파이프 굽힘 토크 계산: 상세 가이드

파이프 벤딩 공정은 자동차, 오토바이, 자전거, 석유화학 등 다양한 산업이 부상하면서 크게 발전해 왔습니다. 이 공정은 이러한 분야에서 사용되는 파이프의 정밀하고 내구성 있는 벤딩을 만드는 데 필수적입니다.

파이프 벤딩의 일반적인 방법

굽힘 방법별

1. 와인딩(로터리 드로우 벤딩): 이 방법은 파이프를 다이에 감아 원하는 구부러짐을 만듭니다. 매우 정확하며 복잡한 모양에 일반적으로 사용됩니다.
2. 밀기(프레스 벤딩): 이 방법에서는 다이를 파이프에 밀어서 굽힘을 형성합니다. 반경이 큰 굽힘에 적합하며 건설에 자주 사용됩니다.
3. 누르기(램 굽힘): 이 방법은 램을 사용하여 파이프를 다이에 눌러 굽힘을 형성합니다. 일반적으로 간단한 구부림에 사용되며 와인딩보다 정밀도가 떨어집니다.
4. 롤링(롤 벤딩): 이 방법은 파이프를 일련의 롤러를 통과시켜 굽힘을 만드는 방법입니다. 반경이 큰 굽힘에 이상적이며 일반적으로 구조 부품에 사용됩니다.

온도별

1. 콜드 벤딩: 이 방법은 상온에서 파이프를 구부리는 것입니다. 구부리기 위해 가열할 필요가 없는 재료에 적합하며 작은 파이프에 자주 사용됩니다.
2. 핫 벤딩: 이 방법은 파이프를 구부리기 전에 파이프를 가열하는 방법입니다. 상온에서 구부리기 어려운 재료나 큰 파이프에 사용됩니다.

필러 또는 맨드릴 사용 기준

1. 코어를 사용한 벤딩(맨드릴 벤딩): 이 방법은 파이프에 맨드릴을 삽입하여 구부리는 동안 파이프를 지지하여 붕괴를 방지하고 부드러운 구부림을 보장합니다. 벽이 얇은 파이프와 반경이 좁은 구부러진 파이프에 이상적입니다.
2. 코어 없이 굽힘: 이 방법은 맨드릴을 사용하지 않습니다. 붕괴 위험이 낮은 두꺼운 벽의 파이프와 더 큰 반경의 굴곡에 적합합니다.

벤딩 몰드의 개략도

그림 6-19, 6-20, 6-21 및 6-22는 각각 와인딩, 푸시, 프레스 및 롤링 장치용 금형의 개략도를 나타냅니다. 이 다이어그램은 각 벤딩 방법에 사용되는 특정 설정과 구성 요소를 보여 주며, 공정을 이해하는 데 시각적 참조를 제공합니다.

벤딩 기술, 온도, 필러 또는 맨드릴의 사용에 따라 파이프 벤딩 방법을 분류하면 각 방법의 적절한 적용 분야와 장점을 더 잘 이해할 수 있습니다. 이러한 지식은 특정 산업 요구 사항에 적합한 벤딩 공정을 선택하고 제조의 효율성과 정밀성을 보장하는 데 매우 중요합니다.

1- 압력 차단
2- 코어 로드
3- 클램프 블록
4- 벤딩 몰드
5- 주름 방지 블록
6- 파이프 공백

1-프레스 칼럼
2-가이드 슬리브
3-튜브 블랭크
4-벤딩 금형  

1-Die
2-튜브 블랭크
3-스윙 펀치

1축  
2,4,6-롤러  
3-액티브 축  
5-스틸 파이프

I. 재료 굽힘 변형 및 최소 굽힘 반경

파이프 재료가 구부러지면 변형 영역의 바깥쪽에 있는 재료는 접선 장력에 의해 늘어나고 길어지는 반면, 안쪽에 있는 재료는 접선 압축에 의해 압축되고 짧아집니다.

접선 응력 σ_θ 및 변형 ε_θ 는 파이프 재료의 단면을 따라 연속적으로 분포되어 있으며, 이는 플레이트 재료의 휨과 유사하다고 상상할 수 있습니다.

바깥쪽의 스트레칭 영역은 안쪽의 압축 영역으로 전환되며, 접합부에 중성 층이 있습니다.

분석 및 계산을 단순화하기 위해 일반적으로 중성층은 파이프 단면의 중앙 층과 일치하며 단면에서의 위치는 곡률 반경으로 나타낼 수 있다고 간주합니다.  (그림 6-23).

파이프 재료의 굽힘 변형 정도는 상대적인 굽힘 반경 R/D 및 상대 두께 t/D(R은 파이프 단면의 중앙 층 곡률 반경, D는 파이프의 외경, t는 파이프의 벽 두께)입니다.

R/D 및 t/D 값이 작을수록 굽힘 변형 정도가 커지고(즉, R/D 및 t/D가 너무 작으면) 굽힘 중성층의 외벽이 지나치게 얇아져 파열로 이어질 수 있으며 가장 안쪽 파이프 벽이 두꺼워지고 심지어 불안정해지고 주름이 생길 수 있습니다.

