KR101856436B1 - 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법 - Google Patents

차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 듀플렉스 스테인리스 재질의 강관을 이용한 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법에 관한 것으로, 강관을 소정 길이로 절단하여 준비하는 강관준비단계와, 강관준비단계에서 준비된 강관을 하이드로포밍 장치의 하부확관캐비티가 구비된 하부금형에 위치시킨 후 상부확관캐비티가 구비된 상부금형을 하부금형으로 이동시켜 형합하는 성형준비단계와, 상부금형과 하부금형의 형합 상태를 유지시키면서 하이드로포밍 장치의 유체주입부가 강관의 양 단부를 통해 그 내부로 고압의 유체를 주입하여 강관의 중앙부터 상부확관캐비티 및 하부확관캐비티의 내측벽을 향해 확관시키되 하이드로포밍 장치의 피딩부가 강관의 확관에 따른 길이 감소를 보상하면서 강관의 양단부를 지속적으로 가압하도록 하는 강관성형단계, 및 유체주입부의 유체 주입을 중단하고 피딩부의 작동을 가압력을 해제한 후 상부금형과 상부 하부금형의 형합을 해제하여 성형강관을 취출하는 성형강관취출단계를 포함하여 구성되어, 1개소의 강관을 이용하여 이중 관경 구조의 성형강관을 제작 가능하게 하며 성형 비용 및 시간을 획기적으로 감소시킨다.

Description

차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법 { FORMING METHOD OF STEEL PIPE FOR MANUFACTURING HIGH PRESSURE FUEL INJECTION TUBE FOR VEHICLE }
본 발명은 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이드로포밍 장치를 이용하여 GDI 엔진을 채택한 차량에서 가솔린 연료를 내연 기관 측으로 전달하는 유로를 형성하는 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 고압 연료 튜브는 차량의 내연 기관에서 가솔린 또는 디젤 등의 연료를 공급하는 유로를 형성하는 장치를 의미한다.
이와 관련하여, 차량용 고압 연료 튜브 및 그 제조방법에 관한 선행기술로서, 대한민국등록특허공보 KR10-0591970B1(특허문헌 1) 및 일본공개특허공보 JP2005-180218A(특허문헌 2) 등이 개시된 바 있다.
이 경우, 종래의 고압 연료 튜브 제조용 강관은 통상 SUS304계열의 오스테나이트계 스테인리스 재질의 강관을 사용하지만, 최근 환경 규제 관련하여 튜브 내압이 250 ~ 300 bar 정도로 증가하는 경향에 비추어, 보다 내압 성능이 향상된 스테인리스 재질의 도입이 요구되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 고압 연료 튜브 제조용 강관은 차량용 고압 연료 튜브 내부에 고압 연료가 공급되면서 발생하는 맥동 저감을 위하여 튜브의 양단과 중앙부의 관경을 다르게 하여 이중 관경의 강관으로 구성하는 경우, 중앙부 1개소와 양단 2개소의 관을 브레이징하여 하나의 강관으로 성형하지만, 브레이징 부분의 연료 누유위험이 존재하는 문제점이 있다.
아울러, 종래의 고압 연료 튜브 제조용 강관은 이중 관경의 강관으로 구성하는 경우, 브레이징 부분의 기밀 시험 장치 및 기밀 시험에 필요한 고가의 헬륨가스가 요구되므로 그 성형 비용 및 시간이 증가하는 문제점이 있다.
대한민국등록특허공보 KR10-0591970B1 일본공개특허공보 JP2005-180218A
전술한 문제점을 해소함에 있어, 본 발명의 목적은 내압 성능이 향상된 스테인리스 재질의 강관을 이용한 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법을 제공함에 있다.
또한, 하이드로포밍 방법을 적용함으로써 1개소의 강관을 이용하여 이중 관경 구조의 성형강관을 제작 가능하게 하는 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법을 제공함에 있다.
