KR20100071821A - 관재 고압 액압성형을 이용한 다중복합강관 및 그 제조 방법 - Google Patents

관재 고압 액압성형을 이용한 다중복합강관 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부강관과, 상기 외부강관의 내경의 95~98% 범위의 외경을 가지는 내부강관과, 상기 외부강관 외경의 100.20~100.30% 범위의 직경을 가지는 성형홈을 구비하는 금형을 마련하는 단계; 상기 외부강관에 상기 내부강관을 삽입한 후, 상기 성형홈에 안착시키는 단계; 상기 내부강관에 제1성형압력까지 유체를 주입하여 상기 내부강관이 상기 외부강관에 접촉하도록 상기 내부강관을 소성 팽창시키는 제 1 성형단계; 상기 내부강관에 유체의 압력을 제2성형압력까지 증가시켜 상기 외부강관이 상기 성형홈에 접촉하도록 상기 외부강관을 탄성 팽창시키는 제 2 성형단계; 및 상기 내부강관에 주입된 유체를 제거하여 상기 외부강관이 탄성회복하도록 함으써 상기 외부강관과 상기 내부강관이 결합되도록 하는 탄성회복단계;를 포함하며, 상기 제 1 성형단계의 제1성형압력은 상기 내부강관의 항복강도의 10~20% 범위이고, 상기 제 2 성형단계의 제2성형압력은 상기 내부강관의 항복강도와 상기 외부강관의 항복강도의 합의 10~20% 범위이며, 제 2 성형압력은 2~3초간 유지되는 것을 특징으로 하는 다중복합강관 제조 방법을 제공한다.
내부강관, 외부강관, 다중복합강관, 표면거칠기

Description

관재 고압 액압성형을 이용한 다중복합강관 및 그 제조 방법{High pressure hydroformed multi-layer tube and manufacturing method there of tube using high pressure tube hydroforming}
본 발명은 관재 고압 액압성형을 이용한 다중복합강관 및 그 제조방법에 의해 제조된 다중복합강관에 관한 것으로,
내부강관을 외부강관의 내부에서 수압을 가하여 소성변형이 되도록 팽창시켜 확관하고, 내부강관의 소성 확관에 의하여 외부강관은 탄성 확관 되었다가 압력이 제거되면 외부강관이 탄성 수축 되도록 함으로써, 별도의 접착제 등의 사용 없이 내부강관과 외부강관을 견고하게 결합시키는 제조방법을 제공한다.
관재 고압 액압성형이란 복잡한 부품을 만들 때 여러 형태의 프레스 금형으로 별도로 가공해 용접하지 않고 관의 형태로 만들어진 소재를 원하는 형상을 가진 성형홈(VOID)을 가진 금형 내에 넣고, 관 안으로 물과 같은 유체를 강한 압력으로 밀어 넣어 가공하는 복합성형을 뜻한다. 이러한 공법은 소재 회수율 및 생산성이 높은 강관 가공 기술이다.
일반적으로 흔히 사용되는 이중/다중 구조의 강관은 접착제 또는 합성 수지를 내부강관과 외부강관 사이에 충전하여 결합을 시키거나 내부 또는 외부 강관에 가열 또는 냉각의 방법을 사용하여 열박음으로 제조한다.
그러나 상기와 같은 강관은 다음과 같은 문제점을 가진다.
첫째, 접착제를 충전하여 내부강관 및 외부의 강관을 결합시킨 형태로 되는 이중 또는 다중강관의 경우 주위의 온도 또는 환경에 따라 화학적 변화로 결합 성능을 상실하여 내/외부강관의 결합력을 떨어 지게 한다.
둘째, 접착제 도포 또는 합성수지 충전을 위해 강관의 표면처리 및 응고 등 공정이 복잡하여 생산성이 떨어진다.
셋째, 접착제 또는 합성수지 또는 합성수지는 장시간 지나도 분해되지 않을 뿐만 아니라, 접착제 또는 합성수지를 사용함으로써 제작비가 증대된다.
