KR20090067050A - 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형제품을 구부리는 방법 - Google Patents

완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형제품을 구부리는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 완성 파이프의 굽힘 반경(R)과 외경(D)의 상대비가 3 미만인 관형 제품(1a)을 구부리기 위한 방법에 있어서,
- 길이방향의 소정 길이(L)와 외경(D)을 가지고 있고 최종 용도에 따른 소정의 조성물로 된 재료로 만들어진 제품(1a)을 단조하는 단계;
- 다이(100)를 마련하는 단계로서,
·파이프(1a)를 위한 시트부(111a)를 갖춘 비대칭 하부 다이 절반부(110); 및
·다이의 수직 중심축에 대하여 길이방향(X-X)으로 비대칭적으로 배열된 펀치부(121)를 갖춘 상부 다이 절반부(120)를 포함하는 다이(100)를 마련하는 단계;
- 파이프를, 재료의 특정 조성물에 따라 단조하는 데에 필요한 온도로 오븐에서 가열하는 단계;
- 제품(1a)을 하부 다이 절반부(110) 내에 길이방향으로 배치하는 단계;
- 제품(1a)을 구부리기 시작하도록 두 다이 절반부들(110, 120)을 서로 접촉시켜 폐쇄하는 단계;
- 다이를 개방하는 단계;
- 구부러진 파이프를 꺼내는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
굽힘 반경, 단조, 다이, 펀치부, 관형 제품

Description

완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법{METHOD FOR BENDING TUBULAR ARTICLES WITH A RELATIVE RATIO OF THE BENDING RADIUS AND THE OUTER DIAMETER OF THE FINISHED PIPE WHICH IS LESS THAN 3}
본 발명은 관형 요소를 구부리기 위한 방법 및 다이에 관한 것이다.
전형적으로 단조로 만들어지는 대형의 관형 파이프의 제조에 관한 기술 분야에는 파이프를 구부려서 만곡부를 얻을 필요가 있다는 것이 알려져 있다.
예를 들면 벤딩 머신을 사용하여 행해지는 굽힘 방법 그 자체가 전통적이기는 하지만, 이러한 굽힘 방법은 파이프의 굽힘 반경(R)과 외경(D)의 상대비가 3 미만인 파이프를 구부리는 것을 필요로 하는 특정한 경우에는 적절하지 않다.
이러한 파이프는 가로방향으로 뻗어있는, 즉 대체로 반경방향으로 뻗어있는 접속 브랜치(branch)들을 가지고 있어야만 하고, 특히 원자력 발전소와 같은 위험성이 높은 적용처에 사용되는 파이프의 경우에서 이 브랜치들은 굽힘 후에 각각의 파이프 영역에 용접되어서는 안 되고, 파이프의 연속성을 보장하여 그에 의해 위험 물질의 누출을 막도록 파이프의 단조 중에 파이프에 일체로 형성되어야만 하는 것이 알려져 있다.
하지만, 상기 굽힘은 특히 이 하나 이상의 브랜치의 베이스부가 만곡부의 최초 만곡 영역에 인접한 경우에는 전형적인 종래의 방법을 사용하여 행해질 수 없고, 상기 베이스부의 위치는 특히 관형 제품의 단조와 그 후의 굽힘 둘 다를 행하기 어렵게 만들기 때문에, 이 파이프와 일체인 가로의 브랜치 신장부의 존재는, 종래의 벤딩 머신이 사용될 수 없고, 특히 특정한 적용용처에 요구되는 정밀도로 파이프를 구부리기 어렵게 만드는 것을 의미한다.
그러므로, 제기되는 기술적인 문제는 파이프의 굽힘 반경(R)과 외경(D)의 상대비(R/D)가 3 미만인 배관용 파이프를 구부리기 위한 방법 및 관련된 다이를 제공하는 것이다.
이러한 문제와 관련하여, 본 발명의 다이 및 방법이 파이프와 일체인 반경방향 브랜치가 굽힘 중에 존재하는 경우에도 필수 공차를 가진 상태의 굽힘을 허용할 수 있어야 하는 것이 필수적이다.
