KR20100099394A - 마그네슘 합금 파이프 및 이를 제조하는 제조장치와 그 제조방법 - Google Patents

마그네슘 합금 파이프 및 이를 제조하는 제조장치와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 합금 판재를 프레스 성형하고 마주친 면을 용접하여 제조된 마그네슘 합금 파이프 및 이를 제조하는 제조장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 마그네슘 합금 판재의 모서리를 가공하는 모서리 가공기와, 모서리 가공기에 의해 가공된 마그네슘 합금 판재를 파이프 형상의 개방형 파이프로 성형하는 성형기와, 개방형 파이프의 개방부를 용접하여 마그네슘 합금 파이프 형상을 갖도록 하는 용접기를 포함한다.
이에 따라, 마그네슘 합금 판재를 온간에서 금형에 의하여 프레스 성형하고 용접으로 파이프를 제조하여, 마그네슘 합금 파이프의 단면의 두께에 비하여 직경의 제약이 적고, 다양한 직경의 마그네슘 합금 파이프를 용이하게 제조 가능하다.
Figure P1020090017862
마그네슘 합금, 파이프, 프레스, 용접

Description

마그네슘 합금 파이프 및 이를 제조하는 제조장치와 그 제조방법{MAGNESIUM ALLOY PIPE AND APPARATUS FOR MANUFACTURING FOR MAGNESIUM ALLOY PIPE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 마그네슘 합금 파이프 및 이를 제조하는 제조장치와 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네슘 합금 판재를 프레스 성형하고 마주친 면을 용접하여 제조된 마그네슘 합금 파이프 및 이를 제조하는 제조장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 마그네슘 합금은 무게가 가볍고 강도가 높으며 인체에 대한 친화도가 좋기 때문에 최근, 자동차, 각종 휴대용 전자기기의 케이스, 스포츠 및 레저장비, 복지기기 등에 사용이 증가하고 있는 소재이다.
지금까지 마그네슘 합금 소재는 다이캐스팅에 의한 케이스 혹은 부품에 주료 사용되어 왔으나, 향후에는 각종 장비의 프레임 소재로 각광을 받을 것으로 예측된다. 프레임용 마그네슘 합금 소재를 사용하기 위해서는 마그네슘 합금 파이프가 요구된다.
그러나, 종래에는 마그네슘 합금에 대한 소성 가공성이 낮고 성형성이 불량하며 제품의 외관 품질에 문제가 있어서 만족할 만한 마그네슘 합금 파이프를 얻기가 힘든 문제점이 있다. 또한 롤성형 마그네슘 용접 파이프는 두께 대비 직경의 제약이 따르는 문제점이 있다.
마그네슘 합금 파이프의 단면의 두께에 비하여 직경의 제약이 적고, 다양한 직경을 갖고 성형 및 용접이 용이한 마그네슘 합금 파이프 및 이를 제조하는 제조장치와 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 제조장치는, 마그네슘 합금 판재의 모서리를 가공하는 모서리 가공기와, 모서리 가공기에 의해 가공된 마그네슘 합금 판재를 파이프 형상의 개방형 파이프로 성형하는 성형기와, 개방형 파이프의 개방부를 용접하여 마그네슘 합금 파이프 형상을 갖도록 하는 용접기를 포함한다.
모서리 가공기는, 마그네슘 합금 판재가 안착되는 제1 다이부와, 제2 다이부에 승강 가능하게 장착되며 마그네슘 합금 판재를 고정하는 제2 다이부와, 제2 다이부에 승강 구동력을 제공하는 가압부와, 제1 다이부 및 제2 다이부로 고정된 마그네슘 합금 판재의 측면을 가공하는 가공부를 포함한다.
가공부는, 제1 다이부 및 제2 다이부로 고정된 마그네슘 합금 판재의 가공하고자 하는 측면을 따라 이동되는 슬라이더와, 슬라이더에 장착되어 마그네슘 합금 판재의 측면을 가공하는 면가공부재를 포함할 수 있다. 면가공부재는 슬라이더에 고정되는 바이트로 장착될 수 있다.
성형기는, 마그네슘 합금 판재를 일측에서 가압하여 만곡부를 성형하는 U 성 형기와, U 성형기에 의해 성형된 만곡부의 개방측을 성형하여 파이프 형상의 단면을 갖도록 성형하는 O 성형기를 포함할 수 있다.
U 성형기를 이용한 마그네슘 합금 판재의 성형전에 마그네슘 합금 판재의 모서리를 성형하는 E 성형기를 더 포함할 수 있다. E 성형기는, 마그네슘 합금 판재의 모서리 부분이 위치되는 라운드 홈이 형성된 E 금형부와, E 금형부의 라운드 홈 방향으로 승강 가능하게 장착되어 마그네슘 합금 판재의 모서리를 구부리는 E 펀치를 포함할 수 있다. U 성형부의 성형 작업 전에 마그네슘 합금 판재의 모서리 부분을 구부림 성형할 수 있다.
E 금형부에는 가열을 위한 E 금형 가열부가 장착될 수 있다.
U 성형기는, 마그네슘 합금 판재가 안착되고 내부 방향으로 만곡부의 형상의 인입홈을 갖는 U 다이부와, U 다이부의 인입홈으로 삽입되며 마그네슘 합금 판재에 만곡부를 성형하는 U 펀치를 포함할 수 있다. U 다이부에는 가열을 위한 U 다이 가열부가 장착될 수 있다.