넷째, 열처리에 의하여 결합시키기 위해서는 고가의 열처리 장비가 필요하고, 강관의 길이가 긴 경우 열처리에 의하여 모든 면이 균일하게 접합시킬 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 내부강관과 외부강관을 접착시키기 위해 화학적 충전제, 접착제를, 사용하지 않고 또한 열처리공정을 생략하며 관재 고압 액압성형을 하여 내부강관을 외부강관에 밀착 확관성형하여 소성변형을 시키고 내부강관의 확관력에 의해 외부강관을 탄·소성변형 시켜 탄성회복에 의해 기계적으로 결합 되도록 한 다중복합강관 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 외부강관을 기준으로 내부강관의 크기와 성형홈의 크기를 최적화하여 우수한 결합력을 나타내는 다중복합강관 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 내부강관과 외부강관에 표면거칠기를 부여하여 결합력을 더욱 향상시킬 수 있는 다중복합강관 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외부강관과, 상기 외부강관의 내경의 95~98% 범위의 외경을 가지는 내부강관과, 상기 외부강관 외경의 100.20~100.30% 범위의 직경을 가지는 성형홈을 구비하는 금형을 마련하는 단계; 상기 외부강관에 상기 내부강관을 삽입한 후, 상기 성형홈에 안착시키는 단계; 상기 내부강관에 제1성형압력까지 유체를 주입하여 상기 내부강관이 상기 외부강관에 접촉하도록 상기 내부강관을 소성 팽창시키는 제 1 성형단계; 상기 내부강관에 유 체의 압력을 제2성형압력까지 증가시켜 상기 외부강관이 상기 성형홈에 접촉하도록 상기 외부강관을 탄성 팽창시키는 제 2 성형단계; 상기 내부강관에 주입된 유체를 제거하여 상기 외부강관이 탄성회복하도록 함으써 상기 외부강관과 상기 내부강관이 결합되도록 하는 탄성회복단계;를 포함하며, 상기 제 1 성형단계의 제1성형압력은 상기 내부강관의 항복강도의 10~20% 범위이고, 상기 제 2 성형단계의 제2성형압력은 상기 내부강관의 항복강도와 상기 외부강관의 항복강도의 합의 10~20% 범위이며, 제 2 성형압력은 2~3초간 유지되는 것을 특징으로 하는 다중복합강관 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따라, 기존의 이중/다중 구조의 강관은 접착제 또는 합성 수지를 내부강관과 외부강관 사이에 충진하여 결합을 시키거나 내부 또는 외부 강관에 가열 또는 냉각의 방법을 사용하여 열박음을 하여 사용하지 않고 관재 고압 액압성형을 하여 내부강관을 외부강관에 밀착 확관성형하여 소성변형을 시키고 내부강관의 확관력에 의해 외부강관을 탄·소성변형 시켜 기계적으로 결합시킨다.
이렇게 결합된 이중/다중 구조의 강관은 우수한 결합강도를 가지며 열처리 및 접착제/합성수지가 별도로 필요하지 않아 제조 원가가 절감되고 작업성 및 생산성이 향상 되는 효과가 있다.
또한, 내부강관 및 외부강관의 재질을 용도에 따라 다양하게 조합하여 사용할 수 있으며 관재 고압 액압성형 금형 공동의 형상에 따라 다양한 형상의 제품을 제작 할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 관재 고압 액압성형을 이용한 다중복합강관 및 그 제조 방법의 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이중강관의 완제품을 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이중강관은 내부강관(10)과 외부강관(20)이 별도의 접착제를 이용하거나 용접을 하지 않고 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
완제품 상태의 내부강관(10)의 외경을 D1_f, 두께를 t1_f, 완제품 상태의 외부강관(20)의 외경을 D2_f, 두께를 t2_f 로 설계하는 경우의 제조방법을 이하에서 살펴본다.
본 발명에 따른 이중강관은 내부강관의 외면과 외부강관의 내면이 마찰력으 로 결합되는 것으로, 결합력은 외부강관의 수축하는 탄성력으로 인해서 발생하는 내부강관의 외면과 외부강관의 내면 사이의 마찰력이다.
