KR102334233B1 - Die for forming second preform used in making a weld neck flange and second preform fabricated from the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환상압연장치에서의 환상압연을 통해 플랜지를 제조하는 과정에서 넥과 플랜지부가 만나는 부위에 불규칙한 형태의 홈이 형성되는 것을 방지하기 위한 것으로, 환상압연장치에서의 열간 성형을 위해 사용되는 3차 프리폼의 전단계로 만들어지며 넥을 갖는 2차 프리폼 성형 다이를 개량하여 다이의 넥 형성 홈의 경사면과 다이의 표면이 만나는 부분에 금속보충용 홈이 형성되도록 하였다. The present invention is to prevent irregularly-shaped grooves from being formed in the area where the neck and flange parts meet in the process of manufacturing a flange through annular rolling in an annular rolling machine, and is used for hot forming in an annular rolling machine. The secondary preform forming die, which is made in the previous stage of the primary preform, and has a neck, was improved so that a groove for metal supplementation is formed at the point where the inclined surface of the neck forming groove of the die and the surface of the die meet.

Description

맞대기 용접식 플랜지 제조용 2차 프리폼의 성형 다이 및 이로부터 제조된 2차 프리폼{Die for forming second preform used in making a weld neck flange and second preform fabricated from the same}Die for forming second preform used in making a weld neck flange and second preform fabricated from the same}

본 발명은 맞대기 용접식 플랜지 제조에 사용되는 프리폼(최종 프리폼 또는 3차 프리폼이라고도 함)의 전단계로 만들어지는 2차 프리폼을 성형하는데 사용되는 다이 및 이 다이로부터 얻어진 2차 프리폼에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a die used to form a secondary preform made as a pre-form of a preform (also called a final preform or a tertiary preform) used in the manufacture of butt weld flanges, and to a secondary preform obtained from the die.

유체의 신속하고 연속적인 수송은 관(pipe)을 통해 수행된다. 이러한 수송을 위해 일정 직경과 길이의 관을 연결하여 유체의 유동통로를 만들며, 관과 관의 연결을 위해 일반적으로 플랜지(flange)가 사용된다. 현재 통상적으로 사용되는 플랜지는 플랜지 내부에 관을 완전히 끼워 넣고 용접을 하여 연결하도록 된 완전 삽입 용접식 플랜지(slip on welding flange), 플랜지 내부에 관을 일부만 끼워넣고 용접을 하여 연결하도록 된 일부 삽입 용접식 플랜지(socket welding flange), 플랜지 내부와 관의 외부에 나삿니를 만들어 연결하도록 된 나삿니 연결식 플랜지(threaded flange), 및 플랜지와 관을 맞대기 용접에 의해 연결할 수 있도록 된 맞대기 용접식 플랜지(weld neck flange or high hub flange)가 있다. Rapid and continuous transport of fluids is accomplished through pipes. For such transport, a pipe of a certain diameter and length is connected to create a flow path for the fluid, and a flange is generally used to connect the pipe to the pipe. The currently commonly used flange is a slip on welding flange, which is completely inserted into the flange and welded to connect. A socket welding flange, a threaded flange designed to be threaded to connect the inside of the flange and the outside of the tube, and a weld neck flange designed to connect the flange and the tube by butt welding or high hub flange).

맞대기 용접식 플랜지는 높은 온도, 압력 또는 응력이 요구되는 가혹한 환경에서 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 맞대기 용접식 플랜지(1)는 연결할 관과 동일한 직경의 보어(bore)(7)를 중앙에 갖는 넥(neck)(5)과 플랜지부(blade)(3)로 구성되며, 플랜지부(3)에는 다른 플랜지(1)와의 볼트방식 체결을 위한 볼트 구멍(9)이 형성된다. 맞대기 용접식 플랜지는 넥을 형성하는 별도의 과정이 필요하기 때문에 상대적으로 제조원가가 높다.Butt weld flanges are used in harsh environments where high temperatures, pressures or stresses are required. As shown in Figure 1, the butt welded flange (1) is a neck (5) and a flange (3) having a bore (7) of the same diameter as the pipe to be connected in the center (neck) (5) and (blade) (3) Is configured, the flange portion (3) is formed with a bolt hole (9) for bolting fastening with another flange (1). The butt welded flange requires a separate process to form a neck, so the manufacturing cost is relatively high.

보어의 직경이 작은 소형 넥을 갖는 맞대기 용접식 플랜지는 환봉을 단조 및 선반 가공하여 제조하나, 중 또는 대형 넥을 갖는 맞대기 용접식 플랜지(이하 플랜지라 함)는 일단 최종 치수(보어 직경, 넥 높이, 플랜지부 치수 등)보다 작은 치수를 갖는 플랜지 프리폼(preform)(최종 프리폼 또는 3차 프리폼이라고도 함)을 열간 성형 방법으로 제조한 후, 이를 플랜지부 성형 롤(main roll)을 구비한 환상압연장치(ring rolling mill)에서의 열간 성형(등록특허 제1335651호 참조)공정, 및 기계가공 공정을 통해 최종 치수를 갖는 플랜지를 제조한다. 도 2는 환상압연장치에서 열간 성형되기 전의 3차 프리폼(최종 프리폼)(16)의 단면도로서, 3차 프리폼은 개방된 보어(7')를 내부에 갖는 넥(5')과 플랜지부(3')가 형성되어서 플랜지의 최종 치수보다 작으나 플랜지의 주요 구성을 구비하고 있다.A butt-welded flange with a small neck with a small bore diameter is manufactured by forging and lathe processing of a round bar. However, a butt-welded flange with a medium or large neck (hereinafter referred to as a flange) is once final dimensions (bore diameter, neck height). , flange part dimensions, etc.) after manufacturing a flange preform (also referred to as a final preform or a tertiary preform) having a smaller dimension by a hot forming method, it is an annular rolling device equipped with a flange part forming roll (main roll) A flange having final dimensions is manufactured through a hot forming (refer to Patent No. 1335651) process in a ring rolling mill, and a machining process. 2 is a cross-sectional view of a tertiary preform (final preform) 16 before being hot-formed in an annular rolling machine. The tertiary preform has an open bore 7' therein with a neck 5' and a flange portion 3 ') is formed so that it is smaller than the final dimension of the flange, but has the main configuration of the flange.

