KR101254225B1 - 롤러스피닝을 적용한 롱넥 플랜지 제조장치 및 이를 이용한 롱넥 플랜지 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 롱넥 플랜지 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것으로, 파이프의 내측면을 지지하며, 회전을 수반하는 파이프지지바; 상기 파이프 지지바과 결합되어, 상기 파이프의 한 쪽 끝단을 고정하여 상기 파이프를 회전시키는 동시에 가압 이송시키는 회전가압체; 상기 파이프지지바의 단면과 접촉하여 플랜지면을 형성하는 페이스 롤러; 상기 파이프의 외측면에 위치하여 플랜지부의 곡률을 형성하는 곡률 롤러; 상기 파이프의 외측 원주방향에 위치하여 플랜지부의 폭을 형성하는 원주 롤러를 포함하여 구성된다.
이에 따라, 롱넥 플랜지 제조장치의 효율성을 생산성을 보다 향상시킴으로써 롱넥 플랜지를 간편하고 효율적으로 제조할 수 있다.

Description

롤러스피닝을 적용한 롱넥 플랜지 제조장치 및 이를 이용한 롱넥 플랜지 제조방법{A MANUFACTURING DEVICE OF LONG NECK FLANGE WHICH IS APPLIED ROLLER SPINNING AND MANUFACTURING PROCESS OF LONG NECK FLANGE USING IT}

본 발명은 롱넥 플랜지 제조장치 및 이를 이용한 롱넥 플랜지 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플랜지부가 일체로 형성되어 있는 롱넥 플랜지{long neck flange}를 간편하고 효율적으로 제조할 수 있는 롱넥 플랜지 제조장치 및 이를 이용한 롱넥 플랜지 제조방법에 관한 것이다

일반적으로, 롱넥 플랜지는 두 개의 파이프를 서로 긴밀하게 연결시키기 위한 용도로 사용되며, 그 수요가 점점 증가하고 있다.

롱넥 플랜지는 랩 조인트(Lap joint) 플랜지 또는 스터브 엔드(Stub end)라고도 불리우며, 그 구조 및 제조방법도 다양하다.

종래의 롱넥 플랜지 제조방법는 도 1에 도시된 바와 같이, 파이프부(1); 파이프부(1)의 단부에 결합되는 플랜지부(2)로 구성되며, 플랜지부(2)는 평판을 링 형상으로 성형한 후, 성형된 플랜지부(2)를 파이프부(1)에 용접 등의 방법으로 결합하여 제조된다.

그러나 상기의 롱넥 플랜지 제조방법은 플랜지부(2)를 일정의 크기 및 형상으로 성형하는 공정은 물론이고 플랜지부(2)를 파이프부(1)에 결합하는 공정이 요구됨으로 인해, 제조공정이 복잡할 뿐 아니라 제조단가가 높다는 문제점이 있다. 또한 파이프부(1) 및 플랜지부(2)를 용접비드(4a,4b)를 이용하여 용접함으로써 그 결합상태를 장기간 안정적으로 유지하는 데 한계가 있으며, 용접부위에 국부적으로 열응력이 발생되어 강도가 약해질 뿐 아니라 용접 후에도 용접부위를 원하는 형태로 다시 가공해야 하는 불편함이 있다.

없음.

본 발명은 제조방법 및 공정의 구성을 단순화 시켜 롱넥 플랜지를 효율적으로 제조할 수 있으며, 기계적 특성 또한 우수한 롱넥 플랜지를 대량 생산할 수 있는 제조장치 및 이를 이용한 롱넥 플랜지 제조방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단은 다음과 같다.