아울러, 1개소의 강관을 이용하여 이중 관경 구조의 성형강관을 제작 가능하여 성형 비용 및 시간을 획기적으로 감소시키는 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법은, 듀플렉스 스테인리스 재질의 강관을 이용한 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법으로서, 강관을 소정 길이로 절단하여 준비하는 강관준비단계와, 강관준비단계에서 준비된 강관을 하이드로포밍 장치의 하부확관캐비티가 구비된 하부금형에 위치시킨 후 상부확관캐비티가 구비된 상부금형을 하부금형으로 이동시켜 형합하는 성형준비단계와, 상부금형과 하부금형의 형합 상태를 유지시키면서 하이드로포밍 장치의 유체주입부가 강관의 양 단부를 통해 그 내부로 고압의 유체를 주입하여 강관의 중앙부터 상부확관캐비티 및 하부확관캐비티의 내측벽을 향해 확관시키되 하이드로포밍 장치의 피딩부가 강관의 확관에 따른 길이 감소를 보상하면서 강관의 양단부를 지속적으로 가압하도록 하는 강관성형단계, 및 유체주입부의 유체 주입을 중단하고 피딩부의 작동을 가압력을 해제한 후 상부금형과 상부 하부금형의 형합을 해제하여 성형강관을 취출하는 성형강관취출단계를 포함하여 구성된다.
이 경우, 강관준비단계에서, 강관은, Ni: 3.0 이상 7.0 이하 중량%, Cr: 21.0 이상 25.0 이하 중량%, Mo: 0.05 이상 4.0 이하 중량%, N: 0.05 이상 0.20% 이하 중량%, C: 0.03 이하 중량%, Si: 1.0 이하 중량%, Mn: 2.0 이하 중량%, P: 0.03 이하 중량%, S: 0.02 이하 중량%의 재질로 구성되고, 잔부는 Fe로 구성되는 것이 바람직하다.
아울러, 강관은, 외경(D)가 9.4 ± 3.8mm인 경우, 두께(t)는 0.8mm 이상 1.6mm 이하이고, 내경(d)은 4mm 이상 10mm 이하인 것이 바람직하다.
한편, 상부금형에 구비된 상부확관캐비티 및 하부금형에 구비된 하부확관캐비티의 내측벽은 각각, 확관부 및 비확관부를 포함하여 구성되는 성형강관의 그 최종 확관 형태를 결정하도록 구성되며, 성형강관의 중앙에 형성되는 확관부의 수평 확관부의 형태를 결정짓는 제 1 벽과, 수평 확관부와 비확관부 사이에 개재된 확관부의 수직 확관부의 형태를 결정짓도록 좌우측 한 쌍으로 구비되는 제 2 벽과, 제 1곡률반경을 가지며 제 1 벽과 제 2 벽 사이를 연결하도록 좌우측 한 쌍으로 구비되는 제 1 이음벽과, 제 2 곡률반경을 가지며 제 2 벽과 상부금형의 저면 및 하부금형의 상면을 연결하도록 좌우측 한 쌍으로 구비되는 제 2 이음벽을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상부확관캐비티의 제 1 벽과 하부확관캐비티의 제 1 벽 사이의 간격 및 성형강관의 수평 확관부의 외경은, 강관의 외경(D)가 9.4 ± 3.8mm인 경우, 1.2D 이상 2.0D 이하인 것이 바람직하다.
이 경우, 제 1 곡률반경 및 제 2 곡률반경은 0.2mm 이상 1.0mm 이하인 것이 바람직하다.
한편, 제조준비단계에서, 하이드로포밍 장치는 하부금형의 상면 및 상부금형의 저면에 하부확관캐비티 및 상부확관캐비티의 좌우측으로 상호 대칭되어 슬리브와셔설치캐비티가 형성되고, 하부금형의 슬리브와셔설치캐비티에 슬리브와셔를 장착한 후 슬리브와셔를 관통하여 강관을 위치시키게 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법은 듀플렉스 스테인리스 재질의 강관을 이용하여 내압 성능을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 의한 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법은 하이드로포밍 방법을 적용함으로써 1개소의 강관을 이용하여 이중 관경 구조의 성형강관을 제작 가능하게 한다.