O 성형기는, 마그네슘 합금 판재의 만곡부 측이 안착되고 개방측이 상측으로 향하도록 하는 제1 금형과, 제1 금형의 상측에 승강 가능하게 장착되며 만곡부의 개방측을 가압하여 파이프 형상의 단면을 갖는 개방형 파이프 형태로 성형하는 제2 금형를 포함할 수 있다. 제1 금형에는 가열을 위한 제1 금형 가열부가 장착될 수 있다.
E 금형 가열부와, U 다이 가열부 및 제1 금형 가열부는 LPG, LNG 등의 연소열과, 레이저빔과, 고주파 유도 가열과, 전기 발열체와, 물 또는 오일 등의 열매체 중에 선택적으로 사용되어 가열 작용이 이루어질 수 있다.
용접기는, 레이저를 생성하는 레이저 발진기와, 레이저 발전기와 연결되어 레이저를 전송하는 빔전송기와, 빔전송기로부터 조사되는 레이저를 집광하여 개방형 파이프의 개방부로 조사하도록 하는 집광렌즈를 포함하는 용접헤드와, 용접헤드의 측면에 장착되며 레이저 용접시 마그네슘 산화방지를 위한 불황성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급기와, 불활성 가스 공급기로부터 공급되는 불활성 가스를 용접 위치로 분사하는 분사노즐을 포함할 수 있다.
분사노즐의 불활성 가스는 5 ℓ/min 내지 100 ℓ/min 범위의 공급량으로 분사될 수 있다.
용접기의 근접 위치에는 개방형 파이프를 용접기 방향으로 이송하는 이송기가 장착된다. 이송기는, 개방형 파이프의 측면을 가압 접촉하여 용접기 방향으로 개방형 파이프를 이송하는 가압롤러와, 가압롤러에 장착되어 구동력을 제공하는 구동모터를 포함할 수 있다. 이송기는, 개방형 파이프의 개방부의 위치를 상기 용접기 방향으로 가이드하는 시임 가이드가 장착될 수 있다.
시임 가이드는, 브라켓에 회전 가능하게 장착되는 회전축과, 회전축에 회전 가능하게 장착되어 개방형 파이프의 용접하고자 하는 개방부를 용접기 방향으로 가이드하는 디스크를 포함할 수 있다.
이송기는 용접기로 용접된 부분의 돌출부를 제거하는 비드 제거기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 제조방법은, (a) 마그네 슘 합금 판재를 절단하고 절단된 모서리를 용접에 적합하게 가공하는 단계와, (b) (a) 단계에서 마그네슘 합금 판재를 U 성형기를 이용하여 일측에서 가압하여 만곡부가 성형되도록 하는 단계와, (c) 단계(b)의 U 성형기에 의해 성형된 만곡부의 개방측을 O 성형기를 이용하여 파이프 형상의 단면을 갖는 개방형 파이프로 성형하는 단계와, (d) 단계(c)의 개방형 파이프의 개방부를 용접기를 이용하여 용접하는 단계를 포함한다.
(d) 단계의 용접기를 이용한 용접후에는, (d-1) 용접기를 이용한 용접 부분의 돌출된 부분을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
(a) 단계와 (b) 단계의 사이에는, (a-1) 상기 (a) 단계의 마그네슘 합금 판재의 모서리 부분을 E 성형기를 이용하여 구부림 성형하는 단계를 더 포함할 수 있다.
(a-1) 단계는, 마그네슘 합금 판재의 모서리 양측을 함께 구부림 성형하며, 구부림 성형 반경은 개방형 파이프 직경의 0.4 내지 0.5 배의 범위를 갖을 수 있다.
(a-1) 단계의 E 성형기와, (b) 단계의 U 성형기 및 (c) 단계의 O 성형기는 마그네슘 합금 판재의 성형 작업전에 예열될 수 있다. 예열되는 온도는 50도 내지 350도 범위를 갖을 수 있다.
본 발명의 실시예는 제1항의 마그네슘 합금 파이프 제조장치로 제조되는 마그네슘 합금 파이프를 포함한다.
본 발명의 실시예는 마그네슘 합금 파이프 제조방법으로 제조되는 마그네슘 합금 파이프를 포함한다.
마그네슘 합금 판재는 알루미늄 1 내지 10 중량부 및 아연 3중량부 이하를 포함할 수 있다.
마그네슘 합금 판재를 온간에서 금형에 의하여 프레스 성형하고 용접으로 파이프를 제조하여, 마그네슘 합금 파이프의 단면의 두께에 비하여 직경의 제약이 적고, 다양한 직경의 마그네슘 합금 파이프를 용이하게 제조 가능하다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 및 이를 제조하는 제조장치와 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 제조장치를 이용한 마그네슘 합금 파이프의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 제조장치(600)는, 마그네슘 합금 판재(111)의 모서리를 가공하는 모서리 가공기(100)와, 모서리 가공기(100)에 의해 가공된 마그네슘 합금 판재(111)를 파이프 형상의 개방형 파이프(111a)로 성형하는 성형기(200)와, 개방형 파이프(111a)의 개방부(111b)를 용접하여 마그네슘 합금 파이프 형상을 갖도록 하는 용접기(400)를 포함한다.
