KR20100045459A

KR20100045459A - 금속관의 벤딩 가공장치 및 곡관부를 구비한 금속관의 제조방법

Info

Publication number: KR20100045459A
Application number: KR1020107002556A
Authority: KR
Inventors: 시게키 기시하라; 다카히로 요시토메; 호타카 가야노; 유조 니시모토
Original assignee: 다이이치 고슈하 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-05-03
Also published as: TW200924870A; EP2165780A1; CN101687241B; WO2009008295A1; CN101687241A; EP2165780A4; JP2009012062A; TWI439335B; KR101443818B1

Abstract

본 발명은 가공 대상인 금속관의 일부를 고리형상으로 가열하는 가열수단과, 가열수단을 향하여 금속관을 추진시키는 추진수단과, 금속관을 파지함과 함께 지지축을 중심으로 하여 회동 가능한 클램프 아암을 포함하고, 클램프 아암에 의하여 가열수단에 의한 금속관의 가열부의 앞쪽부분을 파지함과 함께 이 파지점을 추진수단에 의한 금속관의 추진에 따라 지지축을 중심으로 하여 선회시키고, 이에 의하여 금속관에 벤딩 모멘트를 가하는 안내수단과, 추진수단에 의한 금속관의 추진방향과는 반대방향으로의 힘인 리턴력을, 지지축을 지지점으로 하여 클램프 아암을 개재하여 금속관에 가함으로써 금속관에 압축력을 작용시키는 압축수단을 구비하는 금속관의 벤딩 가공장치에 있어서, 상기 리턴력의 인가점과 지지축과의 거리가 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점과 지지축과의 거리보다 커지도록 압축수단을 배치한다. 금속관의 압축 벤딩 가공에서의 압축 구동력의 증대를 초래하지 않고 두께 감소량을 한층 저감할 수 있다.

Description

금속관의 벤딩 가공장치 및 곡관부를 구비한 금속관의 제조방법{METALLIC PIPE BENDING APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING A METALLIC PIPE HAVING A BENT PORTION}

본 발명은, 금속관의 벤딩 가공장치 및 곡관부(曲管部)를 구비한 금속관의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 금속관의 두께 감소를 방지하면서 벤딩 가공을 행하는 기술에 관한 것이다.

석유나 가스·각종 액체 등의 유체를 반송하는 파이프로서 플랜트나 공장, 발전소 등의 산업시설에서, 또는 교량이나 스타디움 지붕 등 토목 건축물의 골조 구조재로서 금속관이 현재 널리 사용되고 있다. 이들 금속관은, 규격화되어 미리 소정 형상으로 이루어진 관[직관이나 이형관(엘보, 벤드 등)]이 사용되는 한편으로, 시공 대상에 따라 직선형상의 관을 벤딩 가공한 관(이하, 벤딩관이라 한다)도, 여러가지 곡률·관로형상에 대한 요구에 유연하게 대응할 수 있기 때문에 광범위하게 사용되고 있다.

한편, 벤딩관을 제조하는 경우, 소재가 되는 직관을 단순히 구부린 것만으로는, 곡관부분의 바깥 둘레측의 관 두께(두께)가 얇아져, 당해 관에 대한 소요의 강도·사양을 만족시키지 않게 될 염려가 있다. 그래서, 직관을 단순하게 구부릴(예를 들면 특허문헌 1 : 일본국 특공소54-28156호 공보 참조)뿐만 아니라, 관축방향으로 압축력을 가하면서 벤딩 가공을 행함으로써 이와 같은 두께의 감소를 방지하는 이른바 압축 벤딩에 관한 여러가지 제안이 이루어져 있다(예를 들면 특허문헌 2 : 일본국 특공평2-47287호 공보참조).

그런데, 최근, 석유나 가스·화학·발전 등 각종 플랜트의 배관에서는, 플랜트 전체의 콤팩트화와 비용절감을 도모학 위하여 가능한 한 관 지름(외경)을 억제하고, 유속을 빠르게 하여 고압 수송을 행하는 경향에 있다. 이 때문에, 높은 관내 압력에 견딜 수 있는 고강도 재료를 사용함과 함께, 벤딩 가공 후에 있어서도 관 두께를 소관(素管)의 두께와 동등하게 유지하는(두께 감소를 제로에 근접시킨다) 요청이 높아지고 있다.

한편, 벤딩관의 곡률 반경은, 시공의 용이성으로부터, 규격화된 시판의 엘보 등과 동일 치수가 요구되는 경우가 적지 않다. 그런데, 이들 엘보의 곡률 반경은 일반적으로 작고, 곡률 반경이 작아질수록 벤딩 가공 시의 관 바깥 둘레의 두께 감소량은 증대하기 때문에, 벤딩관의 두께 감소를 제로에 근접시키는 요청에 따르는 것은 현실적으로는 용이하지 않다. 또, 벤딩관의 소재가 되는 직관의 제조기술의 진보에 따라, 제조 공차의 최소값에 가까운 값으로 직관의 제조가 행하여지게 되어 있고, 벤딩 가공 시에 조금이라도 두께 감소가 생기면, 당해 관에 필요한 두께를 확보할 수 없게 될 염려가 생기고 있다.

