KR20120135835A

KR20120135835A - 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법

Info

Publication number: KR20120135835A
Application number: KR1020110054774A
Authority: KR
Inventors: 정현성; 문호근; 김홍태
Original assignee: 용현비엠 주식회사
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-12-17

Abstract

본 발명에 따르는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법은 환봉을 천공하는 천공단계(ST-140)와, 상기 천공단계에서 천공된 중공부재를 단조 성형하는 단조 단계(ST-150)를 포함하며, 상기 단조 단계(ST-150)에서는 레이디얼 단조로 성형하며, 레이디얼 단조는 양측에서 중공부재(140)를 단조 척(201)으로 파지하고 내경으로 맨드렐(205)을 삽입하여 지지하면서 반경 방향 외측으로부터 중공부재(140)의 외경면을 복수의 단조 공구(207)로 타격하여 이루어지는 것을 특징으로 하며; 소재의 외경으로부터 가공 제거되는 소재량을 최소화할 수 있고 내경 가공이 최소화되어 소재가 절감되며, 단조 성형에 의하여 두께가 조정되므로 연속된 메탈 플로우가 형성되므로 강도와 조직이 향상되며 따라서 내구성이 향상되는 효과가 있다.

Description

단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법{Manufacturing Method of Pipe Having Circular Internal}

본 발명은 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소재가 절감되며, 강도와 조직이 향상되며 따라서 내구성이 향상되는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법에 관한 것이다.

원형 단면의 중공체는 판상의 금속을 용접 이음하여 중공체로 제조하기도 하나, 도 1에 도시된 바와 같이 사용 중에 내부로부터 작용하는 압력 등 외력에 의하여 용접 이음 부분에서 파손이 발생하였으며, 특히, 큰 내부 압력이 작용하는 포신과 같은 경우에는 반복적으로 압력이 발생하므로 반복 하중에 대한 내구성의 향상이 절대적으로 필요하였다. 따라서 봉 형상의 소재를 천공하여 용접 이음매 없는 원형 단면의 중공체를 제조하는 기술이 개발되어 왔다.

도 2는 원형 단면의 중공체를 제조하기 위한 봉부재를 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시한 봉부재를 천공하여 제조한 중공부재를 도시한 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시한 중공부재의 내경 가공과 외경 가공을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며, 도 5는 종래 기술에 의한 중공체 제조 단계를 도시한 것이다.

도 5를 참조하여 종래 기술에 의한 단면이 원형인 중공체의 제조 방법을 설명하면, 도 2에 도시한 봉부재(10)를 드릴 천공이나 만네스만 천공에 의하여 도 3에 도시한 바와 같은 내경부(21)가 형성된 중공부재(20)로 제조하며(천공단계, ST-10), 천공된 중공부재(20)의 내경부(21)를 절삭 가공하고(내경 가공 단계, ST-20), 중공부재(20)의 외경부를 절삭 가공하여(외경 가공 단계, ST-30) 원하는 치수의 중공체(1)로 제조한다. 그리고 열처리를 한 후(ST-40), 마무리 가공(ST-50, 예를 들면 연삭 등)을 하여 제조를 완료한다.

도 1 및 도 4에서 도면 부호 3은 두께가 두꺼운 부분, 5는 단차 경사 부분, 7은 두께가 얇은 부분을 도시한 것이며, 도 4에서 도면 부호 23은 중공부재(20)의 내경부로부터 절삭 제거되는 부분을, 25는 중공부재(20)의 외경부로부터 절삭 제거되는 부분을 도시한 것이다.