마그네슘 합금 판재(111)는 아연, 알루미늄 등의 원소가 첨가된 마그네슘 합금을 압연하여 제조된 것을 사용한다. 이때 마그네슘 합금 판재(111)에 첨가되는 합금 원소의 첨가량은 알루미늄 1 내지 10 중량부 및 아연 3중량부 이하로 첨가될 수 있다. 이는 알루미늄 첨가량이 1 중량부 미만이면 강도가 지나치게 낮으며, 알루미늄 첨가량이 10 중량부를 초과하면 편석이 석출되기 때문이다. 그리고 아연의 첨가량을 3 중량부 이하로 한정함은 이 범위를 초과할 경우 편석이 석출되기 때문이다.
도 2는 도 1의 마그네슘 합금 판재의 모서리를 가공하는 모서리 가공기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 모서리 가공기(100)는 마그네슘 합금 판재(111)가 안착되는 제1 다이부(110)와, 제1 다이부(100)에 승강 가능하게 장착되며 마그네슘 합금 판재(111)를 고정하는 제2 다이부(130)와, 제2 다이부(130)에 승강 구동력을 제공하는 가압부(150)와, 제1 다이부(110) 및 제2 다이부(130)로 고정된 마그네슘 합금 판재(111)의 측면을 가공하는 가공부(170)를 포함한다.
제1 다이부(110)는 모서리를 갖는 플레이트 형상을 이루어 마그네슘 합금 판재(111)가 안착될 수 있다.
제2 다이부(130)는 제1 다이부(110)의 면적에 대응되는 면적으로 장착되어 제1 다이부(110)의 상측에 승강 가능하게 장착될 수 있다. 이러한 제1 다이부(110)와 제2 다이부(130)의 사이에는 마그네슘 합금 판재(111)가 고정된다.
가압부(150)는 제2 다이부(130)에 승강 구동력을 부여하여 제2 다이부(130)의 승강 작동이 가능하게 한다. 이러한 가압부(150)는 제2 다이부(130)의 승강 작동에 따른 마그네슘 합금 판재(111)의 고정을 위해 유압 실린더, 공압 실린더, 볼 스크류 또는 랙 피니언 및 워엄 기어를 이용한 모터 구동 방식이 적용될 수 있다.
가공부(170)는 제1 다이부(110)와 제2 다이부(130)로 고정된 마그네슘 합금 판재(111)의 측면을 가공하기 위한 부재로, 제1 다이부(110)와 제2 다이부(130)로 고정된 마그네슘 합금 판재(111)의 가공하고자 하는 측면을 따라 이동되는 슬라이더(171)와, 슬라이더(171)에 장착되어 마그네슘 합금 판재(111)의 측면을 가공하는 면가공부재(173)를 포함한다.
슬라이더(171)는 마그네슘 합금 판재(111)의 가공하고자 하는 측면을 따라 이동되며, 선단에는 면가공부재(173)가 돌출된다. 이러한 구성을 갖는 가공부(170)는 고정 바이트 형태 또는 회전 공구로 적용될 수 있다. 가공부(170)는 마그네슘의 기계 절삭성이 용이함과 산화성이 높은 마그네슘 칩의 관리 측면을 고려하면 고정 바이트 형태가 보다 우수하다. 또한 가공부(170)는 마그네슘 합금 판재(111)의 가공 치수 정밀 제어를 위하여 마그네슘 합금 판재(111)의 폭 방향으로 미세 이송이 가능하게 할 수 있다.
모서리 가공기(100)에서 성형된 마그네슘 합금 판재(111)는 성형기(200)를 통해서 파이프 형상의 개방형 파이프로 성형된다. 성형기(200)는 E 성형기(210)와, U 성형기(230) 및 O 성형기(250)를 포함한다.
도 3은 E 성형기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, E 성형기(210)는 마그네슘 합금 판재(111)의 모서리 부분이 위치되는 라운드 홈(212)이 형성된 E 금형부(211)와, E 금형부(211)의 라운드 홈(212) 방향으로 승강 가능하게 장착되어 마그네슘 합금 판재(111)의 모서리를 구부리는 E 펀치(213)를 포함한다.
E 금형부(211)는 마그네슘 합금 판재(111)의 전체 또는 일부분이 안착될 수 있다. E 금형부(211)에는 내부 방향으로 함몰된 라운드 홈(212)이 형성된다. 이러한 라운드 홈(212)의 상측에는 마그네슘 합금 판재(111)의 모서리가 위치된다. 그리고, 라운드 홈(212)의 상측으로는 E 펀치(213)가 승강 가능하게 장착되어 마그네슘 합금 판재(111)의 모서리를 성형한다. E 펀치(213)는 위치 및 이송의 제어가 용이한 서보 프레스의 이용이 가능하다. E 금형부(211)에는 가열을 위한 E 금형 가열부(215)가 장착될 수 있다. E 금형 가열부(215)는 E 금형부(211)의 성형 작업전에 일정 온도로 가열한다. 이에 따라, E 금형부(211)로 성형되는 마그네슘 합금 판재(111)의 원활한 성형이 가능하게 된다.
