KR900004736B1 - 튜우브 팽창 장치와 공정 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

튜우브 팽창 장치와 공정

제1도는 본 발명에 따른 장치의 종단면도.

제2도는 제1도의 선 A를 따라 절단한 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 장치에 의해 팽창성형후의 튜우브의 일부분 절단면도.

제3도는 본 발명에 따른 다이의 실시예.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 튜우브 2 : 튜우브단부

5 : 다이 8,9 : 환형조합링

10,11 : 하우징 또는 리세스 12,13 : 원통형, 베어링 표면

15,16 : 필릿 17 : 맨드럴

18 : 내부도관 19 : 반경도관

21,22 : 환형홈 23,24 : 토릭시일

31 : 링 39,40 : 인서어트

본 발명은 길이수미터인 금속튜우브의 벽을 성형하는 장치와 공정에 관한 것이다.

특히 본 발명은 원자로내에서 안내제어 또는 조업정지용바아등으로 사용되는 튜우브와 같이 벽이 얇은 금속튜우브의 국부적인 지역을 팽창성형하는 장치와 공정에 관한 것이다.

상기 튜우브는 상대적으로 길이가 짧아지고 하나의 튜우브단부 또는 다른 단부로부터 상대적으로 정밀도가 대단히 양호하게 결정된 큰 공간에 배치된 하나이상의 증가직경 지역을 함유한다.

금속튜우브의 팽창지역 성형방법은 이미 잘 알려져 있다. 미합중국 특허 제3,625,040호는 튜우브의 팽창성형공정에 대하여 기술하였는데, 이것은 튜우브의 양단부를 밀폐시킨 후 팽창시킬 튜우브를 다이내에 위치시킨다. 그런다음 튜우브 내에 유압유를 주입하여 유체가 튜우브의 벽을 다이의 벽쪽으로 압착되도록 압력을 가한다.

상기 장치는 매우 큰 다이의 사용이 요구되므로 생산비용이 고가이며 작업하기가 어려워 길이 수미터인 튜우브의 국부지역을 형성하는데 사용될 수 없다.

프랑스특허 제1312726호에는 금속벨로우즈 장치의 제조공정이 설명되어 있는데, 이것은 원통형상의 얇은 금속 슬리브의 유압 팽창에 의한 벨로우즈 장치의 제조공정을 함유한다.

상기 목적을 위한 공정은 슬리브의 단부에 맞물려있는 하우징 또는 리세스를 함유한 다이를 사용하는데 상기 방법에 있어서 슬리브의 단부는 하우징의 단부를 형성하는 고정벽을 지지한다. 슬리브는 원통형벽과 충돌한 마찰에 의해서나 또는 슬리브의 단부 모서리부분을 유지시키고 그리고 나사수단에 의하여 하우징의 단부에 고정된 링수단에 의한 상기 부분의 지지에 의하여 하우징의 단부를 지지한다. 다이의 환형벽은 그것의 팽창에 의하여 슬리브에 가하여지도록 물결형상을 이룬다. 또한 맨드럴이 하우징의 단부에 고정되어 봉함링을 이동시켜 유체가 주입되어 그들의 지역내에서 다이에 지지된 내측벽 표면에 유체압력이 가해져 팽창모드로 슬리브를 성형하고 다이의 파형에 일치하도록 한다.

상기 장치는 튜우브의 단부근처에 배치되어 있는 튜우브금속의 지역을 성형하는데 적합하다. 그러나 상기 장치는 성형될 지역이 튜우브의 단부와 이격되어 있을때는 쉽게 사용될 수 없다.

튜우브의 단부와 이격되어 배치된 금속튜우브의 얇은 벽의 한정지역을 팽창가능하게하는 연구가 시행되어 왔다.

또한 튜우브의 주어진 단부에 대하여 팽창지역의 위치를 발견가능하게 하는 노력을 기울여 평균변화가 공칭크기에 대하여 ±0.2% 이하로 상기 위치를 매우 쉽게 재생시켜 튜우브의 주어진 단부와 팽창지역의 인접단부사이의 공간이 하나의 튜우브로부터 다른 튜우브로 재생될 수 있게 하였다.

