WO2011059147A1 - 하이드로 포밍을 이용한 워터 파이프 및 그 제조 방법 - Google Patents

하이드로 포밍을 이용한 워터 파이프 및 그 제조 방법 Download PDF

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박성필
진경수
김윤규
문만빈
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현대하이스코 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a water pipe that can be used for water pipes, water pipes, fire pipes and the like. More specifically, the present invention relates to a water pipe using a hydroforming method of combining an outer tube and an inner tube in the form of a double tube, and a method of manufacturing the same.
  • a water pipe is a pipe through which water is transferred, such as a water pipe, a fire pipe, and a drain pipe.
  • a tube formed of a material having strong corrosion resistance such as aluminum or stainless steel, may be used.
  • these materials are expensive or weak in strength, and thus cannot be easily used.
  • a tube coated with a material having a high corrosion resistance on the inner surface may be used. In this case, the coating material may be easily peeled off depending on the use environment of the tube.
  • a water pipe in the form of a double pipe is formed in which the inside of the water pipe is formed of a corrosion resistant material such as aluminum and stainless steel, and the outside of the water pipe is formed of a general steel.
  • the double pipe may be adhesively filled or shrink fit.
  • the adhesive filling method refers to a method of bonding an inner tube and an outer tube by filling an adhesive or a synthetic resin between the inner tube and the outer tube.
  • the adhesive filling method has a problem in that the coupling performance of the inner tube and the outer tube is degraded due to chemical changes such as adhesives or synthetic resins used depending on temperature or environment.
  • Shrinkage refers to a method of heating or cooling an inner tube or an outer tube.
  • expensive heat treatment equipment is required, and if the length of the double pipe to be manufactured is long, there is a problem in that not all the joint surfaces are uniformly joined by heat treatment alone.
  • Another object of the present invention is to provide a double water pipe produced by hydroforming.
  • Dual water pipe manufacturing method using a hydroforming according to the present invention for achieving the above object is (a) an outer tube formed of steel, is formed of a corrosion-resistant material selected from stainless steel, titanium, aluminum and outer diameter Inserting an inner tube smaller than the inner diameter of the outer tube; (b) sealing both ends of the mold with a sealing means having a through hole connected to a fluid supply device for supplying fluid to the inner tube after seating the outer tube on the mold; (c) supplying a fluid to the inner tube to plastically expand the inner tube and to elastically expand the outer tube; And (d) discharging the fluid from the inner tube to elastically recover the outer tube, thereby frictionally coupling the inner tube and the outer tube.
  • Double water pipe according to the present invention for achieving the above another object is an outer tube formed of steel; And an inner tube formed of a corrosion resistant material selected from stainless steel, titanium, and aluminum, and inserted into the outer tube and frictionally coupled to the outer tube by hydroforming.
  • Double water pipe manufacturing method using the hydroforming according to the present invention uses a hydroforming method to produce a water pipe using a hydroforming method for plastic and elastic expansion of the inner tube and the outer tube. Therefore, the bonding performance is excellent at the time of manufacture, it is possible to implement a uniform bonding throughout the bonding surface.
  • the double water pipe according to the present invention is formed of a material having a high corrosion resistance inside the pipe, it is possible to improve the life characteristics of the pipe even under the environment where water continues to flow.
  • the double water pipe according to the present invention has the advantage that the outside of the pipe is formed of ordinary steel to prevent the damage of the pipe in the external impact.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a finished product of a double water pipe using a hydroforming according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flow chart showing an embodiment of a water pipe manufacturing method using hydroforming according to the present invention.
  • FIG 3 is a schematic view showing a modification of the method of manufacturing a double water pipe using hydroforming according to the present invention.
  • Figure 4 schematically shows a cross section of a manufacturing apparatus that can be used in the method for producing a double water pipe using a hydroforming according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a finished product of a double water pipe using a hydroforming according to the present invention.
  • the double water pipe has a form of a double pipe in which the inner pipe 10 and the outer pipe 20 are combined.
  • the inner tube 10 is formed of a high corrosion resistance material such as stainless steel, titanium, aluminum so as to increase the corrosion resistance to water.
  • the outer tube 20 In the case of the outer tube 20, it forms the appearance of the water pipe, and is formed of steel resistant to external impact.
  • a plated steel pipe such as a galvanized steel pipe or an aluminum plated steel pipe may be used, and a non-plated steel pipe may also be used.