따라서, 결합력을 향상시키기 위하여 내부강관의 외면 또는 외부강관의 내면에 소정의 표면거칠기를 부여하여 결합강도를 향상시킬 수 있다.
후술하는 실험 결과에 의하면, 내부강관의 외면 또는 외부강관의 내면의 표면거칠기는 25~75㎛ 범위인 것이 바람직하다.
도 2는 도 1의 이중강관을 제조하기위한 내부강관과 외부강관의 성형전의 상태와 금형을 나타낸 단면도이다.
성형전의 내부강관의 외경은 D1_i, 두께는 t1_i, 외부강관의 외경은 D2_i, 두께는 t2_i 라고 한다.
성형전의 내부강관(10)의 외경(D1_i)은 완제품 상태의 내부강관(10)의 외경(D1_f)보다 작고, 성형전의 내부강관(10)의 두께(t1_i)는 완제품 상태의 내부강관(10)의 두께(t1_f)보다 두껍다.
성형으로 인하여 내부강관의 외경이 팽창하며 두께가 감소하기 때문이다.
이러한 성형전후의 두께와 외경의 변화는 외부강관에서도 동일하게 발생한다.
다만, 내부강관(10)의 경우 소성변형을 겪게 되며, 외부강관(20)은 탄성적으로 팽창하였다가 탄성적으로 수축하게 된다.
따라서, 내부강관(10)과 외부강관(20)의 제조시에는 최종제품의 규격으로 제 조하는 것이 아니라, 상술한 바와 같은 두께와 직경의 변화를 고려하여야 한다.
이러한, 직경과 두께 변화를 고려한 치수 설계는 시뮬레이션을 이용한 성형해석 또는 반복적인 실험과 시행착오에 의해서 가능하다.
성형전의 상태에서는 내부강관(10)의 외경이 외부강관(20)의 내경 보다 작은 크기를 가지고 있다.
내부강관(10)은 팽창되어 외부강관(20)에 접촉한 후, 지속적으로 팽창하여 외부강관(20)이 금형에 접촉할 때까지 팽창하게 된다.
내부강관(10)은 팽창으로 인하여 소성 변형하게 된다. 내부강관(10)이 탄성영역까지만 팽창하게 되면, 내부의 압력이 제거되었을 때 원래의 형태로 복원되기 때문에 외부강관(20)과 결합될 수 없다.
내부강관과 외부강관의 규격 범위는 외경 21.0 ~ 660.4mm, 두께 0.8 ~ 27.0mm 사이에서 실험결과 내부강관(10)의 확관률은 3~5% 범위인 것이 바람직하다. 따라서, 내부강관(10)의 외경은 외부강관(20)의 내경의 95~98% 범위인 것이 바람직하다.
내부강관(10)이 3% 이하로 팽창하면 결합력이 저하되고, 내부강관(10)이 5% 이상 팽창하게 되면 표면이 불량해지거나, 파손될 우려가 있다.
내부강관(10)을 외부강관에 삽입한 후, 내부강관(10)을 유압으로 팽창시켜 내부강관(10)은 소성변형을 하게되고, 외부강관(20)도 내부강관(10)의 팽창에 따라 탄성변형을 하게 된다. 이 때 외부강관(20)의 팽창을 제어하기 위해 소정의 성형홈을 가지는 금형(30)이 마련된다.
금형(30)의 성형홈의 직경(D3)은 성형전 외부강관의 직경의 100.20~100.30% 범위인 것이 바람직하다. 성형홈은 외부강관의 팽창범위를 제한하기 위한 것으로, 외부강관이 100.20% 이하 팽창하게 되면 결합력이 약하게 되고, 100.30%이상 팽창하게 되면 외부강관도 소성 변형을 겪게 되므로 결합력이 약해진다.
