KR20100004840A - 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

추신기를 이용하는 금속관의 제조 방법에서, 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향해 직경이 확대 또는 축소하는 솔리드 다이스와, 상기 다이스의 입구 측으로부터 출구 측에 향해 직경이 확대하는 플러그 또는 테이퍼 맨드릴을 이용하고, 관재의 두께 중심 직경을 확대시키면서 두께를 줄여 추신함으로써, 경이적인 두께 축소를 얻을 수 있는 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법이다.

Description

냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법{PPROCESS FOR PRODUCING ULTRA-THIN METAL TUBE BY COLD DRAWING METHOD}

본 발명은, 금속관의 냉간 추신법(抽伸法)에 관한 것이며, 특히 금속관의 초박 측의 제조 가능 범위를 비약적으로 확대시키고, 아울러 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법을 제공하는 것이다.

금속관은, 열간 마무리 상태에서, 품질상, 강도상 혹은 치수 정밀도상의 요구를 만족하지 않을 경우에는, 냉간 가공 공정으로 보내게 된다. 냉간 가공 공정에서는, 다이스와 플러그 또는 맨드릴을 이용하는 냉간 추신법 및 콜드 필거 밀에 의한 냉간 압연법이 일반적이다.

냉간 추신법에서는 소관의 관단(管端)을 선단 조임(스웨이징 가공)기에 의해 조이고, 산세정을 행함으로써 표면의 스케일 등을 제거한 후, 윤활 처리를 실시하여 다이스를 통해 추신한다. 냉간 추신법에는, 플러그 인발, 플로팅 플러그 인발, 맨드릴 인발, 그리고 싱킹(sinking)이 있고, 이들은 모두 다이스에 의한 축경(縮俓) 가공에 의해 행해진다("제3판 철강 편람 제3권(2)조강·강관·압연 공통 설비 1158~1183 페이지” 등).

도 1은, 종래의 축경 추신법의 설명도이고, 동 도(a)는 플러그 인발, (b)는 맨드릴 인발을 나타낸다.

동 도(a)에 나타내는 플러그 인발은 가장 일반적인 추신법이고, 소관(1) 내에 플러그(3)를 삽입하여, 소관(1)의 관단을 척(6)으로 잡아 다이스(2)를 통해, 도면 중의 부호 X로 나타낸 화살표 방향으로 인발하는 방법이다. 이 방법은, 플러그 교환이나 작업성에 대해서도 뛰어나고 가공도도 크게 설정할 수 있다.

또, (b)로 나타낸 맨드릴 인발은, 소관(1) 내에 맨드릴(5)을 삽입하여, 상기의 방법처럼 하고, 다이스(2)를 통해 인발하는 방법이다. 이 방법은, 관 내면의 가공을 맨드릴에 의해 행함으로써, 세경(細俓)관이면서도 내면이 아름답고 치수 정밀도가 높은 제품관(7)을 제조할 수 있어 원자력용 등의 고급관의 제조로 사용된다.

냉간 추신에 사용되는 추신기는, 모터 구동에 의한 체인식의 것이 대부분이지만, 그 외에 유압식이나 수압식의 것도 있다.

금속관의 냉간 추신 공정에서는, 관재료 외면과 다이스 표면 사이, 및 관재료 내면과 플러그 혹은 맨드릴 표면 사이에 마찰 저항이 있어, 이들의 저항을 받으면서 추신하기 때문에 관재료에는 길이 방향으로 장력이 발생한다. 이 장력을 추신 후의 단면적으로 나눠 얻어지는 장력 응력이 높아지면, 인발 세경화가 시작되어, 장력 응력이 관재료의 변형 저항에 이르면 파단한다. 당연하지만, 길이 방향의 장력 응력은, 관의 두께가 얇아질수록 커지게 되고, 파단하기 쉬워지므로, 두께 감소율에는 스스로 한계가 있다. 따라서, 두께 감소율이 큰 추신에서는, 추신 회수를 증가시켜 추신작업을 반복하는 것이 필요하게 되고, 그때마다, 윤활 작업이 필요하게 되고, 고비용을 초래한다. 또, 관재료의 가공 경화가 현저할 경우에는, 소둔 작 업도 필요하게 된다.

