KR101843301B1 - 링 바이트 유닛 및 그 제조 방법, 슬리브 및 맨드릴 - Google Patents

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Abstract

링 바이트를 장수명화시켜 용접관의 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 제조 중의 용접관 내부에 대해 용접 위치의 상류로부터 삽입되는 맨드릴의 하류측 단부에 보유되고, 상기 용접관의 내면에 발생한 비드를 연속적으로 절삭하기 위한 절삭 공구로서의 링 바이트 유닛으로서, 링 형상의 칼날을 구비한 링 바이트를 링 바이트의 외주를 끌어안기 위한 둥근 구멍을 가지는 슬리브에 대해 감합시켜 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

링 바이트 유닛 및 그 제조 방법, 슬리브 및 맨드릴{RING CUTTING UNIT, METHOD FOR PRODUCING SAME, SLEEVE, AND MANDREL}
본 발명은 용접관(welded pipe)의 내면을 평활화(平滑化)하기 위한 링 바이트 유닛에 관한 것이다.
상기 기술 분야에 있어서, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에는, 링(ring) 형상 바이트(bite)의 경사면에 접촉하는 면적이 큰 접촉면을 갖는 바이트 고정 보조구가 개시되어 있다. 이 보조구는, 링 형상 바이트의 크기에 구애받지 않고 통상의 평볼트의 사용도 가능하고, 큰 접촉 면적으로 링 형상 바이트를 강고하게 고정할 수 있는 내면(內面) 비드 컷(bead cut) 공구를 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.
일본국 특허공개 2000－263128호 공보 일본국 특허공개 2001－239402호 공보
그렇지만, 상기 문헌에 기재한 기술에서는, 가공 오차나 조립 오차가 있기 때문에, 보조구의 오목부의 내(內)곡면의 형상이 완전히 링 바이트의 외주면과 일치하지 않고, 링 바이트와의 접촉이 한정적으로 되어 버린다. 그러면, 내면 비드를 절삭하는데 즈음하여, 링 바이트에 굽힘 응력이 발생하고, 보조구를 이용하지 않고 둥근 구멍에 링 바이트를 직접 끼워 넣은 경우에 비해, 링 바이트가 보다 더 부서지기 쉬운 것을 알고 있다. 그와 같이, 링 바이트의 수명이 짧으면, 용접관의 생산 비용(cost)이 커지기 때문에, 특허 문헌 1의 기술은 사실상 사용하기에 매우 불편했다.
본 발명의 목적은 상술한 과제를 해결하는 기술을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관련되는 링 바이트 유닛은, 제조 중의 용접관 내부에 용접 위치의 상류로부터 삽입되는 맨드릴(mandrel)의 하류측 단(端)부에 보유되고, 상기 용접관의 내면에 발생한 비드를 절삭하기 위한 절삭 공구로서의 링 바이트 유닛으로서, 링 형상의 칼날을 구비한 링 바이트를, 상기 링 바이트의 둘레 방향으로 압축력을 가하기 위한 둥근 구멍을 가지는 원통 형상 또는 각통 형상의 슬리브에 감합시켜 일체화시킨 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 링 바이트는 상면이 경사진 원기둥 형상으로 형성되고, 상기 슬리브의 상면은 상기 링 바이트의 경사진 상면보다도 경사져 있는 것도 매우 적합하다.
상기 슬리브의 둥근 구멍은, 상온하에 있어서, 상기 링 바이트의 외경보다도 작은 내경을 가지고, 수축 끼워 맞춤, 냉각 끼워 맞춤, 또는 압입에 의해 상기 슬리브에 대해 상기 링 바이트를 감합시켜 고정한 것도 매우 적합하다.
상기 슬리브는 다각형의 외주 형상을 가지는 것도 매우 적합하다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관련되는 슬리브는 상기 링 바이트 유닛에 이용되는 것을 특징으로 한다.
상기 링 바이트 유닛을 구비한 맨드릴.
상기 목적을 달성하기 위해, 상기 링 바이트 유닛의 제조 방법으로서, 수축 끼워 맞춤, 냉각 끼워 맞춤, 또는 압입에 의해 상기 슬리브에 대해 상기 링 바이트를 고정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 링 바이트의 수명을 길게 하고, 용접관의 생산성을 향상시킬 수가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관련되는 용접관 제조 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관련되는 바이트 캐리지(bite carriage)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관련되는 바이트 캐리지의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관련되는 바이트 캐리지의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관련되는 링 바이트 유닛의 구성을 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관련되는 링 바이트 유닛의 구성을 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관련되는 바이트 캐리지의 구성을 나타내는 사시도이다.
