KR101427026B1

KR101427026B1 - 금속관재의 강소성 가공방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101427026B1
Application number: KR1020130002149A
Authority: KR
Inventors: 김형섭; 이동준; 엄호용; 정혁재
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2014-08-05
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: KR20140089986A

Abstract

본 발명은 제작된 금속관재 또는 제작과정에 있는 금속관재의 형상을 일정 범위 내에서 유지시키면서 금속관재의 내측과 외측의 내압 피로 저항성, 진동 피로 저항성, 캐비테이션 저항성, 내스크래치성, 굽힘 형상 안정성 등 기계적 강성과 내구성을 높이도록 하는 금속관재의 강소성 가공방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 이를 위한 금속관재의 강소성 가공방법 구성은 탑재되는 금속관재의 외벽 둘레를 따라 대면하는 외부금형과 상기 금속관재의 내벽 둘레를 따라 대면하는 내부금형 중 적어도 하나는 상기 금속관재의 둘레를 따라 복수의 세그먼트로 분할되어 가압 구동부에 의해 상호 간 간격이 벌어지거나 오므려짐으로써 대면하는 상기 금속관재의 벽면을 압박하거나 그 벽면으로부터 이격되게 구성한 금속관재의 강소성 가공장치를 구비하고, 상기 외부금형과 내부금형 사이에 상기 금속관재를 탑재하는 단계와; 상기 외부금형 또는 내부금형을 대면하는 상기 금속관재의 벽면에 압착시키는 단계; 및 상기 외부금형 또는 내부금형을 회전시키거나 상기 외부금형 또는 내부금형 사이에 상기 금속관재를 통과시키는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

금속관재의 강소성 가공방법 및 그 장치{DEFORMATION METHOD OF RADIAL OR HOOP SEVERE PLASTIC FOR TUBE MATERIALS AND PROCESSING APPARATUS THEREOF}

본 발명은 금속관재의 강소성 가공방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제작된 금속관재 또는 제작과정에 있는 금속관재의 형상을 일정 범위 내에서 유지시키면서 금속관재의 내측과 외측의 내압 피로 저항성, 진동 피로 저항성, 캐비테이션 저항성, 내스크래치성, 굽힘 형상 안정성 등 기계적 강성과 내구성을 높이도록 하는 금속관재의 강소성 가공방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속관재는 주로 구조물을 지지하거나 구조물을 이루는 구조체로 쓰이거나 또는 유체 통로를 구획하는 파이프 등의 용도로 쓰이고 있다.

또한, 금속관재의 제조에 있어서, 비교적 큰 직경의 경우는 주물 제작 또는 판재를 구부리고 이것을 다시 용접하는 공정을 통해 제작되고, 비교적 작은 크기의 금속관재의 경우는 신선 또는 압출 및 이들 신선과 압출을 병행하는 방법 등에 의해 제작된다.

이들 금속관재는 대체로 물성이 불균일하여 국부적 또는 전체적으로 불균일한 변형이 있고, 또 성형 과정에서 발생하는 바우싱거 효과 등의 문제를 내재하고 있다.

특히, 판재를 관재로 성형한 것은 용접부를 포함하여 원주방향을 따라 금속관재의 내부와 외부의 물성이 균일하지 못한 단점이 있다.

이렇게 기계적 강성 또는 내구성이 낮은 금속관재의 단점을 보완하기 위한 방법으로는 금속관재의 두께 또는 그 크기를 늘리거나 금속재의 가공방법 중 하나로 가소성 성질을 이용하여 소성 변형시키는 방법이 제안되고 있다.

여기서, 금속관재의 두께를 늘리는 것은 불필요한 중량 증가 및 소재의 낭비로 이루어질 수 있을 뿐 아니라 그 크기를 늘리는 것과 더불어 그 적용이 곤란할 수 있다.

한편, 소성 변형시키는 방법은, 금속재료가 소성 변형을 받으면 소경계각 전위셀 구조의 형성을 시작으로 소성 변형량이 증가할수록 아결정립의 결정립계각 증가와 더불어 결정립이 점차 미세화되는 현상을 이용하는 것이다.

최근에 소개되는 기술로는 금속재료에 큰 변형을 가해주어 결정립을 초미세립화 또는 나노 결정립화 할 수 있는 강소성 가공법이 있다.

상술한 강소성 가공법은, 금속재료의 결정립이 초미세화 또는 나노 결정립화되면 기존 변형 전의 금속재료와 비교하여 그 기계적 성질(강도, 경도, 내마모성 및 초소성 등)이 매우 우수하게 나타난다.

이러한 결정립 형성에는 압출, 인장, 전단 변형과 같은 금속재료에 가해지는 소성 변형이 중요하고, 또한 많은 양의 소성 변형량을 가해주기 위해서는 반복 공정이 필요하며, 상술한 반복 공정이 가능하도록 하기 위해서는 공정 전후의 소재 형상이 동일하도록 금형을 설계할 필요성이 있다.

이와 같이 반복 공정이 가능하도록 하는 현재 개발된 대표적인 강소성 가공법에는 등통로각압축 공정(ECAP: Equal Channel Angular Pressing), 고압비틀림 공정(HPT: High-Pressure Torsion), 반복접착압연 공정(ARB: Accumulative Roll Bonding), 등통로각압연 공정(ECAR: Equal Channel Angular Rolling)이 있다.

이들 강소성 가공법은 공정 전후의 소재 형상이 유사한 공통점이 있고, 금형의 회전 수 또는 공정 수를 조절하여 소재에 가해지는 소성 변형량의 조절 및 기계적 성질의 조절이 가능하며, 또 이들은 원재료에 수백% 이상의 매우 큰 소성 변형을 가해줄 수 있기 때문에 결정립의 초미세화 및 나노화에 따른 소재의 강화 및 균질화에도 효과를 갖는다.

본 발명은 금속재료 중 금속관재에 대한 강소성 가공방법과 그 적용을 위한 기계장치에 대한 것이다.

본 발명은 제조된 금속관재 또는 제조과정에 있는 금속관재에 대하여 금속관재의 형상을 유지시키며 금속관재를 이루는 금속 소재의 결정립이 초미세화 및 나노화를 이루도록 금속관재 전체에 강소성 변형을 고르게 부가하여 강도, 경도, 내마모성 및 초소성 등 금속관재의 기계적 성질을 향상시키고, 금속관재의 전체적인 물성 균일하도록 하여 형상을 포함한 안정성 및 내구성을 갖도록 하는 금속관재의 강소성 가공방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 금속관재에 대하여 반복 내지 연속 공정이 가능하도록 하고, 변형량 조절과 이를 통한 기계적 성질의 조절이 가능하도록 하는 금속관재의 강소성 가공방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속관재의 강소성 가공방법은, 탑재되는 금속관재의 외벽 둘레를 따라 대면하는 외부금형과 상기 금속관재의 내벽 둘레를 따라 대면하는 내부금형 중 적어도 하나는 상기 금속관재의 둘레를 따라 복수의 세그먼트로 분할되어 가압 구동부에 의해 상호 간 간격이 벌어지거나 오므려짐으로써 대면하는 상기 금속관재의 벽면을 압박하거나 그 벽면으로부터 이격되게 구성한 금속관재의 강소성 가공장치를 구비하고, 상기 외부금형과 내부금형 사이에 상기 금속관재를 탑재하는 단계와; 상기 외부금형 또는 내부금형을 대면하는 상기 금속관재의 벽면에 압착시키는 단계; 및 상기 외부금형 또는 내부금형을 회전시키거나 상기 외부금형 또는 내부금형 사이에 상기 금속관재를 통과시키는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 가압 구동부는 상기 외부금형 또는 내부금형 중 적어도 하나를 회전시키는 구성의 것으로 하고, 상기 금속관재의 벽면에 압착시킨 상태에서 회전시키는 단계를 더 구비토록 함이 바람직하다.