이러한 E 펀치(213)를 이용한 성형을 이하에서 보다 구체적으로 설명하면, E 펀치(213)가 하강하여 라운드 홈(212)로 삽입되면, 마그네슘 합금 판재(111)의 측면을 가압하여 일정 각도 구부러지게 한다. 마그네슘 합금 판재(111)의 구부러짐 각도는 90도 내지 120도 범위로 가능하다. 이는 후술하는 O 성형기(250)를 이용하여 파이프 형상의 단면의 성형이 용이하도록 하기 위함이다.
E 펀치(213)는 본 발명의 실시예에서 마그네슘 합금 판재(111)의 일 측을 성형함을 예시하였지만, 마그네슘 합금 판재(111)의 일 측과 타 측을 동시에 성형함 도 가능하다.
도 4는 E 성형기를 이용하여 마그네슘 합금 판재의 양측을 성형함을 도시한 도면이다. 참조번호 211a는 다른 실시예에 따른 E 금형부이고, 211b는 다른 실시예에 따른 E 펀치를 말한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제조하고자 하는 마그네슘 파이프의 직경이 작은 경우에는 양 측면을 동시에 성형함이 가능하다.
E 펀치(213)를 이용하여 모서리가 성형된 마그네슘 합금 판재(111)는 U 성형기(230)를 이용하여 파이프 형상의 단면의 절반의 형상이 성형된다.
도 5는 U 성형기를 이용한 마그네슘 합금 판재의 성형을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, U 성형기(230)는 마그네슘 합금 판재(111)가 안착되고, 내부 방향으로 만곡부의 형상의 인입홈(232)을 갖는 U 다이부(231)와, U 다이부(231)의 인입홈(232)으로 삽입되며 마그네슘 합금 판재(111)에 만곡부를 성형하는 U 펀치(233)를 포함한다.
U 다이부(231)는 E 성형기(210)로 성형된 마그네슘 합금 판재(111)가 안착된다. U 다이부(231)에는 만곡부 형상의 인입홈(232)의 상측에 마그네슘 합금 판재(111)의 길이 방향의 중앙 위치가 위치될 수 있다. 이러한 U 다이부(231)에는 U 다이 가열부(235)가 장착되어 U 다이부(231)를 성형 작업전에 일정 온도로 가열한다. 이에 따라, U 다이부(231)로 성형되는 마그네슘 합금 판재(111)의 원활한 성형이 가능하게 된다. U 다이 가열부(235)는 E 금형 가열부와 동일한 장치로 장착될 수 있다.
이러한 U 다이부(231)의 인입홈(232)에는 U 펀치(233)가 선택적으로 삽입되 어 마그네슘 합금 판재(111)의 중앙 부분에 만곡 형성되도록 성형한다.
U 펀치(233)는 U 다이부(231)의 인입홈(232)에 삽입 가능한 라운드 형상을 갖는다. U 펀치(233)는 위치 및 이송의 제어가 용이한 서보 프레스로 적용이 가능하다. 이러한 U 펀치(233)를 이용한 성형 작업이 이루어지면, 마그네슘 합금 판재(111)에는 파이프 형상의 단면의 절반에 해당하는 형상의 성형이 이루어진다. 즉, 마그네슘 합금 판재(111)의 일 측에는 인입홈(232)의 형상에 대응하는 만곡 형상(111A)이 성형되고 타측에는 E 성형기(210)로 성형된 부분(111B)이 위치하게 된다.
U 성형기(230)를 이용하여 만곡부 형상이 성형된 마그네슘 합금 판재(111)는 O 성형기(250)를 이용하여 파이프 형상의 단면을 갖도록 성형된다.
도 6은 O 성형기를 이용한 마그네슘 합금 판재의 성형을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, O 성형기(250)는 마그네슘 합금 판재(111)의 만곡부 측이 안착되고 개방측이 상측으로 향하도록 하는 제1 금형(251)과, 제1 금형(251)의 상측에 승강 가능하게 장착되며 만곡부의 개방측(111C)을 가압하여 파이프 형상의 단면을 갖도록 성형하는 제2 금형(253)을 포함한다.
제1 금형(251)은 인입부(252)가 형성되어 만곡부(111A)가 성형된 마그네슘 합금 판재(111)가 안착된다. 이에 따라 마그네슘 합금 판재(111)의 개방측(111C) 상측으로 향하게 위치된다. 제1 금형(251)은 인입부(252)가 형성된 위치가 상측으로 돌출될 수 있다. 즉, 제1 금형(251)의 인입부(252)는 돌출된 선단에서 내부 방향으로 형성될 수 있다. 이러한 제1 금형(251)에는 제1 금형 가열부(255)가 장착되 어 제1 금형(251)을 성형 작업전에 일정 온도로 가열한다. 이에 따라, 제1 금형(251)으로 성형되는 마그네슘 합금 판재(111)의 예열이 가능하여 원활한 성형이 가능하게 된다.
제2 금형(253)은 제1 금형(251)의 상측에서 승강 가능하게 장착된다. 제2 금형(253)은 제1 금형(251)의 인입부(252)의 위치에 대응하여 파이프 성형부(257)가 형성된다. 파이프 성형부(257)는 제2 금형(253)이 제1 금형(251) 방향으로 하강하면, 마그네슘 합금 판재의 만곡부의 개방측을 가압하여 파이프 형상의 단면을 갖는 개방형 파이프 형태로 성형하게 된다. 즉, 인입부(252)와 파이프 성형부(257)가 접하게 되면 인입부(252)와 파이프 성형부(257)의 사이 공간은 원형으로 형성됨으로써, 마그네슘 합금 판재(111)를 파이프 형상의 단면을 갖도록 가압 성형할 수 있게 된다. 제2 금형(253)은 승강 작동의 원활한 제어를 위해 서보 프레스 등을 적용할 수 있다.
