KR101684745B1 - 확관과 압출의 동시공정에 의한 튜브 제조 장치 및 이를 이용한 튜브 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 튜브 제조 장치 및 이를 이용한 튜브 제조 방법에 관한 것으로, 튜브 제조 장치의 구성은, 내부에 원통형상의 공간이 형성되는 컨테이너와, 상기 컨테이너의 선단에 마련되어, 상기 컨테이너 공간의 내경 보다 상대적으로 작은 형상의 내경을 가지는 원통형상의 다이선단과, 상기 컨테이너 내부 및 상기 다이선단을 관통하는 원기둥형상의 맨드렐부와, 상기 맨드렐부의 가장자리 후단에 마련되어, 상기 맨드렐부와 상기 컨테이너 내부 사이의 빌렛을 상기 맨드렐부와 상기 다이선단 사이의 노즐로 압출시키는 압출펀치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

확관과 압출의 동시공정에 의한 튜브 제조 장치 및 이를 이용한 튜브 제조 방법{A Concurrent Tube Expanding and Extrusion Apparatus and A Tube Manufacturing Method Using Thereof}

본 발명은 튜브 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 튜브 확관과 압출공정이 동시에 이루어지는 금속튜브를 제조하기 위한 튜브 제조 장치 및 이를 이용한 튜브 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 이음매가 없는 심리스(seamless) 튜브 제조방법에는 두가지가 있다. 먼저, 고체 상태의 소재(빌렛)에 최대한 깊게 일정 질량을 떼어낸 후 압출 다이를 통과시켜서 튜브를 제조하는 방법이다. 그러나 위의 방법에 의한 금속 튜브 제조 공정에서는 압출소재의 손실이 크다는 문제점이 있고 압출 이전에 확관을 거칠 경우 확관공정과 압축공정이 별개로 이루어져 제조공정이 길어지는 문제점이 있었다.

그리고, 포트홀 다이를 이용한 압출방법이 있다. 포트홀 다이를 이용하는 압출방법은 맨드렐을 갖는 압출다이를 이용한 제조방법으로 어려운 구멍 단면 제품을 형성하는데 장점을 갖고 있다. 포트홀 다이 압출을 사용하면, 긴 튜브는 맨드렐의 길이와 관계없이 제작될 수 있으며, 용기내의 물질은 멀티 홀을 갖는 포트홀을 통하여 흐르고, 그 물질은 다수 포트홀을 통하여 나누어지고, 용접 챔버안에서 높은 압력에 의해 접합된다.

그러나, 종래 기술에 의한 금속 튜브 제조 공정에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

포트홀 다이를 이용한 방법은 용접챔버 내의 고체접합으로 인하여 접합력이 강한 알루미늄 등의 합금 등에만 유효하며, 고체접합부에 용접길이방향을 따르는 심이 발생하고 내압시험시 이 부위에서 파괴가 발생되는 문제점을 가지고 있다.

한국등록특허 제 1373961호

상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 확관공정과 압출공정이 동시에 이루어지도록 한 튜브 제조 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명인 튜브 제조 장치의 구성은, 내부에 원통형상의 공간이 형성되는 컨테이너와, 상기 컨테이너의 선단에 마련되어, 상기 컨테이너 공간의 내경 보다 상대적으로 작은 형상의 내경을 가지는 원통형상의 다이선단과, 상기 컨테이너 내부 및 상기 다이선단을 관통하는 원기둥형상의 맨드렐부와, 상기 맨드렐부의 가장자리 후단에 마련되어, 상기 맨드렐부와 상기 컨테이너 내부 사이의 빌렛을 상기 맨드렐부와 상기 다이선단 사이의 노즐로 압출시키는 압출펀치를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 맨드렐부의 선단 가장자리에는 테이퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 빌렛은 내부에 관통공이 형성되는 원기둥형상으로 형성되며, 상기 맨드렐부의 직경은 상기 관통공의 내경보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 빌렛의 선단의 가장자리 외측면에는 테이퍼가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 압출펀치의 내측 및 외측 가장자리 어느 일측에는 단차부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 의한 튜브 제조 방법은, 내부에 관통공이 형성된 빌렛을 제조하는 제 1단계와, 상기 빌렛을 컨테이너 내부의 공간에 삽입하는 제 2단계와, 선단의 가장자리가 테이퍼진 원기둥 형상의 맨드렐이 상기 빌렛의 관통공으로 삽입되는 제 3단계와, 상기 빌렛이 다이선단과 상기 맨드렐의 선단 사이의 공간의 노즐로 압출되는 제 4단계를 포함하고, 상기 관통공의 내경은 상기 맨드렐의 외경보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 한다.

상기 제 1단계에서, 상기 빌렛의 선단 가장자리를 테이퍼 가공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 튜브 제조 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

확관공정과 압출공정을 동시에 진행하여 제조시간이 감축되어 전체적으로 공정비용이 감소되는 효과가 있다.