도 3은 3차 프리폼(16)을 한쌍의 축 롤(91,92), 맨드렐(mandrel)(94), 및 메인 롤(main roll), 즉 플랜지부 성형 롤(100)로 구성되는 환상압연장치(ring rolling mill)(90)에서 열간 성형하는 것을 보여주는 단면도이다. 우선, 3차 프리폼(16)을 적당한 온도로 가열(예를 들면, 강재의 경우 통상적으로 1200~1250℃)한 후, 3차 프리폼(16)의 플랜지부(3')는 환상압연장치(90)의 플랜지부 성형 롤(100) 측부의 성형부(103)로 삽입되도록 위치시키고 보어(7')에는 맨드렐(94)을 위치시켜서 환상압연을 수행한다. 상, 하로 위치되는 한쌍의 축롤(91,92)은 서로 반대방향으로 회전하면서 프리폼(16)을 예정된 높이로 유지하며, 맨드렐(94)은 회전하면서 3차 프리폼의 보어(7')의 내주연을 따라 프리폼을 외측으로 가압하여서 보어(7')가 예정된 내경을 갖도록 확장시킨다. 맨드렐(94)의 이러한 가압은 동시에 플랜지부 성형 롤의 성형부(103)에 위치된 3차 프리폼의 플랜지부(3')의 단부가 상부면(106), 하부면(104) 및 내측 단부면(105)으로 이루어진 성형부(103)의 폭(w)과 높이(h)를 갖도록 확장시킨다. 플랜지부 성형 롤(100)은 합금강 또는 S45C, SCM440과 같은 탄소강으로 만들어지며, 관련분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이 키(key)와 키홈(key way) 결합방식으로 회전축(99)에 결합하여 회전하면서 프리폼(16)을 회전시킨다.3 is annular rolling of the tertiary preform 16 comprising a pair of shaft rolls 91 and 92 , a mandrel 94 , and a main roll, that is, a flange forming roll 100 . It is a cross-sectional view showing hot forming in a ring rolling mill (90). First, after heating the tertiary preform 16 to an appropriate temperature (for example, typically 1200 to 1250° C. in the case of steel), the flange portion 3' of the tertiary preform 16 is formed by an annular rolling device 90 ) is positioned to be inserted into the forming portion 103 of the flange portion forming roll 100 side, and the mandrel 94 is placed in the bore 7' to perform annular rolling. A pair of shaft rolls 91 and 92 positioned up and down rotate in opposite directions to maintain the preform 16 at a predetermined height, and the mandrel 94 rotates within the bore 7' of the tertiary preform. The preform is pressed outwardly along the perimeter to expand the bore 7' to have a predetermined inner diameter. This pressing of the mandrel 94 simultaneously causes the end of the flange portion 3' of the tertiary preform located in the forming portion 103 of the flange portion forming roll to have an upper surface 106, a lower surface 104 and an inner end. It is expanded to have a width (w) and a height (h) of the molded part 103 made of the lower surface 105 . The flange forming roll 100 is made of alloy steel or carbon steel such as S45C, SCM440, and is coupled to the rotation shaft 99 in a key and keyway coupling method as well known to those skilled in the art. to rotate the preform 16 while rotating.

환상압연장치에서의 환상압연을 통해 얻어진 플랜지는 드릴링에 의해 볼트 구멍이 형성되며 마무리(절삭) 가공을 통해 최종적인 치수를 갖는 플랜지로 된다.A flange obtained through annular rolling in an annular rolling machine is formed into a bolt hole by drilling and becomes a flange having final dimensions through finishing (cutting) processing.

본 발명자들은 전술한 바와 같은 환상압연장치에서의 환상압연을 통해 보어의 직경이 20인치 이상인 중, 대형 넥을 갖는 플랜지를 제조할 때 종종 넥과 플랜지부가 만나는 부위에 불규칙한 형태의 홈이 형성되는 현상을 경험하였다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 보어 직경이 26인치인 넥을 갖는 플랜지를 제조하는 과정에서, 넥과 플랜지부가 만나는 부위(A1)가 매끄럽게 연결되는 것이 아니라 불규칙한 형태의 홈이 형성되었다. 이러한 홈이 형성된 불량품은 결국 폐기하여야 하므로 재료의 손실은 물론이고, 이 단계까지 투여된 모든 물질적 시간적 노고가 헛수고로 된다. The present inventors have found that when manufacturing a flange having a medium-sized neck with a bore diameter of 20 inches or more through annular rolling in the annular rolling apparatus as described above, irregularly shaped grooves are often formed in the area where the neck and the flange part meet. has experienced For example, as shown in FIG. 4 , in the process of manufacturing a flange having a neck having a bore diameter of 26 inches, the portion A1 where the neck and the flange part meet was not smoothly connected, but an irregular shaped groove was formed. . Defective products with such grooves must eventually be discarded, and thus, material loss as well as all material and time effort invested up to this stage are in vain.

