KR950011253B1 - 압출관의 두께편차 보정방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

압출관의 두께편차 보정방법

제1(a)도는 정상적인 압출관의 단면도.

제1(b)도는 두께편차가 발생된 압출관의 단면도.

제2도는 종래 인발다이의 단면도.

제3도는 제2도의 요부정면도.

제4도 및 제5도는 기존의 인발다이로 본 발명의 인발다이를 제작하는 과정을 나타낸 도면.

제6도는 제5도의 요부정면도.

제7도는 본 발명의 인발다이를 새롭게 제작하는 과정을 나타낸 도면.

제8도는 본 발명의 인발다이에 의한 압출관의 두께편차 보정을 나타낸 도면.

제9도는 본 발명의 실험 결과로서 압출관의 두께편차에 대한 인발횟수를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,30 : 인발다이 31 : 인입경사면

32 : 베어링면 40 : 압출관

본 발명은 관(官)의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 내압등의 강도를 요구하고 고품질을 요구하는 곳에 사용되는 이음매 없는 관의 제조시 발생되는 관의 두께편차를 효율적으로 보정하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이음매 없는 관의 제조는 압출(Extrusion), 압연(Rolling)등과 같은 열간성형 과정에 의해서 중공(中空)실린더나 관으로 제조되고, 치수를 정확하게 하고 표면을 깨끗하게 완성하기 위해서는 이를 다시 인발(Drawing)성형에 의한 냉간가공으로 완성하게 된다.

냉간인발은 가공경화에 의하여 관재료의 기계적 성질을 향상시키고, 열간 성형법에 의하여 제조된 관의 두께를 더 얇게, 지름을 더 작게하며, 또 이형관(異形官)을 제조하는데 이용된다. 관인발은 근본적으로 선인발과 같다. 즉 드로우 벤치와 선인발에서 사용하는 것과 같은 인발다이를 사용한다. 또한 관의 벽두께를 감소시키고 내경치수를 정확히 조정하기 위해서 관이 인발다이를 통과하는 동안 관내면에 소정치수의 심봉(心棒), 플러그(Plug)를 삽입하여 지지하도록 되어 있다.

또한 원하는 직경과 두께의 관을 얻기 위해서는 관의 압출성형 과정에서 원하는 치수의 2~2.5배 큰 치수로 제조하여 4~5회의 인발과정을 통해야만 원하는 치수의 관을 얻을 수 있다.

제1(a)도는 상기와 같은 압출성형에 의해 제조된 압출관의 정상적인 상태를 나타낸 단면도로서, 압출관의 외경과 내경이 동심을 이루어 두께(t)가 거의 일정한 상태가 되어야 한다. 그러나, 천공 공정시 심봉이 다이중심에 세팅(setting)되지 않았을 경우, 또는 심봉이 중심에 정확히 세팅되었다고 하더라도 천공시 걸리는 힘에 의해 심봉과 압출다이가 동심축을 이루지 못할 경우에 제조된 압출관에는 두께편차가 발생된다.

상기 압출관의 두께편차는 제1(b)도에 도시된 바와 같이 외경과 내경이 편심을 이루어 두께(t₁>t₂>t₃)가 다르고, 이러한 두께편차는 관의 전체길이중 중앙부보다 전,후부에서 심하게 나타난다. 종래에는 상기와 같은 두께편차가 발생할때 4~5번의 인발공정으로 관의 치수를 원하는 치수로 성형하는 과정에서 두께편차도 자연 보정되었던 것이고, 두께편차의 정도에 따라 인발공정의 횟수를 적절하게 증가시켜 보정하였다. 그러나 종래의 인발다이 구조는 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같다. 즉, 인발다이(10)는 인입경사면(11), 베어링면(12), 도피경사면(13)을 기본 구성으로 하고, 중심축에 대한 인입각 ∠α이 원주방향으로 동일하게 되어 있다. 이러한 종래의 인발다이를 이용하여 두께편차가 발생된 압출관을 인발하게 되면, 압출관의 각 두께는 인입경사면(11)에 접촉되어 소성변형을 하게 되고, 이때 인입각 ∠α이 동일하여 각 접촉부위에서 받는 압출관의 소성변형도 각각 동일하게 받게되므로 두께편차는 비례적으로 계속 발생되는 것이며, 두께편차 보정치가 매우 작다.