한편, 두께 감소를 방지하기 위하여 상기 압축 벤딩을 채용하고, 이 때 관축방향으로 가하는 압축력을 증대시키면 두께 감소를 억제하는 것이 가능하다. 그러나, 당해 압축력을 증대시키기 위해서는, 압축 구동부의 출력 증대나 이것을 지지하는 기구, 나아가서는 벤딩 가공장치 전체의 대형화를 초래하여, 단순하게 압축력을 크게 하는 것만으로는 상기 요청에 충분히 따르기가 어려운 것이 현상이다. 일례를 들면, 12 B/sch80(두께 17.4 mm)의 강관을 1.5 DR(벤딩 반경 : 478 mm)의 작은 지름 벤딩으로 벤딩 가공을 행하는 경우, 통상의 압축력을 가하는 벤딩 가공에서는, 강관의 추진력은 약 60톤으로 두께 감소율은 12.5%가 되나, 두께 감소율을 0%로 하기 위해서는, 약 180톤(약 3배)의 추진력이 필요하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 금속관의 압축 벤딩 가공에서의 압축 구동력의 증대를 초래하지 않고, 두께 감소량을 더 한층 저감하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 금속관의 벤딩 가공장치는, 벤딩 가공 대상인 금속관의 일부를 고리형상으로 가열하는 가열수단과, 당해 가열수단을 향하여 상기 금속관을 관축방향으로 추진시키는 추진수단과, 상기 금속관을 파지함과 함께 지지축을 중심으로 하여 회동 가능한 클램프 아암을 포함하고, 이 클램프 아암에 의하여 상기 가열수단에 의한 금속관의 가열부의 앞쪽부분을 파지함과 함께 이 파지점을 상기 추진수단에 의한 금속관의 추진에 따라 상기 지지축을 중심으로 하여 선회시키고, 이에 의하여 상기 금속관에 벤딩 모멘트를 가하는 안내수단과, 상기 추진수단에 의한 금속관의 추진방향과는 반대방향으로의 힘인 리턴력(returning power)을, 상기 지지축을 지지점으로 하여 상기 클램프 아암을 개재하여 상기 금속관에 가함으로써 당해 금속관에 압축력을 작용시키는 압축수단을 구비하는 금속관의 벤딩 가공장치에 있어서, 상기 리턴력의 인가점과 상기 지지축과의 거리가 상기 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점과 상기 지지축과의 거리보다 커지도록 상기 압축수단을 배치한 것이다.

본 발명의 벤딩 가공장치에서는, 상기 가열수단에 의해 금속관의 일부를 고리형상으로 가열하면서 금속관을 추진시키고, 동시에 안내수단에 의해 가열수단을 통과한 금속관이 호(弧)를 그려 만곡하도록 안내한다. 구체적으로는, 금속관의 추진방향을 「앞쪽」으로 한 경우에(본 출원에서는, 금속관의 추진방향을 향하여 앞쪽을 「앞」, 그 반대인 뒤쪽을 「뒤」라고 하여 설명한다), 가열부의 앞쪽부분을 클램프 아암에 의해 파지한다. 이 클램프 아암은, 지지축을 중심으로 하여 회동 가능하게 설치하고 있고, 상기 추진수단에 의한 금속관의 추진에 따라 회동하고, 이것에 따라 상기 파지부분은 당해 지지축을 중심으로 선회하게 되어 금속관의 상기 가열부에 벤딩 모멘트가 가해지고, 이것에 의하여 금속관을 연속적으로 소성 변형시켜 원호를 그리도록 금속관을 구부릴 수 있다.

한편, 상기 벤딩 모멘트에 더하여 관축방향으로 압축력을 가함으로써, 관 바깥 둘레측의 두께 감소를 방지한다. 이 압축력은, 관의 추진방향과는 반대방향으로의 힘인 리턴력을, 상기 지지축을 지지점으로 하여 클램프 아암을 개재하여 금속관에 가함으로써 생기게 하나, 본 발명에서는 당해 리턴력을 인가하는 위치로부터 지지축까지의 거리가, 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점과 지지축과의 거리보다 커지 도록 한다. 이에 의하여, 종래와 비교하여 작은 리턴력으로 큰 압축력을 금속관에 생기게 하여, 벤딩 가공 시의 두께 감소량을 작게 할 수 있다.

상기 「리턴력을 인가하는 위치로부터 지지축까지의 거리가 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점과 지지축과의 거리보다 커지도록 하기」위해서는, 예를 들면, 지지축측에서 보아 가열수단에 의한 금속관의 가열부(즉, 가공 전의 초기상태에서의 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점)보다 바깥쪽에 상기 압축수단을 배치하도록 하면 된다.

압축수단의 구체적인 구성으로서는, 예를 들면 클램프 아암에 고정되어 당해 클램프 아암과 함께 회동하는 피니언과, 당해 피니언과 맞물리는 랙과, 클램프 아암 및 피니언의 회동에 따르는 상기 랙의 종동을 제동하고, 이에 의하여 상기 압축력을 생기게 하는 제동수단을 포함하도록 하면 된다.

또한, 본 발명에서 압축수단의 구성은, 상기와 같은 피니언과 랙에 의한 기구에 한정되지 않고, 예를 들면 와이어나 기어, 실린더 그외, 여러가지 구동·전달기구를 채용하는 것이 가능하다. 추진수단에 대해서도, 금속관을 진행시킬 수 있는 기구이면 그 구조는 특별히 묻지 않는다.