본 발명의 목적은 환상압연장치에서의 환상압연을 통해 플랜지를 제조하는 과정에서 넥과 플랜지부가 만나는 부위에 불규칙한 형태의 홈이 형성되는 것을 방지하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to prevent irregularly shaped grooves from being formed in a portion where a neck and a flange part meet in the process of manufacturing a flange through annular rolling in an annular rolling device.

본 출원인은 전술한 바와 같은 불규칙한 형태의 홈이 형성되는 것을 방지하기 위해, 환상압연장치에서의 열간 성형을 위해 사용되는 3차 프리폼의 전단계로 만들어지며 넥을 갖는 2차 프리폼의 성형 다이를 개량하였다. 즉, 다이의 넥 형성 홈의 경사면과 다이의 표면이 만나는 부분에 금속보충용 홈이 형성되도록 하였다. 금속보충용 홈은 일정한 폭과 높이를 갖는 마름모꼴의 홈으로 형성되며, 마름모꼴의 홈의 높이는 2mm이고 폭은 1~15mm 범위를 갖는 것이 바람직하다.The present applicant has improved the forming die of the secondary preform having a neck and made in the previous stage of the tertiary preform used for hot forming in an annular rolling machine in order to prevent the irregular shape of the grooves from being formed as described above. . That is, the metal supplementary groove was formed at the point where the inclined surface of the neck forming groove of the die and the surface of the die meet. The metal replenishment groove is formed as a rhombic groove having a certain width and height, and the height of the rhombic groove is 2 mm and it is preferable to have a width in the range of 1 to 15 mm.

본 발명에 따른 금속 보충용 홈을 갖는 2차 프리폼 성형 다이로부터 만들어지는 2차 프리폼은 금속보충용 홈에 상응하는 형태의 돌기를 갖게 되며, 이 돌기에 해당하는 금속재료는 환상압연장치에서의 열간 성형 중 넥과 플랜지부가 만나는 부위를 충진하는 역할을 함으로써 이곳에 불규칙한 형태의 홈이 형성되는 것을 방지한다. The secondary preform made from the secondary preform forming die having a metal supplemental groove according to the present invention has projections having a shape corresponding to the metal supplementary grooves, and the metal material corresponding to these projections is hot-formed in an annular rolling machine. It serves to fill the area where the neck and the flange meet, thereby preventing irregular shaped grooves from being formed here.

본 발명에 따르면, 환상압연장치에서의 환상압연을 통해 플랜지를 제조하는 과정에서 넥과 플랜지부가 만나는 부위에 불규칙한 형태의 홈이 형성되는 것을 극히 현저하게 감소시킨다.According to the present invention, in the process of manufacturing a flange through annular rolling in an annular rolling apparatus, the formation of irregularly shaped grooves in the area where the neck and the flange part meet is extremely significantly reduced.

도 1은 맞대기 용접식 플랜지의 사시도이다.
도 2는 프리폼의 단면도이다.
도 3은 프리폼을 환상압연장치에서 환상압연하는 것을 보여주는 개략 단면도이다.
도 4는 환상압연장치에서 제조된 플랜지의 불량품의 단면사진이다.
도 5는 프레스기를 사용하여 맞대기 용접식 플랜지의 1차 프리폼을 제조하는 공정의 개략도이다.
도 6은 넥을 갖는 2차 프리폼을 제조하는 공정의 개략도이다.
도 7은 도 6의 공정에 사용되는 넥 성형용 다이의 단면도이다.
도 8은 환상압연장치에서 프리폼의 플랜지부가 정상적으로 성형되는 것을 보여주는 개략도이다.
도 9는 환상압연장치에서 프리폼의 플랜지부가 비정상적으로 성형되는 것을 보여주는 개략도이다.
도 10은 본 발명에 사용되는 넥 성형용 다이의 단면도와 이 다이로부터 생성되는 2차 프리폼의 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 넥 성형용 다이로부터 만들어진 2차 프리폼이 환상압연장치에서 성형되는 것을 보여주는, 도 8에 상응하는 도면이다.
도 12는 도 10에 도시된 넥 성형용 다이로부터 만들어진 2차 프리폼을 사용하여 환상압연을 통해 얻어진 플랜지의 단면사진이다.
1 is a perspective view of a butt welded flange;
2 is a cross-sectional view of a preform.
3 is a schematic cross-sectional view showing annular rolling of a preform in an annular rolling apparatus.
4 is a cross-sectional photograph of a defective product of the flange manufactured by the annular rolling device.
5 is a schematic diagram of a process for manufacturing a primary preform of a butt-welded flange using a press machine.
6 is a schematic diagram of a process for manufacturing a secondary preform having a neck.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a die for forming a neck used in the process of FIG. 6 .
8 is a schematic view showing that the flange portion of the preform is normally formed in the annular rolling apparatus.
9 is a schematic view showing that the flange portion of the preform is abnormally formed in the annular rolling apparatus.
10 is a cross-sectional view of a die for forming a neck used in the present invention and a cross-sectional view of a secondary preform produced from the die.
FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 8 , showing that the secondary preform made from the neck forming die shown in FIG. 10 is formed in an annular rolling machine.
12 is a cross-sectional photograph of a flange obtained through annular rolling using the secondary preform made from the neck forming die shown in FIG. 10 .