동시에 변형 정도가 증가함에 따라 단면 왜곡(평탄화)이 더욱 심각해집니다.

따라서 파이프 재료의 성형 품질을 보장하려면 변형 정도를 허용 범위 내에서 제어해야 합니다.

파이프 굽힘에서 허용되는 변형의 정도를 굽힘 성형 한계라고 합니다. 파이프 재료의 굽힘 성형 한계는 재료의 기계적 특성과 굽힘 방법에 따라 달라질 뿐만 아니라 파이프 피팅의 사용 요구 사항도 고려합니다.

범용 구부러진 부품의 경우 최대 신장 변형률 ε_최대 파이프 재료 굽힘 변형 영역의 바깥쪽 중성층에서 가장 먼 위치에서 생성된 값은 성형 한계를 정의하는 조건으로 재료 가소성이 허용하는 한계 값을 초과하지 않아야 합니다.

즉, 한계 굽힘 반경 r_분 파이프 부품 굽힘 변형 영역의 외측 표면층이 균열되지 않는 조건에서 부품의 내측으로 구부릴 수 있는 값을 파이프 부품 굽힘의 성형 한계로 사용합니다.

r_분 는 재료의 기계적 특성, 파이프 피팅의 구조적 크기, 굽힘 처리 방법 및 기타 요인과 관련이 있습니다.

강제 조건
b 스트레스-긴장 상태

최소 굽힘 반경 는 표 6-2에서 확인할 수 있습니다.

표 6-2 파이프 굽힘 중 최소 굽힘 반경(단위: mm)

참고: D는 튜브의 외경을 나타냅니다.

최소 굽힘 반경의 경우 강철 및 알루미늄 튜브는 표 6-3을 참조하세요.

표 6-3 강철 및 알루미늄 튜브의 최소 굽힘 반경(단위: mm)

II. 튜브 단면 모양의 왜곡 및 방지

파이프를 구부리는 동안 단면 모양 왜곡은 불가피합니다.

중성층의 바깥쪽에 있는 재료는 접선 인장 응력을 받아 파이프 벽이 얇아지고, 중성층의 안쪽에 있는 재료는 접선 압축 응력을 받아 파이프 벽이 두꺼워집니다.

굽힘 변형 영역의 가장 바깥쪽과 가장 안쪽에 있는 재료가 가장 큰 접선 응력을 받으므로 파이프 벽 두께의 변화가 가장 크게 발생합니다(그림 6-24).

필러 또는 코어로드를 사용하여 굽힘할 때 단면은 기본적으로 원형 모양을 유지할 수 있지만 벽 두께가 변경됩니다. 지원되지 않는 자유로운 굽힘를 사용하면 안쪽 가장자리든 바깥쪽이든 원형 파이프 단면이 타원형이 됩니다(그림 6-24a, b).

또한 굽힘 변형 정도가 커질수록(즉, 굽힘 반경이 감소할수록) 안쪽 가장자리가 불안정해져 주름이 생깁니다. 지지 굽힘(그림 6-24c, d)의 사각 튜브의 경우 단면이 사다리꼴 모양으로 변합니다.

타원성은 종종 생산 과정에서 파이프의 원형 단면의 변화를 측정하는 데 사용됩니다.

타원성= D_최대-D_분/d ×100% (6-21)

이 공식는 굽힘 후 파이프의 동일한 단면의 모든 방향에서 측정한 최대 외경 크기이고, Dmax는 굽힘 후 파이프의 동일한 단면의 모든 방향에서 측정한 최소 외경 크기이며, Dmin은 굽힘 후 파이프의 동일한 단면의 모든 방향에서 측정한 최소 외경 크기입니다.

그림 6-25는 대수 좌표에서 무차원 곡률 R0/R(R0은 파이프의 외부 반경, R은 굽힘 섹션의 중심 층 곡률 반경)에 해당하는 타원의 변화를 나타내는 타원도이며, 비율 t/R0을 매개변수로 하는 직선의 계열로 표현합니다.

그림에서 볼 수 있듯이 굽힘 정도가 클수록 단면의 타원성이 커집니다.

따라서 타원성은 종종 생산에서 구부러진 파이프의 품질을 검사하는 중요한 지표로 사용됩니다. 구부러진 파이프 소재의 다양한 사용 성능에 따라 타원도에 대한 요구 사항도 달라집니다.

예를 들어 산업용 파이프라인 프로젝트에 사용되는 벤트 파이프 구성품의 경우 고압 파이프는 5%, 중저압 파이프는 8%, 알루미늄 파이프는 9%, 구리 합금 및 알루미늄 합금 파이프는 8%를 초과하지 않습니다.

단면 모양 왜곡은 단면을 감소시켜 유체 흐름에 대한 저항을 증가시킬 수 있으며, 구조물에서 파이프의 기능적 성능에도 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서 파이프의 굽힘 과정에서 필요한 범위 내에서 왜곡을 제어하기 위한 조치를 취해야 합니다.