그리고, 상기 금속관재에 대한 상기 외부금형 또는 내부금형의 압착 압력과 회전수를 조절하여 금속관재에 가해지는 소성 변형량을 조절토록 함이 바람직하다.

더불어, 상기 외부금형 또는 내부금형 내에 발열체를 더 설치하고, 상기 외부금형 또는 내부금형 및 이들 금형을 통과하는 상기 금속관재의 표면에 대한 온도계를 더 설치하여, 상기 금속관재에 대한 가공시의 온도를 조절하도록 하는 것으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 금속관재는 단면 형상이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나 형상의 것으로 하고, 상기 가압 구동부는 상기 외부금형과 내부금형의 전방에 상기 외부금형과 내부금형 사이로 상기 금속관재를 압력으로 삽입하는 가압 롤러와 상기 외부금형과 내부금형 후방에 통과하여 진행하는 상기 금속관재를 압착하며 당기는 인출 롤러를 더 구비한 것으로 구성하며, 상기 외부금형 또는 내부금형을 대면하는 상기 금속관재의 벽면에 압착시키는 단계는 상기 가압 롤러와 인출 롤러에 의해 상기 금속관재가 상기 외부금형과 내부금형 사이로 연속하여 통과하는 과정에서 이루어지도록 할 수도 있다.

또한, 상기 외부금형 또는 내부금형 내에 발열체를 더 설치하고, 상기 외부금형 또는 내부금형 및 이들 금형을 통과하는 상기 금속관재의 표면에 대한 온도계를 더 설치하고, 상기 금속관재에 대한 상기 외부금형 또는 내부금형의 압착 압력과 상기 금속관재에 대한 가공시의 온도를 조절하는 것으로 금속관재의 소성 변형조건을 조절토록 할 수 있다.

그리고, 상기 외부금형과 내부금형의 전방으로 상기 외부금형과 내부금형 사이로 상기 금속관재를 압입하는 가압 롤러가 그 압입 방향으로 복수 개수로 설치하고, 상기 금속관재는 판재에서 상기 가압 롤러들을 통과하는 과정에서 관재 형상을 이루고, 상기 가압 롤러와 상기 외부금형과 내부금형 사이에 상기 관재로 성형됨에 의해 상호 접하는 판재의 폭 방향 모서리 부위를 용접하는 용접부를 더 구비하며, 상기 내부금형과 가압 구동부의 일부는 상기 가압 롤러 방향에서 상기 외부금형 내측으로 삽입 설치하여 이루어질 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속관재의 가소성 가공장치는, 탑재되는 금속관재의 외벽 둘레를 따라 대면하는 외부금형과 상기 금속관재의 내벽 둘레를 따라 대면하는 내부금형 중 적어도 하나는 상기 금속관재의 둘레를 따라 복수의 세그먼트로 분할되어 상기 금속관재의 벽면에 대하여 압착되거나 벌어짐이 가능하게 설치되고, 분할된 상기 세그먼트들을 대면하는 상기 금속관재의 벽면에 대하여 압착시키도록 하는 가압 구동부를 포함하여 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부금형은 상기 금속관재의 외벽에 근접하는 단일의 관 형상의 것으로 구성하고, 상기 내부금형은 복수의 세그먼트 내부금형으로 분할되고, 상기 각 세그먼트 내부금형의 외면은 상기 금속관재의 내벽에 대면하며, 상기 각 세그먼트 내부금형의 내면은 외면을 기준하여 상기 금속관재의 일단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 축소되는 경사면을 이루는 것으로 구성하며, 상기 가압 구동부는, 일단에서 타단으로 이어지는 부위가 상기 경사면에 대면하도록 첨예한 형상을 이루는 압입축과; 상기 압입축과 상기 내부금형을 연결하며, 그 연결 위치에 따라 상기 압입축을 상기 내부금형의 타단 방향으로 압입하는 커넥터; 및 상기 내부금형, 상기 압입축, 상기 커넥터 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 제공하는 모터를 포함하여 구성함이 바람직하다.

그리고, 상기 각 세그먼트 내부금형의 내면 중 폭 방향 중심 부위에는 길이 방향을 따라 상기 내면과 나란한 가이드 돌기 또는 가이드 홈을 형성하고, 상기 압입축의 외면에는 상기 가이드 돌기 또는 가이드 홈에 대응하는 가이드 홈 또는 가이드 돌기를 형성하며, 상기 모터는 상기 압입축에 연결되어 회전력을 제공하는 것으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 각 세그먼트 내부금형은 일단 또는 타단에 상기 금속관재의 중심 방향으로 깊이를 갖는 걸림 홈을 형성한 것으로 하고, 상기 압입축은 일단 또는 타단 외면에 수나사를 형성한 것으로 하며, 상기 커넥터는 관 형상으로 일단 또는 타단 내측에 상기 압입축의 수나사와 짝을 이루는 암나사를 형성하고, 타단 또는 일단 내면에는 상기 걸림 홈에 일부 끼워지는 걸림 턱을 형성한 것으로 하여, 상기 압입축에 대한 상기 커넥터의 연결 위치에 따라 상기 내부금형에 대한 상기 압입축의 압입 깊이가 조절되게 한 것으로 이루어질 수 있다.

또는, 상기 외부금형은 복수의 세그먼트 외부금형으로 분할되고, 상기 각 세그먼트 외부금형의 내면은 상기 금속관재의 외벽에 대면하며, 상기 각 세그먼트 외부금형의 외면은 내면을 기준하여 상기 금속관재의 타단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 축소되는 경사면으로 이루는 것으로 구성하고, 상기 내부금형은 상기 금속관재의 내벽에 근접하는 봉 형상의 것으로 구성하며, 상기 가압 구동부는, 일단에서 타단으로 이어지는 부위가 상기 경사면에 대면하도록 점차 굵어지는 형상을 이루는 압입관과; 상기 압입관과 상기 외부금형을 연결하며, 그 연결 위치에 따라 상기 외부금형을 상기 압입관 타단 방향으로 압입하는 커넥터; 및 상기 외부금형, 상기 압입관, 상기 커넥터 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 제공하는 모터를 포함한 구성으로 이루어질 수도 있다.