아울러, 본 발명에 의한 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법은 브레이징 과정 및 그 기밀 시험 과정이 불필요하여 성형 비용 및 시간을 획기적으로 감소시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 순서 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 강관준비단계(S1, S1')에서 준비된 강관을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 성형준비단계(S2)를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 강관성형단계(S3)를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 성형강관취출단계(S4)를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 성형준비단계(S2')를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 강관성형단계(S3')를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 성형강관취출단계(S4')를 도시한 단면도이다.
본 발명에 있어 첨부된 도면은 종래 기술과의 차별성 및 명료성, 그리고 기술 파악의 편의를 위해 과장된 표현으로 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어로써, 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 기술적 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 한편, 실시예는 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하고, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니며, 권리범위는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 순서 흐름도이고, 도 2는 도 1에 도시된 강관준비단계(S1, S1')에서 준비된 강관을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법은, 듀플렉스 스테인리스 재질의 강관(10, 10')을 이용한 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법으로서, 강관준비단계(S1, S1')와, 성형준비단계(S2, S2')와, 강관성형단계(S3, S3'), 및 성형강관취출단계(S4, S4')를 포함하여 구성된다.
강관준비단계(S1, S1')는 강관(10, 10')을 소정 길이로 절단하여 준비하는 단계이다.
이 경우, 강관(10, 10')은, 듀플렉스 스테인리스 재질로 구성되되, Ni: 3.0 이상 7.0 이하 중량%, Cr: 21.0 이상 25.0 이하 중량%, Mo: 0.05 이상 4.0 이하 중량%, N: 0.05 이상 0.20% 이하 중량%, C: 0.03 이하 중량%, Si: 1.0 이하 중량%, Mn: 2.0 이하 중량%, P: 0.03 이하 중량%, S: 0.02 이하 중량%의 재질로 구성되고, 잔부는 Fe로 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, Ni의 중량%를 3.0 이상 7.0 이하 중량% 범위로 한정한 이유는, 3.0 중량% 미만인 경우 강의 인성 증가 효과가 미미하며, 7.0 중량% 초과인 경우 이미 충분한 인성 증가 효과 달성 후 경제성이 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.
그리고, Cr의 중량%를 21.0 이상 25.0 이하 중량% 범위로 한정한 이유는, 21.0 중량% 미만인 경우 강의 내식성 증가 효과가 미미하며, 25.0 중량% 초과인 경우 충분한 내식성 증가 효과 달성 후 경제성이 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.
한편, Mo의 중량%를 0.05 이상 4.0 이하 중량% 범위로 한정한 이유는, 0.05 중량% 미만인 경우 강의 내식성 증가 효과가 미미하며, 4.0 중량% 초과인 경우 충분한 내식성 증가 효과 달성 후 경제성이 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.
특히, Cr과 Mo의 경우, 최근 가솔린 연료에 메탄올, 에탄올 등의 바이오 연료가 첨가되는 경향이 있어 내식성 향상을 위해 필수적인 성분이 된다.
또한, N의 중량%를 0.05 이상 0.20 이하 중량% 범위로 한정한 이유는, 0.05 중량% 미만인 경우 N이 Fe 격자 사이에 침입형 고용체로 존재하여 도모하는 강도 향상의 효과가 미미하며, 0.20 중량% 초과인 경우 충분한 강도 향상 효과 후 신율이 감소되어 가공성이 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.
한편, C, Si, Mn, P, S의 경우는 선택적으로 첨가 가능하다.
이 경우, C의 중량%를 0.03 중량% 이하의 범위로 한정한 이유는, 0.03 중량%을 초과인 경우 Cr탄화물을 형성하여 고용 Cr의 양을 감소시켜 내식성을 저하시킬 수 있기 때문이다.
그리고, Si의 중량%를 1.0 중량% 이하의 범위로 한정한 이유는, 1.0 중량% 초과인 경우 강의 인성을 저하시키기 때문이다.
한편, Mn의 중량%를 2.0 중량% 이하의 범위로 한정한 이유는, Mn은 S의 유해성을 저감시키지만, 2.0 중량% 초과인 경우 내식성을 필요 이상 저하시키는 문제가 발생하기 때문이다.
