KR20200103993A - Pipe Drawing Molding Method, Pipe Drawing Device, and Pipe Hot Drawing Process Design Method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파이프 인발 성형 방법, 파이프 인발 장치 및 파이프 열간 인발 공정 설계 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 열간 인발 성형 시 파이프의 인발 속도를 일정하게 조절하여 치수정밀도를 향상시키는 인발 성형 방법과, 인발 성형 시 파이프 후단에 인발 방향으로 압축력을 가하는 인발 장치와, 유한요소해석을 통해 공정 조건을 최적화 할 수 있는 공정 설계 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pipe pultrusion method, a pipe drawing apparatus, and a pipe hot drawing process design method, and more particularly, a pultrusion method for improving dimensional accuracy by constantly adjusting a drawing speed of a pipe during hot drawing, and a drawing The present invention relates to a drawing device that applies a compressive force in the drawing direction to the rear end of a pipe during molding, and a process design method that can optimize process conditions through finite element analysis.
인발(Drawing)은 봉재나 선재를 인발 다이(draw die) 사이로 잡아당겨서 단면을 감소시키거나 변형시키는 공정이다. 인발된 봉재와 선재는 변속기용 축, 기계구조용 부픔, 건축부재 등으로 사용되며, 인발의 주 공정 변수는 단면감소율, 다이각, 마찰, 인발속도이다. 압출(extrusion)은 인발과는 반대로, 소재를 금형 사이로 밀어내어 변형시키는 공정이다.Drawing is a process of reducing or deforming a cross section by pulling a bar or wire between a draw die. The drawn rods and wires are used as transmission shafts, mechanical structural parts, and building members, and the main process variables of drawing are section reduction rate, die angle, friction, and drawing speed. As opposed to drawing, extrusion is a process in which a material is pushed through molds to deform.
파이프의 제조 방법 중 압출 제조는, 금형의 설계에 따라 원하는 형상을 쉽게 만들 수 있다는 장점이 있으나, 정밀한 치수의 파이프를 제조하기 어렵다는 한계가 있다.Among the pipe manufacturing methods, extrusion manufacturing has the advantage of being able to easily make a desired shape according to the design of a mold, but there is a limitation in that it is difficult to manufacture a pipe having a precise dimension.
파이프의 치수정밀도를 향상시키기 위하여, 압출 등의 방법으로 제조된 파이프를 다시 인발 공정을 거치도록 하는 방법이 주로 사용되고 있다.In order to improve the dimensional accuracy of the pipe, a method of re-drawing a pipe manufactured by a method such as extrusion is mainly used.
파이프의 치수 정밀도 향상을 위한 인발 기술은 현재 용도에 맞게 다양한 형태와 종류로 개발되어 있으나, 그 중 가장 보편적인 인발 파이프 제조기술은 국내등록특허공보 제10-1764091호 "인발 파이프 제조장치"에서 개시된 형태이다.The drawing technology for improving the dimensional precision of pipes has been developed in various shapes and types according to the current use, but the most common drawing pipe manufacturing technology is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1764091 "Pulling Pipe Manufacturing Equipment". Form.
종래 파이프 열간 인발 공정의 경우, 소재의 온도가 높으므로 금형과 플러그 사이에서 파이프가 늘어남에 따라 성형이 되지 않고 금형(die)과 플러그(plug, mandrel) 사이에 고착되는 현상이 발생한다.In the case of a conventional pipe hot drawing process, since the temperature of the material is high, as the pipe is increased between the mold and the plug, it is not molded, and a phenomenon of being fixed between the die and the plug (mandrel) occurs.
이는 소재(파이프)의 강도를 저하시키고, 균일한 제품의 양산이 어려워지며, 공정이 정상적으로 진행되지 못하고 중단되는 상황이 발생할 수 있다.This lowers the strength of the material (pipe), makes it difficult to mass-produce a uniform product, and the process may not proceed normally and may be interrupted.
제조 산업의 특성상, 택타임(Tact time)이 제품 단가에 큰 영향을 미치며, 공정 사이에 발생하는 고착 현상 등으로 인해 로스 타임(Loss time)이 지속적으로 증가하게 되면 큰 손실이 발생하므로, 개선의 필요성이 크다.Due to the nature of the manufacturing industry, the tact time has a great influence on the unit price of the product, and if the loss time continues to increase due to the sticking phenomenon occurring between processes, a large loss occurs. The need is great.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 종래의 파이프 제조 기술의 문제점을 해결하기 위해, 후방(파이프의 전단)에 프레스기를 구비하여 인발 및 압출을 동시에 진행할 수 있는 파이프 인발 장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a pipe drawing device capable of simultaneously drawing and extruding by providing a press machine at the rear (front end of the pipe) in order to solve the problems of the conventional pipe manufacturing technology as described above. will be.