그리고, 상기 각 세그먼트 외부금형의 외면 중 폭 방향 중심 부위에는 길이 방향을 따라 상기 외면과 나란한 가이드 돌기 또는 가이드 홈을 형성하고, 상기 압입관의 내면에는 상기 가이드 돌기 또는 가이드 홈에 대응하는 가이드 홈 또는 가이드 돌기를 형성하며, 상기 모터는 상기 압입관에 연결되어 회전력을 제공하는 것으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 각 세그먼트 외부금형은 일단 또는 타단에 상기 금속관재의 중심 방향으로 깊이를 갖는 걸림 홈을 형성한 것으로 하고, 상기 압입관은 일단 또는 타단 외면에 수나사를 형성한 것으로 하며, 상기 커넥터는 관 형상으로 일단 또는 타단 내측에 상기 압입관의 수나사와 짝을 이루는 암나사를 형성하고, 타단 또는 일단 내면에는 상기 걸림 홈에 일부 끼워지는 걸림 턱을 형성한 것으로 하여, 상기 압입관에 대한 상기 커넥터의 연결 위치에 따라 상기 압입관에 대한 상기 외부금형의 압입 깊이가 조절되게 한 것으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 외부금형은 복수의 세그먼트 외부금형으로 분할되고, 상기 각 세그먼트 외부금형의 내면은 상기 금속관재의 외벽에 대면하며, 상기 각 세그먼트 외부금형의 외면은 내면을 기준하여 상기 금속관재의 타단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 축소되는 경사면으로 이루는 것으로 구성하고, 상기 내부금형은 복수의 세그먼트 내부금형으로 분할되고, 상기 각 세그먼트 내부금형의 외면은 상기 금속관재의 내벽에 대면하며, 상기 각 세그먼트 내부금형의 내면은 외면을 기준하여 상기 금속관재의 일단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 축소되는 경사면을 이루는 것으로 구성하며, 상기 가압 구동부는, 일단에서 타단으로 이어지는 부위가 상기 경사면에 대면하도록 첨예한 형상을 이루는 압입축과; 상기 압입축과 상기 내부금형을 연결하며, 그 연결 위치에 따라 상기 압입축을 상기 내부금형의 타단 방향으로 압입하는 커넥터; 및 상기 내부금형, 상기 압입축, 상기 커넥터 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 제공하는 모터를 포함하여 구성한 제 1 가압 구동부와; 일단에서 타단으로 이어지는 부위가 상기 경사면에 대면하도록 점차 굵어지는 형상을 이루는 압입관과; 상기 압입관과 상기 외부금형을 연결하며, 그 연결 위치에 따라 상기 외부금형을 상기 압입관 타단 방향으로 압입하는 커넥터; 및 상기 외부금형, 상기 압입관, 상기 커넥터 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 제공하는 모터를 포함하여 구성한 제 2 가압 구동부로 이루어진 것으로 구성할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 금속관재의 강소성 가공방법 구성 및 그 장치 구성에 의하면, 금속관재를 반복 또는 연속적으로 공급하면서 그 형상이 일정 범위 내에서 유지시키는 범위 내에서 금속관재의 결정립이 초미세화 및 나노화되게 함으로써 금속관재 전체에 강소성 변형이 고르게 이루어지고, 이를 통해 금속관재의 강도, 경도, 내마모성 및 초소성 등 금속관재의 기계적 성질이 향상되고, 금속관재의 전체적인 물성이 균일해 짐에 따라 형상을 포함한 안정성 및 내구성을 갖는 금속관재를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 금속관재에 대하여 반복 내지 연속 공정이 가능함과 동시에 그 소성 변형량 조절과 이를 통한 기계적 성질의 조절이 가능한 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속관재의 강소성 가공과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 변형 예에 따른 금속관재의 강소성 가공과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 도 1의 과정을 통한 금속관재의 소성 변형관계를 순차적으로 나타낸 모식도이다.
도 4a와 도 4b는 내부금형에 의한 압착 압력으로부터 금속관재의 소성 변형량 분포와 내부금형의 압착과 더불어 회전에 따른 금속관재의 소성 변형량 분포를 나타낸 도면이다.
도 5a와 도 5b는 금속관재의 내벽에 내부금형을 압박하는 상태에서 180°회전시켰을 때 금속관재의 내벽 표면에서 두께 방향으로의 소성 변형량과 경도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 금속관재의 시뮬레이션에 사용된 구리에 고압 비틀림 공정을 적용하였을 때 가해진 소성 변형량에 따른 경도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7a와 도 7b는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속관재의 강소성 가공장치의 구성 및 이들 구성의 작동관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8a와 도 8b는, 도 7a와 도 7b의 도면 중 외부금형과 내부금형의 배치 상태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 변형 실시 예에 따른 금속관재의 강소성 가공장치의 구성 및 이들 구성의 작동관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 단면도이다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용하는 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석될 것이 아니라, '발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다'는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시한 구성은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

그리고, 본 발명에서 지칭하는 경사면은 해당 구성의 내측 또는 외측 표면에 해당하는 내면과 외면의 형태를 가리키는 것으로 상호 다른 기술 구성이나 그 경사면이 작용하는 관계는 동일하다고 보고 동일하게 적용하여 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 금속관재의 강소성 가공방법은, 도 1 내지 도 3에서 참조되는 바와 같이, 먼저 탑재되는 금속관재(P)의 외벽 둘레를 따라 대면하는 외부금형(10)과 금속관재(P)의 내벽 둘레를 따라 대면하는 내부금형(20)을 포함한 금속관재의 강소성 가공장치에 의해 이루어진다.

상술한 외부금형(10)과 내부금형(20) 중 적어도 하나는 금속관재(P)의 둘레를 따라 복수의 세그먼트로 분할되어 가압 구동부에 의해 상호 간의 벌림과 오므림이 가능하도록 구성된다.

그리고, 금속관재(P)에 대한 강소성 가공 과정은, 도 1과 도 2에서 참조되는 바와 같이, 외부금형(10)과 내부금형(20) 사이에 금속관재(P)를 탑재하는 과정과 외부금형(10) 또는 내부금형(20)을 통해 금속관재(P)의 벽면을 압박하는 과정 및 금속관재(P)를 압박하는 외부금형(10)과 내부금형(20) 중 적어도 하나를 회전시키거나 금속관재(P)를 압박하는 외부금형(10)과 내부금형(20) 사이로 금속관재(P)를 통과시키는 것으로 금속관재(P)를 소성 변형시키는 과정을 포함하여 이루어진다.

이러한 과정에 있어서, 도 1에 도시한 과정은, 금속관재(P)의 단면 형상이 원형인 것에 대하여 외부금형(10)과 내부금형(20)으로 하여금 그 사이에 놓이는 금속관재(P)를 압박하면서 외부금형(10)과 내부금형(20) 중 적어도 하나를 회전시켜 소성 변형시키는 과정을 나타낸 것이다.

또한, 도 2에 도시한 과정은, 단면 형상이 원형인 것을 포함하여 타원 또는 다각형 등 다양한 금속관재(P)에 대하여 그 단면 형상이 유지되게 하면서 소성 변형시키는 것으로, 금속관재(P)의 형상에 대응하는 외부금형(10)과 내부금형(20)으로 그 사이에 놓이는 금속관재(P)를 압박토록 하고, 그 상태에서 금속관재(P)를 통과시키도록 하는 과정을 나타낸 것이다.

먼저, 도 1의 과정에 대하여 도 3을 참조하면, 외부금형(10)과 내부금형(20)이 설치된 상태에서 이들 사이로 금속관재(P)를 탑재한다(ST100). 이렇게 금속관재(P)의 탑재가 완료되면 상술한 가압 구동부는 외부금형(10) 또는 내부금형(20)을 통해 금속관재(P)의 벽면에 대하여 그 두께 방향으로 압박하도록 한다(ST110).