또한, 확관공정과 압출공정을 동시에 진행하는 중에 발생되는 재료의 낭비를 테이퍼가공을 통해 제거하여 재료비용이 제조효율성이 높아지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 튜브 제조장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 단면도.
도 2는 도 1의 튜브 제조장치에 의해 튜브가 확관되는 과정을 보인 단면도.
도 3은 도 1의 튜브 제조장치에 의해 튜브가 압출되는 과정을 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 튜브 제조장치의 다른 바람직한 실시예의 구성을 보인 단면도.
도 5는 도 4의 튜브 제조장치에 의해 튜브가 확관되는 과정을 보인 단면도.
도 6은 도 4의 튜브 제조장치에 의해 튜브가 압출되는 과정을 보인 단면도.
도 7은 본 발명에 의한 튜브 제조 방법을 보인 순서도.

이하 본 발명에 의한 튜브 제조장치의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 튜브 제조장치에 관한 것으로, 그 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 원통형상의 공간(12)이 형성되는 컨테이너(10)와, 상기 컨테이너(10)의 선단에 마련되어, 상기 컨테이너(10) 공간의 내경 보다 상대적으로 작은 형상의 내경을 가지는 원통형상의 다이선단(20)과, 상기 컨테이너(10) 내부 및 상기 다이선단(20)을 관통하는 원기둥형상의 맨드렐부(30)와, 상기 맨드렐부(30)의 가장자리 후단에 마련되어, 상기 맨드렐부(30)와 상기 컨테이너(10) 내부 사이의 빌렛(60)을 상기 맨드렐부(30)와 상기 다이선단(20) 사이의 노즐(22)로 압출시키는 압출펀치(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명에 의한 튜브 제조장치에는 컨테이너(10)가 마련된다. 상기 컨테이너(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 공간(12)이 마련되며, 상기 공간(12)은 원통형상으로 형성되어 빌렛(60)이 삽입안착될 수 있도록 한다.

그리고, 상기 컨테이너(10)의 선단에는 다이선단(20)이 마련된다. 상기 다이선단(20)은 링 형상으로 형성되어, 상기 컨테이너(10)의 내경보다 상대적으로 작은 내경의 노즐(22)을 구성한다.

그리고, 본 발명인 튜브 제조 장치에는 맨드렐부(30)가 마련된다. 상기 맨드렐부(30)는, 원기둥형상으로 형성된다. 상기 맨드렐부(30)는 상기 빌렛(60)을 확관과 압출시키는 역할을 한다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 빌렛(60)의 내부의 관통공(64)에 상기 맨드렐부(30)가 삽입되면서 상기 관통공(64)을 확관시키면서, 상기 다이선단(20)의 노즐(22)과 상기 맨드렐부(30) 사이의 공간을 통해, 상기 빌렛(60)을 압출시켜 튜브를 형성하는 역할을 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 맨드렐부(30)의 선단 가장자리에는 테이퍼(32)가 형성된다. 상기 테이퍼(32)는 상기 맨드렐부(30)가 상기 빌렛(60)의 관통공(64)에 삽입되는 것을 안내하고, 상기 관통공(64)의 확관을 용이하게 한다.

그리고, 상기 맨드렐부(30)의 후단의 가장자리에는 압출펀치(40)가 마련된다. 상기 압출펀치(40)는 상기 맨드렐부(30)와 상기 컨테이너(10) 내부 사이의 빌렛(60)을 상기 노즐(22)로 압출시키는 역할을 한다.

즉, 상기 맨드렐부(30)가 이동하면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 빌렛(60)의 관통공(64)을 확관시키면서, 상기 압출펀치(40)가 상기 빌렛(60)을 압출시켜, 확관과 압출이 동시에 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 상기 압출펀치(40)에는 단차부(42)가 더 마련될 수 있다. 상기 단차부(42)는, 상기 압출펀치(40)가 상기 빌렛(60)을 압출할 때 발생되는 압력으로 인하여 상기 빌렛(60)이 상기 압출펀치(40)와 맨드렐부(30)의 사이 또는 상기 압출펀치(40)와 상기 컨테이너(10) 사이로 유입되어 상기 압출펀치(40)의 하중이 증가하게 되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 단차부(42)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 압출펀치(40)의 외측 가장자리에 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 압출펀치(40)의 내측 가장자리에 형성될 수 있다. 이는 상기 단차부(42)로 유입되는 상기 빌렛(60)이 상기 압출펀치(40)의 외측 가장자리로 유입되면 상기 압출펀치(40)의 이동을 방해하는 문제점이 더욱 심각하게 발생하기 때문이다.

왜나하면, 상기 압출펀치(40)와 상기 맨드렐(30) 사이의 단차부(42)의 닿는 면적이 상기 압출펀치(40)와 상기 컨테이너(10) 내부 사이의 닿는 면적 보다 작아서 유입으로 인한 하중증가가 적고 안정하기 때문이다.

물론, 상기 단차부(42)는 상기 압출펀치(40)의 내측 가장자리와 상기 압출펀치(40)의 외측 가장자리에 모두 형성될 수 있다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 빌렛(60) 선단의 관통공(64) 가장자리에는 테이퍼(62)가 형성될 수 있다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 테이퍼(62)가 없는 경우, 압출이 이루어지면 선단의 빌렛(60)이 떨어져 나가 빌렛(60)을 낭비하는 문제점이 발생한다.