또한, 상기 파이프 인발 장치를 통해 파이프를 성형하는 방법과, 성형 공정의 최적 설계 방법을 제공하는 것이다.In addition, a method for forming a pipe through the pipe drawing device and an optimal design method for the forming process are provided.
본 발명은 종래 파이프 제조 기술의 문제점을 해결하기 위해, 파이프 인발 성형 방법에 있어서, 파이프 인발 장치는 후방 척, 전방 척, 가열장치, 냉각장치, 금형 및 플러그를 포함하고, 파이프를 상기 파이프 인발 장치에 안착시키는 안착단계; 상기 안착단계 후, 파이프의 후방 척 내지 금형 사이에 위치한 부분을 고주파 가열하는 가열단계; 상기 가열단계 후, 전방 척 및 후방 척을 인발 방향으로 이동시키는 인발단계; 상기 인발단계 후, 파이프의 금형 후단에 위치한 부분을 냉각시키는 냉각단계; 상기 가열단계, 인발단계 및 냉각단계는 각각 파이프의 전단, 중단 및 후단에서 동시에 진행되어, 상기 파이프 후단의 냉각단계 후, 파이프를 파이프 인발 장치로부터 탈거하는 탈거단계;를 포함하는, 파이프 인발 성형 방법을 제공한다.The present invention in order to solve the problems of the conventional pipe manufacturing technology, in the pipe pultrusion method, the pipe pulling device includes a rear chuck, a front chuck, a heating device, a cooling device, a mold and a plug, and the pipe is the pipe pulling device. A seating step to settle in; After the seating step, a heating step of high-frequency heating a portion located between the rear chuck and the mold of the pipe; After the heating step, a drawing step of moving the front chuck and the rear chuck in the drawing direction; After the drawing step, a cooling step of cooling a portion located at the rear end of the mold of the pipe; The heating step, the drawing step, and the cooling step are performed simultaneously at the front end, the middle end, and the rear end of the pipe, respectively, and after the cooling step of the rear end of the pipe, a stripping step of removing the pipe from the pipe pulling device; Provides.
또한, 소재는 스테인리스강이고, 직경은 80mm 내지 120mm이며, 두께는 7mm 내지 10mm인 파이프를 성형할 수 있다.In addition, the material is stainless steel, the diameter is 80mm to 120mm, it is possible to form a pipe having a thickness of 7mm to 10mm.
그리고, 상기 가열단계의 파이프 온도는 750도 내지 1100도, 상기 냉각단계의 온도는 0도 내지 30도의 범위에서 성형할 수 있다.In addition, the temperature of the pipe in the heating step may be 750°C to 1100°C, and the temperature in the cooling step may be 0°C to 30°C.
아울러, 상기 인발단계에서, 후방 척의 하중은 14톤 내지 16톤 사이의 범위에서 진행되도록 구성할 수 있다.In addition, in the drawing step, the load of the rear chuck may be configured to proceed in a range between 14 tons to 16 tons.
또한, 파이프 후단을 인발 방향으로 할 때, 파이프 전단에 인발 방향으로 하중을 가하도록 파이프 전단에 체결되는 후방 척; 상기 파이프 후단에 체결되어 파이프에 인발 하중을 가하는 전방 척; 상기 전방 척 및 후방 척 사이에서 파이프의 외측 및 내측에 접촉하는 금형 및 플러그; 상기 후방 척 내지 금형 사이에 위치하여 파이프를 고주파 가열하는 가열장치 및; 상기 금형의 후단에 위치하여 성형된 파이프를 냉각시키는 냉각장치를 포함하는; 파이프 인발 장치를 제공한다.Further, when the rear end of the pipe is in the drawing direction, the rear chuck is fastened to the front end of the pipe so as to apply a load to the front end of the pipe in the drawing direction; A front chuck fastened to the rear end of the pipe to apply a pulling load to the pipe; A mold and a plug contacting the outside and inside of the pipe between the front chuck and the rear chuck; A heating device positioned between the rear chuck and the mold to heat the pipe in high frequency; And a cooling device positioned at the rear end of the mold to cool the formed pipe; Provides a pipe drawing device.