따라서 압출관의 두께편차가 클수록 인발횟수가 증가되므로 생산성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한 압출관의 두께편차가 소정치 이하일때에는 4~5회 또는 그 이상의 인발횟수로 적절히 증가시켜 보정할 수 있으나, 두께편차가 소정치 이상일 때에는 인발횟수의 증가에도 한계가 있고 비경제적이므로 불량처리하는 것이 바람직하다. 이러한 압출관의 두께편차는 압출관의 전후부에서 최대가 되며, 이것은 압출관 전체길이의 약 20~30%에 해당하는 수율을 저하시키는 가장 큰 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 압출공정에서 발생된 관의 두께편차를 적은 횟수의 인발공정으로 보정할 수 있도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 압출관의 두께편차 보정방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 압출관의 두께편차가 소정치를 넘어서 종래에 불량처리 대상이었던 경우에도 보정이 가능하여 불량율을 감소시킴으로써 수율을 향상시킬 수 있는 압출관의 두께편차 보정방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적은 원주방향으로 점차 다른 인입각을 갖는 인발다이를 제공하는 단계와, 두께편차가 발생된 압출관의 가장 두꺼운 부위를 인입각이 가장 작은쪽에 위치시키고 압출관의 가장 얇은 부위를 인입각이 가장 큰쪽에 위치시키는 단계와, 상기 압출관을 인발다이로 통과시켜 압출관의 두께편차를 보정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 압출관의 두께편차 보정방법에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 압출관의 두께편차 보정방법을 첨부도면에 의하여 상세하게 설명한다.

제4도 내지 제8도는 본 발명에 따른 압출관의 두께편차 보정방법을 실현하기 위한 도면으로, 본 발명은 원주방향으로 점차 다른 인입각을 갖는 인발다이를 제공하는 단계와, 두께편차가 발생된 압출관의 가장 두꺼운 부위를 인입각이 가장 작은쪽에 위치시키고 압출관의 가장 얇은 부위를 인입각이 가장 큰쪽에 위치시키는 단계와, 압출관을 인발다이로 통과시켜 압출관의 두께편차를 보정하는 단계로 이루어진다.

여기서, 원주방향으로 점차 다른 인입각을 갖는 인발다이를 제공하는 단계와, 제4도 내지 제6도에서와 같이 기존의 인발다이를 이용하여 제작할 수 있다. 즉, 제4도에서와 같은 기존의 인발다이(10)에서 점선으로 표시된 바와 같이, 인발다이(10)의 4면을 ∠γ만큼 절삭하면, 인발다이(10)는 마주보는 각이 90°인 직사각형이므로 제5도 및 제6도에서와 같이 인입각은 수평측 중심선을 기준으로 하여 최상부는 ∠α-γ가 되어 인입각이 가장 작게되고, 원주방향으로 수평측 중심선으로 갈수록 ∠α로 점점 변화되어 인입각이 커지게 된다. 또한 수평측 중심선을 기준으로 하여 최하부는 ∠α+γ가 되어 인입각이 가장 크게되고, 원주방향으로 수평측 중심으로 갈수록 ∠α로 점점 변화되어 인입각이 작아지게 된다. 따라서 원주방향으로 점차 다른 인입각을 갖는 인발다이(20)를 제공할 수 있다.