도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 중공체(1)의 두께가 일정하지 않은 경우에는 외경부로부터 절삭 제거되는 부분(25)이 많아지게 되므로 소재의 낭비가 심하게 되고, 두께가 두꺼운 부분(3)과 두께가 얇은 부분(7)을 연결하는 단차 경사 부분(5)에서는 메탈 플로우가 절단되며, 제조 과정 중에서 열처리 공정을 제외하고는 조직을 향상시키지 못하여 강도가 충분하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 메탈 플로우가 연속적으로 형성되며, 강도와 조직이 우수한 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 환봉을 천공하는 천공단계와, 상기 천공단계에서 천공된 중공부재를 단조 성형하는 단조 단계를 포함하며; 상기 단조 단계에서는 레이디얼 단조로 성형하며, 상기 레이디얼 단조는 양측에서 중공부재를 단조 척으로 파지하고 내경으로 맨드렐을 삽입하여 지지하면서 반경 방향 외측으로부터 중공부재의 외경면을 복수의 단조 공구로 타격하여 이루어지는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 천공단계 전에 잉곳을 업세팅하여 양측으로 평면을 가지며 경방향으로 볼록하게 만곡되며 단면이 원형으로 형성된 제1 중간부재를 형성하는 업세팅 단계와, 일방향으로 오목하게 만곡된 곡률 반경을 가지며 타방향으로 직선의 성형홈이 형성된 성형기구로 상기 제1 중간부재의 볼록하게 만곡된 면을 반경 방향으로 가압하여 환봉으로 형성하는 제1 단조 단계와, 제1 단조 단계에서 성형된 환봉의 외경을 가공하는 외경 가공단계를 더 포함하는 단면이 원형인 내면을 가지는 원형인 중공체 제조 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 단조 단계에서 중공부재는 외경으로 단차를 가져 길이 방향을 따라 두께가 일정하지 않은 중공부재로 성형되며, 상기 단조 공구는 중공부재의 길이 방향으로 경사부를 가지는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 단조 단계에서 중공부재는 내경으로 단차를 가져 길이 방향을 따라 두께가 일정하지 않은 중공부재로 성형되며, 상기 맨드렐은 중공체의 길이 방향으로 경사부를 가지는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 외경 가공단계에서 가공 제거되는 반경 방향 두께는 15?25㎜ 범위인 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따르는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법에 의하면, 외경 가공되어 제거되는 소재를 최소화할 수 있고 내, 외경 가공이 최소화되어 소재가 절감되며, 단조 성형에 의하여 두께가 조정되므로 연속된 메탈 플로우가 형성되므로 강도와 조직이 향상되며 따라서 내구성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 중공체의 예를 도시한 단면도이며,
도 2는 봉부재를 도시한 단면도이며,
도 3은 도 2에 도시한 봉부재를 천공하여 제조한 중공부재를 도시한 단면도이며,
도 4는 도 3에 도시한 중공부재의 내경 가공과 외경 가공을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며,
도 5는 종래 기술에 의한 중공체 제조 단계를 도시한 것이며,
도 6은 중공체를 제조하기 위한 잉곳을 개략적으로 도시한 사시도이며,
도 7은 도 6에 도시한 잉곳을 업세팅 가공하여 제조한 제1 중간부재를 도시한 측면도이며,
도 8은 도 7에 도시한 제1 중간부재로부터 봉부재를 성형하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며,
도 9는 도 7에 도시한 제1 중간부재로부터 성형된 봉부재를 도시한 측면도이며,
도 10은 외경 가공을 설명하기 위하여 도시한 것이며,
도 11은 도 10에 도시한 봉부재를 천공하여 제조한 중공부재를 도시한 단면도이며,
도 12 및 도 13은 도 11에 도시한 중공부재를 레이디얼 단조하는 과정에 설명하기 위하여 도시한 단면도이며,
도 14는 본 발명에 따르는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체의 제조 단계를 도시한 것이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법의 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 6은 중공체를 제조하기 위한 잉곳을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 7은 도 6에 도시한 잉곳을 업세팅 가공하여 제조한 제1 중간부재를 도시한 측면도이며, 도 8은 도 7에 도시한 제1 중간부재로부터 봉부재를 성형하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며, 도 9는 도 7에 도시한 제1 중간부재로부터 성형된 봉부재를 도시한 측면도이며, 도 10은 외경 가공을 설명하기 위하여 도시한 것이며, 도 11은 도 10에 도시한 봉부재를 천공하여 제조한 중공부재를 도시한 단면도이며, 도 12 및 도 13은 도 11에 도시한 중공부재를 레이디얼 단조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 단면도이며, 도 14는 본 발명에 따르는 중공체의 제조 단계를 도시한 것이다.

