KR101166207B1 - 파이프 벤딩에 있어서의 역압제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 파이프 벤딩에 관련되는 것으로 파이프 벤딩을 위해 정방향으로 힘을 가하는 메인실린더와 인장부위의 두께 감육을 억제하기 위해 역방향으로 힘을 발생시키기 위한 역압실린더 및 고주파 가열 코일을 이용하여 파이프를 연속적으로 벤딩함에 있어서 파이프에 가해지는 정방향의 추력에 대해 역방향의 역압을 작용시켜 인장부위의 두께 감육을 제어할 수 있도록 하되, 정방향의 추력은 최대 추력치까지 직선적으로 증가되도록 하되 역압은 최대역압치까지 계단식으로 단계적으로 증가하고 최초 역압치는 최초 추력치보다 크도록 하여 역압이 작용하는 상태에서 추력이 점차 증가되면서 파이프의 벤딩이 시작되도록 하고, 파이프 벤딩의 완료점 근처에서는 추력과 역압은 점차 감소하되, 정방향의 추력은 최대 추력치에서 직선적으로 감소하고 역압은 최대 역압치에서 계단식으로 단계적으로 감소하며, 최종 역압치는 최종 추력치보다 큰 상태에서 파이프 벤딩이 종료하도록 하는 것을 특징으로 하는 파이프 벤딩에 있어서의 역압제어방법에 관한 것이다.

Description

파이프 벤딩에 있어서의 역압제어방법{Back pressure control method in pipe bending}

본 발명은 파이프 벤딩에 관련되는 것으로 특히 벤딩시 인장부위와 압축부위에서의 두께 감육과 증육을 제어하기 위한 역압의 부여를 위한 파이프 벤딩에 있어서의 역압의 제어방법에 관한 것이다.

일정한 곡률을 갖도록 벤딩되는 파이프는 여러 산업분야에서 사용되고 있으며 현재에는 고주파 가열을 이용하여 상당한 직경을 갖는 직선의 파이프도 곡관 형태로 벤딩하고 있다.

파이프의 외주면에 고주파 가열을 하면서 곡관 형태로 성형하는 벤딩법은 많이 알려져 있고 국내 뿐 아니라 외국의 다수 업체들에 의해서도 연구개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.

파이프 벤딩을 함에 있어서는 원형의 고주파 가열 코일을 이용하여 파이프를 850℃ 이상으로 가열한 후 가압력으로 소성변형시켜서 곡관을 성형하게 된다. 파이프 소재의 경우 다양한 재질과 크기를 가지고 있으며 두께 감소율을 줄이기 위해서는 역압을 부가하는 장치가 필요한 것으로 알려져 있다.

그리고 파이프 벤딩에 필요한 역압은 역압을 발생시키는 유압실린더와 같은 것을 이용하여 가공이 이루어지는 동안 일정한 구배에 따라 제어되어야 한다. 파이프의 벤딩 가공시에 역압을 작용시키는 경우 가장 이상적인 것은 파이프의 가공축에 대해서 동일 축상으로 역압이 발생되도록 하는 것이지만 이렇게 하기 위해서는 파이프 내부로 역압 부여를 위한 체인과 같은 것을 설치해야 하는데 현실적으로 적용되기가 어렵다. 즉, 파이프 벤딩시 부여해줄 역압 부가장치는 정확하게 파이프 가공축과 동기시킬 수가 없게 된다는 결론에 이른다.

역압 부여를 통해 파이프 벤딩을 하는 종래기술로는 대한민국특허출원번호 10-1994-29525호의 "고주파 파이프 벤더를 통한 금속관 압축 벤딩 가공방법 및 장치"가 있는데, 도1은 이에 따른 장치의 사시도이다.

도시된 바와 같이 종래기술에서의 장치는 정방향 유압실린더(2,2')와 역방향 유압실린더(3)이 구비되는데, 도시된 바와 같이 역방향 유압실린더는 소재인 파이프와 수평면상으로 평행하게 위치되어 벤딩이 이루어지는 가공축과는 처음부터 많은 차이를 둔 채 가공이 이루어진다.

이렇게 되면 기계장치에 비틀림 모멘트가 작용하여 구조적인 안정성에 문제를 유발하며 공간도 많이 차지하는 등의 문제점이 있었고, 특히 역압부여를 위해 체인을 이용하게 되는데 체인간 연결부위에도 큰 마찰력이 작용하여 파손될 수도 있고 역압손실로 이어져 정밀한 역압제어가 불가능하게 되는 등의 문제점이 있었다.

역압의 작용방향과 파이프의 가공축을 일치시킬수는 없지만 가급적 그 차이를 줄일 수 있도록 함이 요구된다고 할 것이다.

