KR101075336B1

KR101075336B1 - 원형관의 교정장치 및 방법

Info

Publication number: KR101075336B1
Application number: KR1020057024513A
Authority: KR
Inventors: 안서니 카스트로필
Original assignee: 스테인레스 튜브 밀스(에이유에스티) 피티와이 리미티드
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2011-10-19
Also published as: WO2004112978A8; US20060174669A1; DE602004018152D1; EP1651364A4; JP4610555B2; CN100457311C; CA2542181C; JP2007537874A; BRPI0411755A2; RU2316402C2; KR20060036928A; AU2004249326B2; EP1651364B1; RU2006101690A; US7600406B2; NZ544356A; CN1809431A; WO2004112978A1; ES2318292T3; EP1651364A1

Abstract

본 발명에 따른 롤링가공에 의한 관의 직경축소, 만곡가공 및 직전화 가공장치는 평행한 원통형 배열로 근접도고 등간격으로 길고 좁게 배치되는 복수개의 롤러로 구성되어 그 속으로 관이 일정한 속도로 통과하고, 상기 롤러는 경사지게 조절되어 그 중앙 접촉구역이 방사상 내측으로 변위되도록 하여, 상기 관의 외부면에 가압 접촉되도록 하고, 회전되어 상기 중앙 접촉구역이 상기 관의 외부면을 따라 연속적이고 평행하고 중첩되고 나선형 경로를 그리고, 이로써 상기 관의 외부면에 국부적으로 그 재료의 항복점을 넘는 압축력을 가하여 상기 관의 직경이 축소되도록 한다.

관, 롤링가공, 축경, 직경, 원통형, 배열

Description

원형관의 교정장치 및 방법{Apparatus and Method for rectifing round pipe}

본 발명은 원형관의 지름을 축소시켜서 교정하고 부수적으로 관의 직선화 및 만곡화를 달성할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. 좀 더 상세히는 이러한 목적을 위해 복수개의 롤러를 사용하는 방법 및 장치에 대한 것이다.

납작한 스트립이나 강판을 관 형태로 롤링시키고 서로 맞닿는 에지부를 시밍용접하여 관이나 튜브(이하에서 "관"이라 칭함)를 제조하는 경우에, 여러 가지 이유로 인해서 마감된 직경을 정밀하게 제어하기가 곤란하다. 특히, 직경이 크고 얇은 재료가 사용되는 경우에, 예를 들면 직경이 150mm 이상이고 벽두께가 직경의 2% 이내인 경우에, 이러한 방법으로 제조되는 관은 완전한 진원이 될 수 없다. 또한 직선에서 벗어난 변형도 많이 발생한다. 따라서 어떤 관은 상당히 큰 공차를 허용하고 있다.

많은 관 제품에서, 직경이나 만곡도 및 직진도에 있어서 정밀한 사양을 요구하고 있으며, 이러한 기준에 따라 결함을 교정하는 여러 방법들이 개발되어 있다. 관의 직경을 증대시키려면, 경질재료로 이루어지고 가공하려는 관의 내경보다 다소 큰 외경을 가진 실린더 다이를 통과시키는 것이 보통이다. 미세한 교정 이상의 비교적 큰 교정이 요구되는 경우에, 증가되는 직경을 가진 다수의 다이를 연속적으로 통과시키고, 관의 내경부에 윤활처리를 하는 것이 요구되며, 내경부에 스크래치가 생기는 것이 보통이고, 어느 정도의 벽 두께가 얇아지는 현상이 발생된다. 이러한 방법은 연속공정으로 이루어질 수 있다는 이점이 있다. 다른 방법으로는, 짧은 길이의 관의 내경부에 유압을 가하여 이들 관을 둘러싸는 암(female)다이 쪽으로 확장시키는 것이다. 이러한 방법은 보통 짧은 길이의 관에 적용되고, 단점으로는 속도가 느리고 연속공정이 곤란하다는 점이다. 이들 두 방법은 종래부터 알려진 방법이다.

관의 직경을 축소시켜야 하는 경우에는, 복수개의 오목롤러를 통과시켜서 직경을 감소시키는데, 이들 오목롤러들은 공통점에서 만나도록 확장되는 직경을 가지고 이들의 오목홈이 만나서 관의 요구되는 최종 직경보다 약간 작은 원을 이루도록 구성된다. 등간격의 롤러들이 관의 표면에 접하도록 평행 배치된 축에 지지되어 회전구동되고, 직경이 달라질 관이 이들 사이로 이송되어 냉간 가공되어 직경이 축소된다. 관이 동시에 신장되지 않으면 어느 정도의 벽두께의 증가는 불가피하게 발생된다. 이러한 방법은 미국특허 제5,533,370호에 개시된다. 이 방법은 작은 직경의 관에 적용하기 위해 제안된 것으로 보이고, 최종적인 규격으로 가공하기 위해 롤링가공된 관을 암 사이징 다이(female sizing die)로 통과시켜서 인발시킨다는 점은 이러한 방법에서 적용가능한 직경이 제한될 수밖에 없음을 보여준다. 이러한 방법의 단점으로는, 한 번의 통과로써 얻어지는 직경축소는 0.2 내지 0.4mm에 불과하여 직경축소가 작다는 점과, 롤러의 오목홈을 문질러서 닦으면 관의 표면(이는 스테인레스스틸 제품의 중요한 요소임)에 상처가 나거나 손상된다는 점과, 이 방법은 상대적으로 크고 얇은 관에는 적용하기가 부적합하다는 것이다. 외표면의 상처나 손상은 보통 깊은 오목홈을 가진 두 개의 롤러만을 사용하여 수행되는 대직경 관에서는 특히 심각하다. 명백하게, 전술한 선행기술에서도 나타난 바와 같이, 관의 직경은 암 사이징 다이를 통과시켜서 인발함으로써 축소시킬 수 있다. 이러한 방법이 채용되면 관은 윤활처리를 요하고, 관의 외부 표면은 다이의 거친 표면에 의해 자주 손상되거나, 다이에 의해 들어 올려지고 약간의 벽두께의 증가나 신장이 발생될 수 있다. 이러한 방법의 예는 미국특허 제4,057,992호에 개시되는데, 여기에는 내부 및 외부다이가 보통 제2 또는 제3 제조공정에 사용된다.