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

맞대기 용접식 중, 대형 넥 플랜지용 프리폼 제조는, 도 5에 도시된 바와 같이, 우선 플랜지용 소재(저합금 탄소강, 스테인리스 강, 비철금속 등)로 된 원기둥 형상의 모재(10)를 소정의 온도(예를 들면, 강재의 경우 통상적으로 1200~1250℃)로 가열한 후, 가압 프레스(22)와 판상의 다이(24)로 구성된 프레스기(20)로 가압하여 소정의 두께를 갖는 원판 형태의 1차 프리폼(preform)(12)을 만든다. Among the butt welding methods, the preform for a large neck flange is manufactured, as shown in FIG. 5, by first heating a cylindrical base material 10 made of a flange material (low alloy carbon steel, stainless steel, non-ferrous metal, etc.) at a predetermined temperature ( For example, in the case of steel, after heating to 1200 to 1250 ° C.), the primary in the form of a disk having a predetermined thickness by pressing with a press machine 20 composed of a pressure press 22 and a plate-shaped die 24 A preform (12) is made.

다음에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 넥 형성 홈(25)을 갖는 넥 성형용 다이(2차 프리홈 성형 다이)(26)와, 넥 형성용 펀치(30)를 사용하여 1차 프리폼(12)에 넥을 형성한다. 넥의 형성은 먼저 프레스기(20)의 판상의 다이(24)를 넥 성형용 다이(26)로 치환하여 그 위에 1차 프리폼(12)을 위치시키고, 가압 프레스(22)로 가압하여 1차 프리폼이 넥 성형용 다이(26)의 넥 형성 홈(25)을 충진하도록 한다. 넥 성형용 다이(26)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 그 중앙부에 상부방향의 돌기(27)가 형성된다. 다음에는, 가압된 1차 프리폼(12) 상부에 펀치(30)를 위치시킨 후, 이 펀치(30)를 가압 프레스(22)로 가압하여 1차 프리폼에 넥을 형성한다. 다음에는, 펀치(30)를 제거한 후 가압 프레스(22)로 다시 1차 프리폼을 가압하여 1차 프리폼의 플랜지부를 소정의 두께로 만든다. 이렇게 하여 얻어진 2차 프리폼(14)은 보어(7')가 형성된 넥(5')과 플랜지부(3')를 가지나 보어(7')는 판상의 폐쇄부(9)에 의해 폐쇄되어 있다. 전술한 바와 같이, 넥 성형용 다이(26)의 중앙부에 형성된 돌기(27)로 인해 2차 프리폼(14)의 폐쇄부(9)는 매우 얇은 두께를 갖는다. Next, as shown in FIG. 6, a primary preform ( 12) to form a neck. To form the neck, first, the plate-shaped die 24 of the press machine 20 is replaced with a die 26 for neck molding, the primary preform 12 is placed thereon, and the primary preform is pressed by the pressure press 22 . The neck forming groove 25 of this neck forming die 26 is filled. As shown in Fig. 7, the neck forming die 26 has a projection 27 in the upper direction formed in its central portion. Next, after positioning the punch 30 on the pressurized primary preform 12, the punch 30 is pressed with a press 22 to form a neck on the primary preform. Next, after removing the punch 30, the primary preform is pressed again with a pressure press 22 to make the flange portion of the primary preform to a predetermined thickness. The secondary preform 14 thus obtained has a neck 5' formed with a bore 7' and a flange portion 3', but the bore 7' is closed by a plate-shaped closure 9. As described above, the closing portion 9 of the secondary preform 14 has a very thin thickness due to the protrusion 27 formed in the central portion of the neck forming die 26 .

다음에는 2차 프리폼(14)의 폐쇄부(9)를 펀치로 관통시켜서, 도 2에 도시된 바와 같이, 개방된 보어(7')를 갖는 3차 프리폼(16)을 형성한다. The closure 9 of the secondary preform 14 is then punched through to form a tertiary preform 16 having an open bore 7', as shown in FIG. 2 .

본 출원인은 이렇게 얻어진 3차 프리폼에 대해, 도 3에 도시된 바와 같은 환상압연장치에서의 환상압연을 수행하여 얻어진 플랜지가, 도 4에 도시된 바와 같이, 넥과 플랜지부가 만나는 부위(A1)에 불규칙한 형태의 홈을 갖게 되는 원인에 대하여 다각도로 조사 및 연구를 하였다. The applicant of the present application has found that, for the tertiary preform thus obtained, the flange obtained by performing annular rolling in an annular rolling apparatus as shown in FIG. The causes of irregularly shaped grooves were investigated and studied from various angles.

