KR20140102019A - 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법에 관한 것으로서, (a) 중공의 외부튜브의 내부에 방사상으로 복수의 유로홀이 형성된 중공의 내부튜브가 삽입된 다중관 조립체가 금형 내에 안착되는 단계와, (b) 상기 내부튜브의 내주연으로 유체가 주입되는 단계, (c) 상기 유체가 상기 내부튜브의 유로홀로 유출되면서 상기 외부튜브의 내주연에 액압을 가하는 단계 및, (d) 상기 외부튜브가 확관 및 소성변형되면서 목적하는 외주연 형상을 가진 성형품으로 완성되는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 다중관 조립체의 내부튜브에 형성된 유로홀을 통해 유체를 유출시켜 외부튜브의 내주연을 가압하여 액압성형시킴으로써 내부튜브의 성형성에 관계없이 다중관 중공품 성형이 가능하게 되고 형상정밀도가 크게 향상될 뿐만 아니라 내부튜브의 형상 변화없이 외부튜브만 선택적으로 소성변형시켜 목적하는 외부 형상을 가진 중공품을 성형할 수 있는 장점이 있다.

Description

다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법{HYDROFORMING METHOD FOR HOLLOW PRODUCT USING MULTI-LAYERED TUBE}
본 발명은 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부튜브의 성형성에 관계없이 다중관 중공품 성형이 가능하게 되고 형상정밀도를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 내부튜브의 형상 변화없이 목적하는 외부 형상을 가진 중공품을 성형할 수 있는 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법에 관한 것이다.
파이핑 시스템은 이송수단으로 많이 사용되고 있으나, 대부분의 파이핑 시스템은 단일 튜브로 구성되어 있기 때문에 파이프 내부에서의 자연부식, 노화, 국부 파손 등으로 인한 사고가 발생하기도 하며 이송거리가 길기 때문에 안전을 위한 검사와 모니터링이 어려우며 비용 또한 많이 발생하는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 이중튜브가 개발되었는데, 이중튜브는 동일소재 또는 이종소재로 된 내/외부 튜브가 결합되고, 주로 내부 튜브에는 부식을 방지하기 위한 소재를 사용하며, 단일튜브와 비교해 볼 때 이중튜브는 기밀성, 신뢰성, 파열 저항성, 온라인 검출 등의 측면에서 아주 우수하므로 석유화학이나 발전설비 또는 기계부품 등에 폭넓게 사용될 수 있다.
이중튜브의 제조방법에는 용접, 기계적 압출, 롤링, 폭발성형, 액압성형(hydroforming : H/F) 등 여러 방법이 있다. 특히 이 중에서 액압 성형 공정은 액압을 이용하여 관재를 성형하여 원하는 형상을 얻는 공정으로서, 제품의 강성을 증가시키고 정밀한 제품을 생산할 수 있으며 부품 수 감소에 의한 경량화 등의 장점이 있다. 이러한 장점들로 인해 자동차 부품이나 석유화학 발전 설비 및 파이핑 시스템 등의 여러 분야에 활용되고 있으며 지속적인 수요증가가 예상된다.
한편 최근에는 다중관 즉 여러겹의 관재를 이용한 액압 성형 기술을 통한 액압 성형품이 송유관 등에 적용되고 있으며 내식성과, 강도, 성형성, 내마모성 등의 필요한 특성을 선택적, 복합적으로 부여할 수 있는 장점이 있다.
이와 관련해서, 대한민국 공개특허공보 제2010-0121015호에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부강관(20)에 상대적으로 직경이 작은 내부강관(10)을 삽입한 상태에서 내부강관에 유체를 공급하여 내부강관을 확관시켜 내부강관과 외부강관이 결합된 다중복합강관을 제조하기 위한 방법에 관한 '하이드로포밍을 이용한 다중복합강관 및 그 제조방법'이 개시되어 있다.
이는 관재의 최내측면에 액압을 가하여 관재들을 원하는 형상으로 성형하는 방법으로서 내관(10) 및 외관(20)이 동일한 형상을 가지며 관과 관 사이가 밀착되어 있다는 특징이 있다.
그러나 상기 선행기술에서는 복합 물성을 가진 중공품을 생산함에 있어서 내관은 외관과 함께 성형이 이루어져야 하기 때문에 내관의 성형성도 고려하여 소재를 선정해야 하는 어려움이 있었고, 액압의 제거 시에 내/외관 간의 탄성 회복량의 차이로 인해 성형 후 형상정밀도가 크게 떨어지는 문제점도 있었다.
