KR20020024533A - 편심확경관 단부를 가진 금속관의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

먼저, 소재 금속관(M)의 개구 단부는 편심측의 축방향 길이(L2)가 비편심측의 축방향 길이(L1)보다 긴 동축확경된 상태(M1)로 소성변형된다. 다음에 편심확경펀치(20)를 동축확경관 단부(M1)내로 압입하므로써 동축확경관 단부(M1)는 편심확경된 상태(M2)로 소성변형된다. 편심확경펀치(20)는 선단원추부(21)와 펀치원통부(22) 사이에 소정의 각도(θ)로 경사진 경계선(23)을 가지고 있고, 펀치원통부(22)가 동축확경관 단부(M1)의 내부벽과 접촉하는데 있어서 비편심측의 동축확경관 단부 내부벽보다 편심측의 동축확경관 단부 내부벽에 먼저 접촉한다. 동축확경관 단부(M1)가 편심확경된 상태(M2)로 소성변형될 때, 재료유동은 편심측에서 억제되지만 비편심측으로부터 편심측으로 재료유동은 촉진된다. 결과적으로, 개구 단부는 원주방향을 따라 두께의 편차가 없이 편심확경된 상태(M2)로 소성변형된다.

Description

편심확경관 단부를 가진 금속관의 제조방법{A METHOD OF MANUFACTURING A METAL PIPE WITH AN ECCENTRICALLY EXPANDED OPEN END}
본 발명은 관 축선에 대하여 편심확경된 단부를 가진 금속관을 제조하는 방법에 관한 것이다.
편심확경관 단부를 가진 금속관은 자동차 연료주입용의 급유관 등에 사용되고 있다. 이런 종류의 금속관은 소재 금속관의 개구 단부를 벌징가공 하여 또는 수축된 개구 단부를 가진 금속관을 확장된 개구 단부를 가진 다른 금속관에 접합하므로써 제조되고 있다. 그러나, 이러한 방법들은 복잡한 공정을 채택하고 있기 때문에, 제조코스트가 높아진다. 그래서, 테이퍼가공된 확경펀치를 개구 단부에 압입하여 소재 금속관을 반경방향으로 넓히는 다른 방법이 검토되고 있다.
종래의 확경방법에서는, 도 1에 도시한 바와 같이 개구 단부가 관 축선에 수직인 소재 금속관(1)내에 확경펀치가 압입된다. 확경펀치의 삽입에 의해 개구 단부는 동축확경된 상태(2)로 소성변형된다. 선단이 테이퍼가공된 확경펀치를 사용할 때, 테이퍼부(4)는 직관부(3)와 확경관 단부(2) 사이에 형성된다. 그 후, 직관부(3)의 관 축선으로부터 벗어난 위치에 유지되는 다른 펀치를 확경관 단부(2)내로 압입하므로써 직관부(3)의 관 축선으로부터 편심된 편심확경관 단부(5)를 형성한다.
직관부(3)의 축선으로부터 편심방향(D)으로 소정의 편심량만큼 중심축선이 편심된 편심펀치를 압입하므로써 편심확경관 단부(5)가 형성되지만, 소재 금속관(1)의 변형량은 편심량에 따라서 원주방향을 따라 변화된다. 구체적으로, 비편심측 부분(7)에서 소재 금속관(1)의 두께가 그다지 감소되지 않는 반면에 편심측 부분(6)에서 소재 금속관(1)은 원주방향을 따라 우선적으로 인장가공되며, 게다가 비편심측 부분(7)으로부터 편심측 부분(6)으로 재료유동이 적다. 결과적으로, 편심측은 원주방향을 따라 얇아진다. 얇은 관두께는 균열이나 네킹과 같은 문제를야기하게 된다. 균열이나 네킹의 발생은 확경율이 커질수록 현저하게 된다. 부분적으로 얇아진 관은 또한 제품의 기계적 강도를 저하시킨다.
본 발명은 원주방향을 따라 국부적인 두께의 감소없이 비편심측으로부터 편심측으로 재료유동을 촉진하기 위하여 편심확경단계에 앞서 동축확경단계에서 비편심측보다 편심측에서 금속관의 축방향으로 더 길게 연신된 동축확경관 단부를 형성하므로써, 균열이나 네킹이 없는 편심확경관 단부를 가진 금속관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 금속관의 개구 단부를 동축확경 및 편심확경의 2공정으로 가공하는 종래방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2a는 소재 금속관의 개구 단부가 비편심측보다 편심측에서 긴 축방향 길이를 가진 동축확경된 상태로 소성변형되는 새롭게 제안된 본 발명의 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2b는 금속관의 동축확경된 개구 단부를 도시한 도면이다.
