KR960004750B1

KR960004750B1 - 튜우브내벽에 그루우브를 형성시켜 주기 위한 냉간인발방법과 그 장치

Info

Publication number: KR960004750B1
Application number: KR1019880002878A
Authority: KR
Inventors: 로웰 메이어 딘
Original assignee: 더 뱁콕 앤드 윌콕스 컴퍼니; 로버트 제이. 에드워즈
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1996-04-13
Also published as: CA1275970C; AU1777688A; JPS6415217A; AU606956B2; JPH0571325B2; EP0295919B1; MX165619B; EP0295919A3; EP0295919A2; DE3868706D1; ES2029884T3; ATE73021T1; KR890000178A; US4854148A

Abstract

요악없음.

Description

튜우브내벽에 그루우브를 형성시켜 주기 위한 냉간인발방법과 그 장치

제1도는 본 발명에 따른 다이와 맨드릴을 사용하여 튜우브를 인발하는 과정을 나타낸 부분측면도이고.

제2도는 본 발명의 변형예에 따른 다이와 맨드릴을 나타난 부분측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 튜우브 11 : 다이

12 : 도입부 13 : 다이랜드

14 : 배출부 20 : 맨드릴

21 : 플러그 22 : 그루우브

23 : 원추형상으로 회전되는 몸체부 24 : 원통형상으로 회전되는 몸체부

25 : 로드

본 발명은 내벽에 그루우브가 형성된 튜우브를 제작하는데 관한 것으로, 특히 튜우브의 내벽에 깊이가 얕은 그루우브를 축방향 또는 나선형으로 조밀하게 형성시켜줄 수 있도록 개량된 냉간인발방법과 그 장치에 관한 것이다.

종래에도 여러가지 목적으로 튜우브의 내벽에다 그루우브를 형성시켜 주는 기술이 제안되어져 있는 바, 예컨대 절삭가공과 브로우칭, 인포오밍, 압축 및 인발가공 등을 들 수 있고, 그 외에도 여러가지 그루우브 성형기술이 특허 등으로 공지되어져 있다. 즉, 미국특허 제2,392,797호에는 튜우브 내벽에 형성시켜 주고자 하는 그루우브형상과 반대되는 형상을 한 맨드릴과 다이조립체를 이용해서 총신이라던가 라이닝의 내면에다 강선(腔線)이나 세로홈 등을 성형시켜 주는 기술이 게재되어 있는데, 이는 튜우브가 다이를 통과해서 이동하게 되면 다이가 튜우브를 맨드릴에 압착시켜 주면서 튜우브와 다이 사이의 축방향으로 상대운동에 따라 튜우브의 내벽에 그루우브가 형성되도록 한 것이다.

또 미국특허 제 2,852,835호에는 고정다이와 회전되는 강선용 맨드릴로 이루어진 환상부재를 통해 금속제 튜우브가 인발되어지는 기술이 게재되어 있기도 한데, 이는 튜우브의 내벽에 나선형 돌출부가 형성됨과 더불어 튜우브의 칫수도 동시에 결정되게 되는 한편, 상기 다이가 원통부위 뒷쪽으로부터그 외경이 점차 감소되어지도록 된 경사진 원추형 선단부를 갖춘 것으로 되어 있는 것이다.

즉, 상기와 같은 기술에서도 강선용 맨드릴의 한쪽부위에 튜우브 내벽이 접촉됨과 동시에 튜우브의 바깥면은 다이의 경사선단부에 접촉하게 되고, 또 튜우브의 내벽중 일정거리로 떨어진 부위가 점차 그 외경이 감소됨과 더불어 강선용 맨드릴의 홈속으로 반경방향으로 압입되도록 되어 있다. 그런데 상기 특허에는 강선이 형성되어지는 알루미늄제 총신을 제작하는데 유용한 기술이 제시되어져 있기는 하나 그루우브 그 자체의 형상에 대해서는 특정되게 기재되어져 있지가 않다.