그리고 파이프 벤딩을 함에 있어서는 정방향의 미는 힘을 추력이라 하고 그 반대로 작용하는 힘을 역압이라 하는데, 최대 추력은 최대 역압보다 크게 형성되어야 벤딩이 이루어질 수 있다. 벤딩이 이루어지는 최초 지점과 벤딩이 완료되는 최후 지점의 경우 급격한 파이프의 두께 변화가 발생되는데 이 부위가 가장 취약한 부위라 할 수 있고 정밀한 제어가 요구되는 부분이다.

기존에 알려진 추력 및 역압의 제어관계는 일본공개특허공보 특개소62-13216호에서 개시되고 있는데, 도2는 추력 및 역압의 관계를 보여주는 그래프이다. 이와 같은 기존의 추력 및 역압의 제어방식으로는 벤딩 시작부와 끝단부에서의 넥킹이나 주름을 완전히 방지할 수 없었다.

도2에 의하면 최초의 추력치는 역압치보다 크게 형성된 채 그 차이가 점차 증가되면서 최대 추력치와 최대 역압치에 이르게 되면서 벤딩이 이루어지고 일정구간은 최대 추력와 최대 역압이 연속적으로 작용하고 벤딩의 완료 부분에 와서는 벤딩시작부와 반대로 점차 추력과 역압이 감소하게 된다.

따라서 기존의 추력 및 역압의 제어방식에는 개선의 필요가 있으며 이를 통해 보다 나은 품질의 곡관의 제공이 가능할 것이다.

등록특허공보 특1995-0003540호 "고주파 파이프 벤더를 통한 금속관 압축 벤딩 가공방법 및 장치" (1995.04.14) 일본 공개특허공보 소62-013216호 "금속관의 압축 벤딩방법" (1987.01.22) 국제공개번호 WO2009/008295 A1 "금속관의 벤딩가공장치 및 곡관부를 구비한 금속관의 제조방법" (2009.01.15)

따라서 본 발명에서는 보다 나은 품질의 곡관을 제조할 수 있도록 하고자 역압실린더의 배치 및 그 작용관계를 보다 파이프의 가공축과 근접시켜 이상적인 벤딩이 이루어질 수 있도록 하는 파이프 벤딩장치를 제공하고자 한다.

또한, 추력과 역압의 보다 정밀하면서도 합리적인 제어를 통해 벤딩의 시작부와 끝단부에서의 불량발생을 줄일 수 있도록 하는 벤딩방법을 제공하고자 한다.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명은, 벤딩될 파이프에 정방향 추력을 제공하기 위한 메인 실린더와, 벤딩될 파이프의 끝단을 감싸서 고정하며 회전축을 중심으로 추력에 의하여 회전하는 클램핑 아암과, 상기 클램핑 아암의 회전축에 결합하는 역압휠과, 상기 벤딩될 파이프의 하방에 회동 가능하게 마련되어 피스톤의 선단부가 체인에 의하여 상기 역압휠에 연결되는 역압 실린더로 이루어지는 벤딩장치를 이용하여 파이프를 고주파 가열하면서 연속적으로 벤딩함에 있어서 파이프에 가해지는 정방향의 추력에 대해 역방향의 역압을 작용시켜 인장부위의 두께 감육을 제어할 수 있도록 하는 파이프 벤딩방법에 있어서, 정방향의 추력은 최대 추력치까지 직선적으로 증가되도록 하되 역압은 최대역압치까지 계단식으로 단계적으로 증가하고 최초 역압치는 최초 추력치보다 크도록 하여 역압이 작용하는 상태에서 추력이 점차 증가되면서 파이프의 벤딩이 시작되도록 하고, 파이프 벤딩의 완료점 근처에서는 추력과 역압은 점차 감소하되, 정방향의 추력은 최대 추력치에서 직선적으로 감소하고 역압은 최대 역압치에서 계단식으로 단계적으로 감소하며, 최종 역압치는 최종 추력치보다 큰 상태에서 파이프 벤딩이 종료하도록 하는 것을 특징으로 하는 파이프 벤딩에 있어서의 역압제어방법을 제안한다.

본 발명에 의하면 파이프 벤딩시에 발생되는 주름이나 넥킹 또는 특정부위에서의 두께 감육이나 증육과 같은 문제점들을 보다 효과적으로 제어할 수 있게 되어 불량율의 감소 및 우수한 품질의 곡관을 제공할 수 있게 된다는 효과가 있다.

도1은 종래기술에 따른 파이프 벤딩장치의 사시도.
도2는 또 다른 종래기술에서의 추력 및 역압의 관계를 보여주는 그래프.
도3은 본 발명에 의한 벤딩장치의 개략적인 평면도.
도4는 정면도.
도5는 본 발명에 의한 역압제어방법과 관련된 역압제어선도를 나타낸 그래프.