외부강관(20)은 탄성범위내에서 팽창되어 압력이 제거되었을 때 다시 탄성수축되어야 하므로, 외부강관(20)의 팽창범위를 제어하는 것이 중요하고 본원발명에서는 이를 위해서 금형(30)의 성형홈(D3)의 직경으로 외부강관(20)의 팽창율을 제어하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 관재 고압 액압성형을 이용한 다중복합강관의 공정과정을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같은 내부강관(10), 외부강관(20), 금형(30)을 준비한 후,
도 3의 좌측 상단에 도시된 바와 같이, 내부강관(10)을 외부강관(20)에 끼운 상태에서 금형(30)에 안착시킨다.
이 때, 내부강관(10)과 외부강관(20) 사이, 그리고 외부강관(20)과 금형(30)의 사이에는 소정의 유격이 존재하게 된다.
다음으로, 내부강관(10)의 양측을 폐쇠한 후, 도 4의 압력 그래프와 같이 내부강관(10)의 내부에 유체를 주입하여 내부강관(10)이 팽창할 수 있도록 압력을 증가시킨다. 먼저 제1성형압력까지 압력을 증가시켜 도면의 좌측하단에 도시된 바와 같이 내부강관(10)이 외부강관(20)에 밀착되도록 성형한다.
이 때 압력의 증가가 너무 급격하거나 압력이 과다하면 내부강관(10)이 균일하게 팽창하지 못하는 문제점이 발생할 수 있으므로,
제1성형압력은 내부강관의 항복강도의 10~20% 범위인 것이 바람직하고, 10~12% 범위이면 더욱 바람직하다.
내부강관(10)이 외부강관(20)에 균일하게 밀착고정되면, 유체의 압력을 제2성형압력까지 더욱 증가시키고, 제2성형압력을 2~3초간 유지한다.
제2성형압력은 내부강관(10)의 항복강도와 외부강관(20)의 항복강도의 합의 10~20% 범위인 것이 바람직하고, 10~12% 범위인 것이 더욱 바람직하다.
성형압력이 상기 범위보다 작으면 성형이 불완전하게 이루어지고, 상기 범위보다 크면 불균이할 성형이 이루어지거나, 표면품질이 저하될 우려가 있다.
제2성형압력으로 인하여 내부강관(10)과 외부강관(20)이 함께 팽창하게 되고, 팽창은 외부강관(20)이 금형(30)에 밀착될 때까지 이루어진다.
이후, 주입된 유체를 제거하여 내부강관을 팽창시키던 압력을 제거하면 외부강관이 탄성적으로 수축하면서 내부강관의 외면과 기계적으로 결합하게 된다.
도 4는 내부강관에 가해지는 유체의 압력과 축방향 압입량을 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 금형을 닫은 후부터 유체의 압력을 증가시키면서, 축방향 압입이 시작된다.
축방향 압입이란 내부강관을 양측에서 압축하는 것으로, 공급되는 유체의 기 밀을 유지하고, 내부강관의 팽창을 돕기 위해서 이루어진다.
유체의 압력은 상술한 제2성형압력까지 상승한 후, 제 2성형압력을 유지한 후 압력을 제거하게 된다.
축방향 압입량을 유체의 압력 증가에 비례하여 증가하게 되며, 제2성형압력이 유지되는 시점에서는 축방향 압입량도 더 이상 증가하지 않고 유지된다.
도시된 실시예에서 상기 내부강관이 외부강관의 내경 외주면에 기계적으로 마찰 결합되어 내부강관과 외부강관은 동일한 중심을 가지게 되지만, 정원(正圓)이 아닌, 타원, 사각, 육각, 팔각 등 소정의 다양한 형상을 가지도록 제조할 수도 있다.
