KR20180085563A - 튜브 압출 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열로에 상기 슬러그를 진입시켜 480℃로 가열하는 가열공정, 상기 가열공정에서 가열된 슬러그를 커팅하는 커팅공정, 튜브 압출을 위한 금형을 상기 가열공정에서 가열된 슬러그와 동일한 온도로 예열시키는 금형 예열공정, 상기 금형 예열공정에서 예열된 금형을 압출기에 장착하고, 상기 압출기에 상기 커팅된 슬러그를 수용한 후, 가압수단으로 상기 슬러그를 가압하여 상기 금형의 성형구멍으로 통과시켜 상기 성형구멍에 대응하는 형상의 튜브로 압출 성형하는 압출공정, 상기 압출공정에서 압출된 튜브의 선단을 클램핑한 상태에서 상기 튜브의 압출 진행방향으로 밀려나며 압출된 튜브의 처짐을 방지한 상태로 튜브의 인출을 가이드하는 가이드 공정, 상기 압출공정에서 압출 성형된 튜브의 양단을 물은 다음, 상기 튜브를 양쪽에서 소정 압력으로 잡아당겨 상기 튜브의 휨을 교정하는 스트레칭 공정, 상기 스트레칭 공정에서 직진도가 보정된 튜브를 설정된 길이로 절단하는 압출 절단공정, 상기 압출 절단공정에서 설정된 길이로 절단된 튜브를 열처리하는 열처리공정, 상기 열처리 공정을 거친 튜브를 보빈에 권취시키는 보빈 권취공정 및 상기 보빈 권취공정에 권취된 코일을 인발다이스로 통과시킨 후, 회전드럼에 감아 상기 코일의 직진도를 보정하는 과정에서 코일을 권취시키는 인발공정을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 튜브 압출 성형방법을 제공한다.

Description

튜브 압출 성형방법{method of forming tube pressing}

본 발명은 슬러그를 튜브로 압출 성형하는 방법에 관한 것으로서, 압출 및 스트레칭 그리고 인발공정을 통해 환봉 형상의 슬러그를 두께가 얇은 코일로 연속적으로 압출 성형토록 한 튜브 압출 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로 압출 성형은 빌렛(billet) 형태의 덩어리 소재(bulk material)인 슬러그(slug)를 원료로 하여 튜브와 같은 파이프등을 압출 성형하는 대표적인 금속 성형방법중에 하나이다.

일 예로 압출 성형방식으로 제조된 튜브는 자동차나 혹은 각종 산업분야의 열교환기로 사용되는 제품으로서 통상열교환기용 압출 튜브는 압출법에 의해 형성된 알루미늄 재질의 튜브와, 그 표면에 형성된 코팅층으로 구성한다.

상기 코팅층은 상기 열교환기용 압출 튜브의 표면에 방열핀을 부착할 때 접착체 역할을 수행하기 위한 것으로서, 상기 알루미늄 재질의 튜브의 표면에 실리콘 분말이 포함된 도포액을 도포함으로써 형성된다.

한편, 열교환기용으로 사용되는 튜브는 약 440~450℃ 정도로 예열된 알루미늄 빌렛을 금형을 통해 압출함에 따라 제작되는 데, 압출금형은 대한민국 등록특허 1240494호에 개시된 금형을 예로 들 수 있다.

그러나 튜브는 예열과정을 거쳐 압출 금형으로 투입되는 반면, 압출 금형은 튜브 보단 낮은 온도를 가질 경우, 튜브와 금형간의 온도차이로 인해 압출중에 있는 튜브가 급격하게 식어버려 원하는 형상으로 압출이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

또한 압출된 튜브는 냉각과정에서 휨이 발생하는 등의 변형이 이루어지는 데, 이러한 변형을 교정하지 않고 제품으로 출시할 경우 열교환 성능에 막대한 차질을 발생시키게 된다.