대한민국 공개특허공보 제2010-0121015호 '하이드로포밍을 이용한 다중복합강관 및 그 제조방법'
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 내부튜브의 성형성에 관계없이 다중관 중공품 성형이 가능하게 되고 형상정밀도가 크게 향상되는 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 외부튜브만 선택적으로 소성변형이 이루어지도록 함으로써 내부튜브의 형상 변화없이 목적하는 외부 형상을 가진 중공품을 성형할 수 있는 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법은, (a) 중공의 외부튜브의 내부에 방사상으로 복수의 유로홀이 형성된 중공의 내부튜브가 삽입된 다중관 조립체가 금형 내에 안착되는 단계;와 (b) 상기 내부튜브의 내주연으로 유체가 주입되는 단계; (c) 상기 유체가 상기 내부튜브의 유로홀로 유출되면서 상기 외부튜브의 내주연에 액압을 가하는 단계; 및 (d) 상기 외부튜브가 확관 및 소성변형되면서 목적하는 외주연 형상을 가진 성형품으로 완성되는 단계;를 포함한다.
또한 상기 내부튜브는, 적어도 둘 이상의 중공 튜브가 삽입된 다중튜브로 이루어지고, 상기 각각의 중공 튜브에 형성된 유로홀은 서로 연통되도록 구성함이 바람직하다.
또한 상기 외부튜브 및 내부튜브는 이종(異種)소재로 이루어질 수 있다.
또한 상기 (b) 단계에서의 내부튜브로 주입되는 유체의 유량은, 상기 (c) 단계에서의 내부튜브의 유로홀을 통해 유출되는 유체의 유량과 동일하게 유지됨으로써, 상기 외부튜브만 소성변형이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 (b) 단계에서의 내부튜브로 주입되는 유체의 유량은, 상기 내부튜브의 내/외주연으로 공급되는 유량 차이로 인해 발생하는 압력 차가 상기 내부튜브의 항복응력 미만이 되는 범위 내에서 결정됨으로써, 상기 외부튜브만 소성변형이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소재의 조합을 통한 복합 물성 중공품을 생산함에 있어서 내부튜브에 형성된 유로홀을 통해 유체가 유출되면서 외부튜브의 내주연을 가압하여 목적하는 외주연 형상을 가진 외부튜브로 된 성형품을 생산할 수 있으므로, 내부튜브의 성형성에 관계없이 다중관 중공품 성형이 가능하게 되며 형상정밀도가 크게 향상되는 장점이 있다.
또한 내부튜브로 주입되는 유체의 유량은 유로홀을 통해 유출되는 유량과 동일하게 유지되거나 유량의 차이로 인해 발생하는 압력차가 내부튜브의 항복응력 미만이 되는 범위 내로 조절하여 외부튜브만 선택적으로 소성변형이 이루어지도록 구성함으로써, 내부튜브의 형상 변화없이 목적하는 외부 형상을 가진 중공품을 성형할 수 있는 차별된 효과가 있다.
도 1은 종래의 하이드로포밍을 이용한 이중강관 제조방법의 주요 공정을 나타낸 공정도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법의 절차흐름도,
도 3은 실시예를 달리하는 본 발명에 따른 다중관 조립체의 횡단면도 및 종단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법의 공정별 종단면을 나타낸 공정도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법의 공정별 횡단면을 나타낸 공정도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법(S100)의 절차흐름도이고, 도 3은 실시예를 달리하는 본 발명에 따른 다중관 조립체(100)의 횡단면도 및 종단면도이며, 도 4와 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법(S100)의 공정별 종단면 및 횡단면을 나타낸 공정도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법(S100)은, (a) 내/외부튜브(200,300)의 다중관 조립체(100)를 금형(M) 내에 안착시키는 단계(S10)와, (b) 다중관 조립체(100)의 내부로 유체(F)가 주입되는 단계(S20), (c) 외부튜브(200)의 내주연에 액압이 가해지는 단계(S30) 및, (d) 외부튜브(200)가 소성변형하면서 최종성형품으로 완성되는 단계(S40)를 포함한다.
상기 (a) 단계(S10))에서는, 중공의 외부튜브(200)의 내부에 방사상으로 복수의 유로홀(310)이 형성된 중공의 내부튜브(300)가 삽입된 다중관 조립체(100)가 캐비티(C)가 구비된 상부/하부금형(U,L)으로 된 금형(M) 내에 안착된다. 상기 다중관 조립체(100)를 이루는 내/외부튜브(200,300)는 동일소재일 수도 있지만 이종(異種)소재로 구성될 수도 있다. 또한 내부튜브(300)는 필요에 따라 적어도 둘 이상의 중공 튜브(320,340)가 삽입된 다중튜브로 이루어질 수도 있다.
상기 (b) 단계(S20)에서는 내부튜브(300)의 내주연으로 유체(F)가 주입된다.
상기 (c) 단계(S30)에서는 유체(F)가 내부튜브(300)의 유로홀(310)로 유출되면서 외부튜브(200)의 내주연에 액압을 가한다. 만일 내부튜브(300)가 둘 이상의 중공 튜브(320,340)가 삽입된 다중튜브로 구성된 경우에는 각각의 중공 튜브(320,340)에 형성된 유로홀(322,342)은 서로 연통되도록 하여 외부튜브(200)로 유체(F)가 원활하게 유출될 수 있도록 한다.
상기 (d) 단계(S40)에서는 외부튜브(200)가 확관 및 소성변형되면서 목적하는 외주연 형상을 가진 성형품으로 완성된다.