또한 상기 특허와 유사한 인발방법이, 미국특허 제3,830,087호와, 동 제3,289,451호, 동 제3,088,494호, 동 제3,292,408호, 동 제3,487,673호, 동 제3,744,290호, 동 제4,161,112호, 동 제4,373,366, 동 제3,865,184호 및, 동 제3,753,364 등에 게재되어 있는데, 이들은 모두 히트파이프를 제작하는데 쓰여지는 방법 및 그 장치와 수평형히트파이프에 대한 내용도 게재되어 있다.

그리고 이들중 특허 제3,865,184호에서는 실제로 히트파이프 자체에 관련된 최초의 기술내용으로서 특별히 요구되는 구조가 상세히 기재되어 있고, 또 특허 제3,753,364호에는 히트파이프의 파이프내면에 모세관력을 발생시켜 주도록 하는 그루우브 제작방법과 그 장치가 최초로 기재되어 있다.

즉, 종래의 공지된 인발방법 및 장치에서는 모두 최대 모세관력을 발생시켜 줄 수 있도록 하는 좁은 개구부를 갖춘 그루우브를 형성시켜 주기 위해, 튜우브의 내벽부위를 절삭하거나 이 절삭된 부위를 융기시키고 접어줌으로써 나선형 모세관 그루우브를 형성시켜 주도록 된 수단이 갖추어져 있다.

여기서 이 절삭공구는 평면과 원통면의 교점에서 굴곡지게 형성되어지는 평평한 모서리를 갖추고 있어서, 이 절삭공구에 의해 형성되어지는 그루우브가 최적상태의 모세관작용을 일으켜주기 위해 그루우브의 폭보다 좁은 개구부를 갖게 되는 바, 즉 그루우브의 최대 골깊이가 0.3556㎜이고 그루우브의 최대간격은 0.1778㎜로 되어 있다.

또한 동일한 기하학적 형상을 갖춘 별개로 된 환상 그루우브 성형기술도 기재되어 있기도 하다.

이처럼 튜우브의 내벽에다 그루우브를 성형시켜 주는 종래의 방법은 모두 냉간인발방법이 아니라 절삭공구를 사용한 절삭가공의 일종임을 알 수 있다.

그리고 만일 튜우브의 내벽을 반경방향으로 힘을 강하게 가해주면서 맨드릴의 그루우브에다 압입시켜 주게 되면, 상기 튜우브의 내벽이 맨드릴의 그루우브에 반경방향으로 체워지는게 아니라 오히려 그루우브의 길이방향을 따라 연신되게 되는 바, 이러한 현상은 그루우브의 깊이가 깊어지거나 또는 그루우브 사이의 간격이 좁아지고, 인발속도가 증가됨에 따라 그러한 현상이 더 심해지게 되는데, 이는 경도가 큰 공작물일 경우에도 마찬가지이다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 실제로 강철과 같이 경도가 큰 경금속(硬金屬)에 골깊이가 0.508㎜이고 그루우브 간격이 1.016㎜인 그루우브를 연속적으로 성형시켜줄 수 있는 냉간인발방법은 아직까지 제안된바 없고, 특히 경금속재질의 튜우브에다 그 길이방향으로 균일하면서도 깊이가 얕은 연속 그루우브를 신속히 제작 할 수 있는 냉간인발방법 또한 아직 제안되어져 있지 않다.

