연질 동관은 조선, 자동차, 플랜드, 냉동공조 기기 등에 많이 사용되는 대표적인 파이프 재료 중의 하나이다. 그러나 이러한 재료들은 벤딩가공시 외부의 주름, 스프링백, 관이 얇아지는 현상들이 자주 발생하여 문제가 된다. 본 논문에서는 연성재질을 벤딩시 맨드럴이 슬라이딩 가이드 레일을 따라서 파이프를 누르는 벤딩방식을 선택한 연성재질 전용 벤딩머시인을 제작하여 이와 같은 현상을 줄였다. 이의 성능을 확인하는 과정에서 재료로 사용한 동관의 직경이 작을수록 스프링백 현상은 증가하였고 또한 굽힘각도가 클수록 컸다. 또한 동관의 벤딩시 주름이 거의 발생하지 않는 성형품을 제작할 수 있었다.
연질 동관은 조선, 자동차, 플랜드, 냉동공조 기기 등에 많이 사용되는 대표적인 파이프 재료 중의 하나이다. 그러나 이러한 재료들은 벤딩가공시 외부의 주름, 스프링백, 관이 얇아지는 현상들이 자주 발생하여 문제가 된다. 본 논문에서는 연성재질을 벤딩시 맨드럴이 슬라이딩 가이드 레일을 따라서 파이프를 누르는 벤딩방식을 선택한 연성재질 전용 벤딩머시인을 제작하여 이와 같은 현상을 줄였다. 이의 성능을 확인하는 과정에서 재료로 사용한 동관의 직경이 작을수록 스프링백 현상은 증가하였고 또한 굽힘각도가 클수록 컸다. 또한 동관의 벤딩시 주름이 거의 발생하지 않는 성형품을 제작할 수 있었다.
Soft copper tube is one of the popular materials which are used for shipbuilding, automobiles, and freezing and HVAC equipment. However, these materials have problems that they cause occasionally outside wrinkle, spring back, wall thinning phenomena. In this study, to avoid these phenomena, was manu...
Soft copper tube is one of the popular materials which are used for shipbuilding, automobiles, and freezing and HVAC equipment. However, these materials have problems that they cause occasionally outside wrinkle, spring back, wall thinning phenomena. In this study, to avoid these phenomena, was manufactured a mild materials devoted bending machine, which selected a bending method where the mandrel presses the pipe along with the sliding guide rail during bending process. During the course of confirming this performance, it was found that as the diameter of copper tube used for materials became smaller, the spring back phenomenon increased. And as the bending angle became larger, it became larger. In addition, we could manufacture mold products which scarcely generated wrinkle when bending copper tubes.
Soft copper tube is one of the popular materials which are used for shipbuilding, automobiles, and freezing and HVAC equipment. However, these materials have problems that they cause occasionally outside wrinkle, spring back, wall thinning phenomena. In this study, to avoid these phenomena, was manufactured a mild materials devoted bending machine, which selected a bending method where the mandrel presses the pipe along with the sliding guide rail during bending process. During the course of confirming this performance, it was found that as the diameter of copper tube used for materials became smaller, the spring back phenomenon increased. And as the bending angle became larger, it became larger. In addition, we could manufacture mold products which scarcely generated wrinkle when bending copper tubes.
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문제 정의
소형 및 이동식 파이프 벤딩머시인은 국내의 몇몇 업체에서 제작을 하기도 하였으나, 동과 같은 연성재료의 벤딩머시인을 생산하는 업체는 거의 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 맨드럴이 마찰에 의하여 연질파이프가 벤딩되는 성형방식이 아닌 맨드럴이 슬라이딩 가이드 레일을 따라서 파이프를 누르는 벤딩 방식을 적용하여, 연질 재료가 가공중 응력이 분산되어 주름 현상이 없으면서 이동성이 뛰어난 연질파이프 전용 벤딩머시인을 개발하여 그 가능성을 확인하였다.