이러한 결과가 청구항 제 1 항의 특징을 따른 방법 및 청구항 제 10 항의 특징을 따른 다이에 의해 본 발명에 따라 성취된다.
첨부된 도면을 인용하여 제공된 본 발명의 비제한적인 일례인 실시예의 이하의 설명으로부터 보다 상세한 설명을 얻을 수 있을 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 한 세트인 3개의 기준 축선을 각각 길이방향(X-X), 가로방향(Y-Y) 및 수직방향(Z-Z)을 의미하는 것으로 설명의 편의상 가정할 뿐 이에 한정하는 것은 아니고, 구부러질 파이프(1a)는 길이방향(X-X)으로 뻗어있고, 외경(D)을 가지고 있다.
본 발명에 따른 방법에 관하여 기본 부분으로서 사용되는 직선형 제품은 필요한 재료의 블룸(bloom)을 단조함으로써 얻어지고, 본 발명에 따른 성형/단조 후에 필요 치수를 가진 상태의 완성 부분을 얻기에 적절한 (제강소에서 생성된) 형태, 직경, 두께 및 길이를 가질 것이다.
단조된 제품은 또한 특정 구역에서 반경방향으로 돌출하는 재료의 블록(2a)을 가지고 있고, 이하에 설명되는 방법을 사용하여, 이 블록(2a)으로부터, 완성된 파이프(1)의 표면에서 반경방향으로 돌출하는 일체형 브랜치(2)를 얻게 될 것이다.
거칠게 단조된 파이프(1a)가 하부 다이 절반부(110)와 상부 다이 절반부(120)로 형성된 비대칭 수직 다이(100) 내부에 삽입되고, 하부 다이 절반부(도 3)는 수평 베이스면에 대해 제1 각도(α)를 형성하는 제1 직선 영역(111a), 및 동일한 베이스면에 대해 각도(β)를 형성하는 제2 직선 영역(111b)을 포함하는, 완성 파이프(1)를 위한 시트부(111)를 가지고 있고, 두 직선 영역은 적절한 이음 부품(111c)에 의해 연속적으로 연결되어있다.
만곡된 상부 다이 절반부(120)의 내부 부분은 중립 축선(N1)으로부터 구부러진 파이프(1)의 내륜부(Ⅰ1)(도 9)까지 뻗어있는 절반의 만곡부에 대응하는 형태를 가지고 있다.
도시된 경우에서와 같이, 브랜치(2)를 형성하기 위한 재료의 보스부(2a)가 존재하고, 상기 보스부(2a)가, 구부러질 영역에 인접한 구역에서 배열되어있는 경우, 종래 기술에 따른 대칭 굽힘 처리를 이용할 수 없고, 가압되는 방향으로 동일한 축선을 따르는 작용 및 반작용력을 유지할 수 없고, 대신에 비대칭 굽힘을 행하는 것이 필요하다.
이러한 목적을 위해, 상부 다이 절반부(120)는, 보스부(2a)의 베이스부(2b)에 인접한 영역을 따라, 상부 다이(120)와 단조된 제품(1a) 사이의 최초 접촉을 야기하도록 그리고 베이스부(2b)의 부근에서 만곡부의 최초 굽힘을 야기하도록, 다이의 수직 중심축에 대해 길이방향(X-X)으로 비대칭적으로 배열된 펀치부(121) 및 보스부(2a)의 치수에 상응하는 치수를 가지고 상부 다이 절반부(120) 내에 적절하게 형성된 시트부(122)를 가지고 있다.