여기서 이와 같은 그루우브는 히트파이프와 같은 특수분야에 적용되는 것으로, 이러한 히트파이프는 응축부에 응축된 응축수를 증발부로 이송시켜 주기 위해 모세관 그루우브를 사용함으로써 열전달 표면적이 넓어지게 되어 히트파이프의 열전달량이 증가하게 되므로, 상기와 같은 그루우브를 열 사이 펀식 히트파이프에 사용하게 되면 적절한 위크(Wick)역할을 수행할 수 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 경금속재질의 튜우브에 미세한 그루우브를 신속히 연속적으로 성형시켜줄 수 있도록 하는 냉간인발방법과 그 장치를을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 냉간인발방법은 연속인발(Continous Draw)작업을 함에 있어서, 튜우브 내벽이 보다 큰 지름을 갖고서 그루우브가 형성된 맨드릴의 뒷끝과 접촉되기 전에, 다이와 원통형 맨드릴 사이에서 그 내경이 처음으로 감소되어지도록 하고, 이어 튜 우브를 맨드릴에 형성된 그루우브의 바닥과 접촉시켜 그루우브가 형성된 맨드릴의 직경보다는 크지 않도록 그 내경을 감소시켜 주고나서, 맨드릴의 뒷끝에 형성된 직경이 감소된 부위와 접촉되게 해서 그 내벽에 그루우브가 형성되어지도록 되어 있다.

또한 본 발명에 따른 냉간인발장치는 길이방향으로 뻗은 다수개의 그루우브가 형성된 내면을 갖춘 튜우브를 제작하기 위한 것으로서, 얇은 튜우브를 신장시켜 인발해주기 위해 원통형 구멍주위를 둘러싸는 다이랜드와, 이 원통형 구멍이 연속적으로 형성되도록 경사진 선단부를 둘러싸는 도입부가 갖춰전 다이가 구비되고, 상기 원통형 구멍내에는 동일축상으로 맨드릴이 설치되어 다이의 내면과 일정간격을 유지하면서 이를 관통하여 튜우브가 인발되어질 수 있도록 환상공간이 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 맨드릴은 상기 원통형 구멍내에서 동일축상으로 설치되면서 그루우브가 형성된 대체로 원통형상인 홈붙이 플러그와, 이 홈붙이 플러그의 골지름보다 지름이 작게 되어 있는 원통형상으로 회전되는 몸체부, 이 원통형상으로 회전되는 몸체부를 상기 플러그에 상호 연결시켜 주는 원추형상으로 회전되는 몸체부 및, 상기 경사진 선단부와 원통형 구멍 사이에 형성된 원통형상으로 회전되는 몸체부를 각각 갖추고 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

제1도에 도시된 바와 같이 속이 빈 튜우브(10)는 공지의 견인수단(도시안됨)으로 종래의 다이(11)를 통해 화살표방향, 즉 도면의 오른쪽에서 왼쪽방향으로 인발되게 되는 바, 상기 튜우브(10)는 다이(11)를 통과하기 전에는 대체로 원통형은 매끈한 내/외면을 갖추고 있다.

여기서 상기 다이(11)는 대체로 원추형상은 도입부(12)내에 경사진 선단부가 갖춰지고 원통형 다이랜드(13)내에는 원통형 구멍이, 도 원추형 배출부(14)내에는 확대부가 각각 갖춰지며, 상기 선단부와 확대부 사이에는 다이(11)의 앞/뒤쪽으로 연통되는 구멍이 형성되어져 있다.

한편 텅스텐화물(WC)과 같은 재료로 표면경화처리된 내부맨드릴(20)은 상기 구멍내에 동일축상으로 기워지되 다이(11) 표면으로부터 일정간격을 유지하도록 되어, 상기 튜우브(10)가 그 사이로 통과되면서 인발되도록 하는 환상공간을 만들어 주게 됨으로써 튜우브(10)의 내면에 그루우브를 형성시켜줌과 더불어 그 직경도 감소시켜줄 수 있도록 되어 있다.

여기서 상기 맨드릴(20)은 3개의 부위로 구성되는 바, 즉 다수개의 나선형상 또는 축방향의 그루우브(22)가 형성된 가공면을 갖춘 홈붙이 플러그(21)와, 대체로 원추형상인 원추형상으로 회전되는 몸체부(23) 및, 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)로 구성되면서, 상기 원추형상으로 회전되는 몸체부(23)가 그 큰지름부끝이 상기 홈붙이 플러그(21)에 연결되고, 그 작은 지름부끝은 상기 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)에 연결되는 한편, 이 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)는 상기 원추형상으로 회전되는 몸체부(23)의 반대쪽 끝에서 지름이 큰 원통형 로드(25)에 연결되어 있다.