상기 빌렛(60)의 낭비를 줄이기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 관통공(64)의 가장자리에 테이퍼(62)를 형성하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 빌렛(60)의 압출이 이루어져도 선단의 빌렛(60)이 튜브의 일부로 형성되어, 빌렛(60)이 낭비되지 않게 된다.

이하 본 발명에 의한 튜브 제조 장치의 작용을 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 튜브 제조 방법은, 내부에 관통공(64))이 형성된 빌렛(60)을 제조하는 제 1단계(S10)와, 상기 빌렛(60)을 컨테이너(10) 내부의 공간에 삽입하는 제 2단계(S20)와, 선단의 가장자리가 테이퍼(32)진 원기둥 형상의 맨드렐(30)이 상기 빌렛(60)의 관통공(64)으로 삽입되는 제 3단계(S30)와, 상기 빌렛(60)이 다이선단(20)과 상기 맨드렐(30)의 선단 사이의 공간의 노즐(22)로 압출되는 제 4단계(S40)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 확관과 압출을 위한 빌렛(60)을 준비하는데, 빌렛(60)의 내부에 관통공(64)을 형성한다. 상기 관통공(64)은 맨드렐부(30)의 직경에 비해 상대적으로 작게 형성하는 것이 바람직하다. 이는 맨드렐부(30)가 삽입되면서 상기 관통공(64)을 확관시키도록 하기 위함이다.

또한, 상기 빌렛(60)에 관통공(64)을 형성하면서, 상기 빌렛(60)의 선단에 해당하는 상기 관통공(64)의 가장자리에 테이퍼(62)를 형성할 수 있다. 이는, 도 6에서와 같이, 상기 빌렛(60)이 노즐(22)을 통하여 압출이 되면서 선단이 절단되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 빌렛(60)을 컨테이너(10) 내부의 공간(12)에 삽입하고(S20), 맨드렐부(30)가 상기 빌렛(60)의 관통공(64)으로 삽입되도록 한다. 이때, 상기 맨드렐부(30)의 선단의 테이퍼(32)진 부분이 상기 빌렛(60)의 관통공(64)에 삽입되면서, 상기 관통공(64)의 확관이 용이하게 이루어질 수 있다.

상기 맨드렐부(30)가 상기 빌렛(60)의 관통공(64)을 통과하고, 압출펀치(40)가 상기 빌렛(60)을 압출하여, 다이선단(20)의 노즐(22)을 통과하면, 상기 빌렛(60)도 상기 맨드렐부(30)와 함께 노즐(22)의 외부로 압출된다. 이때, 상기 빌렛(60)의 관통공(64) 선단 가장자리의 테이퍼(62)에 의해 압출시 선단이 절단되는 것이 방지된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 컨테이너 12: 공간
20: 다이선단 22: 노즐
30: 맨드렐부 32: 테이퍼
40: 압출펀치 42: 단차부
60: 빌렛 62: 테이퍼

Claims (7)

1. 내부에 원통형상의 공간이 형성되는 컨테이너;
   상기 컨테이너의 선단에 마련되어, 상기 컨테이너 공간의 내경보다 상대적으로 작은 형상의 내경을 가지는 원통형상의 다이선단;
   상기 컨테이너 내부 및 상기 다이선단을 관통하는 원기둥형상의 맨드렐부;
   상기 맨드렐부의 가장자리 후단에 마련되어, 상기 맨드렐부와 상기 컨테이너 내부 사이의 빌렛을 상기 맨드렐부와 상기 다이선단 사이의 노즐로 압출시키는 압출펀치;를 포함하여 구성되고,
   상기 맨드렐부의 선단 가장자리에는 테이퍼가 형성되고,
   상기 빌렛은 내부에 관통공이 형성되며, 상기 빌렛의 내측면과 외측면 가장자리에는 테이퍼가 형성되며,
   상기 압출펀치의 외측 가장자리 일측에 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 확관과 압출의 동시공정에 의한 튜브 제조 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 빌렛은 내부에 관통공이 형성되는 원기둥형상으로 형성되며, 상기 맨드렐부의 직경은 상기 관통공의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 확관과 압출의 동시공정에 의한 튜브 제조 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항의 튜브제조장치를 이용하여,
   내부에 관통공이 형성된 빌렛을 제조하는 제 1단계;
   상기 빌렛을 컨테이너 내부의 공간에 삽입하는 제 2단계;
   선단의 가장자리가 테이퍼진 원기둥 형상의 맨드렐이 상기 빌렛의 관통공으로 삽입되는 제 3단계;
   상기 빌렛이 다이선단과 상기 맨드렐의 선단 사이의 공간의 노즐로 압출되는 제 4단계;를 포함하고,
   상기 관통공의 내경은 상기 맨드렐의 외경보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 튜브 제조 방법.
   
   
7. 삭제

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