제안 방법
그림 4는 벤딩가공 후 동관의 직경 변화를 측정한 위치와 두께변화를 관찰하기 위하여 동관을 절단한 위치이다. 가공 후 직경의 변화를 관찰하기 위하여 각 구역을 A, B, C, D, E, F로 나누고 각 위치에서의 직경의 변화를 측정하였다. 그리고 가공 후 동관의 두께 변화를 살펴보기 위하여, 방전가공기를 이용하여 각 벤딩각도의 중심이 되는 곳을 중심으로 좌우 1.
가공 후 직경의 변화를 관찰하기 위하여 각 구역을 A, B, C, D, E, F로 나누고 각 위치에서의 직경의 변화를 측정하였다. 그리고 가공 후 동관의 두께 변화를 살펴보기 위하여, 방전가공기를 이용하여 각 벤딩각도의 중심이 되는 곳을 중심으로 좌우 1.5mm씩 3mm를 절단하고 그림 5에서 표시하는 부위의 두께 변화를 공구현미경으로 관찰하면서 두께 변화량을 측정하였다. 절단된 시험편은 그림 4에서 땅에 닿는 부분이 우측 두께 부분이고 그 반대 부분이 좌측 두께 부분이다.
동파이프와 같은 연성재료의 벤딩 가공시 슬라이딩 가이드 레일형 벤딩 메커니즘을 적용하여 제작한 고성능 벤딩머시인의 성능을 확인하고 아래와 같은 결론을 얻었다.
연질파이프가 맨드럴의 슬라이딩 가이드 레일을 따라 파이프를 누르는 벤딩방식을 구현하는 연질파이프 전용 벤딩머시인을 제작하고 먼저 파이프의 직경변화에 스프링백과 스프링백의 Ratio를 아래 그래프와 같이 나타내었다. 그림 6은 연질 동관 파이프의 직경이 각각 9.
직경이 각각 9.5, 15.85, 28.55mm인 경우의 파이프들을 각각 20°부터 120°까지 가공 후 단면의 형상이 변하지 않도록 단면의 절단은 방전가공기를 사용하였다.
대상 데이터
동은 전기 및 열의 전도율이 좋고 내식성이 뛰어나며 전성, 연성이 풍부하여 판, 봉, 관 등으로 제조되어 열교환기, 급수관 등에 널리 사용되고 있는 재료이다. 동관은 이음매 없는 인성동관, 무산소동관, 인탈산동관이 있고 본 실험에서는 이음매 없는 인탈산 동관을 가공재료로 사용하였다. 재료의 기계적 성질 및 화학성분은 Table 1, 실험조건은 Table 2와 같다.
동관의 벤딩각도는 각각 20°, 30°, 45°, 60°, 70°, 90°, 120° 벤딩속도는 4 RPM, 가공물은 직경 9.5, 15.85, 28.55mm의 것을 사용하였다.
성능/효과
1. 동관의 직경이 작을수록, 굽힘각도가 클수록 스피링백 현상은 증가하는 경향이 있었다.
2. 벤딩한 재료의 단면 검사에서 압축을 받는 상황과 이로 인하여 중심이 안쪽으로 이동하는 관계에서 A, B, C, D, E, F 위치의 가운데에 해당되는 C, D 위치의 직경이 상대적으로 작음을 확인 할 수 있었다.
3. 동일한 직경의 재료에서 벤딩각도의 증가에 따라 대체적으로 직경이 작아지는 현상을 확인할 수 있었다.
4. 본 가공기에서 맨드럴 가이드의 누름방식으로 제작된 벤딩 제품에는 주름이 발생하지 않는 장점을 지니고 있었다.
이로 인하여 파이프의 내면도 주름이 생기지 않으므로 이 벤딩 파이프 내면을 유체 등이 흐를 때 특히 주름으로 인한 유속의 저하가 생기지 않는 장점도 또한 지니고 있다. 그러므로 직경이 각각 9.5, 15.85, 28.55mm 파이프의 가공을 통하여 산업체에서 손쉬운 방법으로 주름이 자주 발생하지 않는 연질파이프를 벤딩할 수 있음을 판단할 수 있었다. 이는 냉동기 설비에서 사용하는 파이프들과 각종 열교환기에서 사용하는 생산공정에서 정밀벤딩으로 인한 에너지손실을 줄일수 있는 성능을 나타낼 수 있으므로 이 부분에 적용하는 많은 부분에서 이점이 있다고 판단된다.
