KR101947461B1

KR101947461B1 - 스핀 형성 방법

Info

Publication number: KR101947461B1
Application number: KR1020147001604A
Authority: KR
Inventors: 마이클 알. 노비트스키; 얼 하스
Original assignee: 빅톨릭 컴패니
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2019-02-13
Also published as: AU2012302107A1; AU2012302107B2; ES2548775T3; CN103889609A; EP2750815A4; CN103889609B; MX343110B; WO2013033134A1; CA2846838C; CA2846838A1; EP2750815A1; SG2014009591A; EP2750815B1; JP5908085B2; TWI510303B; JP2014529510A; KR20140063572A; US20130055780A1; US9038428B2; BR112014004814A2

Abstract

스핀 형성에 의해 파이프 요소에 그루브를 형성하는 방법으로서, 파이프 요소는 파이프 요소 내에서 증가하는 직경의 편심 궤도에서 선회하는 아버와, 파이프 요소를 포획하는 외부 다이 사이에 핀칭된다. 핀칭 작용은, 파이프 요소의 부분이 아버의 이동 방향에 반대로 다이로부터 방사상 안쪽으로 멀어지게 이동하도록 한다.

Description

스핀 형성 방법{SPIN FORMING METHOD}

본 출원은 2011년 9월 2일에 출원된 미국 가특허 출원 61/530,771의 우선권의 이익에 기초하고 이를 주장하며, 이 특허는 그 전체가 본 명세서에 참고용으로 병합된다.

본 발명은 그 단부들에 근접한 숄더, 그루브 및 비드를 생성하기 위해 파이프 요소들을 스핀 형성하는 방법들에 관한 것이다.

기계적 파이프 결합부들(couplings)에 의해 접합될 파이프 요소들을 설계할 때 다양한 도전들에 직면하고 있다. 그러한 결합부들은 나사산 형성(threaded) 패스너들에 의해 단부 간의 관계로 접합된 2개 이상의 결합 세그먼트들을 포함하고, 그 예는 본 명세서에 참고용으로 병합된 미국 특허 7,712,796에 개시되어 있다. 세그먼트들은 파이프 요소들을 수용하는 중앙 공간을 둘러싼다. 각 세그먼트는 파이프 요소들의 외부 표면들과 맞물리는 "키들(keys)"로서 알려진 아치형 표면들의 쌍을 갖고, 키들은 종종 조인트에 가해진 벤딩 및 축 방향 부하들에 대항하여 양의(positive) 기계적 맞물림을 제공하는 파이프 요소들에서의 원주 방향 그루브들에 수용된다. 각 세그먼트는 또한 링-형상의 가스킷을 수용하는 아치형 표면들의 쌍 사이의 채널을 한정한다. 가스킷은 유체 밀폐 조인트를 달성하기 위해 일반적으로 세그먼트들과 파이프 요소들 사이에 압축된다.

원주 방향의 그루브들은 유리하게 파이프 요소의 측벽을 냉간 가공함으로써 형성되는데, 이는 절단 그루브들과 달리, 물질이 파이프 측벽으로부터 제거되지 않아 더 얇은 벽을 갖는 파이프 요소들이 냉간 가공 프로세스에 의해 그루브 형성(grooved)될 수 있기 때문이다. 고안 및/또는 높은 부하의 응용들에서 중량 및 비용의 절감들을 위해 더 얇은 벽을 갖는 파이프 요소들을 이용하는 것이 유리하다. 하지만, 종래 기술의 냉간 가공 방법들 및 파이프 설계들은 더 두꺼운 벽을 갖는 파이프 요소들 상에 사용된 필적하는 절단 그루브 시스템들에 의해 유지가능한 높은 부하들 및 압력들에 대해 적절한 결합 및 파이프 요소 맞물림 특징들을 발생시키지 않는다. 냉간 가공에 의해 얇은 벽을 갖는 그루브형 파이프 요소들의 설계 및 제조에 대한 개선점들을 통해 갖게 될 명백한 장점들이 있으며, 이것은 얇은 벽을 갖는 그루브형 파이프 요소들이 기계적 결합부들에 의해 접합되고 고압/높은 부하의 응용들에 사용되도록 할 것이다.

본 발명은 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법에 관한 것이다. 일례의 실시예에서, 방법은

서로 이격된 관계로 배치된 제 1 및 제 2 원주 방향의 트러프들(troughs)을 갖는 다이(die)에서 파이프 요소의 단부를 포획(capturing)하는 단계와;

파이프 요소 내에 아버(abor)를 삽입하는 단계로서, 아버는 제 1 원주 방향의 트러프와 정렬된 제 1 원주 방향의 리브(rib)와, 제 2 원주 방향의 트러프와 정렬된 제 2 원주 방향의 리브를 갖는, 삽입 단계와;

다이의 길이 방향 축 주위의 궤도에서 아버를 선회하는 단계와;

파이프 요소의 내부 표면에 대해 아버를 가압하도록 아버를 선회시키는 동안 궤도의 직경을 증가시키는 단계와;

증가하는 직경의 궤도에서 아버를 선회시키는 동안 제 1 원주 방향의 리브와 제 1 원주 방향의 트러프 사이에 파이프 요소를 핀칭(pinching)하는 단계로서, 제 1 및 제 2 원주 방향의 트러프들 사이의 파이프 요소의 부분이 다이로부터 방사상 안쪽으로 이동하도록 하여, 그루브를 형성하고, 그루브는 파이프 요소의 나머지의 외부 직경보다 더 작은 외부 직경을 갖는, 핀칭 단계를

포함한다.

이 예의 실시예에서, 제 1 원주 방향의 트러프는 제 2 원주 방향의 트러프에 근접하게 위치된 제 1 측면 표면과, 제 2 원주 방향의 트러프의 말단에 위치된 제 2 측면 표면을 포함한다. 플로어(floor) 표면은 제 1 및 제 2 측면 표면들 사이로 연장한다. 예의 방법은 제 1 원주 방향의 리브와 제 1 측면 표면 사이에 파이프 요소를 핀칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.

제 1 측면 표면은 제 1 배향각으로 배향될 수 있고, 제 2 측면 표면은 제 2 배향각으로 배향될 수 있다. 제 1 배향각은, 다이의 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 상대적으로 측정될 때 제 2 배향각보다 작을 수 있다.