위의 설명에서 금속관재(P)의 벽면을 압박하는 관계 중 상술한 가압 구동부가 외부금형(10)을 이용하여 금속관재(P)를 압박할 경우, 외부금형(10)은 내부금형(20)을 지지기반으로 하여 그 사이에 놓인 금속관재(P)의 외벽면을 압박하는 것이고, 가압 구동부가 내부금형(20)을 이용하여 금속관재(P)를 압박할 경우는, 내부금형(20)이 외부금형(10)을 지지기반으로 하여 그 사이에 놓인 금속관재(P)의 내벽면을 압박하는 것이다.

그리고, 가압 구동부가 외부금형(10)과 내부금형(20) 모두를 통해 금속관재(P)를 압박할 경우 외부금형(10)은 내부금형(20)을 지지기반으로 하고, 내부금형(20)은 외부금형(10)을 지지기반으로 하여 그 사이에 놓이는 금속관재(P)의 벽면을 두께 방향으로 압박하는 것이다.

이렇게 금속관재(P)에 대한 압박 관계 구성은, 다양한 변형 실시 예가 적용될 수 있으며, 이에 대하여 후술하는 금속관재의 강소성 가공장치의 실시 예를 통해 더욱 상세히 살펴보기로 한다.

이후, 상술한 바와 같이, 외부금형(10)과 내부금형(20) 중 적어도 하나 이상을 통해 금속관재(P)의 벽면을 그 두께 방향으로 압박하는 상태에서 가압 구동부는 외부금형(10) 또는 내부금형(20)을 회전시켜 이들 사이에 놓인 금속관재(P)의 표면에 대하여 비틀림 변형이 일어나도록 한다(ST120).

이때 외부금형(10)와 내부금형(20)의 압박 압력은 금속관재(P)의 표층에서 강하게 작용하고, 비틀림 변형에 의해 금속관재(P)의 벽면 둘레를 따라 균일하게 이루어지며, 점차 그 두께 방향으로 전이되는 관계를 이룬다.

따라서, 압박 압력이 작용하는 금속관재(P)의 표면은 매끄럽게 형성될 뿐 아니라 기계적 강도 또한 그 표층에서 더욱 높게 나타난다.

도 4a는, 금속관재(P)의 재질을 구리로 하고, 관 형상의 외부금형(10) 내부에 금속관재(P)를 억지 끼움으로 끼운 상태에서 내부금형(20)으로 금속관재(P)의 내벽을 일정 압력으로 압박하는 상태에서의 금속관재(P)의 두께에 대한 소성 변형률의 분포를 시뮬레이션하여 나타낸 것이고, 도 4b는 도 4a의 과정에 더하여 내부금형(20)을 회전시켜 소성 변형시킨 후의 소성 변형률 분포를 나타낸 것이다.

또한, 도 5a와 도 5b는, 금속관재(P)에 대하여 내부금형(20)을 180°회전시킨 상태에서의 유효변형률에 대한 시뮬레이션 결과와 금속관재(P)의 두께 방향에 대하여 그 경도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 5a에서 확인되는 바와 같이, 내부금형(20)에 의해 압박을 받은 표면에서 그 변형률이 높이 나타나고, 또 그에 따른 경도도 유사한 비율로 변형됨을 알 수 있다.

그리고, 도 6은 금속관재(P)에 대하여 내부금형(20)을 180° 회전시켰을 때의 변형률에 대한 시뮬레이션 데이터와 표면에 대한 경도의 측정치를 나타낸 것이다. 도 5a에서 얻은 변형량 데이터를 이용하여 이를 도 6을 이용해 경도로 바꾸어 이를 그래프로 나타낸 것이 도 5b이다.

특정 소성 변형량 이후에 경도가 포화(saturation)되는 현상이 발생하기에 관재 내부에 많은 변형량이 형성되어도 경도 특정 값(145Hv) 정도 이상까지는 향상되기 어려울 것이며, 외부는 경도가 포화되는 변형량까지 도달하지 않으므로 경도 향상 정도가 관재 내부에 비해 떨어지나 초기값보다 상승했음을 확인할 수 있다.

위의 결과들로부터 확인되는 바와 같이, 내부금형(20)에 의해 압박을 받은 금속관재(P)의 표면 변형률의 증가에 따라 경도가 상승함을 알 수 있다.

여기서, 상술한 변형률 결과와 경도의 결과는 토크의 압력 조건에서 진행된 결과이나 그 압박 압력을 더욱 확대할 경우 금속관재(P)의 두께 방향에 대하여 전체적인 변형률 확대와 또 그에 따른 기계적 강성이 증가함이 예측될 수 있다.

그리고, 금속관재(P)의 압박에 따른 변형률은, 금속관재(P)에 대한 내부금형(20)의 회전에 의해 금속관재(P)의 내벽면에 고르게 분포되고, 이는 금속관재(P)의 원주 둘레에 대한 물성을 균일하게 형성하게 된다.

또한, 위의 과정은 금속관재(P)의 내벽에 대하여 내부금형(20)으로 압박하면서 회전시키도록 한 것이나, 이는 변형률에 의한 경도 즉, 기계적 강성이 향상됨을 알 수 있는 것이며, 따라서 내부금형(20)을 지지기반으로 하여 외부금형(10)으로 금속관재(P)의 외벽면을 압박하며 회전시키도록 하면, 금속관재(P)의 외벽면에서도 유사한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

그리고, 비틀림 응력에 따른 변형률이 금속관재(P)의 두께 방향 전체에 대하여 균일하게 분포되게 하기 위해서는 금속관재(P)의 외벽과 내벽에 대하여 외부금형(10)과 내부금형(20)으로 각각 압박하여 회전시키도록 하는 것으로 이루어질 수 있으며, 이에 더하여 금속관재(P)를 중심으로 외부금형(10)과 내부금형(20)을 상호 반대 방향으로 회전시키도록 하는 것으로 보다 큰 변형량을 기대할 수 있다.

도 1의 나머지 과정은, 금속관재의 강소성 가공장치로부터 금속관재(P)를 분리하기 위한 과정이며, 외부금형(10) 또는 내부금형(20)의 회전을 정지시키고(ST130), 이 상태에서 금속관재(P)에 부가하였던 압박을 해제(ST140)한 상태에서 금속관재(P)를 분리하는 관계를 나타낸 것이다.

한편, 도 2에 따른 금속관재의 강소성 가공 과정은, 금속관재(P)의 단면 형상이 원형 뿐 아니라 외부금형(10)과 내부금형(20)을 금속관재(P)를 압박하면서 회전시키기 어려운 타원 또는 다각형 형상의 것에 대하여 적용하는 관계를 나타낸 것이다.

이에 대하여 도 2와 도 3을 참조하면, 외부금형(10)과 내부금형(20) 사이로 금속관재(P)를 투입하고(ST200), 외부금형(10)과 내부금형(20)을 이용하여 대면하는 금속관재(P)의 벽면을 압박하도록 하며(ST210), 외부금형(10)과 내부금형(20)의 어느 일측으로부터 그 사이에 놓인 금속관재(P)를 밀어 넣거나 당겨 통과시키도록 하는 것으로(ST220) 금속관재(P)의 외벽과 내벽에 대한 소성 변형이 있도록 하는 것이다.