그리고, 상기 파이프 인발 장치를 사용하는 파이프 열간 인발 공정의 설계 방법에 있어서, 상기 파이프 인발 장치를 모델화하여 유한요소해석하는 분석장치가 구비되고; 상기 후방 척의 하중, 파이프의 단면 감소율를 변수로 하여, 각 조건마다 파이프 열간 인발 공정을 모델링하는 인발 모델링 단계; 상기 인발 모델링 단계 후, 각 조건마다 파이프의 전단, 중단 및 후단의 두께를 각각 측정하는 치수측정단계; 상기 치수측정단계 후, 파이프 전단, 중단 및 후단의 치수공차를 모두 만족하는 조건값을 선별하는 치수 정확도 선별단계 및; 상기 치수 정확도 선별단계 후, 각 조건마다 해당 조건에서 파이프 전단, 중단 및 후단의 두께 사이의 표준편차를 계산하여 치수정밀도가 높은 조건값을 선별하는 치수 정밀도 선별단계;를 포함하는, 파이프 열간 인발 공정 설계 방법을 제공한다.In addition, in the design method of a pipe hot drawing process using the pipe drawing device, an analysis device for modeling the pipe drawing device and performing finite element analysis is provided; A drawing modeling step of modeling a pipe hot drawing process for each condition by using the load of the rear chuck and a reduction rate of the section of the pipe as variables; After the pull-out modeling step, a dimension measuring step of measuring the thickness of the front end, the middle end, and the rear end of the pipe for each condition; After the dimensional measurement step, a dimensional accuracy selection step of selecting condition values satisfying all dimensional tolerances of the front end, the middle end, and the rear end of the pipe; After the dimensional accuracy selection step, a dimensional accuracy selection step of selecting a condition value with high dimensional accuracy by calculating a standard deviation between the thickness of the front end, the middle, and the rear end of the pipe under the corresponding condition for each condition; including, a pipe hot drawing process Provides a design method.
아울러, 상기 인발 속도는 3mm/s 내지 7mm/s, 상기 파이프의 단면 감소율은 5% 내지 10%, 상기 후방 척의 하중은 60톤 이하의 범위에서 설정할 수 있다.In addition, the drawing speed may be set in the range of 3mm/s to 7mm/s, the reduction rate of the section of the pipe is 5% to 10%, and the load of the rear chuck is 60 tons or less.
본 발명의 실시 예에 따르면, 파이프 열간 인발 성형 과정에서 금형과 플러그 사이에 발생하는 소재 고착 현상을 개선할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to improve a material sticking phenomenon occurring between a mold and a plug during a pipe hot pultrusion process.
또한, 파이프 열간 인발 공정에서 소재의 강도 저하를 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent a decrease in the strength of the material in the pipe hot drawing process.
그리고, 일정한 속도로 인발 공정을 진행함으로써, 장비의 수명/내구성을 향상시킬 수 있고, 파이프의 치수정밀도가 향상된다.And, by performing the drawing process at a constant speed, the life/durability of the equipment can be improved, and the dimensional accuracy of the pipe is improved.
아울러, 유한요소해석을 이용한 최적 공정 설계를 통해, 좌굴을 발생시키지 않으면서도 인발속도, 치수정확도, 치수정밀도 및 물성이 좋은 파이프를 생산할 수 있다.In addition, through optimal process design using finite element analysis, it is possible to produce pipes with good pulling speed, dimensional accuracy, dimensional accuracy and physical properties without causing buckling.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 의한 파이프 인발 장치의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 의한 파이프 인발 성형 방법의 각 조건에 따라 제조된 파이프의 전단/중단/후단의 두께를 측정한 도표이다.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 의한 파이프 인발 성형 방법에서, 소재(파이프)의 노드점을 선택하여 공정 중 노드의 속도 변화를 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시 예에 의한 파이프 인발 장치에서 금형과 플러그의 형상을 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시 예에 의한 파이프 열간 인발 공정 설계 방법에서 노드를 지정한 도면이다.1 is a schematic diagram of a pipe drawing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a chart measuring the thickness of the front/end/rear end of the pipe manufactured according to each condition of the pipe pultrusion method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a change in speed of a node during a process by selecting a node point of a material (pipe) in the pipe pultrusion method according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the shape of a mold and a plug in the pipe drawing apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view in which nodes are designated in a method for designing a pipe hot drawing process according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the techniques described in this document to specific embodiments, and it is to be understood that various modifications, equivalents, and/or alternatives of the embodiments of this document are included. . In connection with the description of the drawings, similar reference numerals may be used for similar elements.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this document, expressions such as "have," "may have," "include," or "may contain" are the presence of corresponding features (eg, elements such as numbers, functions, actions, or parts). And does not exclude the presence of additional features.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.In this document, expressions such as "A or B," "at least one of A or/and B," or "one or more of A or/and B" may include all possible combinations of the items listed together. . For example, "A or B," "at least one of A and B," or "at least one of A or B" includes (1) at least one A, (2) at least one B, Or (3) it may refer to all cases including both at least one A and at least one B.