  • Hydroforming method is a method of combining the inner tube 10 and the outer tube by plastic expansion and expansion of the inner tube 10 and elastic expansion and recovery of the outer tube 10 using the pressure of the fluid. This is characterized in that the inner tube 10 and the outer tube 20 are mechanically connected without using a separate adhesive or welding.
  • FIG. 2 is a flow chart showing an embodiment of a water pipe manufacturing method using hydroforming according to the present invention.
  • the illustrated double water pipe manufacturing method includes an inner tube insertion step (S210), a mold seating step (S220), an inner tube plastic expansion and an outer tube elastic expansion step (S230), and an outer tube elastic recovery step (S240). ).
  • an inner tube having an outer diameter relatively smaller than the inner diameter of the outer tube is inserted into an outer tube having a specific inner diameter.
  • the inner tube is a part in continuous contact with water in the water pipe, it may be formed of a material having high corrosion resistance stainless steel, titanium, aluminum, and the like.
  • the outer tube forms the appearance of the water pipe, and may be formed of steel that is resistant to impact, such as a plated steel pipe or an unplated steel pipe.
  • the outer diameter of the inner tube is smaller than the inner diameter of the outer tube.
  • the ratio of the inner tube outer diameter to the outer tube inner diameter may be determined according to the expansion ratio that is the boundary between the elastic expansion and the plastic expansion of the inner tube.
  • the outer diameter of the inner tube is approximately 95-98% of the inner diameter of the outer tube. If the outer diameter of the inner tube is less than 95% of the inner diameter of the outer tube, the inner tube may be excessively inflated, causing a defect such as bursting or breakage. On the other hand, if the outer diameter of the inner tube is greater than 98% of the outer tube inner diameter, when the hydraulic pressure is removed, the amount of shrinkage of the outer tube is large, because the appropriate bonding strength may not be secured.
  • the outer surface of the inner tube and the inner surface of the outer tube before frictionally coupling the inner tube and the outer tube by hydroforming.
  • the inner surface of the outer tube can be presented a surface treatment method by shot blasting
  • the outer surface of the inner tube can be presented a surface treatment method by pickling, but is limited to these methods It is not.
  • the outer tube is seated on the mold, and then both ends of the mold are sealed by a sealing means.
  • the inner tube may be inserted into the outer tube before the mold is seated, and the inner tube may be inserted into the outer tube while the outer tube is seated in the mold.
  • the inner tube is aligned with the center of the outer tube. This is to ensure that the inner tube and the outer tube are uniformly expanded in all thickness directions in the subsequent inner tube plastic expansion and outer tube elastic expansion step (S230).
  • the sealing means has a through hole connected with a fluid supply device for supplying a fluid to the inner tube.
  • the fluid supplied from the fluid supply device is supplied to the inner tube through the through hole.
  • the inner tube is expanded by supplying a fluid such as water from the fluid supply device to the inner tube through the through hole formed in the sealing means.
  • the expansion may be classified into elastic expansion and plastic expansion.
  • elastic expansion when the pressure is released, the expansion returns to the original state.
  • plastic expansion the expansion does not return to the original state even when the pressure is released.
  • the inner tube In the case of the inner tube, it is initially elastically expanded by hydraulic pressure, but if it exceeds a certain expansion rate, from then on, it is changed to plastic expansion that maintains an expanded state even if the hydraulic pressure is released.
  • the outer tube expands together. At this time, the inner tube is expanded until plastic deformation is made, and the outer tube is elastically expanded due to the expansion rate limited by the mold.
  • the fluid can be supplied to the inner tube while the dummy means is inserted into the inner tube.
  • the dummy means substantially reduces the internal space of the inner tube by occupying a constant volume in the inner tube, thereby providing an effect of reducing the amount of supply and the supply time of the fluid during hydroforming.
  • the expansion of the inner tube can be started from the time when the original space of the inner tube is filled, but the inner space of the inner tube is substantially reduced when the dummy means is inserted. Therefore, the fluid supply amount is reduced by the volume occupied by the dummy means. This may be more effective when the diameter of the water pipe to be manufactured is larger diameter than 400mm.
  • what can be used as a dummy means may be a metal rod, a plastic rod, a foamed resin (styrofoam) and the like, but is not limited thereto and may use any one.
  • the fluid supplied in the inner tube is discharged from the inner tube to release the pressure.