따라서 소재의 조합을 통한 복합 물성 중공품을 생산함에 있어서 내부튜브(300,320,340)에 형성된 유로홀(310,322,342)을 통해 유체(F)가 유출되면서 외부튜브(200)의 내주연을 가압하여 외부튜브(200)를 소성변형시켜 목적하는 외주연 형상을 가진 성형품을 완성할 수 있으므로, 내부튜브의 성형성에 관계없이 다중관 중공품 성형이 가능하게 되며 형상정밀도가 크게 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법(S100)에서는, (b) 단계(S20)에서의 내부튜브(300,340)로 주입되는 유체(F)의 유량은 (c) 단계(S30)에서의 내부튜브(300,320,340)의 유로홀(310,322,342)을 통해 유출되는 유체(F)의 유량과 동일하게 유지되거나, 내부튜브(300,320,340)의 내/외주연으로 공급되는 유량 차이로 인해 발생하는 압력 차가 내부튜브(300,320,340)의 항복응력 미만이 되는 범위 내에서 결정됨으로써, 외부튜브(200)만 소성변형이 이루어지도록 구성한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 내부튜브(300,340)로 주입된 유체(F)는 유로홀(310,322,342)을 통해 외부튜브(200)의 내주연으로 유출되고 내부튜브(300,320,340)의 내/외주연에는 유체(F)로 인한 액압이 발생하게 된다. 이때 유량의 차이로 인한 압력차가 생기게 되면 내부튜브(300,320,340)에 주름이 생기는 등의 결함이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 내부튜브(300,340)로 주입되는 유체(F) 유량을 내부튜브(300,320,340)의 유로홀(310,322,342)을 통해 유출되는 유체(F) 유량과 동일하게 유지시켜 내부튜브(300,320,340)의 내/외주연에 가해지는 압력을 동일하게 하거나, 또는 유량의 차이가 있다고 해도 이로 인해 발생되는 압력차가 내부튜브(300,320,340)의 항복응력 미만이 되는 유량으로 유지시킴으로써, 내부튜브(300,320,340)의 변형없이 외부튜브(200)에만 성형에 필요한 액압이 가해질 수 있도록 한다. 여기서의 주입되어야 할 유체(F)의 유량은 내부튜브의 단면적과 유로홀의 갯수 및 단면적 등을 통해 산출될 수 있다.
따라서 외부튜브(200)만 선택적으로 소성변형이 이루어짐으로써 내부튜브(300,320,340)의 형상 변화없이 목적하는 외부 형상을 가진 중공품을 성형할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법(S100)은, 다중관 조립체(100)의 내부튜브(300,320,340)에 형성된 유로홀(310,322,342)을 통해 유체(F)를 유출시켜 외부튜브(200)의 내주연을 가압하여 액압성형시킴으로써 내부튜브(300,320,340)의 성형성에 관계없이 다중관 중공품 성형이 가능하게 되고 형상정밀도가 크게 향상될 뿐만 아니라 내부튜브(300,320,340)의 형상 변화없이 외부튜브(200)만 선택적으로 소성변형시켜 목적하는 외부 형상을 가진 중공품을 생산할 수 있는 차별된 장점이 있다.
100 : 다중관 조립체
200 : 외부튜브
300 : 내부튜브 310 : 유로홀
320,340 : 중공튜브 322,342 : 유로홀
M : 금형 U : 상부금형
L : 하부금형 C : 캐비티
F : 유체

Claims (5)

  1. (a) 중공의 외부튜브의 내부에 방사상으로 복수의 유로홀이 형성된 중공의 내부튜브가 삽입된 다중관 조립체가 금형 내에 안착되는 단계;와
    (b) 상기 내부튜브의 내주연으로 유체가 주입되는 단계;
    (c) 상기 유체가 상기 내부튜브의 유로홀로 유출되면서 상기 외부튜브의 내주연에 액압을 가하는 단계; 및
    (d) 상기 외부튜브가 확관 및 소성변형되면서 목적하는 외주연 형상을 가진 성형품으로 완성되는 단계;를 포함하는 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부튜브는,
    적어도 둘 이상의 중공 튜브가 삽입된 다중튜브로 이루어지고, 상기 각각의 중공 튜브에 형성된 유로홀은 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부튜브 및 내부튜브는 이종(異種)소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서의 내부튜브로 주입되는 유체의 유량은,
    상기 (c) 단계에서의 내부튜브의 유로홀을 통해 유출되는 유체의 유량과 동일하게 유지됨으로써, 상기 외부튜브만 소성변형이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서의 내부튜브로 주입되는 유체의 유량은,
    상기 내부튜브의 내/외주연으로 공급되는 유량 차이로 인해 발생하는 압력 차가 상기 내부튜브의 항복응력 미만이 되는 범위 내에서 결정됨으로써, 상기 외부튜브만 소성변형이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 다중관을 이용한 중공형 액압 성형품 제조 방법.
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