스핀 성형이라 칭하는 롤링법에 의해 직경을 축소시키는 다른 방법이 미국 특허 제6,233,991호에 개시되는데, 여기서는 짧은 길이의 관이 그 일단에서 회전가능하게 지지되고, 회전되는 동안 복수개의 원통형 롤러가 관의 외부면을 지지하여 그 직경을 축소시키고, 필요에 따라 테이퍼진 형태로 가공한다.

이 방법은 짧은 길이의 관에만 적용할 수 있고, 연속적인 공정으로 수행될 수 없다. 또 다른 미국특허 제4,242,894호에는 얇은 벽두께의 금속제 튜브가 Assel 롤링장치에 의해 솔리드한 블랭크로부터 성형된다. 이 경우에 복수개의 성형롤러의 반경방향의 위치를 조절함으로써 성형되는 튜브의 벽두께를 조절할 수 있다. 그 조절은 성형롤러가 회전가능하게 지지되는 단축의 경사(skew)를 증가시켜서 이루어지고, 이로써 롤러를 방사방향의 내측 또는 외측으로 위치조절한다. 단주의 단부는 볼-소켓 조인트 내의 볼 부분 내에 수용되는 적절한 베어링에 회전가능하게 지지되고, 이 볼 부분은 상보적인 소켓 속으로 이동하여 축의 경사를 허용한다. 롤러는 길이가 짧고, 튜브가 성형되는 블랭크에 작용하는 쇼울더를 구비한다.

미국특허 제4,827,749호와 같은 튜브 롤링 가공방법에서는, 롤링가공될 튜브의 중공부에 맨드렐을 삽입하고 이 튜브를 복수개의 롤러로 맨드렐에 대하여 가공하게 된다.

관을 다른 관의 중공부로 넣어서 적층된 관을 만드는 기술이 알려져 있다. 예를 들면, 내관이 합성수지로 제작될 때, 전술한 바와 같이 오목롤러 사이를 통과시키거나 암 사이징 다이로 통과시켜서 일시적으로 축경시키고, 더 큰 직경의 관의 내부에 위치되면, 유압을 가하여 이를 팽창시켜서 외관 속에서 견고하게 끼우는 것이다. 또한, 내관을 좀 더 견고하게 고정하기 위해, 외관은 전술한 방법 중의 하나를 사용하여 순차적으로 그 직경을 감소시킬 수 있다. 내관 및 외관이 모두 금속제인 경우, 내관은 단지 그 외관을 축경시킴으로써 고정할 수 있다.

본 발명의 목적은 용이하게 최종 직경을 정밀하게 조절할 수 있고, 연속적으로 공급되거나, 단속적으로 공급되는 한정된 길이의 관을 가공할 수 있고, 자기 교정이 가능하고, 직선화를 달성할 수 있고, 관의 외부면에 손상을 주지 않으며, 한 번의 통과로서 큰 직경 축소를 달성할 수 있고, 관을 적절하게 라운드가공할 수 있고, 다단계 작동의 일부로 조립될 수 있고, 관에 윤활처리를 할 필요가 없으며, 두께가 얇든 두껍든 광범위한 직경의 관에 적용가능한 관의 직경 축소 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 관이 통과되면서 직경이 감소되는 회전장치가 제공되는데, 이 회전장치는 지지실린더와, 이 지지실린더에 구비되며 복수개의 근접되어 등간격으로 배치되며 경사지고 세장하고 평행한 원통형 롤러로 구성되는데, 이 롤러들은 경질의 재료로 되어 이 장치를 통과하는 관의 외부면을 지지한다. 상기 롤러들은 그 단부가 동일 직경의 피치원에 놓이도록 원통형 배열에 지지되고, 상기 지지실린더의 단부플랜지에 구비되는 적절한 베어링에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 단부플랜지는 구멍이 형성되어 가공될 관이 투입 및 배출될 수 있도록 구성된다.

상기 플랜지의 일단 또는 양단은 상기 지지실린더의 단부 내에서 회전 변위가능하고, 이로써 상기 롤러의 경사를 조절할 수 있어서, 이 롤러는 비록 상기 지지실린더의 장축을 따라 변위되지만 상기 장축에 평행한 평면상에 남아 있게 된다. 상기 롤러의 상기 베어링은 부분구형 부싱 내에 지지되고, 이것들은 다시 상기 단부플랜지 내에 형성된 상보적인 컵 내에 수용되어, 상기 롤러는 그 경사진 위치에서 계속적으로 상기 단부플랜지에 회전가능하게 지지될 수 있다. 상기 지지실린더는 그 장축 주위로 회전되도록 하나 이상의 베어링에 회전가능하게 지지되며, 적절한 구동모터에 의해 구동된다. 작동에 있어서, 상기 롤러의 경사도는 좁아지도록 조정되어, 롤러의 중앙에 위치된 접촉구역이 관의 외부면에 대하여 적절한 힘으로 지지할 수 있다. 상기 관이 일정한 속도로 상기 롤러의 원통형 배열 속을 통과하면서, 상기 지지실린더는 그 구동모터에 의해 회전되어 상기 롤러의 상기 접촉구역이 상기 관의 외주면을 따라서 연속적이고 평행하며, 중첩되고 나선형인 경로를 그리도록 하여, 상기 관에 대하여 그 재료의 항복점을 넘는 국부적인 압축력을 작용하여 상기 관이 더 작은 직경을 갖도록 한다. 상기 롤러의 접촉구역이 상기 관의 외부면을 통과하면, 그 표면이 손상되지 않고 매끄럽게(평활하게) 연마되어 상기 관의 매끄럽게 만곡되지 못한 것이 동시에 교정되고, 만일 이들 관에 직진도가 요구되는 경우에는 이 롤러들을 통과하면서 올바른 정렬상태로 구속됨으로써 직선으로 펴진 관을 얻을 수 있다.