도 3a는 편심확경펀치가 동축확경된 개구 단부내로 압입되는 새롭게 제안된 본 발명의 방법의 편심확경단계를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3b는 금속관의 편심확경된 개구 단부를 도시한 도면이다.
본 발명은 동축확경과 편심확경의 2단계에 의해서 편심확경된 개구 단부를 가진 금속관을 제조하는 새로운 방법을 제안한다.
먼저, 동축확경펀치가 소재 금속관의 개구 단부내에 압입되므로써 상기 소재 금속관의 축방향을 따라 편심측이 비편심측보다 긴 동축확경된 상태로 개구 단부를 소성변형한다.
동축확경관의 성형 후에 동축확경펀치는 금속관으로부터 꺼내진다.
그 다음에, 비편심측의 동축확경관 단부 내부벽보다 편심측의 동축확경관 단부 내부벽에 먼저 펀치원통부가 접촉하도록 선단원추부와 펀치원통부의 경계선이 소재 금속관의 반경방향에 대하여 소정 각도로 경사진 편심확경펀치가 소재 금속관의 동축확경관 단부내로 압입되므로 개구 단부를 편심확경된 상태로 소성변형한다.
동축확경단계에서, 소재 금속관의 축방향을 따라 길이가 비편심측보다 편심측에서 짧아지게 선단원추부와 펀치원통부 사이의 경사진 경계선을 가진 동축확경펀치가 사용될 수 있다. 이러한 동축확경펀치의 압입에 의해서, 소재 금속관의 개구 단부는 비편심측과 비교하여 편심측에서 축방향을 따라 길어진 동축확경된 상태로 소성변형된다.
또한, 동축확경펀치의 경계선의 경사방향과 반대로 경사져 있고 선단원추부와 펀치원통부 사이에 경계선을 가진 편심확경펀치로 동축확경된 개구 단부가 가공될 때, 비편심측으로부터 편심측으로 재료유동이 촉진된다. 결과적으로, 소재 금속관의 개구 단부는 원주방향을 따라 두께의 현저한 감소없이 편심확경된 상태로 소성변형된다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
본 발명에 따라, 소재 금속관의 개구 단부는 동축확경 및 편심확경의 2단계로 변형된다. 제 1 단계(동축확경단계)에서, 개구 단부는 동축확경된다. 제 2 단계(편심확경단계)에서, 동축확경된 개구 단부는 편심확경된다.
동축확경단계에서, 선단원추부(11)와 펀치원통부(12) 사이의 경계선(13)이 소재 금속관(M)의 반경방향(r)에 대하여 소정의 경사각도(α)로 경사진 동축확경펀치(10)가 소재 금속관(M)과 동심위치에 유지된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 다음에 소재 금속관(M)내로 동축확경펀치(10)가 압입된다. 소재 금속관(M)의 내부벽이 동축확경펀치(10)의 펀치원통부(12)와 접촉하게 되고 편심측보다 비편심측에서 먼저 목표외경으로 확경되기 때문에, 편심측보다 비편심측에서 벽의 수축변형이 현저하다. 결과적으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 소재 금속관(M)의 개구 단부는, 비편심측의 축방향 길이(L1)가 편심측의 축방향 길이(L2) 보다 짧은 동축확경된 상태(M1)로 소성변형된다.
축방향을 따라 다르게 연신된 L1 < L2 길이를 가진 동축확경관 단부(M1)는, 비편심측의 관벽이 편심측의 관벽보다 먼저 목표외경으로 소성변형되게 하는 다양한 형상을 가진 펀치에 의해 성형될 수 있다.