  • 3 is a schematic view showing a modification of the method of manufacturing a double water pipe using hydroforming according to the present invention. 3 specifically illustrates an example in which the inner tube does not need to be aligned with the center of the outer tube separately before the inner tube plastic expansion and outer tube elastic expansion step S230 of FIG. 2.
  • the illustrated example includes an inner tube both end expanding step S310 and a welding fixing step S320.
  • both ends of the inner tube 10 are expanded by using a jig or the like to be in close contact with the outer tube.
  • the welding fixing step (S320) welds both ends 12 of the expanded inner tube 10 to the ends of the outer tube 20 to fix the inner tube 10 more firmly with respect to the outer tube 20. do.
  • the welding part 15 may be partially formed instead of the entire end portion, so that air or foreign matter may be discharged to the outside through the non-welded portion during the expansion of the inner tube in the subsequent hydroforming step (S330).
  • the hydroforming step (S330) is a process including an inner tube plastic expansion and outer tube elastic expansion step (S230) and an outer tube elastic recovery step (S240) of FIG. 2.
  • the fluid is injected into the inner tube 10 so that the inner tube 10 and the outer tube 20 are in close contact with each other, and the outer tube 20 and the mold 30 are formed in close contact with each other. .
  • the inner tube 10 When the fluid is injected into the inner tube 10, the inner tube 10 expands and comes into close contact with the outer tube 20.
  • the outer tube 20 When the pressure by the fluid, that is, the hydraulic pressure is continuously applied, the outer tube 20 also expands with the inner tube 10 to expand the inner tube 10 and the outer tube 20, and the outer tube 20 and the mold ( 30) are all in close contact.
  • an end cutting step (S340) for cutting both ends of the manufactured double water pipe in order to remove the welded portion 15 of the inner tube 10 and the outer tube 20, it may further include an end cutting step (S340) for cutting both ends of the manufactured double water pipe.
  • an example of forming an outlet hole in an outer tube may be provided.
  • the discharge hole is formed by drilling one or two or more in the outer tube, and may be a passage through which air and foreign substances are discharged when the inner tube is expanded by hydraulic pressure.
  • the outlet hole may be sealed again by welding or the like after the double water pipe is manufactured.
  • the discharge hole preferably has a diameter in the range of 5 ⁇ 10mm. If the diameter of the discharge hole is less than 5mm is because the discharge of foreign matter is not smooth, if the diameter of the discharge hole is larger than 10mm, it is because it is difficult to seal the discharge hole again.
  • Figure 4 schematically shows a cross section of a manufacturing apparatus that can be used in the method for producing a double water pipe using a hydroforming according to the present invention.
  • the apparatus for manufacturing a dual water pipe using the hydroforming shown includes a mold 410, a dummy means 430, and a fluid supply means 430.
  • the mold 410 is provided with a molding groove, the outer tube 401 is seated in the molding groove.
  • the inner tube 402 is inserted into the outer tube 401.
  • the inner tube 402 may be inserted before the outer tube 401 is seated in the mold 410, and the inner tube 402 may be inserted after the outer tube 401 is seated in the mold 410. have.
  • the sealing means 420 seals both ends of the mold 410, and a through hole is formed so that the fluid supplied from the fluid supply means 430 flows into the mold 410.
  • the fluid supply means 430 penetrates the sealing means 420 at both ends to supply fluid to the inner tube 402, as shown in either or the example shown in FIG. 4. If the fluid is continuously supplied to the inner tube 402 by the fluid supply means 430, the inner tube 402 begins to expand by hydraulic pressure from the time when the inner tube 402 is full of fluid, and eventually the inner tube 402 Pipe 402 is plastic expansion is coupled to the outer tube 401.
  • the apparatus for manufacturing the double water pipe may further include a dummy means 440, as shown in FIG.
  • the dummy means 440 is disposed inside the inner tube 402 to substantially reduce the inner space of the inner tube 402.
  • the dummy means 440 may be used having a certain volume such as metal rods, plastic rods, styrofoam, and the like.
  • the dummy means 440 serves to reduce the amount of fluid supplied from the fluid supply means 430 and the fluid supply time.
  • the dummy means 440 may have a rod shape and may be integrally formed with the sealing means 420.
  • the dummy means 440 may be provided with a plurality of on / off valves 441 that are opened during the hydroforming process and closed when the hydroforming is completed.
  • the double water pipe manufactured using the hydroforming according to the present invention may be formed of a material having a high corrosion resistance inside the pipe to improve the life characteristics of the pipe even in an environment where water continues to flow.