또한, P의 중량%를 0.03 중량% 이하의 범위로 한정한 이유는, P는 강 중 Fe 자리에 치환형 고용체로 존재하여 강도 향상을 도모하지만, 0.03 중량% 초과인 경우 인성을 필요 이상 저하시키는 문제가 발생하기 때문이다.
그리고, S의 중량%를 0.02 중량% 이하의 범위로 한정한 이유는, 0.02 중량% 초과인 경우 피로강도를 필요 이상 저하시키는 문제가 발생하기 때문이다.
삭제
한편, 강관(10, 10')은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 인발 과정을 통해 생성되어 긴 중공 원통 형상으로 구성된다.
이때, 강관(10, 10')은 소정길이로 절단되어 그 양단의 내주면에 외부를 향하여 넓어지는 유로를 형성하기 위한 테이퍼면이 면취될 수도 있다.
한편, 강관(10, 10')은, 외경(D, D')가 9.4 ± 3.8mm인 경우, 두께(t, t')는 0.8mm 이상 1.6mm 이하이고, 내경(d, d')은 4mm 이상 10mm 이하인 것이 바람직하다.
강관(10, 10')의 외경(D, D')의 범위는 출원인의 발명과 결합될 연료레일 등의 피결합대상물품을 고려하여 정한 것이다.
이 경우, 강관(10, 10')의 두께(t, t')를 0.8mm 이상 1.6mm 이하의 범위로 한정한 것은, 0.8mm 미만인 경우 고압 연료의 흐름에 따른 내압을 견디지 못하고 강관(10)이 파손될 수 있기 때문이고, 1.6mm 초과인 경우 외경을 더 크게 설정할 수 밖에 없어 부품 중량 증대에 의한 연비 성능의 저하 문제가 발생하기 때문이다.
한편, 강관(10, 10')의 내경(d, d')을 4mm 이상 10mm 이하의 범위로 한정한 것은, 4mm 미만인 경우 고압 연료의 유량이 충분하지 못하기 때문이고, 10mm 초과인 경우 외경을 더 크게 설정할 수 밖에 없어 부품 중량 증대에 의한 연비 성능의 저하 문제가 발생하기 때문이다.
이하, 성형준비단계(S2, S2')와, 강관성형단계(S3, S3'), 및 성형강관취출단계(S4, S4')는 제 1 실시예와 제 2 실시예로 나누어 상술하기로 한다.
제 1 실시예
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 성형준비단계(S2)를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 강관성형단계(S3)를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 성형강관취출단계(S4)를 도시한 단면도이다.
성형준비단계(S2)는 강관준비단계(S1)에서 준비된 강관(10)을 하이드로포밍 장치(100)의 하부확관캐비티(121)가 구비된 하부금형(120)에 위치시킨 후 상부확관캐비티(111)가 구비된 상부금형(110)을 하부금형(120)으로 이동시켜 형합하는 단계이다.
이 경우, 아직 확관 성형 전이므로, 하이드로포밍장치(100)에서 피성형관체의 내부로 고압의 유체를 주입하는 기능을 수행하는 유체주입부(130) 및 피성형관체의 길이가 줄어드는 경우 양단부를 기밀성을 유지하면서 가압하여 유체주입부(130)를 통해 고압의 유체가 공급되도록 하는 피딩부(140)는 강관(10)의 양 단부에서 떨어져 있게 된다.
한편, 상부금형(110)에 구비된 상부확관캐비티(111) 및 하부금형(120)에 구비된 하부확관캐비티(121)의 내측벽은 각각, 확관부(10b-1, 10b-2) 및 비확관부(10b-3)를 포함하여 구성되는 성형강관(10b)의 그 최종 확관 형태를 결정하도록 구성된다.