우선, 전술한 불규칙한 형태의 홈이 넥과 플랜지부가 만나는 부위를 넥 둘레를 따라 연결하여 형성되는 원주상의 일부분에서만 발생한다는 사실로부터 불규칙한 홈의 발생원인이 3차 프리폼의 사이즈의 불균일성에 기인한 것으로 추측되었다. 따라서 환상압연장치에서의 작업 전에 모든 3차 프리폼의 여러 부분의 사이즈, 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 3차 프리폼에 대하여 서로 일정한 간격으로 위치되는 4개의 직선방향(①,②,③,④)에서의 직경(2R)을 측정하여 그 중 최대값과 최저 값의 편차를 계산함으로써 3차 프리폼의 진원도를 간접적으로 측정하였다. 측정된 편차는 평균적으로 5% 내외이었으나 심한 경우에는 10%를 초과하는 경우도 있었다. 전술한 불규칙한 형태의 홈 발생은 일반적으로 이러한 편차가 큰 편에 속하는 경우에 발생하였으며, 작은 경우에는 전연 발생하지 않았다. 이로부터 불규칙한 홈 발생의 주된 원인은 3차 프리폼의 플랜지부의 길이가 예정된 길이와 불일치할 때, 특히 3차 프리폼의 플랜지부 길이가 정상적인 길이보다 짧을 때 발생하는 것으로 판단되었으며, 이하에 이를 설명한다.First, from the fact that the aforementioned irregular grooves occur only in a part of the circumference formed by connecting the neck and flange portions along the neck circumference, the cause of the irregular grooves is due to the non-uniformity of the size of the tertiary preform. guessed Therefore, the size of the various parts of all the tertiary preforms before the operation in the annular rolling device, in particular, as shown in FIG. 2, four linear directions (①, ②, ③, ④), the roundness of the tertiary preform was indirectly measured by measuring the diameter (2R) and calculating the deviation between the maximum value and the minimum value. The measured deviation was around 5% on average, but in severe cases, it exceeded 10% in some cases. In general, the occurrence of the irregular shape of the groove described above occurred when the deviation was on the large side, and when the deviation was small, it did not occur at all. From this, it was determined that the main cause of irregular grooves occurred when the length of the flange portion of the tertiary preform did not match the predetermined length, especially when the length of the flange portion of the tertiary preform was shorter than the normal length, which will be described below. .

도 8을 참조하면, 맨드렐(94)(도 3 참조)의 가압에 의해 3차 프리폼(16)의 넥(5')과 플랜지부(3')는 각각 플랜지부 성형롤(100)의 경사면(107)과 성형부(103)의 내측 단부면(105)을 향해 이동한다[(a) 및 (b) 단계]. 최종단계(c 단계)에서, 3차 프리폼(16)의 넥 외측면(6)과 플랜지부 외측면(8)이 성형롤의 경사면(107), 연결부(109), 상부면(106), 내측 단부면(105) 및 하부면(104)을 연결하는 프로파일(profile)의 대응하는 부분과 일치하게 되면서 예정된 치수의 플랜지부를 갖는 플랜지를 얻게 된다. 한편, 3차 프리폼(16)의 넥 내측면(6')은 맨드렐(94)(도 3 참조)의 가압에 의해 점차 수직하게 된다. 정상적인 경우(편차가 작은 경우), 3차 프리폼(16)의 넥 외측면(6) 및 플랜지부 외측면(8)은 거의 동시에 성형롤의 각 대응하는 경사면(107) 및 내측 단부면(105)과 만나게 된다. Referring to FIG. 8 , the neck 5 ′ and the flange portion 3 ′ of the tertiary preform 16 by the pressurization of the mandrel 94 (see FIG. 3 ) are respectively the inclined surfaces of the flange forming roll 100 . It moves toward the inner end face 105 of the 107 and the molded part 103 (steps (a) and (b)). In the final step (step c), the neck outer surface 6 and the flange portion outer surface 8 of the tertiary preform 16 are formed on the inclined surface 107, the connecting portion 109, the upper surface 106, and the inner side of the forming roll. A flange is obtained with a flange portion of predetermined dimensions while conforming to a corresponding portion of a profile connecting the end face 105 and the lower face 104 . On the other hand, the inner side of the neck 6' of the tertiary preform 16 is gradually made vertical by the pressing of the mandrel 94 (see FIG. 3). In the normal case (when the deviation is small), the neck outer surface 6 and the flange portion outer surface 8 of the tertiary preform 16 are approximately simultaneously the corresponding inclined surface 107 and the inner end surface 105 of the forming roll. meet with