이하 본 발명에 의한 파이프 벤딩장치 및 역압제어방법에 대하여 보다 구체적인 설명을 전개하기로 하며, 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위한 수단으로서 관련도면을 참조하도록 한다. 한편, 제시되는 도면들은 본 발명의 기술적 사상에 따른 벤딩장치의 간략화한 구성도이므로 동일한 기술적 범위내에서의 타인에 의한 단순한 구조적 변경이나 등가적인 요소로의 치환과 같은 변형 실시예들 역시 본 발명의 기술적 사상 내에 있는 것으로 이해되어야 한다.

직선 파이프에 고주파 가열을 가하여 일정한 곡률을 갖는 곡관으로 벤딩하는 장치는 이미 많이 사용되고 있으며, 특히 정방향으로 힘(추력이라 함)을 가하는 메인실린더와 역방향으로 힘을 작용되게 하는 역압실린더를 동시에 사용하여 인장부위에서의 파이프 두께 감육을 억제하도록 하는 것은 일반적인 기술임은 언급된 바와 같다.

도3은 본 발명에 의한 벤딩장치의 개략적인 평면도이며, 도4는 정면도이다.

도시된 바와 같이 벤딩장치는 상부 베드(b1)와 하부 베드가(b2) 구비되며, 상부 베드(b1) 위에 파이프가 놓여져 추력을 가하는 메인실린더(100)의 작용으로 파이프는 전진하게 된다. 그리고 도면상 상부베드(b1)의 우측단부 근처에 고주파 가열코일(미도시)이 설치되어 파이프에 대한 가열이 이루어지며 파이프의 가열은 파이프 외주면에서 이루어지므로 파이프의 내외부간에 심한 온도차가 발생되므로 내외부에서의 적절한 냉각도 이루어져야 한다. 이러한 장치들은 도시하지 않았다. 그 외 파이프이 이송속도를 측정하기 위한 마그네트 측정부도 구비된다.

한편, 도면상 상부베드(b1) 우측으로 클램핑아암(200)이 형성되며 상기 클램핑 아암(200)은 파이프를 끝단부 근처를 감싸서 추력에 의해 회전축(210)을 기준으로 회전되는 부위이다. 그리고 클램프아암(200)의 회전축(210)에는 후술할 역압실린더(300)와 체인(c)으로 연결되는 역압휠(220)이 결합되어 있다. 그리고 회전축(210)의 위치는 가변되는데 이를 통해서 성형될 곡관의 벤딩 반경을 결정할 수 있게 된다.

파이프에 고주파 가열이 이루어지는 부위에서부터 추력의 증가에 따라 서서히 소성변형이 이루어지면서 벤딩이 시작되는데, 직선파이프의 센터축이 파이프의 가공축이 된다고 할 수 있다. 즉, 파이프 가공축의 끝단에서 벤딩이 시작되는 것으로 이해할 수 있다.

본 발명에서의 역압실린더(300)의 배치는 파이프 가공축과 역압방향간의 변위 차이를 최소화한다는 점에서 중요한 의미를 갖게 되며 이를 통해 제품의 품질 향상 및 벤딩장치의 소형화와 내구성도 높일 수 있다.

상기 역압실린더(300)는 상부베드(b1) 하부측에 위치되는데 하부베드(b2) 위에 역압실린더(300)를 설치토록 한다. 본 발명에서의 역압실린더(300)는 도면상 좌측 단부가 힌지축(310)에 의해 구속되어 소정의 범위내에서 회전될 수 있도록 형성되는데 힌지축(310)의 위치는 파이프와 동일한 수직면상에 위치되는 것으로 한다. 상기 역압실린더(300)의 피스톤에 체인(c)이 연결되고 상기 체인(c)은 또한 역압휠(220)에 결합이 되어 회전되는 클램프아암(200)에 역압을 부여할 수 있도록 한다.

실제 벤딩작업이 이루어지는 경우 파이프의 곡률반경에 따라 회전축(210)은 최초 파이프의 중심축으로부터 벗어나 이동시키게 되며, 이에 따라 역압실린더(300)는 힌지축(310)을 기준으로 비스듬한 각도로 회전하게 된다. 즉, 역압실린더(300)의 힌지축(310)은 여전히 파이프와 동일한 수직면상에 있으나 벤딩곡률에 따라 역압휠(220)과 연결되는 체인(c)은 경사지게 변화되는 것이다. 본 발명 역시 파이프의 가공축과 역압방향을 완전히 동기화시킬 수는 없지만 종래기술과 비교한다면 파이프가 놓이는 상부베드(b1) 하부에 역압실린더(300)를 두고 힌지축(310)을 기준으로 회동될 수 있게 구성함으로써 그 차이를 최소화할 수 있게 된다. 이러한 역압실린더(300)의 배치를 통해 공간활용을 최대화할 수 있고 역압의 전달을 보다 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

역압의 정밀한 제어가 이루어지지 않게 되면 벤딩시 인장부위에서의 두께감육 및 압축부위에서의 두께증육을 보다 정확하게 제어할 수 없게 된다. 따라서 본 발명과 같은 구성에 의한 역압부가장치를 사용하게 되면 체인간의 마찰 혹은 체인과 역압휠간의 마찰력을 줄일 수 있어 부여되는 역압 손실을 최소화하여 정밀한 역압의 제어가 가능하게 되는 것이다.