특정한 예의 실시예에서, 제 1 원주 방향의 리브는 대향 측면들 상에 위치된 제 1 및 제 2 플랭크 표면들을 포함한다. 제 1 플랭크 표면은 제 1 측면 표면쪽으로 향하고, 제 2 플랭크 표면은 제 2 측면 표면쪽으로 향한다. 이러한 예의 실시예에서, 파이프 요소는 제 1 플랭크 표면과 제 1 측면 표면 사이에 핀칭된다. 적어도 제 1 플랭크 표면은 다이의 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 각지게 배향될 수 있다.

예의 실시예에서, 제 2 원주 방향의 트러프는 제 1 원주 방향의 트러프에 근접하게 위치된 측면 표면과, 제 2 원주 방향의 트러프의 측면 표면에 인접한 플로어 표면을 포함할 수 있다. 예의 방법은 제 2 원주 방향의 트러프의 제 2 원주 방향의 리브와 측면 표면 사이에 파이프 요소를 핀칭하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 2 원주 방향의 트러프의 측면 표면은 다이의 길이 방향 축에 실질적으로 수직으로 배향될 수 있다.

다른 예의 실시예에서, 제 2 원주 방향의 리브는 제 2 원주 방향의 트러프의 측면 표면쪽으로 향하는 플랭크 표면을 포함할 수 있다. 이러한 예의 실시예에서, 방법은 제 2 원주 방향의 트러프의 측면 표면과 제 2 원주 방향 리브의 플랭크 표면 사이에 파이프 요소를 핀칭하는 단계를 더 포함한다. 제 2 원주 방향의 리브의 플랭크 표면은 다이의 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 각지게 배향될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 예로서, 제 2 원주 방향의 리브를 제 2 원주 방향의 트러프쪽으로 강제함으로써 파이프 요소의 단부 부분에서 숄더를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가로, 방법은 제 1 원주 방향의 리브를 제 1 원주 방향의 트러프쪽으로 강제함으로서 그루브에 인접한 파이프 요소에서 비드를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

다른 예의 실시예에서, 방법은 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 단계를 포함한다. 일례의 실시예에서, 방법은

서로 이격된 관계로 배치된 제 1 및 제 2 원주 방향의 트러프들을 갖는 다이에서 파이프 요소의 단부를 포획하는 단계와;

파이프 요소 내에 아버를 삽입하는 단계로서, 아버는 제 1 원주 방향의 트러프와 정렬된 제 1 원주 방향의 리브와, 제 2 원주 방향의 트러프와 정렬된 제 2 원주 방향의 리브를 갖는, 삽입 단계와;

파이프 요소의 내부 표면에 대해 아버를 강제하도록 아버를 선회시키는 동안 궤도의 직경을 증가시키는 단계와;

제 1 원주 방향의 리브를 제 1 원주 방향의 트러프쪽으로 강제함으로써 비드를 형성하는 단계와;

제 2 원주 방향의 리브를 제 2 원주 방향의 트러프쪽으로 강제함으로써 숄더를 형성하는 단계를 포함하고,

그루브는 증가하는 직경의 궤도에서 아버를 선회시키는 동안 제 1 원주 방향의 리브와 제 1 원주 방향의 트러프 사이에 파이프 요소를 핀칭함으로써 비드와 숄더 사이에 형성되어, 제 1 및 제 2 원주 방향의 트러프들 사이의 파이프 요소의 부분이 다이로부터 방사상 안쪽으로 이동하도록 하여, 그루브를 형성하고, 그루브는 파이프 요소의 나머지의 외부 직경보다 더 작은 외부 직경을 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀 형성 프로세스에 의해 형성된 일례의 파이프 요소의 횡단면도.
도 2는 본 발명에 따른 스핀 형성 프로세스에 의해 형성된 일례의 파이프 요소를 포함하는 밸브의 등각 투상도.
도 3은 파이프 요소들과 파이프 결합부의 조합을 분해한 등각 투상도.
도 3a 및 도 3b는 파이프 결합 실시예들의 정면도.
도 4 내지 도 6은 파이프 요소들과 파이프 결합부의 조합의 횡단면도.
도 7은 스핀 형성 방법을 이용하여 파이프 요소들을 제조하기 위한 일례의 스핀 형성 기계의 개략도.
도 8은 도 7에 도시된 스핀 형성 기계의 개략적인 단면도.
도 9 내지 도 11은 파이프 요소들의 일례의 스핀 형성 방법을 예시한 횡단면도.
도 12 내지 도 15는 일례의 스핀 형성 방법을 구체적으로 예시한 횡단면도.

본 발명은 파이프 요소들, 파이프 요소들과 결합부들의 조합들, 및 결합부들을 수용하고 유체 밀폐 조인트를 형성하기 위해 파이프 요소들을 냉간 가공하기 위한 방법들 및 디바이스들에 관한 것이다. 본 명세서 전체에, "파이프 요소"라는 용어는 예를 들어, 도 1에 도시된 파이프 스톡(10)과, 도 2에 도시된 밸브(14)와 같은 유체 취급 또는 제어 구성 요소의 관형 부분(12)을 포함하는 임의의 관형 구조를 의미한다. 펌프들 및 스트레이너들(strainers)과 같은 다른 구성 요소들, 뿐 아니라 티들(tees), 엘보우들(elbows), 벤드들(bends) 및 리듀서들(reducers)과 같은 부속품들(fittings)은 또한 본 명세서에 한정된 바와 같이 "파이프 요소들"을 갖거나 포함하는 것으로서 포함된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 파이프 요소(10)는 파이프 요소의 곡률 중심에서 길이 방향 축(18) 상의 하나의 지점을 통과하는 외부 직경(16)을 갖는다. 파이프 요소(10)의 적어도 하나의 단부(20)는 기계적 결합부(미도시)의 키를 수용하도록 구성되고, 이 구성은 단부(20)에 위치된 숄더(22)와, 숄더(22)에 인접하게 위치된 그루브(24)와, 그루브(24)에 인접하게 위치된 비드(26)를 포함한다.

