KR101958810B1 - 니플의 크랙 방지 구조 및 크랙 방지 구조를 갖는 니플의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

관 이음새로 사용되는 니플(nipple)에 있어서, 상기 니플에는 상기 니플을 통해 유출입되는 유체의 이동 방향으로 상기 니플의 양단을 관통하는 관통홀; 및 적어도 어느 일측에 상기 관통홀과 동심을 갖고 소정 깊이로 형성되는 관결합홈;이 형성되되, 상기 관결합홈의 바닥부에는 단조 가공에 의해 반경 방향으로 비대칭적 형상을 갖는 크랙방지홈;이 더 형성되는 니플의 크랙 방지 구조를 제공한다.

Description

니플의 크랙 방지 구조 및 크랙 방지 구조를 갖는 니플의 제조 방법{STRUCTURE FOR PREVENTING CRACK OF NIPPLE AND MANUFACTURING METHOD OF NIPPLE HAVING STRUCTURE FOR PREVENTING CRACK}

본 발명은 관과 관 사이를 연결하는 이음새로 사용되는 니플에 관한 것이다.

니플은 관 이음시 사용되는 연결관의 일종이다. 따라서, 니플의 양측 단부에는 관이 각각 연결될 수 있다. 이를 위해, 니플에는 관이 삽입 결합되는 관결합홈이 더 형성될 수 있다. 니플은 그 크기에 따라 소형에서 중대형까지 그 종류가 다양하다. 한편, 최근 가공 기술의 발달로 인해 니플은 가공 후의 형상 두께가 점차 얇아지고 있다.

니플은 절삭 가공 이외에 단조 가공을 이용하여 제조할 수 있다. 단조 가공은 절삭으로 인해 낭비되는 소재의 양을 줄여, 니플 제조에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 단조 가공은 니플의 강도를 보다 증가시킬 수 있다. 이런 장점으로 인해 단조 가공법은 니플의 제조 방법으로 자주 사용되고 있다.

그러나, 단조 가공은 절삭 가공과 달리 단조 장비 등의 가압으로 인해 얇은 관 두께를 갖는 니플의 제조 과정에서 크랙 등의 파손을 발생시키는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1246705 (등록일자 2013년 3월18일) 대한민국 등록특허 제10-0998520 (등록일자 2010년11월30일) 대한민국 공개특허 제10-2016-0115820 (공개일자 2016년10월06일) 대한민국 등록특허 제10-1344970 (등록일자 2013년12월18일)

본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단조 가공으로 니플을 제작할 때, 압출 신장에 따라 점점 얇아지는 측벽(외벽, 내벽 등)에 크랙 등이 발생되는 현상을 방지할 수 있는 니플의 크랙 방지 구조를 제공하고자 한다.

또한, 이런 크랙 방지 구조를 갖는 니플의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 관 이음새로 사용되는 니플(nipple)에 있어서, 상기 니플에는 상기 니플을 통해 유출입되는 유체의 이동 방향으로 상기 니플의 양단을 관통하는 관통홀; 및 적어도 어느 일측에 상기 관통홀과 동심을 갖고 소정 깊이로 형성되는 관결합홈;이 형성되되, 상기 관결합홈의 바닥부에는 단조 가공에 의해 반경 방향으로 비대칭적 형상을 갖는 크랙방지홈;이 더 형성되는 니플의 크랙 방지 구조를 제공한다.

상기 크랙방지홈은 상기 바닥부의 전면(全面)에 형성되되, 상기 바닥부의 내경에서 반경 외측 방향으로 하향 경사지게 형성되는 내측경사면과, 상기 바닥부의 외경에서 반경 내측 방향으로 하향 경사지게 형성되는 외측경사면으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 내측경사면의 길이는 외측경사면의 길이보다 더 짧게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 크랙방지홈은 상기 바닥부의 외경에서 반경 내측 방향으로 하향 경사지게 형성되는 단일경사면이 상기 바닥부의 내경과 연결되어 형성되는 것이 바람직하다.