본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.Expressions such as "first," "second," "first," or "second," used in this document can modify various elements, regardless of their order and/or importance, and refer to one element. It is used to distinguish it from other components and does not limit the components. For example, a first user device and a second user device may represent different user devices regardless of order or importance. For example, without departing from the scope of the rights described in this document, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be renamed to a first component.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어(operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될수 있다.Some component (eg, the first component) is “(functionally or communicatively) coupled with/to” to another component (eg, the second component) When referred to as "connected to", it should be understood that the certain component may be directly connected to the other component, or may be connected through another component (eg, a third component). On the other hand, when a component (eg, a first component) is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another component (eg, a second component), the component and the It may be understood that no other component (eg, a third component) exists between the different components.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.The expression "configured to" as used in this document is, for example, "suitable for," "having the capacity to" depending on the situation. ," "designed to," "adapted to," "made to," or "capable of." The term "configured to (or set)" may not necessarily mean only "specifically designed to" in hardware. Instead, in some situations, the expression "a device configured to" may mean that the device "can" along with other devices or parts. For example, the phrase “a processor configured (or configured) to perform A, B, and C” means a dedicated processor (eg, an embedded processor) for performing the operation, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , May mean a generic-purpose processor (eg, a CPU or an application processor) capable of performing corresponding operations.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.Terms used in this document are only used to describe a specific embodiment, and may not be intended to limit the scope of other embodiments. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the technical field described in this document. Among the terms used in this document, terms defined in a general dictionary may be interpreted as having the same or similar meanings as those in the context of the related technology, and unless explicitly defined in this document, an ideal or excessively formal meaning Is not interpreted as. In some cases, even terms defined in this document cannot be interpreted to exclude embodiments of this document.
본 발명의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.Various modifications can be made by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims of the present invention, and these modifications are the technical spirit of the present invention. It should not be understood individually from the perspective.
본 발명의 실시 예에 따르면, 파이프 인발 성형 방법에 있어서, 파이프 인발 장치는 후방 척, 전방 척, 가열장치, 냉각장치, 금형 및 플러그를 포함하고, 파이프를 상기 파이프 인발 장치에 안착시키는 안착단계; 상기 안착단계 후, 파이프의 후방 척 내지 금형 사이에 위치한 부분을 고주파 가열하는 가열단계; 상기 가열단계 후, 전방 척 및 후방 척을 인발 방향으로 이동시키는 인발단계; 상기 인발단계 후, 파이프의 금형 후단에 위치한 부분을 냉각시키는 냉각단계; 상기 가열단계, 인발단계 및 냉각단계는 각각 파이프의 전단, 중단 및 후단에서 동시에 진행되어, 상기 파이프 후단의 냉각단계 후, 파이프를 파이프 인발 장치로부터 탈거하는 탈거단계;를 포함하는, 파이프 인발 성형 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, in the pipe drawing method, the pipe drawing device includes a rear chuck, a front chuck, a heating device, a cooling device, a mold and a plug, and a seating step of seating the pipe in the pipe drawing device; After the seating step, a heating step of high-frequency heating a portion located between the rear chuck and the mold of the pipe; After the heating step, a drawing step of moving the front chuck and the rear chuck in the drawing direction; After the drawing step, a cooling step of cooling a portion located at the rear end of the mold of the pipe; The heating step, the drawing step, and the cooling step are performed simultaneously at the front end, the middle end, and the rear end of the pipe, respectively, and after the cooling step of the rear end of the pipe, a stripping step of removing the pipe from the pipe pulling device; Provides.
상기 인발단계에서, 파이프(소재)의 특정 부위(노드)를 지정하여 전체 공정 중 속도 변화를 측정한 그래프를 도 3에 도시하였다. 도 5에는 파이프의 임의의 위치(금형 진입 전 파이프의 등 간격 5개의 점, P1~P5)에 노드를 표시한 예시를 나타낸 도면이다.In the drawing step, a graph in which a specific part (node) of a pipe (material) is designated and a change in speed during the entire process is measured is shown in FIG. 3. FIG. 5 is a diagram showing an example in which nodes are displayed at an arbitrary position of a pipe (five equally spaced points of the pipe before entering the mold, P1 to P5).
이 때, 성형이 일어나는 부분(금형 진입 구간)뿐만 아니라 공정 전체적으로 속도의 분포가 일정하지 않게 나타나는 것을 확인할 수 있다.At this time, it can be seen that the distribution of speed is not uniform throughout the process as well as the portion where the molding occurs (the mold entry section).
한편, 후방 척의 경우 속도제어가 힘들기 때문에, 일정한 속도를 유지하기 위한 최적설계가 필요하다.On the other hand, in the case of the rear chuck, since speed control is difficult, an optimal design is required to maintain a constant speed.