단면 모양 왜곡을 방지하는 효과적인 방법은 다음과 같습니다:

1) 단면 왜곡을 방지하기 위해 굽힘 변형 영역에서 맨드릴로 단면을 지지합니다.

굽힘 공정에 따라 다른 유형의 맨드릴을 사용해야 합니다. 리지드 맨드릴은 굽힘 및 와인딩에 자주 사용되며 맨드릴의 헤드는 반구형 또는 기타 곡면 모양입니다.

굽힘 시 맨드릴이 필요한지 여부와 사용할 맨드릴의 종류는 그림 6-26과 그림 6-27에서 확인할 수 있습니다.

2) 구부러진 튜브 블랭크에 입상 매체, 유체 매체, 탄성 매체 또는 저융점 합금으로 채우는 것도 단면 모양 왜곡을 방지하기 위해 코어 막대를 대체할 수 있습니다. 이 방법은 비교적 적용하기 쉬우며 주로 중소 규모 생산에 널리 사용됩니다.

3) 튜브 재료와 접촉하는 금형 표면에는 그루브 는 튜브 소재의 단면 모양에 맞게 제작되어 접촉면의 압력을 줄이고 단면의 왜곡을 방지합니다. 이는 단면 모양 왜곡을 방지하는 데 매우 효과적인 방법입니다.

4) 튜브 섹션의 변화를 제어하기 위해 카운터 변형 방법을 사용하는 방법 (그림 6-28)은 종종 코어리스 굽힘 공정에서 사용됩니다. 파이프 벤더. 이 방법의 특징은 구조가 간단하기 때문에 널리 사용됩니다.

코어리스 벤딩에 역변형을 사용한다는 것은 튜브 블랭크에 미리 일정량의 역변형을 부여한다는 것을 의미합니다. 그런 다음 구부린 후 다른 방향의 변형이 서로 상쇄되어 기본적으로 튜브 블랭크 섹션을 원형으로 유지하여 타원성 요구 사항을 충족하여 구부러진 파이프의 품질을 보장합니다.

1-벤딩 몰드
2-클램핑 블록
3-롤러
4-가이드 휠
5-파이프 블랭크

그림 6-29에 표시된 변형 방지 홈의 단면 모양, 변형 방지 홈의 크기는 상대적 굽힘 반경(중앙 층의 곡률 반경, 파이프의 외경)과 관련이 있습니다. 표 6-4를 참조하십시오.

표 6-4 변형 방지 홈의 치수

1-벤딩 몰드
2-변형 방지 롤러

튜브 두께의 변화는 주로 상대적 굽힘 반경 R/D와 상대적 두께 t/D에 따라 달라집니다. 생산 시 최소 벽 두께 t_분 외부 굽힘 및 최대 벽 두께 t_최대 는 일반적으로 다음 공식을 사용하여 추정할 수 있습니다:

공식에서,

• t - 튜브 소재의 원래 두께(mm)를 나타냅니다;
• D - 튜브 소재의 외경(mm)을 나타냅니다;
• R-는 중앙 레이어의 굽힘 반경(mm)을 나타냅니다.

튜브 소재가 얇아지면 피팅의 기계적 강도와 사용성이 감소합니다. 따라서 생산 과정에서 피팅의 사용성을 충족하기 위해 벽 두께의 변화를 측정하는 기술 지표로 벽 얇아짐 속도를 사용하는 경우가 많습니다.

파이프 벽 두께 얇아지는 속도 = t-t_분/t×100%

공식에서:

• t - 파이프 재료의 원래 두께(mm)입니다;
• t_분 - 파이프 재료가 구부러진 후의 최소 벽 두께(mm)입니다.

파이프 재료의 성능은 다양하며 벽 두께 감소율에 대한 요구 사항도 다양합니다.

예를 들어 산업용 파이프 엔지니어링에 사용되는 파이프 피팅의 경우 고압 파이프는 10%를 초과하지 않고, 중압 및 저압 파이프는 15%를 초과하지 않으며 설계 계산된 벽 두께 이상이어야 합니다.

파이프 두께 얇아짐을 줄이기 위한 조치에는 다음이 포함됩니다:

1) 중성층 외부에서 발생하는 인장 응력의 수치 값을 줄입니다. 예를 들어, 저항 국부 가열 방법을 사용하여 변형 저항을 줄이기 위해 금속 소재 를 중성층 내부로 이동시켜 변형이 압축된 부분에 더 집중되도록 하여 인장 부분의 응력 수준을 낮추는 목적을 달성합니다.

2) 변형 영역의 응력 상태를 변경하고 압축 응력 성분을 증가시킵니다. 예를 들어 굽힘에서 밀기로 변경하면 파이프 벽이 과도하게 얇아지는 결함을 근본적으로 극복 할 수 있습니다.

III. 굽힘 토크 계산

파이프 재료의 굽힘 토크 계산은 파이프 벤더의 에너지 파라미터를 결정하기 위한 기초입니다.