한편 상기 맨드릴(20)이 다이(11) 내부에 위치하게 되면, 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)가 원추형 도입부(12)내에서부터 원통형 다이랜드(13)내까지 형성되는 다이구멍과 동일축상으로 뻗어 설치되고, 그에 따라 상기 원추형 도입부(12)의 표면과 다이랜드(13)는 동심원상으로 위치시켜지게 된다.

그런데 튜우브(10)가 다이(11)를 통과하면서 인발되게 되면 먼저 튜우브(10)가 바깥표면이 원추형 도입부(12)와 접촉하게 되는데, 이 원처형 도입부(12)가 상기 튜우브(10)에 힘을 가해 줌으로써 맨드릴(20)의 작은 지름부 즉 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)에 해당하는 지름으로 튜우브(10)의지름을 감소시켜 주게 된다.

제1도에 도시된 바와 같이, 튜우브(10)내벽에 그루우브가 형성되기 전원통형상으로 회전되는 몸체부(24)를 둘러싸고 있는 튜우브(10)의 일정부위가 대체로 원추형 도입부(12)에 도달하게 되면, 먼저 상기 튜우브(120)의 바깥지름이 감소된 다음 상기 튜우브(1)의 내부의 지름이 홈붙이 플러그(21)의 그루우브(22) 바닥부지름과 같거나 또는 작은 지름으로 감소되게 됨으로써, 종래 기술에서와 같이 튜우브(10) 내벽이 그루우브(22)에 채워지지 않고 길이방향으로 연신되게 되는 문제점이 없어지게 된다.

이와 같은 작동은 실제로 홈붙이 플러그(21)가 튜우브(10)의 내벽에 힘을 가해주면서 홈붙이 플러그(21)의 그루우브(22)내에 상기 튜우브(01)의 내벽이 압입되도록 해준다기 보다는 튜우브(10)의 내벽 표면에다 돌기 또는 홈붙이 플러그(21)의 돌출부에 대응되는 그루우브를 형성해 준다고 볼 수 있다.

이처럼 지름이 감소되어진 튜우브(10)의 내벽이 맨드릴(20)의 원추형상으로 회전되는 몸체부(23)에 접촉되면서부터 그 지름이 점점 확대되어져 홈붙이 플러그(21)의 그루우브(22)속으로 유도되게 되고, 이 홈붙이 플러그(21)의 돌출부 또는 그루우브는 원주상으로 일정간격으로 떨어진 다수지점에서 지름이 감소되어진 튜우브 내부면이 길이방향으로 이동되는 것을 저지시켜 줌으로써, 튜우브내벽이 축방향으로 유동되면서 홈붙이 플러그(21)의 그루우브(22)내로 유입되어져 내벽 표면에 길이방향으로 뻗은 다수개의 그루우브가 형성된 튜우브가 형성되게 되는 것이다.

여기서, 상기 맨드릴(20)이 회전될 수 있도록 되어 있기 때문에 튜우브(10)의 내벽 표면에 나선형 그루우브를 형성시켜줄 수가 있게 된다.

또 튜우브(10)내벽의 내부지름을 감소시켜 주는 작업은, 그루우브의 선단 일반적으로 원추형상으로 회전되는 몸체부(21) 및, 이 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)를 상기 홈붙이 플러그(21)로 연결해주는 원추형상으로 회전되는 몸체부(23)에 접촉되기 전에 맨드릴(20)에 형성된 그루우브(22)의 바닥부 지름보다 크게 되지 않도록 해주는 것이 중요한데, 그렇지 않게 되면 튜우브 내벽이 그루우브(22)에 반지름방향으로 완전히 채워지지 않고서 길이방향으로 연신되게 된다.