본 발명의 여러 특징들이 첨부도면과 함께 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해서 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1a, 1b 및 1c는 롤러의 원통형 배열 중의 하나의 여러 위치를 보여주는 지지실린더의 부분 횡단면도

도 2는 롤러와 가공되는 관의 원통형 배열을 보여주는 지지실린더와 관의 부분 횡단면도

도 3은 지지실린더에서 그 지지베어링과 상기 관 및 상기 롤러가 생략된 지지실린더의 종단면도

도 4는 도 3의 구성품의 단부도

도 5는 롤러의 일단에 위치된 지지수단의 종단면도

도 6은 관을 통과시켜서 가공하는 장치 전체의 측면도

도 7은 롤러를 지지하는 또 다른 수단의 종단면도

도 8은 눈금을 상세하게 보여주는 상기 지지실린더의 단부도

도 9는 롤러의 중앙부의 또 다른 실시예를 보여주는 부분도

도 10은 롤러의 중앙부의 또 다른 실시예를 보여주는 부분도

도 11은 모든 지지수단이 생략된 실린더 배열의 롤러의 전형적인 세트를 보여주는 도면

도 12는 도 11에 도시된 상기 롤러 세트의 단부도

도 1을 참조하면, 롤러(3)가 지지실린더(1) 내에 회전가능하게 지지되고, 그 축은 피치원(2)에 위치되고 상기 지지실린더(1)의 축에 평행하게 배치된다. 도 1b를 참조하면, 동일한 롤러의 단부가 종래의 위치에 비해 15도 경사지게 배치된다. 상기 지지실린더의 중심으로부터 상기 롤러의 접촉구역(6)까지의 거리(4)는 단축된 것을 알 수 있다. 도 1c를 참조하면, 상기 롤러는 그 단부가 15도만큼 더 경사지고 그 거리(4)는 더욱 단축된다. 이들 도면으로부터 상기 롤러의 경사조절은 그 중앙부의 접촉구역이 가공될 관의 외부면과 강하게 접촉시키기 위해 채용되는 것임을 알 수 있다. 상기 롤러는 그 전장에 걸쳐서 속이 채워지게(솔리드하게) 구성되거나 중앙부는 중공 형태가 되고 단부는 속이 채워지게 구성될 수 있다.

도 2, 11 및 12를 참조하면, 원통형 배열의 부분 또는 전체 롤러(3)의 세트가 도시되는데, 이들 롤러는 그 지지실린더(1) 내에서 그 축의 단부가 동일 직경의 피치원(2)에 위치되도록 회전가능하게 지지된다. 상기 롤러들의 경사는 그 접촉구역(6)이 가공될 관(7)의 외부면에 접촉되도록 한다. 바람직한 실시예에서, 상기 롤러는 상기 원통형 배열에서 최대한의 롤러수를 제공하기 위해 적용되는 장치에 실제로 사용될 수 있는 최소의 직경으로 제작된다. 이에 따르면, 보통 상기 롤러들의 직경이 가공될 관의 직경의 대략 20%가 되도록 하는데, 예를 들면 직경 150mm의 관을 가공하는데 28mm 직경의 롤러 18개가 필요하다.

도 3을 참조하면, 가공될 관(7)이 지지실린더(1)의 단부플랜지(9,19)의 구멍(8)을 화살표(23) 방향으로 통과하는 것이 도시된다. 원통형으로 배열된 롤러들 중 하나의 롤러의 축의 전형적인 위치가 점선(18)으로 도시되는데, 단부플랜지(9,19)에 구비되는 이 롤러의 지지부는 도면에서 생략된다. 단부플랜지(19)가 상기 지지실린더(1)의 일단에 고정되고 단부플랜지(9)는 지지실린더(1)의 타단부의 쇼울더(20,21) 사이에서 끼워져서 회전되면서 변위되도록 자유단으로 유지되어 상기 롤러를 경사지게 만든다. 상기 롤러의 지지수단(도시안됨)은 상기 지지실린더의 단부플랜지에 구비되는 구멍(10)에 수용된다. 베어링(15)이 상기 롤러의 접촉구역을 통과하는 평면상에 또는 이에 근접하게 위치된다. 장착플랜지(12)가 상기 지지실린더의 중앙 외부면에 제공되고 방사상 웹(13)이 적절한 고정수단에 의해 이 부분에 장착되고, 이 웹(13)의 둘레부는 베어링(15)용 하우징의 내측 부분을 이루도록 형성된다. 원통형 풀리(14)가 상기 방사상 플랜지의 일측에 형성되어 그 둘레부를 향하도록 위치된다. 방사상 장착 플랜지(22)에 홀(17)이 형성되어 도시안된 부착물을 장착할 수 있고, 그 내주면은 상기 베어링(15)용 하우징의 외측 부분과 일체로 되는 원통형 연장부(16)를 형성한다. 장착 플랜지(22)는 적절한 고정수단으로 지지구조물(도시안됨)에 고정되고, 지지실린더(1)는 적절한 벨트(도시안됨)를 통해 풀리(14)에 가해지는 구동력에 의해 회전된다.