즉, 내부강관의 외주면과 외부강관의 내주면이 동일한 접합 면을 가지도록, 또한 동일한 기계적 마찰력을 가지도록 동일한 중심을 가지면서 외부 강관과 접촉하는 관재 고압 액압성형 금형의 형상에 따라 원형이 아닌 타원, 사각, 육각, 팔각형 등의 다양한 형상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 내부강관과 외부강관은 일반탄소강관, 스테인리스강관, 알루미늄관, 동(Cu)관등과 같은 철금속 또는 비철금속으로 이루어지는데, 동종 재질 또는 이종 재질과의 다양한 재질로 구성할 수 있고, 또한 내부강관과 외부강관을 이중 이상 즉 삼(3)중 이상의 다중구조(多重構造)로 제작 할 수도 있다.
3중관을 제조하는 경우에는 2중관과 마찬가지로, 성형홈, 외부강관, 내부강 관을 구비하며, 추가로 내부강관보다 작은 외경을 가지는 제2내부강관을 더 포함한다.
제2내부강관, 내부강관, 외부강관, 성형홈의 순서로 결합된 후, 제2내부강관에 압력을 가하여, 제 2 내부강관이 소성 팽창하며 내부강관을 확관시키고, 제 2 내부강관과 내부강관이 함께 팽창하며 외부강관을 탄성 확관 시킨 후, 압력을 제거하여 외부강관의 탄성회복에 의하여 제2내부강관, 내부강관, 외부강관을 결합시키는 것이다.
본 발명에 따른 3중관의 제조방법을 구체적으로 살펴보면, 외부강관과, 외부강관의 내경의 95~98% 범위의 외경을 가지는 내부강관과, 내부강관의 내경의 95~98% 범위의 외경을 가지는 제2내부강관과, 상기 외부강관 외경의 100.20~100.30% 범위의 직경을 가지는 성형홈을 구비하는 금형을 마련하는 단계;와,
외부강관에 내부강관과 제2내부강관을 삽입한 후, 성형홈에 안착시키는 단계;와,
제2내부강관에 제1성형압력까지 유체를 주입하여 제2내부강관이 내부강관에 접촉하여 제2내부강관의 팽창력으로, 제2내부강관과 내부강관, 그리고 외부강관이 접촉하도록 상기 제2내부강관을 소성 팽창시키는 제 1 성형단계;와,
제2내부강관에 유체의 압력을 제2성형압력까지 증가시켜 외부강관이 성형홈에 접촉하도록 외부강관을 탄성 팽창시키는 제 2 성형단계;와
제2내부강관에 주입된 유체를 제거하여 상기 외부강관이 탄성회복하도록함으 써 외부강관과 내부강관 그리고 제2내부강관이 결합되도록 하는 탄성회복단계;를 포함한다.
여기서, 제 1 성형단계의 제1성형압력은 상기 내부강관의 항복강도와 상기 제2내부강관의 항복강도의 합의 10~20% 범위이고, 상기 제 2 성형단계의 제2성형압력은 상기 제2내부강관의 항복강도와 상기 내부강관의 항복강도와 상기 외부강관의 항복강도의 합의 10~20% 범위이며, 제 2 성형압력은 2~3초간 유지되는 것이 바람직하다.
이하에 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성을 일 실시예로서 보다 상세히 설명한다.
실시예
1) 내부강관의 확관률에 따른 결합강도의 변화를 살펴보기 위하여, 다른 조건은 동일하게 한 상태에서 내부강관의 확관률에만 변화를 주고 결합강도를 측정하였다.
실험조건 ( 내부강관 두께 : 2.0mm, 외부강관 외경 : 55.0mm,
외부강관 두께 : 2.5mm, 외부강관 내경 : 50.0mm 제 1 성형압력 : 250bar,
제 2 성형압력 : 500bar)
표 1은 내부강관의 확관률에 따른 결합강도의 변화를 나타낸 것이다.
Figure 112008087609024-PAT00001
실험결과 표1에서와 같이 확관률이 3.0~5% 범위인 경우가 결합강도가 우수한 것으로 나타났다.
2) 외부강관의 외경에 대한 성혐홈의 크기에 따른 결합강도의 변화를 살펴보기 위하여, 다른 조건은 동일하게 한 상태에서 성혐홈의 직경에만 변화를 주고 결합강도를 측정하였다.