본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 과제는, 금속관의 초박 측의 제조 가능 범위를 비약적으로 확대할 수 있는 냉간 추신법과 그에 따른 초박 금속관의 제조 방법을 제안하는 것에 있다. 또한, 본 발명은, 초박의 주로 이음매가 없는 금속관을 대상으로 하지만, 초박의 용접 금속관에서도 용접부 혹은 열영향부에서 두께의 불균일을 일으켜 그 교정이 필요할 경우가 있으므로, 용접 금속관도 대상으로 포함하는 것으로 한다.

본 발명자는, 상술의 과제를 해결하기 위해, 종래의 문제점을 의거하여 연구를 진행시켜, 아래와 같은 지견을 얻고, 본 발명을 완성시켰다.

일반적으로, 관재의 소성가공에서의 두께 가공은, 관재료를 관의 길이 방향으로 연신 가공함으로써 달성된다. 즉, 관재의 냉간 추신에서는 다이스와 플러그 혹은 맨드릴 사이에 두께 가공할 경우에 축경하면서 추신하여 길이 방향으로 연신한다. 이와 같이, 길이 방향으로만 연신하려고 하기 때문에 두께 압하(壓下)량이 제한되고 두께를 얇게 하기가 곤란해진다.

본 발명자는, 관재를 소성 가공하여 두께를 압하할 때에, 길이 방향으로만 연신하려고 하기 때문에, 두께 압하부가 제한되어 더 얇게 하기가 곤란하게 되는 것으로 해석하여, 냉간 추신법에 의한 관재의 두께 압하시에는, 길이 방향으로 연신시킴과 동시에 관 둘레 방향으로도 연신시키도록 하면, 상기의 문제는 회피할 수 있을 것으로 생각했다. 또한, 극단적인 경우로서 링 밀에 의한 환 형상품의 압연에 대해 검토하면, 환 형상 소재는, 길이 방향(축심 방향)으로는 연신되지 않고, 환 둘레 방향으로만 연신되므로, 두께의 압하는 제한없이 가능하게 된다.

추신 공정에서, 관 둘레 방향으로 연신시키면서 길이 방향으로도 연신시키기 위해서는, 예를 들면, 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향해 점차 그 직경이 확대하는 솔리드 다이스와, 마찬가지로 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향해 점차 그 직경이 확대하는 플러그 또는 테이퍼 맨드릴을 채용하고, 관재료를 확경(擴俓)하면서 두께를 줄여 추신하면 된다.

본 발명은, 상기의 지견에 근거하여 완성된 것으로서, 그 요지는, 아래와 같이 (1)~(3)에 나타낸 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법에 있다.

(1) 추신기를 이용하는 초박 금속관의 제조 방법으로서, 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향해 점차 그 직경이 확대하는 솔리드 다이스 내에, 관의 일단에 입구 확대 가공을 실시한 소관을 삽입하여, 소관 내에 다이스의 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향해 점차 그 직경을 확대하는 플러그 또는 테이퍼 맨드릴을 삽입하여, 입구 확대 가공을 실시한 부분을 척으로 잡아 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향하는 방향으로 소관을 인발함으로써, 솔리드 다이스와 플러그 또는 테이퍼 맨드릴 사이에, 내외경을 동시에 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 것을 특징으로 하는 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법. 이 경우에, 내경의 확경 여유를 외경의 확경 여유보다 크게 설정하지 않으면, 두께의 압하를 할 수 없는 것은 당연한 것이다.

