튜브 굽힘의 주름 및 찢김 문제 해결: 전문가 분석 및 제어 방법

1. 소개

자동차 배기관 및 이와 유사한 관형 부품을 제조할 때는 굽힘 반경 및 재료 특성 등의 요인으로 인해 주름이나 찢김과 같은 품질 문제가 자주 발생합니다. 제품 품질을 높이고 불량률을 낮추려면 이러한 문제를 줄이거나 없애는 것이 특히 중요합니다.

튜브의 굽힘 과정은 판금의 굽힘 과정과 비슷합니다. 중성층의 외벽은 인장 응력을 받아 벽이 얇아지고, 중성층의 내벽은 압축 응력을 받아 벽이 두꺼워집니다. 과도한 변형은 외벽에 균열을 일으키고 내벽에 주름을 발생시킬 수 있습니다. 표 1은 스틸 튜브의 최소 굽힘 반경을 나타냅니다.

표 1: 최소 굽힘 반경 (R) 강관용

	벽 두께	최소 굽힘 반경 R
	0.02D	4D
	0.05D	3.6D
	0.10D	3D
	0.15D	2D

튜브 절곡 방법에는 일반적으로 수동 튜브 절곡 도구를 사용한 절곡, 전용 튜브 절곡기를 사용한 절곡, 변형 방지 절곡 방법, 냉간 압출 절곡, 엘보 형성을 위한 금형 프레스, 코어 로드 열간 압출 절곡 등이 있습니다. 이 문서에서는 주로 전용 튜브 벤딩 머신을 사용하여 주름 및 찢김 문제를 분석하는 예시를 중심으로 설명합니다.

2. 전용 튜브 벤딩 머신을 사용하여 튜브를 구부리는 과정.

1. 맨드릴
2. 가이드 플레이트
3. 3.
4. 압력 차단
5. 튜브 구성 요소

전용 파이프 벤더는 일반적으로 벤딩을 위해 맨드릴을 사용합니다. 이 공정에는 기계의 회전 가능한 스핀들에 다이(항목 3)를 장착하는 작업이 포함됩니다. 파이프가 구부러지기 전에 압력 블록(항목 4)으로 다이에 고정됩니다. 맨드릴(항목 1)이 파이프 내부에 삽입됩니다. 기계가 시작되면 파이프 재료가 다이를 중심으로 서서히 구부러져 모양이 만들어집니다.

3. 제어 요소 분석 및 해당 제어 방법

3.1 굽힘 반경

기간 동안 벤딩 프로세스의 경우 굽힘 반경이 작으면 내부에 주름이 생기거나 외벽에 균열이 생길 수 있습니다. 설계 시에는 파이프의 벽 두께, 외경 및 재료 속성. 굽힘 반경을 선택할 때는 표 1을 참조해야 합니다.

경험적으로 일반 원통형 맨드릴을 사용하여 구부릴 때 주름이나 균열이 발생하지 않는 한 최소 굽힘 반경은 표 1에 명시된 것보다 약간 더 작을 수 있습니다. 더 작은 굽힘 반경이 필요한 경우 파이프 벽 두께를 늘리고 외경을 줄이며 연성이 좋고 외관이 매끄러운 소재를 선택해야 합니다.

3.2 맨드릴 모양 및 클램핑 위치

3.2.1 맨드릴의 작업 위치

튜브의 코어 벤딩에서 맨드릴의 모양과 작동 위치는 튜브의 벤딩 품질에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 맨드릴의 직경 d는 튜브 내경보다 0.5~1.5mm 작아야 튜브에 쉽게 삽입할 수 있습니다.

맨드릴이 튜브에 들어가는 지점부터 굽힘 공정 시작까지의 거리 e는 다음 경험적 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다(그림 2 참조).

방정식에서,

• e - 맨드릴이 튜브 내부에서 구부러지기 시작하는 거리입니다.
• R - 단면의 중심 레이어의 굽힘 반경입니다.
• D2 - 튜브의 내경
• c - 튜브의 내경과 맨드릴 사이의 간격입니다. 일반적으로 c는 0.5~1.5mm 사이에서 선택됩니다.

3.2.2 맨드릴 모양 선택

맨드릴의 형태는 크게 표준 원통형 맨드릴, 스푼형 맨드릴, 체인 링크 맨드릴, 플렉시블 샤프트 맨드릴로 나뉩니다. 표준 원통형 맨드릴은 구조가 간단하고 제조가 쉬우며 구부린 후 쉽게 제거할 수 있어 자주 사용됩니다.