파이프(10)의 내측면에 밀착되어 파이프 형상을 지지하는 파이프지지바(30)

상기 파이프와 일체로 결합되어, 파이프 단부를 고정하면서 일측으로 파이프를 가압, 이송하는 회전 가압체(20);

상기 회전 가압체를 이송하기 위한 이송수단;

상기 회전 가압체를 회전하는 회전수단;

상기 파이프의 단부와 접촉하며, 파이프의 직선 진행을 막으면서 파이프 단부가 90도 각도로 휘어지도록 가이드하는 페이스롤러(40);

상기 파이프의 단부의 외주면에 접촉함과 동시에, 상기 페이스롤러와 소정의 간격(t)를 유지하며, 롤러 형상은 롤러중심을 기준으로 45도의 경사직선부(62) 및 롤러 중앙을 따라 소정의 곡면으로 형성된 곡률부(64)를 구비하는 곡률롤러(60);

상기 파이프의 단부로부터 성형되는 플랜지부(120)의 원주면(122)에 접촉되면서 이동되는 원주롤러(50);

을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤러성형을 적용한 롱넥 플랜지 제조장치가 제시된다.

상기 곡률롤러(60)를 전후좌우로 이송시키는 이송장치를 더 포함하여, 페이스롤러(40)와 곡률롤러의 경사직선부(62) 의 간격 t를 조절할 수 있음을 특징으로 한다.

그리고 원주롤러(50)를 파이프길이방향과 수직인 방향으로 이송시키는 이송장치를 더 포함하여, 플랜지부 원주면(122)에 접촉되면서 원주롤러가 이송되도록 한다.

본 발명의 롱넥 플랜지 제조순서는 다음과 같다.

롱넥 플랜지를 성형하기 위한 모재인 파이프 일측 단부를 회전 회전 가압체(20)에 장착하는 단계(S100);

상기 파이프의 타측 단부에 페이스롤러(40)를 접촉하도록 배치하고, 곡률롤러(60)를 상기 파이프의 타측단부 외주면에 접촉함과 동시에, 상기 페이스롤러와 곡률롤러 사이의 소정의 간격(t)를 유지하며, 원주롤러(50)를 파이프의 타측단부 외주면에 접촉하도록 배치하는 단계(S200);

파이프를 회전 가압체에 의하여 직선이동시킴과 동시에, 원주롤러(50)는 파이프의 플랜지부가 형성됨에 따라, 플랜지 원주면(122)과 접촉한 상태로 회전 및 직선 이동하며, 파이프 단부에 플랜지부의 곡률을 성형하는 단계(S300);

상기 파이프 가압을 지속하여 플랜지의 폭이 성장하도록 하는 단계(S400);

를 포함하되,

상기 곡률롤러(60)에는 롤러중심을 기준으로 45도의 경사직선부(62) 및 롤러 중앙을 따라 소정의 곡면으로 된 곡률부(64)가 형성되어 있어서, 플랜지부(120)가 파이프 길이방향과 수직으로 형성되도록 하며, 곡률부(64)에 대응한 형상(64)의 플랜지 곡면 부분이 성형되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 롱넥 플랜지 제조장치는 제조공정을 획기적으로 개선 및 단순화하여 제작의 용이성 및 경제성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 롱넥 플랜지를 간편하고 신속하게 제조할 수 있다.

그리고 롱넥 플랜지를 제조하는 데 요구되는 시간 및 비용을 절감할 수 있음은 물론이고 열응력에 의해 롱넥 플랜지의 기계적 특성이 저하되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 일련의 공정을 통해 롱넥 플랜지의 연속적인 제조가 가능하여 자동화시스템의 적용 및 도입이 가능하여 결과적으로 대량생산에 유리하며, 롱넥 플랜지에 있어서 플랜지부 두께 및 폭을 손쉽게 조절 및 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 롱넥 플랜지를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 롱넥 플랜지 제조장치의 평면도 및 제조과정을 단계별로 도시한 단면도이다.
도 6은 롱넥 플랜지 제조순서도이다.
도 7 및 도 8은 완성된 롱넥 플랜지의 단면도 및 사시도이다.
도 9는 도 2 내지 도 5의 장치에 대한 사시도이다.
도 10은 회전 가압체 및 파이프 지지바의 내부 구조와 파이프의 변형을 도시한 단면도이다.
도 11은 곡률롤러의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

다만 이하의 실시예에 의하여 발명의 범위가 한정됨은 아니고 특허청구범위에 균등한 모든 발명에 권리가 미친다는 것을 미리 밝혀 둔다.