다음으로 본 발명에 의한 역압제어방법에 대해 설명하는 것으로 한다.

도5는 본 발명에 의한 역압제어방법과 관련된 역압제어선도를 나타낸 그래프이다. 종래기술에 의한 역압제어방법에 의하면 여전히 벤딩이 시작되는 지점과 완료되는 지점에서 넥킹이나 주름이 많이 발생된다는 점은 언급한 바와 같다.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제점에 대처하기 위해 새로운 형태의 역압제어방법을 제시하고자 한다. 보다 구체적으로 벤딩을 위해서는 정방향의 추력(p)과 역방향의 역압(p')이 함께 작용되어야 하는데, 정방향의 추력(p)은 최대 추력치까지 직선적으로 증가되도록 하고 역압(p')은 최대 역압치까지 계단식으로 단계적으로 증가되도록 함에 특징을 둔다. 그리고 최초 역압치는 최초 추력치보다는 크도록 하며 역압이 작용하는 상태에서 추력은 점차 증가되는 것으로 한다.

최대 추력치 및 최대 역압치 구간에서는 파이프의 연속적인 벤딩이 이루어져 일정한 곡률을 갖도록 성형되는 구간이며, 벤딩이 마무리되는 완료점 근처에 와서는 추력과 역압은 반대로 점차 감소되고 역압은 벤딩 시작부와 같이 단계적으로 감소하되, 파이프 벤딩의 종료시점에서는 최종 역압치가 최종 추력치보다 큰 상태에서 파이프 벤딩이 종료되도록 한다.

본 발명의 출원인의 오랜 시험과 연구에 의하면 이와 같이 역압이 작용하고 역압의 증가는 계단식으로 단계적인 증가를 주게되면 벤딩의 시점과 종점에서 흔히 발생되는 넥킹이나 주름현상을 해결할 수 있었다.

종래기술과는 다른 방식인 본 발명의 역압제어방법의 우수함은 벤딩 시작부터 일정치 이상의 역압이 작용되는 상태에서 추력이 증가되면 벤딩이 시작되는 부위와 완료되는 부위에서 소재인 파이프 조직의 변화에 영향을 주기 때문인 것으로 이해된다.

본 발명에 의한 파이프 벤딩장치 및 역압제어방법으로 곡관 파이프의 제조하게 되면 곡관 파이프의 품질이 우수해질 뿐 아니라 불량율을 줄일 수 있고 장치의 점유공간도 최소화할 수 있는 등 다양한 이점이 있으므로 그 이용가능성이 높은 기술이다

100 : 메인실린더 200 : 클램핑아암
210 : 회전축 220 : 역압휠
300 : 역압실린더 310 : 힌지축
b1 : 상부베드 b2 : 하부베드
c : 체인

Claims (1)

1. 벤딩될 파이프에 정방향 추력을 제공하기 위한 메인 실린더와, 벤딩될 파이프의 끝단을 감싸서 고정하며 회전축을 중심으로 추력에 의하여 회전하는 클램핑 아암과, 상기 클램핑 아암의 회전축에 결합하는 역압휠과, 상기 벤딩될 파이프의 하방에 회동 가능하게 마련되어 피스톤의 선단부가 체인에 의하여 상기 역압휠에 연결되는 역압 실린더로 이루어지는 벤딩장치를 이용하여 파이프를 고주파 가열하면서 연속적으로 벤딩함에 있어서 파이프에 가해지는 정방향의 추력에 대해 역방향의 역압을 작용시켜 인장부위의 두께 감육을 제어할 수 있도록 하는 파이프 벤딩방법에 있어서,
   정방향의 추력은 최대 추력치까지 직선적으로 증가되도록 하되 역압은 최대역압치까지 계단식으로 단계적으로 증가하고 최초 역압치는 최초 추력치보다 크도록 하여 역압이 작용하는 상태에서 추력이 점차 증가되면서 파이프의 벤딩이 시작되도록 하고,
   파이프 벤딩의 완료점 근처에서는 추력과 역압은 점차 감소하되, 정방향의 추력은 최대 추력치에서 직선적으로 감소하고 역압은 최대 역압치에서 계단식으로 단계적으로 감소하며, 최종 역압치는 최종 추력치보다 큰 상태에서 파이프 벤딩이 종료하도록 하는 것을 특징으로 하는 파이프 벤딩에 있어서의 역압제어방법.
   

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