전술한 바와 같이, E 금형 가열부(215)와, U 다이 가열부(235) 및 O 다이 가열부(255)를 장착하여 마그네슘 합금 판재(111)의 성형 전에 예열을 함에 따라 온간에서 마그네슘 합금 판재(111)에 대한 성형이 가능하다. 이에 따라 마그네슘 합금 판재(111)의 성형시에 스프링백이 감소하여 치수 정밀도가 향상된다. 이러한 예열 온도는 섭씨 50도 내지 350도의 범위로 설정될 수 있다. 이는 E 금형 가열부(215)와, U 다이 가열부(235) 및 O 다이 가열부(255)의 가열온도가 50도 이하인 경우에는 가열에 의한 성형성 향상이 거의 없으며, 350도 이상에서는 금형을 특수한 소재로 제작하여야 할 뿐만 아니라 온도 증가에도 성형성의 향상은 미소하기 때 문이다.
E 금형 가열부(215)와, U 다이 가열부(235) 및 O 다이 가열부(255)의 가열온도는 마그네슘 합금 판재(111)의 화학성분, 두께, 파이프 직경 등에 따라 변화될 수 있으며, 특별히 한정되지 않음은 물론이다. E 금형 가열부(215)와, U 다이 가열부(235) 및 O 다이 가열부(255)는 LPG, LNG 등의 연소열, 레이저 빔, 고주파 유도가열, 전기 발열체, 물 또는 오일등의 열매체를 사용하여 직접 또는 간접 가열하는 구조일 수 있다.
O 성형기(200)를 이용하여 마그네슘 합금 판재(111)가 성형된 개방형 파이프(111a)는 용접기(400)로 이송되어 개방형 파이프(111a)의 개방부(111b)의 용접이 이루어진다.
개방형 파이프(111a)의 이송은 이송기(300)를 이용하여 용접기(400)로 이송된다.
도 7은 이송기를 이용하여 개방형 파이프를 용접기로 이송함을 도시한 평면도이고, 도 8은 도 7의 측면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 이송기(300)는 개방형 파이프(111a)의 측면을 가압 접촉하여 용접기(400) 방향으로 개방형 파이프(111a)를 이송하는 가압롤러(310)와, 가압롤러(310)에 장착되어 구동력을 제공하는 구동모터(330)를 포함한다. 참조번호 331은 구동축을 말한다.
가압롤러(310)는 개방형 파이프(111a)를 사이에 두고 마주하는 한 쌍이 1조를 이루어 개방형 파이프(111a)의 이동을 가이드한다. 이러한 가압롤러(310)는 개 방형 파이프(111a)의 길이 방향을 따라 복수개로 장착 가능하다. 가압롤러(310)는 개방형 파이프(111a)의 이송을 위해 회전 작동이 이루어진다. 가압롤러(310)에는 구동모터(330)가 장착되어 회전 구동력을 전달받는다.
이러한 구성의 이송기(300)에는 개방형 파이프(111a)의 이송을 가이드 하는 시임 가이드(350)가 장착된다. 시임 가이드(350)는 브라켓(미도시)에 회전 가능하게 장착되는 회전축(351)과, 회전축(351)에 회전 가능하게 장착되어 개방형 파이프(111a)의 용접하고자 하는 개방부(111b)를 용접기(400) 방향으로 가이드하는 디스크(353)를 포함한다. 이에 따라, 개방형 파이프(111a)는 개방부(111b)가 용접기(400)에 정확하게 위치되어 용접성이 향상될 수 있다.
전술한 구성의 이송기(300)의 가압롤러(310)의 가압력은 5kgf 내지 500kgf로 설정될 수 있다. 이는 가압력이 5kgf 미만일 경우에는 압력이 부족하여 개방부(111b)가 충분히 밀착되지 못하며, 가압력이 500kgf를 초과하게 되면 압력이 과대하여 개방형 파이프가 찌그러지게 되기 때문이다.
용접기(400)는 이송기(300)를 통해 이송된 개방형 파이프(111a)의 개방부(111b)를 용접하여 마그네슘 합금 파이프 형태를 완성한다.
용접기는 레이저 용접과, 미그용접과, 티그용접 및 플라즈마 아크 용접 등에서 선택적으로 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 레이저 용접을 예시한다. 이하에서는 레이저 용접을 이용한 개방형 파이프의 개방부의 용접을 설명한다.
도 9는 용접기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 용접기(400)는 레이저를 생성하는 레이저 발진 기(410)와, 레이저 발전기(410)와 연결되어 레이저를 전송하는 빔전송기(430)와, 빔전송기(430)로부터 조사되는 레이저를 집광하여 개방형 파이프(111a)의 개방부(111b)로 조사하도록 하는 집광렌즈(451)를 포함하는 용접헤드(450)와, 용접헤드(450)의 측면에 장착되며 레이저 용접시 마그네슘 산화방지를 위한 불황성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급기(470)와, 불활성 가스 공급기(470)로부터 공급되는 불활성 가스를 용접 위치로 분사하는 분사노즐(471)을 포함한다.