또한 상기 본 발명의 벤딩 가공장치에서는, 금속관의 뒷부분을 파지하여 당해 금속관에 추진력을 전달하는 뒷부분 클램프수단을 가지고 또한 상기 가열수단을 향하여 진행 가능한 이동 베이스를 더 구비하고, 상기 추진수단은, 한쪽 끝부가 상기 이동 베이스에 걸어맞춰지고, 또한 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 걸어맞춰짐과 동시에 단축 또는 신장함으로써 상기 이동 베이스를 개재하여 금속관을 추진시키는 추진 구동수단을 포함하고, 상기 압축수단은, 한쪽 끝부가 상기 이동 베이스에 걸어맞춰지고 또한 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 걸어맞춰짐과 동시에 단축 또는 신장함으로써 상기 금속관에 압축력을 가하는 압축 구동수단을 포함하도록 하여도 된다.

이와 같은 장치구조에서는, 상기 뒷부분 클램프수단에 의해 금속관의 뒷부분을 파지하고, 이 뒷부분 클램프수단이 설치된 이동 베이스를 상기 추진 구동수단에 의해 진행시킴으로써 금속관을 추진시킨다. 추진 구동수단은, 한쪽 끝부가 이동 베이스에, 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 각각 걸어맞춰져 단축하거나[예를 들면 이동 베이스와 지지축과의 사이의 거리를 단축하는(이동 베이스 또는 지지축을 끌어당긴다)], 또는 신장함으로써(예를 들면 이동 베이스를 뒤쪽에서 밀어냄으로써 앞쪽으로 진행시킨다), 이동 베이스와 지지축을 상대적으로 근접시키고, 이에 의하여 지지축에 대하여 이동 베이스를 상대적으로 진행시켜 금속관을 추진시킨다.

또, 상기 압축 구동수단도 마찬가지로, 한쪽 끝부가 이동 베이스에, 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 각각 걸어맞춰져 단축하거나[예를 들면 이동 베이스와 지지축과의 사이의 거리를 단축한다(이동 베이스 또는 지지축을 끌어 당긴다)], 또는 신장함으로써(예를 들면 이동 베이스를 뒤쪽에서 밀어냄으로써 앞쪽으로 진행시킨다), 상기 리턴력을 발생시켜 금속관에 압축력을 생기게 한다.

또한, 이동 베이스를 가지는 이와 같은 장치구조에 있어서, 상기한 바와 같이 지지축측에서 보아 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점보다 바깥쪽에 압축수단(압축 구동수단)을 배치하도록 하면, 가공대상인 금속관을 개재하여 금속관을 추진시키는 추진수단과, 압축력을 가하는 압축수단이 이동 베이스를 개재하여 상호 연결되고, 시소와 같이 균형상태로 배치되기 때문에, 금속관을 추진시키는 추진력의 반력과, 두께 감소를 방지하는 압축력의 반력이 상쇄되고, 이들 반력의 지지를 모두 장치 외부에 의존하는 장치구조와 비교하여, 당해 지지구조가 간편한 것으로 되어, 장치 전체를 소형화하는 것이 가능해진다. 또한, 이 점에 대해서는, 도 1a 내지 도 2에 의거하여 뒤에서 더욱 상세하게 설명한다.

또, 본 발명에 관한 곡관부을 구비한 금속관의 제조방법은, 금속관의 일부를 고리형상으로 가열함과 함께, 당해 가열부에 벤딩 모멘트와 관축방향으로의 압축력을 가하여 당해 금속관의 적어도 일부를 만곡상태로 소성 변형시키는, 곡관부을 구비한 금속관의 제조방법에 있어서, 금속관의 가열부 근방 위치를 파지함과 함께 이 파지점으로부터 일정거리 사이를 둔 지지축을 중심으로 하여 회동 가능한 클램프 아암에 의해 당해 금속관을 파지함과 동시에, 당해 금속관을 관축방향으로 추진시킴으로써 상기 클램프 아암에 의한 파지점을 선회시켜 금속관의 적어도 일부가 호를 그려 만곡하도록 안내하는 한편, 상기 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점과 상기 지지축과의 거리보다 상기 지지축으로부터 큰 거리를 사이에 둔 위치에서, 금속관의 추진방향과는 반대방향으로의 리턴력을 상기 지지축을 지지점으로 하여 상기 클램프 아암을 개재하여 금속관에 가함으로써 금속관에 압축력을 부여한다.

이와 같은 본 발명에 관한 제조방법에 의해서도, 상기 본 발명에 관한 벤딩 가공장치와 마찬가지로, 종래에 비하여 작은 힘(리턴력)으로 큰 압축력을 금속관에 생기게 하여, 벤딩 가공 시의 두께 감소를 억제할 수 있다.

본 발명의 제조방법에서도, 상기 방법의 구체적 형태로서, 지지축측에서 보아 가열수단에 의한 금속관의 가열부(즉, 가공 전 초기상태에서의 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점)보다 바깥쪽에서 리턴력을 가하도록 할 수 있다.

또 상기 방법에서는, 금속관의 뒷부분을 파지하고 또한 금속관의 가열위치를 향하여 진행 가능한 이동 베이스에 의해 금속관의 뒷부분을 파지하면서, 한쪽 끝부가 당해 이동 베이스에 걸어맞춰짐과 동시에 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 걸어맞춰져 단축 또는 신장하는 구동수단에 의해 금속관을 추진시킴과 동시에, 한쪽 끝부가 상기 이동 베이스에 걸어맞춰짐과 동시에 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 걸어맞춰져 단축 또는 신장하는 구동수단에 의해 금속관에 압축력을 가하도록 하여도 된다.