본 발명에 따른 장치는 소망의 결과를 얻게 한다.

본 발명은 팽창챔버를 함유한 조립 가능한 관형 다이를 함유하며 상기 챔버의 개개의 측상에 내측직경을 가진 팽창시킬 튜우브의 표면과 마찰계수가 다른 두 원통형 베어링 표면은 튜우브가 다이에 주입되게 적당한 틈을 가지도록 팽창시킬 튜우브의 외측직경과 실제로 동일하다.

팽창시킬 튜우브보다 직경이 약간 작은 맨드럴은 튜우브내에 지지되어 다이에 위치된 튜우브를 통과한다. 즉 맨드럴은 본질적으로 축에 평행하고 외부압력유체원에 연결되어 있는 내부도관을 함유한다. 도관은 반경구멍에 의해 맨드럴과 튜우브 사이의 환형공간과 연결된다.

상기 공간은 다이의 원통형 베어링 표면의 위치에서 팽창챔버의 개개의 면상에 맨드럴과 튜우브사이에 봉합을 형성하는 두 지역에 의해 한정된다. 봉합효과는 대부분의 경우 금속 또는 탄성중합체와 같은 봉합접속수단에 의해 얻어진다.

상기 봉합지역은 맨드럴 주변에 형성된 환형홈을 구성하며 최소한 하나의 원환체의 시일, 예를들어 탄성중합체를 함유한다.

깊이보다 폭이 큰 홈이 환형공간쪽으로 최대깊이의 지역을 함유하여 최소한 하나의 원환체의 시일이 다른 조건에서 상기 지역에 위치되는 것을 제한하고 그리고 홈의 깊이는 홈의 반대면쪽 지역으로 감소한다. 다이의 두 원통형 베어링 표면은 상대적으로 높은 마찰계수를 가진 물질과 필요시 표면처리나 또는 윤활제에 의하여 더 감소될 수 있는 상대적으로 낮은 마찰계수를 가진 서로 다른 물질로 이루어졌다.

본 발명은 또한 튜우브 단부로부터 거리를 정확하게 결정하고, 실제길이의 튜우브벽의 구동부분내의 최소한 한 국부지역을 팽창성형하는 다음 단계를 함유하는 공정에 관한 것이다.

1) 금속튜우브와 마찰계수가 다른 두 원통형 베어링 표면 사이에 팽창챔버를 함유한 다이를 성형할 튜우브의 지역에 위치시킨다.

2) 맨드럴과 튜우브사이에 있는 다이의 원통형 베어링 표면의 위치에 따라 팽창챔버의 양면에 위치된 두 봉함지역에 의하여 제한된 환형공간을 외부유압원에 연결시키는 내부도관을 함유한 맨드럴을 튜우브가 존재하는 다이내에 주입시킨다.

3) 외부유압원으로부터의 유도체를 맨드럴의 내부도관을 거쳐 환형공간에 주입시켜 튜우브가 변형되고 다이의 팽창챔버벽에 압력이 작용할때까지 유압을 증가시킨다.

다이는 마찰계수가 큰 베어링 표면이 미리 결정된 팽창지역의 공간에 대해 튜우브의 단부쪽으로 향하도록 위치된다.

본 발명에 따른 공정에 있어서, 마찰계수가 큰 베어링 표면을 향한 다이의 단면과 튜우브의 단부사이의 팽창전의 거리 L₁은 다이의 단면과 다이의 팽창지역사이와의 거리 L₂에 따라 조절되며 관계식은 다음과 같다 : 즉 L=L₁+L₂팽창후 L은 튜우브의 단부와 팽창지역사이와의 거리이다.

다음에 설명된 도면과 실시예에 의해 본 발명에 따른 장치와 공정을 더욱 확실히 알 수 있을 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 장치를 도시한 것인데, 이것은 벽이 얇은 실제길이의 금속튜우브의 일부분에서 국부지역의 직경을 증가시키는 팽창단계를 사용하여 제조하기 위해 사용된다. 여기서 튜우브의 단부와 증가직경지역의 초기밀폐단부와의 거리는 오차±0.2%내외인 미리 결정된 길이 L이다.