레이저 발진기(410)에서 발생되는 레이저는 빔전송기(430)를 이용하여 용접헤드(450)로 전송이 이루어진다. 본 발명의 실시예에서 빔전송기는 광섬유를 예시한다. 이에 따라 레이저 발진기(410)에서 발생된 레이저는 광섬유로 구성되는 빔전송기(430)를 통해서 용접헤드(450) 위치로 원활하게 전송이 이루어진다. 용접헤드(450)는 빔전송기(430)를 통해서 조사되는 레이저를 개방형 파이프의 개방부(111b)로 조사하여 용접 작업이 이루어지도록 한다. 용접헤드(450)의 내부에는 레이저의 집광을 위한 집광렌즈(451)가 장착된다. 레이저는 광섬유 전송이 가능한 근적외선 파장대의 레이저가 유리하다.
이러한 용접기(400)의 근접 위치에는 용접 품질의 향상을 위한 불활성 가스 공급기(470)가 장착된다.
불활성 가스 공급기(470)는 용접 헤드(450)의 측면에 장착되어 용접부 보호를 위한 가스를 공급한다. 불활성 가스 공급기(470)를 통해 공급된 가스는 분사노즐(471)을 통해 개방형 파이프(111a)의 용접 위치로 분사된다. 이러한 불황성 가스의 공급은 용접 위치에 분사하여 마그네슘의 산화를 억제하여 용접부의 품질의 향 상을 이루도록 하기 위함이다.
분사노즐(471)을 통한 가스의 공급량은 5 ℓ/min 내지 100 ℓ/min의 범위로 설정될 수 있다. 이는 불활성 가스의 공급량이 5 ℓ/min 미만이면 용접부를 충분히 보호하지 못하며, 불활성 가스의 공급량이 100 ℓ/min을 초과하면 가스압이 과대하여 용접 위치에 기공이 혼입되거나 비드가 함몰되기 때문이다.
한편, 용접기(400)를 이용한 용접시에는 용접 위치에 돌출된 부분이 발생될 수 있다. 이러한 돌출된 부분은 비드 제거기(500)를 이용하여 제거 작업이 이루어진다.
도 10은 용접 위치에서 발생된 돌출 부분을 제거하는 비드 제거기를 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 비드 제거기(500)는 용접 위치에 근접되게 돌출된다. 이에 따라, 용접 위치에서 돌출 부분이 과다할 경우 비드 제거기(500)에 간섭되어 제거 작업이 이루어지게 된다. 이러한 비드 제거기(500)는 용접헤드(450)의 후단에 설치된다. 비드 제거기(500)는 마그네슘 합금 파이프의 직경 및 두께에 대응하여 상하 높이 조절이 가능하게 설치된다. 비드 제거기(500)는 고정형 바이트, 회전형 공고 또는 사포 등이 가능하며, 본 발명의 실시예에서는 작업의 용이성 및 환경 적인 측면을 고려하여 고정형 바이트를 예시한다.
도 11은 본 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 제조장치에 의해 제조된 마그네슘 합금 파이프의 일례를 도시한 도면이다. 사용된 조건은 소재 두께 1.0mm, 외경 22mm, 용접속도 4m/min 및 레이저 출력 800W로 적용되었다. 사용 조건인 이에 한정되지 않고, 필요 요구 사항에 따라 적절한 값으로 변동 가능하다.
도 12는 본 실시예에 따라 제조된 마그네슘 합금 파이프의 미세조직이고, 도 13은 도 12의 미세조직에 대응되는 종래 기술에 따른 파이프의 미세조직이다.
도 12 및 도 13의 비교와 같이, 도 13의 종래 파이프는 결정립이 조대하여 강도 및 성형 가공성이 낮다. 그러나 도 12의 본 실시예의 마그네슘 합금 파이프는 압연에 의하여 제조된 판재를 사용하여 결정립이 매우 미세하여 강도가 우수하고, 굽힘, 성형등 소성 가공성이 우수하다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 제조방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 14을 참조하여 이하에서 본 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프의 제조방법을 설명한다. 도 1 내지 도 13과 동일 참조번호는 동일 기능의 동일 부재를 말하며, 동일 참조번호에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
먼저, 마그네슘 합금 판재를 절단하고 절단된 모서리를 용접에 적합하게 가공한다.(S10) 이러한 모서리의 가공은 절단면을 매끄럽게 가공하여 파이프 형태로 용접시에 용이한 용접이 이루어지도록 한다.
이어서, 이하에서 설명하는 각각의 단계(S20)(S30)(S40)의 실시전에는 E 성형기(210)와, U 성형기(230) 및 O 성형기(250)를 각각 예열한다. 이에 따라 마그네슘 합금 판재(111)는 각 성형기와 접합에 따라 성형전에 예열 상태를 이루어 성형성이 향상될 수 있다.
다음, 단계(a)의 마그네슘 합금 판재(111)의 측면을 E 성형기(210)를 이용하 여 일정 각도 구부린다.(S20) 이러한 단계(S20)는 후술하는 단계(S40)의 O 성형기(250)를 이용한 성형시 성형성을 향상시키기 위함이다. 여기서 제조하고자 하는 마그네슘 합금 파이프의 직경이 크거나 진원도가 중요하지 않은 경우에는 단계(S20)의 생략이 가능하다. 단계(S20)의 마그내슘 합금 판재의 측면의 구부림 성형 반경은 개방형 파이프 직경의 0.4 내지 0.5 배의 범위를 갖도록 구부릴 수 있다. O 성형기(250)를 이용한 성형시 원활한 작업이 이루어지는 일 실시예를 말한다. 즉, 마그네슘 합금 판재를 파이프 형상으로 구부림 성형시 v자 형상의 각이 형성되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 마그네슘 합금 판재의 경우에는 스프링 백(spring back)이 심하여 전술한 곡률 반경으로 성형을 하게 되는 것이다.