  • the outside of the pipe is formed of a plated or non-plated steel has the advantage of preventing damage to the pipe in the external impact.
  • the present invention can improve the coupling performance of the inner tube having a high corrosion resistance and the outer tube having a high impact strength by using the hydroforming.
  • the present invention enables uniform bonding throughout the bonding surface by using hydroforming.

Abstract

하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 제조 방법은 (a) 강재로 형성된 외부관에, 스테인리스 스틸, 티타늄 및 알루미늄 중에서 선택되는 내식용 재질로 형성되며, 외경이 상기 외부관의 내경보다 작은 내부관을 삽입하는 단계; (b) 금형에 상기 외부관을 안착시킨 후, 상기 내부관에 유체를 공급하기 위한 유체 공급 장치와 연결되는 관통홀을 구비하는 밀봉수단으로 상기 금형의 양 단을 밀봉하는 단계; (c) 상기 내부관에 유체를 공급하여, 상기 내부관을 소성 팽창시키고 상기 외부관을 탄성 팽창시키는 단계; 및 (d) 상기 유체를 상기 내부관으로부터 배출하여 상기 외부관을 탄성 회복시켜, 상기 내부관과 상기 외부관을 마찰 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이드로 포밍을 이용한 워터 파이프 및 그 제조 방법
본 발명은 상수도용 관, 배수용 관, 소방용 관 등의 용도로 이용할 수 있는 워터 파이프에 관한 것이다. 보다 상세하게는 외부관과 내부관을 이중관의 형태로 결합하는 하이드로 포밍(hydro forming) 방식을 이용한 워터 파이프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
워터 파이프란 상수도용 관, 소방용 관, 배수용 관과 같은 물이 이송되는 관을 말한다.
통상의 워터 파이프는 강관이 주로 이용된다. 그러나, 워터 파이프에는 물이흐르는 관계로, 강관을 이용한 워터 파이프는 파이프 내측이 쉽게 부식될 수 있는 문제가 있다.
이를 보완하기 위하여 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 내식성이 강한 재질로 형성된 관이 이용되기도 하나, 이들 재질은 고가이거나 강도가 약하여 쉽게 이용될 수 없는 문제점이 있다. 또한, 내부면에 내식성이 강한 물질이 코팅된 관이 이용될 수 있으나, 이 경우 관의 사용 환경에 따라서 코팅 물질이 쉽게 박리되는 경우가 있다.
따라서, 제조비용, 내식성, 외부 강도 등을 고려하여, 워터 파이프의 내측은 알루미늄, 스테인리스 스틸과 같은 내식성 재질로 형성하고, 워터 파이프의 외측은 일반적인 강재로 형성하는 이중관 형태의 워터 파이프가 요구된다.
상기의 이중관의 제조는 일반적으로 접착제 충전법이나 열박음법이 이용될 수 있다.
이 중, 접착제 충전법은 내부관과 외부관 사이에 접착제 또는 합성 수지를 충전하여, 내부관과 외부관을 결합시키는 방법을 말한다. 이러한 접착제 충전법은 온도 또는 환경에 따라 이용된 접착제나 합성수지 등의 화학적 변화로 내부관과 외부관의 결합 성능이 저하되는 문제점이 있다.
또한 열박음법은 내부관 또는 외부관을 가열 또는 냉각하는 방법을 말한다. 이러한, 열박음법을 이용한 이중관 제조 방법의 경우, 고가의 열처리 장비가 요구되며, 제조하고자 하는 이중관의 길이가 긴 경우 열처리 만으로는 모든 접합면이 균일하게 접합되지 않는 문제점이 있다.
따라서, 워터 파이프를 이중관의 형태로 제조하되, 제작시 결합 성능이 우수하고, 모든 접합면이 균일하게 접합될 수 있는 공법이 요구된다.