본 발명에서, 가공대상이 되는 금속관의 재료 및 치수(외경·내경·두께 치수)는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명은, 철을 주체로 한 재료로 이루어지는 관(예를 들면 강관이나 스테인리스관, 특수 강관 등)을 가공대상으로 할 수 있으나, 다른 금속재료를 주체로 하는 관이나 다른 금속합금을 재료로 하는 관이어도 된다. 또한, 본 발명에서 벤딩 가공하는 부분(곡관부)은, 당해 관 전체 길이의 일부이어도 되고, 전체이어도 상관없다.

본 발명에 의하면, 금속관의 압축 벤딩 가공에서의 압축 구동력의 증대를 초래하지 않고, 두께 감소량을 더 한층 저감할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시형태에 관한 장치구조(가공 개시 전의 초기상태)를 나타내는 개념도,
도 1b는 본 발명의 실시형태에 관한 장치구조(가공 중의 상태)를 나타내는 개념도,
도 2는 상기 장치구조에서의 동작[가공 개시부터 시간(t₁)을 경과한 형상]을 설명하는 개념도,
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 벤딩 가공장치(가공 개시 전의 초기 상태)를 나타내는 도,
도 3b는 상기 제 1 실시예에 관한 벤딩 가공장치(가공 중의 상태)를 나타내는 도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 벤딩 가공장치를 나타내는 도,
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 벤딩 가공장치를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태 및 실시예를 도면에 의거하여 설명하나, 먼저 실시형태에 관한 장치의 원리를 설명하고, 그 다음에 실시예로서 더욱 구체화한 장치의 구성예를 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일한 부호는, 동일 또는 상당부분을 나타낸다.

(장치원리)

도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 실시형태에 관한 장치구조를 나타내는 개념도 이고, 도 2는 당해 장치의 동작을 나타내는 것이다. 도 1에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 장치는, 벤딩 가공대상인 금속관(1)을 고리형상으로 가열하는 가열 코일(11) 및 이 가열 코일(11)에 전류를 공급하는 전원부(12)와, 가열 코일(11)의 앞쪽 위치에서 금속관(1)을 파지하는 클램프부(22)를 가짐과 함께 당해 코일(11)로부터 일정거리(R1)만큼 떨어진 위치에 설치된 지지축(A)을 중심으로 하여 회동 가능하게 설치한 클램프 아암(21)과, 금속관(1)의 뒷부분을 파지하는 클램프부(52)를 가짐과 동시에 가열 코일(11)을 향하여 진행 가능하게 설치한 이동 베이스(이하, 단지 베이스라 한다)(51)와, 이 베이스(51)를 지지축(A)을 향하여 진행시키는 추진 구동부(추진 구동수단)(31)와, 금속관(1)에 압축력을 가하는 압축 구동부(41)와, 클램프 아암(21)에 연결되어 이것과 함께 지지축(A)을 중심으로 회전하는 안내고리(42)를 구비하고 있다.

지지축(A)은 움직이지 않도록(예를 들면 건물 구조체나 바닥에) 고정되어 있고, 상기 추진 구동부(31)는 당해 지지축(A)과 베이스(51)에 걸어맞춰져 베이스(51)를 지지축(A)측으로 끌어당김으로써 베이스(51)를 진행시키고, 이에 의하여 베이스(51)에 고정(파지)한 금속관(1)이 가열 코일(11)을 향하여 앞쪽으로 추진되게 된다. 또, 금속관(1)의 전단부는 클램프부(22)에 의해 클램프 아암(21)에 고정(파지)되어 있기 때문에, 금속관(1)의 진행에 따라 클램프 아암(21)이 회전하고, 금속관(1)의 파지점은 지지축(A)을 중심으로 하여 선회한다. 이와 같이 클램프 아암(21)에 의해 금속관(1)이 안내되고, 가열 코일(11)에 의한 금속관(1)의 가열부분이 연속적으로 소성 변형하여 만곡되고, 지지축(A)과 클램프 아암(21)에 의한 파지점[클램프부(22)]과의 거리(R1)를 반경으로 하는 원호형상으로 금속관(1)이 구부러진다(도 1b 참조).

또 이 때 동시에, 압축 구동부(41)에 의해 금속관(1)에 대하여 압축력이 가해진다. 구체적으로는, 압축 구동부(41)는, 한쪽 끝이 베이스(51)에, 다른쪽 끝이 안내고리(42)의 바깥 둘레(점 B)에 각각 걸어맞춰지고, 양자(51, B)를 끌어당겨 이들 사이를 단축하도록 구동된다. 안내고리(42)는, 상기 금속관(1)의 추진에 의한 클램프 아암(21)의 회전에 따라 회전하고, 압축 구동부(41)와 안내고리(42)의 연결부재(45)(예를 들면 체인이나 와이어, 랙, 로드 등/구체적 구성은 뒤에서 설명한다)를 감아들이거나 또는 앞쪽[금속관(1)의 추진방향]으로 추진시키나, 압축 구동부(41)는 이 감아들임 내지 추진에 저항하는 힘(리턴력 또는 제동력)을 발생한다. 이 리턴력이 안내고리(42) 및 클램프 아암(21)을 개재하여 금속관(1)에 관축방향으로의 압축력이 되어 작용하고, 관 바깥 둘레부분의 두께 감소를 억제한다.