다른 실시예로서, 상기 풀리는 스프로켓 또는 기어(도시안됨)로 대체될 수 있고, 상기 지지실린더는 하나 이상의 적절한 체인 또는 기어를 통해 전달되는 구동력에 의해 회전될 수 있다. 가공될 관이 지지실린더의 내부와 회전하는 롤러(도시안됨)의 원통형 배열을 통과함에 따라, 롤러의 접촉구역은 관의 외부 표면 위로 통과하면서 연속적이고 평행하고 중첩된 나선형 경로를 따라 이동하는데, 그 전형적인 것이 화살표 24로 표시된다. 상기 관에 대하여 상기 롤러를 구동하는데 소요되는 힘은 상당히 작고, 관이 중량물로 가공되는 경우에도 종래의 방법에 비해 상당히 적은 힘만 필요하다. 도 4를 참조하면, 단부플랜지(9)가 길이조절식 스트럿(33)에 의해 회전가능하게 구속되고, 이 스트럿(33)의 내측단은 단부플랜지(9)에 형성된 단축(34)에 회전가능하게 부착되고 그 외측단은 상기 지지실린더의 단부 외부표면에 고정된 포스트(32)의 단부에 형성된 단축(35)에 회전가능하게 부착된다. 상기 롤러의 경사조절은 상기 스트럿(33)의 길이를 신축시킴으로써 수행되고, 이로써 상기 단부플랜지(9)가 상기 지지실린더에 대하여 회전하면서 변위된다.

도 5를 참조하면, 롤러(3)의 단부에는 테이퍼부(27)가 구비되고 그 단부는 축(28)을 형성한다. 축(28)은 니들베어링(29) 속에 회전가능하게 수용되고, 이것은 다시 부분구형 부싱(26)에 수용된다. 부분구형 부싱(26)은 분할컵(25)에 수용되고, 분할컵(25)은 다시 단부플랜지(9)에 형성된 구멍(10)에 수용된다. 베어링(29)이 쇼울더(36)와 지지캡(30) 사이에서 축(28)에 의해 구속되고, 상기 지지캡(30)은 적절한 고정수단(31)에 의해 상기 축의 단부에 고정된다. 도시안된 적절한 수단이 구비되어 상기 롤러 지지수단에 윤활을 제공할 수 있다. 상기 분할컵(25)은 외향 플랜지(37)를 구비하여 이에 의해 분할컵이 도시안된 적절한 부착수단에 의해 구멍(10) 내의 정위치에 유지된다. 상기 분할컵의 임의의 쪽의 개구부는 적절하게 절취되어 롤러(3)에게 필수적인 자유로운 운동을 가능하게 한다. 축(28)과 니들베어링(29)이 충분한 길이로 형성되어 롤러(3)의 경사도의 증감으로 인한 축방향의 변위를 수용하도록 한다. 도시안된 다른 실시예에 따르면, 축(28)과 니들베어링(29)이 부분구형 부싱(26) 내에 확실하게 구속되고 롤러의 경사도의 증감으로 인한 축방향 변위는 지지실린더(1)의 단부 내의 단부플랜지(9)의 축방향 변위에 의해 수용되고, 단부플랜지는 상기 지지실린더에 대한 회전방향 변위에 대하여 스플라인, 러그 등(도시안됨)과 같은 결합수단에 의해 구속된다.

도 6을 참조하면, 도 3 및 도 4에 도시된 조립체가 가동프레임(38)에 장착된다. 이 가동프레임은 리니어 베어링(41,42) 상에 지지되는 브라켓(43,44)에 의해 슬라이드가능하게 지지되어 고정프레임(45)의 표면에 고정된 레일(39,40)을 따라서 이동된다. 가공될 관(7)이 지지실린더(1)를 통과하고, 그 연장부는 도시안된 적절한 지지수단으로 지지된다. 피봇축(46)이 상기 가동프레임의 하부 구조부재에 고정되어 그 일측을 향해 배치되고, 밸브(48)가 상기 고정프레임의 하부 구조부재에 고정되어 상기 가동프레임의 제2 측면을 향해 배치된다. 링크(49)가 상기 밸브의 작동레버를 상기 피봇축(46)에 연결하여, 상기 가동프레임이 레일(39)을 따라 이동하면, 상기 밸브가 점진적으로 열리고, 상기 가동프레임의 도시된 바와 같은 좌측 한계위치에서는 밸브가 완전히 닫힌다. 압축공기가 에어라인(47)을 통해 상기 밸브에 공급되고, 에어가 밸브로부터 가요성 에어라인(50)을 통해 에어모터(51)에 연결된다. 상기 에어모터는 감속기어박스(54)를 통해 풀리(52)를 구동하고, 상기 풀리는 벨트(53)에 의해 풀리(14)에 접속되어 지지실린더(1)를 회전한다. 필요에 따라 보강판이 상기 가동프레임 및 고정프레임에 부착될 수 있다. 작동에 있어서, 상기 관이 관성형장치로부터 본 장치로 통과되고, 상기 롤러의 접촉구역을 통해 가해지는 마찰력이 상기 가동프레임을 레일(39,40)을 따라 이동하도록 변위시키고, 이로써 밸브(48)를 부분개방하고 에어모터(51)를 작동시켜서 지지실린더(1)를 회전시킨다. 상기 가동프레임의 점진적인 변위는 상기 에어모터가 상기 관의 전진속도에 상응하는 작동속도에 도달될 때까지 계속된다. 그러면 상기 가동프레임의 더 이상의 변위는 멈추게 된다. 상기 관의 전진속도가 어떠한 이유로 감소되면, 상기 관에 작용하는 상기 롤러에 의한 힘은 상기 가동프레임을 그 정지위치로 되돌아가도록 변위시키고, 이로써 밸브(48)가 닫히면서 에어모터(51)의 작동속도가 감소되고 아울러 지지실린더(1)의 회전속도도 감소된다.