또한 홈붙이 플러그(21)의 납작한 그루우브 표면에 대한 원추형상의 선단 또는 원추형상으로 회전되는 몸체부(23)는 튜우브 내벽이 길이방향으로 그루우브(22)내에 충분히 채워지도록 해주기 위해 필요한 것이다. 여기서 홈붙이 플러그(21)의 그루우브 표면은 재료가 적절히 유동하도록 매끈히 가공되어져야 하는데, 만일 상기 그루우브의 표면이 지나치게 거칠게 되면 튜우브 내벽에 형성되는 그루우브 상부면에 흠집이 남겨지게 되므로, 그루우브의 표면 다듬질은 대개 7.62×10^-5㎜ 정도가 효과적이기는 하나 7.62×10^-4㎜ 이상의 다듬질 정밀도가 요구된다.

한편 튜우브(10)내벽에 그루우브가 성형시켜지는 동안 튜우브(1)의 바깥지름을 적어도 9% 정도 더 감소시켜 튜우브(10)의 벽두께를 적어도 20% 정도 감소시켜 주는 것이 바람직한 바, 이렇게 튜우브(10)내벽의 두께를 감소시켜줌으로써 튜우브(10)의 내벽을 플러그(21)의 그루우브(22)속으로 인입시켜 주기에 충분한 힘이 발생하게 된다. 그리고 튜우브(10)는 튜우브 재질이 적당히 유동될 있는 연성을 갖도록 하기 위해 냉간인발작업을 하기전 어니일링처리를 해주어야 한다.

한편, 제2도에서는 제1도에 도시된 참조부호에 100자리숫자가 덧붙혀져 있지만, 이 100자리숫자를 빼면 제1도의 실시예에서의 부품과 같은 것이 되는 바, 제2도에 도시된 실시예가 제1도 실시예와 다른점은 도입부(112) 및 회전되는 몸체부(123)가 원추형으로 되면서 도시된 바와 같이 볼록하거나 오목하게(도시안됨) 굴곡되게 형성되어져 있다는 점이다.

그리고 본 발명은 특별한 홈붙이 맨드릴과 인발대 및 기타 인발장치를 사용해서 매분당 10.36ｍ 이상의 속도로 그루우브가 성형되어지는 튜우브를 제작할 수 있고, 또 여러 형태의 나선형 그루우브로 형성되도록 해줄 수 도 있는 바, 예컨대 리이드가 22.86㎝ 내지 50.8㎝인 나선에 2.54㎝(1인치)당 그루우브를 24개에서 35개 이상으로 성형시켜줄 수도 있다.