(2) 상기 (1)에서는, 내외경을 동시에 확경하면서 두께를 줄이는 소성 변형을 서술했지만, 관재의 확경 변형이란, 반드시 내외경을 동시에 확경시키는 소성 변형만을 칭하는 것이 아니다. 소성학적으로 언급하면, 관재의 두께 중심 직경(내경 및 외경의 평균 직경)을 확대시키는 소성 변형을 확경 변형이라고 총칭한다.

따라서, 외경이 불변인 채로, 내경만을 확경시켜도, 두께 중심 직경은 확실히 확대하기 때문에, 확경 변형이 된다.

(3) 또한, 외경이 축경할 경우에도, 내경의 확경 여유가 외경의 축경 여유보다 클 경우에는, 두께 중심 직경은 확대하여, 확경 변형이 된다.

여기에서, 내경 또는 외경의 확경비란, 냉간 추신 후의 금속관의 내경 또는 외경을 냉간 추신 전의 금속관의 내경 또는 외경으로 나눈 비율을 의미한다. 외경의 축경비란, 외경의 확경비가 1보다 작아지는 것을 의미한다.

도 1은, 종래의 축경추신법의 설명도이고, 동 도(a)는 플러그 인발 (b)는 맨드릴 인발을 각각 나타낸다.

도 2는, 내경 및 외경을 동시에 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 본 발명에 관련되는 확경 추신법의 설명도이고, 동 도(a)는 플러그 인발, (b)는 맨드릴 인발을 각각 나타낸다.

도 3은, 외경을 불변인 채로, 내경을 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 본 발명에 관련되는 확경 추신법의 설명도이고, 동 도(a)는 플러그 인발, (b)는 맨드릴 인발을 각각 나타낸다.

도 4는, 외경을 축경하여, 내경을 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 본 발명 에 관련되는 확경추신법의 설명도이고, 동 도(a)는 플러그 인발, (b)는 맨드릴 인발을 각각 나타낸다.

본 발명은, 상기한 바와 같이, 추신기를 이용한 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법이다. 그 제1 형태는, 추신기를 이용하는 초박 금속관의 제조 방법으로서, 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향해 점차 그 직경이 확대하는 솔리드 다이스 내에, 관의 일단에 입구 확대 가공을 실시한 소관을 삽입하여, 소관 내에 다이스의 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향해 점차 그 직경이 확대하는 플러그 또는 테이퍼 맨드릴을 삽입하여, 입구 확대 가공을 실시한 부분을 척으로 잡아 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측에 향할 방향으로 소관을 인발함으로써, 솔리드 다이스와 플러그 또는 테이퍼 맨드릴 사이에서, 내외경을 동시에 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 것을 특징으로 하는 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법이다.

또한, 관재의 상기 확경 추신 방법을 실용화하기 위해서는, 냉간 추신의 조업 방법을 종래의 추신 방법에 비해, 아래와 같이 변경하는 것이 바람직하다.

제1에, 소관의 관단을 입구 확대기에 의해 테이퍼 형상으로 확경한다. 입구 확대기로서는, 예를 들면, 가압 확대 방식을 이용하면 좋다. 제2에, 입구 확대 가공된 소관을, 산세, 윤활 처리한 후, 솔리드 다이스의 마무리 출구 측으로부터 다이스 내에 도입하여, 소관의 외경보다도 큰 내면 규제 직경을 가지는 플러그 혹은 테이퍼 형상 맨드릴과 솔리드 다이스 사이에 확경하면서 추신한다. 제3에, 플러그 혹은 테이파상 만드릴의 지지도 다이스의 마무리 출구 측으로부터 행한다. 부대 설비가 다이스의 마무리 출구 측에 집중하는 난점이 있지만, 초박의 금속관을 추신할 수 있는 장점은 크다.