도 1에 구체적으로 도시된 바와 같이, 숄더(22)는 파이프 요소 주위에 원주 방향으로 연장하고, 바깥쪽으로 향하는 표면(28)을 갖는다. 표면(28)은 숄더의 파이프 요소(10)의 외부 직경(16)보다 더 큰 외부 직경(30)을 갖는다. 숄더(30)는 또한 바깥쪽으로 향하는 굴곡진 표면(32)을 갖는다. 굴곡진 표면(32)은 또한 파이프 요소 주위에 원주 방향으로 연장하고, 파이프 요소(10)의 길이 방향 축(18)에 수직으로 배향된 축(34) 상에 곡률 중심을 갖는다. 도 1에서, 축(34)은 시야면에 수직으로 도시되므로, 정면으로 보여진다.

그루브(24)는 숄더(30)의 굴곡진 표면(32)에 인접하게 위치되는 제 1 측면 표면(36)에 의해 한정된다. 이 예의 실시예에서 측면 표면(36)은 길이 방향 축(18)에 실질적으로 수직으로 배향되지만, 다른 실시예들에서 각지게 배향될 수도 있다.본 명세서에 사용된 "실질적으로 수직으로"는 정확히 수직이 아닐 수 있고 제조 실시들 및 허용 오차들을 고려하여 가능한 한 가깝게 실시가능하게 확립되는 각 배향을 언급한다. 제 1 측면 표면(36)의 수직 배향은 파이프 요소를 방사상으로 경화시키고, 이를 둥글게 유지하는데 도움을 준다.

제 2 측면 표면(38)은 그루브(24)를 추가로 한정한다. 제 2 측면 표면(38)은 제 1 측면 표면(36)에 이격된 관계로 위치되고, 길이 방향 축(18)에 대해 각지게 배향된다. 측면 표면(38)은 약 40° 내지 약 70°, 또는 약 45° 내지 약 65°의 배향각(40)을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 특정 실시예에서, 배향각(40)은 약 55°이고, 이것은, 그루브가 도 3 내지 도 6에 도시된 기계적 결합부의 키들을 수용할 때 유리한 것으로 고려된다.

플로어 표면(42)은 제 1 측면 표면(36)과 그루브(24)의 제 2 측면 표면(38) 사이로 연장한다. 도시된 예의 실시예에서, 플로어 표면(42)은 길이 방향 축(18)에 실질적으로 평행하고, 그루브를 제외하고 파이프 요소의 외부 직경(16)보다 작은 외부 직경(44)을 갖는다. 그루브(24)는 또한, 도 1에 도시된 실시예에서, 파이프 요소(10)의 내부 직경(19)과 거의 동일한 내부 직경(17)을 갖는다.

비드(26)는 그루브(24)의 제 2 측면 표면(38)에 인접하게 위치되고, 또한 파이프 요소 주위에 원주 방향으로 연장한다. 비드(26)는 축(18)으로부터 바깥쪽으로 돌출하고, 비드를 제외하고 파이프 요소의 외부 직경(16)보다 더 큰 외부 직경(48)을 갖는 정점(46)을 갖는다. 도 1에 도시된 예의 실시예에서, 정점(46)의 직경(48)은 숄더(22)의 외부 직경(30)보다 작다. 비드(26)는 파이프 요소의 방사상 강성도(radial stiffness)를 증가시켜, 그 둥글어짐을 유지하는데 도움을 준다.

파이프 스톡에 대해, 파이프 요소(10)의 단부의 구성{숄더(22), 그루브(24), 및 비드(26)}은 양쪽 단부들(간략함을 위해 미도시됨)에서 동일하지만, 다른 구성들은 또한 가능하고, 여기서 단부들은 다르다. 더욱이, 밸브(14)의 대향 단부들에서의 파이프 요소들(50)은 또한 전술한 단부 구성들을 갖고, 이러한 단부 구성들은 밸브, 또는 임의의 다른 유체 제어 구성 요소 또는 부속품이 기계적 결합부들을 이용하여 다른 파이프 요소들에 접합되도록 하고, 그 예들은 도 3, 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 대안적으로, 밸브들 및 다른 유체 제어 구성 요소들 및 부속품들은 또한 다른 단부 구성들을 가질 수 있다.

도 3에 도시된 일실시예에서, 기계적 결합부(52)는 이 예에서 나사산 형성 패스너들(56)에 의해, 단부 간의 관계로 서로에 대해 부착된 2개 이상의 세그먼트들(54)을 포함한다. 세그먼트들(54)은, 유체 밀폐 조인트에서 이들 세그먼트들을 결합하기 위해 파이프 요소들(10)을 수용하는 중앙 공간(58)을 둘러싼다. 탄성 중합체 가스킷(60)은 세그먼트들(54) 사이에 포획되고, 유체 밀폐를 보장하기 위해 숄더들(24)의 바깥쪽으로 향하는 표면들(28)과 맞물리는 안쪽으로 향하는 밀봉 표면들(62)을 갖는다. 각 세그먼트는 아치형 표면들 또는 키들(64)의 쌍을 갖고, 이들은 중앙 공간쪽으로 안쪽으로 돌출하고 파이프 요소들(10)의 그루브들(24) 내에 수용된다.

도 3a에 도시된 다른 실시예에서, 결합부(53)는 이격된 향하는 관계로 단부들(57 및 59)을 갖는 단일 바디(55)로 형성된 단일 세그먼트를 포함한다. 볼트 패드들(61)은 단부들(57 및 59)로부터 연장하고, 패스너(63)는 패스너의 조임시 볼트 패드들을 함께 끌어당기기 위해 볼트 패드들 사이로 연장한다. 단일 바디는 조인트를 형성하기 위해 파이프 요소들을 수용하는 중앙 공간(65)을 둘러싼다. 결합부(53)의 어느 한 측면 상에서 이격된 관계로 있는 키들(67)은 단일 바디(55)를 따라 원주 방향으로 연장하고, 방사상 안쪽으로 돌출한다. 전술한 것과 유사한 가스킷(60)은 키들 사이에 위치된다. 패스너(63)의 조임은 키들(67)을 파이프 요소들에서 그루브들과 맞물림 상태로 되게 하고, 단일 바디(55)와 파이프 요소들 사이에서 가스킷(60)을 압축한다.

