼을 피어싱지그다이 위에 안착시킨 후 원통형으로 형성되어 있되, 저면 중앙에 하향 돌출된 원통형의 관통부가 형성되어 있는 피어싱지그로 관통부가 관통홀을 관통하도록 2차프리폼을 가압하여 2차프리폼 중앙에 홀을 형성하는 피어싱단계;로 구성된다.

본 발명에 의해, 업셋(Up-set) 단계 이후에 펀칭 및 사이징(Punching and sizing)을 실시한 후 재료를 뒤집지 않은 채 바로 피어싱(Piercing)을 실시하는 공정으로 넥 타입 플랜지를 성형함으로써 공정이 단순해지며, 특히 소재를 뒤집지 않 고 그대로 작업하므로 작업의 정확성이 향상되고, 단순해진 공정을 통해 종래의 플랜지 성형방법에 비해 작업 속도를 1/10로 단축시켜 생산성이 획기적으로 향상된다.

넥, 플랜지, 성형, 업셋, 펀칭, 피어싱

Description

넥 타입 플랜지의 성형방법{METHOD FOR MANUFACTURING A NECK FLANGE}

일반적으로 유체 또는 분체의 수송을 위해서는 관(pipe)이 사용되는데, 이러한 관은 길이의 제한 및 관의 방향을 변경하기 위하여 다양한 형상 및 길이의 관을 연결하여 사용한다.

이러한 관의 연결방법에는 관의 결합부에 플랜지를 만들고 볼트, 리벳 또는 용접하여 결합하는 플랜지 커플링(flange coupling)방법과 관의 단부에 나사산 형성하고 엘보, 크로스, 소켓, 밴드, 유니언 또는 니플 등을 사용하여 결합시키는 방법과, 연결되는 관과 연결시키는 관 사이에 삽입되는 턱과 그 턱을 고정하는 턱을 형성하여 관을 연결하는 소켓삽입이음 방법이 있다.

본 발명은 이러한 관의 연결방법 중 플랜지 커플링방법과 관련하여 플랜지부를 형성한 넥 타입 플랜지에 관한 것으로 보다 상세하게는 넥 타입 플랜지의 성형방법에 관한 것이다.

넥 타입 플랜지의 성형방법과 관련된 기술로 "롱넥플랜지의 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-0688066호)에는, 연결부의 일단에 측선을 가지는 결합단을 형성하고, 결합단의 형상과 대응되는 형상을 가지는 결합구를 플랜지부의 소정 위치에 형성하며, 연결부를 상기 연결부의 길이방향 축을 중심으로 고속회전시키면서 상기 플랜지부에 형성되어 있는 상기 결합구에 근접시킨 다음 연결부에 형성되어 있는 상기 결합단을 상기 결합구에 압밀시켜 마찰열에 의해 용융시키고, 상기 결합단을 상기 결합구에 접합시키는 단계를 포함하는 롱넥플랜지의 제조방법이 공개되어 있다.

상기와 같은 성형방법은 개별적인 소재로부터 절단 및 가공공정을 거쳐 넥과 플랜지부를 성형하여야 하므로 절단 및 가공 공정에 의해 비용이 발생되었으며, 가공시 소재의 일부가 스크랩 형태로 버려지는 단점이 있으며 개별적으로 성형된 넥과 플랜지부를 접합시키는 공정이 추가되어 제작 비용이 증가되는 문제가 있었다.

또한, 접합된 넥과 플랜지부가 충분한 강도를 가지지 못하는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 기술로, 소재를 절단하여 워크피스를 얻는 절단단계; 워크피스를 단조금형 위에 배치하고 가압하여서, 단조금형을 향한 쪽에는 중앙부가 함몰된 넥부와 그 가장자리의 플랜지부 상부면이 형성되고, 반대쪽에는 플랜지부 하부면이 형성된 1차프리폼을 얻는 업셋(up-set)단계; 1차프리폼을 단조금형 상에 배치하고 플랜지부 하부면 중앙부를 펀치로 가압하여서, 플랜지부 하부면 중앙부가 함몰되어 안으로 들어가고 그 주위는 반대방향으로 절곡된 2차프리폼을 얻는 보스(boss)단계; 2차프리폼을 단조금형 상에 배치하고 플랜지부 하부면을 가압하여서, 플랜지부 하부면 중앙부에 함몰부가 형성되고 그 주위의 플랜지부 하부면은 평평하게 된 3차 프리폼을 얻는 1차 피어싱(piercing)단계; 3차 프리폼을 단조금형에서 분리시키고 3차 프리폼의 중앙부를 펀치로 가압하여 넥부의 함몰된 중앙부와 플랜지부 하부면의 함몰부를 연통시켜서 된 내경부를 구비한 4차 프리폼을 얻는 2차 피어싱단계; 및, 2차 피어싱 단계를 거쳐 형성된 내경부에 회전축을 결합시키고, 상기 회전축과 나란한 축을 갖는 압연롤로 상기 회전축의 수직방향에서 상기 4차 프리폼을 가압하여서 넥과 플랜지를 형성하는 압연단조단계로 구성된, "압연단조 방법을 이용한 넥 타입 플랜지 성형방법"(한국 등록특허공보 제10-0894034호)이 도 1과 같이 공개된 바 있다.