도 7을 참조하면, 또 다른 실시예가 도시되는데, 롤러(3)가, 장착 요크(59)의 단부에 형성된 쇼울더(58)에 구비된 보어(73)에 수용되는 니들베어링(56) 안에 회전가능하기 지지된다. 각각의 장착 요크는 지지실린더(1)의 벽에 구비된 베어링(63)에 회전가능하게 지지되는 축(64)에 지지되고, 벨빌 워셔(65), 워셔(66) 및 서클립(67)이나 기타 적절한 고정수단에 의해 정위치에 유지된다. 상기 원통형 배열 내의 롤러는, 상기 요크의 단부에 구비된 축(61)에 회전가능하게 연결되고 서클립(62)을 통해 정위치에 유지되는 경사링(skewing ring; 60)을 통해 가해지는 힘에 의해 동시적으로 경사지게 된다. 스러스트 워셔(57)가 롤러(3)의 단부와 쇼울더(58)의 내측면 사이에 구비된다. 상기 지지실린더는 필요에 따라 그 직경이 증가되어 전술한 구조를 수용할 수 있다. 이러한 구조는 분명히 단일 직경의 관만을 가공하기에 적합하지만, 서로 다른 직경을 가공하기 위한 도시안된 대안적인 실시예에서는 축(64)의 외주부에 수나사가 형성되어 하나 이상의 적절한 스테핑모터에 의해 작동되는 볼너트와 맞물려서, 상기 모든 롤러를 동시적으로 방사상의 내측 또는 외측을 향해 변위시킬 수 있다. 이러한 장치에서 볼스크류와 너트의 사용은 널리 알려진 공지의 기술이다.

도 8을 참조하면, 단부플랜지(9)의 표면에 인덱스마크(68)가 구비되고, 눈금마크(69)가 지지실린더의 단부에 구비되는데, 이들 마크는 상기 롤러의 경사도를 조절하는 것을 촉진한다. 명백하게, 전술한 구조는 선택에 따라 수정될 수 있다.

도 9를 참조하면 또 다른 실시예가 개시되는데, 축(3)에 중앙에 위치된 좁은 볼록부(70)가 구비되어 상기 롤러에 의해 가공될 관에 가해지는 국부적인 힘을 증대시킨다.

도 10을 참조하면 또 다른 실시예가 개시되는데, 축(4)에는 중앙부에 위치된 좁은 오목부(72)를 구비하여 상기 롤러에 의해 가공될 상기 관에 가해지는 국부적인 힘을 약화시킨다.

다시 도 6을 참조하면, 상기 고정프레임이 적절한 고정수단에 의해 플로어(74)에 고정된다. 필요하다면, 상기 고정수단은 잭(도시안됨)을 일체로 구비하여 상기 장치를 관성형장치(도시안됨)로부터 나오는 관의 축과 정밀하게 정렬되도록 할 수 있다. 상기 잭은 관을 직선형태로 펴는데 사용될 수 있다. 제1 실시예에서, 상기 잭은 수동으로 조작될 수 있다. 다른 실시예에서는 센서(도시안됨)가 구비되어 상기 관이 직선형태인지 여부를 검출하고, 필요에 따라 하나 이상의 스텝핑모터가 구비되어 상기 잭을 작동하여 직선에서 벗어나는 편차를 교정할 수 있다. PLC나 기타 마이크로콘트롤러 기반의 장치가 채용되어 센서의 신호를 처리하고 스텝핑모터의 작동을 제어할 수 있다. 도시안된 다른 실시예에 따르면, 고정프레임은 플로어(74)에 영속적으로 고정되고, 장착 플랜지(22)가 리니어베어링에 지지되어 가동프레임의 수직부재에 고정된 레일 위에서 슬라이드 이동되고, 리니어베어링은 스텝핑모터에 의해 작동되는 볼스크류와 너트기구에 의해 변위될 수 있다. 스텝핑모터는 상기 볼스크류와 너트기구를 구동하여 관이 직진도에서 벗어나는 편차를 교정하도록 한다.

도 3과 도 6을 참조하면 (도시안된) 또 다른 실시예에서, 에어모터(51)가 원통형 연장부(16)에 직접 장착되어, 풀리(14) 또는 지지실린더(1)의 외부표면에 형성되는 풀리, 스프로켓 또는 기어와 맞물리는 하나 이상의 벨트, 체인 또는 기어를 통해 지지실린더(1)를 회전시킨다. 이 실시예에서, 상기 가동프레임은 불필요하고 상기 장치는 단순하게 상기 고정프레임의 수직부재에 고정된다. 도시안된 또 다른 실시예에 따르면, 상기 에어모터는 유압모터나 스텝핑모터 또는 다른 속도제어가능 전기모터와 같은 다른 형태의 모터로 대체될 수 있다. 이 실시예에서, 상기 관의 속도의 전진속도가 상기 관성형장치의 성형롤러 또는 상기 관 상을 지나는 자키 휠(jockey wheel) 상에 부착된 하나 이상의 엔코더에 의해 검출된다. PLC 컨트롤러나 다른 마이크로프로세서 기반의 장치가 엔코더로부터의 데이터를 처리하고, 필요에 따라 상기 지지실린더를 회전하는 상기 구동모터의 작동을 제어할 수 있다.