이에 따라 외부금형(10)과 내부금형(20)을 통과하는 금속관재(P)의 소성 변형은 금속관재(P)의 길이 방향으로 형성된다.

이상에서 살펴본 금속관재(P)의 강소성 가공과정은, 이미 제작된 금속관재(P)의 형상 변형이 거이 발생하지 않아 반복 실시될 수 있음을 나타낸 것이나, 금속판재를 금속관재(P)로 성형하는 과정에서도 위의 과정이 이루어질 수 있다.

이를 위한 방법은, 도 7a와 도 7b에서 참조되는 바와 같이, 외부금형(10)과 내부금형(20)의 어느 일 측 전방 즉, 금속관재(P)가 외부금형(10)과 내부금형(20) 사이로 삽입되는 방향에 금속관재(P)를 압입하기 위한 가압 롤러(L1, L2)를 복수 개수로 설치하고, 외부금형(10)과 내부금형(20)에 대하여 이웃하는 가압 롤러(L2) 사이에 용접부(W)를 더 설치한다.

이들 가압 롤러(L1, L2)들은 판재(P0)를 통과시키는 과정에서 판재(P0)를 관 형상으로 성형하고, 상술한 용접부(W)는 판재(P0)의 폭 방향 가장자리 부위가 상호 접하는 부위에 대하여 용접하는 구성을 이룬다.

따라서, 상술한 판재(P0)는 복수의 가압 롤러(L1, L2)들과 용접부(W)를 순차적으로 통과하는 과정에서 금속관재(P)로 성형된다.

이에 따르면, 상술한 외부금형(10)과 내부금형(20) 사이에 금속관재(P)를 탑재하는 과정은 상술한 가압 롤러(L1, L2)에 의해 외부금형(10)과 내부금형(20) 사이로 압입하는 과정으로 이루어진다.

또한, 외부금형(10)과 내부금형(20)를 통해 금속관재(P)의 벽면을 압박하도록 하는 것은 외부금형(10)과 내부금형(20) 사이의 간격이 금속관재(P)의 두께보다 협소하게 유지하는 상태에서 금속관재(P)를 압입하는 것으로 이루어질 수 있다.

이때 외부금형(10)과 내부금형(20) 중 어느 하나를 복수의 세그먼트로 분리하는 것은 금속관재(P)의 압입 이전에 일정 길이로 통과한 상태에 있도록 하기 위한 용도 또는 금속관재(P)의 벽면에 대한 압박 압력을 조절하기 위한 용도 및 고정 또는 수리를 위한 용도에서도 필요하다.

그리고, 상술한 외부금형(10)을 분리형으로 형성한 경우 내부금형(20)은 단일의 봉 형상의 것으로 구성될 수 있고, 내부금형(20)을 분리형으로 형성한 경우 외부금형(10)은 단일의 관 형상의 것으로 구성될 수 있으며, 외부금형(10)과 내부금형(20) 둘 다 분리형으로 형성될 수도 있다.

이에 더하여 상술한 외부금형(10)과 내부금형(20)의 후방 부위에는, 통과하는 금속관재(P)의 이송을 안내함과 동시에 외부금형(10)과 내부금형(20)으로부터 금속관재(P)를 인출하도록 하는 인출 롤러(L3)를 더 설치토록 하여 이루어질 수 있다.

여기서, 외부금형(10)과 내부금형(20) 사이의 간격이 금속관재(P)의 두께 이하로 형성된 경우, 가압 구동부는 상술한 가압 롤러(L1, L2) 또는 가압 롤러(L1, L2)와 인출 롤러(L3)로 구성될 수 있다.

그리고, 상술한 가압 구동부의 구성 중 외부금형(10)과 내부금형(20)을 회전시키기 위한 구성은, 상술한 금속관재(P)가 판재(P0)로부터 성형되는 과정에서 그 내경이 확장된 구간을 통해 내부금형(20)을 투입하고, 가압 롤러(L1, L2)들이 설치된 구간에 있는 내부금형(P)의 일단에 회전력을 제공하는 모터 또는 유압모터 등의 회동수단(30)을 연결하여 이루어질 수 있다.

더불어 외부금형(10)의 경우는 기어, 베어링 구조 등 통상의 연결수단(34a, 34b)으로 다른 회동수단(32)과 연결하여 회전시키도록 구성할 수 있다.

즉, 이러한 구성은 판재(P0)를 금속관재(P)로 성형하는 과정에서 금속관재(P)에 대한 강소성 가공을 연속적으로 실시할 수 있게 된다.

한편, 상술한 금속관재(P)의 강소성 가공을 위한 금속관재의 강소성 가공장치의 각 실시 구성 및 이들 구성의 작동 관계에 대하여 첨부한 도 7a 내지 도 9b를 참조하여 살펴보기로 한다.

먼저, 도 7a 내지 도 8b에 도시한 금속관재(P)의 강소성 가공장치 구성을 살펴보면, 외부금형(10a)과 내부금형(20a) 중 어느 하나 또는 둘 모두는, 금속관재(P)에 대면하는 부위가 금속관재(P)의 둘레 즉, 원주 방향을 따라 복수로 분할한 세그먼트 금형(12a or 22a)들을 포함한 구성으로 이루어진다.

이때 각각의 세그먼트 금형(12a or 22a)들은 상호 동일한 형상과 크기로 제작함이 바람직하고, 또 이들은 금속관재(P)의 중심으로부터 원주 방향을 따라 등각으로 배치함이 바람직하다.

그리고, 각각의 세그먼트 금형(12a or 22a)들 중 금속관재(P)와 대면하는 부위 즉, 세그먼트 외부금형(12a)의 경우는 내면이 금속관재(P) 또는 소성 변형 이후의 금속관재(P')의 외벽면 일부에 대응하는 곡률을 이루고, 세그먼트 내부금형(22a)의 경우는 외면이 금속관재(P)의 내벽면 일부에 대응하는 곡률을 이룬다.

상술한 세그먼트 금형(12a, 22a) 중 외부금형(10a)은, 비록 도 7a와 도 7b에서 표현되지 않았으나, 내면이 금속관재(P)의 외벽에 근접하거나 또는 금속관재(P)가 그 내부로 억지 끼움으로 끼워지는 단일의 관 형상의 것으로 구성되면서 내부금형(20a)만 복수의 세그먼트 내부금형(22a)을 갖는 구성으로 이루어질 수 있다.

또한, 상술한 세그먼트 금형(12a, 22a) 중 내부금형(20a)은, 비록 도 7a와 도 7b에서 표현되지 않았으나, 외면이 금속관재(P)의 내벽에 근접하거나 또는 금속관재(P) 내부로 내부금형(20a)이 억지 끼움으로 끼워지는 단일의 봉 형상의 것으로 구성되면서 외부금형(10a)만 복수의 세그먼트 외부금형(12a)을 갖는 구성으로 이루어질 수 있다.

먼저, 전자의 경우에 대하여 살펴보면, 내부금형(20a)을 이루는 각 세그먼트 내부금형(22a)의 외면은 금속관재(P)의 내벽에 나란하게 대면하고, 각 세그먼트 내부금형(22a)의 내면은 외면을 기준하여 금속관재(P)의 일단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 굵어지는 경사면(S)을 이룬다.