사진을 살펴보면 전과정에서 벤딩시 파이프의 바깥부분의 두께가 원재료보다 적은 현상을 보였다. 또한 안쪽부분에 해당되는 아래쪽 단면은 파이프의 직경의 변화 및 가공각도에 상관없이 단면의 형상은 증가함을 알 수가 있었다. 즉 벤딩각도가 60°(파이프 두께 9.
55mm인 경우도 동일하였다. 또한 직경의 변화에서 직경이 9.5mm인 경우의 스프링백량이 다른 15.85, 28.55mm인 경우보다 전체적으로 증가하고 있었다. 즉 스프링백 경향은 직경이 작을수록 증가함을 알 수 있었다.
55mm인 경우의 파이프들을 각각 20°부터 120°까지 가공 후 단면의 형상이 변하지 않도록 단면의 절단은 방전가공기를 사용하였다. 사진을 살펴보면 전과정에서 벤딩시 파이프의 바깥부분의 두께가 원재료보다 적은 현상을 보였다. 또한 안쪽부분에 해당되는 아래쪽 단면은 파이프의 직경의 변화 및 가공각도에 상관없이 단면의 형상은 증가함을 알 수가 있었다.
55mm인 경우보다 전체적으로 증가하고 있었다. 즉 스프링백 경향은 직경이 작을수록 증가함을 알 수 있었다. 이와 같은 경향에 대한 스프링백 Ratio를 나타낸 것이 그림 7이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연질파이프는 강관에 비해 어떤 문제가 있는가?
강관에 비하여 연질파이프는 재료의 특성상 맨드럴이 고정된 경우, 맨드럴과 재료가 마찰에 의하여 성형되므로 마찰로 인한 제품의 불량이 자주 발생한다. 연질파이프 전용 벤딩머시인은 그림 1과 같이 포머의 회전시 맨드럴이 직선운동을 행하도록 설계하여 성형부에서 연질파이프와 성형부가 마찰이 발생하지 않아 재료의 변형을 최소화하는 장점을 지니고 있다.
본 연구에서 동파이프와 같은 연성재료의 벤딩 가공시 슬라이딩 가이드 레일형 벤딩 메커니즘을 적용하여 제작한 고성능 벤딩머시인의 성능을 확인한 결과는 어떠한가?
1. 동관의 직경이 작을수록, 굽힘각도가 클수록 스피링백 현상은 증가하는 경향이 있었다.
2. 벤딩한 재료의 단면 검사에서 압축을 받는 상황과 이로 인하여 중심이 안쪽으로 이동하는 관계에서 A, B, C, D, E, F 위치의 가운데에 해당되는 C, D 위치의 직경이 상대적으로 작음을 확인 할 수 있었다.
3. 동일한 직경의 재료에서 벤딩각도의 증가에 따라 대체적으로 직경이 작아지는 현상을 확인할 수 있었다.
4. 본 가공기에서 맨드럴 가이드의 누름방식으로 제작된 벤딩 제품에는 주름이 발생하지 않는 장점을 지니고 있었다.
석유 등의 화학 관련 플랜트와 중공업 분야에서 벤딩은 어떤 목적으로 쓰이는가?
플랜트, 가전, 항공, 자동차 산업 등의 발달로 파이프 관련 배관기술은 냉동기의 냉매, 플랜트의 작동유체, 윤활유 등을 중심으로 중요성이 가속화 되고 있다. 특히 석유 등의 화학 관련 플랜트와 중공업 분야에서는 배관의 유동충격과 열적인 팽창 등을 완화할 목적으로 벤딩이 응용되고 있다. 냉동기, 열교환기, 보일러 등에 사용되는 파이프의 벤딩 결과는 플랜트 및 제품의 성능에 많은 영향을 끼친다[1-3].
참고문헌 (12)
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