봉재를 길이에 맞게 절단하여 단위봉재를 마련하는 제1단계; 상기 단위봉재의 적어도 어느 일측면에 관통홈의 중심 위치를 표시하는 위치표시홈을 형성하는 제2단계; 상기 위치표시홈을 기준으로 단조 가공을 통해 상기 단위봉재를 적어도 어느 일측 방향으로 연장되게 압출시키면서 소정 깊이를 갖는 상기 관통홈과, 상기 관통홈과 동심을 갖는 관결합홈을 형성하되, 동시에 상기 관결합홈의 바닥부에 반경 방향으로 비대칭적 형상을 갖는 크랙방지홈을 형성하는 제3단계; 및 상기 관통홈에 대해 단조 가공을 반복하여 상기 단위봉재의 길이 방향으로 상기 단위봉재를 관통하는 관통홀을 형성하는 제4단계;를 포함하는 크랙 방지 구조를 갖는 니플의 제조 방법을 제공한다.

상기 제3단계에서, 상기 크랙방지홈을 상기 바닥부의 전면에 형성하되, 상기 크랙방지홈은 상기 바닥부의 내경에서 반경 외측 방향으로 경사지게 형성되는 내측경사면과, 상기 바닥부의 외경에서 반경 내측 방향으로 경사지게 형성되는 외측경사면을 포함할 수 있다.

상기 제3단계에서, 상기 관통홈의 바닥부를 원뿔홈 형상으로 형성하되, 상기 원뿔홈의 측면은 상기 외측경사면의 연장선상에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 제3단계에서, 상기 내측경사면의 길이를 외측경사면의 길이보다 더 짧게 형성하는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명의 의하면, 특히 소형 니플을 단조 가공으로 제작할 때, 압출 신장에 따라 점점 얇아지는 측벽(외벽, 내벽 등)에 크랙 등이 발생되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 크랙 방지 구조를 갖는 니플의 제조 방법을 통해 제품 불량률이 낮아지고, 내구성 등 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 니플의 사시도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ＇방향 단면 사시도.
도 3은 도 2의 종단면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 니플의 종단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 니플의 제조 방법에 대한 흐름도.
도 6a 내지 도 6e는 도 5의 제조 방법의 각 단계를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단조 해머의 부분 개략도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 니플의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ＇방향 단면 사시도이며, 도 3은 도 2의 종단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 니플(100)의 크랙 방지 구조는 관과 관 사이의 이음새로 사용되는 니플(100)을 단조 공정으로 제작하는 경우에 적용된다. 구체적으로, 본 발명은 단조해머(200) 등의 단조 장비를 사용하여 미리 설계된 규격의 소형 니플(100)을 제작할 때, 특히 얇은 관 두께로 인해 제작 중 부분적으로 파손되는 것을 방지할 수 있다.

니플(100)은 일정 길이로 절단된 원통형의 단위봉재(10)를 단조 가공법을 사용하여 제조하는 바, 그 횡단면은 위치에 따라 원형이나 환형으로 형성된다. 니플(100)에는 니플(100)을 통해 유출입되는 유체의 이동 방향으로 니플(100)의 양단을 관통하는 관통홀(20)이 형성되어 있다. 관통홀(20)은 니플(100)의 형상에 따라 직선 경로를 갖는 것이 일반적이나 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 구체적으로, 관통홀(20)은 니플(100)의 최내측 중심 부분에 형성되는 홀로 그 위치에 따라 반경이 달라질 수 있다. 즉, 홀의 크기는 부분적으로 가변될 수 있다.

이런 니플(100)에는 적어도 어느 일측에 관통홀(20)과 동심을 갖고 소정 깊이로 형성되는 관결합홈(30)이 형성된다. 관결합홈(30)은 니플(100)에 끼움 결합되는 관이 삽입될 수 있도록 하여 관과 니플(100)이 결합되는 이음 부분에서, 관이 외부에서 작용되는 물리적인 힘에 의해 그 결합 상태가 해제되거나 관이 파손되는 등의 현상을 방지한다. 한편, 관결합홈(30)을 통해 관이 결합되면, 관으로부터 유입되는 유체는 관통홀(20)을 통해 흘러 이동하여 반대측 니플(100) 외부로 유출된다.