소성 역학 이론의 해석에 따르면 파이프 재료가 균일하게 구부러졌을 때 굽힘 모멘트의 이론적 표현은 다음과 같이 도출됩니다:

파이프 재료의 굽힘 토크:

공식에서:

• σ_s - 수율 스트레스;
• t - 튜브 벽 두께입니다;
• r - 튜브 소재의 굽힘 반경입니다;
• B 탄성 계수 (변형 경화 계수);
• ρ - 구부릴 때 중성층의 곡률 반경입니다.

튜브 재료의 실제 굽힘 모멘트는 튜브 재료의 특성, 단면 모양 및 크기, 굽힘 반경 및 기타 매개 변수에 따라 달라질 뿐만 아니라 사용되는 금형의 굽힘 방법 및 구조와도 큰 관련이 있습니다.

따라서 현재로서는 이러한 모든 요소를 계산 공식으로 표현하는 것이 불가능하며, 생산 과정에서 추정치만 만들 수 있습니다.

튜브 소재의 굽힘 토크는 다음 공식으로 추정할 수 있습니다:

방정식에서,

• D - 파이프의 외경을 나타냅니다;
• σ_b - 는 소재의 굽힘 강도를 나타냅니다;
• W - 굽힘의 단면 탄성률을 나타냅니다;
• µ - 마찰로 인한 굽힘 모멘트 증가를 설명하는 계수를 나타냅니다.

계수 µ는 마찰 계수가 아니라 파이프의 표면 상태, 굽힘 방법, 특히 맨드릴 사용 여부, 맨드릴의 종류와 모양, 심지어 맨드릴의 위치와 관련된 다양한 요인에 따라 값이 달라집니다.

일반적으로 윤활 없이 리지드 맨드릴을 사용하는 경우 5~8의 값을 사용할 수 있으며, 리지드 힌지 맨드릴을 사용하는 경우 µ=3의 값을 사용할 수 있습니다.

변형 방지 홈의 단면 모양은 그림 6-29에 나와 있습니다.

변형 방지 홈의 치수는 상대적 굽힘 반경(중앙 레이어의 곡률 반경, 튜브의 외경)과 관련이 있습니다.

표 6-4를 참조하십시오.

표 6-4 변형 방지 홈의 치수

1-벤딩 몰드
2-변형 방지 롤러

튜브 두께의 변화는 주로 상대적 굽힘 반경 R/D와 상대적 두께 t/D에 따라 달라집니다.

생산 시 최소 벽 두께 t_분 를 굽힘의 바깥쪽과 최대 벽 두께 t_최대 는 일반적으로 다음 공식을 사용하여 추정할 수 있습니다:

공식에서:

• t - 튜브 소재의 원래 두께(mm)입니다;
• D - 튜브 소재의 외경(mm)입니다;
• R-는 중심 레이어의 굽힘 반경(mm)입니다.

튜브 재료가 얇아지면 파이프 피팅의 기계적 강도와 성능이 저하됩니다. 따라서 파이프 피팅의 성능 요구 사항을 충족하기 위해 벽 두께의 변화를 측정하는 기술 지표로 얇아짐 속도를 생산에 사용하는 경우가 많습니다.

파이프 벽 두께 얇아짐 비율 = (t-t_분) / t×100%

공식에서:

• t - 튜브의 원래 두께(mm)입니다;
• t_분 - 는 튜브를 구부린 후의 최소 벽 두께(mm)입니다.

튜브 재료의 성능에 따라 다른 희석률이 필요합니다. 예를 들어 산업용 파이프라인 엔지니어링에 사용되는 파이프 피팅의 경우 고압 파이프는 10%를 초과하지 않아야 하고, 중압 및 저압 파이프는 15%를 초과하지 않아야 하며 설계 계산 벽 두께보다 작아서는 안 됩니다.

튜브 두께가 얇아지는 것을 줄이기 위한 조치에는 다음이 포함됩니다:

1) 저항 국부 가열 방법을 채택하는 등 중성층 외부에서 발생하는 인장 응력의 수치 값을 줄이고, 중성층 내부의 금속 재료의 변형 저항을 줄이고, 압축 부품에 변형이 더 집중되도록하여 인장 부품의 응력 수준을 낮추는 목적을 달성합니다.

2) 변형 영역의 응력 상태를 변경하고 압축 응력 성분을 증가시킵니다. 예를 들어, 굽힘에서 밀기로 변경하면 튜브 벽이 과도하게 얇아지는 결함을 근본적으로 극복 할 수 있습니다.

IV. 굽힘 토크 계산

튜브 굽힘 토크의 계산은 파이프 벤더의 동력 매개 변수를 결정하는 기초입니다. 소성 역학 이론의 분석에 따르면 튜브의 균일한 굽힘 모멘트에 대한 이론적 표현은 다음과 같이 도출됩니다:

튜브 굽힘 토크:

공식에서:

• σ_s - 수익률 스트레스;
• t - 튜브 벽 두께입니다;
• r - 튜브 굽힘 반경;
• B - 스트레인 계수;
• ρ - 굽힘 중립 레이어 곡률 반경.

