KR860000861B1 - 전봉관(電縫管)의 성형방법 - Google Patents

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Description

전봉관(電縫管)의 성형방법

제1도는 판모서리부의 각 패스(pass)에 있어서의 두께감소를 나타내는 그래프.

제2도는 용접단면의 설명도.

제3도는 브레이크다운(break down)성형의 설명도와 그것과 같은 모델의 설명도.

제4도는 종래법에 있어서의 판재의 길이방향의 변형과 길이방향 잔류응력의 도표.

제5도는 스프링백에 의한 접합불량을 도시하는 도면.

제6도는 모서리좌굴에 의한 접합불량의 한예를 도시하는 도면.

제7도는 종래법과 본 발명과의 비교를 도시한 설명도.

제8도는 종래법과 본 발명법의 판의 성형곡률의 추이를 비교한 설명도

제9도는 본 발명의 모서리의 굽힘방법의 설명도.

제10도는 본 발명의 판의 성형곡률의 추이를 도시한 도료.

제11도는 본 발명의 얇은 관의 성형공정의 설명도.

제12도는 모서리 좌굴의 모식도.

제13도는 본 발명의 다른 성형방법에 있어서의 긴쪽 방향으로의 연신변형과 잔류응력분포의 도표.

제14도는 절곡반경과 스프링백과의 관계설명도.

제15도는 본 발명법의 실시예의 판두께변화의 도표.

제16도는 본 발명의 다른 실시예의 판모서리의 연신 변형화의도표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

BD : 브레이크다운 성형 FP : 핀 패스 성형

A : 상부로울러 B : 하부로울러

D : 판 10, 11 : 로울러

본 발명은 금속관의 성형방법, 특히 이음매션이 관추과 평행방향으로 뻗는 용접관의 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로 전봉관의 로울러성형은 그 성형단계에 따라 브레이크다운성형, 핀 패스(Fin pass)성형, 스퀴즈로울러 성형 등으로 구분된다. 종래는 브레이크다운 성형의 초기단계에서 금속판 모서리 근방의 절곡성형을 실시하고, 차차로 곡률을 크게해서 관축에 직각방향의 단면을 원으로 접근시키는 방법을 취하고 있다.

그러나, 두께가 두꺼운 관을 제조하는 경우에는 다음과 같은 결점이 있다. 즉, 브레이크다운 성형에서 판모서리를 무리하게 절곡하려고 하면 판두께가 극단적으로 감소하기 때문에 다음의 핀패스 성형에서 드로우잉 가공으로 관의 두께를 증가시켜도 적당한 용접단면, 예를들면 Ⅰ개선(開先)을 얻을 수가 없다. 또 얇은 관을 제조할 경우에도 상기와 같은 종래의 성형법으로는 판모서리부 근방은 긴쪽 방향으로 연신하기 때문에 모서리 좌굴이 발생되는 결점이 있고, 또 그후 점차로 곡률을 증대시켜서 단면을 원형상으로 접근시켜갈때, 스프링백이 발생하여 용접부의 접합형상이 Ⅰ개선이 안되고 V개선이 되기쉽고 용접결함이 발생하기 쉽다. 또 모서리 좌굴이 용접접합부까지 남아있으면 접합형상이 오프세트(offset)가 되어 용접불량이 되는 일이 있다.

본 발명은 금속관의 성형에 있어서 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 평평한 금속판을 형상이 양호한 관 형상, 특히 용접접합부에 정합(整合)불량이 없은 관형상으로 성형할 수 있는 성형방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 평평한 금속판을 길이방향으로 이송하면서 로울러성형기로 파이프로 성형할때 금속판의 폭방향의 단부에서 일정길이의 부분을 최초로부터 용접에 이르기까지 절곡성형하지 않고 곡률을 실질적으로 0으로 남겨놓은 것을 특징으로하고 있다.

본 발명의 그밖의 목적을 도면을 참조하여 이하에 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 이해를 돕기 위하여 앞에서 설명한 종래의 금속관, 특히 전봉관의 성형방법에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 전봉관의 로울러성형는 그 성형단계에 따라 브레이크다운 성형 핀 패스 성형 스퀴즈로울러 성형 등으로 구분된다. 종래는 브레이크다운 초기의 단계에서 판모서리 근방의 절곡성형을 실시하고 점차적으로 곡률을 증대하는 방법을 취하고 있다.