본 발명의 목적은 파이프 내부의 내식성과 파이프 외부의 충격강도를 동시에 확보할 수 있는 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하이드로 포밍에 의해 제조된 이중 워터 파이프를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한이중 워터 파이프 제조 방법은 (a) 강재로 형성된 외부관에, 스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄 중 선택되는 내식용 재질로 형성되어 있으며 외경이 상기 외부관의 내경보다 작은 내부관을 삽입하는 단계; (b) 금형에 상기 외부관을 안착시킨 후, 상기 내부관에 유체를 공급하기 위한 유체 공급 장치와 연결되는 관통홀을 구비하는 밀봉수단으로 상기 금형의 양 단을 밀봉하는 단계; (c) 상기 내부관에 유체를 공급하여, 상기 내부관을 소성 팽창시키고 상기 외부관을 탄성 팽창시키는 단계; 및 (d) 상기 유체를 상기 내부관으로부터 배출하여 상기 외부관을 탄성 회복시켜, 상기 내부관과 상기 외부관을 마찰 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 워터 파이프는 강재로 형성되는 외부관; 및 스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄 중 선택되는 내식용 재질로 형성되고, 상기 외부관에 삽입되어 하이드로 포밍(hydro forming)에 의해 상기 외부관과 마찰 결합되는 내부관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 제조 방법은 유체의 압력을 이용하여 내부관과 외부관을 소성 및 탄성 팽창시키는 하이드로 포밍 방식을 이용하여 워터 파이프를 제조한다. 따라서, 제조시 결합 성능이 우수하고, 접합면 전체에 걸쳐 균일한 접합을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이중 워터 파이프는 파이프 내부가 내식성이 강한 재질로 형성되어, 물이 계속해서 흐르는 환경 하에서도 파이프의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이중 워터 파이프는 파이프 외부가 통상의 강재로 형성되어 외부의 충격에도 파이프의 훼손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프의 완제품을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 워터 파이프 제조 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 제조 방법의 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 제조 방법에 이용될 수 있는 제조 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프의 완제품을 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이중 워터 파이프는 내부관(10)과 외부관(20)이 결합된 이중관의 형태를 갖는다.
내부관(10)의 경우, 물에 대한 내식성을 높일 수 있도록 스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄과 같은 내식성이 강한 재질로 형성된다.
외부관(20)의 경우, 워터 파이프의 외관을 형성하며, 외부 충격에 강한 강재로 형성된다. 외부관(20)의 경우 아연도금강관, 알루미늄도금강관과 같은 도금강관이 이용될 수 있으며, 비도금강관도 이용될 수 있다.
내부관(10)과 외부관(20)은 하이드로 포밍 방식으로 결합된다. 하이드로 포밍 방식은 유체의 압력을 이용하여 내부관(10)을 소성 팽창시키고 외부관(10)을 탄성 팽창 및 회복시킴으로써, 내부관(10)과 외부관을 결합하는 방식이다. 이는 내부관(10)과 외부관(20)이 별도의 접착제를 이용하거나 용접을 하지 않고, 기계적으로 연결되는 특징이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 워터 파이프 제조 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 이중 워터 파이프 제조 방법은 내부관 삽입 단계(S210), 금형 안착 단계(S220), 내부관 소성 팽창 및 외부관 탄성 팽창 단계(S230) 및 외부관 탄성 회복 단계(S240)를 포함한다.
내부관 삽입 단계(S210)에서는 특정한 내경을 갖는 외부관에, 상기 외부관의 내경보다 상대적으로 작은 외경을 갖는 내부관을 삽입한다.
내부관은 워터 파이프에서 물과 계속적으로 접촉하는 부분이므로 내식성이 강한 스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄 등의 재질로 형성될 수 있다.
외부관은 워터 파이프의 외관을 형성하며, 도금강관, 비도금강관 등의 충격에 강한 강재로 형성될 수 있다.
내부관이 삽입되기 위하여, 내부관의 외경은 외부관의 내경보다 작다. 외부관 내경에 대한 내부관 외경의 비율은 내부관의 탄성 팽창과 소성 팽창의 경계가 되는 팽창률 등에 따라 결정될 수 있다.
바람직하기로는, 내부관의 외경이 외부관의 내경의 대략 95~98%인 것을 제시할 수 있다. 내부관의 외경이 외부관의 내경의 95%보다 작은 경우 내부관이 과도하게 팽창되어 터짐이나 파손 등의 불량이 발생할 우려가 있다. 반면, 내부관의 외경이 외부관 내경의 98%보다 큰 경우 유압을 제거하였을 때 외부관의 수축량이 많아 적절한 결합강도가 확보되지 않을 수 있기 때문이다.
또한, 하이드로 포밍에 의한 내부관과 외부관의 높은 결합강도를 유지하기 위하여, 직접 마찰하게 되는 외부관의 내부면과, 내부관의 외부면에 표면거칠기를 부여하는 것이 바람직하다.