튜브 소재의 실제 굽힘 모멘트는 튜브 소재의 성능, 단면의 모양과 크기, 굽힘 반경 및 기타 파라미터에 따라 달라질 뿐만 아니라 굽힘 방법 및 사용된 금형의 구조와도 많은 관련이 있습니다.

따라서 현재 모든 요소를 계산 공식으로 표현하는 것은 불가능하며, 생산 시에는 추정치만 가능합니다.

튜브 소재의 굽힘 모멘트는 다음 공식을 사용하여 추정할 수 있습니다:

공식에서:

• D - 파이프의 외경을 나타냅니다;
• σ_b - 는 소재의 굽힘 강도를 나타냅니다;
• W - 굽힘 단면 계수를 나타냅니다;
• µ - 마찰로 인한 굽힘 모멘트의 증가를 고려한 계수를 나타냅니다.

이 계수는 마찰 계수 µ가 아니라 파이프의 표면 상태, 굽힘 방법, 특히 맨드릴 사용 여부, 맨드릴의 종류와 모양, 심지어 맨드릴의 위치와 관련된 다양한 요인에 따라 값이 달라집니다.

일반적으로 윤활 없이 리지드 맨드릴을 사용하는 경우 =5 ~ 8로, 리지드 힌지 맨드릴을 사용하는 경우 µ=3으로 간주할 수 있습니다.

V. 튜브 압연 성형

튜브 압연 성형은 기존의 전통적인 성형 공정에서 개발된 특수 성형 공정입니다. 스탬핑 플랜지 및 넥킹 공정. 금형을 통해 튜브 조각에 축방향 압력을 가하여 튜브 입구의 가장자리를 국부적으로 구부리는 변형 공정입니다.

이 기술을 사용하여 부품을 제조하면 간단한 기술, 적은 공정, 저렴한 비용, 우수한 품질 등 여러 가지 장점이 있습니다. 다른 스탬핑 방법으로는 달성하기 어려운 부품도 생산할 수 있습니다.

이 프로세스는 자동차, 항공우주 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

튜브 터닝 성형에는 외부 롤과 내부 롤이라는 두 가지 기본 방법이 있습니다(그림 6-30).

a, b 바깥쪽 롤;
C, D 안쪽 롤

1-튜브 블랭크
2-플로우 가이드 링
3-콘 몰드
4-라운드 에지 몰드

바깥쪽 롤: 튜브 블랭크는 축 방향 압력을 받아 안쪽에서 바깥쪽으로 뒤집어 성형 후 둘레가 늘어납니다.

안쪽 롤: 튜브 블랭크는 바깥쪽에서 안쪽으로 말아서 성형 후 둘레를 줄입니다.

압연 공정은 다양한 유형의 관형 이중벽 또는 다층 부품을 효과적으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 볼록한 바닥 컵, 스텝 튜브, 특수 모양의 튜브는 물론 세미 이중 튜브, 환형 이중벽 실린더, 중공 이중벽 너트, 열교환기, 자동차 머플러, 전자 산업의 도파관 튜브 등을 가공할 수 있습니다.

현재 이러한 부품은 일반적으로 다단계 스탬핑으로 처리되며 용접 방법는 어렵고 비용이 많이 들며 외관 품질이 좋지 않습니다.

압연 공정을 사용하면 부품의 신뢰성을 보장하고 경량화하며 원자재를 절약할 수 있습니다.

• a) 더블 레이어 튜브
• b) 스텝 튜브
• c) 모양의 튜브
• d) 볼록한 바닥 컵

현재 데이터에 따르면, 많은 금속 소재 알루미늄 합금, 구리 및 구리 합금, 저탄소강, 오스테 나이트 계 스테인리스 강 등과 같은 다양한 압연 방법으로 금형에 형성 할 수 있습니다. 모든 사운드 사양의 튜브 블랭크는 이중 레이어 튜브로 성공적으로 압연할 수 있습니다.

1. 바깥쪽 롤

롤 성형, 다른 성형 프로세스는 플레어, 컬링, 롤링 및 상호 변환을 포함하는 더 복잡한 변형 프로세스를 가지고 있습니다.

이 성형 공정을 구현하는 데는 여러 가지 금형이 있으며, 그 중 간단하고 일반적으로 사용되는 금형은 원뿔형 금형과 필렛 금형입니다.

1. 원뿔형 튜브 롤링 몰드

원뿔형 튜브 롤링 몰드의 구조는 그림 6-32에 나와 있습니다. 이 몰드 구조 는 간단하며 한 세트의 금형에서 다양한 사양의 튜브를 성형할 수 있는데, 이는 다른 튜브 성형 금형에서는 달성하기 어려운 작업입니다.

또한 정밀 튜브 롤 성형의 사전 성형 공정으로 원뿔형 몰드 성형이 널리 사용됩니다.