이하에, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 예시적으로 자세하게 설명한다. 다만, 이하의 실시의 형태에 기재되어 있는 구성 요소는 어디까지나 예시이고, 본 발명의 기술 범위를 이들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.
［제1 실시 형태］
본 발명의 제1 실시 형태로서의 링 바이트 유닛(101)을 이용한 내면 비드 절삭부 주변의 용접관 제조 장치(100)에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다.
용접관 제조 장치(100)는, 내면 비드 절삭부 주변에 있어서, 링 바이트 유닛(101), 맨드릴(102), 워크 코일(work coil)(103) 등을 포함한다.
용접관 제조 장치(100)는, 금속띠에 대해 도시하지 않은 굽힘 가공 장치에 의해 화살표(21, 22) 방향으로 힘을 가하여 오픈 파이프(open pipe)(10)의 형상으로 성형하면서, 화살표(23)의 방향으로 반송한다.
그리고, 오픈 파이프(10)를 워크 코일(103) 및 임피더(impeder)(121)의 사이에 끼워 통과하도록 함으로써, 오픈 파이프(10)의 폭 방향 양단부(11)를 가열한 후, 맞대기 용접(upset welding)에 의해 이들을 융합시켜 용접관(20)을 성형한다. 여기에서는, 워크 코일에 의한 저항 용접을 이용하고 있지만, 다른 방법을 채용해도 좋다.
이러한 용접관(20)의 제조 공정에 있어서, 관 내면의 용접부에는, 솟아오른 내면 비드(12)가 형성된다. 내면 비드(12)를 그대로 두면 요구 사양에 적합한 면(面) 치수 정밀도나 두께 정밀도가 나오지 않는다.
그래서, 링 바이트 유닛(101)을 이용하여 비드 절삭을 행하고, 용접관(20)의 내면을 평활하게 한다. 링 바이트 유닛(101)은 맨드릴(102)의 하류측 선단에 보유되어 있다. 여기서, 맨드릴(102)은, 제조 중의 용접관 내부, 즉, 오픈 파이프(10) 내부에 대해 용접 위치보다 상류측으로부터 삽입된다.
맨드릴(102)의 상측 둘레면 및 하측 둘레면에는 롤러(122, 123)가 회전 가능하게 설치되고, 용접관(20) 내에 있어서 맨드릴(102)을 일정 위치에 보유하고 있다. 상측의 롤러(122)의 중앙부에는, 내면 비드(12)를 통과시키기 위한 홈이 형성되어 있다.
롤러(123)에 의한 높이 조정에 의해, 링 바이트 유닛(101)은, 용접관(20)의 내면에 대해 소정의 위치 및 압력으로 압압(押壓)되면서, 내면 비드(12)를 절삭한다.
도 2는 맨드릴(102)의 선단부에 있어서 링 바이트 유닛(101)을 장착한 바이트 캐리지(바이트 홀더)(201)를 상방으로부터 본 개략 사시도이다.
이 링 바이트 유닛(101)은 환상(環狀)의 슬리브(212)의 내측에 링 바이트(211)가 끼워 넣어진 구성으로 되어 있다. 링 바이트(211)는, 텅스텐 등의 분말야금으로 형성되고, 경사진 상면의 내주(內周)에 링 형상의 칼날을 구비한 원통 형상으로 형성되어 있다.
링 바이트(211)는 압축에 강하지만 굽힘에 약하다고 하는 특성을 가지고 있다. 이에 반해, 링 바이트(211)의 외주를 환상의 슬리브(212)로 끌어안음으로써, 링 바이트(211)의 둘레 방향으로 압축 응력을 미리 가할 수가 있고, 링 바이트에 인장 응력이 걸려도 크게 완화되어 링 바이트(211)의 깨짐을 큰 폭으로 경감한다. 이에 의해, 링 바이트(211) 자체를 오래 사용할 수가 있고, 용접관의 생산성이나 수율을 비약적으로 향상시킬 수가 있다.
또한, 링 바이트(211)가 부분적으로 결함이 있거나 균열이 생기거나 해도, 슬리브(212)가 링 바이트(211)의 칼날면 근방까지 강하게 끌어안고 있기 때문에, 완전히 파손하는 것을 방지할 수 있다. 또, 만일, 링 바이트(211)가 파손했을 때에도, 짧은 시간이면 슬리브가 비드를 절삭하기 때문에, 바이트 캐리지(201)에 비드가 부딪치는 것을 방지할 수 있고, 바이트 캐리지(201)의 장수명화(長壽命化)에도 공헌할 수 있다.