도 1은 종래의 롱넥 플랜지를 도시한 단면도, 도 2 내지 도 5는 롱넥 플랜지 제조장치의 평면도 및 제조과정을 단계별로 도시한 단면도, 도 6은 롱넥 플랜지 제조순서도, 도 7 및 도 8은 완성된 롱넥 플랜지의 단면도 및 사시도, 도 9는 도 2 내지 도 5의 장치에 대한 사시도, 도 10은 회전 가압체 및 파이프 지지바의 내부 구조와 파이프의 변형을 도시한 단면도, 도 11은 곡률롤러의 사시도이다.

이해의 편의를 위하여 본 발명장치로부터 완성되는 롱넥플랜지(100)의 형상은 도 7, 도 8과 같다. 도 8은 도 7을 뒤집은 사시도에 해당한다. 완성된 롱넥 플랜지는 직선형 파이프를 일측 방향으로 가압하면서 파이프 단부를 플랜지 형상으로 성형하는 소성가공방법에 해당되며, 플랜지부분과 파이프부분이 한몸체로 되어 있다는 특징이 있다. 도 7에서 W는 플랜지부의 폭이고, 도면부호 124는 플랜지부의 가스켓 페이스이며, 도면부호 122는 플랜지부의 원주면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 롱넥 플랜지는 종래 기술에서 필요했던 용접 공정이 필요하지 아니하다. 즉, 플랜지부재(2)와 파이프부재(1)를 따로따로 제작하여 용접(4a, 4b) 결합시키는 공정이 불필요하여, 이에 따른 결합공정 비용과 작업시간 등을 현저히 줄일 수 있다.

도 2에서는 롱넥 플랜지를 제조하기 위한 장치들을 준비한 상태를 도시하고 있는데, 전체적으로 3개의 롤러(40,50,60)들이 가공 대상물인 파이프(10)의 주위에 배치되어 있다.

원주롤러(50)는 파이프 단부의 바깥 원주면과 나란히 접촉되어 있으며(E1 참조), 페이스롤러(40)는 파이프단부의 두께면 부분에 접촉되어 있다.(E2 참조)

그리고 곡률롤러(60)의 경사직선부는 E3와 같이 파이프 단부의 바깥 원주면과 나란히 접촉되어 있다.

파이프의 내부에는 파이프가 성형되는 동안 그 형상을 유지할 수 있도록 파이프지지바(30)가 파이프를 밀착, 지지하고 있다.

곡률롤러(60)는 파이프 길이방향과 45도 각도를 가지는 축을 가지도록 배치되어 있고 페이스롤러(40)는 파이프길이방향과 직교하는 축을 가지도록 배치되어 있으며, 원주롤러(50)는 파이프길이방향과 평행인 축을 가지도록 배치되어 있다.

제조장치의 실제 모습은 도 9 및 도 12의 입체도 및 사진을 통해서도 파악가능하다.

도 2와 같이 준비된 상태에서, 도 3과 같이 파이프(10)는 일측 단부가 회전 가압체(20)의 단부에 결합된 채로 일체가 되어 회전 가압체가 동작함에 따라 함께 움직인다.

상기 세개의 롤러들은 축을 중심으로 회전을 할 수 있으며, 또한 직선이동이 가능하도록 구비된다. 곡률롤러(60)는 전후좌우방향(D1,D2, P1,P2) 방향으로 이동이 가능하며, 페이스롤러(40)는 R1, R2 방향으로 병진운동이 가능하다. 원주롤러(50)는 K1,K2 방향으로 이동이 가능하다. 롤러들을 이동시키는 수단은 통상의 이송장치에서 사용되는 공지기술이므로 상세 설명을 생략한다.