공정 속도의 변화는 성형된 파이프의 치수 정밀도와 밀접하게 연관되기 때문에 일정한 속도를 갖도록 제어하는 것이 매우 중요하나, 후방 척의 기계적/물리적 한계로 인하여 전체 공정 속도를 일정하게 유지하는 것이 어렵다.Since the change in the process speed is closely related to the dimensional accuracy of the formed pipe, it is very important to control it to have a constant speed, but it is difficult to keep the overall process speed constant due to the mechanical/physical limitations of the rear chuck.
본 발명의 실시 예에서는, 상기와 같은 공정 속도 유지의 어려움을 극복하기 위하여, 최적 설계를 통해 공정 속도가 최대한 일정하게 유지되는 조건을 설정하였다.In an embodiment of the present invention, in order to overcome the difficulty in maintaining the process speed as described above, a condition in which the process speed is kept as constant as possible through an optimal design is set.
또한, 소재는 스테인리스강이고, 직경은 80mm 내지 120mm이며, 두께는 7mm 내지 10mm인 파이프를 성형할 수 있다.In addition, the material is stainless steel, the diameter is 80mm to 120mm, it is possible to form a pipe having a thickness of 7mm to 10mm.
본 발명의 실시 예에서는, 소재로 SUS316L을 사용하였다.In the embodiment of the present invention, SUS316L was used as a material.
그리고, 상기 가열단계의 파이프 온도는 750도 내지 1100도, 상기 냉각단계의 온도는 0도 내지 30도의 범위에서 성형할 수 있다.In addition, the temperature of the pipe in the heating step may be 750°C to 1100°C, and the temperature in the cooling step may be 0°C to 30°C.
냉각단계에서는 상온(실온)에서 자연냉각시키거나 냉각수 등을 사용하여 냉각하는 방법 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 냉각장치는 송풍기, 냉각수 공급장치 등이 포함될 수 있다.In the cooling step, natural cooling at room temperature (room temperature) or cooling using cooling water may be used. In this case, the cooling device may include a blower and a cooling water supply device.
가열단계의 파이프 온도는 파이프 자체의 온도를 의미하며, 냉각단계의 온도란 냉각장치의 온도를 의미한다. 냉각장치로 파이프를 냉각시키더라도 파이프 자체의 온도는 0도 내지 30도의 범위와 다를 수 있다.The temperature of the pipe in the heating step means the temperature of the pipe itself, and the temperature in the cooling step means the temperature of the cooling device. Even if the pipe is cooled with a cooling device, the temperature of the pipe itself may differ from the range of 0 to 30 degrees.
아울러, 상기 인발단계에서, 후방 척의 하중은 14톤 내지 16톤 사이의 범위에서 진행되도록 구성할 수 있다.In addition, in the drawing step, the load of the rear chuck may be configured to proceed in a range between 14 tons to 16 tons.
후방 척의 압축 하중이 너무 큰 경우(30톤 이상) 파이프의 전단(후방척 결합부위 주변)에 좌굴이 발생하므로, 고착 현상을 방지할 정도로 충분히 큰 하중이면서 파이프에 좌굴이 발생하지 않는 최적 조건으로 상기와 같은 압력 범위에서 인발단계를 진행할 수 있다.If the compressive load of the rear chuck is too large (more than 30 tons), buckling occurs at the front end of the pipe (around the rear-chuck joint), so it is a load large enough to prevent sticking and is the optimum condition in which buckling does not occur in the pipe. The drawing step can be performed in the same pressure range.
압력이 너무 높은 경우에는 좌굴 이외에도 금형 및 플러그 사이에서 소재 쌓임 현상이 발생할 수 있다.If the pressure is too high, in addition to buckling, material buildup may occur between the mold and the plug.
또한, 파이프 후단을 인발 방향으로 할 때, 파이프 전단에 인발 방향으로 하중을 가하도록 파이프 전단에 체결되는 후방 척; 상기 파이프 후단에 체결되어 파이프에 인발 하중을 가하는 전방 척; 상기 전방 척 및 후방 척 사이에서 파이프의 외측 및 내측에 접촉하는 금형 및 플러그; 상기 후방 척 내지 금형 사이에 위치하여 파이프를 고주파 가열하는 가열장치 및; 상기 금형의 후단에 위치하여 성형된 파이프를 냉각시키는 냉각장치를 포함하는; 파이프 인발 장치를 제공한다.Further, when the rear end of the pipe is in the drawing direction, the rear chuck is fastened to the front end of the pipe so as to apply a load to the front end of the pipe in the drawing direction; A front chuck fastened to the rear end of the pipe to apply a pulling load to the pipe; A mold and a plug contacting the outside and inside of the pipe between the front chuck and the rear chuck; A heating device positioned between the rear chuck and the mold to heat the pipe in high frequency; And a cooling device positioned at the rear end of the mold to cool the formed pipe; Provides a pipe drawing device.