문헌 1: 대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 제 10-1999-0036230 호 문헌 2: 대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 제 10-2010-0091471 호

따라서, 본 발명의 목적은 압출 및 스트레칭 그리고 인발공정을 통해 환봉 형상의 슬러그를 두께가 얇은 튜브로 연속적으로 압출 성형한 상태에서 언코일러에 권취토록 한 튜브 압출 성형방법을 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 슬러그를 튜브로 압출 성형하는 방법에 있어서, 가열로에 상기 슬러그를 진입시켜 480℃로 가열하는 가열공정, 상기 가열공정에서 가열된 슬러그를 커팅하는 커팅공정, 튜브 압출을 위한 금형을 상기 가열공정에서 가열된 슬러그와 동일한 온도로 예열시키는 금형 예열공정, 상기 금형 예열공정에서 예열된 금형을 압출기에 장착하고, 상기 압출기에 상기 커팅된 슬러그를 수용한 후, 가압수단으로 상기 슬러그를 가압하여 상기 금형의 성형구멍으로 통과시켜 상기 성형구멍에 대응하는 형상의 튜브로 압출 성형하는 압출공정, 상기 압출공정에서 압출된 튜브의 선단을 클램핑한 상태에서 상기 튜브의 압출 진행방향으로 밀려나며 압출된 튜브의 처짐을 방지한 상태로 튜브의 인출을 가이드하는 가이드 공정, 상기 압출공정에서 압출 성형된 튜브의 양단을 물은 다음, 상기 튜브를 양쪽에서 소정 압력으로 잡아당겨 상기 튜브의 휨을 교정하는 스트레칭 공정, 상기 스트레칭 공정에서 직진도가 보정된 튜브를 설정된 길이로 절단하는 압출 절단공정, 상기 압출 절단공정에서 설정된 길이로 절단된 튜브를 열처리하는 열처리공정, 상기 열처리 공정을 거친 튜브를 보빈에 권취시키는 보빈 권취공정 및 상기 보빈 권취공정에 권취된 코일을 인발다이스로 통과시킨 후, 회전드럼에 감아 상기 코일의 직진도를 보정하는 과정에서 코일을 권취시키는 인발공정을 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 튜브 압출 성형방법은 슬러그의 가열온도와 압출 금형의 온도를 동일한 조건으로 가열한 상태에서 압출 성형이 이루어지도록 하여 튜브의 형상이 변형되는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

또한 성형된 튜브는 일정시간 동안 스트레칭 과정을 거쳐 직진도 및 휨을 교정하도록 하여 제품 성능이 우수한 튜브를 성형할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 튜브를 압출 성형하기 위한 공정 흐름을 도시한 도면.

본 발명에서는 빌렛(billet) 형태의 덩어리 소재(bulk material)인 슬러그(slug)를 원료로 하여 튜브를 압출 성형할 때, 가열공정, 커팅공정, 금형 예열공정, 압출공정, 클램핑공정, 스트레칭공정, 절단공정, 열처리공정, 보빈권취공정 및 인발공정을 거쳐 성형토록 하여 휨 및 굽힘성없이 매우 높은 정밀성을 가진 튜브를 성형할 수 있도록 한 환봉 형상의 소재를 파이프로 압출 성형하는 방법을 구현하고자 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 기술하기로 한다.

첨부된 도 1은 덩어리 소재(bulk material)인 슬러그(slug)를 원료로 하여 튜브를 압출 성형하기 위한 공정 흐름을 도시한 도면이다.

도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 튜브 압출 성형방법은 가열공정(10), 커팅공정(20), 금형 예열공정(30), 압출공정(40), 가이드공정(50), 스트레칭공정(60), 절단공정(70), 열처리공정(80), 보빈권취공정(90) 및 인발공정(100)으로 이루어진다.

상기 가열공정(10)은 덩어리 소재(bulk material)인 슬러그를 튜브로 압출 성형할 수 있도록 가열시키는 공정으로서, 가열로에 슬러그가 진입하기 전, 브로워스위치를 "온" 한 다음, 가열로의 열전대를 작동시키고 가스버너를 점화시킨다. 이때 가열온도는 480℃로 설정한 후, 가열온도 및 슬러그의 길이가 설정된 값과 동일하면 레일을 구동시켜 슬러그를 가열로로 진입시키도록 한다. 즉, 상기 슬러그는 압출에 최적의 온도인 480℃의 온도로 가열된다.