도 3에서 직선운동을 하는 것은 파이프(10) 몸체와 원주롤러(50)이다. 도 3에서는 파이프 단부가 A 방향으로 조금 올라가 있는 것을 알 수 있는데, 이는 플랜지부(120)의 형상이 조금씩 만들어지고 있는 초기 상태를 보인다. 이때 페이스롤러(40)와 곡률롤러(60)은 직선운동은 하지 않으며, 제자리에서 회전만 한다.

그러나 원주롤러(50)는 플랜지부가 형성됨에 따라서 도 2의 위치로부터 K2 방향으로 이동하게 되는데, 이동시에는 플랜지의 원주면(122)과 접촉한 상태로 이동하여야 플랜지의 두께를 유지하면서 플랜지부 성형이 가능하다. 원주롤러의 이동수단은 소정의 제어수단(미도시)에 의하여 움직이는 속도가 정해질 수 있다.

도 3에서와 도 4를 비교해보면, 파이프(10)몸체는 더욱 우측으로 진행하여 있고, 플랜지 성형이 더욱 많이 A 방향으로 진행되어 있음을 알 수 있다.

파이프 단부의 곡률 성형 형상은 원주롤러(50)의 형상에 밀접하게 관련된다. 도 11에서는 원주롤러 형태를 확대하고 있는데, 중앙 단부의 곡률부(64)는 플랜지의 곡률부분(도 7, 도 8, R) 부분을 성형하는 부분에 해당한다.

도 11의 경사직선부(62)는 도 4에 파악할 수 있는 바와 같이, 파이프 외주면과 성형되고 있는 플랜지 하부면에 접촉되는 부분으로서, 경사직선부의 경사도는 45도로 기울어져 있다.

도 2에서 t 로 표시된 부분은 곡률롤러(50) 단부의 경사진 면인 경사직선부(62,도 11)와 페이스롤러(40)면 사이의 거리에 해당한다. 이러한 t 간격은 파이프 단부가 도 3에서와 같이 A 방향으로 밀려 올라가기 위한 통로에 해당하며, 플랜지부(120)의 두께에 해당하게 된다. 즉 t 의 간격 조정에 의하여 플랜지부 두께 조정이 가능하며 본 발명에 의하여 다양한 두께의 플랜지부를 가공할 수 있는 것이다.

본 발명의 전체적인 공정을 다시 정리하면, 파이프(10)를 일측 방향으로 가압하여 직선이동 시킴과 동시에 파이프 단부를 둘러싸고 있는 3개의 롤러 중, 페이스롤러(40)가 파이프 단부의 직선 진행을 막음과 동시에, 파이프길이방향과 수직한 방향(A방향, 도 3)으로 파이프 단부를 소성 변형시키도록 한다는 것이다.

파이프를 페이스롤러(40)쪽으로 미는 수단은 회전 가압체(20)이며, 이러한 회전 가압체를 미는 동력원은 전기모터, 유압 등 어떠한 것이라도 사용가능하다.

한편, 도 10에서는 파이프를 이동시키기 위한 회전 가압체(20) 내부 단면형상이 도시되고 있으며, 파이프 내부를 지지하는 파이프지지바(30)의 몸체 주위 및 가압체 사이 공간에 스프링(25)이 내장되어져 성형공정시 스프링이 압축되도록 구성되어 있다.

도 6에서 상기 설명된 가공 순서를 요약하고 있는데, 도 2와 같은 준비단계를 거쳐서, 플랜지의 곡률부분(도 3)이 우선 만들어지며, 이어서 도 4와 같이 플랜지가 소정의 두께(t)를 가지도록 성형되는 단계를 거친다.

최종적으로는 완성된 플랜지부(120)는 가스켓과 접촉하여 압력 및 유체의 누설을 방지해야 하므로, 플랜지부를 부분적으로 절삭하는 공정을 거칠 수 있다. 도 6의 과정은 실질적으로 연속된 하나의 공정으로 이루어지므로, 종래 기술과는 달리 용접 공정 기타 불필요한 공정이 생략된다는 큰 장점을 갖는다.