제1도는 ASTM B353-71에 따른 질칼로이 2계의 질코늄-기본합금을 함유한 내경 10mm, 두께 0.5mm, 길이 4m인 튜우브(1)를 도시한 것이다.

튜우브의 내경을 상승시켜 길이 50mm에 대해 크기 12증가시킬 것이 제안되었다. 튜우브단부(2)와 초기팽창부분(3)(제3도)을 연장하는 튜우브의 비변형부분의 길이 L이 정밀도±1mm로 500mm가 되도록 팽창작업을 실시할 것이 제안되었다.

상기 결과를 얻기 위해 팽창시킬 튜우브의 지역(4)(제1도)를 두개의 환형조합링(8),(9)에 의하여 지지되어 있는 두개의 부분품(6),(7)을 형성시킬 수 있게 분해할 수 있는 축방향으로 대칭인 다이(5)내에 주입시킨다. 각 링(이후 링이라 칭함)(9),(9)는 조합과 분해에 필요한 최소한의 간격으로 다이의 단부를 계지하는 하우징 또는 리세스(10),(11)를 함유한다.

원통형 베어링 표면(12),(13)을 함유하는 다이의 직경은 튜우브의 외경(1)과 동등하며 즉 튜우브를 계지시키는데 필요한 최소한의 간격을 더한 11mm, 실시예에서 설명한 팽창 챔버(14)는 외경 13mm 길이 50mm인 원통형이다. 필릿부분(15),(16)은 직경이 다른 부분을 연결한다.

원통형 강 맨드럴(17)은 외경이 9.8mm이며, 튜우브(1)에 주입된 두꺼운 벽을 가진다. 맨드럴(17)은 내부도관(18)을 가진다. 반경도관(19)은 내부도관(18)을 맨드럴과 튜우브(1) 사이의 환형공간에 연결시킨다.

두개의 환형홈(21),(22)는 환형공간이 양측상의 맨드럴 주위에 제공된다.

제1도시에 도시된 바와 같이 각 홈은 최소한 하나의 토릭시일(23),(24)을 수용하며 상기 홈은 토릭시일의 크기보다 큰 깊이로 변화한다. 각 홈은 환형공간(20)으로 향한 면상으로 최대깊이 지역(25),(26)을 구성하며, 이것은 정지상태에서 토릭시일을 수용한다.

상술한 깊이는 시일의 직경보다 약간 작다. 설명된 장치에 있어서, 예를들어 그 장치는 홈의 최대깊이가 1.8mm일때 직경 2mm인 토릭시일을 사용한다. 각 홈의 하부는 실질적으로 원뿔형태의 2차지역(27),(28)을 함유하며, 이것의 깊이는 환형공간(20)에서 멀어져 가는 방향으로 감소한다.

원뿔부 모선의 경사각은 예를들어 맨드럴축에 대해 30도이다. 홈의 전체너비는 토릭시일의 직경의 약 3배이다. 맨드럴(17)은 원통형이고 강으로 제조되었으며 맨드럴의 직경보다 직경이 작은 연결 튜우브(29)에 의하여 연장되어 있다. 연결 튜우브는 이것의 단부수단(30)에 의하여 유체주입용수단(비도시됨)에 연결되어 있다.

링(31)은 연결 튜우브의 단부를 나사못으로 고정시킨다. 팽창시킬 튜우브(1)에 맨드럴을 주입할때 팽창지역벽(14)의 각면상에 다이의 원통형 출구표면(12),(13)에 대향배치된 시일을 함유한 홈(21),(22), 다이(5), 토릭시일(23)의 조합이 배치되어 있는 것을 알 수 있다.

링(31)은 튜우브(29)의 위치를 쉽게 조절하고, 튜우브(1)의 단부(33)를 링면(32)에 접촉상태로 이동시킨 다음 다이(5)의 단부면(34)을 조절한다. 다이의 단부면(34)와 연결지역(15)의 개시부(35) 사이의 간격을 측정하여 L₁를 다음 관계식에 의해 조정한다:L=L₁+L₂

설명한 장치에 있어서 L=500mm이다.