본 발명의 실시 예에 의한 파이프 성형 조건에서, 금형 입구부(다이)에 형성된 원호의 반경은 65mm(60mm 내지 70mm 범위)로 구성되는 것이 바람직하다. 금형 입구부에 형성된 원호(R)를 도 4에 도시하였다. 플러그 각(A)은 5도(4도 내지 6도 범위)로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 기재한 범위 이외로 구성하는 것도 가능하나, 상기 범위에서 최적의 가공 결과(가공 속도, 변형, 강도, 가공정밀도 등)가 도출되었다.In the pipe forming conditions according to the embodiment of the present invention, it is preferable that the radius of the arc formed at the mold inlet (die) is 65 mm (range from 60 mm to 70 mm). An arc (R) formed at the entrance of the mold is shown in FIG. It is preferable that the plug angle A is composed of 5 degrees (
상기 후방 척은 파이프의 내측으로 삽입되어 파이프 내주면에 접촉하고 파이프 외주면 방향으로 힘을 가해서 파이프를 고정시키도록 구성될 수 있다.The rear chuck may be configured to be inserted into the inside of the pipe, contact the inner circumferential surface of the pipe, and apply a force in the direction of the outer circumferential surface of the pipe to fix the pipe.
그리고, 상기 파이프 인발 장치를 사용하는 파이프 열간 인발 공정의 설계 방법에 있어서, 상기 파이프 인발 장치를 모델화하여 유한요소해석하는 분석장치가 구비되고; 상기 후방 척의 하중, 파이프의 단면 감소율를 변수로 하여, 각 조건마다 파이프 열간 인발 공정을 모델링하는 인발 모델링 단계; 상기 인발 모델링 단계 후, 각 조건마다 파이프의 전단, 중단 및 후단의 두께를 각각 측정하는 치수측정단계; 상기 치수측정단계 후, 파이프 전단, 중단 및 후단의 치수공차를 모두 만족하는 조건값을 선별하는 치수 정확도 선별단계 및; 상기 치수 정확도 선별단계 후, 각 조건마다 해당 조건에서 파이프 전단, 중단 및 후단의 두께 사이의 표준편차를 계산하여 치수정밀도가 높은 조건값을 선별하는 치수 정밀도 선별단계;를 포함하는, 파이프 열간 인발 공정 설계 방법을 제공한다.In addition, in the design method of a pipe hot drawing process using the pipe drawing device, an analysis device for modeling the pipe drawing device and performing finite element analysis is provided; A drawing modeling step of modeling a pipe hot drawing process for each condition by using the load of the rear chuck and a reduction rate of the section of the pipe as variables; After the pull-out modeling step, a dimension measuring step of measuring the thickness of the front end, the middle end, and the rear end of the pipe for each condition; After the dimensional measurement step, a dimensional accuracy selection step of selecting condition values satisfying all dimensional tolerances of the front end, the middle end, and the rear end of the pipe; After the dimensional accuracy selection step, a dimensional accuracy selection step of selecting a condition value with high dimensional accuracy by calculating a standard deviation between the thickness of the front end, the middle, and the rear end of the pipe under the corresponding condition for each condition; including, a pipe hot drawing process Provides a design method.
다음 표 1은 하나의 시험 예로서, 하기와 같은 조건에서는 인발속도 5mm/s, 하중 15Ton 일때 치수정확도 및 치수정밀도가 가장 높게 측정되었다.Table 1 below is an example of a test, and under the following conditions, the dimensional accuracy and dimensional accuracy were measured to be the highest at a pulling speed of 5 mm/s and a load of 15 Ton.
도 2에 상기와 같은 조건에서 시험하였을 때의 파이프 두께를 도시하였다. 목표 두께 8.075mm에서 치수 공차 0.75%를 만족하여야 하므로, 두께의 하한은 8.015mm이다. 이 때, Case A에서는 파이프 후단에서 치수 공차 범위를 벗어나므로 적합한 조건이 아니다.2 shows the pipe thickness when tested under the same conditions as described above. At the target thickness of 8.075mm, the dimensional tolerance of 0.75% must be satisfied, so the lower limit of the thickness is 8.015mm. At this time, in Case A, it is not a suitable condition because it is outside the dimensional tolerance range at the rear end of the pipe.
Case B 내지 D의 전단/중단/후단은 모두 치수 공차를 만족하나, 치수정확도 및 치수정밀도에서 차이가 있다. 전단/중단/후단의 평균값이 8.075mm에 가장 가까운 Case D가 치수정확도가 가장 높으며, 치수정밀도는 전단/중단/후단의 표준편차가 가장 작은 Case C가 높다고 할 수 있다.The front/end/rear ends of Cases B to D all satisfy dimensional tolerances, but there are differences in dimensional accuracy and dimensional accuracy. Case D, where the average value of the front end/stop/rear end is closest to 8.075mm, has the highest dimensional accuracy, and Case C, which has the smallest standard deviation of the front end/stop/rear end, is high.