즉, 상부금형(110)에 구비된 상부확관캐비티(111) 및 하부금형(120)에 구비된 하부확관캐비티(121)의 내측벽은, 성형강관(10b)의 중앙에 형성되는 확관부(10b-1, 10b-2)의 수평 확관부(10b-1)의 형태를 결정짓는 제 1 벽(111a, 121a)과, 수평 확관부(10b-1)와 비확관부(10b-3) 사이에 개재된 확관부(10b-1, 10b-2)의 수직 확관부(10b-2)의 형태를 결정짓도록 좌우측 한 쌍으로 구비되는 제 2 벽(111b, 121b)과, 제 1곡률반경(r1)을 가지며 제 1 벽(111a, 121a)과 제 2 벽(111b, 121b) 사이를 연결하도록 좌우측 한 쌍으로 구비되는 제 1 이음벽(111c, 121c)과, 제 2 곡률반경(r2)을 가지며 제 2 벽(111b, 121b)과 상부금형(110)의 저면(110a) 및 하부금형(120)의 상면(120a)을 연결하도록 좌우측 한 쌍으로 구비되는 제 2 이음벽(111d, 121d)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
종국적으로, 강관(10)이 성형 중인 강관(10a)을 거쳐 최종 성형강관(10b)이 제작될 때, 제 1 벽(111a, 121a)은 수평 확관부(10b-1)를, 제 2 벽(111b, 121b)은 수직 확관부(10b-2)를, 제 1 이음벽(111c, 121c)은 제 1곡률반경(r1)을 가지며 수평 확관부(10b-1)와 수직 확관부(10b-2)를 연결하는 제 1 이음부(10b-4)를, 제 2 이음벽(111d, 121d)은 제 2 곡률반경(r2)을 가지며 수직 확관부(10b-2)와 비확관부(10b-3)를 연결하는 제 2 이음부(10b-5)를 형성하는 경계가 된다.
이 때, 상부확관캐비티(111)의 제 1 벽(111a)과 하부확관캐비티(121)의 제 1 벽(121a) 사이의 간격 및 성형강관(10b)의 수평 확관부(10b-1)의 외경(D1)은, 강관(10)의 외경(D)가 9.4 ± 3.8mm인 경우, 1.2D 이상 2.0D 이하인 것이 바람직하다. 1.2D 이상 2.0D 이하의 범위로 한정한 것은, 1.2D 미만인 경우 도모하는 맥동 저감 효과의 최소치가 확보되지 않기 때문이고, 2.0D 초과인 경우 확관 시 파손이 쉽게 일어나기 때문이다.
한편, 제 1 곡률반경(r1) 및 제 2 곡률반경(r2)은 0.2mm 이상 1.0mm 이하인 것이 바람직하다. 제 1 곡률반경(r1) 및 제 2 곡률반경(r2)을 0.2mm 이상 1.0mm 이하의 범위로 한정한 것은, 0.2mm 미만인 경우 피딩부(140)의 피딩 압력이 증가되어 파손이 우려되기 때문이고, 1.0mm 초과인 경우 이중 관경 구조에 의한 맥동 저감 효과가 저감되며 후속 작업인 벤딩 공정이나 헤드부 성형 공정 등이 어렵게 되기 때문이다.
강관성형단계(S3)는 상부금형(110)과 하부금형(120)의 형합 상태를 유지시키면서 하이드로포밍 장치(100)의 유체주입부(130)가 강관(10)의 양 단부를 통해 그 내부로 고압의 유체를 주입하여 강관(10)의 중앙부터 상부확관캐비티(111) 및 하부확관캐비티(121)의 내측벽을 향해 확관시키되 하이드로포밍 장치(100)의 피딩부(140)가 강관(10)의 확관에 따른 길이 감소를 보상하면서 강관(10)의 양단부를 지속적으로 가압하도록 하는 단계이다.
이 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, 강관(10)이 중앙부터 상부확관캐비티(111) 및 하부확관캐비티(121)의 제 1 벽(111a, 121a)에 닿도록 확관되면서 성형 중인 강관(10a)의 단계를 거치게 된다.
아울러, 전술한 바와 같이, 강관(10)이 성형 중인 강관(10a)을 거쳐 최종 성형강관(10b)이 제작될 때까지, 즉, 제 1 벽(111a, 121a)은 수평 확관부(10b-1)를, 제 2 벽(111b, 121b)은 수직 확관부(10b-2)를, 제 1 이음벽(111c, 121c)은 제 1곡률반경(r1)을 가지며 수평 확관부(10b-1)와 수직 확관부(10b-2)를 연결하는 제 1 이음부(10b-4)를, 제 2 이음벽(111d, 121d)은 제 2 곡률반경(r2)을 가지며 수직 확관부(10b-2)와 비확관부(10b-3)를 연결하는 제 2 이음부(10b-5)를 형성할 때까지 유체주입부(130)와 피딩부(140)가 작동하게 된다.