도 3은 도 2의 간략 A－A 단면도를 나타내고 있다. 링 바이트 유닛(101)은, 오목부(213) 내에 끼워 넣고, 빠지지 않도록 볼트(214)로 고정되어 있다. 볼트(214)의 머리부는, 링 바이트(211)의 경사진 상면(301)에 맞닿고, 화살표(310) 방향으로 링 바이트 유닛(101)을 밀어 넣는다. 그 결과, 링 바이트 유닛(101)의 하면이 오목부(213)의 저(底)면(302)에 단단히 밀어붙여져 링 바이트 유닛(101)의 위치가 안정된다. 링 바이트(211)에 의해 절삭된 비드는 오목부(213)의 저면(302)에 설치된 둥근 구멍(320)을 통해 배출된다. 링 바이트 유닛(101)을 오목부(213) 내에서 회전시킴으로써, 1개의 링 바이트 유닛(101)을 장시간 비드 절삭에 사용할 수 있다. 링 바이트 유닛(101)을 회전시키는 타이밍은, 링 바이트(211)가 결함이 생겼을 때, 또는, 일정 시간 사용했을 때이다. 회전시는 볼트(214)를 느슨하게 하고, 오목부(213) 내에서 링 바이트 유닛(101)째 회전시킨다.
슬리브(212)의 상면은, 링 바이트(211)의 경사진 상면(301)과 거의 마찬가지의 각도를 가지고 경사져 있지만, 링 바이트의 경사진 상면보다도 경사져 있다. 이에 의해, 링 바이트(211)가 정상적인 상태에서는, 슬리브가 비드에 부딪치는 일은 없고, 한편, 링 바이트(211)가 파손했을 경우에는, 일정 시간, 슬리브(212)만으로, 비드를 절삭할 수 있다고 하는 효과가 있다.
또한, 이 도 3에서는, 볼트(214)의 머리부는, 링 바이트(211)의 상면(301)에 맞닿아 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 볼트(214)의 머리부를 슬리브(212)의 상면에 맞닿게 해도 좋다.
도 4는 맨드릴(102)을 도 3의 화살표(330)의 방향으로부터 본 측면도이다. 맨드릴(102)은 지지부(401)에 의해 고정되어 있다. 링 바이트에 의해 절삭된 내면 비드는, 둥근 구멍(320)으로부터 그대로 혹은, 도시하지 않은 비드 절단기에 의해 짧게 절단된 후에 용접관(20)의 내부로 배출된다.
도 5는 링 바이트 유닛(101)의 제조 방법을 설명하기 위한 도이다.
슬리브(212)는, 링 바이트(211)의 외주면을 면접촉으로 끌어안기 위한 둥근 구멍(501)을 가진다. 둥근 구멍(501)은 상온하에서 링 바이트(211)의 외경보다 작은 내경을 가진다. 가열하여 팽창시킨 슬리브(212)에 대해 링 바이트(211)를 감합시키고(수축 끼워 맞춤), 자연 냉각함으로써, 링 바이트의 둘레 방향으로 압축력을 가하도록 슬리브를 감합시켜 링 바이트 유닛(101)이 형성된다. 다만, 본 발명은 이 제조 방법에 한정되는 것은 아니고 냉각 끼워 맞춤이나 압입이라도 좋다. 슬리브(212)는, 인성(靭性)이 좋은 내면 비드보다 상대적으로 고강도인 재료로, 상면(502)이 경사진 원기둥 형상으로 형성된다. 링 바이트 사용 후의 슬리브(212)는 통상, 흠이 없는 상태이기 때문에, 여압(與壓) 효과가 줄어들지 않으면, 다른 링 바이트를 끼워 넣음으로써 반복하여 사용할 수가 있다.
슬리브(212)의 상면(502)은 링 바이트(211)의 경사진 상면(301)과 거의 마찬가지의 각도로 경사져 있다. 또, 도 3에도 나타낸 것처럼, 슬리브(212)의 높이 H2는 링 바이트(211)의 높이 H1보다 낮게 형성되어 있다.
일반적으로 비드를 절삭하고 있으면 링 바이트의 칼끝은 서서히 마모하고, 부하가 커지면 미소한 크랙(crack)이나 결손이 일어나고, 더 사용을 계속하면 깨져 버린다. 또 큰 비드를 깎거나 이물을 자르거나 하면 곧바로 깨져 버리는 일도 있다. 종래는, 링 바이트의 칼끝의 일부가 마모했을 경우에는 회전시켜 재이용하고 있었지만, 링 바이트가 깨지면, 회전시켜 재이용할 수가 없었다. 본 실시 형태에 의하면, 링 바이트에 깨짐이 발생해도 슬리브로 그 형상이 보유되기 때문에, 회전시켜 정상적인 칼끝을 이용하여 재이용할 수가 있다. 또, 본 실시 형태에 의하면, 링 바이트에 압축의 여압을 걸리게 할 수 있기 때문에, 사용 중에 큰 부하가 걸려 인장의 힘이 가해져도, 그 인장력이 여압에 의해 상쇄되고, 애초부터 깨짐이 일어나기 어려워진다. 또, 짧은 시간이면 슬리브 자체로 비드를 받을 수가 있기 때문에, 바이트 캐리지에 직접 비드가 부딪혀 바이트 캐리지가 손상하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 링 바이트를 장수명화시킴과 아울러, 바이트 캐리지의 파손을 방지하고, 더 나아가서는, 용접관의 제조 효율을 향상시킬 수가 있다.