발명의 실시의 형태를 도 2에 나타낸다. 동 도(a)는 플러그 인발, (b)는 맨드릴 인발을 나타낸다. 동 도(a) 및 (b)에 나타낸 대로, 다이스의 맞물림 입구 측(도 중의 솔리드 다이스(12)의 좌측)으로부터 마무리 출구 측(도 중의 솔리드 다이스(12)의 우측)을 향해 그 직경이 확대하는 솔리드 다이스(12)의 마무리 출구 측으로부터, 입구 확대 가공된 소관(1)을 솔리드 다이스(12) 내에 삽입한다. 또한, 솔리드 다이스(12)의 입구 측으로부터 출구 측을 향해 직경이 확대하여, 마무리 최대 직경이 소관(1)의 외경보다 큰 플러그(13) 또는 테이퍼 형상 맨드릴(15)을 소관(1)내에 삽입하여, 입구 확대 가공된 소관(1)의 관단을 척(6)으로 잡아, 도 중의 부호 X로 나타낸 화살표 방향으로 인발한다. 이 조작에 의해, 소관(1)은, 플러그(13) 또는 테이퍼 형상 맨드릴(15)과 솔리드 다이스(12) 사이에 확경하면서 추신된다.

상기와 같은 공정에 의해, 외경 do 및 두께 to를 가지는 소관(1)은, 외경 d 및 두께 t를 가지는 제품 추신관(17)으로 확경 추신된다.

그 제2 형태는, 외경을 불변인 채로, 내경만을 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법이고, 또, 제3 형태는, 내경의 확경 여유를 외경의 축경 여유보다 크게 설정하면서 외경을 축경해, 내경을 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법이다. 그들의 발명의 실시 형태를 각각 도 3 및 도 4에 나타낸다. 동 도(a)는 플러그 인발 을, (b)는 맨드릴 인발을 각각 나타낸다. 상기의 도 2에서 설명한 바와 같은 방법에 의해, 플러그 (13)또는 테이퍼 형상 맨드릴(15)과 솔리드 다이스(12) 사이에 확경하면서 추신한다.

(실시예)

본 발명의 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법의 효과를 확인하기 위해, 아래와 같은 3예의 시험을 실시하여, 그 결과를 평가했다. 또한, 맨드릴 인발의 경우의 작용 및 효과는, 플러그 인발의 경우의 작용 및 효과와 거의 변함없으므로, 본 실시예에서는, 플러그 인발에 대해 설명한다.

(본 발명예 1)

만네스만·맨드릴 밀 프로세스에 의해 제조된 외경 34.O㎜, 두께 3.5㎜의 18％Cr-8％Ni 스테인리스 강관을 공시 소관으로 하고, 냉간 추신 공정에 대해, 외경 50.8㎜, 두께 1.6㎜에 확경 추신한다.

시험 조건 및 결과를 이하에 요약한다.

테이퍼 형상 솔리드 다이스 직경: D=34.0~50.8㎜

플러그 직경: dp=47.5㎜

소관 외경: do=34.0㎜

소관두께: to=3.5㎜

추신 후의 관외 직경: d=50.8㎜

추신 후의 관두께: t=1.6㎜

외경 확경 여유: d/do=1.49

연신비: to(do－to)/{t(d－t)}=1.36

(두께/외경)비: t/d=3.15％

두께 중심 직경의 확경비: (d－t)/(do－to)=1.61

(본 발명예 2)

만네스만·맨드릴 밀 프로세스에 의해 제조된 외경 50.8㎜ 두께 4.5㎜의 18％Cr-8％Ni 스테인리스 강관을 공시 소관으로 하고, 냉간 추신 공정에 대해, 외경 50.8㎜, 두께 1.8㎜에 확경 추신한다.

시험 조건 및 결과를 이하에 요약한다.

테이퍼 형상 솔리드 다이스 직경: D=50.8~50.8㎜

플러그 직경: dp=47.8㎜

소관 외경: do=50.8mm

소관 두께: to=4.5mm

추신 후의 관외 직경: d=50.8mm

추신 후의 관두께: t=1.8mm

외경 확경비: d/do=1.00

연신비: to(do－to)/{t(d－t)}=2.36

(두께/외경)비: t/d=3.54％

두께 중심 직경의 확경비: (d－t)/(do－to)=1.06

(본 발명예 3)

만네스만·맨드릴 밀 프로세스에 의해 제조된 외경 53.4㎜, 두께 5.5㎜의 18 ％Cr-8％Ni 스테인리스 강관을 공시 소관으로 하고, 냉간 추신 공정에서, 외경 50.8㎜, 두께 2.0㎜ 확경 추신했다.