성형강관취출단계(S4)는 유체주입부(130)의 유체 주입을 중단하고 피딩부(140)의 작동을 가압력을 해제한 후 상부금형(110)과 상부 하부금형(120)의 형합을 해제하여 성형강관(10b)을 취출하는 단계이다.
이 때, 성형강관(10b)은 전술한 바와 같이, 수평 확관부(10b-1)와, 수직 확관부(10b-2)와, 비확관부(10-3)와, 제 1곡률반경(r1)을 가지며 수평 확관부(10b-1)와 수직 확관부(10b-2)를 연결하는 제 1 이음부(10b-4), 및 제 2 곡률반경(r2)을 가지며 수직 확관부(10b-2)와 비확관부(10b-3)를 연결하는 제 2 이음부(10b-5)를 포함하여 구성된다.
이 후, 성형강관(10b)을 이용하여 벤딩 공정이나 헤드부 성형 공정 등이 이루어지게 된다.
제 2 실시예
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 성형준비단계(S2')를 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 강관성형단계(S3')를 도시한 단면도이며, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법의 성형강관취출단계(S4')를 도시한 단면도이다.
제 2 실시예에 있어, 제 1 실시예와 동일한 설명 부분은, 본 발명의 간명한 설명을 위하여 자세한 설명을 생략하기로 한다.
즉, 성형준비단계(S2'), 강관성형단계(S3'), 및 성형강관취출단계(S4')는 제 1 실시예에서의 성형준비단계(S2), 강관성형단계(S3), 및 성형강관취출단계(S4)에 대응된다.
아울러, 강관(10'), 성형 중인 강관(10a'), 성형강관(10b'), 수평 확관부(10b'-1), 수직 확관부(10b'-2), 비확관부(10b'-3), 제 1 이음부(10b'-4), 제 2 이음부(10b'-5), 하이드로포밍 장치(200), 상부금형(210), 저면(210a), 상부확관캐비티(211), 하부금형(220), 상면(220a), 하부확관캐비티(221), 제 1 벽(211a, 221a), 제 2 벽(211b, 221b), 제 1 이음벽(211c, 221c), 제 2 이음벽(211d, 221d), 유체주입부(230), 피딩부(240), 강관의 외경(D'), 강관의 내경(d'), 강관의 두께(t'), 제 1 벽(211a, 221a) 사이의 간격 및 수평 확관부(10b'-1)의 외경(D1'), 제 1 곡률반경(r1'), 및 제 2 곡률반경(r2')의 경우, 각각 제 1 실시예에서의, 강관(10), 성형 중인 강관(10a), 성형강관(10b), 수평 확관부(10b-1), 수직 확관부(10b-2), 비확관부(10b-3), 제 1 이음부(10b-4), 제 2 이음부(10b-5), 하이드로포밍 장치(100), 상부금형(110), 저면(110a), 상부확관캐비티(111), 하부금형(120), 상면(120a), 하부확관캐비티(121), 제 1 벽(111a, 121a), 제 2 벽(111b, 121b), 제 1 이음벽(111c, 121c), 제 2 이음벽(111d, 121d), 유체주입부(130), 피딩부(140), 강관의 외경(D), 강관의 내경(d), 강관의 두께(t), 제 1 벽(111a, 121a) 사이의 간격 및 수평 확관부(10b-1)의 외경(D1), 제 1 곡률반경(r1), 및 제 2 곡률반경(r2)에 대응된다.
제 1 실시예에서와의 차이는, 하이드로포밍장치(200)에 강관(10')의 확관 후 길이 변경을 고려하여, 슬리브와셔(300)가 설치될 위치에, 즉, 하부금형(220')의 상면(220a') 및 상부금형(210)의 저면(210a)에 하부확관캐비티(221) 및 상부확관캐비티(211)의 좌우측으로 상호 대칭되어 슬리브와셔설치캐비티(212, 222)가 구비된다는 점이다.