또 상기 장치구조에서는, 리턴력을 발생시키는 압축 구동부(41)를 지지축(A) 측에서 보아 금속관(1)보다 바깥쪽에 배치하고 있고, 지지점이 되는 지지축(A)에서부터 리턴력의 인가점(역점)(B)까지의 거리(R2)가, 지지축(A)에서부터 압축력의 작용점인 클램프 아암(21)에 의한 금속관(1)의 파지점[클램프부(22)]까지의 거리(R1)보다 크다. 따라서 지지축(A)을 지지점으로 한 지레의 원리에 의하여, 작은 리턴력에 의해서도 큰 압축력을 금속관(1)에 가할 수 있다. 또한, 본 장치 구조의 특징으로서, 다음과 같은 것을 말할 수 있다.

(장치동작)

추진 구동부(31) 및 압축 구동부(41)를 구동하여 벤딩 가공을 개시하면, 상기한 바와 같이 베이스(51)는 지지축(A)측을 향하여 전진하나, 이 전진속도를 V₁이라 한다. 또 이 베이스(51)의 진행에 의해 가열 코일(11)에 의해 가열된 점(가열점)(P)도 전진하고, 클램프 아암(21)이 회전함으로써 당해 가열점(P)은 지지축(A)을 중심으로 하여 선회한다(도 1b 참조). 또한, 가열 코일(11)은 이동하지 않고, 당해 가열 코일(11)에 의해 가열된 관부분(가열점)은 벤딩 변형 직후에 예를 들면 물이나 압축공기 등의 냉각제에 의해 급냉되어 소성가공이 차례로 연속적으로 행하여진다. 도 2는, 가공 개시로부터 시간(t₁)이 경과하였을 때의 장치 각 점[지지축(A), 가열점(P), 리턴력의 인가점(B), 및 베이스(X)]의 관축방향을 따른 변위를 나타낸 도면이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 베이스(51)는 초기위치(X₀)에서 V₁·t₁만큼 지지축(A)을 향하여 이동한다.

또 이 베이스(51)의 진행에 따라 전진하는 가열점(P)의 속도를 v라 하면, 당해 전진속도(v)는 금속관(1)의 압축율이 β일 때 다음식과 같이 되고, 이 전진속도(v)가 가공속도가 된다.

또 이 때 동시에, 안내고리(42)에 대한 압축 구동부(41)의 걸어맞춤점(리턴력의 인가점)(B)도 전진하고, 이 전진속도(V₂)는 압축 구동부에 의해 다음 식과 같이 제어된다.

상기 수학식 1 및 수학식 2로부터 하기 수학식 3이 유도되고, 클램프 아암(21)의 선회에 관한 상기 각 점(A, P, B)의 변위가 밸런스된다. 또한, 도 1b 및 도 2에서, 각 점(X, P, B)의 변위 후(t = t₁)의 점을 각각 X₁, P₁ 및 B₁로 나타내고 있다. 지지축(A)은 고정되고 있고 변위는 없다. 또, B-B₁ 및 P-P₁은 실제로는 원호형상이 되나, 도 2에서는 직선으로 나타내고 있다.

상기 동작에서, 추진 구동부(31)에 의해 점(A)(지지축)에 반력을 취하여 초래되는 장력(F1)에 의해 베이스(51)가 속도(V₁)로 전진 구동되고(도 1a 참조), 이것에 따라, 금속관(1)의 뒷부분에 장력(F1)과 동일한 추력(F1)이 인가되고, 압축 구동부(41)에 의해 베이스(51)에 반력을 취하여 초래되는 장력(F2)에 의하여 안내고리(42)의 바깥 둘레[클램프 아암(21)의 선단부]에 리턴력(제동력)(F2)이 인가된다. 상기 추력(F1)은, 리턴력(F2)과의 정적 균형에 더하여, 금속관(1)의 벤딩 변형 저항력(fb)이나, 금속관(1)의 압축 변형 저항력(fp), 나아가서는 당해 가공장치를 구성하는 각부 요소의 이동에 따르는 동마찰력(fμ)이 부하로서 포함되는 금속관의 속도(V₁)에서의 전진동작과의 동적 균형에도 관여한다. 또, 이들 부하 중 압축 변형저항력(fp)은, 압축력(Fp)과 동적으로 균형이 잡혀 있다.

여기서 상기 벤딩 변형 저항력(fb)이나 압축 변형 저항력(fp)은, 가공목적 상 필수의 힘이다. 또, 가공 동작을 교란하는 요인이 되기 어려운 힘이라고 할 수 있다. 왜냐하면, 금속관(1)에 대하여 동축적으로 작용하고 있고, 또한, 변형 저항력은 온도에 의해 거의 일의적으로 정해지는 안정된 값이 되기 때문이다. 이것에 대하여, 장치요소의 이동에 따르는 상기 동마찰력(fμ)은, 금속관(1)에 대하여 이축적(異軸的)으로 작용하는 데다가, 벤딩 가공과 같은 저속도 동작 하에서는 건조마찰 내지 경계마찰이 지배적이 되어 불규칙한 진폭에서의 상시 변동을 수반하기 때문에 가공동작을 교란하기 쉽다. 그런데, 본 장치구조에서는, 상기한 이축적인 힘이 금속관(1)을 사이에 두고 시소와 같은 형태로 작용하기 때문에 상당히 상쇄되는(완전히 상쇄되지 않는다고 하여도 상당량 저감된다) 점이 되어 가공동작에 대한 외란이 완화되는 이점이 있다.