상기와 같은 플랜지를 단조한 후 넥과 결합시키는 종래의 기계가공 방법에 비해 원소재를 절감할 수 있는 효과가 있으며, 가공시간 및 가공비용을 절감시키는 장점을 갖는다.

상기와 같은 종래의 기술은 플랜지 하나를 제조하는 데 대략 30분 정도가 소요되는데, 이는 하루 8시간 기준으로 대략 16개 정도의 플랜지를 생산하게 되어 생산 속도를 더 빠르게 단축시켜야 할 필요성이 대두되는 실정이다.

보다 구체적으로, 보스단계, 1차피어싱, 2차피어싱 단계 및 압연단조단계를 거치게 되어 공정이 복잡한 문제가 있었다.

특히, 피어싱 과정에서 재료를 180도 뒤집는 과정이 소요되는데 이는 뒤집는 데 따른 시간의 소요 및 중간에 부재의 위치를 변화시킴에 의해 정확한 위치에 세팅하지 못할 시 정확한 규격의 제품을 제조하지 못하는 문제점이 있었다.

즉, 이러한 문제점 때문에 압연단조단계를 통해 제품의 외곽 형상을 다시 세 팅하게 되는데 결과적으로 공정이 복잡하고, 이중으로 처리되는 문제점이 있었다.

본 발명의 넥 타입 플랜지의 성형방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생되는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 업셋(Up-set) 단계 이후에 펀칭 및 사이징(Punching and sizing)을 실시한 후 재료를 뒤집지 않은 채 바로 피어싱(Piercing)을 실시하는 공정으로 넥 타입 플랜지를 성형함으로써 공정을 단순화시키려는 것이다.

특히, 소재를 뒤집지 않고 그대로 작업하므로 작업의 정확성을 향상시키려는 것이다.

상기와 같은 공정을 통해 종래의 플랜지 성형방법에 비해 작업 속도를 1/10로 단축시켜 생산성을 획기적으로 향상시키려는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 넥 타입 플랜지의 성형방법은, 소재를 절단하여 상기 넥 타입 플랜지의 워크피스를 얻는 절단단계; 상기 워크피스를 가열로에 장입하여 가열하는 가열단계; 상기 가열단계에서 얻어진 워크피스를 상부 표면이 평평한 형태의 업셋지그다이 위에 안착시킨 후 업셋지그로 워크피스의 상부를 가압하여 원판 형의 1차프리폼을 얻는 업셋단계; 원기둥 형태로 형성되어 있되, 상면에 원형의 함몰부가 형성되어 있는 펀칭지그다이를 준비하여 상기 1차프리폼을 펀칭지그다이 위에 안착시킨 후, 원기둥 형태로 형성되어 있되, 저면 중앙에 하향 돌출된 원통형의 돌출부가 형성되어 있는 펀칭지그로 1차프리폼을 가압하여 중앙 측이 원형으로 하향 돌출된 넥부가 형성된 2차프리폼을 얻는 펀칭및사이징단계; 원기둥 형태로 형성되어 있되, 중앙에 원형의 관통홀이 형성되어 있는 피어싱지그다이를 준비하여 상기 2차프리폼을 피어싱지그다이 위에 안착시킨 후 원통형으로 형성되어 있되, 저면 중앙에 하향 돌출된 원통형의 관통부가 형성되어 있는 피어싱지그로 관통부가 관통홀을 관통하도록 2차프리폼을 가압하여 2차프리폼 중앙에 홀을 형성하는 피어싱단계;로 구성된다.