그러나 3차 프리폼(16)의 플랜지부(3')의 길이가 예정된 길이에 비해 짧거나 긴 비정상적인 경우(편차가 큰 경우), 도 9에 도시된 바와 같이, 3차 프리폼(16)의 넥 외측면(6)은 플랜지부 성형롤(100)의 경사면(107)과 만나나 3차 프리폼의 플랜지부(3')의 외측면(8)은 아직 플랜지부 성형롤의 내측 단부면(105)과 만나지 못함으로써 3차 프리폼의 외측면들(6,8)이 성형롤의 프로파일과 일치하지 않는 경우[도 9(a); 3차 프리폼의 플랜지부의 길이가 짧은 경우]와, 3차 프리폼의 플랜지부(3')의 외측면(8)이 먼저 플랜지부 성형롤의 내측 단부면(105)과 만나고 3차 프리폼(16)의 넥 외측면(6)은 플랜지부 성형롤(100)의 경사면(107)과 만나지 못함으로써 3차 프리폼의 외측면들(6,8)이 성형롤의 프로파일과 일치하지 않는 경우[도 9(b); 3차 프리폼의 플랜지부의 길이가 긴 경우]가 발생하게 된다. 3차 프리폼의 외측면들(6,8)이 성형롤의 프로파일과 일치하지 않는 경우를 예시한 도 9에서 이 불일치 부분의 간격은 설명을 위해 과장되게 도시되어 있다. 3차 프리폼의 플랜지부의 길이가 짧은 경우, 맨드렐의 가압에 의한 3차 프리폼을 구성하는 재료의 유동에 의해 플랜지부의 외측면(8)은 플랜지부 성형롤의 내측 단부면(105)을 향해 이동하여 만남으로써 최종적으로 3차 프리폼의 외측면들(6,8)이 성형롤의 프로파일에 근접하게 되나, 플랜지부 성형롤의 연결부(109)의 저항으로 인한 이 근방의 금속 유동 저하 및 재료의 결핍으로 인해, 도 4에 도시된 바와 같이, 넥과 플랜지부가 만나는 부위(A1)에 불규칙한 형태의 홈이 형성되는 것으로 판단된다. 한편, 3차 프리폼의 플랜지부의 길이가 긴 경우에는 연결부(109)에 의한 금속 유동의 저항 및 재료의 결핍 문제는 발생하지 않을 것이며, 따라서 맨드렐의 가압에 의해 넥의 외측면(6)은 플랜지부 성형롤의 경사면(107)을 향해 이동하여 만남으로써 최종적으로 3차 프리폼의 외측면들(6,8)이 성형롤의 프로파일과 일치하게 될 것이다.However, when the length of the flange portion 3 ' of the tertiary preform 16 is shorter or longer than the predetermined length (if there is a large deviation), as shown in FIG. 9, other than the neck of the tertiary preform 16 The side surface 6 meets the inclined surface 107 of the flange portion forming roll 100, but the outer surface 8 of the flange portion 3' of the tertiary preform does not yet meet the inner end surface 105 of the flange portion forming roll. When the outer surfaces 6 and 8 of the tertiary preform do not match the profile of the forming roll [Fig. 9(a); When the length of the flange portion of the tertiary preform is short] and the outer surface 8 of the flange portion 3' of the tertiary preform first meets the inner end surface 105 of the flange portion forming roll, and the tertiary preform 16 ) of the neck outer surface 6 does not meet the inclined surface 107 of the flange portion forming roll 100, so that the outer surfaces 6 and 8 of the tertiary preform do not match the profile of the forming roll [Fig. (b); If the length of the flange portion of the tertiary preform is long] occurs. In Fig. 9, which illustrates a case where the outer surfaces 6 and 8 of the tertiary preform do not match the profile of the forming roll, the spacing of the inconsistent portions is exaggerated for explanation. When the length of the flange portion of the tertiary preform is short, the outer surface 8 of the flange portion is formed by the flow of the material constituting the tertiary preform by the pressurization of the mandrel, and the inner end surface 105 of the flange portion forming roll is By moving toward and meeting, the outer surfaces 6 and 8 of the tertiary preform finally come close to the profile of the forming roll, but the metal flow in this vicinity is reduced due to the resistance of the connecting portion 109 of the flanged forming roll and the material Due to the lack of , as shown in FIG. 4 , it is determined that an irregularly shaped groove is formed in the portion A1 where the neck and the flange meet. On the other hand, when the length of the flange portion of the tertiary preform is long, the problem of resistance to metal flow and lack of material by the connection portion 109 will not occur, and therefore the outer surface 6 of the neck is By moving toward and meeting the inclined surface 107 of the flange portion forming roll, the outer surfaces 6 and 8 of the tertiary preform will finally match the profile of the forming roll.

본 출원인은 전술한 바와 같은 불규칙한 형태의 홈이 발생하는 원인의 분석으로부터 재료의 결핍문제 해소가 매우 중요하다고 판단하여, 도 6 및 7을 참조하여 설명한 2차 프리폼(14)을 성형하는데 사용되는 넥 성형용 다이(26)를 도 10에 도시된 바와 같이 개량하였다. 도 10에는 이해의 편의를 위해 개량된 넥 성형용 다이(26')와 이 다이(26')로부터 만들어지는 2차 프리폼(14')을 함께 도시하였다. 개량된 넥 성형용 다이(26')는 넥 형성 홈(25)에 상부방향의 돌기(27)가 형성되는 것과 같이 기본적인 내부 프로파일이나 구성은 종래의 다이(26)와 동일하나 넥 형성 홈(25)의 경사면(29)과 다이(26')의 표면(28)이 만나는 부분에 도시된 바와 같이 금속보충용 홈(40)이 형성된다는 점에서만 다르다. The present applicant determined that it is very important to solve the material deficiency problem from the analysis of the cause of the irregular shape of the groove as described above, and the neck used to form the secondary preform 14 described with reference to FIGS. 6 and 7 . The molding die 26 was improved as shown in FIG. 10 . 10 shows the improved neck forming die 26' and the secondary preform 14' made from the die 26' for convenience of understanding. The improved neck forming die 26 ′ has the same basic internal profile and configuration as the conventional die 26 , such that a projection 27 is formed in the neck forming groove 25 in the upper direction, but the neck forming groove 25 ) differs only in that the metal replenishment groove 40 is formed as shown in the portion where the inclined surface 29 of the die 26' and the surface 28 of the die 26' meet.