또한 본 장치구조는, 상기와 같이 금속관(1)을 사이에 두고 시소와 같은 형태로 추진 구동부(31)와 압축 구동부(41)를 배치하고, 베이스(51)와 클램프 아암(21)에 의해 금속관(1)을 사이에 두도록 추진력과 압축력을 작용시키는, 이른바 "폐쇄된 구조"이고, 지지축(A)을 고정하여 두는 이외의 고정점(기초)이 불필요하여, 장치 전체를 소형으로 할 수 있는 점에서도 유리하다. 이하, 본 발명의 더욱구체적인 장치 구성예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

도 3a 내지 도 3b는, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 벤딩 가공장치를 나타내는 것이다. 이들 도면에 나타내는 바와 같이 이 벤딩 가공장치는, 가공대상인 금속관(1)을 가열하는 가열 코일(11)과, 이것에 고주파 전류를 공급하는 전원부(12)와, 금속관(1)의 선단부를 파지하여 회전하는 클램프 아암(21)과, 금속관(1)의 뒷부분을 파지하여 가열 코일(11)을 향하여 진행하는 베이스(51)와, 베이스(51)를 진행시키는 추진 구동부(31)와, 금속관(1)에 대하여 압축력을 가하는 압축 구동부(41)와, 지지축(A)에 고정됨과 함께 지지축(A)을 향하여 진행 가능하게 베이스(51)를 지지하는 대좌(10)를 구비한다.

클램프 아암(21)은, 가열 코일(11)에 의한 금속관(1)의 가열부의 바로 근처 앞쪽 위치를 파지하는 앞 부분 클램프부(22)를 구비하고, 지지축(A)을 중심으로 하여 회동 가능하게 설치되어 있다. 가열 코일(11)은 이 예에서는, 전원부(12)로부터 고주파 전류를 공급함으로써 금속관(1)을 유도 가열을 행하는 것으로 하였으나, 유도 가열 코일에 한정하지 않고, 예를 들면 가스 버너와 같은 다른 가열수단을 사용하는 것도 가능하다.

베이스(51)는, 금속관(1)의 뒷부분을 파지하는 뒷부분 클램프부(52)를 구비하고, 가열 코일(11) 및 지지축(A)을 향하여 직선형상으로(똑바르게) 진행할 수 있도록, 지지축(A)에 고정된 대좌(10)에 설치한다. 이 베이스(51)[따라서 이것에 파지된 금속관(1)]는, 추진 구동부(31)에 의해 가열 코일(11) 및 지지축(A)을 향하여 추진된다. 추진 구동부(31)는, 대좌(10)에 고정한 실린더(예를 들면 유압 실린더)(32)에 의해 구성할 수 있고, 당해 실린더(32)가 구비하는 피스톤 로드(33)를 베이스(51)의 후단부에 접속함으로써 베이스(51)에 대하여 추진력을 부여한다.

또한, 이 예에서는 2개의 실린더(32)에 의해 베이스(51)를 추진하는 것으로 하였으나, 1개 또는 3개 이상 당해 실린더를 구비하여도 된다. 또 상기 앞 부분 클램프부(22) 및 뒷부분 클램프부(52)로서는, 예를 들면 콜릿형 척을 사용할 수 있으나, 금속관(1)을 파지 가능한 기구이면, 다른 어떠한 척 내지 클램프 기구를 채용하여도 상관없다.

한편, 압축 구동부(41)는, 베이스(51)에 고정한 실린더(예를 들면 유압 실린더)(43)에 의해 구성할 수 있고, 당해 실린더(43)가 구비하는 피스톤 로드(44)의 선단에 랙(45)을 설치하고, 이 랙(45)과 맞물리는 톱니를 안내고리(42)의 바깥 둘레에 설치한다. 안내고리(42)는, 이와 같이 랙(45)과 맞물리는 톱니를 그 바깥 둘레에 구비한 피니언에 의해 구성하고, 상기 클램프 아암(21)과 함께 지지축(A)을 중심으로 하여 회전하도록 클램프 아암(21)에 고정한다. 따라서, 금속관(1)이 추진되면, 클램프 아암(21)이 회전하고, 이것과 함께 안내고리(42)가 회전하여 랙(45)이 앞쪽으로[금속관(1)과 동일방향으로] 진행하게 되나(도 3b 참조), 압축 구동부(41)를 구성하는 상기 실린더(43)에 의해 당해 랙(45)의 진행과는 반대방향으로 리턴력을 당해 랙(45)에 작용시킨다. 이에 의하여, 피니언(안내고리)(42), 클램프 아암(21) 및 앞 부분 클램프부(22)를 개재하여 금속관(1)에 대하여 관축방향으로 압축력을 가할 수 있다.