전술된 다이를 사용하여, 관형 요소를 구부리기 위한 방법을 실시할 수 있고, 이 방법은
- 길이방향의 소정 길이(L)와 외경(D)을 가지고 있고 최종 용도에 따른 소정의 조성물로 된 재료로 만들어지고, 반경방향 외측으로 뻗어있는, 베이스부(2b)를 갖춘 하나 이상의 보스부(2a)를 가질 수도 있는 단조된 파이프(1a)를 마련하는 단계;
- 다이(100)를 마련하는 단계;
- 재료의 특정 조성물에 따른 단조에 필요한 온도로 오븐에서 가열하는 단계;
- 가압하여 구부리기 위한 영역에 대응하는 길이방향의 파이프 영역(Lp)을 타원형화(ovalization)하는 단계;
- 보스부(2a)의 베이스부(2b)가 실질적으로 상부 펀치부(121)의 헤드부와 수직방향(Z-Z)으로 정렬되도록 직선형 제품을 하부 다이 절반부(110) 내부에 길이방향(X-X)으로 위치시키는 단계;
- 두 다이 절반부들의 폐쇄에 의해 제품(1a)을 구부리기 시작하는 단계;를 포함하고 있고,
상기 다이는,
· 파이프(1a)를 위한 시트부(111a)를 갖춘 비대칭 하부 다이 절반부(110);
· 다이의 수직 중심축에 대해 길이방향(X-X)으로 비대칭적으로 배열된 펀치부(121)를 갖춘 상부 다이 절반부(120);
· 보스부(2a)가 존재하는 경우, 보스부(2a)를 수용하기 위한 임의의 시트부(122);를 포함한다.
굽힘이 단일의 단계에서 수행될 수 있을지라도, 최초 단조 온도를 복구하기 위한 중간의 가열 단계와 번갈아 일어나는 복수 개의 단계, 바람직하게는 둘 또는 세 개의 단계에 걸쳐 최종 굽힘을 행하는 것이 바람직하다.
다이가 둥근 단면을 가지고 있다면, 이미 정해진 크기로 둥근 단면을 가진 만곡된 제품을 얻을 수 있지만, 바람직한 실시예에서, 후속하는 사이징(sizing) 단계를 참작하도록 굽힘 다이의 약간의 타원형화를 고려할 수 있으며 이 타원형화에 의해 보다 정확한 공차가 정해질 수 있고, 이 경우에서, 다이의 타원 형태는 긴 축 선이, 굽힘 동작에 의해 구부러진 제품의 축선을 포함하는 수평면(plane)에 대해 수직이도록 될 것이다.
구부러지고 냉각된 부분을 그 최종 치수로의 다듬질을 행하도록 공작기계로 기계 가공한다.
보스부가 목적에 충분한 길이를 가지고 있다면, 거친-기계가공, 열처리 및 표면 다듬질을 수행할 수 있다.
보스부(2a)가 존재하는 경우, 도시된 바와 같이, 최종 브랜치(2)에 있어서 필요한 길이보다 작은 가로방향(Y-Y)(= 반경방향)의 길이를 가지고 있다면, 도 12a-12d에 대하여 이하에 설명될 바와 같이 본 발명의 방법은,
- 반경방향으로 보스부(2a)에 구멍을 내는 단계;
- 변형될 구역을 플라스틱 변형에 필요한 온도까지 국부적으로 가열하는 단계;
- 보스부(2a)의 외면이 내부 다이(300) 내에 적절하게 형성된 시트부(315)의 내면과 접촉할 때까지, 증가한 직경의 드리프트 플러그(200)의 연속 관통력에 의한 다중 압출 단계;
- 브랜치의 내경보다 큰 직경을 가진 드리프트 플러그의 관통력으로 재료를 잡아 늘려 재료의 두께가 감소하고 재료의 길이가 설계 치수까지 증가하는 단계;
- 완성 파이프를 사용하는 데에 필요한 열 처리 단계;
- 기계 가공단계;
- 표면 다듬질 처리(산세척, 부동태 처리 등) 단계를 더 필요로 한다.