［제2 실시 형태］
다음에 본 발명의 제2 실시 형태에 관련되는 링 바이트 유닛(600)에 대해서, 도 6, 도 7을 이용하여 설명한다. 도 6, 도 7은 본 실시 형태로서의 링 바이트 유닛(600) 및 그 제조 방법을 나타내는 도이다.
본 실시 형태에 관련되는 링 바이트 유닛(600)은, 상기 제1 실시 형태와 비교하면, 슬리브(601)가 6각형의 외주(613)를 가지는 점에서 다르다. 그 외의 구성 및 동작은, 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 같은 구성 및 동작에 대해서는 같은 부호를 붙혀 그 자세한 설명을 생략한다.
슬리브(601)의 외주면은, 그 상방으로부터 본 경우에 정 6각형을 그리는 형상으로 되어 있다. 한편, 슬리브(601)의 내주면(611)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 링 바이트(211)의 외주면과 감합하는 형상 및 치수로 형성되어 있다. 또, 슬리브(601)의 상면(612)도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 링 바이트(211)의 상면(301)과 대략 같은 각도로 경사져 있다.
도 7에 나타내듯이, 본 실시 형태에 관련되는 바이트 캐리지(701)는 정 6각형의 바이트 유닛 장착용의 오목부(713)를 구비하고 있다.
본 실시 형태에 관련되는 슬리브(601)에 의하면, 링 바이트 유닛(600)을 회전시켜 칼날이 부딪치는 위치를 바꿀 때에, 등간격으로 6개소로 바꿀 수가 있다. 즉, 60도씩, 정확하게 링 바이트(211)를 회전시킬 수가 있다. 종래, 감각적으로 행해졌던 링 바이트의 회전을 정확하게 행할 수가 있다.
또한, 본 실시 형태에서, 슬리브의 외주가 6각형인 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 다각형 혹은 타원 등의 외주 형상이어도 좋다.
［다른 실시 형태］
이상, 실시 형태를 참조하여 본원 발명을 설명했지만, 본원 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본원 발명의 구성이나 상세(詳細)에서는, 본원 발명의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러가지 변경을 할 수가 있다. 또, 각각의 실시 형태에 포함되는 별개의 특징을 어떠한 모양으로 조합한 시스템 또는 장치도 본 발명의 범주에 포함된다.

Claims (7)

  1. 제조 중의 용접관 내부에 용접 위치의 상류로부터 삽입되는 맨드릴의 하류측 단부에 보유되고, 상기 용접관의 내면에 발생한 비드를 절삭하기 위한 절삭 공구로서의 링 바이트 유닛으로서,
    링 형상의 칼날을 구비한 링 바이트를, 상기 링 바이트의 둘레 방향으로 압축력을 가하기 위한 둥근 구멍을 가지는 원통 형상 또는 각통 형상의 슬리브에 감합시켜 일체화시킨 것을 특징으로 하는 링 바이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링 바이트는 상면이 경사진 원기둥 형상으로 형성되고, 상기 슬리브의 상면은 상기 링 바이트의 경사진 상면보다도 경사져 있는 것을 특징으로 하는 링 바이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브의 둥근 구멍은, 상온하에 있어서, 상기 링 바이트의 외경보다도 작은 내경을 가지고, 수축 끼워 맞춤, 냉각 끼워 맞춤, 또는 압입에 의해 상기 슬리브에 대해 상기 링 바이트를 감합시켜 고정한 것을 특징으로 하는 링 바이트 유닛.
  4. 제1항에 기재한 링 바이트 유닛에 이용되는 슬리브.
  5. 제1항에 기재한 링 바이트 유닛 및 바이트 홀더를 구비한 맨드릴.
  6. 제1항에 기재한 링 바이트 유닛의 제조 방법으로서,
    수축 끼워 맞춤, 냉각 끼워 맞춤, 또는 압입에 의해 상기 슬리브에 대해 상기 링 바이트를 고정하는 것을 특징으로 하는 링 바이트 유닛의 제조 방법.
  7. 삭제
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