도 6에 도시한 바와 같이 본 발명에 따르는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체의 제조 방법은 잉곳(100)으로부터 제조될 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같은 잉곳(100)을 상하에서(도 6의 좌우에서) 판상의 가압 부분을 가지는 다이스로 가압하여(업세팅하여, ST-110), 도 7에 도시한 바와 같이 양측으로(도 7에서 상하로) 평면을 가지며 경방향으로 볼록하게 만곡되고 도 7에서 세로 방향 단면이 원형인 제1 중간부재(110)로 성형한다. 도 6의 잉곳(100)을 고온(예를 들면, 약 1200℃)으로 가열하고 경방향으로 볼록하게 만곡된 부분을 좌우에서 가압하여 제1 중간부재(110)로 성형한다.

상기 제1 중간부재(110)는 가열된 온도를 유지하거나, 고온으로 재가열하여 도 8에 도시한 바와 같이 만곡된 오목한 홈을 가지는 다이스로 경방향으로 가압하여 도 9에 도시한 바와 같은 환봉(130)으로 제조한다(제1 단조 단계, ST-120). 상기 제1 단조 단계(ST-120)에서 편평한 면을 가지는 다이스로 양측에서 제1 중간부재(110)를 가압하여 환봉(130)으로 제조하는 것도 가능하다. 다이스로 가압되고, 제1 중간부재(110)는 회전하고, 다시 다이스로 가압되는 단계가 반복되어 환봉(130)으로 제조된다.

상기 제1 단조 단계(ST-120)는 반복 수행되어 지름이 더 작은 환봉으로 제조하는 것도 가능하다.

본 발명에 따르는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법에서는 상기 제1 단조 단계(ST-120)에서 성형된 환봉(130)의 외경면을 미리 가공한다(외경 가공단계, ST-130). 상기 외경 가공단계(ST-130)에서 가공 제거되는 반경 방향 두께는 20㎜, 바람직하게는 15?25㎜ 범위로 한다. 상기 제1 단조 단계(ST-120) 후 또는 상기 제1 단조 단계(ST-120)를 반복한 후 제조된 환봉(130)의 외경부는 20㎜ 두께를 절삭하면, 잉곳(100)의 표면으로부터 생성되어 온 이물질 등을 완전하게 제거할 수 있다.

환봉(130)의 외경부를 가공 절삭한 후, 도 11에 도시한 바와 같이 내경부(141)가 형성된 중공부재(140)로 가공한다(천공단계, ST-140). 상기 환봉(130)을 드릴링 하거나, 만네스만 천공 방법에 의하여 천공하여 중공부재(140)로 가공한다. 만네스만 천공 방법에 의하여 천공하는 경우에는 고온으로 가열하여 천공하며, 천공 후 길이 방향(도 11에서 가로 방향)으로 두께 편차 및 지름 편차가 크게 발생할 수 있으므로 보정을 위하여 연신하는 공정을 필요로 한다. 연신 공정은 중공부재(140)를 고온으로 가열한 후, 내경부(141)로 맨드렐(도시하지 않음)을 삽입하고 외경면에 접하여 스큐 회전하는 복수의 롤러(도시하지 않음)로 가압하여 한다.

환봉(130)을 천공하여 제조한 중공부재(140)는 고온으로 가열된 후 단조 성형하여 외경면 및 내경면을 형성한다(단조 단계, ST-150). 상기 단조 단계(ST-150)는 레이디얼 단조로 성형하며, 레이디얼 단조는 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 양측에서 외경이 절삭 가공된 중공부재(140)를 단조 척(201)으로 파지하고, 내경으로 맨드렐(205)을 삽입하여 지지하면서 반경 방향 외측으로부터 중공부재(140)의 외경면을 복수의 단조 공구(207)로 타격한다. 단조 공구(207)에 의한 타격은 반복되어 수회 이루어질 수 있다. 상기 단조 척(201)은 중공부재(140)를 파지하여 회전시킨다. 상기 단조 공구(207)의 중공부재(140)를 향하는 면(2071)은 반경 방향으로 오목하게 곡률진 형태로 형성되며, 길이 방향으로 양측으로 경사부(2073)를 구비한다. 상기 단조 공구(207)의 중공부재(140)를 향하는 면(2071)은 편평한 면으로 형성될 수도 있으며, 상기 경사부(2073)는 길이 방향 일측으로 구비될 수도 있다.