본 실시예에서는 본 발명에 의거하여, 금속관(1)(가공 전의 금속관부분)을 사이에 두고 지지축(A)의 반대측에 상기 압축 구동부(41)를 배치함으로써, 지지축(A)에서부터 압축 구동부(41)[리턴력의 인가점인 랙(45)과 피니언(42)의 맞물림부]까지의 거리(R2)가, 지지축(A)에서부터 금속관(1)의 파지부[앞 부분 클램프부(22)]까지의 거리[또는, 지지축(A)과 가열 코일(11)에 의한 가열부의 거리](R1)보다 커지도록 되어 있고, 작은 리턴력로 금속관(1)에 대하여 압축력을 효율적으로 가하여 벤딩 가공 시의 두께 감소를 억제할 수 있다.

[실시예 2]

도 4는, 본 발명의 제 2 실시예에 관한 벤딩 가공장치를 나타내는 것이다. 상기 도면에 나타내는 바와 같이 이 벤딩 가공장치는, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 금속관(1)을 가열하는 가열 코일(11), 전원부(12), 클램프 아암(21), 베이스(51), 추진 구동부(31)[추진용 실린더(32) 및 피스톤 로드(33)], 압축 구동부(41)[압축용 실린더(43), 피스톤 로드(44) 및 랙(45)], 안내고리(피니언)(42), 지지축(A) 및 대좌(10)를 구비하나, 상기 제 1 실시예와 달리, 추진 구동부(31)의 실린더(32)를 베이스(51)에 고정함과 함께, 추진 구동부(31)의 피스톤 로드(33)의 선단부를 지지축(A)에 고정하고, 추진용 실린더(32) 내에 피스톤 로드(33)를 인입함으로써 베이스(51)를 지지축(A)으로 끌어당겨 진행시키도록 한 것이다.

또, 금속관(1)의 추진방향에 대하여 금속관(1)을 사이에 두고 한쪽 측에 지지축(A)과 추진 구동부(31)를 배치하고, 다른쪽 측에 압축 구동부(41)를 배치함으로써, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 지지축(A)에서부터 압축 구동부(41)[리턴력의 인가점인 랙(45)과 피니언(42)의 맞물림부]까지의 거리(R2)가, 지지축(A)에서부터 금속관(1)의 파지부[앞 부분 클램프부(22)]까지의 거리(R1)보다 커지도록 하고 있다. 또한, 다른 구성은 상기 제 1 실시예와 동일하기 때문에, 도면에서 동일한 부호를 붙이고 중복된 설명을 생략한다(제 3 실시예에서도 마찬가지).

(실시예 3)

도 5는, 본 발명의 제 3 실시예에 관한 벤딩 가공장치를 나타내는 것이다. 상기 도면에 나타내는 바와 같이 이 벤딩 가공장치는, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 가열 코일(11), 전원부(12), 클램프 아암(21), 베이스(51), 추진 구동부(31)[추진용 실린더(32) 및 피스톤 로드(33)], 압축 구동부(41)[압축용 실린더(43), 피스톤 로드(44) 및 랙(45)], 안내고리(피니언)(42), 지지축(A) 및 대좌(10)를 구비하나, 상기 제 1 실시예와 달리, 가열 코일(11)에 의한 금속관(1)의 가열부[또는 초기 상태(가공개시 시)에서의 클램프 아암(21)에 의한 금속관(1)의 파지점]를 기준으로 한 경우에, 지지축(A)과 동일한 측에 압축 구동부(41)를 배치하였다.

이 압축 구동부(41)는, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 압축용 실린더(43)와, 선단에 랙(45)을 구비한 피스톤 로드(44)를 가지나, 압축용 실린더(43)는 대좌(10)나 지지축(A)에 고정하지 않고, 고정 앵커(46)를 개재하여 예를 들면 바닥에 고정하고 있다. 랙(45)은, 클램프 아암(21)과 함께 지지축(A)을 중심으로 하여 회전하는 피니언(안내고리)(42)과 맞물리고, 금속관(1)[베이스(51)]의 추진에 따라 뒤쪽으로 후퇴하나, 압축용 실린더(43)는 이것과 반대방향(앞쪽)으로의 힘(리턴력/제동력)을 발생시키고, 이에 따라 랙(45), 피니언(42) 및 클램프 아암(21)을 개재하여 금속관(1)에 대하여 관축방향으로 압축력을 가한다.

또한, 이 실시예에서도, 지지축(A)에서부터 압축 구동부(41)[리턴력의 인가점인 랙(45)과 피니언(42)의 맞물림부]까지의 거리(R2)가, 지지축(A)에서부터 금속관(1)의 파지부[앞 부분 클램프부(22)]까지의 거리[또는, 지지축(A)과 가열 코일(11)에 의한 가열부의 거리](R1)보다 커지도록 하고 있다.

이상, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 여러가지 변경을 행할 수 있는 것은 당업자에게 분명하다.

예를 들면, 상기 실시예에서는, 금속관에 압축력을 가하는 기구(압축 구동부, 안내고리)로서 랙과 피니언을 사용하였으나, 체인과 스프로킷, 또는 와이어와 권취 드럼, 또는 다른 동력 전달기구를 사용하는 것도 가능하다. 또, 금속관을 파지하는 클램프수단은, 금속관에 가하는 벤딩 모멘트에 견디어, 관축방향으로의 축방향력(관 길이방향의 추력)에 대하여 슬립을 일으키지 않는 것이면, 상기 이외의 여러가지 기구이어도 된다. 또한, 다른 추진 구동부나 클램프 아암, 이동 베이스 등에 대해서도, 도면에 나타낸 예 외에 각종 기구·구조의 것을 사용할 수 있다.