도 3b는 힌지(75)에 의해 일단부에서 결합된 2개의 세그먼트들(71 및 73)로 구성된 다른 결합 실시예(69)를 도시한다. 세그먼트들의 대향 단부들(77 및 79)은 이격된 향하는 관계로 있고, 패스너(81)에 의해 연결된다. 세그먼트들(71 및 73)은 또한 이격된 관계로 원주 방향의 키들(83)을 갖고, 가스킷(60)은 이들 키들 사이에 위치된다. 세그먼트들은 조인트를 형성하기 위해 파이프 요소들을 수용하는 중앙 공간(65)을 둘러싼다. 패스너(81)의 조임은 키들(83)을 파이프 요소들에서의 그루브들과 맞물림 상태에 있도록 하고, 세그먼트들과 파이프 요소들 사이에서 가스킷(60)을 압축한다.

조인트는, 먼저 결합부(52)(도 3을 참조)를 분해하고, 파이프 요소들 중 하나의 파이프 요소의 단부에 걸쳐 가스킷(60)을 미끄러지게 함으로써 2개의 파이프 요소들(10) 사이에 형성될 수 있다. 다른 파이프 요소의 단부는 제 1 파이프 요소의 단부에 근접하게 정렬되고, 가스킷은, 2개의 파이프 요소 단부들 사이에 작은 간격을 브리징(bridge)하도록 위치되며, 가스킷의 밀봉 표면들(62)은 각 파이프 요소의 숄더들(24)의 각 외부 표면들(28)과 맞물린다. 다음으로, 결합 세그먼트들(54)은 가스킷(60)과 파이프 요소들의 단부들을 둘러싸게 위치되며, 키들(64)은 각 파이프 요소에서 각 그루브들(24)과 정렬된다. 패스너들(56)은 적용되고 조여져서, 세그먼트들을 서로를 향해 끌어당기고, 키들(64)을 각 그루브들(24)과 맞물리고, 가스킷(60)을 파이프 요소들에 대해 압축하여, 유체 밀폐 조인트를 형성한다.

대안적인 실시예에서, 도 4 내지 도 6은 파이프 요소들(10)을 설치 준비형 결합부(52)와 맞물리는 것을 구체적으로 도시하며, 여기서 세그먼트들(54)은 사전 조립되고, 패스너들(56)에 의해 서로 이격된 관계로 유지되며, 세그먼트들은 가스킷(60) 상에 지지된다. 세그먼트들은 충분히 멀리 이격되어, 파이프 요소들(10)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 결합부를 분해하지 않고도 중앙 공간(58)에 삽입될 수 있다. 숄더들(22)의 바깥쪽으로 향하는 표면들(28)이 가스킷(60)의 밀봉 표면들(62)과 맞물리고, 키들(64)이 각 파이프 요소들에서 그루브들(24)과 정렬되는 것이 주지된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 세그먼트들(54)을 서로 결합하는 패스너들(56)(도 1을 참조)이 조여져서, 세그먼트들을 서로를 향해 끌어당기게 한다. 이것은 밀봉을 달성하기 위해 파이프 요소들에 대해 가스킷(60)을 압축하고, 조인트를 달성하기 위해 결합부와 파이프 요소들(10) 사이의 양의 기계적 연결을 달성하도록 키들(64)을 그루브들(24)에 강제한다. 6에 구체적으로 도시된 일실시예에서, 키들(64)은 그루브들과 호환하는 단면 형태를 갖고, 키들은, 실질적으로 수직 키 표면(66)이 그루브의 제 1 측면 표면(36)과 맞물리도록 치수를 갖고, 각지게 배향된 키 표면(68)은 그루브의 각지게 배향된 제 2 측면 표면(38)과 맞물린다. 표면들(68 및 38)은 표면간 접촉을 극대화시키기 위해 상보 배향 각들을 갖는 것이 유리하다. 일반적으로, 이 실시예에 대해, 그루브 플로어 표면(42)과 키(64)의 방사상 향하는 표면(72) 사이에 간격(70)이 있을 것이다. 이것은 파이프 요소 및 결합부 모두에서의 허용 오차 변동들로 인한 것이다. 표면들(42 및 72) 사이의 일부 간격은, 키들이 조인트에 강성도를 제공하고 축 방향 압축 및 응력 부하들 하에 서로 이격된 관계로 파이프 요소들을 유지하는 웨징(wedging) 작용으로 그루브와 맞물리는 것을 보장하기 위해 유리하다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 결합 실시예들(53 및 69)을 이용하는 조인트의 형성은 설치 준비 실시예에 대해 전술한 바와 같이 유사하게 진행한다. 다른 실시예들은 또한 가능한데, 예를 들어, 수직 키 표면(66)만이 그루브의 제 1 측면 표면(36)과 접촉하거나, 각지게 배향된 키 표면(68)만이 그루브(24)의 제 2 측면 표면(38)과 접촉하게 된다. 또한 결합 세그먼트들은 가스킷(60) 상에서 부유하고, 키 표면들 중 어느 것도 적어도 부분적으로 조인트가 부하를 받을 때까지 그루브 표면들과 접촉하지 않는다는 것이 가능하다.

스핀 형성 기술들을 이용하여 원주 방향의 숄더, 그루브 및 비드를 형성하는 것이 유리하다. 스핀 형성은 고정된 외부 다이와, 다이 내의 궤도에서 선회하는 롤러 툴 또는 "아버"를 이용한다. 파이프 요소는 파이프 요소와 아버 사이의 다이 내에 유지되고, 아버는 다이의 길이 방향 축 주위에서 궤도에 진입한다. 아버의 궤도는 직경이 증가하고, 아버는 파이프 요소의 내부 표면에 대해 강제된다. 아버가 선회할 때, 파이프 요소의 단부의 형상을 아버 및 다이의 형상에 따르도록 한다.

스핀 형성은, 파이프 요소의 외부 직경의 허용 오차 변동에 대한 프로세스의 민감도를 제거하기 때문에 유리하다. 롤 형성과 같은 기술들이 파이프 요소를 냉간 가공하고 원하는 숄더-비드-그루브 형상을 발생시키는데 사용될 수 있지만, 파이프 요소의 외부 직경에서의 변동으로 인해 허용가능한 반복 정도를 가지고 숄더 및 그루브 외부 직경들을 확립하는 것이 어렵다. 하지만, 고정된 외부 다이를 통한 스핀 형성을 이용함으로써, 파이프 요소의 외부 직경의 치수적 변동들은 관련되지 않는데, 이는 외부 직경이 파이프 요소의 초기 직경에 상관없이 파이프 요소의 외부 표면 치수들을 확립하기 때문이다.