다음, 단계(b)에서 마그네슘 합금 판재를 U 성형기(230)를 이용하여 일 측에서 가압하여 만곡부(111a)가 성형되도록 한다.(S30) 여기서 U 성형기(230)를 통해 성형된 마그네슘 합금 판재(111)는 일측은 만곡부(111a)가 형성되고 타측은 개방측이 형성된다. 즉, 성형부위는 'U' 형상을 이루게 된다.
이어서, 단계(S30)의 U 성형기(230)에 의해 성형된 만곡부의 개방측(111B)을 O 성형기(250)를 이용하여 파이프 형상의 단면을 갖는 개방형 파이프(111a)로 성형한다.(S40) 즉, O 성형기(250)를 이용하여 개방측을 구부려 파이프 형상의 단면을 갖도록 한다.
그리고, 단계(S40)의 개방형 파이프의 개방부를 용접기(400)를 이용하여 용접한다.(S50) 이때 용접 부분에 돌출된 부분이 발생되면 비드 제거기(500)를 이용하에 제거 작업이 이루어진다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 제조장치를 이용한 마그네슘 합금 파이프의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 마그네슘 합금 판재의 모서리를 가공하는 모서리 가공기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 E 성형기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 E 성형기를 이용하여 마그네슘 합금 판재의 양측을 성형함을 도시한 도면이다.
도 5는 U 성형기를 이용한 마그네슘 합금 판재의 성형을 도시한 도면이다.
도 6은 O 성형기를 이용한 마그네슘 합금 판재의 성형을 도시한 도면이다.
도 7은 이송기를 이용하여 개방형 파이프를 용접기로 이송함을 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7의 측면도이다.
도 9는 용접기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 용접 위치에서 발생된 돌출 부분을 제거하는 비드 제거기를 도시한 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 제조장치에 의해 제조된 마그네슘 합금 파이프의 일례를 도시한 도면이다.
도 12는 본 실시예에 따라 제조된 마그네슘 합금 파이프의 미세조직이다.
도 13은 도 12의 미세조직에 대응되는 종래 기술에 따른 파이프의 미세조직 이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 파이프 제조방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...모서리 가공기 110...제1 다이부
111...마그네슘 합금 판재 130...제2 다이부
150...가압부 170...가공부
200...성형기 210...E 성형기
211...E 금형부 213...E 펀치
230...U 성형기 231...U 다이부
233...U 펀치 235...U 다이 가열부
250...O 성형기 251...제1 금형
253...제2 금형 257...파이프 성형부
300...이송기 310...가압롤러
330...구동모터 350...시임 가이드
351...회전축 353...디스크
400...용접기 410...레이저 발전기
430...빔전송기 450...용접헤드
451...집광렌즈 470...불활성 가스 공급기
471...분사노즐

Claims (28)

  1. 마그네슘 합금 판재의 모서리를 가공하는 모서리 가공기;
    상기 모서리 가공기에 의해 가공된 상기 마그네슘 합금 판재를 파이프 형상의 개방형 파이프로 성형하는 성형기; 및
    상기 개방형 파이프의 개방부를 용접하여 마그네슘 합금 파이프 형상을 갖도록 하는 용접기
    를 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모서리 가공기는,
    상기 마그네슘 합금 판재가 안착되는 제1 다이부;
    상기 제2 다이부에 승강 가능하게 장착되며, 상기 마그네슘 합금 판재를 고정하는 제2 다이부;
    상기 제2 다이부에 승강 구동력을 제공하는 가압부; 및
    상기 제1 다이부 및 상기 제2 다이부로 고정된 상기 마그네슘 합금 판재의 측면을 가공하는 가공부
    를 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가공부는,
    상기 제1 다이부 및 상기 제2 다이부로 고정된 상기 마그네슘 합금 판재의 가공하고자 하는 측면을 따라 이동되는 슬라이더; 및
    상기 슬라이더에 장착되어 상기 마그네슘 합금 판재의 측면을 가공하는 면가공부재
    를 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 면가공부재는 상기 슬라이더에 고정되는 바이트로 장착되는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 성형기는,
    상기 마그네슘 합금 판재를 일측에서 가압하여 만곡부를 성형하는 U 성형기; 및
    상기 U 성형기에 의해 성형된 만곡부의 개방측을 성형하여 파이프 형상의 단면을 갖도록 성형하는 O 성형기
    를 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 U 성형기를 이용한 상기 마그네슘 합금 판재의 성형전에 상기 마그네슘 합금 판재의 모서리를 성형하는 E 성형기
    를 더 포함하고,
    상기 E 성형기는,
    상기 마그네슘 합금 판재의 모서리 부분이 위치되는 라운드 홈이 형성된 E 금형부; 및
    상기 E 금형부의 라운드 홈 방향으로 승강 가능하게 장착되어, 상기 마그네슘 합금 판재의 모서리를 구부리는 E 펀치
    를 포함하여,
    상기 U 성형부의 성형 작업 전에 상기 마그네슘 합금 판재의 모서리 부분을 구부림 성형하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 E 금형부에는 가열을 위한 E 금형 가열부가 장착되는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  8. 제5항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 U 성형기는,