튜브 뒤집기 금형 구조
b 원뿔형 튜브 뒤집기 공정 파라미터

1 - 프레스 헤드
2 - 튜브 빌렛
3 - 콘 몰드

튜브 터닝 공정에서 튜브 블랭크의 한쪽 끝은 원뿔형 다이 위에 놓이고 다른 쪽 끝은 프레스 슬라이더의 축 방향 압력을 받아 튜브 블랭크 터닝이 이루어집니다.

이를 디자인할 때 주사위 유형에서 다이의 반원뿔 각도 α가 가장 중요한 매개 변수입니다.

α의 크기는 튜브 선삭의 타당성을 결정할 뿐만 아니라 튜브 선삭의 기하학적 치수, 즉 튜브 선삭 계수 K(K=D/D1, 여기서 D와 D1은 각각 튜브 블랭크의 외경과 튜브 선삭의 외경)에도 영향을 미칩니다.

분명히 임계 반원뿔 각도 α0이 존재하며, 반원뿔 각도 α≥ α0일 때만 정상적으로 선회를 수행할 수 있습니다.

µ, H, 골루브노프는 주 응력의 원리를 기반으로 파생되었습니다:

재료 강화의 영향과 플레어 끝단의 강성을 고려하면 위의 공식을 다음과 같이 수정할 수 있습니다:

공식에서:

• L - 플레어 직선 끝의 길이입니다;
• D - 평균 튜브 블랭크 지름입니다;
• t - 튜브 빈 벽 두께입니다;
• n - 재료 경화 지수;
• A - 재료 강화 계수입니다;
• σs - 재료 수율 강도.

위의 공식으로 계산한 42mm 3A21 알루미늄 튜브의 경우 각도는 55° - 60°입니다.

경험적 테스트에 따르면 각도가 α≥60°(α≈68°)일 때 튜브 뒤집기가 원활하게 진행될 수 있습니다. 이때 축 방향 압력이 가장 작습니다.

각도가 55°~60°인 경우 튜브 블랭크의 끝이 말리지만 뒤집기 단계로 들어가지 않습니다. 각도가 α<55°인 경우 튜브 끝이 콘 다이에서 플레어만 발생하고 말리지 않습니다.

콘 다이를 뒤집는 동안 튜브 끝이 쉽게 미끄러져 튜브의 뒤집힌 부분이 원래 튜브 블랭크와 축을 벗어나고 뒤집는 동안 축방향으로 구부러지게 됩니다.

조립 품질 요구 사항을 충족하는 이중 레이어 플립 튜브 부품을 얻기가 어렵습니다. 따라서 라운드 모서리 뒤집기 주사위는 원뿔 주사위를 기반으로 개발되었습니다.

2. 둥근 모서리 뒤집기 주사위

둥근 모서리 뒤집기 다이는 반경 원인 다이의 작업 부분을 사용하여 축 방향으로 압축된 튜브 끝이 호를 따라 변형되도록 하여 튜브 뒤집기를 수행합니다.

그림 6-33은 두께가 t이고 평균 직경이 D인 튜브 블랭크가 반경이 r인 둥근 모서리 다이에서 롤링될 때 축 방향 하중을 받으면 튜브 끝이 다이의 호를 따라 위로 말려서 직경 D1의 롤 튜브 조각을 얻는 개략도를 보여줍니다.

둥근 모서리 플랜지 다이를 설계할 때 가장 중요한 파라미터는 다이 모서리의 반경 r입니다. 이는 플랜지 부품의 기하학적 치수를 결정할 뿐만 아니라 플랜지 힘의 크기에도 영향을 미칩니다.

3A21의 경우 어닐링 Φ41×1 유형의 알루미늄 튜브의 경우 이론적 분석과 실험 결과 모두 튜브 반전 불안정성에 대한 임계 다이 필렛 반경(최소 필렛 반경)은 약 2mm, 최적 필렛 반경은 약 3mm, 최대 필렛 반경은 약 4mm인 것으로 나타났습니다.

이는 축 방향 하중 하에서 튜브 반전의 안정성과 품질이 다이 필렛 반경 r에 따라 달라짐을 나타냅니다. r이 특정 임계값보다 작으면 튜브 끝이 다이 아크를 따라 말리지 않으며, r이 너무 크면 튜브 끝이 파손되어 성공적으로 반전할 수 없습니다. r이 적절한 범위 내에 있을 때만 튜브 반전을 실현할 수 있습니다.

2. 안쪽 롤

튜브 재료의 바깥쪽 컬링과 마찬가지로 튜브의 안쪽 컬링도 콘 몰드 및 필렛 몰드에서 수행할 수 있습니다(그림 6-34).

다른 성형 공정에 비해 불안정하기 쉽습니다. 안쪽으로 컬링하는 동안 변형 후 튜브의 직경이 감소하고 튜브 벽이 두꺼워지고 튜브 반전력이 증가하여 컬링 성형에 어려움을 겪기 때문입니다.

이론적 계산과 실습에 따르면 튜브 반전 콘 몰드의 임계 반 콘 각도 β가 ≥120 °이면 컬링 공정이 원활하게 진행될 수 있습니다. 생산에서 값은 일반적으로 β≥120 ° ~ 125 °로 간주됩니다._p≈4mm.