도 7 및 도 8은 일례의 스핀 형성 기계(136)를 개략적으로 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기계(136)는 4개의 섹션들(140, 142, 144 및 146)에 형성된 다이(138)를 포함한다. 다이 섹션들은 베어링들(미도시)에 장착되고, 각 엑추에이터들(148, 150, 152 및 154)을 이용하여 서로를 향해 그리고 서로로부터 멀어지게 슬라이딩가능하게 이동될 수 있다. 이 예에서, 오프셋 쌍들(140 및 142, 144 및 146)에서 구성된 4개의 다이 섹션들이 있지만, 단지 2개의 섹션들을 갖는 다이들도 또한 가능하다. 도 7에 도시된 바와 같이, 스핀 형성 툴, 아버(156)는 하우징(158)에 장착된다. 하우징(158)은 고정된 회전축(160)을 갖고, 다이(138)쪽으로 그리고 다이(138)로부터 멀어지게 가이드 로드들(164)을 따라 이동하는 캐리지(162) 상에 장착된다. 엑추에이터(166)는 캐리지(162)의 이동을 달성하고, 이에 따라 다이쪽으로 그리고 다이로부터 멀어지는 아버(156)의 이동을 달성한다. 하우징(158)은 캐리지 상에 또한 장착된 전기 모터(170)에 의해 베어링들(168) 상에 캐리지(162)에 상대적으로 축(160) 주위의 회전에서 구동된다. 하우징(158)의 회전축(160)은 다이의 길이 방향 축(161)에 실질적으로 평행하고, 이것은 다이 섹션들(140, 142, 144 및 146)이 결합될 때 가장 잘 보여진다. 하지만, 아버(156)는 하우징의 회전축(160)으로부터 길이 방향 축(172)을 오프셋하도록 하는 방향으로 하우징(158)에 상대적으로 이동될 수 있다. 아버(156)의 오프셋 이동은 하우징(158) 상에 장착된 엑추에이터(174)를 통해 이루어진다. 스프링(176)은, 엑추에이터(174)의 힘이 경감될 때 하우징의 회전축(160)과의 동축 정렬로 아버의 길이 방향 축(172)을 다시 이동시키는 복원력을 제공한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 다이 섹션들(140이 도시됨)은 스핀 형성 동안 파이프 요소(134)의 외부 표면(134a)의 원하는 최종 형상을 발생시키도록 형태를 갖는 내부 표면(178)을 갖는다. 더욱이, 아버(156)는 다이 섹션들의 내부 표면들(178)과 협력하도록 하는 형태를 갖는 외부 표면(180)을 갖고, 파이프 요소(134)의 물질이 변형하고 흐르도록 하여, 스핀 형성 프로세스 동안, 아버(156)의 외부 표면(180)이 파이프 요소(134)의 내부 표면(134b)에 대해 강제될 때, 파이프 요소(134)의 외부 표면(134a)은 다이(138)의 내부 표면들(178)에 의해 한정된 원하는 형상을 취하게 된다.

동작시, 도 7 내지 11에 도시된 바와 같이, 엑추에이터들(148 및 150)은 각 섹션들(140 및 142)을 서로로부터 멀어지게 이동시킨다. 유사하게, 엑추에이터들(152 및 154)은 각 다이 섹션들(144 및 146)을 서로로부터 멀어지게 이동시켜, 다이(138)를 개방한다. 그런 후에 파이프 요소(134)는 다이에 삽입될 수 있다. 그런 후에, 도 9에 도시된 바와 같이, 다이(138)는 파이프 요소(134)의 단부를 포획하기 위해 각 엑추에이터들을 이용하여 각 다이 섹션들(140 및 142, 144 및 146)을 함께 브리징함으로써 차단된다. 다음으로, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 엑추에이터(166)는 캐리지(162)를 다이(138)쪽으로 이동시킨다. 하우징(158)의 회전축(160)과 동축 정렬 상태로 이 때에 위치되어 또한 다이(138)에 의해 한정된 길이 방향 축(161) 및 파이프 요소(134)의 길이 방향 축(182) 모두와의 동축 정렬 상태로 위치된 길이 방향 축(172)을 갖는 아버(156)는 다이(138)쪽으로 이동된다. 아버(156)는 다이에 의해 포획된 파이프 요소(134) 내에 삽입된다. 하우징(158)은 회전축(160) 주위에서 모터(170)에 의해 회전되고, 엑추에이터(174)는 하우징의 길이 방향 축(160)과의 동축 정렬로부터 아버(156)의 길이 방향 축(172)을 이동시킨다. 이 구성은 도 10에 도시되며, 여기서 아버(156)의 축(172)은 또한 파이프 요소(134)의 길이 방향 축(172) 및 다이 축(161)으로부터 오프셋된다. 이러한 편심 구성은, 아버(156)가 하우징(158)의 회전시 원형 궤도에서 다이(138)의 길이 방향 축(161) 및 파이프 요소(134)의 길이 방향 축 주위를 선회하도록 한다. 엑추에이터(174)가 하우징(158)의 회전축(160)으로부터 멀어지게 아버(156)를 계속해서 이동시킴에 따라, 궤도의 직경은 증가한다. 하우징이 회전하는 동안, 하우징(158)에 대한 아버(156)의 계속된 이동은 파이프 요소(134)의 내부 표면(134b)에 대해 아버를 강제시킨다. 도 11에 도시된 바와 같이, 아버(156)는 궤도에서 파이프 요소의 내부 표면 주위를 진행하고, 물질을 냉간 가공하여, 다이(138)의 내부 표면들(178)의 형상에 실질적으로 따르기 위해 파이프 요소(134)의 외부 표면(134a)을 강제한다. 이 예에서, 숄더(22), 그루브(24) 및 비드(26)가 형성된다. 하지만, 다이 및 아버의 형상에 따라, 숄더 및 그루브만을, 또는 비드 및 그루브만을 형성할 수 있다. 파이프 요소(134)의 내부 표면(134b)과 아버(156) 사이의 마찰을 완화시키기 위해, 아버는 길이 방향 축(172) 주위를 자유롭게 회전하는 것이 주지된다. 일단 원하는 숄더-비드-그루브 형상이 스핀 형성 프로세스의 완료시 달성되면, 하우징(158)의 회전은 중단되어, 아버(156)의 길이 방향 축(172)이 하우징의 길이 방향 축(160) 및 다이 축(161)과의 정렬 상태로 다시 이동되고, 캐리지(162)는 다이(138)로부터 멀어지게 이동되어, 파이프 요소(134) 내로부터 아버(156)를 제거한다. 그런 후에 다이(138)는 다이 섹션들(140, 142, 144 및 146)을 이동시킴으로써 개방되어, 다이로부터의 형성된 파이프 요소의 제거를 허용한다.