도시안된 다른 실시예에 따르면, 상기 장치는 하나 이상의 유닛이 직렬로 배치된 다단형태로 구성되어 이들 유닛의 하나 또는 전부가 상기 관의 직경을 감소시키고, 만곡도를 교정하거나 직선상태로 만드는데 사용될 수 있다. 상기 유닛들은 선택에 따라 동일방향으로 회전되면서 작동될 수도 있고, 교호로 다른 방향으로 회전되도록 구성될 수도 있다. 도 1a, 1b, 1c 및 도 2를 더 검토하면 연속적인 롤러 유닛의 원통형 배열의 축은, 그 조절에 관계없이, 언제나 동일선상에 위치된다. 동시에, 상기 관의 연속 유닛을 통한 전진속도 및 상기 롤러의 경사조절에 관계없이, 상기 롤러의 접촉구역은 미끄러짐없이 상기 관의 표면 위에서 나선형 경로를 따르게 된다. 이는 상기 롤러의 경사도가 증가되면, 상기 관의 전진속도를 나타내는 벡터 삼각형의 축방향 성분을 증대시켜서, 그 회전방향 성분은 그 보상으로 자동적으로 감소되기 때문이다. 그 결과, 상기 장치는 다단형태의 작동에 적합하게 적용될 수 있다. 상기 장치의 작동에 의해 상기 관에 가해지는 축방향력은 충분히 커서 상기 장치를 통과하는 동안 상기 관에 축방향 힘을 가할 어떠한 추진수단이나 가압수단이 필요하지 않다. 상기 장치가 다단구조이면, 상기 장치에 의해 상기 관에 가해지는 축방향력은 선택에 따라 상기 재료를 상기 장치의 전방에 설치된 관성형장치로부터 끌어당기는데 사용될 수 있어서, 이 관성형장치의 구동에 필요한 힘을 대폭 줄일 수 있다. 또한, 상기 장치는 선택에 따라 상기 관성형장치에서 직접 공급되는 연속적인 관에 작용할 수도 있고, 이 장치에 순차적으로 적재되는 한정된 길이의 관에 작용할 수도 있다.

도 4를 더 참조하면, 도시안된 또 다른 실시예에서, 지지실린더(1)의 외부면에 장착된 하나 이상의 스텝핑모터가 채용되어 길이조절식 스트럿(33) 대신에 사용되는 도시안된 적절한 볼스크류 및 너트기구를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 센서가 구비되어 상기 관의 정밀한 교정된 직경을 검출하고, PLC 컨트롤러나 다른 마이크로프로세서 기반의 장치가 채용되어 상기 센서로부터의 데이터를 처리하고 상기 스텝핑모터의 작동도 필요에 따라 제어할 수 있다. 전원 및 제어신호가 슬립링을 통해 상기 스텝핑모터에 가해질 수 있고, 상기 제어신호는 선택에 따라 무선을 통해 전달될 수 있다.

방사상으로 배열된 리니어 트랜스듀서의 내측단에 부착되는 대향배치된 한 쌍의 롤러와 같은 형태의 센서수단이 채용되어 상기 장치로부터 나오는 관의 마감된 직경을 측정할 수 있고, 상기 롤러는 적절한 스프링수단에 의해 상기 관에 가압 접촉된다. 제2 실시예에서, 레이저 마이크로미터 형태의 센서수단이 채용되어 상기 장치로부터 나오는 관의 마감된 직경을 측정할 수 있다. 제3 실시예로서, 한 쌍의 대향하는 근접센서 형태의 센서수단이 채용되어 각 센서가 기준표면과 상기 관 및 튜브의 외부표면 사이의 갭을 측정하여, 상기 장치로부터 나오는 상기 관의 마감된 직경을 검출할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 롤러 배열을 가진 지지실린더(1)는 상기 방사상 웹(13)으로부터 도시안된 신속해제수단을 이용하여 분리가능하게 구성되어 서로 다른 직경의 관을 수용하기 위해 상기 롤러배열이 설치된 지지실린더를 교체할 수 있다.

본 장치에 따른 롤링 가공은 관의 외경에 대한 정밀한 제어를 제공한다. 이것은 상기 관의 외부면에 대한 윤활을 필요로 하지 않고, 그 작동에 작은 동력이 소모되며, 그 관의 외부면이 용이하게 평활하게, 즉 매끄럽게 만들며, 그 관의 직경이나 길이, 벽 두께에 의해 제한되지 않으며, 관성형장치의 출력속도보다 더 큰 선속도로 작동될 수 있어 이 두 장치는 서로 이어서 사용할 수 있고, 상기 롤링유닛을 직렬로 배치된 다단으로 구성할 수 있고, 상기 관에 대한 만곡화 및 직진화를 달성할 수 있고, 자동제어로 작동될 수 있고, 상기 관이 연속적으로 공급되거나 한정된 길이로 공급되어도 무방하고, 종래의 롤 포밍방법에 비해 상기 관의 한번 통과시에 증대된 외경감소를 달성할 수 있다.

Claims

(a) 평행한 원통형 배열로 근접되어 등간격으로 배치되고, 세장하고 평행한 복수개의 원통형 롤러로서, 상기 롤러는 지지실린더의 단부플랜지에 구비된 베어링에 회전가능하게 지지되고, 상기 롤러의 단부는 동일직경의 피치원에 위치되고, 상기 베어링은 상기 롤러의 단부가 단부플랜지에 대하여 각도 변위를 허용하는 부분구형 부싱에 지지되고, 상기 단부플랜지의 하나 또는 양쪽은 상기 지지실린더 내에서 상대적으로 회전가능하게 변위되도록 된 원통형 롤러,

(b) 가공할 관이 상기 롤러를 통해서 상기 원통형 배열의 축에 동축인 경로를 따라 연속적으로 전진하도록 상기 단부플랜지에 구비되는 구멍,

(c) 상기 지지실린더 상의 하나의 단부플랜지의 다른 단부플랜지에 대한 상대위치를 조절하여 상기 롤러를 경사지게 변위시키고, 이로써 롤러의 중앙 접촉구역을 방사상 내측으로 변위시켜서 상기 관의 외부면에 가압 접촉시키는 조절수단,