금속보충용 홈(40)은 넥 형성 홈의 경사면(29)이 다이의 표면(28)과 만나는 지점(O)이 외측으로 지점(C)까지 이동하며, 경사면(29)은 다이의 표면(28)으로부터 높이(H)인 지점(S)에서 다이의 표면(28)과 평행하게 제1 직선(41)으로 연장되되 경사면(29)과 다이의 표면(28)이 만나는 지점의 길이(폭)(L)만큼 연장된 후 두 지점(O,S)을 연결하는 직선에 평행한 제2 직선(43)으로 연장되어 지점(C)에서 다이의 표면(28)과 만나서 형성되는, 네 개의 직선(41,43, 직선 OC, 직선 OS)으로 둘러싸인 마름모꼴 형태를 갖는다. 따라서 금속보충용 홈(40)은 높이(H)와 폭(L)을 갖는 마름모꼴 형상의 홈(40)의 내부 부피에 해당하는 만큼 금속재료를 소재에 더 공급할 수 있게 된다. 도 10을 참조하면, 개량된 다이(26')로부터 제조된 2차 프리폼(14')은 금속보충용 홈(40)에 상응하는 형태의 돌기(40')를 갖게 된다.The metal replenishment groove 40 moves outward from the point O where the inclined surface 29 of the neck forming groove meets the surface 28 of the die to the point C, and the inclined surface 29 is the surface 28 of the die. The length (width) (L) of the point where the inclined surface 29 and the surface 28 of the die extend in a first straight line 41 parallel to the surface 28 of the die at a point S which is the height H from ) and then extend to a second straight line 43 parallel to the straight line connecting the two points O, S to meet the surface 28 of the die at the point C and form four straight lines 41, 43, straight line OC, straight line OS) has a rhombic shape. Therefore, the metal replenishment groove 40 can further supply the metal material to the material as much as the internal volume of the rhombic-shaped groove 40 having a height (H) and a width (L). Referring to FIG. 10 , the secondary preform 14 ′ manufactured from the improved die 26 ′ has protrusions 40 ′ in a shape corresponding to the metal replenishment groove 40 .

도시된 실시예는 돌기(40') 부분을 구성하는 금속의 원활한 유동을 위해 마름모꼴 형태의 금속보충용 홈(40)을 도시하였으나, 사각형 등 다른 형태의 금속보충용 홈(40)도 가능하다. Although the illustrated embodiment shows a rhombic-shaped metal supplementary groove 40 for smooth flow of metal constituting the protrusion 40', other metal supplementary grooves 40 such as a square are also possible.

중,대형 플랜지의 넥과 플랜지부가 만나는 부위(A1)에서 발생하는 불규칙한 홈의 크기는 보어 직경이 큰 플랜지일수록 커지는 경향을 보였는데, 이는 플랜지가 견뎌야 하는 내압을 위해 플랜지 보어(7)의 직경이 클수록 플랜지부(3)의 길이와 두께도 비례하여 증가하여야 하기 때문으로 판단되었다. 또한, 이와 같은 불규칙한 형태의 홈은 넥과 플랜지부가 만나는 부위를 넥 둘레로 연장하여 형성되는 원의 둘레를 따라 국부적으로 발생하는 것으로 나타났다. 따라서, 금속보충용 홈(40)의 크기는 이러한 사항들을 고려하여 높이(H)는 2mm, 폭(L)은 제조될 플랜지의 보어 직경에 따라 1 ~ 15mm 범위로 하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다. 예를 들면, 보어 직경이 26인치인 경우 폭(L)은 2mm로 그리고 보어 직경이 40인치인 경우 폭(L)은 7mm로 하였다.The size of the irregular grooves occurring at the meeting point (A1) between the neck and the flange of the medium and large flanges tended to increase as the bore diameter increased. This is because the diameter of the flange bore 7 is It was determined that the larger the length and the thickness of the flange portion (3) should be increased proportionally. In addition, it was found that the irregular shape of the groove is locally generated along the circumference of a circle formed by extending the neck and the flange portion meeting the circumference of the neck. Therefore, it was determined that the size of the metal supplementary groove 40 is preferably in the range of 1 to 15 mm according to the diameter of the bore of the flange to be manufactured, the height (H) is 2mm, and the width (L) is 2mm in consideration of these matters. For example, when the bore diameter is 26 inches, the width L is 2 mm, and when the bore diameter is 40 inches, the width L is 7 mm.

도 11은 전술한 바와 같이 개량된 넥 성형용 다이(26')로부터 만들어진, 금속보충용 홈(40)에 상응하는 형태의 돌기(40')를 갖는 2차 프리폼(14')을 기초로 3차 프리폼(16')을 만들어 환상압연장치에서 열간성형할 때, 프리폼의 플랜지부가 성형되는 것을 보여주는, 도8에 상응하는 도면이다. 11 is a third view on the basis of a secondary preform 14' having protrusions 40' in the shape corresponding to the metal replenishment grooves 40, made from the neck forming die 26' improved as described above. It is a view corresponding to Fig. 8 showing that the flange portion of the preform is formed when the preform 16' is made and hot-formed in an annular rolling machine.