여기서, 도 7a와 도 7b의 구성은 금속 재질의 판재(P0)가 금속관재(P)로 성형된 상태에서 연속하여 금속관재(P)를 소성 변형시키는 가공 과정이 이루어지도록 한 것으로서, 상술한 일단 방향은 관 형상으로 성형된 금속관재(P)가 외부금형(10a)과 내부금형(20a)을 기준하여 통과하여 진행하는 방향을 전방 또는 타단 방향으로 지칭하기로 하고, 금속관재(P)가 외부금형(10a)과 내부금형(20a)를 중심으로 투입이이루어지는 방향을 후방 또는 일단 방향이라 지칭하기로 한다.

또한, 가압 구동부는 타단에서 일단으로 이어지는 부위가 상술한 경사면(S)에 밀착 대면하도록 그 굵기가 축소되는 형상을 이루는 압입축(24a)을 구비하고, 압입축(24a)과 세그먼트 내부금형(22a)을 연결하며 그 연결 위치에 따라 내부금형(22a)을 압입축(24a)의 타단 방향으로 밀어내도록 하는 커넥터(26a, 28a)를 구비하며, 내부금형(20a) 또는 압입축(24a) 및 커넥터(26a, 28a) 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 제공하는 모터 등의 회동수단(30)이 연결된 구성을 이룬다.

그리고, 상술한 세그먼트 내부금형(22a)과 이에 대응하는 압입축(24a)의 경사면은 압입축(24a)의 길이 방향 중 금속관재(P)에 대응하여 압력을 제공하는 길이 구간에 대응하여 하나 형성될 수 있고 또는 그 길이 방향에 대하여 도 7a 또는 도 7b에 도시한 바와 같이, 둘 이상의 구간을 나누어 형성될 수도 있다.

이러한 구성에 있어서, 도 7a와 도 7b에 도시한 커넥터(26a, 28a)는, 압입축(24a)의 측벽을 따라 슬라이딩 전후진 가능한 슬리브(26a)를 구비하고, 이 슬리브(26a)의 내벽에는 내벽 둘레를 따라 돌출하여 관 형성 방향으로 길이를 갖는 가이드 레일(R)을 형성한 것으로 하고, 이에 대응하는 압입축(24a)의 측벽에도 상술한 가이드 레일(R)과 짝을 이루는 가이드 레일(R)을 형성하여 압입축(24a)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 전후진 하면서 동시에 압입축(24a)과 함께 회전하도록 구성할 수 있다.

또한, 상술한 슬리브(26a) 전방의 타단 부위에는 압입축(24a)의 중심으로부터 외측 방향으로 길이를 갖는 가이드 돌기(G)를 돌출 형성한 것으로 하고, 이에 대응하는 세그먼트 내부금형(22a)의 일단 부위에는 가이드 돌기(G)에 대응하여 짝을 이루어 결합되는 가이드 홈을 형성하여 가이드 돌기(G)의 길이 방향 즉, 압입축(24a)으로부터 벌어지거나 근접하는 방향으로 슬라이딩 이동이 가능하도록 한다.

이때 가이드 돌기(G)와 가이드 홈은 압입축(24a)의 길이 방향에 대하여 세그먼트 내부금형(22a)과 슬리브(26a) 상호 간에 이탈이 방지되게 통상의 결합구조를 갖도록 형성함이 바람직하다.

또한, 슬리브(26b)의 일단 부위에는, 단관 형상으로 일단 부위 내벽에 암나사가 형성된 너트(28b)를 구비하고, 이 너트(28a)의 암나사에 대응하는 압입축(24a)의 측벽에는 수나사를 형성하며, 너트(28b)의 타단 부위와 이에 대응하는 슬리브(26a)의 일단 부위는 상호 밀착되는 구성으로 이루어지거나 너트(28a)가 압입축(24a)을 중심으로 회전하는 것이 자유로운 상태에 있도록 통상의 요철 구조로 결합되게 하여 이루어질 수 있다.

이에 따르면, 상술한 너트(28a)가 압입축(24a)과의 나사결합으로 압입축(24a)의 타단 방향으로 이동하게 되면, 이를 통해 밀리는 슬리브(26a)는 타단 부위에 연결된 세그먼트 내부금형(22a)을 전진시키고, 세그먼트 내부금형(22a)은 압입축(24a)과 맞닿은 경사면(S)에 의해 전진함과 동시에 압입축(24a)을 중심으로 벌어져 결국 탑재된 금속관재(P)의 내벽을 압박하게 된다.

이때 세그먼트 내부금형(22a)들과 압입축(24a) 및 커넥터(26a, 28a)의 구성은, 금속관재(P)의 내벽을 압박하는 정도로 그 결합 상태를 이룬 하나의 내부금형(20a)으로 이루어질 수 있고, 상술한 회동수단(30)은 상술한 구성의 결합이 고정된 상태의 내부금형(20a)에 연결되어 회전력을 제공하는 것으로 이루어질 수 있고, 압입축(24a)의 일단 또는 커넥터(26a, 28a)를 구성하는 너트(28a)에 연결되어 회전력을 제공하는 것으로 이루어질 수 있다.

위의 구성 중 회동수단(30)에 의한 회전력과 관련하여 세그먼트 내부금형(22a)은, 도 8a 또는 도 8b에 도시한 바와 같이, 각 세그먼트 내부금형(22a)의 내면 중 폭 방향 중심 부위에 길이 방향을 따라 경사면(S)과 나란한 가이드 홈(23a)를 형성하고, 이에 대응하는 압입축(24a)의 경사면(S)에는 상술한 가이드 홈(23a)에 대응하는 가이드 돌기(25a)를 형성하여 회동수단(30)으로부터 제공된 회전력을 각 세그먼트 내부금형(22a)에 안정적으로 전달할 수 있도록 구성할 수 있다.

여기서, 상술한 가이드 홈(23a)과 가이드 돌기(25a)는, 도면에 도시하지 않았으나, 위와는 반대로 세그먼트 내부금형(22a)의 경사면(S)에 가이드 돌기(25a)를 형성하고, 압입축(24a)의 경사면(S)에 가이드 홈(23a)을 형성한 것으로 대체될 수 있음은 당연하다 할 것이다.

한편, 위의 구성과 상대적으로 상술한 외부금형(10a)이 복수의 세그먼트 외부금형(12a)으로 분할한 것으로 구성하고, 각 세그먼트 외부금형(12a)의 내면은 금속관재(P)의 외벽에 대응하여 밀착 가능하게 대면하는 형상을 갖도록 하며, 각 세그먼트 외부금형(12a)의 외면은 내면을 기준하여 금속관재(P)의 타단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 축소되는 경사면을 이루도록 하여 구성할 수 있다.

또한, 이에 대응하는 내부금형(20a)은 외면이 금속관재(P)의 내벽에 근접하는 봉 형상 또는 금속관재(P)의 내부에 억지 끼움으로 끼워지는 봉 형상의 것으로 구성하여 이루어질 수 있다.