그러나 두께가 두꺼운관의 경우, 이러한 성형법은 다음과 같은 결점이 있다. 제1도는 종래의 성형법이고, 두께가 두꺼운관의 성형을 실시했을 때의 판모서리부의 판두께의 감소의 추이를 각 패스마다에 표시한 것이다. 브레이크다운 초기에서 판두께 감소가 시작되고, 핀패스의 드로우잉가공으로 두께가 증가되기까지 판두께가 감소하고 있다. 도면중 BD는 브레이크다운 성형, FP는 핀패스 성형을 도시했다.

이 경우에 얻어진 용접단면을 제2(a)도 및 제2(b)도에 도시한다. 즉 핀패스의 드로우잉이 어느정도 크면 두께는 두꺼워지나 제2(a)도와 같이 외면에 설상의 돌기 P가 나타난다. 핀 패스의 드로우잉이 적으염 제2(b)도와 같이 극단의 Y개선(開先)이 되고, 어느쪽도 제2(c)도와 같은 이상적인 I개선은 안된다.

제3도는 판단의 성형한계에 대한 생각을 도시한 것이다. 제2(a)도는 브레이크다운에서의 성형과정의 설명도이고, 판 D의 사선부로 표시한 점선부분 C는 상부로울러 A 및 하부로울러 B와 강하게 당접한다. 따라서 판 D는 상부로울러 A에 의하여 하부로울러 B에 따라서 절곡된다. 이러한 현상을 제2(b)도에 모델화로 생각하고 모서리부가 판두께의 변화없이 절곡되는 영역 ℓ를 구하면

ℓ>√2t

가 된다. 따라서 이보다 안쪽의 두께를 감소시키지 않고 절곡성형을 실시하는 것은 극히 곤난하다. 도면중 P는 하중, E는 판의 가상곡률을 나타낸다. 또 얇은 관을 제조할 경우에도 상기의 성형법은 다음과같은 결점이 있다. 즉 일반적으로 로울러 성형의 경우에는 판모서리부 근방은 길이방향으로 상당히 연신된다. 또 그 연신변형이 모서리좌굴의 원인이 된다. 그 경향은 제4도의 도시와 같은 모서리 굽힘의 경우에는 더욱 현저해진다. 제4(a)도와 같은 모서리 굽힘을 실시하면 제4(b)도와 같이 판단근방이 길이방향으로 연신한다. 제4(b)도는 판의 길이방향의 연신변형을 도시한다. 따라서 판으로서는 제4(c)도에 도시하는 바와같은 응력분포를 가지고 균형을 이룬다. 다시말하면 판모서리 근방은 압축응력이 되고, (도면중 사선으로 표시)판의 중앙부는 인장응력이 된다. 이것에 의하여 모서리부는 좌굴을 발생하기 쉽다고 생각된다. 그후 차라로 곡률을 크게하여 단면을 원으로 접근시키는 방법을 취하고 있으나 그 경우 스프링백을 위해서 용접부의 접합형상이 제5도의 도시와 같이 접합부가 I개선이 안되고 V개선이 되기 쉽고 용접 결함이 발생하기 쉬워진다. 또 모서리 좌굴이 용접접합부까지 남아있으면 제6도의 도시와 같이 접합형상이 오프세트

t가 되어 용접불량이 되는 일이 있다.

본 발명은 종래 성형법의 이와같은 결점을 유리하게 해결하고, 두께가 두꺼운 관을 제조할 경우, 판모리부 근방의 곡절에 의한 두께의 감소를 방지하고, 또 두께가 얇은 관을 제조할 경우에는 모서리 굽힘에 의한 모서리 좌굴 발생을 방지하고, 스프링백 등에 의한 접합형상의 악화를 방지하고, 이상적인 용접단면 형상이 얻어지도록한 것이다.

즉 본 발명의 목적은 두께가 두꺼운 전봉관의 성형이 무리한 점이 없이 실시되고, 성형후의 용접이 쉽게 실시되고, 본 발명의 요지는 두께가 두꺼운 전봉관(판두께 t/관의 외경 D

0.10)의 로울러 성형에 있어서 판단부에서 거리 ℓ(0.5t<ℓ<2.0t)의 부분을 절곡하지 않고 타원(또는 장원)에 가까운 형상으로 성형하는 것을 특징으로하는 성형방법이다.

본 발명에 있어서 두께가 두꺼운 전봉관이라는 판두께 t/관의 외경 D

0.10(이하동일)의 것을 총칭하고, 로울러의 성형을 대상으로 한다. 제7도에 종래의 성형법 제7(a)도과 본 발명의 성형법 제7(b)도의 상이를 모델적으로 도시했다. 즉 제7(a)도에서 각 공정에 있어서 E-1~E-6은 판 모서리에 곡률을 부여한 예이나 제7(b)도에서는 각 공정중에서 판단부 F-1~F-6을 절곡 성형하지 않고 최후까지 곡률을 0으로 남겨 놓는다.