(d) 상기 지지실린더를 회전가능하게 지지하는 베어링수단,

(e) 상기 지지실린더를 회전시켜서, 상기 롤러의 중앙 접촉구역이 연속적으로 전진하는 관의 외부면을 지나면서 가압작용하도록 하는 구동수단,

(f) 상기 전진하는 관의 선속도와 직진도, 지지실린더의 회전속도, 및 상기 관의 마감 직경을 검출하는 센서수단,

(g) 상기 지지실린더, 상기 단부플랜지, 상기 롤러, 상기 조절수단, 상기 베어링수단, 상기 구동수단을 지지하여, 상기 롤러의 원통형 배열의 축이 상기 전진하는 관의 축과 동일선상이 되도록 유지시키는 지지수단;

(h) 상기 관의 전진속도에 대한 상기 롤러의 회전속도와, 상기 지지수단의 높이와, 상기 롤러의 경사도조절을 제어하는 제어수단,

으로 구성된 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 롤러는 경질 재료로 제조되고 완전히 속이 채워지도록 제조되거나 양단부는 채워지고 중앙부는 중공형태로 제조된 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 롤러의 둘 이상의 원통형 배열이 직렬로 배치되어 전진하는 관을 가공하도록 된 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 3 항에 있어서, 상기 롤러의 원통형 배열은 서로 반대방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지실린더를 회전시키는 구동수단은 벨트, 체인 또는 기어를 통해 구동하는 에어모터인 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지실린더를 회전시키는 구동수단은 벨트, 체인 또는 기어를 통해 구동하는 유압모터인 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지실린더를 회전시키는 구동수단은 벨트, 체인 또는 기어를 통해 구동하는 스텝핑모터나 속도제어가능한 전기모터인 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 롤러의 상기 중앙 접촉구역은 연속적으로 공급되는 관의 외부면에 연속적이고 평행하며 중첩되고 나선형인 접촉경로를 통해 가압작용하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 단부플랜지의 상대위치는 하나 이상의 길이조절식 스트럿에 의해 조절될 수 있고, 이들 스트럿의 각각의 양단부는 상기 단부플랜지와 상기 지지실린더에 각각 회전가능하게 고정된 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 10 항에 있어서, 상기 스트럿의 길이는 숫나사부를 암나사부 속으로 나사조절하여 수동으로 조절할 수 있고, 잠금너트로 조절된 길이를 고정시키는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 10 항에 있어서, 상기 스트럿의 길이는 스텝핑모터에 의해 구동되는 볼스크류 및 너트기구에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 전원 및 제어신호는 슬립링을 통해 상기 장치의 가동부에 지지되는 장치로 전송되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 제어신호는 무선통신수단에 의해 상기 장치의 가동부에 지지되는 장치로 전송되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지수단은 고정프레임에 고정되는 레일 위를 이동하는 리니어베어링에 슬라이드가능하게 지지되는 가동프레임으로 구성되고, 상기 가동프레임은 상기 롤러의 작용과 상기 관의 선형운동에 의해 발생되는 결합력에 의해 선형으로 변위되고, 상기 센서수단은 이들 프레임 사이에 구비되어 가동프레임의 선형 변위를 검출하여 상기 구동수단의 작동속도를 규제하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 15 항에 있어서, 상기 구동수단의 작동속도는 가동프레임의 고정프레임에 대한 변위에 의해 작동되는 공압 밸브 형태의 제어수단에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지수단은 높이조절가능하게 구성되어, 상기 롤러의 원통형 배열의 축을 상기 전진하는 관의 축과 동일선상으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 17 항에 있어서, 상기 지지수단은 수동작동 스크류잭에 의해 승강되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 17 항에 있어서, 상기 지지수단은 스텝핑모터에 의해 작동되며 볼스크류 너트기구에 일체로 된 잭에 의해 승강되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 18 항에 있어서, 상기 센서수단은 상기 전진하는 관의 직진도를 검출하고, 상기 제어수단은 스텝핑모터를 작동하여 상기 지지수단의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지수단은 고정프레임 형태를 취하고, 상기 지지실린더, 상기 단부플랜지, 상기 롤러, 상기 조절수단, 상기 베어링수단, 및 상기 구동수단들은 수직레일을 따라 이동하는 리니어베어링 상에 이동가능하게 지지되어, 상기 롤러의 상기 원통형 배열의 축이 상기 전진하는 관의 축과 동일선상이 되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 21 항에 있어서, 상기 수직레일상의 리니어베어링의 위치는 상기 제어수단에 의해 제어되는 스텝핑모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 센서수단은 관성형장치의 성형롤러나 관을 이동시키는 자키 휠에 의해 구동되는 하나 이상의 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 센서수단은 상기 장치로부터 나오는 관의 최종 직경을 측정하는 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 24 항에 있어서, 상기 센서수단은 방사상의 리니어트랜스듀서의 내측단에 부착된 대향하는 쌍의 롤러 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 24 항에 있어서, 상기 센서수단은 레이저 마이크로미터 형태인 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 24 항에 있어서, 상기 센서수단은 대향하는 쌍의 근접센서로 구성되고, 상기 센서는 기준면과 관의 외부면 간의 갭을 측정하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 배열의 상기 롤러들은 가공되는 상기 관의 직경의 20%에 해당하는 동일한 외경을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 배열의 상기 롤러들은 가공되는 상기 관의 직경의 10 내지 40% 범위의 동일한 외경을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 베어링수단은 상기 롤러의 접촉구경을 통과하는 평면에 가능한 근접되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 베어링수단은, 외부가 방사상 장착플랜지에 형성된 원통형 연장부의 내부면에 형성되고 내부는 상기 지지실린더의 외부면에 고정된 방사상 웹의 외부면에 형성되는 베어링 하우징에 수용되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 31 항에 있어서, 원통형 연장부 형태의 풀리가 상기 방사상 웹의 외주면 둘레에 형성되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 32 항에 있어서, 상기 풀리 대신에 체인에 의해 상기 장치를 구동하는 스프로켓이나, 기어에 의해 상기 장치를 구동하는 기어로 대체되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 롤러의 각 단부에 단축이 구비되고, 상기 단축은 상기 지지실린더의 상기 단부플랜지에 구비되는 베어링수단에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 단축와 상기 베어링수단의 축방향 길이는 상기 롤러의 경사조절로 인한 축방향 변위를 수용할 수 있는 길이로 이루어진 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 롤러는 개별적인 요크에 회전가능하게 지지되고, 각각의 요크는 상기 지지실린더에 구비된 베어링을 통해 방사상 외측으로 통과하는 축에 장착되고, 상기 요크는 요크의 단부에 회전가능하게 장착된 경사링을 통해 가해지는 힘에 의해 경사지게 변위되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 35 항에 있어서, 상기 요크의 상기 축의 외부는 하나 이상의 스텝핑모터에 의해 구동되는 볼너트에 나사 결합되어 상기 요크를 내향 또는 외향으로 방사상 변위시키는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 인덱스마크와 상보적인 눈금마크가 각각 상기 단부플랜지의 단부와 상기 지지실린더의 단부에 구비되어 상기 롤러의 경사조절을 촉진하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 롤러는 중앙에 볼록부를 구비하여 상기 관의 국부적인 힘의 증대를 제공하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 롤러는 중앙에 오목부를 구비하여 상기 관의 국부적인 힘의 분산을 제공하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 롤러 배열을 가진 지지실린더는 신속해제 결합수단에 의해 상기 지지수단에 고장되어, 상기 지지수단으로부터 분리되어 다른 직경의 관을 가공하도록 된 롤러 배열을 가진 다른 지지실린더로 교체할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 원형관의 교정장치.
(a) 일정한 속도로 연속적으로 전진하는 관을, 평행한 원통형 배열로 배치된 복수개의 서로 근접하고 등간격의 세장하고 평행한 원통형 롤러를 통과시키면서 상기 관의 축이 상기 원통형 롤러 배열의 축과 동일선상으로 유지시키고, 상기 롤러는 지지수단에 의해 회전가능하게 지지되고, 동시에 변위되어 방사상 내측의 중앙 접촉구역을 변위시키는 단계,