소재 금속관(M)의 개구 단부 확경을 위해 선단원추부(11)와 펀치원통부(12) 사이에 경사각도(α)로 경사진 경계선을 가진 동축확경펀치(10)가 사용될 때, 바람직하게 경사각도(α)는 3 ~ 60도 범위에서 설정된다. 만약 경사각도(α)가 3도 미만이면 축방향 길이(L1,L2) 사이에 목적에 적합한 충분한 차이를 줄 수 없다. 만약 경사각도(α)가 60도 보다 크면 편심확경단계에서 비편심측의 재료유출이 크게 된다. 과도한 재료유동은 비편심측의 두께감소를 의미하며 비편심측에서 균열과 같은 결함이 발생하게 된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 계속되는 편심확경단계에서 선단원추부(21)와 펀치원통부(22)의 사이에 동축확경관 단부(M1)의 관반경방향(r)에 대하여 소정의 경사각도(θ)로 경사진 경계선(23)을 가진 편심확경펀치(20)가 사용된다. 이러한 편심확경펀치(20)가 동축확경관 단부(M1)내로 압입될 때, 선단원추부(21)는 비편심측보다 편심측에서 먼저 내부벽과 접촉한다.
소재 금속관(M)이 경사각도(α)를 가진 동축확경펀치(10)에 의해 확경되는 경우에, 바람직하게 동축확경관 단부(M1)는 동축확경펀치(10)의 경사각도(α)와 반대의 경사각도(θ)로 경사진 경계선(23)을 가진 편심확경펀치(20)에 의해 편심확경된다. 바람직하게 경사각도(θ)는 경사각도(α)와 반대방향의 동일한 각도이다.
경사각도(θ)를 가진 편심확경펀치(20)가 동축확경관 단부(M1)내로 압입될 때, 펀치원통부(22)의 주위면은 비편심측보다 편심측에서 먼저 동축확경관 단부(M1)의 내부벽과 접촉한다. 편심확경펀치(20)가 동축확경관 단부(M1)내로 진행됨에 따라서 펀치원통부(22)의 접촉면은 비편심측까지 확장된다. 즉, 편심측의 변형이 비편심측보다 선행되는 방식으로 동축확경관 단부(M1)의 내부벽은 펀치원통부(22)와 가압된다.
결과적으로, 벽의 변형저항은 비편심측보다 편심측에서 크다. 편심확경 동안에 편심측에서 재료유동은 편심확경펀치(20)의 펀치원통부(22)에 의해 억제되지만, 금속은 비편심측에서 인장되며 편심측으로 유동하게 된다. 따라서, 동축확경관 단부(M1)는 편심측에서 국부적인 두께의 감소없이 원주방향을 따라 두께가 균일한 편심확경관 단부(M2)로 소성변형된다.
실시예
외경 25.4㎜, 두께 1.0㎜, 길이 350㎜의 고주파용접된 금속관이 소재 금속관(M)으로 사용되었다. 소재 금속관(M)의 개구 단부내로 동축확경펀치(10)를 압입하므로써 소재 금속관(M)의 개구 단부는 동축확경관 단부(M1)로 소성변형된다. 그 후, 동축확경관 단부(M1)내로 편심확경펀치(20)를 압입하므로써 동축확경관 단부(M1)는 편심확경관 단부(M2)로 소성변형되었다. 소입경화된 공구강의 펀치(10,20)에 윤활유를 도포하여 표 1에 나타낸 조건하에서 4공정으로 소재 금속관(M)의 단부는 동축확경되고 다음에 편심확경되었다.
편심확경관 단부 형성까지의 가공공정
가공패턴의 조합 동축확경공정 편심확경공정
제 1 공정 제 2 공정 제 3 공정 제 4 공정
확경율 26.8% 53.5% 79.1% 104.7%
편심량 - - 3.25mm 6.5mm
본 발명예 α: 15도 α: 15도 θ: -15도 θ: -15도
비교예 1 α: 0도 α: 0도 θ: -15도 θ: -15도
비교예 2 α: 15도 α: 15도 θ: 0도 θ: 0도
α: 동축확경펀치 경계선의 경사각도θ: 편심확경펀치 경계선의 경사각도
소재 금속관(M)이 개구 단부에서 편심확경된 후에, 편심확경관 단부(M2)를 관찰하여 형상 및 두께분포를 조사하였다. 결과는 표 2에 나타내었다. L1 < L2 와 같이 축방향 길이에 차이가 있는 동축확경관 단부(M1)을 형성한 후에 편심확경된 본 발명예의 편심확경관 단부(M2)는 편심측에서도 두께편차 또는 네킹이 없으며 충분한 두께를 가지고 있다. 편심확경관 단부(M2)에서 최대 두께 감소율은 25% 이내로 억제되었다.