한편, 내부관과 외부관을 하이드로 포밍에 의하여 마찰 결합시키기 이전에, 내부관의 외부면과 외부관의 내부면을 깨끗하게 표면처리하는 것이 바람직하다. 외부관의 내부면의 경우 숏블라스팅(shot blasting)에 의한 표면처리법을 제시할 수 있으며, 내부관의 외부면의 경우 피클링(pickling)에 의한 표면처리법을 제시할 수 있으나, 이들 방법에 한정되는 것은 아니다.
금형 안착 단계(S220)에서는 금형에 외부관을 안착시킨 후, 밀봉수단으로 금형의 양 단을 밀봉한다. 내부관은 금형 안착 이전에 외부관에 삽입될 수 있으며, 또한 외부관을 금형에 안착한 상태에서 내부관을 외부관에 삽입하여도 무방하다.
본 단계에서, 내부관은 외부관의 중심에 정렬된다. 이는 이어지는 내부관 소성 팽창 및 외부관 탄성 팽창 단계(S230)에서 내부관 및 외부관이 모든 두께 방향으로 균일한 팽창이 이루어지도록 하기 위함이다.
밀봉수단은 내부관에 유체를 공급하기 위한 유체 공급 장치와 연결되는 관통홀을 구비한다. 관통홀을 통하여 유체 공급 장치로부터 공급되는 유체가 내부관으로 공급된다.
내부관 소성 팽창 및 외부관 탄성 팽창 단계(S230)에서는 상기의 밀봉수단에 형성된 관통홀을 통하여 유체 공급 장치로부터 내부관에 물과 같은 유체를 공급하여, 내부관을 팽창시킨다. 이때, 팽창은 탄성 팽창과 소성 팽창으로 구분될 수 있는데, 탄성 팽창의 경우 압력이 해제되면 다시 원상태로 복귀하게 되나, 소성 팽창의 경우 압력이 해제되더라도 다시 원상태로 복귀하지 않는다.
내부관의 경우, 초기에는 유압에 의하여 탄성 팽창하게 되나, 일정한 팽창률을 초과하게 되면 그때부터는 유압이 해제되더라도 팽창된 상태를 유지하는 소성 팽창으로 변하게 된다.
내부관이 팽창되면서 외부관과 접촉하게 되면 외부관도 함께 팽창되게 된다. 이때 내부관은 소성 변형이 이루어질 때까지 팽창되고, 외부관은 금형에 의하여 팽창률이 제한되어 탄성팽창한다.
이때, 내부관 내에 더미수단을 삽입한 상태에서 유체를 내부관에 공급할 수있다.
더미수단은 내부관에서 일정한 부피를 차지함으로써 내부관의 내부 공간을 실질적으로 감소시키며, 이를 통하여 하이드로 포밍시 유체의 공급량과 공급 시간을 줄이는 효과를 제공한다. 더미 수단이 삽입되지 않는 경우 내부관의 원래 공간을 가득 채운 시점부터 내부관의 팽창이 시작될 수 있으나, 더미 수단이 삽입된 경우 내부관의 내부 공간이 실질적으로 감소한 것이 된다. 따라서, 더미 수단이 차지하는 부피만큼 유체 공급량이 줄어들게 된다. 이는 제조되는 워터 파이프의 구경이 400mm 이상의 대구경일 때 보다 효과적일 수 있다.
이때, 더미 수단으로 이용할 수 있는 것은 금속봉, 플라스틱봉, 발포 수지(스티로폼) 등이 될 수 있으나 이에 제한되지 않고 어떠한 것을 이용하여도 무방하다.
외부관 탄성 회복 단계(S240)에서는 내부관 내에 공급되어 있는 유체를 내부관으로부터 배출하여 압력을 해제시킨다.
유체의 압력이 해제되면, 내부관의 경우 소성 팽창한 상태이므로 사이즈의 변화가 없다. 그러나, 외부관의 경우 유체의 압력이 해제됨에 따라 탄성 회복이 이루어져, 원래의 크기로 복귀한다. 이때, 외부관의 내부면과 내부관의 외부면에 마찰이 이루어지면서, 기계적인 결합이 이루어진다.
도 3은 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 제조 방법의 변형예를 나타내는 개략도이다. 도 3에 제시된 예는 구체적으로, 도 2의 내부관 소성 팽창 및 외부관 탄성 팽창 단계(S230) 이전에 내부관을 별도로 외부관의 중심에 정렬하지 않아도 되는 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 도시된 예에서는 내부관 양 단부 확관 단계(S310) 및 용접고정 단계(S320)를 포함한다.