이에 더하여 가압 구동부는, 일단에서 타단으로 이어지는 부위가 경사면에 대면하도록 점차 굵어지는 형상을 이루는 압입관(14a)을 구비하고, 압입관(14a)과 각 세그먼트 외부금형(12a)을 연결하며, 그 연결 위치에 따라 세그먼트 외부금형(12a)을 압입관(14a)의 타단 방향으로 압입하는 외부금형 커넥터(16a) 및 외부금형(10a) 또는 압입관(14a) 및 외부금형 커넥터(16a) 중 어느 하나에 연결부재(34a, 34b)로 연결되어 회전력을 제공하는 다른 회동수단(32)을 구비한 구성으로 이루어질 수 있다.

그리고, 다른 회동수단(32)에 의한 회전력이 각 세그먼트 외부금형(12a)에 안정적으로 전달될 수 있도록 하기 위해서는, 각 세그먼트 외부금형(12a)의 외면과 나란하며 폭 방향 중심 부위를 따라 그 길이 방향으로 연장된 가이드 홈(13a)을 형성하고, 이에 대응하는 압입관(14a)의 내벽에는 가이드 홈(13a)에 대응하는 가이드 돌기(15a)를 형성한 구성에 의해 이루어질 수 있다.

한편, 상술한 구성 중 외부금형(10a)과 내부금형(20a) 내부에는, 도 7a와 도 7b에 도시한 바와 같이, 발열체(H)를 더 구비토록 하고, 또 외부금형(10a)과 내부금형(20a)에 근접한 위치에서 가동되어 통과한 금속관재(P')의 표면에 대하여 온도를 측정토록 하는 온도계(T)를 더 설치한 후 금속관재(P)에 대한 가공시의 온도를 조절 및 그 가공속도 등을 제어할 수 있도록 함이 바람직하다.

그리고, 위의 외부금형(10a)과 내부금형(20a)은 둘 모두 복수의 세그먼트로 분할하여 이루어질 수 있으며, 이 경우는 위의 두 경우를 복합한 구성으로 이루어질 수 있는 것이다.

여기서, 상술한 가압 구동부는, 외부금형(10a)이 복수의 세그먼트 외부금형(12a)으로 분할됨에 따른 가압 구동부를 제 1 가압 구동부로 구분하고, 내부금형(20a)이 복수의 세그먼트 내부금형(22a)으로 분할됨에 따른 가압 구동부를 제 2 가압 구동부로 구분할 수 있다.

한편, 도 9a와 도 9b는 이미 성형된 금속관재(P)를 외부금형(10b)과 내부금형(20b) 사이에 장입하여 소성 변형할 수 있는 구성을 나타낸 것으로 다양한 실시예가 적용될 수 있다.

도 9a와 도 9b에 도시한 구성과 도 7a와 도 7b에 도시한 구성의 차이는, 내부금형(20b)을 이루는 구성 중 압입축(24b)이 타단 방향으로 첨예한 경사면을 이루고, 이에 대응하는 세그먼트 내부금형(22b)의 길이 방향 굵기는 압입축(24b)에 형성된 경사면에 대응하여 내면이 타단 방향으로 점차 굵어지는 형상을 이루어 경사면 방향이 반대로 형성된 것이다.

이에 따라 상술한 압입축(24b)이 타단 방향 즉, 전진함에 의해 세그먼트 내부금형(22a)은 압입축(24b)의 중심으로부터 벌어지며 탑재된 금속관재(P)의 측벽을 외부금형(20b)을 지지기반으로 하여 압박하는 구성을 이룬다.

또한, 도 9a와 도 9b에 도시한 구성은, 외부금형(10b)과 내부금형(20b)의 전방으로부터 이미 제작된 금속관재(P')의 장입이 이루어지는 관계에 있음을 알 수 있다.

그리고, 외부금형(10b)에 대한 구성은, 도 7a와 도 7b에 도시한 구성과 큰 차이가 없는 관계로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 10a, 10b: 외부금형 12a, 12b: 세그먼트 외부금형
14a, 14b: 압입관 16a, 16b: 외부금형 커넥터
20, 20a, 20b: 내부금형 22a, 22b: 세그먼트 내부금형
24a, 24b: 압입축 26a, 26b: 내부금형 커넥터
30, 30', 32: 회동수단 34a, 34b: 연결수단