실험조건 ( 내부강관 외경 : 48.6mm, 내부강관 두께 : 2.0mm,
외부강관 외경 : 55.0mm, 외부강관 두께 : 2.5mm, 외부강관 내경 : 50.0mm
제 1 성형압력 : 250bar,제 2 성형압력 : 500bar)
표 2는 성형홈의 크기에 따른 결합강도의 변화를 나타낸 것이다.
Figure 112008087609024-PAT00002
3) 내부강관과 외부강관의 표면 거칠기에 따른 결합강도의 변화를 살펴보기 위하여, 다른 조건은 동일하게 한 상태에서 표면거칠기에만 변화를 주고 결합강도를 측정하였다.
실험조건 ( 내부강관 외경 : 48.6mm, 내부강관 두께 : 2.0mm,
외부강관 외경 : 55.0mm, 외부강관 두께 : 2.5mm, 외부강관 내경 : 50.0mm
제 1 성형압력 : 350bar,제 2 성형압력 : 500bar)
표 3은 표면 거칠기에 따른 결합강도의 변화를 나타낸 것이다.
Figure 112008087609024-PAT00003
실험결과 내부강관의 외면 표면거칠기와 외부강관 내면 표면거칠기가 각각 25~75㎛ 범위인 경우 결합강도가 가장 우수한 것으로 나타났다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이중강관의 완제품을 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 이중강관을 제조하기위한 내부강관과 외부강관의 성형전의 상태와 금형을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 관재 고압 액압성형을 이용한 다중복합강관의 공정과정을 도시한 도면,
도 4는 내부강관에 가해지는 유체의 압력과 축방향 압입량을 시간에 따라 나타낸 그래프.

Claims (7)

  1. 외부강관과, 상기 외부강관의 내경의 95~98% 범위의 외경을 가지는 내부강관과, 상기 외부강관 외경의 100.20~100.30% 범위의 직경을 가지는 성형홈을 구비하는 금형을 마련하는 단계;
    상기 외부강관에 상기 내부강관을 삽입한 후, 상기 성형홈에 안착시키는 단계;
    상기 내부강관에 제1성형압력까지 유체를 주입하여 상기 내부강관이 상기 외부강관에 접촉하도록 상기 내부강관을 소성 팽창시키는 제 1 성형단계;
    상기 내부강관에 유체의 압력을 제2성형압력까지 증가시켜 상기 외부강관이 상기 성형홈에 접촉하도록 상기 외부강관을 탄성 팽창시키는 제 2 성형단계; 및
    상기 내부강관에 주입된 유체를 제거하여 상기 외부강관이 탄성회복하도록 함으써 상기 외부강관과 상기 내부강관이 결합되도록 하는 탄성회복단계;를 포함하며,
    상기 제 1 성형단계의 제1성형압력은 상기 내부강관의 항복강도의 10~20% 범위이고,
    상기 제 2 성형단계의 제2성형압력은 상기 내부강관의 항복강도와 상기 외부강관의 항복강도의 합의 10~20% 범위이며, 제 2 성형압력은 2~3초간 유지되는 것을 특징으로 하는 다중복합강관 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부강관의 내면은 표면거칠기가 Ra 25 ~75㎛ 범위이고,
    상기 내부강관의 외면은 표면거칠기가 Ra 25~75㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 다중복합강관 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부강관은 외경 21.0 ~ 660.4mm, 두께 0.8 ~ 27.0mm 범위이고,
    상기 성형홈의 직경은 상기 외부강관 직경의 100.20~100.30% 범위인 것을 특징으로 하는 다중복합강관 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부강관은 외경 21.0 ~ 660.4mm, 두께 0.8 ~ 27.0mm 범위이고,
    상기 내부강관의 외경은 상기 외부강관의 내경의 95~98% 범위이고, 두께는 0.8~27.0mm 범위인 것을 특징으로 하는 다중복합강관 제조방법.