첨부된 도면은, 파이프의 양단부로부터 각각 L21 = 1171.6 및 L31 =1676.3의 거리를 두고 비대칭적으로 배열된 높이 H11의 제1 보스부를 가지고 있는 직경(D = 515㎜) 및 길이(L11 = 2848㎜)의 파이프 견본 상에 시범 테스트 동안 수행된 부분의 굽힘을 예시하고 있고(도 13 및 14), 이는 예시일 뿐 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 보스부는 높이(H11 = H21 = 200.8㎜), 베이스부의 직경(Db = 377.8㎜) 및 보스부 간의 축선방향 거리(l21 = 1014.5㎜)를 가지고 있다(도 13).
재료(316L)로 만들어진 파이프는 950℃ 상태로 가열 처리되어있다.
다듬질되고 구부려진 파이프는 길이(L1 = 2640㎜), 파이프의 외경(D)의 대략 1.5배인 곡률 반경(R = 735.08㎜) 및 굽힘 각도(56°)를 가진 이음 부품(piece)으로 서로 연결된 제1 직선 영역(L21 = 1014.5㎜), 제2 직선 영역(L3 = 460㎜)을 가지고 있고, 사이징 후에, 외경(D)은 497㎜와 502㎜ 사이에 있고, 제1 보스부는 L21 = 1171.6㎜의 위치에 배열되고 제2 보스부는 제1 보스부로부터 l21 = 620㎜의 거리에 배열되고, 양 보스부는 베이스부의 직경(Db = 377㎜) 및 높이(h = 205㎜)를 가지고 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 다이 및 방법에 있어서, 파이프의 외경(D) 및 굽힘 반경(R)의 상대비가 3 미만인 경우에 반복적이고 신뢰성 있는 산업적인 방법을 사용하여 파이프를 구부릴 수 있고, 굽힘 시, 제조된 파이프와 일체인 반경방향 보 스부로부터 파이프와 일체인 가로의 브랜치를 형성할 수도 있음이 명백하다.
본 발명의 방법은 특히 종래 기술에서 해결되지 못한, 브랜치의 베이스부에 매우 근접한 구역에서 굽힘이 시작되는 복잡한 경우에 적용할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다이 내부에 삽입된, 반경방향 브랜치를 갖춘 파이프의 측면도;
도 2는 도 1에 따른 어셈블리의 정면도;
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ로 표시된 평면을 따른 개략 단면도;
도 4는 제1 굽힘 단계 동안의 도 1에 따른 어셈블리의 측면도;
도 5는 도 4에 따른 어셈블리의 정면도;
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ로 표시된 평면을 따른 개략 단면도;
도 7은 제1 굽힘 단계 중의 도 1에 따른 어셈블리의 사시도;
도 8은 도 7에 따른 어셈블리의 정면도;
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ로 표시된 평면을 따른 단면도;
도 10은 도 8에 표시된 화살표(X)의 방향으로 본 도 7에 따른 어셈블리의 측면도;
도 11은 도 8에 표시된 화살표(ⅩⅠ)의 방향으로 본 도 7에 따른 어셈블리의 측면도;
도 12a-12d는 다듬질 단계의 파이프 브랜치의 수직 평면을 따른 개략 단면도; 및
도 13-14는 본 발명에 따른 방법의 적용 실례의 측면도.

Claims (12)

  1. 완성 파이프의 굽힘 반경(R)과 외경(D)의 상대비가 3 미만인 관형 제품(1a)을 구부리기 위한 방법에 있어서,
    - 길이방향의 소정 길이(L)와 외경(D)을 가지고 있고 최종 용도에 따른 소정의 조성물로 된 재료로 만들어진 제품(1a)을 단조하는 단계;
    - 다이(100)를 마련하는 단계로서,
    ·파이프(1a)를 위한 시트부(111a)를 갖춘 비대칭 하부 다이 절반부(110); 및
    ·다이의 수직 중심축에 대하여 길이방향(X-X)으로 비대칭적으로 배열된 펀치부(121)를 갖춘 상부 다이 절반부(120)를 포함하는 다이(100)를 마련하는 단계;
    - 파이프를, 재료의 특정 조성물에 따라 단조하는 데에 필요한 온도로 오븐에서 가열하는 단계;
    - 제품(1a)을 하부 다이 절반부(110) 내에 길이방향으로 배치하는 단계;
    - 제품(1a)을 구부리기 시작하도록 두 다이 절반부들(110, 120)을 서로 접촉시켜 폐쇄하는 단계;
    - 다이를 개방하는 단계;
    - 구부러진 파이프를 꺼내는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 구부려지고 냉각된 부분을 그 최종 치수로 다듬질하도록 공작기계로 기계가공하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 제품(1a)을 하부 다이 절반부(110) 상에 배치하기 전에, 굽힘 영역에 대응하는 길이방향의 파이프 영역(Lp)을 타원형화하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 굽힘 단계는 연속의 복수 개의 단계들로 수행되는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 각각의 굽힘 단계 전에, 파이프가 단조 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법.