상기 커팅공정(20)은 상기 가열공정(10)을 거쳐 압출에 필요한 조건으로 가열된 슬러그를 다시 일정길이로 커팅시키는 공정으로서, 상기 가열공정(10)의 가열로의 출구쪽에 커팅휠을 설치하여, 가열로의 출구로 슬러그가 빠져나오고 나면, 상기 슬러그를 클램핑한 상태에서 설정된 길이만큼 잘라 커팅시키게 된다. 이때 슬러그의 설정된 커팅길이는 압출 성형될 튜브의 길이에 맞도록 슬러그의 길이로 커팅하는 것을 말한다.

상기 금형 예열공정(30)은 후 공정인 압출공정(40)에 사용될 금형(즉, 슬러그를 압출시켜 튜브로 압출 성형하기 위해 상기 슬러그가 통과하는 성형구멍이 형성된 금형)을 예열하는 공정이다.

즉, 압출 공정(40)으로 투입된 슬러그는 전 공정인 가열공정(10)을 거쳐 압출에 최적의 온도로 가열된 반면, 상기 슬러그가 통과하는 성형구멍을 가진 금형을 상기 슬러그와 동일한 온도로 데워주지 않을 경우, 슬러그와 금형간의 온도 차이로 인해 슬러그가 금형을 통과할 때, 급격하게 식어버려 압출된 튜브의 형상이 변형되는 등의 문제점이 있다. 따라서, 상기 금형 예열공정(30)의 예열로에 금형을 수용한 후, 상기 금형을 슬러그와 동일한 온도로 예열한 후, 압출공정의 압출기에 설치토록 한다.

상기 금형 예열공정(30)의 작업조건은 금형 예열온도를 480℃로 설정한 다음, 금형 규격별로 예열시간을 달리 설정한다. 예를 들어 금형의 직경이 Ø250 이하는 3시간 이상 예열하고, 금형의 직경이 Ø350 이하는 4시간 이상 예열하도록 설정한 후, 상기 설정된 예열온도에서 설정된 예열시간까지 반드시 경과한 후, 금형을 취출하여 압출기에 설치토록 한다.

상기 압출공정(40)은 전 공정인 커팅공정(20)을 거쳐 설정된 길이로 커팅된 슬러그를 금형으로 통과시켜 원하고자 하는 직경을 가진 튜브로 압출 성형하는 공정이다.

상기 압출공정(40)에는 압출기와, 상기 압출기의 선단에 설치되는 금형 그리고 상기 압출기로 압력을 행사하는 가압수단 및 냉각수펌프로 구성한다.

상기 압출기의 내부에는 히터를 설치하여, 상기 압출기의 온도를 슬러그와 동일한 온도인 480℃가 유지되도록 하고, 또한 금형 역시 전 공정인 금형 예열공정에서 480℃로 예열한 상태에서 설치토록 한다.

압출공정(40)의 동작은 상기 압출기로 가열공정(10) 및 커팅공정(20)을 거쳐 가열 커팅된 슬러그를 삽입한 다음, 가압수단을 작동시켜 슬러그를 밀어 상기 금형의 성형공간에 대응하는 형상의 튜브로 압출 성형하고, 성형된 튜브는 후 공정인 가이드수단(50)이 클램핑하여 튜브의 압출 진행방향으로 밀려나며 튜브를 처짐 없이 압출시키도록 한다. 이때 압출 과정에서 냉각수펌프가 구동하여 압출중에 있는 튜브를 냉각시키게 된다. 냉각조건은 수냉식일 경우 온도계를 통해 40℃ 이하가 될 때까지 수행하고 공냉식은 작업자가 육안으로 확인하여 완전한 냉각이 이루어질 때까지 수행토록 한다.

상기 압출기의 선단에 설치되는 금형은 압출하고자 하는 제품의 형상에 맞는 다양한 금형으로 교체하여 사용할 수 있도록 한다.