  5. 외부강관과, 상기 외부강관의 내경의 95~98% 범위의 외경을 가지는 내부강관 과, 상기 내부강관의 내경의 95~98% 범위의 외경을 가지는 제2내부강관과, 상기 외부강관 외경의 100.20~100.30% 범위의 직경을 가지는 성형홈을 구비하는 금형을 마련하는 단계;
    상기 외부강관에 상기 내부강관과 상기 제2내부강관을 삽입한 후, 상기 성형홈에 안착시키는 단계;
    상기 제2내부강관에 제1성형압력까지 유체를 주입하여 상기 제2내부강관이 상기 내부강관에 접촉하여 상기 제2내부강관의 팽창력으로, 제2내부강관과 내부강관, 그리고 외부강관이 접촉하도록 상기 제2내부강관을 소성 팽창시키는 제 1 성형단계;
    상기 제2내부강관에 유체의 압력을 제2성형압력까지 증가시켜 상기 외부강관이 상기 성형홈에 접촉하도록 상기 외부강관을 탄성 팽창시키는 제 2 성형단계; 및
    상기 제2내부강관에 주입된 유체를 제거하여 상기 외부강관이 탄성회복하도록 함으써 상기 외부강관과 상기 내부강관 그리고 상기 제2내부강관이 결합되도록 하는 탄성회복단계;를 포함하며,
    상기 제 1 성형단계의 제1성형압력은 상기 내부강관의 항복강도와 상기 제2내부강관의 항복강도의 합의 10~20% 범위이고,
    상기 제 2 성형단계의 제2성형압력은 상기 제2내부강관의 항복강도와 상기 내부강관의 항복강도와 상기 외부강관의 항복강도의 합의 10~20% 범위이며, 제 2 성형압력은 2~3초간 유지되는 것을 특징으로 하는 다중복합강관 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 외부강관의 내면은 표면거칠기가 Ra 25 ~75㎛ 범위이고,
    상기 내부강관의 내면과 외면은 표면거칠기가 Ra 25~75㎛ 범위이고,
    상기 제2내부강관의 외면은 표면거칠기가 Ra 25~75㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 다중복합강관 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 하나의 항의 제조방법으로 제조되는 다중복합강관.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101357313B1 (ko) * 2012-03-21 2014-02-04 현대하이스코 주식회사 상수도용 플랜지부 일체형 배관 제조방법
KR101459870B1 (ko) * 2013-01-17 2014-11-20 현대하이스코 주식회사 하이드로포밍을 이용한 지주용 관재 제조방법
KR101499344B1 (ko) * 2013-09-12 2015-03-04 조현철 워터해머 충격 흡수기용 파이프의 니플 제작방법

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100963423B1 (ko) * 2009-11-12 2010-06-15 현대하이스코 주식회사 하이드로 포밍을 이용한 워터 파이프 제조 방법
US8931323B2 (en) * 2010-01-22 2015-01-13 Exxonmobil Upstream Research Company Multi-layered pipes for use in the hydrocarbon industry, methods of forming the same, and machines for forming the same
DE102010046542A1 (de) * 2010-09-27 2012-03-29 Putzmeister Engineering Gmbh Förderrohr sowie Verfahren zur Herstellung eines Förderrohrs
CN102756033B (zh) * 2011-04-27 2015-09-30 上海汇众汽车制造有限公司 多层管快速充液成形方法和系统
US9027456B2 (en) * 2011-06-30 2015-05-12 Baker Hughes Incorporated Multi-layered perforating gun using expandable tubulars
DK201100621A (en) * 2011-08-17 2013-02-18 Nat Oilwell Varco Denmark Is Armouring element for unbonded flexible pipe
CN103212604A (zh) * 2012-01-18 2013-07-24 番禺珠江钢管有限公司 双层金属复合焊管水压扩径工艺
CN103899906B (zh) * 2012-12-30 2016-05-11 上海沃迪自动化装备股份有限公司 一种复合管及其制造方法
CN103272878A (zh) * 2013-06-09 2013-09-04 汤晓明 制造复合钢管的方法
US10327890B2 (en) * 2014-01-22 2019-06-25 Biotronik Ag Thermochemically treated miniature tubes as semifinished products for vascular stents
CN103785755B (zh) * 2014-02-28 2016-01-20 上海理工大学 双通道双层管件的液压制造模具、制造系统和制造方法