    상기 마그네슘 합금 판재가 안착되고, 내부 방향으로 만곡부의 형상의 인입홈을 갖는 U 다이부; 및
    상기 U 다이부의 인입홈으로 삽입되며, 상기 마그네슘 합금 판재에 만곡부를 성형하는 U 펀치
    를 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 U 다이부에는 가열을 위한 U 다이 가열부가 장착되는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 O 성형기는,
    상기 마그네슘 합금 판재의 만곡부 측이 안착되고 개방측이 상측으로 향하도록 하는 제1 금형; 및
    상기 제1 금형의 상측에 승강 가능하게 장착되며 상기 만곡부의 개방측을 가압하여 파이프 형상의 단면을 갖는 개방형 파이프 형태로 성형하는 제2 금형
    을 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 금형에는 가열을 위한 제1 금형 가열부가 장착되는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  12. 제7항, 제9항 또는 제11항에 있어서,
    상기 E 금형 가열부와, 상기 U 다이 가열부 및 상기 제1 금형 가열부는 LPG, LNG 등의 연소열과, 레이저빔과, 고주파 유도 가열과, 전기 발열체와, 물 또는 오일 등의 열매체 중에 선택적으로 사용되어 가열 작용이 이루어지는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 용접기는,
    레이저를 생성하는 레이저 발진기;
    상기 레이저 발전기와 연결되어 레이저를 전송하는 빔전송기;
    상기 빔전송기로부터 조사되는 레이저를 집광하여 상기 개방형 파이프의 개방부로 조사하도록 하는 집광렌즈를 포함하는 용접헤드;
    상기 용접헤드의 측면에 장착되며 레이저 용접시 마그네슘 산화방지를 위한 불황성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급기; 및
    상기 불활성 가스 공급기로부터 공급되는 불활성 가스를 용접 위치로 분사하는 분사노즐
    을 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 분사노즐의 불활성 가스는 5 ℓ/min 내지 100 ℓ/min 범위의 공급량으 로 분사되는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 용접기의 근접 위치에는 상기 개방형 파이프를 용접기 방향으로 이송하는 이송기가 장착되는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 이송기는,
    상기 개방형 파이프의 측면을 가압 접촉하여 상기 용접기 방향으로 상기 개방형 파이프를 이송하는 가압롤러; 및
    상기 가압롤러에 장착되어 구동력을 제공하는 구동모터
    를 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 이송기는,
    상기 개방형 파이프의 개방부의 위치를 상기 용접기 방향으로 가이드하는 시임 가이드가 장착되는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 시임 가이드는,
    브라켓에 회전 가능하게 장착되는 회전축;
    상기 회전축에 회전 가능하게 장착되어 상기 개방형 파이프의 용접하고자 하는 개방부를 상기 용접기 방향으로 가이드하는 디스크
    를 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 이송기는 상기 용접기로 용접된 부분의 돌출부를 제거하는 비드 제거기를 더 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조장치.
  20. (a) 마그네슘 합금 판재를 절단하고 절단된 모서리를 용접에 적합하게 가공하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 상기 마그네슘 합금 판재를 U 성형기를 이용하여 일측에서 가압하여 만곡부가 성형되도록 하는 단계;
    (c) 상기 단계(b)의 U 성형기에 의해 성형된 만곡부의 개방측을 O 성형기를 이용하여 파이프 형상의 단면을 갖는 개방형 파이프로 성형하는 단계; 및
    (d) 상기 단계(c)의 개방형 파이프의 개방부를 용접기를 이용하여 용접하는 단계;를 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 용접기를 이용한 용접후에는,
    (d-1) 상기 용접기를 이용한 용접 부분의 돌출된 부분을 제거하는 단계;를 더 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계의 사이에는,
    (a-1) 상기 (a) 단계의 상기 마그네슘 합금 판재의 모서리 부분을 E 성형기를 이용하여 구부림 성형하는 단계;를 더 포함하는 마그네슘 합금 파이프 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 (a-1) 단계는,
    상기 마그네슘 합금 판재의 모서리 양측을 함께 구부림 성형하며, 구부림 성형 반경은 상기 개방형 파이프 직경의 0.4 내지 0.5 배의 범위를 갖는 마그네슘 합금 파이프 제조방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 (a-1) 단계의 E 성형기와, 상기 (b) 단계의 U 성형기 및 상기 (c) 단계의 O 성형기는 상기 마그네슘 합금 판재의 성형 작업전에 예열되는 마그네슘 합금 파이프 제조방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 예열되는 온도는 섭씨 50도 내지 섭씨 350도 범위를 갖는 마그네슘 합금 파이프 제조방법.
  26. 제1항의 마그네슘 합금 파이프 제조장치로 제조되는 마그네슘 합금 파이프.
  27. 제20항의 마그네슘 합금 파이프 제조방법으로 제조되는 마그네슘 합금 파이프.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 마그네슘 합금 판재는 알루미늄 1 내지 10 중량부 및 아연 3중량부 이하를 포함하는 마그네슘 합금 파이프.
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