튜브 컬링 공정은 컬링에 필요한 하중이 축방향 불안정성 한계보다 작은 경우에만 발생할 수 있습니다. 컬링 성형 하중은 주로 금형의 기하학적 파라미터에 따라 달라지므로 필렛 금형의 경우 필렛 반경 r에 따라 달라집니다.

따라서 컬링 성형이 가능한 영역을 결정할 수 있습니다(그림 6-35).

원뿔형 주사위   
b 둥근 주사위

그림 6-35에서 내부 압연 면적이 매우 작고 압연 하중이 외부 압연보다 수치적으로 높아 거의 50%에 달한다는 것을 알 수 있습니다.

기존 데이터에 따르면 국내외에서 외연 압연의 최적 공정 파라미터는 이론적, 실제적으로 연구되어 왔으며, 완전 압연에 필요한 최소 축 방향 압축 응력과 관형 소재의 내경, 외경 및 벽 두께 사이의 관계가 밝혀졌습니다.

관형 재료의 외부 압연 시 벽 두께의 변화는 크지 않습니다.

그러나 내부 압연 중에는 원주 압축 응력으로 인해 금형 필렛의 벽 두께가 원래 두께의 1.5배가 될 수 있는 일정한 값에 도달할 때까지 지속적으로 증가합니다. 따라서 내부 압연을 완료하려면 더 큰 축 방향 하중이 필요합니다.

앞서 언급한 두 가지 유형의 롤링(전통적인 롤링)에는 몇 가지 단점이 있습니다:

1. 튜브 벽의 두 번째 층의 시작은 원래 튜브 벽과 평행하지 않지만 항상 이중벽 튜브의 내부 공동을 향해 회전합니다;

2. 새 튜브 벽과 원래 튜브 벽 사이에는 일정한 거리가 있으며, 이는 원래 튜브 재료의 상대 직경(D/t)에 따라 달라집니다;

3. 내부 압연의 경우 튜브 벽의 두 번째 층이 상당히 두껍기 때문에 압연 중 축 방향 압력이 증가합니다.

앞서 언급 한 공정에서 발생하는 문제는 성형 메커니즘으로 인해 얻은 튜브의 기하학적 모양, 특히 내부 압연 공정의 안정성이 낮고 난이도가 높기 때문에 개선이 필요합니다.

따라서 관형 재료의 내부 압연을 위한 인장 응력 압연 성형 방법이 등장했습니다.

인장 응력 압연 성형 방법의 특징은 관형 재료의 내부 압연의 첫 번째 단계에서 압연을 멈추고 압연 모서리를 역방향으로 구부려 캐비티 외부로 향하게 한다는 것입니다.

그런 다음 볼록 몰드의 작용으로 내벽의 역굴곡 모서리에 작용하는 인장력이 외벽에 작용하는 축압에 의해 튜브 블랭크가 롤링되지 않고 내부 롤링을 일으켜 축압이 감소합니다.

이 공정을 통해 더 큰 내벽 높이, 일정한 벽 두께, 더 높은 제품 정확도를 달성할 수 있습니다.

인장 응력 압연 성형 방법은 파이프 조인트, 롤링 베어링 시트 등의 생산과 같은 내부 압연 성형 공정의 적용 범위를 확장했습니다(그림 6-36).

인장 응력 롤 성형 방법은 그림 6-37과 같이 세 단계로 나눌 수 있습니다.

첫 번째 단계(그림 6-37a)에서는 튜브 가장자리가 필렛 다이의 1/4을 남길 때 기존의 내부 압연이 끝납니다.

이때 튜브 가장자리와 금형 내벽 사이의 거리는 최종 제품의 방사형 지지대를 형성하며 필요한 폭과 같아야 합니다.

두 번째 단계(그림 6-37b)에서는 평평한 바닥 볼록 다이가 하강하여 튜브의 가장자리를 플랜지( 홀 플랜지 의 두께). 볼록 다이와 내부 롤 다이 사이의 간격은 튜브 벽 두께에 의해 결정됩니다(튜브 내부 롤 벽 두께가 약간 증가됨).

세 번째 단계(그림 6-37c, d)에서는 성형 볼록 다이가 상승하여 튜브의 가장자리가 안쪽으로 굴러가면서 성형 볼록 다이의 밀림으로 튜브 벽의 두 번째 층을 생성합니다.

그림에서 볼 수 있듯이 성형 볼록 다이는 튜브 전체에 압축 응력이 작용하는 것이 아니라 인장 응력으로 튜브의 가장자리에 작용합니다.

금형과 변형된 재료 사이에 상대적인 미끄러짐이 없고 성형 하중 사이에 거리가 유지되어 튜브 전달 영역의 축 방향 압축 응력이 감소하여 불안정성을 방지합니다.

따라서 인장 응력 롤링은 롤링 반경을 자유롭게 선택할 수 있는 반면, 다이 반경은 기존 가공 공정에서 중요한 공정 파라미터입니다(그림 6-35).