제8도의 도시와 같이 브레이크다운의 초기에서 판모서리의 손상을 방지하기 위하여 판단과 로울러가 당접하지 않도록 한다. 제8(a)도는 종래예이고 제8(b)는 본 발명법을 도시하는 것이나 1은 상부로올러와 판모서리가 당접되지 않는 예이고 2는 하부 로울러와 판모서리가 당접되어 있지 않는 예이다.

모서리 근방을 절곡하는 방법(단, 판모서리의 곡률은 0)에 대해서 제9(a)도에 도시하는 바와같이 한쌍의 원추대상로울러(10), (11)에 의하여 절곡하는 방법, 제9도의 도시와 같이 한쌍의 경사로울러(10), (11)에 의하여 절곡하는 방법등 여러가지의 방법이 있으나 그 방법은 특별한 한정이 없다.

본 발명은 구체적으로 설명하기 위하여 제10도에 판의 성형곡률은 추이의 한예를 들었다. 판모서리부에서 거리 ℓ만은 최초에서 최후까지 곡률을 0으로 하는 것이 특징이다. 단, 핀 패스 공정에서 종래보다 드로우잉비율을 작게해서 적극적으로는 절곡하지 아니하나 핀패스의 특성상 다소의 곡률을 가지는 일은 있을 수 있다. 도면중 숫자는 패스번호를 나타낸다.

본 발명은 이와같이 함으로써 판모서리부 근방의 판후 감소 및 외면의 설상 돌기 등이 없어지고 이상적인 용접단면을 얻을 수 있다. 또, 대형 프레스를 사용한 UO성형법과 성형기를 사용한 본 발명은 다음의 점에서 서로 다르다.

(가) 로울러 성형은 연속성형이기 때문에 앞뒤의 스탠드의 성형의 비율, 스탠드간 거리, 패스라인의 레벨 등이 스탠드의 성형을 구속한다.

(나) 로울러 회전수의 선택으로 스탠트간의 힘을 변화시킬 수 있고, 성형을 좌우한다.

(다) UO성형의 경우는 t/D는 본 발명에서 대칭으로 하는 것보다 훨씬 작다.

본 발명은 성형시에 판두께 감소가 많은 두께가 두꺼운 강관에 있어서 현저한 효과가 있고 t/D

0.10의 조관시의 판단부로 부터의 거리 ℓ에 대해서는 소재의 재질 특히 경도에 따라 0.5t에서 2.0t를 적절히 선택해서 사용하는 것이다. ℓ이 2.0t를 초과하면 최종적으로 강관을 둥글게 하기가 어렵고 좋지 않다.

다음에 얇은 전봉관의 성형방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 있어서 얇은 전봉관이란 t/D<0.10의 것을 총칭하고, 로울러 성형을 대상으로 한다.

앞에서 본 발명에 있어서의 두께가 두꺼운 전봉관(t/D

0.10)의 성형방법에 대하여 설명했으나 얇은 전봉관(t/D<0.10)의 로울러 성형에 있어서는 판재의 폭방향 단부로 부터의 길이 ℓ를 2t<ℓ<10t로하고, 이 길이 ℓ에 절곡성형을 하지 않고 곡률을 실질적으로 0으로 하는 것이 특징이다. 제11도에 두께가 얇은 전봉관의 성형공정을 도시한다.

즉, 제11도에서는 판단부를 절곡성형하지 않고 마지막까지 곡률을 0으로 남겨 놓는다. 판모서리에서 일정거리만은 최초부터 마지막까지 곡률을 0으로 하는 것이 특징이다. 단, 핀패스공정에서는 종래보다 드로우잉비율을 작게해서 적극적으로는 절곡하지 않니하나 핀패스의 특성상 다소의 곡률을 가지는 일은 있을 수 있다. 또, 핀패스에 오기까지에는(가), (나)의 2계열을 생각할 수 있다. (나)계열에 대해서는 단면내의 절곡성형은 UO성형에 가까우나 UO성형의 경우는 대략 2차원절곡이다. 앞뒤 스탠드의 구속이 성형을 좌우하는 로울러 성형과는 본질적으로 다르다. 제11도의 도시와 같이 브레이크다운의 초기에서의 판모서리의 손상의 방지하기 위하여 판모서리와 로울러가 당접되지 않도록 한다. 도면중(1)은 상부 로울러와 판모서리가 당접되지 아니한 상태(2)는 하부 로울러와 판모서리가 접촉하지 아니한 상태, (3) 및 (4)는 곡률 0으로한 부분이다. 또 모서리 근방을 절곡하는 방법(단, 판 모서리의 곡률은 0으로 한다)에 대하여는 제9도의 설명과 동일하므로 생략한다.