우선, 내부관 양 단부 확관 단계(S310)에서는 지그 등을 이용하여 내부관(10)의 양 단부를 확관하여 외부관에 밀착시킨다.
내부관(10) 양 단부의 확관을 통하여 외부관에 밀착시킴으로써, 내부관(10)과 외부관(20)의 축심이 일치하게 되며, 외부관(20) 만을 금형에 고정한 상태에서 후속 공정들을 진행할 수 있게 된다.
다음으로 용접 고정 단계(S320)는 확관된 내부관(10)의 양 단부(12)를 외부관(20)의 단부에 용접하여 내부관(10)을 외부관(20)에 대하여 더욱 견고하게 고정한다.
이때, 용접부(15)를 단부 전체가 아닌 부분적으로 형성하여, 이어지는 하이드로 포밍 단계(S330)에서 내부관의 팽창시에 공기나 이물질이 용접되지 않은 부분을 통하여 외부로 배출될 수 있도록 할 수 있다.
본 단계(S320)의 결과, 내부관(10)의 양단이 확관되어 외부관(20)에 용접으로 견고히 고정되므로, 내부관(10)과 외부관(20)이 정렬된 상태를 유지하게 된다. 따라서, 금형(30)을 이용하여 이중관 형태의 워터 파이프를 제조할 경우, 외부관(20)과 내부관(10)의 별도의 정렬과정을 생략할 수 있다.
다음으로, 하이드로 포밍 단계(S330)는 도 2의 내부관 소성 팽창 및 외부관 탄성 팽창 단계(S230) 및 외부관 탄성 회복 단계(S240)를 포함하는 과정이다. 구체적으로으로는, 내부관(10)으로 유체를 주입하여 내부관(10)과 외부관(20)이 밀착되도록 성형하고, 또한, 외부관(20)과 금형(30)까지 모두 밀착되도록 성형한다.
내부관(10)에 유체가 주입되면 내부관(10)이 팽창하여, 외부관(20)에 밀착하게 된다. 유체에 의한 압력, 즉 유압이 지속적으로 가해지면, 외부관(20)도 내부관(10)과 함께 팽창하여, 내부관(10)과 외부관(20), 그리고 외부관(20)과 금형(30)이 모두 밀착하게 된다.
성형 후, 내부관(10)과 외부관(20)의 용접 부분(15)을 제거하기 위하여, 제조된 이중 워터 파이프의 양단부를 절단하는 엔드 커팅 단계(S340)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이중 워터 파이프 제조 방법의 다른 변형예로, 외부관에 배출공을 형성하는 예를 제시할 수 있다.
배출공은 외부관에 하나 또는 2 이상을 천공하여 형성되는 것으로, 유압에 의한 내부관 팽창시에 공기 및 이물질이 배출되는 통로가 될 수 있다.
배출공은 이중 워터 파이프가 제조된 이후에, 용접 등에 의하여 다시 밀봉될 수 있다.
이때, 배출공은 5~10mm 범위의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 배출공의 직경이 5mm보다 작으면 이물질의 배출이 원활하지 못하고, 배출공의 직경이 10mm보다 클 경우, 배출공을 다시 밀봉하기 어려워지기 때문이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 제조 방법에 이용될 수 있는 제조 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 도시된 하이드로 포밍을 이용한 이중 워터 파이프 제조 장치는 금형(410), 더미 수단(430) 및 유체 공급 수단(430)을 포함한다.
금형(410)은 성형홈을 구비하며, 상기 성형홈에는 외부관(401)이 안착된다. 외부관(401)에는 내부관(402)이 삽입된다. 내부관(402)은 금형(410)에 외부관(401)이 안착되기 전에 미리 삽입될 수 있으며, 또한 내부관(402)은 금형(410)에 외부관(401)이 안착된 후에 삽입될 수 있다.
밀봉 수단(420)은 금형(410)의 양 단부를 밀봉하되, 관통홀이 형성되어 유체 공급 수단(430)으로부터 공급되는 유체가 금형(410) 내부로 유입된다.