이때 상기 펀칭및사이징단계에서, 상기 펀칭지그다이 상면과 함몰부 사이는 단면 형태가 경사진 제1경사부가 형성되어 있고, 상기 펀칭지그는 저면과 돌출부 사이는 단면 형태가 경사진 제2경사부가 형성되어 있어 2차프리폼의 넥부 측벽면이 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 피어싱단계에서, 피어싱지그다이의 상면은 상기 펀칭지그다이의 상면과 동일한 형태로 형성되어 있어 2차프리폼의 저부에 밀착되어 지지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 펀칭및사이징단계에서, 상기 펀칭지그다이 상면 둘레에는 반원형의 단면을 갖는 하부돌출부가 형성되어 있고, 상기 펀칭지그의 저면 둘레에는 반원형의 단면을 갖는 상부돌출부가 형성되어 있어 1차프리폼을 가압할 때 1차프리폼의 둘레가 원형의 일정한 형태가 되도록 가이드하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 업셋(Up-set) 단계 이후에 펀칭 및 사이징(Punching and sizing)을 실시한 후 재료를 뒤집지 않은 채 바로 피어싱(Piercing)을 실시하는 공정으로 넥 타입 플랜지를 성형함으로써 공정이 단순해진다.

특히, 소재를 뒤집지 않고 그대로 작업하므로 작업의 정확성이 향상된다.

아울러, 상기와 같은 공정을 통해 종래의 플랜지 성형방법에 비해 작업 속도를 1/10로 단축시켜 생산성이 획기적으로 향상된다.

이하, 본 발명의 넥 타입 플랜지의 성형방법에 대하여 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 넥 타입 플랜지의 성형방법은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 절단단계, 가열단계, 업셋단계, 펀칭및사이징단계, 피어싱단계로 구성된다.

절단단계는 원재료를 적당한 두께와 폭으로 절단하여 워크피스(work piece)를 얻는 공정이다.

원재료로부터 실제 성형되는 플랜지의 크기에 맞게 적절한 형태로 절단되는 것으로 워크피스(10)가 실제로 성형되는 플랜지의 크기에 적합한 중량을 가질 수 있도록 한다.

가열단계는 워크피스(10)를 가열로에 장입하여 가열하여 가압 성형이 가능하 도록 하는 과정이다.

절단단계 및 가열단계는 통상의 단조 성형시 소요되는 공정이라 할 것이므로 세부 설명은 생략하기로 한다.

업셋단계는 가열단계에서 얻어진 워크피스(10)를 상부 표면이 평평한 형태의 업셋지그다이(up-set jig die) 위에 안착시킨 후 업셋지그(up-set jig)로 워크피스(10)의 상부를 가압하여 원판 형의 1차프리폼(20)을 얻는 과정이다.

도 3에는 상면이 평평하게 형성되어 있는 원통형의 업셋지그다이(100) 위에 워크피스(10)를 안착시킨 후 그 위로 저면이 평평한 형태의 업셋지그(110)를 위치시킨 후 업셋지그(110)를 하향 이동시켜 일정한 두께와 너비를 갖는 1차프리폼(20)을 형성하는 과정이 도시되어 있다.

이러한 업셋단계는 종래의 업셋단계에서 도 1에 도시된 것처럼 단조금형의 형태가 아랫 부분이 움푹 패이고, 그 중앙에 상향 돌출되도록 형성하여 업셋했던 것과는 차별화된 구성이다.

펀칭및사이징단계는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 업셋단계를 거쳐 형성된 1차프리폼(20)을 가압하여 중앙 측이 원형으로 하향 돌출된 넥부(31)가 형성된 2차프리폼(30)을 얻도록 하였다.

이를 위해 도시된 바와 같이 펀칭지그다이(punxhing jig die)와 펀칭지그(punxhing jig)를 준비한다.

이때, 펀칭지그다이(200)는 원기둥 형태로 형성되어 있되, 상면에 원형의 함몰부(201)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 펀칭지그다이(200) 위에 1차프리폼(20)을 적재한 상태에서 중심이 서로 일치되도록 배치한다.

펀칭지그(210)는 역시 원기둥 형태로 형성되어 있되, 도시된 것처럼 저면 중앙에 하향 돌출된 원통형의 돌출부(211)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 도면에 나타난 바와 같이 펀칭지그다이(200) 위에 1차프리폼(20)을 올려놓은 상태에서 펀칭지그(210)를 하향 이동시키면서 1차프리폼(20)을 가압하게 되면 도시된 것처럼 중앙 측이 원형으로 하향 돌출된 넥부(31)가 구비된 2차프리폼(30)이 형성된다.