시험 조건 및 결과를 이하에 요약한다.

테이퍼 형상 솔리드 다이스 직경: D=53.4~50.8㎜

플러그 직경: dp=47.4㎜

소관 외경: do=53.4mm

소관 두께: to=5.5㎜

추신 후의 관외 직경: d=50.8㎜

추신 후의 관두께: t=2.Omm

외경 확경비: d/do=0.95

연신비: to(do－to)/{t(d－t)}=2.70

(두께/외경)비: t/d=3.94％

두께 중심 직경의 확경비: (d－t)/(do－to)=1.02

상기의 3예의 시험에 의해 얻어진 강관의 내외면 표면은 미려하고, 품질상, 특별히 문제는 없었다. 또한, 종래의 축경 추신법에 의해 냉간 추신했을 경우에는, 18％Cr-8％Ni 스테인리스 강관의 제조 가능한 최소 두께는, 외경 50.8㎜의 경우에서 겨우 2.4㎜ 정도이고, 본 발명의 확경 추신법에 의한 효과가 현저한 것은 명확하다.

본 발명의 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법을 이용하면, 냉간 추신법에 의한 금속관의 초박 측의 제조 가능 범위를 비약적으로 확대할 수 있다. 본 발명의 방법에 의해, 종래의 냉간 마무리 이음매가 없는 금속관의 대략 2/3 이하의 두께를 가지는 이음매가 없는 금속관이 경제적이고 안정적으로 제조 가능하게 되고, TIG 용접관, 레이저 용접관 등의 얇은 두께 용접 금속관을, 본 발명법으로 제조되는 높은 신뢰성을 가지는 초박 이음매가 없는 금속관에 의해 대체가 가능하게 된다. 또한, 두께 0.6~0.8㎜ 이하의 초박 이음매가 없는 금속관을 안정적으로 제조할 수 있다면, 컬러 레이저 프린터의 가열 슬리브, 마찬가지로 가압 롤, 혹은 연료 전지의 셀 케이스 등의 하이테크 분야로의 적용도 가능하게 된다.

Claims (4)

1. 추신기(抽伸機)를 이용하는 초박(超薄) 금속관의 제조 방법으로서, 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향해 점차 그 직경이 확대 혹은 축소하는 솔리드 다이스 내에, 관의 일단에 입구 확대 가공을 실시한 소관(素管)을 삽입하고, 소관 내에 다이스의 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향해 점차 그 직경이 확대하는 플러그 또는 테이퍼 맨드릴을 삽입하고, 입구 확대 가공을 실시한 부분을 척으로 잡아 맞물림 입구 측으로부터 마무리 출구 측을 향하는 방향으로 소관을 인발함으로써, 솔리드 다이스와 플러그 또는 테이퍼 맨드릴 사이에서 관재의 외경 및 내경의 평균값인 두께 중심 직경을 확대시키면서 두께를 줄여 연신(延伸)하는 것을 특징으로 하는 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   내경의 확경(擴俓) 여유를 외경의 확경 여유보다 크게 설정하고, 내경 및 외경을 동시에 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 것을 특징으로 하는 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   외경을 불변인 채로, 내경만을 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 것을 특징으로 하는 냉간 추신법에 의한 초박 금속관의 제조 방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   내경의 확경 여유를 외경의 축경 여유보다 크게 설정하고, 외경을 축경하고, 내경을 확경하면서 두께를 줄여 연신하는 것을 특징으로 하는 냉간 압연법에 의한 초박 금속관의 제조 방법.

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