결국 팽창작업은 유압주입수단에 연결되어 있는 튜우브(29)의 단부(30)로부터 물 또는 기름과 같은 유체, 양호하게는 액체를 도관(18)을 통과시켜 반경도관(19)으로 사출되도록하여 환형공간(20)내의 튜우브(1)의 내벽표면에 압력을 작용시켜 이행한다.

유압을 점차 증가시키므로서 토릭시일(23),(24)는 홈(21),(22)의 외면쪽으로 점차 이동된다. 홈의 깊이를 감소시키는 방향으로의 상기 이동이 토릭시일을 더욱 밀접하게 맞물리게 하여 양호한 봉함효과를 유지시켜 유압이 1000바아에 도달하게 한다. 유압을 튜우브의 내벽표면에 작용하는 힘이 탄성한도를 초과할때까지 증가시켜 다이의 벽(14)에 가한다.

본 발명장치에서 사용된 유압은 800바아이다.

상기 팽창효과는 팽창지역근처인 원통형 튜우브 부분의 활주이동에 의해 성취되며, 팽창후의, 튜우브단부(33)은 이미 링(31)의 면(32)와 수 미리미터 이격되어 있다. 반복시험은 상기 활주이동이 한 작업에서 다른 작업으로 재생산될 수 없다는 것을 인지시켜준다.

핵발전기에 사용시 길이 L이 감소되여 정밀도가 증가하여야 하므로 본 발명에 따른 팽창장치를 더욱 개량시켜야 한다.

상기 목적을 위해 다이의 두 베어링 표면중 한 위치에서 다이와 맨드럴에 대해 축방향으로 튜우브의 활주운동을 저지시킬 때 다른 베어링 표면에서는 활주운동을 증가시키는 방법을 생각할 수 있다.

제1도에 도시된 장치에 있어서, 베어링표면(13)상에서 튜우브(1)가 쉽게 움직일때 베어링표면(12)상에서 튜우브(1)의 활주운동을 막는다면 상술한 방법으로 L₁를 조절한 후 팽창공정과정에서 다이의 단부면(34)와 링(31)의 표면(32)사이내의 튜우브의 길이는 더이상 감소되지 않는다. 팽창공정이 완료되었을때 튜우브(1)의 단부(33)은 링의 표면(32)과 접촉하여 있으며, 길이 L=500mm은 변화되지 않는다. 한편 다른 맨드럴 축상에서의 튜우브의 길이는 실제적으로 감소한다. 그러나 길이에 대한 감소는 치수 특성 및 기계적 성질이 하나의 튜우브에서 다른 튜우브까지 재생될 수 있는한, 상기 재생방법으로 일어난다. 그러므로 다이의 하나의 베어링 표면에서 튜우브의 활주운동을 방해하여 튜우브 단부로부터 다이의 베어링 표면쪽으로 향하는 간격을 변화시키지 않고 튜우브를 팽창시킬 수 있다. 튜우브의 활주운동을 방해하여 물리적 및 차원적인 성질 매우 작은 튜우브를 팽창할 때 잘 재생되는 정도의 방법으로 팽창작업중에 다른 튜우브의 단부와 다이 사이의 간격이 감소되므로 미리 결정될 수 있다.

사실 하나의 베어링 표면에서 튜우브의 활주운동을 방지하고 다른 표면에서는 상기 활주운동을 증가시키는 상당히 많은 방법이 있다. 특히 토릭시일에 대한 파지동작(clamping action)을 증가시켜 다이의 두 표면중 하나에서의 활주운동을 방지할 수 있다; 즉 토릭시일의 직경을 증가시키거나 또는 홈의 깊이를 감소시킴.

또한 하나의 표면의 마찰계수를 다른 베어링표면의 마찰계수에 대해 변형시킬 수 있으며, 이것이 가장 자주 사용되는 작업형태이다.

상기 목적을 위해 각 베어링표면(12),(13)을 적당하게 표면처리한다.

특히 효과적인 방법이 제4도에 도시되여 있는데, 이것은 최소한 하나의 상술한 표면에서 적당한 물질로 만들어진 인서어트를 함유한다. 제4도는 축면을 따라 서로 맞쳐져 있는 두개의 해브(37),(38)인 다이(36)를 보여주는데, 이 다이는 제1도 및 2도에 도시된 다이(5)의 모양과 유사하다.