상기 가이드공정(50)은 압출공정(40)의 금형을 통과하여 압출된 튜브를 클램핑하여 상기 튜브의 압출 진행방향을 따라 밀려나며 튜브가 처지거나 변형됨없이 이송롤러를 통해 압출기에서 빠져나올 수 있도록 가이드하게 된다. 이때 상기 가이드공정(50)에 사용되는 클램프는 별도의 구동원의 동작으로 구동하는 것이 아니라, 상기 튜브의 압출력이 작용하면 작용된 압출력에 의해 후방으로 이동하도록 구성함이 바람직하며, 이는 압출과정을 거친 튜브에 클램프의 외력(즉, 클램프에 별도의 구동원이 설치되어 상기 클램프를 강제 이동시키는 힘)이 자칫 작용하여 압출된 튜브의 형상이 변형되는 것을 방지토록 하기 위함이다. 상기 클램핑공정의 클램핑 동작은 수동이나 자동중에 어느 하나로 선택할 수 있다.

상기 가이드공정(50)에 클램핑된 상태로 압출된 튜브는 이송레일에 안치된 다음, 후 공정인 스트레칭 공정(60)으로 이송된다.

상기 스트레칭 공정(60)은 전 공정을 거쳐 압출 성형된 튜브가 이송레일을 타고 공급되면 상기 튜브의 양단을 지그로 물어 소정 압력으로 튜브를 잡아당겨 튜브의 비틀어진 직진도 및 휨을 교정하는 공정이다. 상기 스트레칭 공정(60)에 사용되는 장비는 서로 마주보는 상태로 구비되는 한 쌍의 지그로 구성하고, 상기 지그 사이에 튜브의 양단을 물린 다음, 설정된 시간 동안 튜브를 잡아당겨 직진도를 보정하게 된다. 이때 튜브의 당김은 튜브의 직경 크기가 변형되지 않는 허용치 내에서 이루어짐이 바람직할 것이다.

상기 압출 절단공정(70)은 전 공정인 스트레칭 공정(60)을 거쳐 직진도가 보정된 튜브를 발주처에서 요구하는 길이로 절단하는 공정이다.

상기 압출 절단공정(70)은 절단 길이를 세팅한 다음, 이송컨베이어를 통해 튜브를 세팅된 절단기에 위치하고 나면 절단톱을 작동시켜 튜브를 설정된 길이만큼 절단하게 된다.

상기 열처리 공정(80)은 전 공정인 압출 절단공정(70)을 거쳐 설정된 길이로 절단된 튜브 조직의 연화와 균질화 및 잔류 응력의 제거등을 위하여 고온으로 가열하였다가 냉각시키는 공정이다.

상기 열처리 공정(80)의 작업조건은 열처리로 내로 튜브가 진입하고 나면 열처리로를 1시간 30분안 175℃의 온도로 서서히 가열한 다음, 열처리로 내의 온도가 175℃에 도달하면 이때의 8시간 동안 유지시켜 튜브를 열처리토록 한다.

상기 보빈 권취 공정(90)은 열처리공정을 거친 튜브중에서 비교적 얇은 두께를 가지면서도 길이가 긴 형태로 성형된 튜브(즉, 열교환기용으로 사용되는 튜브)를 형상 변형없이 다음 공정인 인발 공정으로 공급할 목적으로 제공되는 공정이다.

즉, 압출 성형된 제품이 튜브가 아닌 자동차용 베터리 지지프레임이나 혹은 이너프레임 등 두께가 두껍고 비교적 길이가 짧게 성형된 제품은 보빈 권취 및 인발 공정을 별도로 수행하지 않고 열처리 공정을 거쳐 곧바로 발주처로 보내도록 하고, 언급한 열교환기용으로 사용되는 튜브와 같은 종류의 비교적 얇은 두께를 가지면서도 길이가 긴 형태로 성형된 제품은 보빈 권취 공정(90)에서 일차적으로 수회 감은 다음, 인발공정(100)으로 보내져 인발과 동시에 언코일러의 회전드럼에 감겨지도록 한다.