도 12 내지 도 15는 파이프 요소(134)에서 그루브(24), 숄더(22) 및 비드(26)를 스핀 형성하는 일례의 방법을 구체적으로 도시한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 다이의 길이 방향 축(161) 주위의 증가하는 직경의 편심 궤도를 이동시키는 아버(156)는 파이프 요소(134)의 내부 표면(134b)과 접촉할 때 도시된다. 이 예에서, 다이(138)는 제 1 및 제 2 원주 방향의 트러프들(192 및 194)을 갖고, 이들은 서로 이격된 관계로 배치된다. 아버(156)는 제 1 및 제 2 원주 방향의 리브들(196 및 198)을 갖는다. 아버(156)를 파이프 요소(134)에 삽입할 때, 제 1 리브(196)가 제 1 트러프(192)와 정렬되고, 제 2 리브(198)가 제 2 트러프(194)와 정렬되는 것이 주지된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 트러프(192)는 제 2 트러프(194)에 근접하게 위치된 제 1 측면 표면(200)과, 제 2 트러프(194)에 말단에 위치된 제 2 측면 표면(202)과, 제 1 및 제 2 측면 표면들(200 및 202) 사이로 연장하는 플로어 표면(204)에 의해 한정된다. 이 예에서, 제 1 및 제 2 측면 표면들이 다이 축(161)에 수직으로 연장하는 각 기준선들(206 및 208)에 대해 각지게 배향되는 것이 주지된다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 측면 표면의 배향각(210)은 제 2 측면 표면(202)(도시됨)의 배향각(212)보다 작다. 제 1 측면 표면(200)의 배향각(210)은 약 20° 내지 약 50°의 범위를 가질 수 있고, 제 2 측면 표면(202)의 배향각(212)은 약 20° 내지 약 75°의 범위를 가질 수 있다.

제 1 리브(196)는 리브의 대향 측면들 상에 위치된 제 1 및 제 2 플랭크 표면들(214, 216)을 포함한다. 제 1 플랭크 표면(214)은 제 1 트러프(192)의 제 1 측면 표면(200)쪽으로 향하고, 제 2 플랭크 표면(216)은 제 2 측면 표면(202)쪽으로 향한다. 제 1 및 제 2 플랭크 표면들(214 및 216)은 다이 축(161)에 수직으로 연장하는 각 기준선들(218 및 220)에 대해 각지게 배향된다. 제 1 플랭크 표면(214)의 배향각(222)은 약 10° 내지 55°의 범위를 가질 수 있고, 제 2 플랭크 표면(216)의 배향각(224)은 약 10° 내지 약 75°의 범위를 가질 수 있다.

이 예의 실시예에서, 제 2 트러프(194)는 제 1 트러프(192)에 근접하게 위치된 측면 표면(226)과, 측면 표면(226)에 인접한 플로어 표면(228)에 의해 한정된다. 이 예에서, 측면 표면(226)은 다이 축(161)에 실질적으로 수직으로 배향되지만, 또한 각지게 배향될 수 있다. 측면 표면(226) 및 플로어 표면(228)은 숄더(22)(도 13 및 도 14를 참조)를 한정하도록 협력한다.

제 2 리브(198)는 제 2 트러프(194)의 측면 표면(226)쪽으로 향하게 위치된다. 플랭크 표면(230)은 도시된 바와 같이, 다이 축(161)에 수직으로 연장하는 기준선들(232)에 대해 각지게 배향될 수 있다. 플랭크 표면(230)의 배향각(234)은 약 1° 내지 약 45°의 범위를 가질 수 있다.

도 14를 참조하여, 아버(156)가 증가하는 직경의 궤도에서 선회할 때, 파이프 요소(134)는 제 1 원주 방향의 리브(196)의 제 1 플랭크 표면(214)과, 제 1 트러프(192)의 제 1 측면 표면(200) 사이에 핀칭된다. 이러한 핀칭이 달성될 때, 그루브(24)가 파이프 요소(134)의 외부 표면(134a)에 형성되고 파이프 요소의 부분(134c)이 도 15에 도시된 바와 같이 그루브(24)의 플로어(42)와 다이(138) 사이의 간격(184)에 의해 증명된 바와 같이 다이(138)로부터 방사상 안쪽으로 멀어지게 이동하는 것이 관찰된다. 또한 도 14에 도시된 바와 같이, 파이프 요소(134)의 추가 핀칭은 제 2 원주 방향의 리브(198)의 플랭크 표면(230)과 제 2 트러프(194)의 측면 표면(226) 사이에서 발생하고, 이것은 다이(138)로부터 방사상 안쪽으로 멀어지는 부분(134c)의 이동을 용이하게 함으로써 그루브(24)의 형성에 기여하는 것으로 생각된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 이에 따라 파이프 요소(134)에 형성된 그루브(24)는 파이프 요소의 나머지의 외부 직경(188)보다 작은 외부 직경(186)을 갖는다. 이러한 예의 방법에서, 숄더(22) 및 비드(26)는 각각, 도 15에 도시된 바와 같이, 제 2 원주 방향의 리브(198)를 제 2 원주 방향의 트러프(194)쪽으로 강제하고 제 1 원주 방향의 리브(196)를 제 1 원주 방향의 트러프(192)쪽으로 강제함으로써 추가로 형성된다.