상기 다이는 두개의 환형인서어트(39),(40)를 함유하며, 이들의 각자는 두개의 해브이고 다이의 출구지역에 배치되어 있다. 인서어트(39)는 금속튜우브에 대해 마찰계수가 작은 물질로 제조되어 있다.

인서어트(39)는 특히 강을 처리하여 형성되는데 이것의 표면이 튜우브와 접촉되어 있어 윤활되지 않는다. 어떤 경우에는 다이를 형성하는 강이 인서어트에 의존하지 않고 베어링표면으로써 사용된다.

인서어트(40)를 제조하는데는 마찰계수가 낮은 탄화 텅스텐 또는 청동 또는 다른 물질과 같은 탄화물을 사용하는 것이 적당하다.

또한 상기 물질을 사용하면 인서어트(40)의 표면(42)을 쉽게 윤활하게 하거나 이것이 표면을 적당히 처리하는 것이 가능하다.

적당한 장소에 인서어트를 부착시키는 작업으로 금속다이에 고정시켜 적당한 방법을 사용하여 정밀도를 얻는 방법은 당분야에 숙련된 사람에게는 잘 알려진 사실이다.

설명한 장치에 있어서, 인서어트(30)은 강으로 제조되어 있고 인서어트(40)은 탄화텅스텐으로 제조되여 있다.

상술한 구조의 다이를 상기 방법으로 고정시킬 때 팽창작업중 튜우브(1)은 인서어트(39)의 원통형표면(41)에 대향하는 베어링 표면상에서 내압에 의해 활주이동을 하지 않는다. 반면, 인서어트(40)의 원통형 표면(42)상에서 튜우브는 팽창작업순간에 축방향을 따라 다이의 내부로 수미리미터 활주 이동한다.

튜우브의 길이는 팽창전에 500mm로 조정되였고 팽창작업후에도 변화되지 않는다.

상술한 바와같이 어떤 경우에 있어서는 인서어트를 사용할 수 없는 대신에 다이의 출구지역에서 다르게 표면처리를 행한다.

사실 하나의 베어링표면과 다른 베어링표면의 마찰계수가 다르게 제조해야 한다.

또한 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예를 관찰하여 보는 것이 본 발명의 주 목적이다.

특히 축방향의 연결면이 없는 다이의 제조가 가능하나 최소한 두개의 출구지역중 하나는 튜우브를 팽창후 다이로부터 뽑아낼 수 있도록 분해되어야 한다.

또한 어떤 경우에는 각 홈(21),(22)내에 토릭시일이 동일위치에 있을 수도 있다. 이 경우에 있어서, 각 홈의 최대깊이지역(25),(26)은 두 토릭시일이 그 위치에 놓이도록 커져야 한다.

상술한 팽창성형공정과 장치는 어떤 종류의 금속튜우브를 성형하는데도 사용할 수 있다.

특히 본 발명의 공정과 장치는 질칼로이 2 또는 4를 함유한 튜우브같은 핵발전기용 질코늄 합금 튜우브 성형용으로 유용하게 사용된다.

또한 본 발명의 장치와 공정은 비합금 티탄늄, 특수강, 스테인레스강, 또는 내화강, 또는 어떤 다른 금속이나 합금으로된 튜우브 성형용으로 사용된다.

일반적으로 본 발명의 주가되는 공정과 장치는 비교적 긴 튜우브를 단부로부터의 사이에 위치된 증가시키고저하는 지역을 정밀하게 측정하여 그 지역의 직경을 증가시키는데 유리하게 사용된다.

본 발명에 따른 장치를 약간 변형시켜 제조할 수도 있으며 이것의 사용방법 역시 본 발명의 범주를 크게 벗어나지 않는다.