A : 지지축 1 : 금속관(벤딩 가공 대상물)
10 : 대좌 11 : 가열 코일
12 : 전원부 21 : 클램프 아암
22 : 앞 부분 클램프부 31 : 추진 구동부
32 : 추진용 실린더 33, 44 : 피스톤 로드
41 : 압축 구동부 42 : 안내고리(피니언)
43 : 압축용 실린더 45 : 랙
46 : 고정 앵커 51 : 이동 베이스
52 : 뒷부분 클램프부

Claims

벤딩 가공대상인 금속관의 일부를 고리형상으로 가열하는 가열수단과,
당해 가열수단을 향하여 상기 금속관을 관축방향으로 추진시키는 추진수단과,
상기 금속관을 파지함과 동시에 지지축을 중심으로 하여 회동 가능한 클램프 아암을 포함하고, 이 클램프 아암에 의해 상기 가열수단에 의한 금속관의 가열부의 앞쪽부분을 파지함과 동시에 이 파지점을 상기 추진수단에 의한 금속관의 추진에 따라 상기 지지축을 중심으로 하여 선회시키고, 이것에 의하여 상기 금속관에 벤딩 모멘트를 가하는 안내수단과,
상기 추진수단에 의한 금속관의 추진방향과는 반대방향으로의 힘인 리턴력을, 상기 지지축을 지지점으로 하여 상기 클램프 아암을 개재하여 상기 금속관에 가함으로써 당해 금속관에 압축력을 작용시키는 압축수단을 구비하는 금속관의 벤딩 가공장치에 있어서,
상기 리턴력의 인가점과 상기 지지축과의 거리가 상기 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점과 상기 지지축과의 거리보다 커지도록 상기 압축수단을 배치한 것을 특징으로 하는 금속관의 벤딩 가공장치.
제 1항에 있어서,
상기 지지축 측에서 보아 상기 가열수단에 의한 금속관의 가열부보다 바깥쪽에 상기 압축수단을 배치한 것을 특징으로 하는 금속관의 벤딩 가공장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 압축수단이,
상기 클램프 아암에 고정되어 당해 클램프 아암과 함께 회동하는 피니언과,
당해 피니언과 맞물리는 랙과,
상기 클램프 아암 및 피니언의 회동에 따르는 상기 랙의 종동을 제동하고, 이에 의하여 상기 압축력을 생기게 하는 제동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속관의 벤딩 가공장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속관의 뒷부분을 파지하여 당해 금속관에 추진력을 전달하는 뒷부분클램프수단을 가지고 또한 상기 가열수단을 향하여 진행 가능한 이동 베이스를 더구비하고,
상기 추진수단은, 한쪽 끝부가 상기 이동 베이스에 걸어맞춰지고 또한 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 걸어맞춰짐과 동시에 단축 또는 신장함으로써 상기 이동 베이스를 개재하여 상기 금속관을 추진시키는 추진 구동수단을 포함하고,
상기 압축수단은, 한쪽 끝부가 상기 이동 베이스에 걸어맞춰지고 또한 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 걸어맞춰짐과 동시에 단축 또는 신장함으로써 상기 금속관에 압축력을 가하는 압축 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속관의 벤딩 가공장치.
금속관의 일부를 고리형상으로 가열함과 동시에, 당해 가열부에 벤딩 모멘트와 관축방향으로의 압축력을 가하여 당해 금속관의 적어도 일부를 만곡상태로 소성 변형시키는 곡관부을 구비한 금속관의 제조방법에 있어서,
상기 금속관의 가열부 근방 위치를 파지함과 동시에 이 파지점에서부터 일정거리 사이를 둔 지지축을 중심으로 하여 회동 가능한 클램프 아암에 의해 당해 금속관을 파지함과 동시에,
당해 금속관을 관축방향으로 추진시킴으로써 상기 클램프 아암에 의한 파지점을 선회시켜 상기 금속관의 적어도 일부가 호를 그려 만곡되도록 안내하는 한편,
상기 클램프 아암에 의한 금속관의 파지점과 상기 지지축과의 거리보다 상기 지지축으로부터 큰 거리를 사이에 둔 위치에서, 상기 금속관의 추진방향과는 반대방향으로의 리턴력을 상기 지지축을 지지점으로 하여 상기 클램프 아암을 개재하여 상기 금속관에 가함으로써 상기 금속관에 압축력을 부여하는 것을 특징으로 하는 곡관부를 구비한 금속관의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 지지축 측에서 보아 상기 가열수단에 의한 금속관의 가열부보다 바깥쪽에서 상기 리턴력을 가하는 것을 특징으로 하는 곡관부을 구비한 금속관의 제조방법.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,
상기 금속관의 뒷부분을 파지하고 또한 상기 금속관의 가열위치를 향하여 진행 가능한 이동 베이스에 의해 상기 금속관의 뒷부분을 파지하면서, 한쪽 끝부가 당해 이동 베이스에 걸어맞춰짐과 동시에 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 걸어맞춰져 단축 또는 신장하는 구동수단에 의해 상기 금속관을 추진시킴과 동시에,
한쪽 끝부가 상기 이동 베이스에 걸어맞춰짐과 동시에 다른쪽 끝부가 상기 지지축에 걸어맞춰져 단축 또는 신장하는 구동수단에 의해 상기 금속관에 압축력을 가하는 것을 특징으로 하는 곡관부을 구비한 금속관의 제조방법.