간격(184)을 형성하기 위해 다이(138)로부터 멀어지는 파이프 요소(134)의 영역(134c)의 방사상 안쪽의 이동은 아버(156)의 방사상 바깥쪽의 이동에 반대여서, 예상되지 않는다. 이 방법은 파이프 요소들(134)(도 11에 도시됨)이 형성되도록 하고, 여기서 그루브(24)의 외부 표면(134a)은 파이프 요소의 나머지의 외부 표면, 즉 그루브(24)를 제외한 파이프 요소의 외부 표면(134a)의 직경(188)보다 작은 직경(186)을 갖는다. 그러한 구성이 2개의 회전 롤러들 사이의 파이프 요소의 롤러 형성에 의해서만 가능하지만, 본 발명에 따른 스핀 형성은 이 구성이 파이프 요소를 포획하는 고정된 다이의 효과로 인해 파이프 요소의 정밀하고 반복가능한 외부 치수들을 유지하면서 달성되도록 한다고 이전에 생각되었다. 이것은 예상되지 않는데, 이는 스핀 형성이 파이프 요소만을 팽창시키는데, 즉 스핀 형성에 의해 변형된 파이프 요소의 임의의 부분이 원래 치수보다 더 큰 직경을 가져야 한다고 생각되기 때문이다. 그러므로, 공통적인 지식에 따라, 스핀 형성 프로세스에서, 제 1 외부 직경을 갖는 파이프 요소에서 시작하여, 제 1 외부 직경보다 더 작은 제 2 외부 직경을 갖는 파이프 요소의 부분에서 끝나는 것이 가능할 뿐 아니라, 본 출원인들은 본 발명에 따른 방법에서 스핀 형성을 이용하여 이를 달성하였다.

본 명세서에 도시되고 설명된 숄더, 그루브 및 비드를 포함하는 파이프 요소 구성들과, 이 구성들을 생성하기 위한 방법들 및 장치는, 얇은 벽을 갖는 파이프 요소들이 기계적 결합부들에 의해 결합되도록 하고, 얇은 벽을 갖는 파이프 요소들 및 그루브형 기계적 결합부들에 대해 적합하지 않는 이전에 생각된 고압/높은 부하 응용들에 사용되도록 한다. 종래 기술의 파이프 요소들에 비해 다양한 추가 장점들도 또한 실현된다. 예를 들어, 그루브 플로어(42)의 외부 직경(186)은 파이프 요소 직경 제조 허용 오차들에 관해 결합부들과 파이프 요소들 사이의 호환성에 대한 중요한 치수적 파라미터이라는 것이 알려져 있다. 본 명세서에 개시된 스핀 형성 방법은, 최대 및 최소 파이프 직경 허용 오차들 모두에서 결합부들과 호환하는 그루브들이 형성될 수 있도록 이러한 파라미터가 제어되도록 한다. 더욱이, 확대된 숄더 직경(190){파이프 요소 외부 직경보다 더 큰 숄더(22)의 바깥쪽으로 향하는 표면}과 감소된 그루브의 플로어 직경{파이프 요소 외부 직경보다 작은 그루브 플로어(42)의 외부 직경}의 조합은, 더 가벼운 중량의 결합부들이 성능의 불리함 없이 사용되도록 한다. 또한 그루브 및 숄더 치수들이 유지될 수 있는 더 타이트한 허용 오차들로 인해 결합부들을 더 쉽게 설계한다. 실질적으로, 이것은 더 낮은 중량으로 더 낮은 비용의 결합부들과, 더 높은 내부 압력들을 견디는 더 강한 조인트들로 전환된다. 가스킷 설계는 또한 제공된 더 타이트한 허용 오차들로 인해 간략화되고, 가스킷이 고압들 하에서 압출되고 파열될 수 있는 결합 세그먼트들 사이에서 형성하는 간격의 크기를 더 쉽게 조절하게 된다. 제조 장점들은 또한 확보되는데, 이는 파이프 요소의 얇아짐이 적고 요구된 적은 냉간 가공이 있기 때문이며, 이것은 낮은 잔류 스트레스들과, 더 높은 나머지 신장도들과, 더 강한 파이프 요소들을 의미한다. 비드(26)의 추가는 더 단단한 조인트를 허용하고, 키가 그루브를 채우고 이로운 웨징 작용을 이용하도록 한다. 웨징 작용은, 심지어 예를 들어 열 부하들 또는 수직의 파이프 스택으로 인한 축 방향 압축 하에 있을 때 일정한 거리에서 결합부 내에 파이프 요소들을 유지한다. 이것은 파이프 요소들이 존재시 가스킷 중앙 레그의 핀칭 및 손상으로부터 방지한다. 확장된 숄더는, 또한 그루브가 비교적 얕아지도록 하고, 파이프 요소 내에 하부 내부 프로파일을 제공한다. 각 조인트에서의 낮은 프로파일 그루브는 파이프 요소들을 통해 흐르는 유체에서의 적은 헤드 손실 및 적은 교란을 초래한다. 추가로, 숄더와 동심인 그루브를 형성함으로써, 결합부와 파이프 요소들 사이의 더 균일한 맞물림이 달성되어, 누출 가능성을 추가로 완화시킨다.