또한, 상기와 같은 인발다이를 새롭게 제작할 경우에는 제7도에 도시된 바와 같이, 인발다이(30)의 인입경사면(31) 가공시 베어링면(32)의 선단부 중심점(a)에 대한 인입경사면(31)의 선단중심점(b)을 인발다이(30)의 중심선(x-x)에 대하여 ∠γ만큼 이동시키고, 중심점(b)을 기준으로 가공중심을 ∠γ만큼 주어 연속적으로 중심점(a)쪽으로 이동시키면서 인입각이 ∠α가 되도록 가공하게 되면, 제6도와 마찬가지로 인발다이의 수평축 중심선을 기준으로 최상부는 ∠α-γ가 되어 인입각이 가장 작게 되고, 원주방향으로 수평측 중심선으로 갈수록 ∠α로 점점 변화되어 인입각이 커지게 된다. 또한 수평측 중심선을 기준으로 하여 최하부는 ∠α+γ가 되어 인입각이 가장 크게되고 원주방향으로 수평측 중심으로 갈수록 ∠α로 점점 변화되어 인입각이 작아지게 된다. 따라서 원주방향으로 점차 다른 인입각을 갖는 인발다이를 제공할 수 있다.

상기와 같이 제공된 본 발명의 인발다이를 이용하여 압출관의 두께편차를 보정하는 방법은 제8도에서와 같이, 압출관(40)의 두께가 가장 큰쪽을 인발다이(20),(30)의 인입각이 가장 작은쪽에 위치시키고, 압출관의 두께가 가장 작은쪽을 인발다이의 인입각이 가장 큰쪽에 위치시킨 다음, 압출관의 끝단을 드로우 벤치에 물려 인발가공을 행하게 되면, 압출관의 각 두께는 인입경사면에 접촉해서 베어링면에 도달하는 동안 외경이 줄어드는 압축 소성변형을 받게 되고, 이때 인입각이 원주를 따라 연속적으로 다르게 형성된 것이므로 압출관이 받는 소성변형은 각 두께에 따라 다르게 작요한다.

이는 다음의 식에 의해서 증명된다.

ln(t₂/t₁)={3/(B-1)}ln[2(D₂/D₁)^B-2-β{1-(D₂/D₁)^B}]-2ln(D₂/D₁)

여기서, B=μcotα이며, β=(1+B)/B이다.

(t₁: 인발전 압출관 두께, t₂: 인발후 압출관 두께

D₁: 인발전 압출관 외경, D₂: 인발후 압출관 외경

μ : 압출관 재질의 마찰계수, α : 인발다이의 인입각)

상기식에서 인입각 α을 임의로 정하여 대입해보면, 인입각 α이 클수록 ln(t₁/t₂)값이 커지고, 인입각 α이 작을수록 ln(t₂/t₁)이 작아지는 것을 알 수 있으며, ln(t₂/t₁)은 인발다이를 통과한 후의 압출관의 두께 보정치이다.

실험에 의해서도 인입각이 작은쪽에서 압출관의 인발전보다 인발후의 두께가 적게 보정되고, 인입각이 큰 쪽에서 압출관의 인발전보다 인발후의 두께가 두껍게 보정되는 것을 알 수 있었고, 압출관이 베어링면에 도달하는 시점에서 압출관의 두께가 중간값에 근접되어 두께편차가 보정됨을 확인하였다.

이러한 방식으로 압출관의 두께편차를 보정한 일예를 제9도에 도시된 그래프로서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제9도는 압출관의 두께편차에 대한 인발횟수를 나타낸 그래프로서, 인입각 ∠α이 11.5°이고, 편각 ∠γ을 2.5°로 하여 인입각 ∠α-γ는 9°, 인입각 ∠α+γ는 14°가 되도록 제작한 인발다이를 이용하여 두께가 4mm이고 외경이 68mm인 압출관의 두께편차에 따른 보정치와 인발횟수를 측정하였다.