  6. 구부러질 길이방향의 파이프 영역을 따라 반경방향으로 돌출하는 보스부(2a, 2b)가 제공된 제품(1a)을 구부리기 위한 청구항 제 1 항에 따른 방법에 있어서, 상 기 방법은,
    상기 보스부(2a, 2b)를 수용하기 위하여 펀치부(121)에 인접하게 배열된 시트부(122)를 상부 다이 절반부(120) 내에 마련하는 단계;
    보스부(2a)의 베이스부(2b)가 상부 펀치부(121)의 헤드부와 대체로 수직방향(Z-Z)으로 정렬되도록 직선형 제품(1a)을 하부 다이 절반부(110) 내에 길이방향(X-X)으로 적소에 배치하는 단계;를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 방법은,
    - 보스부(2a)에 반경방향으로 구멍을 내는 단계;
    - 변형될 구역을 플라스틱 변형에 필요한 온도까지 국부적으로 가열하는 단계;
    - 보스부(2a)를 적절하게 형성된 외부 다이(300)의 시트부(315) 내에 삽입하는 단계;
    - 보스부(2a)의 외면이 적절하게 형성된 외부 다이(300)의 시트부(315)의 내면과 접촉할 때까지, 증가한 직경의 드리프트 플러그(200)가 연속적으로 관통되게 가압됨으로써 다중 단계를 거쳐 압출 성형하는 단계; 및
    - 설계 치수가 달성될 때까지 브랜치의 내경보다 더 큰 직경을 갖는 드리프트 플러그의 삽입으로 재료를 늘이는 단계;를 포함하는 보스부에 대한 처리 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 방법은,
    - 완성 파이프를 사용하는 데에 필요한 열 처리하는 단계;
    - 기계 다듬질하는 단계;
    - 표면 다듬질 처리하는 단계;를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은,
    굽힘 중에 제품(1a)을 타원형화하는 단계; 및
    파이프(1)를 사이징하는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리는 방법.
  10. 완성 파이프의 굽힘 반경(R)과 외경(D)의 상대비가 3 미만인 관형 제품(1a)을 구부리기 위한 다이에 있어서,
    - 파이프(1a)를 위한 시트부(111)를 갖춘 비대칭 하부 다이 절반부(110); 및
    - 다이의 수직 중심축에 대하여 길이방향(X-X)으로 비대칭적으로 배열된 펀치부(121)를 갖춘 상부 다이 절반부(120);를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리기 위한 다이.
  11. 제 10 항에 있어서, 상부 다이 절반부(120)는, 보스부(2a)의 베이스부(2b)에 인접한 영역을 따라 상부 다이(120)와 제품(1a) 사이의 최초 접촉을 한정하도록, 길이방향(X-X)으로 상기 펀치부(121)에 인접하게 배열되고 제품(1a)으로부터 반경방향으로 뻗어있는 보스부(2a)의 치수에 대응하는 치수를 가진 시트부(122)를 그 내부에 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리기 위한 다이.
  12. 제 10 항에 있어서, 두 다이 절반부(110, 120)는 구부러질 제품(1a)의 영역을 따라서 타원형화되어있는 것을 특징으로 하는 완성 파이프의 굽힘 반경과 외경의 상대비가 3 미만인 관형 제품을 구부리기 위한 다이.
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