Claims (7)

1. 길이가 긴 원통형 튜우브의 정밀하게 측정된 지역을 팽창성형하는 튜우브 팽창장치에 있어서, 크기가 팽창지역의 크기와 동일하게 형성된 팽창챔버(14)와 내경이 튜우브(1)의 초기외경과 동일하며 튜우브(1)를 조절하도록 다이(5)에 연장되어 있는 두개의 원통형 베어링 표면(12),(13)를 갖는 양단부가 개구인 분해가능한 튜우브다이와, 맨드럴(17)과 튜우브사이의 환형공간(20)에 연결되어 유체를 주입시키는 하나의 단부를 갖는 내부도관(18)과 맨드럴(17)과 튜우브사이의 환형공간(20)을 한정하고 양측의 팽창챔버(14)를 다이(5)의 원통형 베어링 표면내측에 존재시키기 위해 튜우브와 봉합작용을 하는 공간지점에 설치된 토릭시일(23),(24)을 갖는 튜우브(1)의 다이수용부내에 수용된 맨드럴(17) 즉 환형공간(20)의 양측에 위치하고, 하기하는 홈(21)의 최대깊이보다 크며, 압축에 의해 토릭시일(23)을 외측으로 이동시켜 맨드럴과 튜우브 사이의 압축을 증가시켜 환형공간(20)을 증가시키는 토릭시일(23),(24)을 함유하며, 홈내에 수용된 토릭시일(23),(24)보다 횡폭이 크고, 환형공간(20)의 내측과 외측사이를 횡방향으로 연결시키며 상기 환형공간(20)의 내측에서의 최대깊이에서 외측에서의 최소깊이까지 변화하는 환형홈(21),(22)을 구성하는 맨드럴을 갖는 것을 특징으로 하는 튜우브 팽창장치.
2. 제1항에 있어서, 다이(5)의 두 베어링표면(12),(13)이 팽창시킬 튜우브의 표면에 대해 다른 마찰계수를 갖는 것을 특징으로 하는 튜우브 팽창장치.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기한 각 홈(21)이 최소한 하나이상의 토릭시일(23)을 갖는 것을 특징으로 하는 튜우브 팽창장치.
4. 제2항에 있어서, 튜우브(1)의 표면에 대해 마찰계수를 가지는 물질로 제조된 인서어트(39)에 의하여 형성된 다이의 베어링표면(12)가 다른 베어링표면(13)의 마찰계수와 다른것을 특징으로 하는 튜우브 팽창장치.
5. 길이가 긴 원통형 튜우브의 정밀하게 측정된 지역을 팽창성형하는 튜우브 팽창공정에 있어서, 팽창지역과 튜우브의 단부사이의 간격을 정밀하게 조정하여 팽창작업중 일정하게 유지시킬 때 즉 다이(5)에 팽창챔버(14)와 이것의 양측에 튜우브에 대해 마찰계수가 다른 두개의 원통형 베어링표면(12),(13)을 제공하고, 상기 다이(5)를 튜우브(1)의 단부(33)쪽으로 배치된 마찰계수가 큰 베어링표면(12)이 팽창작업중 일정한 거리를 유지하도록 튜우브성형에 적당하게 위치시켜, 상기 다이(5)내의 튜우브(1)의 내부에 맨드럴(17)을 주입시키고, 팽창챔버(14)의 양측의 다이(5)의 원통형 베어링표면(12),(13)상에 배치된 토릭시일(23),(24)에 의하여 맨드럴(17)과 튜우브(1) 사이의 환형공간(20)을 제한시키고, 상기 환형공간(20)에 맨드럴(17)을 통하여 유압유를 주입시켜, 튜우브(1) 팽창챔버(14)의 벽에 팽창지역을 형성할때까지 유압유를 증가시키는 것을 특징으로 하는 튜우브 팽창공정.
6. 제5항에 있어서, 팽창작업전에 다이(5)의 단부면(34)와 튜우브(1)의 단부 사이의 거리 L₁이 다이(5)의 단부면(34)과 다이(5)의 팽창챔버(14)에의 연결지역(15)의 개시부(35)사이의 거리 L₂에 따라 다음식 L=L₁+L₂에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 튜우브 팽창공정. 단 L은 튜우브의 단부(33)와 팽창작업동안 일정하게 유지되는 튜우브(1)의 팽창지역의 개시부(3) 사이의 거리임.
7. 제5항 또는 6항에 있어서, 제어용 단내튜우브 또는 핵발전기용 슈트다운 바아(shutdown bars)를 제조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 튜우브 팽창공정.

Images