슬리브와셔(300)는 체결너트를 이용하여 최종 제품인 차량용 고압 연료 튜브를 연료레일 등에 접속시킬 때 그 체결력의 매개체가 되는 수단으로, 그 외주부에는 체결너트와의 결합을 위한 나사산이 형성되어 있다. 슬리브와셔(300)에 관하여는 대한민국등록특허공보 KR10-0254017B1 등에 다수의 기술이 공지되어 있는 바 자세한 설명을 생략한다.
다만, 종래와 달리, 슬리브와셔(300)의 내주면에 강관(10')의 확관에 따라결합될 수 있도록 확관홈(300a)이 구비되는 차이점이 있다.
이는, 슬리브와셔(300)를 헤드부 성형 공정 전에 미리 끼우는 것이 일반적이며, 이를 위하여 성형강관(10b')의 특정 위치에 슬리브와셔(300)가 미리 결합된 구조를 개시하고자 하는 것이다. 하이드로포밍 확관 공정에 의해 피확관대상관체의 중앙부부터 확관이 이루어지는 것에 착안한 것이다.
이 경우, 성형준비단계(S2')는 하부금형(220)의 슬리브와셔설치캐비티(222)에 슬리브와셔(300)를 장착한 후 슬리브와셔(300)를 관통하여 강관(10')을 위치시키게 구성될 수 있다.
강관성형단계(S3')에서는 성형강관(10b')의 수평 확관부(10b'-1), 수직 확관부(10b'-2), 비확관부(10b'-3), 제 1 이음부(10b'-4), 및 제 2 이음부(10b'-5)가 형성된 후, 와셔설치부(10b'-6)가 확관되어 형성된다.
이 경우, 와셔설치부(10b'-6)는 슬리브와셔(300)의 내주면에 구비되는 확관홈(300a)에 수용된다.
성형강관취출단계(S4')에서는 슬리브와셔(300)가 와셔설치부(10b'-6)에 끼워진 최종적인 성형강관(10b')이 취출된다.
이상에서와 같이, 본 발명에 의한 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법은 듀플렉스 스테인리스 재질의 강관을 이용하여 내압 성능을 향상시키고, 하이드로포밍 방법을 적용함으로써 1개소의 강관을 이용하여 이중 관경 구조의 성형강관을 제작 가능하게 하며, 성형 비용 및 시간을 획기적으로 감소시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 기초로 다양한 변경 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해해야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하 기술할 특허청구범위에 의하며, 상술한 발명의 구체적 내용을 토대로 정해져야 할 것이다.
본 발명은 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법에 관한 것으로, 차량의 내연기관 부품과 관련된 산업 분야에 이용 가능하다.
S1, S1': 강관준비단계
S2, S2': 성형준비단계
S3, S3': 강관성형단계
S4, S4': 성형강관취출단계
10, 10': 강관
10a, 10a': 성형 중인 강관
10b, 10b': 성형강관
10b-1, 10b'-1: 수평 확관부
10b-2, 10b'-2: 수직 확관부
10b-3, 10b'-3: 비확관부
10b-4, 10b'-4: 제 1 이음부
10b-5, 10b'-5: 제 2 이음부
10b'-6: 와셔설치부
100, 200: 하이드로포밍 장치
110, 210: 상부금형
110a, 210a: 저면
111, 211: 상부확관캐비티
120, 220: 하부금형
120a, 220a: 상면
121, 221: 하부확관캐비티
111a, 121a, 211a, 221a: 제 1 벽
111b, 121b, 211b, 221b: 제 2 벽
111c, 121c, 211c, 221c: 제 1 이음벽
111d, 121d, 211d, 221d: 제 2 이음벽
130, 230: 유체주입부
140, 240: 피딩부
212, 222: 슬리브와셔설치캐비티
300: 슬리브와셔
300a: 확관홈
D, D': 강관의 외경
d, d': 강관의 내경
t, t': 강관의 두께
D1, D1': 제 1 벽 사이의 간격 및 수평 확관부의 외경
r1, r1': 제 1 곡률반경
r2, r2': 제 2 곡률반경

Claims (7)