10:파이프 20: 회전 가압체
30:파이프지지바 40:페이스롤러
50:원주롤러 60:곡률 롤러
62:경사직선부 64:곡률부
70:롤러가이드 80:프레임
100:완성된 롱넥 플랜지
110:파이프부 120:플랜지부
124:플랜지 페이스면
122:플랜지원주면

Claims (4)

1. 파이프(10)의 내측면에 밀착되어 파이프 형상을 지지하는 파이프지지바(30)
   상기 파이프와 일체로 결합되어, 파이프 단부를 고정하면서 일측으로 파이프를 가압, 이송하는 회전 가압체(20);
   상기 회전 가압체를 이송하기 위한 이송수단;
   상기 파이프의 단부와 접촉하며, 파이프의 직선 진행을 막으면서 파이프 단부가 90도 각도로 휘어지도록 가이드하는 페이스롤러(40);
   상기 파이프의 단부의 외주면에 접촉함과 동시에, 상기 페이스롤러와 소정의 간격(t)를 유지하며, 곡률롤러 형상은, 곡률롤러중심을 기준으로 45도의 경사직선부(62) 및 곡률롤러 중앙을 따라 소정의 곡면으로 형성된 곡률부(64)를 구비하는 곡률롤러(60);
   상기 파이프의 단부로부터 성형되는 플랜지부(120)의 원주면(122)에 접촉되면서 이동되는 원주롤러(50);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는
   롤러스피닝을 적용한 롱넥 플랜지 제조장치
2. 청구항 1에 있어서, 상기 곡률롤러(60)를 전후좌우로 이송시키는 이송장치를 더 포함하여, 페이스롤러(40)와 곡률롤러의 경사직선부(62) 의 간격 t를 조절할 수 있음을 특징으로 하는
   롤러스피닝을 적용한 롱넥 플랜지 제조장치
   
3. 청구항 1에 있어서, 원주롤러(50)를 파이프길이방향과 수직인 방향으로 이송시키는 이송장치를 더 포함하여, 플랜지부 원주면(122)에 접촉되면서 원주롤러가 이송되도록함을 특징으로 하는
   롤러스피닝을 적용한 롱넥 플랜지 제조장치
4. 롱넥 플랜지를 성형하기 위한 모재인 파이프 일측 단부를 회전 가압체(20)에 장착하는 단계(S100);
   상기 파이프의 타측 단부에 페이스롤러(40)를 접촉하도록 배치하고, 곡률롤러(60)를 상기 파이프의 타측단부 외주면에 접촉함과 동시에, 상기 페이스롤러와 곡률롤러 사이의 소정의 간격(t)를 유지하며, 원주롤러(50)를 파이프의 타측단부 외주면에 접촉하도록 배치하는 단계(S200);
   파이프를 회전 가압체에 의하여 직선이동시킴과 동시에, 원주롤러(50)는 파이프의 플랜지부가 형성됨에 따라, 플랜지 원주면(122)과 접촉한 상태로 회전 및 직선 이동하며, 파이프 단부에 플랜지부의 곡률을 성형하는 단계(S300);
   상기 파이프 가압을 지속하여 플랜지의 폭이 성장하도록 하는 단계(S400);
   를 포함하되,
   상기 곡률롤러(60)에는,
   곡률롤러 중심을 기준으로 45도의 경사직선부(62) 및 곡률롤러 중앙을 따라 소정의 곡면으로 된 곡률부(64)가 형성되어 있어서, 플랜지부(120)가 파이프 길이방향과 수직으로 형성되도록 하며, 곡률부(64)에 대응한 형상(64)의 플랜지 곡면 부분이 성형되는 것을 특징으로 하는
   롱넥 플랜지 제조장치를 이용한 롱넥 플랜지 제조방법.
   

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