이에 비해, L1 = L2 의 동축확경관 단부(M1)를 편심확경가공한 비교예1의 편심확경관 단부(M2)는 편심측에서 최대 두께 감소율이 31%로 크게 감소된 두께를 가지고 있다. 이와 같이 큰 두께감소로 인하여 균열이나 네킹이 자주 발생하였다.
또한 L1 < L2 와 같이 축방향 관길이가 상이한 동축확경관 단부(M1)가 선단원추부(21)와 펀치원통부(22) 사이에 경사지지 않은 경계선(23)을 가진 편심확경펀치(20)에 의해 편심확경된 경우에도, 비교예 2에 나타난 바와 같이 편심확경관 단부(M2)에서 최대 두께 감소율은 33%로 여전히 크다. 또한 어떤 경우에서는 균열이나 네킹이 발견되었다.
본 발명예와 비교예의 대비로부터 알 수 있는 바와 같이, 소재 금속관(M)의개구 단부를 L1 < L2 의 동축확경관 단부로 소성변형하는 동축확경단계와, 비편심측보다 편심측에서 먼저 동축확경관 단부(M1)의 내부벽과 접촉하는 펀치원통부(22)를 가진 편심확경펀치(20)를 사용하는 편심확경단계의 조합에 의해서 편심확경관 단부(M2)는 원주방향을 따라 국부적인 두께의 감소없이 효과적으로 형성되는 것이 명확하게 확인되었다. 원주방향을 따라 국부적인 두께감소가 억제되기 때문에, 편심확경관 단부(M2)는 균열 또는 네킹 등의 결함이 없는 제품으로 사용될 수 있다. 실시예에 나타낸 바와 같이, 동축확경단계과 편심확경단계의 이러한 조합은 소재 금속관(M)과 비교하여 두배 이상의 외경을 가진 편심확경관 단부(M2)의 성형을 위해 특히 효과적이다.
편심확경관 단부의 형상 및 결함 유무
본 발명예 비교예
No.1 No.2
편심확경관 단부(M2)의 최대두께 감소율(%) 25 31 33
균열발생빈도(발생수/샘플수) 0/100 7/100 15/100
네킹발생빈도(발생수/샘플수) 0/100 14/100 22/100
상술한 바와 같이 본발명에 따라, 소재 금속관의 개구 단부는 비편심측보다 편심측의 축방향 길이가 긴 동축확경된 상태로 소성변형되고, 그 후에 비편심측보다 편심측에서 먼저 동축확경관 단부의 내부벽과 접촉하는 펀치원통부를 가진 편심확경펀치에 의해 편심확경상태로 소성변형된다. 내부벽과 펀치 접촉면의 타이밍 제어에 의해, 편심확경단계에서 비편심측으로부터 편심측으로 재료유동이 촉진되고, 편심측으로부터 재료유동은 반대로 억제된다. 결과적으로, 금속관의 원주방향을 따라 국부적인 두께감소가 억제되고 제품은 양호한 형상의 편심확경된 개구 단부를 갖는다.

Claims (2)

  1. 편심확경관 단부를 가진 금속관을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 단부를 소재 금속관의 축방향을 따라 편심측의 길이가 비편심측보다 긴 동축확경된 상태로 소성변형하기 위하여 상기 소재 금속관의 단부내로 동축확경펀치를 압입하는 단계;
    상기 소재 금속관으로부터 상기 동축확경펀치를 빼는 단계; 그리고
    비편심측보다 편심측에서 먼저 동축확경관 단부의 내부벽과 펀치원통부가 접촉하도록 선단원추부와 펀치원통부 사이의 경계선이 상기 소재 금속관의 반경방향에 대하여 소정의 각도로 경사진 상기 경계선을 가진 편심확경펀치를 상기 소재 금속관의 동축확경된 단부내에 압입하여 편심확경된 상태로 소성변형하는 상기 편심확경펀치를 압입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 편심확경관 단부를 가진 금속관의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 동축확경펀치는 소재 금속관의 축방향을 따라 펀치원통부의 길이가 비편심측보다 편심측에서 짧게 되는 각도로 선단원추부와 펀치원통부 사이에 경사진 경계선을 가지고 있으며, 상기 경계선의 경사방향은 편심확경펀치의 선단원추부와 펀치원통부 사이의 경계선의 경사방향과 반대인 것을 특징으로 하는 편심확경관 단부를 가진 금속관의 제조방법.
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