Claims

탑재되는 금속관재의 외벽 둘레를 따라 대면하는 외부금형과 상기 금속관재의 내벽 둘레를 따라 대면하는 내부금형 중 적어도 하나는 상기 금속관재의 둘레를 따라 복수의 세그먼트로 분할되어 가압 구동부에 의해 상호 간 간격이 벌어지거나 오므려지도록 구성한 금속관재의 강소성 가공장치를 구비하고,
(a) 상기 외부금형과 내부금형 사이에 상기 금속관재를 탑재하는 단계와;
(b) 상기 외부금형 또는 내부금형으로 하여금 상기 금속관재의 벽면을 압박하는 단계; 및
(c) 상기 외부금형 또는 내부금형을 회전시키거나 상기 외부금형 또는 내부금형 사이로 상기 금속관재를 통과시키는 단계;
를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가압 구동부는 상기 외부금형 또는 내부금형 중 적어도 하나를 회전시키는 구성을 포함하여 이루어지고,
상기 금속관재의 벽면을 압박하는 상태에서 상기 외부금형 또는 내부금형을 회전시키는 단계를 더 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공방법.
제 2 항에 있어서,
상기 가압 구동부에 의해 상기 금속관재에 대한 상기 외부금형 또는 내부금형의 압박 압력과 회전수를 조절하는 것을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공방법.
제 2 항에 있어서,
상기 외부금형 또는 내부금형 내에 발열체를 더 설치하고, 상기 외부금형 또는 내부금형 및 이들 금형을 통과하는 상기 금속관재의 표면 중 적어도 하나 이상의 부위에 온도계를 더 설치하여, 상기 금속관재에 대한 가공시의 온도를 조절함을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 금속관재는 단면 형상이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나 형상의 것으로 하고,
상기 가압 구동부는 상기 외부금형과 내부금형의 전방에 상기 외부금형과 내부금형 사이로 상기 금속관재를 압력으로 삽입하는 가압 롤러와 상기 외부금형과 내부금형 후방에 통과하여 진행하는 상기 금속관재를 압착하며 당기는 인출 롤러 중 적어도 하나 이상을 더 구비한 것으로 이루어지며,
상기 가압 구동부의 상기 가압 롤러 또는 인출 롤러에 의한 상기 금속관재의 이송은 상기 외부금형 또는 내부금형이 대면하는 상기 금속관재의 벽면을 압박하는 상태에서 이루어짐을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공방법.
제 5 항에 있어서,
상기 외부금형 또는 내부금형 내에 발열체를 더 설치하고, 상기 외부금형 또는 내부금형 및 이들 금형을 통과하는 상기 금속관재의 표면 중 적어도 하나 이상의 부위에 온도계를 더 설치하고, 상기 금속관재에 대한 상기 외부금형 또는 내부금형의 압착 압력과 상기 금속관재에 대한 가공시의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부금형과 내부금형의 전방으로 상기 외부금형과 내부금형 사이로 상기 금속관재를 압입하는 가압 롤러를 복수 개수로 설치하고, 상기 외· 내부금형과 이에 이웃하는 상기 가압 롤러 사이에 용접부를 더 설치하며, 상기 금속관재는 판재가 상기 가압 롤러들을 통과하는 과정에서 관 형상으로 성형되면서 상호 접하는 폭 방향 가장자리 부위가 상기 용접부에 의해 용접되어 이루어지며,
상기 (a), (b), (c) 단계는 상기 가압 롤러와 용접부를 통과하는 과정에서 형성된 상기 금속관재가 상기 외부금형과 내부금형 사이로 압입되어 통과하는 과정에서 이루어짐을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공방법.
탑재되는 금속관재의 외벽 둘레를 따라 대면하는 외부금형과 상기 금속관재의 내벽 둘레를 따라 대면하는 내부금형 중 적어도 하나는 상기 금속관재의 둘레를 따라 복수의 세그먼트로 분할되어 가압 구동부에 의해 상호 간 간격이 벌어지거나 오므려지도록 구성되며,
상기 외부금형과 내부금형의 사이로 상기 금속관재를 압입시키는 수단 또는 상기 외부금형과 내부금형 중 적어도 어느 하나를 회전시키는 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공장치.
제 8 항에 있어서,
상기 외부금형은 상기 금속관재의 외벽에 근접하는 단일의 관 형상으로 구성하고,
상기 내부금형은,
복수의 세그먼트 내부금형으로 분할되고, 상기 각 세그먼트 내부금형의 외면은 상기 금속관재의 내벽에 대면하며, 상기 각 세그먼트 내부금형의 내면은 외면을 기준하여 상기 금속관재의 일단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 굵어지는 경사면을 이루는 것으로 구성하며,
상기 가압 구동부는,
일단에서 타단으로 이어지는 부위가 상기 경사면에 대면하도록 점차 굵어지는 형상을 이루는 압입축과; 상기 압입축과 상기 내부금형을 연결하며, 그 연결 위치에 따라 상기 내부금형을 상기 압입축의 타단 방향으로 압입하는 커넥터; 및 상기 내부금형, 상기 압입축, 상기 커넥터 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 제공하는 회동수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공장치.
제 9 항에 있어서,
상기 각 세그먼트 내부금형의 내면 중 폭 방향 중심 부위에는 길이 방향을 따라 상기 내면이 이루는 경사면과 나란한 가이드 돌기 또는 가이드 홈을 형성하고,
상기 압입축의 외면에는 상기 가이드 돌기 또는 가이드 홈에 대응하는 가이드 홈 또는 가이드 돌기를 형성하며,
상기 회동수단은 상기 압입축에 연결됨을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공장치.
제 9 항에 있어서,
상기 커넥터는,
길이 방향으로 연장된 가이드 레일이 내벽 둘레를 따라 형성되고, 타단에는 중심에서 외측 방향으로 길이를 갖는 가이드 돌기가 형성되어 상기 압입축의 측벽에 끼워지는 슬리브와; 관 형상으로 일단 내벽에 암나사가 형성된 너트를 포함한 구성으로 이루어지고,
상기 압입축은 상기 가이드 레일과 짝을 이루는 가이드 레일이 형성되고, 상기 암나사와 대응하는 부위에 수나사를 형성한 것으로 하며,
상기 세그먼트 내부금형의 일단은 상기 가이드 돌기와 짝을 이루는 가이드 홈이 형성된 것으로 구성하여,
상기 압입축에 대한 상기 너트의 연결 위치에 따라 상기 압입축에 대한 내부금형의 압입 깊이가 조절되는 것을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공장치.
제 8 항에 있어서,
상기 외부금형은 복수의 세그먼트 외부금형으로 분할되고, 상기 각 세그먼트 외부금형의 내면은 상기 금속관재의 외벽에 대면하며, 상기 각 세그먼트 외부금형의 외면은 내면을 기준하여 상기 금속관재의 타단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 축소되는 경사면으로 이루는 것으로 구성하고,
상기 내부금형은 상기 금속관재의 내벽에 근접하는 봉 형상의 것으로 구성하며,
상기 가압 구동부는,
일단에서 타단으로 이어지는 부위가 상기 경사면에 대면하도록 점차 굵어지는 압입관과; 상기 압입관과 상기 외부금형을 연결하며, 그 연결 위치에 따라 상기 외부금형을 상기 압입관 타단 방향으로 압입하는 커넥터; 및 상기 외부금형, 상기 압입관, 상기 커넥터 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 제공하는 회동수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공장치.
제 12 항에 있어서,
상기 각 세그먼트 외부금형의 외면 중 폭 방향 중심 부위에는 길이 방향을 따라 상기 외면과 나란한 가이드 돌기 또는 가이드 홈을 형성하고,
상기 압입관의 내면에는 상기 가이드 돌기 또는 가이드 홈에 대응하는 가이드 홈 또는 가이드 돌기를 형성하며,
상기 회동수단은 상기 압입관에 연결되어 회전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공장치.
제 12 항에 있어서,
상기 각 세그먼트 외부금형은 일단에 상기 금속관재의 중심 방향으로 깊이를 갖는 걸림 홈을 형성한 것으로 하고,
상기 압입관은 일단의 외면에 수나사를 형성한 것으로 하며,
상기 커넥터는 관 형상으로 일단 내측에 상기 압입관의 수나사와 짝을 이루는 암나사를 형성하고, 일단 내면에는 상기 걸림 홈에 일부 끼워지는 걸림 턱을 형성한 것으로 하여,
상기 압입관에 대한 상기 커넥터의 연결 위치에 따라 상기 압입관에 대한 상기 외부금형의 압입 깊이가 조절됨을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공장치.
제 8 항에 있어서,
상기 외부금형은 복수의 세그먼트 외부금형으로 분할되고, 상기 각 세그먼트 외부금형의 내면은 상기 금속관재의 외벽에 대면하며, 상기 각 세그먼트 외부금형의 외면은 내면을 기준하여 상기 금속관재의 타단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 축소되는 경사면으로 이루는 것으로 구성하고,
상기 내부금형은 복수의 세그먼트 내부금형으로 분할되고, 상기 각 세그먼트 내부금형의 외면은 상기 금속관재의 내벽에 대면하며, 상기 각 세그먼트 내부금형의 내면은 외면을 기준하여 상기 금속관재의 일단 방향에 대하여 그 굵기가 점차 굵어지는 경사면을 이루는 것으로 구성하며,
상기 가압 구동부는,
상기 외부금형에 대하여 일단에서 타단으로 이어지는 부위가 상기 경사면에 대면하도록 점차 굵어지는 압입관과; 상기 압입관과 상기 외부금형을 연결하며, 그 연결 위치에 따라 상기 외부금형을 상기 압입관 타단 방향으로 압입하는 커넥터; 및 상기 외부금형, 상기 압입관, 상기 커넥터 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 제공하는 회동수단을 포함하여 구성한 제 1 가압 구동부와;
상기 내부금형에 대하여 일단에서 타단으로 이어지는 부위가 상기 경사면에 대면하도록 점차 굵어지는 형상을 이루는 압입축과; 상기 압입축과 상기 내부금형을 연결하며, 그 연결 위치에 따라 상기 내부금형을 상기 압입축의 타단 방향으로 압입하는 커넥터; 및 상기 내부금형, 상기 압입축, 상기 커넥터 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 제공하는 회동수단을 포함하여 구성한 제 2 가압 구동부로 구분되어 이루어짐을 특징으로 하는 금속관재의 강소성 가공장치.