파이프의 사용 환경과 목적에 따라, 치수정확도 및 치수정밀도의 가중치를 다르게 하여, 최적 조건을 선택할 수 있다. 전단/중단/후단의 두께 차이보다는 평균 두께가 중요한 곳에 사용하는 파이프를 제조하는 경우에는 치수정확도에 높은 가중치를 부여하고, 전단/중단/후단의 두께 변화가 없이 두께가 일정해야 하는 곳에는 치수정밀도에 높은 가중치를 부여할 수 있다.According to the use environment and purpose of the pipe, the optimal conditions can be selected by varying the weights of dimensional accuracy and dimensional accuracy. In the case of manufacturing pipes used where average thickness is important rather than the difference in thickness of the front/end/rear end, a high weight is given to the dimensional accuracy. Can be given a high weight.
아울러, 상기 인발 속도는 3mm/s 내지 7mm/s, 상기 파이프의 단면 감소율은 5% 내지 10%, 상기 후방 척의 하중은 60톤 이하의 범위에서 설정할 수 있다.In addition, the pulling speed may be set in the range of 3mm/s to 7mm/s, the reduction rate of the section of the pipe is 5% to 10%, and the load of the rear chuck is 60 tons or less.
1 : 후방 척
2 : 전방 척
3 : 파이프
31 : 파이프 전단
32 : 파이프 중단
33 : 파이프 후단
4 : 금형(Die)
5 : 플러그(Plug, Mandrel)
H : 가열구간
C : 냉각구간
R : 금형 입구부 반경
A : 플러그 각1: rear chuck
2: front chuck
3: pipe
31: pipe shear
32: pipe interruption
33: pipe rear end
4: Die
5: Plug, Mandrel
H: heating section
C: cooling section
R: radius of mold inlet
A: Plug each
Claims (8)
파이프 인발 장치는 후방 척, 전방 척, 가열장치, 냉각장치, 금형 및 플러그를 포함하고,
파이프를 상기 파이프 인발 장치에 안착시키는 안착단계;
상기 안착단계 후, 파이프의 후방 척 내지 금형 사이에 위치한 부분을 고주파 가열하는 가열단계;
상기 가열단계 후, 전방 척 및 후방 척을 인발 방향으로 이동시키는 인발단계;
상기 인발단계 후, 파이프의 금형 후단에 위치한 부분을 냉각시키는 냉각단계;
상기 가열단계, 인발단계 및 냉각단계는 각각 파이프의 전단, 중단 및 후단에서 동시에 진행되어,
상기 파이프 후단의 냉각단계 후, 파이프를 파이프 인발 장치로부터 탈거하는 탈거단계;를 포함하는, 파이프 인발 성형 방법In the pipe pultrusion method,
The pipe drawing device includes a rear chuck, a front chuck, a heating device, a cooling device, a mold and a plug,
A seating step of seating a pipe in the pipe drawing device;
After the seating step, a heating step of high-frequency heating a portion located between the rear chuck and the mold of the pipe;
After the heating step, a drawing step of moving the front chuck and the rear chuck in the drawing direction;
After the drawing step, a cooling step of cooling a portion located at the rear end of the mold of the pipe;
The heating step, the drawing step and the cooling step are performed simultaneously at the front end, the middle end and the rear end of the pipe, respectively,
After the cooling step of the rear end of the pipe, a removing step of removing the pipe from the pipe drawing device; including, pipe pultrusion method
상기 파이프의 소재는 스테인리스강이고, 파이프의 직경은 80mm 내지 120mm이며, 파이프의 두께는 7mm 내지 10mm인 것을 특징으로 하는, 파이프 인발 성형 방법The method of claim 1,
The material of the pipe is stainless steel, the diameter of the pipe is 80mm to 120mm, and the thickness of the pipe is 7mm to 10mm, pipe pultrusion method
상기 가열단계의 파이프 온도는 750도 내지 1100도,
상기 냉각단계의 온도는 0도 내지 30도인 것을 특징으로 하는, 파이프 인발 성형 방법The method of claim 2,
The pipe temperature in the heating step is 750 degrees to 1100 degrees,
The temperature of the cooling step is characterized in that 0 to 30 degrees, pipe pultrusion method
상기 인발단계에서, 후방 척의 하중은 14톤 내지 16톤 사이의 범위에서 진행되는 것을 특징으로 하는, 파이프 인발 성형 방법The method of claim 3,
In the drawing step, the load of the rear chuck is characterized in that it proceeds in a range between 14 to 16 tons, pipe drawing method
상기 파이프 후단에 체결되어 파이프에 인발 하중을 가하는 전방 척;
상기 전방 척 및 후방 척 사이에서 파이프의 외측 및 내측에 접촉하는 금형 및 플러그;
상기 후방 척 내지 금형 사이에 위치하여 파이프를 고주파 가열하는 가열장치 및;
상기 금형의 후단에 위치하여 성형된 파이프를 냉각시키는 냉각장치를 포함하는; 파이프 인발 장치A rear chuck fastened to the front end of the pipe to apply a load to the front end of the pipe in the pulling direction when the rear end of the pipe is in the drawing direction;
