KR102315642B1 - 필거 밀의 냉간 압연을 이용하여 다각 형상 튜브를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 필거 밀의 냉간 압연을 이용하여 다각 형상 튜브를 제조하는 방법은, 마주보는 한쌍의 압연 롤러 사이로 테이퍼 형상을 갖는 맨드릴을 통해 튜브 제조를 위한 소재를 투입하는 단계; 상기 한쌍의 압연 롤러 및 상기 맨드릴 사이에서 필거 밀 공정의 고압을 이용하여 공급되는 소재에 가공 경화를 부여하는 단계; 및 상기 한쌍의 압연 롤러를 통해 제1 단면을 갖는 입구부 및 상기 제1 단면과는 상이한 제2 단면을 갖는 출구부가 형성된 튜브를 토출하는 단계;를 포함하며, 상기 한쌍의 압연 롤러는 그 외주연을 따라 상이한 단면을 갖는 복수의 홈이 형성된다.

Description

필거 밀의 냉간 압연을 이용하여 다각 형상 튜브를 제조하는 방법{Method for mamufacturing tube having many-sided shape using cold rolling of pilger mill}

본 발명은 필거 밀 공정의 원리를 이용하여 형상 튜브를 제조하는 기술로서, 필거 밀의 냉간 압연을 이용하여 다각 형상 튜브를 제조하는 기술에 관한 것이다.

금속관은 열간 마무리 상태에서 품질, 강도 또는 치수 정밀도 상의 요구를 만족하지 않는 경우에는 냉간 가공 공정에 보내진다. 냉간 가공으로서는 다이스와 플러그 또는 맨드릴을 이용하는 냉간 추신법 및 콜드 필거 밀에 의한 냉간 압연법이 일반적이다.

종래의 냉간 필거 밀에 의한 냉간 압연법에서는, 원주 방향으로 점차 직경이 축소되는 테이퍼 형상 공형(孔型)을 갖는 한 쌍의 롤 및 상기 한 쌍의 롤과 마찬가지로 길이 방향으로 점차 직경이 축소되는 테이퍼 형상 맨드릴의 사이에서 소관을 축경 압연한다. 즉, 한 쌍의 롤에는 원주 상에 공형이 형성되어 있으며, 그 형상은 롤의 회전과 함께 공형이 좁아지도록 되어 있다. 롤은 회전하면서 맨드릴의 테이퍼를 따라 전진 및 후퇴를 반복하여 롤과 맨드릴과의 사이에서 소관을 압연한다.

상기와 같이 냉간 필거 밀은 한 쌍의 공형 롤과 맨드릴에 의해 구성된다. 공형 롤은 그 외주면에 롤의 물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향하여 그 직경이 소관의 외경 치수로부터 마무리 압연관의 외경 치수까지 매끄럽게 변화하는 공형을 가진다. 또, 맨드릴도 마찬가지로 매끄럽게 변화하는 테이퍼 형상을 가진다. 그리고, 상기의 롤을 장착한 롤 하우징이 왕복 운동을 행하여 관재 소관을 압연한다.

다각 단면을 가지는 형상튜브는 냉간 필거 밀과 같은 생산 장치를 이용하여 공급된 환봉 소재를 다단 형상으로 인발 후에 홀가공을 통해 중공 형상의 튜브 형상을 완성하고 기계가공에 의해 완성되어지는데, 형상 튜브는 육각피팅 너트와 같은 기계요소부품의 중간재로 사용된다. 한편, 다각 단면을 갖는 형상튜브는 여러 개의 공정을 통해 생산되기 때문에 생산성 저하 및 생산 단가 상승의 문제점이 있다.

기존의 경우에 공급된 환봉 소재에 대한 다단 형상 인발공정을 보면, 환봉 소재를 다각 단면을 가지는 형상으로 바로 제작하는 공정을 보이는데, 구체적으로는 공급된 원통형 소재에 대한 홀가공을 통해 중공 형상의 튜브 형태를 완성한 후에 기계 가공으로 마무리한다.

한편, 공급된 튜브에 대한 다단 인발 후 홀가공에 의해 형상 튜브를 제조하는 기존 공정의 경우에 홀가공에 의한 소재 손실이 발생하고, 다단 형상 인발의 경우에 각 패스별 금형 통과 시에 형상 가공량에 약 3~5% 손실이 발생한다는 문제점이 있다.

한편, 튜브를 사용한 형상인발의 경우엔 홀가공이 필요하지 않으나 인발 시 발생하는 인장력에 의한 두께감소가 문제일 수 있다.

필거 롤링 밀의 냉간 압연 기술을 제시하는 종래의 문헌으로는 미국공개특허 제2002-0121119호(2002.09.05)를 참조할 수 있다. 상기 문헌은 냉간 필거 롤링 밀의 링 롤러의 테이퍼진 롤패스 내에서 링 롤러의 구동 피니언의 롤 커브를 중립 영역에 조절하는 기술을 개시한다.