관결합홈(30)은 니플(100)의 종류에 따라 니플(100)의 어느 일측에만 형성될 수 있고, 양측 모두에 형성될 수도 있다. 또한, 관결합홈(30)의 깊이 등은 특정 수치 범위 이내로 제한되지 않는다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 관결합홈(30)의 바닥부에는 단조 가공에 의해 반경 방향으로 비대칭적 형상을 갖는 크랙방지홈(40)이 더 형성될 수 있다. 크랙방지홈(40)은 단조 가공으로 니플(100)을 제작할 때, 특히 관결합홈(30)의 형성 과정에서 단위봉재(10)의 압출 신장으로 인해 관결합홈(30)의 외벽 두께가 점차 얇아짐에 따로 그 외벽에 발생하는 크랙(crack)을 방지하기 위한 것이다.

제1 실시예에 따른 크랙방지홈(40)은 바닥부의 전면(全面)에 형성된다. 바닥부는 관결합홈(30)의 형상을 고려할 때, 환형으로 형성된다. 구체적으로, 크랙방지홈(40)은 바닥부의 내경에서 반경 외측 방향으로 하향 경사지게 형성되는 내측경사면(42)과, 바닥부의 외경에서 반경 내측 방향으로 하향 경사지게 형성되는 외측경사면(44)으로 이루어진다. 이 때, 바닥부의 외경과 바닥부의 내경 사이에는 높이 차이 즉, 단차가 형성될 수 있다. 즉, 예를 들면 바닥부의 내경이 상대적으로 더 하측에 형성될 수 있다.

이런 내측경사면(42)과 외측경사면(44)이 관통홀(20)의 둘레를 따라 원주 방향으로 연장 형성되면 관결합홈(30)에는 입체적 형상의 크랙방지홈(40)이 형성한다. 한편, 크랙방지홈(40)에는 내측경사면(42)과 외측경사면(44)이 만나 원형의 교선이 형성되고, 이는 크랙방지홈(40)에서 가장 낮은 지점이 된다.

한편, 내측경사면(42)의 길이는 외측경사면(44)의 길이보다 더 짧게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 전술한 것처럼 크랙방지홈(40)의 비대칭적 형상을 유도하기 위함이다. 또한, 이는 단조 가공으로 관결합홈(30)을 형성할 때, 단조해머(200)에 의한 가압이 니플(100)의 반경 내측 방향으로 더 편중될 수 있도록 한다. 그 결과, 관결합홈(30)을 이루는 외벽 측으로 전달되는 힘은 분산 감소될 수 있어, 외벽 측에 크랙이 발생되는 현상을 효과적으로 차단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 니플의 종단면도이다. 도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 크랙방지홈(40)은 바닥부의 외경에서 반경 내측 방향으로 하향 경사지게 형성되는 단일경사면(46)이 바닥부의 내경과 연결되어 형성될 수 있다. 이는 단조해머(200)에 의한 가압이 반경 내측으로 더 편중되도록 하여 관결합홈(30)의 외벽에 크랙이 발생되는 현상을 방지할 수 있다.

상술한 것처럼, 본 발명의 실시예들에 따른 니플(100)의 크랙 방지 구조는 단조 가공에 따라 단위봉재(10)가 압출 신장되면서 그 두께가 점차 얇아짐에 따라 파손되는 크랙 현상을 효과적으로 차단할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 니플의 제조 방법에 대한 흐름도이고, 도 6은 도 5의 제조 방법의 각 단계를 도시한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 니플(100)의 제조 방법은 제1단계 내지 제5단계를 포함한다. 먼저, 제1단계는 봉재를 길이에 맞게 절단하여 단위봉재(10)를 마련하는 단계이다. 이 때, 봉재와 단위봉재(10)는 제작하고자 하는 니플(100)의 종류에 따라 그 규격 등에 차이가 발생한다. 단위봉재(10)를 마련하면, 제2단계를 진행한다.