이때, 펀칭지그다이(200) 위로 가압하는 펀칭지그(210)는 일정한 높이가 되도록 가압하여 1차프리폼(20)이 2차프리폼(30)으로 형성되는 과정에서 제조될 2차프리폼(30)의 직경 및 높이가 일정한 규격이 될 정도의 높이까지 가압하는 것을 특징으로 한다.

즉, 2차프리폼(30)의 외경 및 두께가 성형될 플랜지의 외경 및 두께가 되도록 미리 맞추어 성형하는 것이다.

이는, 산술적인 계산에 의해서 또는 반복 실험을 통해서 펀칭지그다이(200)와 펀칭지그(210) 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 하면 된다.

상기와 같은 펀칭및사이징단계에서 도시된 바와 같이 펀칭지그다이(200) 상면과 함몰부(201) 사이는 단면 형태가 경사진 제1경사부(202)가 형성되어 있고, 펀 칭지그(210)는 저면과 돌출부(211) 사이는 단면 형태가 경사진 제2경사부(212)가 형성되어 있어 2차프리폼(30)의 넥부(31) 측벽면이 경사지게 형성할 수도 있다.

피어싱단계는 펀칭및사이징단계에서 가압된 중앙 부분을 관통시켜 관통홀(301)이 형성되도록 하는 공정이다.

이를 위해 펀칭및사이징단계에서 형성된 2차프리폼(30)을 피어싱지그다이(piercing jig die) 위에 안착시키고, 상부에서 피어싱지그(piercing jig)를 하향 이동시켜 관통홀(301)을 형성하도록 한다.

이를 위한 피어싱지그다이(300)는 도시된 바와 같이 원기둥 형태로 형성되어 있되, 중앙에 원형의 관통홀(301)이 형성되어 있으며, 피어싱지그(310)는 원통형으로 형성되어 있되, 저면 중앙에 하향 돌출된 원통형의 관통부(311)가 형성되어 있다.

도면을 살펴보면 피어싱지그(310)의 관통부(311)가 2차프리폼(30)의 중앙부를 가압하여 관통하여 피어싱지그다이(300)의 관통홀(301)을 관통함으로써 2차프리폼(30)의 중앙에 홀을 형성한다.

상기와 같은 피어싱단계에서 피어싱지그다이(300)의 상면은 상기 펀칭지그다이(200)의 상면과 동일한 형태로 형성되어 있어 2차프리폼(30)의 저부에 밀착되어 지지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 도시된 바와 같이 피어싱지그다이(300)의 상부 중앙에 하향되게 형성된 2차프리폼안착홈(302)을 형성하고, 그 외측으로 안착홈경사부(303)를 형성 하여 2차프리폼(30)의 저부 모양에 대응되도록 할 수 있다.

상기와 같은 구성에 있어서 펀칭및사이징단계에서 도 4에 도시된 바와 같이 펀칭지그다이(200) 상면 둘레에는 반원형의 단면을 갖는 하부돌출부(203)가 형성되어 있고, 상기 펀칭지그(210)의 저면 둘레에는 반원형의 단면을 갖는 상부돌출부(213)가 형성되어 있어 1차프리폼(20)을 가압할 때 1차프리폼(20)의 둘레가 원형의 일정한 형태가 되도록 가이드하도록 할 수 있다.

이는 가압하는 펀칭지그(210)가 1차프리폼(20)의 정 중앙 상부에 배치된 채 가압할 때 미세한 변화에 의해 1차프리폼(20)의 외주면이 불균일해지는 것을 방지하고 1차프리폼(20)의 눌려지면서 그 형상을 어느 정도 가이드하기 위함이다.

상기와 같은 공정에 의해 제조된 넥 타입 플랜지(40)는 도 5에 도시된 바와 같다.

이때, 종래의 공정에서는 단조 금형의 형상 및 공정에 의해 2차 피어싱 이후에 압연단조단계를 거치게 되나, 본 발명에서는 펀칭및사이징단계에서 미리 성형될 플랜지의 외곽 치수 및 두께를 형성하게 되므로 별도의 압연단조단계를 거치지 않게 되는 장점이 있다.