(b) 상기 롤러를 경사지게 변위시켜서 롤러의 중앙 접촉구역을 상기 관의 외부면과 가압접촉시키는 단계,

(c) 상기 롤러의 원통형 배열을 제어된 속도로 회전시켜서, 상기 롤러의 상기 중앙 접촉구역을 연속적으로 전진하는 관의 외부면을 통과시키면서 롤링 작동하는 롤링단계,

(d) 상기 전진하는 관의 선속도, 상기 관의 직진도, 상기 롤러의 원통형 배열의 회전속도, 및 상기 관의 마감된 직경을 검출하는 단계,

(e) 상기 관의 전진속도에 대한 상기 롤러의 회전속도를 제어하는 단계,

(f) 상기 지지수단의 높이를 제어하여 상기 관을 직선화하는 단계,

(g) 상기 롤러의 경사도를 조절하여 상기 관의 마감 직경을 조절하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 관은 상기 롤링단계에서 맨드렐에 의해 지지되지 않는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤러의 회전속도는 상기 관의 선형 전진속도와 상기 롤러의 경사도를 함께 수용하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤링단계는 연속적으로 공급되는 관, 또는 한정된 길이를 갖는 관에 적용되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤러의 상기 중앙 접촉구역은, 상기 관의 외부면을 따라 연속적이고 평행하고 중첩되고 나선형인 경로를 그리고, 상기 관의 외부면에 국부적으로 관의 재료의 항복점을 초과하는 압축력을 가하여 상기 관의 직경이 축소되도록 하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤러의 상기 중앙 접촉구역이 상기 관의 외부면을 통과함으로써, 상기 관의 비만곡 부분을 교정하고, 관의 외부면을 평활하게 하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤러의 회전속도, 상기 지지수단의 높이, 상기 롤러의 경사도가 센서수단에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤러의 상기 회전속도, 상기 관의 상기 전진속도, 상기 지지수단의 높이, 및 상기 롤러의 경사도는 수동으로 제어되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤러의 회전속도, 상기 지지수단의 높이 및 상기 롤러의 경사도는 센서로부터의 입력을 받는 제어수단에 의해 자동으로 제어되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤러의 상기 원통형 배열의 다단 유닛은 직렬로 배열되고, 상기 다단유닛은 모두 동일방향으로 회전되거나 교호로 반대방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤링단계는 상기 관의 직경, 벽두께 또는 길이에 의해 제한되지 않는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
삭제
제 41 항에 있어서, 상기 롤링단계에서 상기 관의 외부면에는 윤활처리가 필요하지 않은 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 방법은 관성형장치에 일체로 구성되어, 상기 관의 성형 직후의 가공단계를 제공하는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
제 41 항에 있어서, 상기 롤러의 상기 원통형 배열은 신속해제 장착수단에 의해 상기 지지수단에 고정되어, 다른 직경의 관을 가공하도록 된 롤러를 가진 다른 원통형 배열로 대체되는 것을 특징으로 하는 원형관의 교정방법.
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