그러나 맨드릴과 튜브 벽 사이의 접촉 면적이 작기 때문에 타원형 형상을 방지하는 데 효과적이지 않습니다.

L로 표시된 맨드릴의 길이는 다음과 같아야 합니다(그림 2 참조).

L = (3 ~ 5) d mm

맨드릴의 직경 d가 크면 계수는 더 작은 값을 취하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

3.2.3 맨드릴과 파이프 피팅의 내벽 사이의 간격 제어

맨드릴과 파이프 피팅의 내벽 사이의 간격이 너무 크면 굽힘 공정이 시작될 때 맨드릴과 파이프 벽이 완전히 닿지 않아 파이프 피팅의 내측에 심한 주름이 생기고 데드 벤딩이 발생합니다. 간격이 너무 작은 경우, 언제 클램핑 일반 용접 파이프의 경우 파이프 피팅 내벽의 용접 높이가 불규칙하면 맨드릴을 파이프 피팅에 삽입하기 어려울 수 있습니다.

오랜 기간에 걸쳐 요약한 결과 벤딩 파이프 작업을 통해 저자는 파이프 내벽과 맨드릴 사이에 더 적절한 간격을 결정했습니다:

c = D2 - d = 0.5 ~ 1.5mm.

3.3 가이드 플레이트의 속도 조절

벤딩 머신의 표준 파이프 벤딩 작업에서 가이드 플레이트(그림 1)는 공작물을 고정하고 동시에 움직입니다. 이 가이드 플레이트의 속도는 조절 가능하며, 이동 속도는 구부러진 파이프의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.

프레스 블록으로 다이에 고정된 공작물에는 그 안에 맨드릴이 있습니다. 기계가 작동하면 가이드 플레이트가 다이의 속도에 맞춰 앞으로 움직이면서 파이프 소재가 다이 주위로 서서히 구부러집니다. 이 과정에서 가이드 플레이트와 공작물 사이의 정적 마찰이 공작물에 작용합니다.

가이드 플레이트의 속도가 금형보다 빠르면 공작물에 전방 추력을 가하고, 반대로 속도가 느리면 저항력을 가합니다. 굽힘 테스트에 따르면 동일한 조건에서 가이드 플레이트의 속도가 다이의 선형 속도를 크게 초과하면 파이프의 내벽에 주름이 생기는 경향이 있습니다.

반대로 가이드 플레이트의 속도가 현저히 느리면 파이프의 외벽이 눈에 띄게 얇아지고 심지어 찢어질 수도 있습니다. 따라서 가이드 플레이트의 추력 속도를 금형에 맞게 효과적으로 조정하는 것이 벤딩 품질을 보장하는 데 매우 중요합니다.

이 분석을 통해 절곡 과정에서 가이드 플레이트의 추력 속도가 절곡 속도와 동기화되어야 한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 벤딩 전 또는 다른 벤딩 반경 다이로 변경한 후에는 가이드 플레이트의 속도를 적절히 조정해야 합니다.

그림 1에서 볼 수 있듯이 굽힘 속도 α와 굽힘 반경 R은 미리 설정되어 있습니다. 아크 길이 벤딩 다이 가 회전해야 하는 거리, 즉 가이드 플레이트가 동시에 앞으로 이동해야 하는 거리를 계산합니다. 작업자가 속도 제어 밸브 핸들을 천천히 돌리면서 가이드 플레이트의 움직임을 관찰하는 동안 벤딩 머신은 공회전합니다.

설정된 각도로 구부리고 정지한 후 가이드 플레이트의 실제 변위를 자로 측정하여 이론적 계산과 비교합니다. 차이가 있는 경우 측정된 값이 계산된 값과 일치할 때까지 유휴 조정을 반복할 수 있습니다.

실제로는 하중 요인으로 인해 실제 굽힘 중 가이드 플레이트의 이동 속도는 공회전 중보다 느린 경우가 많습니다. 따라서 가이드 플레이트의 추력 속도를 조정할 때 실제 값은 이론 값보다 약간 높을 수 있습니다.

4. 결론

결론적으로 파이프에 주름, 찢어짐 또는 타원형 변형이 있는지 여부는 굽힘 품질을 평가하는 중요한 척도입니다.

이러한 품질 결함은 적절한 굽힘 반경, 적절한 맨드릴 모양, 맨드릴과 파이프 내벽 사이의 간격 제어, 맨드릴의 삽입 위치 및 가이드 플레이트의 이동 속도 조정을 통해 최소화할 수 있습니다.