이 프로세스의 성공적인 실행을 위한 조건입니다:

F_{펀칭 구멍}≥F_롤링 (6-22)

펀칭력에는 세 가지 구성 요소(그림 6-37d의 기호)가 포함됩니다. 반경 rP에서 소재의 소성 변형을 유발하는 하중, 펀치와 튜브 가장자리 사이의 코너 ra에서 마찰을 극복하는 데 필요한 하중, 가장자리 소재를 반경 방향에서 축 방향으로 구부리고 펴는 데 필요한 하중이 그것입니다.

분석 표현식에서 σ₁ 는 내부 벽 변형 응력을 나타내는 데 사용됩니다.

그러면

롤 성형에는 다양한 곡률 반경 위치로 재료를 롤링하는 데 필요한 하중과 변형 영역의 시작부터 끝까지 굽힘 및 반동에 필요한 하중이라는 두 가지 측면이 있습니다.

분석에서 σ₀ 는 외벽의 변형 응력을 나타내는 데 사용되며, σ_m 는 변형 영역의 평균 소성 변형 응력을 나타냅니다.

결론:

인장 응력을 받아 압연하여 튜브를 형성하는 방법은 실험을 통해 입증되었습니다.

압연을 시작하기 전에 두 가지 준비 단계가 필요하고 필요한 경우 재결정 어닐링이 필요하지만 기존 압연 공정에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다:

1) 롤링된 가장자리가 캐비티의 중앙으로 향하여 공과 같은 다른 부품과 쉽게 조정할 수 있습니다. 베어링 좌석.

2) 롤링 하중이 크게 감소합니다.

3) 성형 한계가 크게 개선되고 롤링 반경이 더 작은 제품  를 얻을 수 있습니다.

4) 마찰이 없고 윤활이 필요 없습니다.

5) 내벽 두께는 외벽 두께와 거의 같고 하중을 받는 가장자리만 약간 더 두껍습니다(그림 6-38).

그림 6-38에 표시된 부품의 실험 조건은 다음과 같습니다:

튜브는 저탄소 강철, D로 만들어졌습니다._out = 90mm, t₀= 2.4mm, H = 150mm.

오목 다이(그림 6-37d)의 직경은 Dd = 97mm입니다.

볼록 다이의 직경(그림 6-37d)은 D_p =72mm.

6) 마찰이 없고 부품 벽에 볼록 다이와 오목 다이의 이중 제약이 있기 때문에 부품의 치수 정확도가 높습니다(그림 6-37d).

그림 6-37 인장 응력 롤 성형 공정(개선된 내측 성형 공정)

이 프로세스를 성공적으로 구현하기 위한 조건입니다:

F_{펀칭 구멍}≥F_롤링 (6-22)

그리고 펀칭력 에는 반경 rp에서 소재의 소성 변형을 일으키는 하중, ra에서 펀치 모서리와 튜브 가장자리 사이의 마찰력을 극복하는 데 필요한 하중, 가장자리 소재를 반경 방향에서 축 방향으로 굽힘 및 역굽힘하는 데 필요한 하중 등 세 가지 항목(그림 6-37d의 기호)이 포함되어 있습니다.

분석 표현식에서 σ₁ 는 내벽의 변형 응력을 나타냅니다.

롤 성형에는 소재가 다른 (곡률) 반경 위치로 구르는 데 필요한 하중과 변형 영역의 시작부터 끝까지 굽힘 및 역 굽힘에 필요한 하중이라는 두 가지 측면이 있습니다.

분석에서 σ₀ 는 외벽의 변형 응력을 나타내는 데 사용되며, σ_m 는 변형 영역의 평균 소성 변형 응력을 나타내는 데 사용됩니다.

결론:

인장 응력 압연으로 파이프 재료를 성형하는 방법은 실험을 통해 입증되었습니다. 압연을 시작하기 전에 두 가지 준비 단계가 필요하고 필요할 때 재결정화 어닐링이 필요하지만 기존 압연 공정에 비해 다음과 같은 이점이 있습니다:

1) 롤링된 가장자리가 캐비티 중앙을 향해 회전하여 볼 베어링 시트와 같은 다른 부품과 쉽게 협력할 수 있습니다.

2) 롤링 하중이 크게 감소합니다.

3) 성형 한계가 크게 개선되고 롤링 반경이 더 작은 제품 를 얻을 수 있습니다.

4) 마찰이 없고 윤활이 필요 없습니다.

5) 내벽의 두께는 외벽의 두께와 거의 같으며 하중을 받는 가장자리만 약간 더 두껍습니다(그림 6-38).

그림 6-38에 표시된 부품의 실험 조건은 다음과 같습니다:

파이프 재질은 저탄소강, D_out = 90mm, t₀ = 2.4mm이고 반경 H는 150mm입니다.

다이 직경 D_d (그림 6-37d)는 97mm입니다.

펀치 직경(그림 6-37d)은 D_p =72mm.

6) 부품 벽면에 펀치와 다이의 마찰과 이중 제약이 없기 때문에 부품의 치수 정확도가 더 높습니다(그림 6-37d).