(특허문헌 1) US2002-0121119 A

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 종래에는 다양한 단면 형상을 가진 형상 튜브를 제조하기 위해서는 형상 인발에 의한 생산을 요하고, 원하는 형상을 제조하기 위해서는 다단 패스 성형이 필요하다는 어려움이 있다는 점에서, 필거 밀 압연 공정의 높은 압축력을 이용하여 공급되는 소재 상에 높은 가공 경화를 부여하여 소재의 강도를 높임과 동시에 형상 롤을 통해 다양한 대칭 단면을 가진 튜브를 한번에 제조하는 방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 필거 밀의 냉간 압연을 이용하여 다각 형상 튜브를 제조하는 방법은, 마주보는 한쌍의 압연 롤러 사이로 테이퍼 형상을 갖는 맨드릴을 통해 튜브 제조를 위한 소재를 투입하는 단계; 상기 한쌍의 압연 롤러 및 상기 맨드릴 사이에서 필거 밀 공정의 고압을 이용하여 공급되는 소재에 가공 경화를 부여하는 단계; 및 상기 한쌍의 압연 롤러를 통해 제1 단면을 갖는 입구부 및 상기 제1 단면과는 상이한 제2 단면을 갖는 출구부가 형성된 튜브를 토출하는 단계;를 포함하며, 상기 한쌍의 압연 롤러는 그 외주연을 따라 상이한 단면을 갖는 복수의 홈이 형성된다.

상기 한쌍의 압연 롤러 상에 형성된 복수의 홈은 대칭 단면을 갖는다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 필거 밀의 냉간 압연을 이용하여 다각 형상 튜브를 제조하는 방법은 필거 밀 압연 공정의 높은 압축력을 이용하여 공급되는 소재 상에 높은 가공 경화를 부여하여 소재의 강도를 높임과 동시에 형상 롤을 통해 다양한 대칭 단면을 가진 제품을 한번에 일체적으로 생산하게 한다.

즉, 필거 밀의 내측에 연속적으로 형성된 홈을 따라 원형 단면 및 다각 단면을 갖도록 형상을 단계적으로 형성함으로써 다양한 대칭 단면을 갖는 튜브를 일거에 일체적으로 제조한다.

또한, 본 발명은 기존의 필거 밀 및 형상 인발 공정이 갖는 한계를 극복하여 형상 튜브의 고강도화 및 단면형상 성형을 동시에 실현하게 한다.

본 발명은 공급된 튜브에 대해 필거 밀을 이용하여 한번에 다각 단면을 가지는 형상튜브로 제작하는 공정을 수행함으로써 가공에 의한 소재 손실을 최소화하고 생산단가 저감 효과를 가져온다.

또한, 인발을 수행하는 한쌍의 롤을 전후진 방향으로 동작하게 하는 과정을 통해 공급된 튜브에 대한 압축 성형을 실시하고 튜브의 외주를 다각으로 성형하여 높은 치수 정밀도를 갖게 한다.

본 발명을 통해 다각 형상 튜브를 제조함으로써 공급된 튜브에 대한 높은 단면 감소율 적용이 가능하고, 1패스 성형을 통해 생산성을 향상한다.

도 1은 본 발명에 따른 따른 냉간 압연을 이용하여 다각 형상 튜브를 제조하는 필거 밀의 전체적인 구성을 보인다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤러의 구체적 구성을 보이는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압연 롤러의 구체적 구성을 보이는 도면이다.
도 4는 공급된 환봉의 소재에 대해 다양한 단면 형상이 형성된 한쌍의 압연 롤러 및 맨드렐을 통해 연속적으로 다각 형상 튜브를 제조한 상태를 보이는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 필거 밀의 냉간 압연을 이용하여 다각 형상 튜브를 제조하는 방법을 설명한다.

튜브를 제조하는 방법을 설명하기에 앞서 본 발명에 따른 필거 밀을 설명한다.

필거 밀은 별도의 동력원에 의해 회전 구동하는 크랭크 새프트(1), 크랭크 새프트(1)의 단부에 회전 가능하게 결합되는 연결 로드(2), 연결 로드(2)에 결합된 상태에서 크랭크 새프트(1)의 동작에 따라 전후 방향을 따라 병진 운동 가능한 밀 새들(3), 밀 새들(3)이 움직이는 사이드웨이(4), 밀 새들(3) 상에 회전 가능하게 배치되며 원주 방향으로 점차 직경이 축소되는 테이퍼 형상의 공형을 갖는 한쌍의 압연 롤러(10), 상기 한쌍의 압연 롤러(10) 사이에 배치된 상태에서 길이 방향으로 점차 직경이 축소되는 테이퍼 형상의 맨드릴(20), 압연 롤러(10)와 치형 결합되는 랙(30)을 포함한다.

한쌍의 압연 롤러(10)는 회전하면서 맨드릴(20)의 테이퍼를 따라 전진 및 후퇴를 반복하여, 한쌍의 압연 롤러(10)와 맨드릴(20)의 사이로 공급되는 소관(5)을 축경 압연한다. 즉, 한쌍의 압연 롤러(10)에는 원주 상에 공형이 형성되어 있으며, 그 형상은 롤의 회전과 함께 공형이 좁아지도록 되어 있다.