Claims

내벽면에 길이방향으로 뻗은 다수개의 그루우브를 갖춘 튜우브를 단일 연속 인발작업으로 냉간성형시켜 주는 방법에 있어서, 맨드릴(20)을 따라 튜우브(10)벽을 길이 방향으로 인발시켜 주는 단계와, 튜우브(10) 내벽의 지름이 형성되어지는 그루우브(22)의 골지름보다 작은 칫수가 되도록 튜우브(10)의 내벽을 얇게 해주는 단계, 두께가 감소되어진 튜우브(10)의 내벽을 점차 확대시켜 주는 단계, 그루우브(22)를 형성시켜 주기 위해 원주상으로 배열된 다수지점에서 두께가 감소되어진 튜우브(1)의 내벽의 일정부위에서 길이방향 이동이 저지되도록 해주는 단계 및, 튜우브(10)의 내벽에 그루우브(22)를 형성시켜줌과 동시에 튜우브(10)의 바깥지름을 적어도 9%정도 감소시켜 주고나서 두께가 감소되어진 내벽의 동일한 부위를 딸 그 벽두께를 적어도 20% 정도 감소시켜 주도록 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 튜우브내벽에 그루우브를 형성시켜 주기 위한 냉간인발방법.
제1항에 있어서, 상기 냉간인발방법은 자유로이 회전되는 맨드릴(20)을 가지고 튜우브(10)의 길이를 따라 균일하게 나선형으로 그루우브(22)가 형성시켜 주고나서 나선형 그루우브(22)가 형성된 플러그(21)를 설치해 주도록 된 것을 특징으로 하는 튜우브내벽에 그루우브를 형성시켜 주기 위한 냉간인발방법.
제2항에 있어서, 상기 냉간인발방법이 튜우브(10)가 냉간인발되기전에 어넬링처리되는 단계를 부가적으로 갖춘 것을 특징으로 하는 튜우브내벽에 그루우브를 형성시켜 주기 위한 냉간인발방법.
제2항에 있어서, 상기 플러그(21)에 형성된 나선형 그루우브(22)가 대략 7.62×10^-5㎜로 표면처리된 것을 특징으로 하는 튜우브내벽에 그루우브를 형성시켜 주기 위한 냉간인발방법.
내벽면에 길이방향으로 뻗은 다수개의 그루우브를 갖춘 튜우브를 단일 연속 인발작업으로 냉간성형시켜 주는 방법에 있어서, 원통형 구멍내에 동일축상으로 그루우브가 형성되면서 원통형상으로 된 플러그(21)와, 이 플러그(21)의 골지름보다 작은 지름으로 된 원통형상으로 회전되는 몸체부(21) 및, 이 원통형상으로회전되는 몸체부(24)를 상기 홈붙이 플러그(21)로 연결해 주는 원추형상으로 회전되는 몸체부(23)를 갖춘 맨드린(21)을 갖추면서 상기 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)가 그 경사진 선단부 및 원통형 구멍내로 그 일부가 노출되고, 상기 홈붙이 플러그(21)는 원주상 표면에 일정간격으로 길이방향으로 뻗으며서 대략 7.62×10^-5㎜로 표면처리된 다수개의 그루우부를 갖추고서 상기 맨드릴(20)과 동일축상으로 그리고 상기 원통형 구멍 및 이 구멍을 연속적으로 형성시켜 주게 되는 경사진 선단부를 갖춘 다이구멍을 통해 튜우브(10)를 길이방향으로 인발시켜 주는 단계와, 상기 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)에서 홈붙이 플러그(21)의 그루우브 바닥의 지름보다 작은 내부지름이 되도록 튜우브(10)의 두께를 얇게 해주는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 튜우브내벽에 그루우브를 형성시켜 주기 위한 냉간인발방법.
제5항에 있어서, 상기 튜우브(10)내벽에 그루우부를 형성시키는 냉간인발과정 동안에 튜우브(1)의 바깥지름이 적어도 9% 정도 감소되면서 두께가 적어도 20% 정도 감소되는 것을 특징으로 하는 튜우브내벽에 그루우브를 형성시켜 주기 위한 냉간인발방법.
내벽면에 길이방향으로 뻗은 다수개의 그루우브를 갖춘 튜우브를 냉간인발하는 장치에 있어서, 원통형 구멍을 감싸주는 다이랜드(13) 및 이 원통형 구멍을 연속적으로 형성해 주게 되는 경사진 선단부를 감싸주는 원추형 도입부(12)를 갖춘 다이(11)와, 튜우브(10)가 관통되면서 인발되어지도록 간격을 형성해주기 위해 다이(11)의 내부표면으로부터 떨어져 있으면서 상기 구멍내에 설치된 맨드릴(2))을 갖추고서 이 맨드릴(20)이 상기 원통형 구멍과 동일축상으로 형성되면서 대략 7.62×10^-5㎜로 표면처리된 원통형 홈붙이 플러그(21), 이 홈붙이 플러그(21)의 골지름보다 작은 지름을 갖는 원통형상으로 회전되는 몸체부(24) 및, 이 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)를 상기 홈붙이 플러그(21)로 연결시켜 주는 원추형상으로 회전되는 몸체부(23)를 갖추면서, 이 원통형상으로 회전되는 몸체부(24)가 그 경사진 선단부 원통형 구멍내에서 부분적으로 노출되도록 된 것을 특징으로 하는 튜우브내벽에 그루우브를 형성시켜 주기 위한 냉간인발장치.