  1. 듀플렉스 스테인리스 재질의 강관을 이용한 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법으로서,
    상기 강관을 소정 길이로 절단하여 준비하는 강관준비단계;
    상기 강관준비단계에서 준비된 강관을 하이드로포밍 장치의 하부확관캐비티가 구비된 하부금형에 위치시킨 후 상부확관캐비티가 구비된 상부금형을 상기 하부금형으로 이동시켜 형합하는 성형준비단계;
    상기 상부금형과 상기 하부금형의 형합 상태를 유지시키면서 상기 하이드로포밍 장치의 유체주입부가 상기 강관의 양 단부를 통해 그 내부로 고압의 유체를 주입하여 상기 강관의 중앙부터 상기 상부확관캐비티 및 상기 하부확관캐비티의 내측벽을 향해 확관시키되, 상기 하이드로포밍 장치의 피딩부가 상기 강관의 확관에 따른 길이 감소를 보상하면서 상기 강관의 양단부를 지속적으로 가압하도록 하는 강관성형단계; 및
    상기 유체주입부의 유체 주입을 중단하고 상기 피딩부의 작동을 가압력을 해제한 후, 상기 상부금형과 상부 하부금형의 형합을 해제하여 성형강관을 취출하는 성형강관취출단계;
    를 포함하고,
    상기 성형준비단계에서,
    상기 하이드로포밍 장치는, 상기 하부금형의 상면 및 상기 상부금형의 저면에 상기 하부확관캐비티 및 상기 상부확관캐비티의 좌우측으로 상호 대칭되어 슬리브와셔설치캐비티가 형성되고,
    상기 하부금형의 슬리브와셔설치캐비티에 슬리브와셔를 장착한 후 상기 슬리브와셔를 관통하여 상기 강관을 위치시키는 것을 특징으로 하는 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 강관준비단계에서,
    상기 강관은,
    Ni: 3.0 이상 7.0 이하 중량%, Cr: 21.0 이상 25.0 이하 중량%, Mo: 0.05 이상 4.0 이하 중량%, N: 0.05 이상 0.20% 이하 중량%, C: 0.03 이하 중량%, Si: 1.0 이하 중량%, Mn: 2.0 이하 중량%, P: 0.03 이하 중량%, S: 0.02 이하 중량%의 재질로 구성되고, 잔부는 Fe로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 강관은,
    외경(D)가 9.4 ± 3.8mm인 경우, 두께(t)는 0.8mm 이상 1.6mm 이하이고, 내경(d)은 4mm 이상 10mm 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부금형에 구비된 상기 상부확관캐비티 및 상기 하부금형에 구비된 상기 하부확관캐비티의 내측벽은 각각, 확관부 및 비확관부를 포함하여 구성되는 상기 성형강관의 그 최종 확관 형태를 결정하도록 구성되며, 상기 성형강관의 중앙에 형성되는 상기 확관부의 수평 확관부의 형태를 결정짓는 제 1 벽과, 상기 수평 확관부와 상기 비확관부 사이에 개재된 상기 확관부의 수직 확관부의 형태를 결정짓도록 좌우측 한 쌍으로 구비되는 제 2 벽과, 제 1 곡률반경을 가지며 상기 제 1 벽과 상기 제 2 벽 사이를 연결하도록 좌우측 한 쌍으로 구비되는 제 1 이음벽과, 제 2 곡률반경을 가지며 상기 제 2 벽과 상기 상부금형의 저면 및 상기 하부금형의 상면을 연결하도록 좌우측 한 쌍으로 구비되는 제 2 이음벽을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부확관캐비티의 제 1 벽과 상기 하부확관캐비티의 제 1 벽 사이의 간격 및 상기 성형강관의 상기 수평 확관부의 외경은, 상기 강관의 외경(D)가 9.4 ± 3.8mm인 경우, 1.2D 이상 2.0D 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 곡률반경 및 상기 제 2 곡률반경은,
    0.2mm 이상 1.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 고압 연료 튜브 제조용 강관의 성형 방법.
  7. 삭제
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