상기 보빈 권취 공정(90)은 보빈을 장착한 다음, 상기 보빈에 튜브의 일단을 감은 다음, 상기 보빈을 회전시켜 튜브가 보빈에 감겨지도록 한다. 이때 냉풍기를 설치하여 권취과정에서 튜브를 식혀주도록 한다.

상기 인발 공정(100)은 보빈 권취 공정(90)을 거쳐 보빈에 감겨져 있는 코일을 인발하며 최종적으로 형상을 보정한 다음, 언코일러의 회전드럼에 취시키게 된다.

상기 인발 공정(100)의 작업조건은 보빈에 감겨져 있는 튜브를 장착한 다음, 인발다이스, 세척장치, 에디코일등을 점검하고, 인발 제품치수 및 원점 세팅한 후, 튜브 전단면을 스웨징하여 구찌를 만든 후 인발 및 외관 세정을 수행한다.

다음, 에디코일을 통과시켜 화면의 신호 정상유무를 확인한 후, 통과한 튜브를 권취드럼의 하단에 고정시킨 다음, 상기 권취드럼을 회전시키게 되면 튜브는 인발다이스를 통과하는 과정에서 형상이 최종적으로 보정된 상태로 권취드럼에 감겨지게 된다.

상기 선택 절단공정(110)은 전술한 보빈 권취 공정(90) 및 인발 공정(100)을 거치지 않고 열처리된 상태로 성형이 완료된 제품(예를 들어 자동차 베터리 지지프레임)을 발주처의 요구에 맞는 길이로 정밀하게 측정한 후, 절단 작업을 수행하는 공정이다.

상기 선택 절단공정(110)은 최종적으로 절단 길이를 세팅한 후, 절단톱을 설정된 위치로 이동시킨 다음, 적재대에 제품이 올려지고 나면 상기 절단톱을 이용하여 원하는 길이로 자동 절단토록 한다.

10: 가열공정 20: 커팅공정
30: 금형예열공정 40: 압출공정
50: 가이드공정 60: 스트레칭공정
70: 압출 절단공정 80: 열처리 공정
90: 보빈권취공정 100: 인발공정
110: 선택절단공정

Claims (1)

1. 슬러그를 튜브로 압출 성형하는 방법에 있어서,
   가열로에 상기 슬러그를 진입시켜 480℃로 가열하는 가열공정(10);
   상기 가열공정(10)에서 가열된 슬러그를 커팅하는 커팅공정(20);
   튜브 압출을 위한 금형을 상기 가열공정(10)에서 가열된 슬러그와 동일한 온도로 예열시키는 금형 예열공정(30);
   상기 금형 예열공정(30)에서 예열된 금형을 압출기에 장착하고, 상기 압출기에 상기 커팅된 슬러그를 수용한 후, 가압수단으로 상기 슬러그를 가압하여 상기 금형의 성형구멍으로 통과시켜 상기 성형구멍에 대응하는 형상의 튜브로 압출 성형하는 압출공정(40);
   상기 압출공정(40)에서 압출된 튜브의 선단을 클램핑한 상태에서 상기 튜브의 압출 진행방향으로 밀려나며 압출된 튜브의 처짐을 방지한 상태로 튜브의 인출을 가이드하는 가이드 공정(50);
   상기 압출공정(40)에서 압출 성형된 튜브의 양단을 물은 다음, 상기 튜브를 양쪽에서 소정 압력으로 잡아당겨 상기 튜브의 휨을 교정하는 스트레칭 공정(60);
   상기 스트레칭 공정(60)에서 휨이 교정된 튜브를 설정된 길이로 절단하는 압출 절단공정(70);
   상기 압출 절단공정(70)에서 설정된 길이로 절단된 튜브를 열처리하는 열처리공정(80);
   상기 열처리 공정(80)을 거친 튜브를 보빈에 권취시키는 보빈 권취공정(90) 및 ;
   상기 보빈 권취공정(90)에 권취된 코일을 인발다이스로 통과시킨 후, 회전드럼에 감아 상기 코일의 직진도를 보정함과 동시에 코일을 권취시키는 인발공정(100)을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 튜브 압출 성형방법.
   
   
   
   
   

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