A front chuck fastened to the rear end of the pipe to apply a pulling load to the pipe;
A mold and a plug contacting the outside and inside of the pipe between the front chuck and the rear chuck;
A heating device positioned between the rear chuck and the mold to heat the pipe in high frequency;
And a cooling device positioned at the rear end of the mold to cool the formed pipe; Pipe drawing device
상기 파이프 인발 장치를 모델화하여 유한요소해석하는 분석장치가 구비되고;
상기 후방 척의 하중, 파이프의 단면 감소율를 변수로 하여, 각 조건마다 파이프 열간 인발 공정을 모델링하는 인발 모델링 단계;
상기 인발 모델링 단계 후, 각 조건마다 파이프의 전단, 중단 및 후단의 두께를 각각 측정하는 치수측정단계;
상기 치수측정단계 후, 파이프 전단, 중단 및 후단의 치수공차를 모두 만족하는 조건값을 선별하는 치수 정확도 선별단계 및;
상기 치수 정확도 선별단계 후, 각 조건마다 해당 조건에서 파이프 전단, 중단 및 후단의 두께 사이의 표준편차를 계산하여 치수정밀도가 높은 조건값을 선별하는 치수 정밀도 선별단계;를 포함하는, 파이프 열간 인발 공정 설계 방법In the design method of the pipe hot drawing process using the pipe drawing device of claim 5,
An analysis device for modeling the pipe drawing device and performing finite element analysis;
A drawing modeling step of modeling a pipe hot drawing process for each condition by using the load of the rear chuck and a reduction rate of the section of the pipe as variables;
After the pull-out modeling step, a dimension measuring step of measuring the thickness of the front end, the middle end, and the rear end of the pipe for each condition;
After the dimensional measurement step, a dimensional accuracy selection step of selecting condition values satisfying all dimensional tolerances of the front end, the middle end, and the rear end of the pipe;
After the dimensional accuracy selection step, a dimensional accuracy selection step of selecting a condition value having high dimensional accuracy by calculating a standard deviation between the thickness of the front end, the middle, and the rear end of the pipe under the corresponding condition for each condition; including, a pipe hot drawing process Design method
상기 파이프의 소재는 스테인리스강,
파이프의 직경은 80mm 내지 120mm,
파이프의 두께는 7mm 내지 10mm,
상기 가열단계의 파이프 온도는 750도 내지 1100도,
상기 냉각단계의 온도는 0도 내지 30도인 것을 특징으로 하는, 파이프 열간 인발 공정 설계 방법The method of claim 6,
The material of the pipe is stainless steel,
The diameter of the pipe is 80mm to 120mm,
The thickness of the pipe is 7mm to 10mm,
The pipe temperature in the heating step is 750 degrees to 1100 degrees,
The temperature of the cooling step is characterized in that the temperature is 0 to 30 degrees, pipe hot drawing process design method
상기 인발 속도는 3mm/s 내지 7mm/s,
상기 파이프의 단면 감소율은 5% 내지 10%,
상기 후방 척의 하중은 60톤 이하의 범위에서 설정되는 것을 특징으로 하는, 파이프 열간 인발 공정 설계 방법The method of claim 7,
The drawing speed is 3mm/s to 7mm/s,
The reduction rate of the section of the pipe is 5% to 10%,
The load of the rear chuck is characterized in that set in the range of 60 tons or less, pipe hot drawing process design method
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KR1020190022286A KR20200103993A (en) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Pipe Drawing Molding Method, Pipe Drawing Device, and Pipe Hot Drawing Process Design Method |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
KR20220105286A (en) | 2021-01-20 | 2022-07-27 | 금오공과대학교 산학협력단 | Mold design considering the improvement of homogeneity one-sided symmetric spline drawing process |
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2019
- 2019-02-26 KR KR1020190022286A patent/KR20200103993A/en unknown
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KR20220105286A (en) | 2021-01-20 | 2022-07-27 | 금오공과대학교 산학협력단 | Mold design considering the improvement of homogeneity one-sided symmetric spline drawing process |
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