즉 그래프에서와 같이 압출관의 두께편차가 10% 이하일때는 본 발명의 인발다이를 사용하지 않아도 기존의 인발다이로 보정이 가능하므로 실험대상에서 제외하였다. 두께편차가 0.6mm일때는 본 발명의 인발다이를 이용하여 플러그 없이 1차 인발(Sinking)한 결과, 두께편차는 0.05mm가 되었고, 이때의 보정치는 0.55mm였으며, 그후 기존의 인발다이에 의한 2차 인발과정을 통해 원하는 치수의 관을 제조하였다. 두께편차가 0.7mm일때는 본 발명의 압출다이로 플러그 없이 1차 인발한 결과, 두께편차는 0.1mm가 되었고, 이때의 보정치는 0.6mm였으며, 그후 기존의 인발다이에 의한 2차 인발과정을 통해 원하는 치수의 관을 제조하였다.

또한, 압출관의 두께편차가 1.1mm일때는 본 발명의 인발다이로 플러그 없이 1차 인발한 결과, 두께편차는 0.4mm가 되었고, 이때의 보정치는 0.7mm였으며, 그후 기존의 인발다이에 의한 2차, 3차 인발과정을 통해 원하는 치수의 관을 제조하였다. 두께편차가 1.6mm일때는 본 발명의 인발다이로 1차 인발한 결과, 보정치는 9.5mm였으나 두께편차는 0.65mm가 되었고, 이는 압출관의 두께편차가 0.6mm일때와 마찬가지로 본 발명의 인발다이를 이용하여 2차 인발한 후 기존의 인발다이에 의한 3차 인발과정을 통해 원하는 치수의 관을 제조하였다.

상기와 같은 실험결과에서 알 수 있는 바와 같이 인발다이의 인입각 ∠α에서 ∠γ을 주어 인발함으로써 압출관의 두께편차 보정치가 크게 증가되었음을 알 수 있고, ∠γ은 압출관의 두께편차 및 재질에 따라 적절히 설정함으로써 두께편차의 보정치를 무리없이 조절할 수 있다. 또한 본 발명의 인발다이는 플러그를 삽입하여서도 두께편차 보정을 행할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 압출관의 두께편차 보정방법에 의하면, 압출관의 두께편차 보정치를 증대시켜 적은 횟수의 인발가공으로 원하는 치수의 관을 제조할 수 있어 생산성이 향상되는 것이고, 종래에 두께편차가 소정치를 넘어 불량처리 되었던 압출관에 대해서도 보정이 가능하여 제품화함으로써 수율을 높이는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 원주방향으로 점차 다른 인입각을 갖는 인발다이를 제공하는 단계와, 두께편차가 발생된 압출관의 가장 두꺼운 부위를 인입각이 가장 작은쪽에 위치시키고 압출관의 가장 얇은 부위를 인입각이 가장 큰쪽에 위치시키는 단계와, 상기 압출관을 인발다이로 통과시켜 압출관의 두께편차를 보정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 압출관의 두께편차 보정방법.
2. 제1항에 있어서, 원주방향으로 점차 다른 인입각을 갖는 인발다이는, 원주방향으로 동일한 인입각 ∠α을 갖는 기존의 인발다이에서, 상,하, 전,후면을 소정의 각 ∠γ으로 절삭함으로써 제공되는 압출관의 두께편차 보정방법.
3. 제1항에 있어서, 원주방향으로 점차 다른 인입각을 갖는 인발다이는, 인입경사면 가공시 베어링면의 선단부 중심점(a)에 대한 인입경사면의 선단 중심점(b)을 인발다이 중심선에 대하여 소정각 ∠γ만큼 이동시키고, 상기 인입경사면의 선단 중심점(b)을 기준으로 가공중심을 소정각 ∠γ만큼 주어 연속적으로 베어링면의 선단부 중심점(a)쪽으로 이동시키면서 인입각 ∠α이 되도록 가공함으로써 제공되는 압출관의 두께편차 보정방법.