도 2를 참조하면, 한쌍의 압연 롤러(10) 중 어느 하나의 압연 롤러를 보인다.

압연 롤러(10)는 원통 형상을 갖는 롤러 바디(11) 및 롤러 바디(11)의 외주면을 따라 홈 내지 그루브 구조로 형성된 공형(12)을 포함한다. 한쌍의 압연 롤러(10)가 회전 작동하는 과정에서 공형(12)으로 진입하는 소관(5)을 가압하는데, 대칭적으로 형성된 공형(12)을 통해서 공급된 소관(5)을 원하는 형상으로 가공하게 한다. 롤러 바디(11)는 한쌍이 상하 방향으로 나란히 배치되어진다.

상기 공형(12)은 일 예로써 제1 단면을 갖는 입구부(13) 및 상기 제1 단면과는 상이한 제2 단면을 갖는 출구부(14)가 형성되어질 수 있는데, 이를 통해 성형되는 튜브 상에 상이한 단면을 갖도록 토출한다. 도 2에서는, 원형 단면을 갖는 입구부(13) 및 육각 단면을 갖는 출구부(14)를 가질 수 있게 한다.

한편, 도 3을 참조하면, 압연 롤러(10')는 다른 실시예로서 롤러 바디(11') 및 롤러 바디(11')의 외주면을 따라 형성된 공형(12')을 포함한다. 상기 공형(12') 상에는 그 원주를 따라 차례대로 원형(A-A 단면), 라운드진 육각형(B-B 단면) 및 라운드 없는 육각형(C-C 단면)이 형성된다. 여기에서, 점점 전체적으로 그 단면적이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 초기에는 큰 직경의 원형을 갖는 소관을 공급하고 압연 롤러(10')의 회전에 따라 점점 가압 작용을 통해 외경을 축소하는 동시에 형상 튜브의 고강도화를 가능하게 한다.

이하, 도 4를 참조하면 공급된 봉 형상의 소재인 소관에 대해 다양한 단면 형상이 형성된 한쌍의 압연 롤러 및 맨드렐을 통해 연속적으로 다각 형상 튜브를 제조한 상태를 보인다.

즉, 상하로 배치된 한쌍의 압연 롤러 및 상기 한쌍의 압연 롤러 사이에 배치된 맨드렐을 통해 공급된 소관에 대해 1차적으로 원형 단면 튜브 형상의 가압 공정을 진행한다.

한쌍의 압연 롤러를 제1 회전각 만큼 회전함으로써 원형 단면 튜브 형상으로 공급된 소관을 1차 가공한 다음에, 압연 롤러의 외주면에 형성된 공형을 다각 단면인 6각으로 형성하되 그 단면적이 일정한 비율로 감소하도록 하여 제2 회전각 만큼 회전함으로써 2차 가공한다. 다음으로는, 공형을 6각 단면으로 유지한 상태에서 제3 회전각 만큼 회전함으로써 공급된 소관을 3차 가공한다.

상기와 같이 공급된 소관은 외주면 상에 다양한 단면이 형성된 한쌍의 압연 롤러를 통해서 가공되어지는 방식을 가질 수 있는데, 초기의 원형 단면에서 다각 형상의 단면을 한번에 갖도록 가공되어지는 특징을 갖게 된다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 필거 밀의 냉간 압연을 이용하여 다각 형상 튜브를 제조하는 방법으로서,
   마주보는 한쌍의 압연 롤러 사이로 테이퍼 형상을 갖는 맨드릴을 통해 튜브 제조를 위한 소재를 투입하는 단계;
   상기 한쌍의 압연 롤러 및 상기 맨드릴 사이에서 필거 밀 공정의 고압을 이용하여 공급되는 소재에 가공 경화를 부여하는 단계; 및
   상기 한쌍의 압연 롤러의 외주연을 따라 차례로 형성되되 상이한 단면을 갖는 복수의 공형을 통해서 공급되는 소재를 성형하는 단계;를 포함하며,
   상기 한쌍의 압연 롤러에 형성된 복수의 공형은 원주를 따라 차례대로 원형, 라운드진 육각형 및 라운드 없는 육각형을 형성하고,
   상기 한쌍의 압연 롤러를 제1 회전각 만큼 회전하여 원형 단면 튜브 형상으로 공급된 소관을 1차 가공한 다음에, 제2 회전각 만큼 회전하여 다각 단면인 6각으로 형성하되 그 단면적이 일정한 비율로 감소하도록 하여 2차 가공하고, 제3 회전각 만큼 회전하여 공형을 6각 단면으로 유지한 상태에서 공급된 소관을 가공함으로써, 초기의 원형 단면에서 다각 형상의 단면으로 일체적으로 생산하게 하는 것을 특징으로 하는,
   다각 형상 튜브를 제조하는 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 한쌍의 압연 롤러 상에 형성된 복수의 홈은 대칭 단면을 갖는,
   다각 형상 튜브를 제조하는 방법.

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