제2단계는 단위봉재(10)의 적어도 어느 일측면에 관통홈(24)의 중심 위치를 표시하는 위치표시홈(22)을 형성하는 단계이다. 니플(100)에 관통홀(20)을 형성하기 위해서는 먼저 단위봉재(10)에 위치표시홈(22)을 형성하는 것이 필요하다. 또한, 제2단계에서 단위봉재(10)의 적어도 어느 일측면 모서리에 모따기 즉, 라운딩 공정을 추가할 수 있다.

다음으로, 제3단계는 위치표시홈(22)을 기준으로 단조 가공을 통해 단위봉재(10)를 적어도 어느 일측 방향으로 연장되게 압출시키면서 소정 깊이를 갖는 관통홈(24)과 관통홈(24)과 동심을 갖는 관결합홈(30)을 형성하되, 동시에 관결합홈(30)의 바닥부에 반경 방향으로 비대칭적 형상을 갖는 크랙방지홈(40)을 형성하는 단계이다.

즉, 위치표시홈(22)을 기준으로 반복적인 단조 가공을 통해 단위봉재(10)를 전방 및/또는 후방으로 압출 신장하면서 관통홈(24)을 형성한다. 관통홈(24)은 니플(100)의 종류에 따라 일측 뿐만 아니라 양측에 형성될 수 있다. 단조 가공을 반복할수록, 단위봉재(10)는 그 길이 방향으로 압출 신장되는 바 관통홈(24)과 관결합홈(30)의 깊이는 더 깊어지지만, 관통홈(24)과 관결합홈(30)을 형성하는 측벽의 두께는 더 얇아진다.

이와 동시에, 단위봉재(10)에 관통홈(24)과 동심을 갖는 관결합홈(30)을 형성할 수 있다. 전술한 것처럼 관결합홈(30)의 외벽은 압출 신장에 따라 점차 얇아진다. 그러나, 크랙방지홈(40)은 관결합홈(30)의 바닥부에 형성되는 것으로 단조 가공의 반복 횟수와 무관하게 항상 일정한 형상을 갖는다.

구체적으로, 제3단계에서 크랙방지홈(40)을 바닥부의 전면(全面)에 형성하되, 크랙방지홈(40)은 바닥부의 내경에서 반경 외측 방향으로 경사지게 형성되는 내측경사면(42)과 바닥부의 외경에서 반경 내측 방향으로 경사지게 형성되는 외측경사면(44)을 포함한다. 이 때, 내측경사면(42)의 길이를 외측경사면(44)의 길이보다 더 짧게 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 제3단계에서 관통홈(24)의 바닥부를 원뿔홈(24a) 형상으로 형성하되, 원뿔홈(24a)의 측면은 외측경사면(44)의 연장선상에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 원뿔홈(24a)의 측면 경사 각도는 외측경사면(44)의 경사 각도와 동일한 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단조 해머(100)의 부분 개략도이다. 도 7을 참조하면, 단조해머(200)의 단부에는 크랙방지홈(40)의 음각 형상에 대응되는 양각 형상이 형성되어 있다. 또한, 단조해머(200)의 단부에는 원뿔홈(24a)의 음각 형상에 대응되는 양각 형상을 더 포함할 수 있다.

이는 관통홈(24)과 관결합홈(30)을 단조해머(200)로 가압할 때 가압되는 면에서의 응력 분포를 고려하여 특정 부근의 응력이 간섭 등에 의해 집중됨에 따라 그 형상이 변하는 것을 방지하기 위함이다. 한편, 관통홈(24)의 바닥부는 관결합홈(30)의 바닥부보다 더 깊은 곳에 위치한다.