Claims

파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법으로서,
서로 이격된 관계로 배치된 제 1 및 제 2 원주 방향의 트러프들(troughs)을 갖는 다이에서 상기 파이프 요소의 단부를 포획(capturing)하는 단계와;
상기 파이프 요소 내에 아버(arbor)를 삽입하는 단계로서, 상기 아버는 상기 제 1 원주 방향의 트러프와 정렬된 제 1 원주 방향의 리브(rib)와, 상기 제 2 원주 방향의 트러프와 정렬된 제 2 원주 방향의 리브를 갖는, 삽입 단계와;
상기 다이의 길이 방향 축 주위의 궤도에서 상기 아버를 선회시키는 단계와;
상기 아버를 상기 파이프 요소의 내부 표면에 대해 가압(force)시키도록 상기 아버를 선회시키는 동안 상기 궤도의 직경을 증가시키는 단계와;
증가하는 직경의 상기 궤도에서 상기 아버를 선회시키는 동안 상기 제 1 원주 방향의 리브와 상기 제 1 원주 방향의 트러프 사이에 상기 파이프 요소를 핀칭하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 원주 방향의 트러프들 사이의 상기 파이프 요소의 부분이 상기 다이로부터 방사상 안쪽으로 멀어지게 이동하도록 하여, 상기 그루브를 형성하고, 상기 그루브는 상기 파이프 요소의 나머지의 외부 직경보다 더 작은 외부 직경을 갖는, 핀칭하는 단계를
포함하는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 원주 방향의 트러프는 상기 제 2 원주 방향의 트러프에 근접하게 위치된 제 1 측면 표면과, 상기 제 2 원주 방향의 트러프에 말단에 위치된 제 2 측면 표면과, 상기 제 1 및 제 2 측면 표면들 사이로 연장하는 플로어(floor) 표면을 포함하고, 상기 방법은 상기 제 1 원주 방향의 리브와 상기 제 1 측면 표면 사이에 상기 파이프 요소를 핀칭하는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 측면 표면은 제 1 배향각(orientation angle)으로 배향되고, 상기 제 2 측면 표면은 제 2 배향각으로 배향되고, 상기 제 1 배향각은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 상대적으로 측정될 때 상기 제 2 배향각보다 작은, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 측면 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 측정된 20° 내지 50°의 배향각으로 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 측면 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 측정된 20° 내지 75°의 배향각으로 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 원주 방향의 리브는 대향 측면들 상에 위치된 제 1 및 제 2 플랭크 표면들을 포함하고, 상기 제 1 플랭크 표면은 상기 제 1 측면 표면으로 향하고, 상기 제 2 플랭크 표면은 상기 제 2 측면 표면으로 향하고, 상기 파이프 요소는 상기 제 1 플랭크 표면과 상기 제 1 측면 표면 사이에 핀칭되는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 6 항에 있어서,
적어도 상기 제 1 플랭크 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 각지게 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 플랭크 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 측정된 10° 내지 55°의 배향각으로 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 플랭크 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 측정된 10° 내지 75°의 배향각으로 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 트러프는
상기 제 1 원주 방향의 트러프에 근접하게 위치된 측면 표면과;
상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면에 인접한 플로어 표면을 포함하고,
상기 방법은 상기 제 2 원주 방향의 리브와 상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면 사이에 상기 파이프 요소를 핀칭하는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 리브는 상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면으로 향하는 플랭크 표면을 포함하고,
상기 방법은 상기 제 2 원주 방향의 리브의 상기 플랭크 표면과 상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면 사이에 상기 파이프 요소를 핀칭하는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 리브의 상기 플랭크 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 각지게 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 리브의 상기 플랭크 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 측정된 1° 내지 45°의 배향각으로 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 리브를 상기 제 2 원주 방향의 트러프로 가압하여 상기 파이프 요소의 단부 부분에 숄더를 형성하는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 원주 방향의 리브를 상기 제 1 원주 방향의 트러프로 가압하여 상기 그루브에 인접한 상기 파이프 요소에 비드를 형성하는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소의 외부 표면에 그루브를 형성하는 방법.
파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법으로서,
서로 이격된 관계로 배치된 제 1 및 제 2 원주 방향의 트러프들을 갖는 다이에서 상기 파이프 요소의 단부를 포획하는 단계와;
상기 파이프 요소 내에 아버를 삽입하는 단계로서, 상기 아버는 상기 제 1 원주 방향의 트러프와 정렬된 제 1 원주 방향의 리브와, 상기 제 2 원주 방향의 트러프와 정렬된 제 2 원주 방향의 리브를 갖는, 삽입하는 단계와;
상기 다이의 길이 방향 축 주위의 궤도에서 상기 아버를 선회시키는 단계와;
상기 아버를 상기 파이프 요소의 내부 표면에 대해 가압하도록 상기 아버를 선회시키는 동안 상기 궤도의 직경을 증가시키는 단계를 포함하고,
상기 비드는 상기 제 1 원주 방향의 리브를 상기 제 1 원주 방향의 트러프로 가압하여 형성되고,
상기 숄더는 상기 제 2 원주 방향의 리브를 상기 제 2 원주 방향의 트러프로 가압하여 형성되고,
상기 그루브는 증가하는 직경의 상기 궤도에서 상기 아버를 선회시키는 동안에 상기 제 1 원주 방향의 리브와 상기 제 1 원주 방향의 트러프 사이의 상기 파이프 요소를 핀칭함으로써 상기 비드와 상기 숄더 사이에 형성되어, 상기 제 1 및 제 2 원주 방향의 트러프들 사이의 상기 파이프 요소의 부분이 상기 다이로부터 방사상 안쪽으로 멀어지게 이동하도록 하여, 상기 그루브를 형성하고, 상기 그루브는 상기 파이프 요소의 나머지의 외부 직경보다 더 작은 외부 직경을 갖는, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 원주 방향의 트러프는 상기 제 2 원주 방향의 트러프에 근접하게 위치된 제 1 측면 표면과, 상기 제 2 원주 방향의 트러프에 말단에 위치된 제 2 측면 표면과, 상기 제 1 및 제 2 측면 표면들 사이로 연장하는 플로어 표면을 포함하고,
상기 방법은 상기 제 1 원주 방향의 리브와 상기 제 1 측면 표면 사이에 상기 파이프 요소를 핀칭하는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1 측면 표면은 제 1 배향각으로 배향되고, 상기 제 2 측면 표면은 제 2 배향각으로 배향되고, 상기 제 1 배향각은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 상대적으로 측정될 때 상기 제 2 배향각보다 작은, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 원주 방향의 리브는 대향 측면들 상에 위치된 제 1 및 제 2 플랭크 표면들을 포함하고, 상기 제 1 플랭크 표면은 상기 제 1 측면 표면으로 향하고, 상기 제 2 플랭크 표면은 상기 제 2 측면 표면으로 향하고, 상기 파이프 요소는 상기 제 1 플랭크 표면과 상기 제 1 측면 표면 사이에 핀칭되는, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.
제 20 항에 있어서,
적어도 상기 제 1 플랭크 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 각지게 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 트러프는 상기 제 1 원주 방향의 트러프에 근접하게 위치된 측면 표면과, 상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면에 인접한 플로어 표면을 포함하고,
상기 방법은 상기 제 2 원주 방향의 리브와 상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면 사이에 상기 파이프 요소를 핀칭하는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 리브는 상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면으로 향하는 플랭크 표면을 포함하고,
상기 방법은 상기 제 2 원주 방향의 리브의 상기 플랭크 표면과 상기 제 2 원주 방향의 트러프의 상기 측면 표면 사이에 상기 파이프 요소를 핀칭하는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 리브의 상기 플랭크 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 각지게 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 제 2 원주 방향의 리브의 상기 플랭크 표면은 상기 다이의 상기 길이 방향 축에 수직으로 연장하는 기준선에 대해 측정된 1° 내지 45°의 배향각으로 배향되는, 파이프 요소의 외부 표면에 비드, 그루브 및 숄더를 형성하는 방법.