DE102015108500A1 (de) * 2015-05-29 2016-12-01 Salzgitter Mannesmann Line Pipe Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bimetallrohren
US10480544B2 (en) * 2016-04-19 2019-11-19 The Boeing Company Bladder assembly and associated bore alignment system and method
CN106764110A (zh) * 2017-03-08 2017-05-31 大庆新管科技有限公司 一种内外双侧不锈钢防腐的给排水管道及其制造方法
JP6815946B2 (ja) * 2017-07-24 2021-01-20 トヨタ自動車株式会社 被固定部材付パイプの製造方法
JP2021137859A (ja) * 2020-03-06 2021-09-16 株式会社スギノマシン 拡管接合方法
CN111360129A (zh) * 2020-04-14 2020-07-03 浙江天管久立特材有限公司 外模限制式水压扩径成型的复合管材的制备工艺
US11780122B2 (en) 2020-04-20 2023-10-10 Westinghouse Electric Company Llc Internal hydroforming method for manufacturing heat pipe wicks
US20230226587A1 (en) * 2020-04-20 2023-07-20 Westinghouse Electric Company Llc Internal hydroforming method for manufacturing heat pipe wicks utilizing a hollow mandrel and sheath
IT202100008924A1 (it) * 2021-04-09 2022-10-09 Ecotube S R L Apparato per la realizzazione di tubi bi-materiale.
CN117531864B (zh) * 2024-01-09 2024-03-29 太原理工大学 一种双金属无缝复合管高效率制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR850001846B1 (ko) * 1980-06-05 1985-12-28 더 뱁콕 앤드 윌콕스 캄패니 관내에 슬리이브를 고정하는 장치
JPS58215228A (ja) * 1982-06-09 1983-12-14 Masanobu Nakamura 送りロ−ラの製造方法
JP3688014B2 (ja) 1995-06-07 2005-08-24 住友軽金属工業株式会社 金属二重管の製造方法及び装置
JP2832702B2 (ja) 1996-08-08 1998-12-09 株式会社三五 二重管の製造方法
JP2001062522A (ja) 1999-08-26 2001-03-13 Nippon Steel Corp 二重管ハイドロフォーム加工方法
US6842956B1 (en) * 1999-09-30 2005-01-18 Peter Amborn Tubular connection method
JP4631130B2 (ja) 2000-05-25 2011-02-16 住友金属工業株式会社 異形管状製品およびその製造方法
US6701598B2 (en) * 2002-04-19 2004-03-09 General Motors Corporation Joining and forming of tubular members
US6948225B2 (en) * 2003-01-23 2005-09-27 Arvinmeritor Technology Hydroformed tubular structure and method of making same
JP4254328B2 (ja) 2003-04-23 2009-04-15 日産自動車株式会社 二重管の液圧成形方法
US7007362B2 (en) * 2003-04-29 2006-03-07 Torque-Tractiontechnologies, Inc. Method of forming a slip joint
JP4473705B2 (ja) 2003-12-19 2010-06-02 新日本製鐵株式会社 ハイドロフォーム加工方法及びハイドロフォーム成形品及び構造体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101357313B1 (ko) * 2012-03-21 2014-02-04 현대하이스코 주식회사 상수도용 플랜지부 일체형 배관 제조방법
KR101459870B1 (ko) * 2013-01-17 2014-11-20 현대하이스코 주식회사 하이드로포밍을 이용한 지주용 관재 제조방법
KR101499344B1 (ko) * 2013-09-12 2015-03-04 조현철 워터해머 충격 흡수기용 파이프의 니플 제작방법

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Publication number Publication date
CN102159337A (zh) 2011-08-17
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US20110120585A1 (en) 2011-05-26
US8281476B2 (en) 2012-10-09

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