상기 경사부(2073)는 중공부재(140)의 외경부를 타격할 때 단차 경사 부분(5)을 형성할 수 있다. 도 12에서 도면부호 203은 맨드렐(205)에 연결되어 맨드렐(205)을 지지하는 지지대를 도시한 것이다.

상기 맨드렐(205)는 단조 공구(207)와 같이 길이 방향으로 양측 또는 일측에 경사부를 구비하여, 내경으로 단차를 가지는 중공부재를 성형하는데 이용될 수 있다.

상기 단조 공구(207)와 맨드렐(205)은 중공부재(140)를 내, 외측에서 가압하여 단조 성형한다. 도 1에 도시한 바와 같이 길이 방향에 따라 중공체(1)의 두께가 일정하지 않고, 단차 경사 부분(5)을 구비하는 경우에도 레이디얼 단조에 의한 상기 단조 단계(ST-150)에서 단조 성형하는 것이 가능하므로 메탈 플로우가 단절되지 않고 길이 방향을 따라 연속될 수 있으며, 외경부를 절삭하여 제거하는 소재의 양이 감소된다.

상기 단조 단계(ST-150)가 완료되면, 내외경부를 미세하게 다듬질 절삭하고(ST-160), 열처리 한 후(ST-170), 마무리 가공하여(ST-180, 예를 들면 연삭) 가공을 완료한다.

상기에서 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 보호 범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변형할 수 있는 범위는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 중공체 100: 잉곳
130: 환봉 140: 중공부재
205: 맨드렐 207: 가압부재

Claims

환봉을 천공하는 천공단계(ST-140)와, 상기 천공단계에서 천공된 중공부재를 단조 성형하는 단조 단계(ST-150)를 포함하며; 상기 단조 단계(ST-150)에서는 레이디얼 단조로 성형하며, 레이디얼 단조는 양측에서 중공부재(140)를 단조 척(201)으로 파지하고 내경으로 맨드렐(205)을 삽입하여 지지하면서 반경 방향 외측으로부터 중공부재(140)의 외경면을 복수의 단조 공구(207)로 타격하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 천공단계(ST-140) 전에 잉곳(100)을 업세팅하여 양측으로 평면을 가지며 경방향으로 볼록하게 만곡되며 단면이 원형으로 형성된 제1 중간부재(110)를 형성하는 업세팅 단계(ST-110)와, 일방향으로 오목하게 만곡된 곡률 반경을 가지며 타방향으로 직선의 성형홈이 형성된 성형기구로 상기 제1 중간부재(110)의 볼록하게 만곡된 면을 반경 방향으로 가압하여 환봉(130)으로 형성하는 제1 단조 단계(ST-120)와, 제1 단조 단계(ST-120)에서 성형된 환봉(130)의 외경을 가공하는 외경 가공단계(ST-130)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단면이 원형인 내면을 가지는 원형인 중공체 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 단조 단계(ST-150)에서 중공부재는 외경으로 단차를 가져 길이 방향을 따라 두께가 일정하지 않은 중공부재로 성형되며, 상기 단조 공구(207)는 중공체의 길이 방향으로 경사부(2073)를 가지는 것을 특징으로 하는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 단조 단계(ST-150)에서 중공부재는 내경으로 단차를 가져 길이 방향을 따라 두께가 일정하지 않은 중공부재로 성형되며, 상기 맨드렐(205)은 중공체의 길이 방향으로 경사부를 가지는 것을 특징으로 하는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법.
제2 항에 있어서, 상기 외경 가공단계(ST-130)에서 가공 제거되는 반경 방향 두께는 15?25㎜ 범위인 것을 특징으로 하는 단면이 원형인 내면을 가지는 중공체 제조 방법.