아울러, 상기와 같은 구성은 종래의 넥 타입 플랜지 성형방법에서 업셋 후 보스, 1차 피어싱, 2차 피어싱을 실시하던 것을 업셋, 펀칭, 피어싱으로 단축시킴과 동시에 소재를 뒤집는 과정이 생략되어 훨씬 단순하면서도 신속하게 플랜지를 성형할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 넥 타입 플랜지의 제조 공정을 순서대로 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명의 넥 타입 플랜지의 성형방법을 나타낸 공정도.

도 3은 본 발명의 넥 타입 플랜지의 성형방법을 업셋단계부터 순서대로 나타낸 개략도.

도 4는 본 발명에서 펀칭지그다이 및 펀칭지그의 일 실시예를 나타낸 단면 개략도.

도 5는 본 발명에 의해 성형된 넥 타입 플렌지를 나타낸 부분 절단 사시도.

<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명>

10 : 워크피스 20 : 1차프리폼

30 : 2차프리폼 31 : 넥부

40 : 플랜지 100 : 업셋지그다이

110 : 업셋지그 200 : 펀칭지그다이

201 : 함몰부 202 : 제1경사부

203 : 하부돌출부 210 : 펀칭지그

211 : 돌출부 212 : 제2경사부

213 : 상부돌출부 300 : 피어싱지그다이

301 : 관통홀 302 : 2차프리폼안착홈

303 : 착홈경사부 310 : 피어싱지그

311 : 관통부

Claims (4)

1. 넥과 플랜지로 이루어진 넥 타입 플랜지를 성형하는 방법에 있어서,

   소재를 절단하여 상기 넥 타입 플랜지의 워크피스(10)를 얻는 절단단계;

   상기 워크피스(10)를 가열로에 장입하여 가열하는 가열단계;

   상기 가열단계에서 얻어진 워크피스(10)를 상부 표면이 평평한 형태의 업셋지그다이(100) 위에 안착시킨 후 업셋지그(110)로 워크피스(10)의 상부를 가압하여 원판 형의 1차프리폼(20)을 얻는 업셋단계;

   원기둥 형태로 형성되어 있되, 상면에 원형의 함몰부(201)가 형성되어 있는 펀칭지그다이(200)를 준비하여 상기 1차프리폼(20)을 펀칭지그다이(200) 위에 안착시킨 후, 원기둥 형태로 형성되어 있되, 저면 중앙에 하향 돌출된 원통형의 돌출부(211)가 형성되어 있는 펀칭지그(210)로 1차프리폼(20)을 가압하여 중앙 측이 원형으로 하향 돌출된 넥부(31)가 형성된 2차프리폼(30)을 얻는 펀칭및사이징단계;

   원기둥 형태로 형성되어 있되, 중앙에 원형의 관통홀(301)이 형성되어 있는 피어싱지그다이(300)를 준비하여 상기 2차프리폼(30)을 피어싱지그다이(300) 위에 안착시킨 후 원통형으로 형성되어 있되, 저면 중앙에 하향 돌출된 원통형의 관통부(311)가 형성되어 있는 피어싱지그(310)로 관통부(311)가 관통홀(301)을 관통하도록 2차프리폼(30)을 가압하여 2차프리폼(30) 중앙에 홀을 형성하는 피어싱단계;를 포함하여 구성된,

   넥 타입 플랜지의 성형방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 펀칭및사이징단계에서,

   상기 펀칭지그다이(200) 상면과 함몰부(201) 사이는 단면 형태가 경사진 제1경사부(202)가 형성되어 있고,

   상기 펀칭지그(210)는 저면과 돌출부(211) 사이는 단면 형태가 경사진 제2경사부(212)가 형성되어 있어 2차프리폼(30)의 넥부(31) 측벽면이 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는,

   넥 타입 플랜지의 성형방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 피어싱단계에서,

   피어싱지그다이(300)의 상면은 상기 펀칭지그다이(200)의 상면과 동일한 형태로 형성되어 있어 2차프리폼(30)의 저부에 밀착되어 지지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는,

   넥 타입 플랜지의 성형방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 펀칭및사이징단계에서,

   상기 펀칭지그다이(200) 상면 둘레에는 반원형의 단면을 갖는 하부돌출부(203)가 형성되어 있고, 상기 펀칭지그(210)의 저면 둘레에는 반원형의 단면을 갖는 상부돌출부(213)가 형성되어 있어 1차프리폼(20)을 가압할 때 1차프리폼(20)의 둘레가 원형의 일정한 형태가 되도록 가이드하는 것을 특징으로 하는,

   넥 타입 플랜지의 성형방법.

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