일반적으로 로울러성형에 있어어서는 브레이크다운 초기의 모서리굽힘에 의해서 제12도의 도시와 같은 모서리 좌굴 R이 발생되기 쉬우나, 본 발명에 의하여 제13도의 도시와 같이 모서리 부를 연신하는것만 아니라 중앙부도 연신하므로써 압축응력9도면중 사선)을 모서리부만 아니라 중앙부에도 분담시키고 모서리부의 압축응력을 작게하여 모서리 좌굴의 발생을 방지하는 효과가 있다. 제11(b)도에 도시한 바와같이 재료를 U형에 가까운 단면으로 형상하고, 핀패스에 들어가서 구멍형에 맞는 변형이 얻어지는 정도로 견부(肩部)가 굽었으면 되고, 제10도의 도시와 같은 절곡성형을 부여해도 에지부의 연신을 근소하다고 생각된다.

다음에 본 발명이 종래의 성형법에 비교해서 접합형상이 얻기쉬운 이유에 대해서 설명한다. 일반적으로 절곡반경과 스프링백과의 관계를 모식적으로 도시한 것이 제14도이다. 즉, 제14(a)도에서 절곡반경이 크면 소성변형이 거의 진행하지 아니하므로 하중을 제거하면 거의 원상태로 복귀한다. 그러나 제14(b)도와 같이 소성변형이 판두께 방향으로 침투한 절곡반경이 작은 경우에는 하중을 제거해도 그다지 복귀되지 아니한다. 도면에 r₁>r₂의 관계로 한다. 따라서 스프링백은 절곡반경이 작은 편이 작아지기 때문에 본 발명쪽이 스프링백은 작다. 따라서 본 발명쪽이 I개선을 얻기 쉽다.

본 발명은 성형시에 모서리 좌굴·루우핑(lppping)등의 현상이 나타나기 쉬운 얇은 관에 있어서도 현저한 효과가 있는 것이나, 판모서리에서 일정길이(ℓ)는 t/D에 따라 다르고, 예를들면 t/D : 0.10에서는 2t 정도가 좋고, t/D : 0.01에서는 10τ정도가 좋다, 즉 상기에 있어서 ℓ을 10t이상으로 하면 용접후 사이징(sizing)공정에서 최종적으로 강관을 둥글게 하기가 어렵고 좋지 않다.

다음에 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

t/D =0.18, ℓ=1.0t의 경우의 실시예를 판두께 변화에 주목해서 도시한 것이 제15도이다. 핀패스에서는 거의 드로우잉 하지않고, 타원성형이 되도록 두부를 압압하는 정도이므로 판두께의 변화는 거의 볼 수 없었다. 그러나 용접단면은 초기의 기대와 같이 이상에 가까운 I개선을 얻을 수 있었다. 도면중 BD는 브레이크다운 성형, FP는 핀패스 성형을 도시했다.

[실시예 2]

t/D =0.02, ℓ=7.0t의 경우의 실시예를 모서리부의 연신변형에 대하여 도시한 것이고 제16도이다. 브레이크다운 성형의 1번 스탠드에서는 판단이 연신되지 않고 오히려 압축성을 나타내고 모서리 좌굴의 염려는 전혀없고, 초기의 기대와 같이 이상에 가까운 I개선이 얻어졌다.

Claims (3)

1. 금속판재를 길이방향으로 이송하면서 로울러 성형기로 전봉관의 성형을 실시하는 방법에서 금속판재의 폭방향단부에서 소정의 길이 ℓ을 절곡성형하지 않고 곡률을 실질적으로 0으로 해놓는 것을 특징으로 하는 전봉관의 성형방법.
2. 청구범위 제1항에 있어서, 두께가 두꺼운 전봉관(t/D

   

   0.10)의 로울러 성형에서 금속판재의 폭방향에서의 길이가 0.5t<ℓ<2.0t인 것을 특징으로 하는 전봉관의 성형방법.

   t : 금속판재의 판두께

   D : 성형후의 금속관의 외경

   ℓ : 금속한재의 폭방향단부로 부터의 거리
3. 청구범위의 제1항에 있어서 두께가 얇은 전봉관(t/D<0.10)의 로울러 성형에 있어서 금속판재의 폭방향 단부의 길이 ℓ가 2t<ℓ<10t인 것을 특징으로 하는 전봉관의 성형방법.

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