다음으로, 제4단계는 관통홈(24)에 대해 단조 가공을 반복하여 단위봉재(10)의 길이 방향으로 단위봉재(10)를 관통하는 관통홀(20)을 형성하는 단계이다. 즉, 제4단계에서는 관통홈(24)을 더 깊게 형성하여 단위봉재(10)의 양단을 연통시키는 관통홀(20)을 형성한다. 따라서, 제4단계에서 사용되는 단조해머(200)는 이전 단계에서 사용되던 것과 다를 수 있다.

다음으로, 제5단계는 단위봉재(10)의 외면을 미리 설정된 치수에 맞게 가공하고 외면에 헤드부(12)를 형성하는 단계이다. 헤드부(12)는 예를 들어, 육각형 등으로 형성할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10: 단위봉재 20: 관통홀
30: 관결합홈 40: 크랙방지홈
42: 내측경사면 44: 외측경사면
46: 단일경사면 22: 위치표시홈
24: 관통홈 24a: 원뿔홈
12: 헤드부 200: 단조해머

Claims (8)

1. 관 이음새로 사용되는 니플(nipple)에 있어서,
   상기 니플에는 상기 니플을 통해 유출입되는 유체의 이동 방향으로 상기 니플의 양단을 관통하는 관통홀; 및
   적어도 어느 일측에 상기 관통홀과 동심을 갖고 소정 깊이로 형성되어 관이 삽입되는 관결합홈;이 형성되되,
   상기 관결합홈의 바닥부의 전면(全面)에는 단조 가공에 의해, 상기 바닥부의 반경 내측 방향으로 하향 경사지는 외측경사면이 형성되어 비대칭적 형상을 갖는 크랙방지홈;이 더 형성되는 니플의 크랙 방지 구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 크랙방지홈은 상기 외측경사면에서 상기 바닥부의 반경 내측 방향으로 상향 경사지게 형성되고, 상기 외측경사면의 길이보다 짧게 형성되는 내측경사면이 더 형성되는 니플의 크랙 방지 구조.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 크랙방지홈은 상기 바닥부의 외경에서 반경 내측 방향으로 하향 경사지게 형성되는 상기 외측경사면이 상기 바닥부의 내경과 연결되어 단일경사면으로 형성되는 니플의 크랙 방지 구조.
   
5. 봉재를 길이에 맞게 절단하여 단위봉재를 마련하는 제1단계;
   상기 단위봉재의 적어도 어느 일측면에 관통홈의 중심 위치를 표시하는 위치표시홈을 형성하는 제2단계;
   상기 위치표시홈을 기준으로 단조 가공을 통해 상기 단위봉재를 적어도 어느 일측 방향으로 연장되게 압출시키면서 소정 깊이를 갖는 상기 관통홈과, 상기 관통홈과 동심을 갖는 관결합홈을 형성하되, 동시에 상기 관결합홈의 바닥부에 반경 방향으로 비대칭적 형상을 갖는 크랙방지홈을 형성하는 제3단계; 및
   상기 관통홈에 대해 단조 가공을 반복하여 상기 단위봉재의 길이 방향으로 상기 단위봉재를 관통하는 관통홀을 형성하는 제4단계;를 포함하고,
   상기 제3단계는
   상기 크랙방지홈이 상기 바닥부의 외경에서 반경 내측 방향으로 하향 경사지게 형성되는 외측경사면과, 상기 바닥부의 내경에서 반경 외측 방향으로 하향 경사지되 상기 외측경사면의 길이보다 짧게 형성되는 내측경사면을 포함하도록 형성하는 크랙 방지 구조를 갖는 니플의 제조 방법.
   
6. 삭제
7. 제 5항에 있어서, 상기 제3단계에서,
   상기 관통홈의 바닥부를 원뿔홈 형상으로 형성하되, 상기 원뿔홈의 측면은 상기 외측경사면의 연장선상에 위치하는 크랙 방지 구조를 갖는 니플의 제조 방법.
8. 삭제

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