도시된 바와 같이 3차 프리폼(16') 역시 돌기(40'')를 갖기 때문에, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같은 3차 프리폼의 플랜지부의 길이가 비정상적으로 짧은 부위가 있는 경우에도 돌기(40'')를 구성하는 금속재료가 넥과 플랜지부가 만나는 부위(A1)로 구성된 원을 따라 그리고 플랜지부의 외측면을 향해 유동하면서 부족한 부분에 금속재료를 공급하게 될 것이다. 도 12는 높이(H)와 폭(W)이 각각 2mm인 금속보충용 홈(40)을 갖는 다이(26')에서 제조된 2차 프리폼(14')을 기초로 얻어진 3차 프리폼(16')을 사용하여 환상압연장치에서의 열간 성형을 통해 제조된, 26인치 의 보어 직경을 갖는 플랜지의 단면사진으로, 넥부와 플랜지부가 만나는 부위(A1)에 불규칙한 형태의 홈이 발생하는 것이 아니라 매끄러운 곡면형태로 형성됨을 알 수 있다. As shown, since the tertiary preform 16' also has the protrusion 40'', even if there is a portion where the length of the flange portion of the tertiary preform as described with reference to FIG. 9 is abnormally short, the protrusion 40 The metal material constituting the '') flows along the circle consisting of the area A1 where the neck and the flange part meet and toward the outer surface of the flange part, while supplying the metal material to the insufficient part. 12 shows a tertiary preform 16' obtained on the basis of a secondary preform 14' manufactured in a die 26' having a metal replenishment groove 40 having a height H and a width W of 2 mm each. This is a cross-sectional photograph of a flange having a bore diameter of 26 inches, manufactured through hot forming in a ring rolling machine using It can be seen that formed by

이상에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 당해 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본원 발명은 넥 형성 홈(25)에 상부방향의 돌기(27)가 형성되지 않는 경우와 같이, 2차 프리폼을 제조하기 위해 사용되는 모든 형태의 넥 성형용 다이에 적용될 수 있다.Although the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains will appreciate that various modifications are possible within the scope of the present invention described in the claims to be described later. For example, the present invention can be applied to all types of neck forming dies used for manufacturing the secondary preform, such as when the protrusion 27 in the upper direction is not formed in the neck forming groove 25 .

1차 프리폼 ; 12 2차 프리폼 : 14,14' 3차 프리폼 : 16,16'
프레스 : 20 가압 프레스 : 22 판상 다이 : 24
넥부성형용 다이 : 26,26' 넥부 형성용 편치 : 30, 금속보충용 홈 : 40
환상압연장치 : 90 축 롤 : 91,92 맨드렐 : 94
회전축 : 99 플랜지부 성형롤 : 100 플랜지부 성형 롤의 성형부 : 103
1st preform; 12 2nd preform : 14,14' 3rd preform : 16,16'
Press: 20 Press press: 22 Plate die: 24
Die for neck shaping: 26, 26' Neck shaping stitch: 30, groove for metal supplementation: 40
Annular rolling machine: 90 Axial roll: 91,92 Mandrel: 94
Rotational shaft: 99 Flange forming roll: 100 Forming part of flanged forming roll: 103

Claims (4)

개방된 보어(7')가 형성된 넥(7')과 플랜지부(3')를 갖는 3차 프리폼(16)을 환상압연장치에서의 열간 성형을 통해 보어 직경이 20인치 이상인 중,대형 맞대기 용접식 플랜지를 제조할 때, 상기 3차 프리폼(16)의 전단계로 만들어지며 폐쇄된 보어(7')가 형성된 넥(5')과 플랜지부(3')를 갖는 2차 프리폼(14)의 성형 다이에 있어서,
2차 프리폼의 성형 다이의 넥 형성 홈(25)의 경사면(29)과 성형 다이의 표면(28)이 만나는 부분에, 2차 프리폼의 보어를 개방하여 얻어지는 3차 프리폼을 상기 환상압연장치에서 열간성형시 열간압연에 의해 유동하는 금속을 제공하기 위한 금속보충용 홈(40)이 형성됨을 특징으로 하는 맞대기 용접식 플랜지 제조용 2차 프리폼 성형 다이(26').
A tertiary preform 16 having an open bore 7' formed neck 7' and a flange portion 3' is hot-formed in an annular rolling machine, medium and large butt welding with a bore diameter of 20 inches or more When manufacturing the expression flange, the molding of the secondary preform 14 having the neck 5' and the flange portion 3' formed in the previous step of the tertiary preform 16 and having the closed bore 7' formed therein. In the die,
A tertiary preform obtained by opening a bore of the secondary preform at a portion where the inclined surface 29 of the neck forming groove 25 of the secondary preform forming die and the surface 28 of the forming die meet is hot in the annular rolling machine A secondary preform forming die (26') for manufacturing a butt-welded flange, characterized in that a metal supplementary groove (40) is formed for providing a metal flowing by hot rolling during forming.
제1항에 있어서, 상기 홈(40)이 일정한 폭과 높이를 갖는 마름모꼴의 홈으로 형성됨을 특징으로 하는 맞대기 용접식 플랜지 제조용 2차 프리폼 성형 다이.The secondary preform forming die for manufacturing a butt weld type flange according to claim 1, wherein the groove (40) is formed as a rhombic groove having a constant width and height. 제2항에 있어서, 상기 마름모꼴의 홈의 높이는 2mm이며 폭은 1~15mm 범위를 가짐을 특징으로 하는 맞대기 용접식 플랜지 제조용 2차 프리폼 성형 다이.The secondary preform forming die for manufacturing a butt-welded flange according to claim 2, wherein the height of the rhombic groove is 2 mm and the width is in the range of 1 to 15 mm. 제1 내지 3항 중의 한 항에 따른 맞대기 용접식 플랜지 제조용 2차 프리폼 성형 다이(26')로부터 만들어져서 상기 금속보충용 홈(40)에 상응하는 형태의 돌기(40')를 갖는 것을 특징으로 하는 2차 프리폼. 4. Made from a secondary preform forming die (26') for manufacturing a butt-welded flange according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it has a projection (40') of a shape corresponding to the metal supplementary groove (40) Second preform.
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