유체 공급 수단(430)은 어느 한쪽 혹은 도 4에 도시된 예와 같이, 양쪽 단부의 밀봉 수단(420)을 관통하여 유체를 내부관(402)에 공급한다. 유체 공급 수단(430)에 의하여 유체가 내부관(402)에 계속 공급되면, 내부관(402)에 유체가 가득 채워지는 시점부터 유압에 의하여 내부관(402)이 팽창하기 시작하여, 결국에는 내부관(402)이 소성 팽창이 이루어져 외부관(401)과 결합하게 된다.
이때, 이중 워터 파이프를 제조하기 위한 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 더미 수단(440)을 더 포함할 수 있다.
더미 수단(440)은 내부관(402) 내부에 배치되어, 내부관(402)의 내부 공간을 실질적으로 감소시킨다. 더미 수단(440)은 금속봉이나 플라스틱봉, 스티로폼 등과 같이 어느 정도의 부피를 갖는 것이 이용될 수 있다. 더미 수단(440)은 유체 공급 수단(430)으로부터 공급되는 유체의 양 및 유체 공급 시간을 줄이는 역할을 한다.
이때, 더미 수단(440)은 도 4에 도시된 바와 같이, 봉의 형태를 가질 수 있으며, 밀봉 수단(420)과 일체로 형성될 수 있다. 그리고, 더미 수단(440)에는 하이드로 포밍 과정에서 개방되고, 하이드로 포밍이 종료될 경우 폐쇄되는 복수의 개폐 밸브(441)가 마련되어 있을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용하여 제조된 이중 워터 파이프는 파이프 내부가 내식성이 강한 재질로 형성되어 물이 계속해서 흐르는 환경 하에서도 파이프의 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 파이프 외부가 도금 또는 비도금 강재로 형성되어 외부의 충격에도 파이프의 훼손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 하이드로 포밍을 이용함으로써 워터 파이프 제작시 내식성이 강한 내부관과 충격강도가 높은 외부관의 결합 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명은 하이드로 포밍을 이용함으로써 접합면 전체에 걸쳐 균일한 접합이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 강재로 형성되는 외부관; 및
    스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄 중 선택되는 내식용 재질로 형성되고, 상기 외부관에 삽입되어 하이드로 포밍(hydro forming)에 의해 상기 외부관과 마찰 결합되는 내부관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 워터 파이프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부관은 아연도금강재, 알루미늄도금강재 및 비도금강재 중 선택되는재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 워터 파이프.
  3. (a) 강재로 형성된 외부관에, 스테인리스 스틸, 티타늄 및 알루미늄 중에서 선택되는 내식용 재질로 형성되며, 외경이 상기 외부관의 내경보다 작은 내부관을 삽입하는 단계;
    (b) 금형에 상기 외부관을 안착시킨 후, 상기 내부관에 유체를 공급하기 위한 유체 공급 장치와 연결되는 관통홀을 구비하는 밀봉수단으로 상기 금형의 양 단을 밀봉하는 단계;
    (c) 상기 내부관에 유체를 공급하여, 상기 내부관을 소성 팽창시키고 상기 외부관을 탄성 팽창시키는 단계; 및
    (d) 상기 유체를 상기 내부관으로부터 배출하여 상기 외부관을 탄성 회복시켜, 상기 내부관과 상기 외부관을 마찰 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 워터 파이프 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 상기 내부관에 더미 수단이 삽입된 상태에서 상기 유체가 상기 내부관으로 공급되는 것을 특징으로 하는 워터 파이프 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 더미 수단은 복수의 개폐 밸브를 구비하며, 상기 밀봉수단과 일체로 형성되어 상기 복수의 개폐 밸브의 개방를 통하여 상기 유체가 상기 내부관으로 공급되는 것을 특징으로 하는 워터 파이프 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 내부관이 상기 외부관에 삽입된 상태에서 상기 내부관의 양단부를 확관한 후, 상기 확관된 부분을 상기 외부관에 용접으로 고정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터 파이프 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 용접은 상기 내부관의 양단부와 상기 외부관을 부분적으로 용접하여, 상기 상기 내부관의 팽창시에 상기 비용접부분을 통하여 공기 및 이물질을 배출하는 것을 특징으로 하는 워터 파이프 제조 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 외부관에는 배출공이 형성되어, 상기 내부관의 팽창시에 공기 및 이물질을 배출하는 것을 특징으로 하는 워터 파이프 제조 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 외부관은 상기 금형에 의하여 탄성 팽창의 범위로 팽창률이 제한되는 것을 특징으로 하는 워터 파이프 제조 방법.
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