KR102590465B1 - 컴포지트 플랜지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단순한 공정으로 신속하고 안전하게 컴포지트 플랜지를 제조할 수 있는 컴포지트 플랜지의 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 파이프의 일측 단부를 확관하여 확관부를 형성하되, 확관부는 확관부를 제외한 기저부보다 외경과 내경이 크도록 성형하는 1차 성형단계; 1차 성형된 결과물에서 확관부를 절곡하여 절곡부를 형성하는 2차 성형단계; 및 절곡부의 가장자리를 원하는 규격에 따라 다듬는 가공단계를 포함하는, 컴포지트 플랜지의 제조방법을 제공한다.

Description

컴포지트 플랜지의 제조방법{Method for making composite flange}

본 발명은 컴포지트 플랜지의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 단순한 공정으로 신속하고 안전하게 컴포지트 플랜지를 제조할 수 있는 컴포지트 플랜지의 제조방법에 관한 것이다.

플랜지(flange)는 관지름이 큰 관, 내부의 압력이 높은 관, 또는 자주 떼어낼 필요가 있는 관에 사용하는 관이음의 접속부분이다. 즉 플랜지는 주기적인 점검이나 유지를 필요로 하는 부분과 설비 또는 밸브와 연결되는 부분이나 향후 확장을 하기 위한 배관의 끝부분에 주로 사용한다.

두 플랜지가 접촉하는 면인 페이싱(facing)에 따라 레이즈드 페이스(raised face), 플랫 페이스(flat face), 링 타입 조인트로 분류된다.

또한, 플랜지는 용접용 넥 플랜지, 슬립 온 플랜지, 소켓 용접 플랜지, 스크류형 플랜지, 랩 조인트, 블라인드 플랜지 등의 종류가 있다.

이 중에서 랩 조인트는 스터브 엔드와 함께 사용하는 것으로, 배관과 스터브 엔드를 용접해서 사용한다. 랩 조인트 방식은 점검이나 청소시 해체와 조립이 간단하며, 볼트 구명 조정이 용이하나 용접 넥 플랜지보다 가격이 비싸고 혹독한 환경에서 적응성이 저하되는 특징이 있다.

스터브 엔드 제조장치에 관한 것으로 대한민국 등록특허공보 제2517031호(2023.3.31.공고)가 있다. 상기 선행기술은 회전 이송부, 1차 페이스 롤러부, 2차 페이스 롤러부, 곡률 롤러부, 원주 롤러부, 버 절단부를 포함하여 파이프의 회전과 복수개의 롤러의 조합으로 스터드 엔드를 제조하는 기술을 개시하고 있다.

상기 선행기술에 의하면 제조공정과 제조장치가 복잡하고, 파이프와 롤러의 고속 회전에 의해 작업의 위험도가 증가하며, 1차 페이스 롤러부와 파이프의 각도 설정과 상호간 접촉력에 따라 불량 발생의 개연성이 있다.

선행기술문헌 : KR등록특허공보 제 10-2517031호(2023.03.31.공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 공정을 단순화하고, 위험요소를 제거하며, 불량발생을 최소화하고 균일한 대량생산이 가능한 컴포지트 플랜지 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 컴포지트 플랜지의 제조방법은 파이프의 일측 단부를 확관하여 확관부를 형성하되, 확관부는 확관부를 제외한 기저부보다 외경과 내경이 크도록 성형하는 1차 성형단계; 1차 성형된 결과물에서 확관부를 절곡하여 절곡부를 형성하는 2차 성형단계; 및 절곡부의 가장자리를 원하는 규격에 따라 다듬는 가공단계를 포함한다.

또한, 1차 성형단계는 제1 상부 금형과 제1 하부 금형 사이에 파이프를 삽입하고 유압 프레스로 제1 상부 금형을 하부 방향으로 압입한 후 제1 상부 금형을 제1 하부 금형으로부터 분리하되, 제1 상부 금형은 외경이 파이프의 내경보다 작거나 동일한 원통부와, 원통부의 상부에 인접하여 연결되며 원통부에서 멀어질수록 외경이 점점 커져 원통부에 대하여 테이퍼(taper)진 테이퍼부를 포함하고, 제1 하부 금형은 중앙에 제1 삽입홀이 형성되고, 제1 삽입홀은 내경이 파이프보다 크거나 동일한 하부의 지지부와, 지지부의 상부에 인접하여 연결되며 지지부에서 멀어질수록 내경이 점점 커져 지지부에 대하여 테이퍼진 변형부를 포함하며, 1차 성형단계에서 제1 하부 금형의 제1 삽입홀 중 지지부에 파이프를 삽입하면 지지부에 의해 파이프가 고정 지지되고 파이프의 상단은 변형부 내부에 수용된 상태가 되며, 이 상태에서 제1 상부 금형의 원통부가 파이프의 상단을 통해 파이프 내부로 삽입되도록 제1 상부 금형을 하부 방향으로 압입하면 제1 상부 금형의 테이퍼부가 파이프의 상단으로 삽입되면서 파이프의 상단이 확관된 후 이어서 제1 상부 금형의 테이퍼부가 제1 하부 금형의 변형부와 밀착될 때까지 파이프의 상단이 확관되어 확관부를 형성할 수 있다.

또한, 2차 성형단계는 제2 상부 금형과 제2 하부 금형 사이에 1차 성형단계에 의해 확관부가 형성된 파이프를 삽입하고 유압 프레스로 제2 상부 금형을 하부 방향으로 압입한 후 제2 상부 금형을 제2 하부 금형으로부터 분리하되, 제2 상부 금형은 제2 하부 금형과 마주보는 하면이 평면으로 형성되고, 제2 하부 금형은 중앙에 제2 삽입홀이 형성되고, 제2 삽입홀의 내경은 파이프의 기저부보다 크거나 동일하며, 제2 삽입홀의 높이는 확관부가 형성된 파이프의 기저부 높이보다 낮거나 동일하며, 2차 성형단계에서 제2 하부 금형의 제2 삽입홀에 파이프의 기저부를 삽입하면 제2 삽입홀에 의해 파이프가 고정 지지되고 파이프의 확관부는 제2 삽입홀 상부로 노출된 상태가 되며, 이 상태에서 제2 상부 금형을 하부 방향으로 누르면 제2 상부 금형의 평평한 하면에 파이프의 확관부가 접촉하면서 더 벌어져서 제2 상부 금형이 제2 하부 금형과 밀착될 때까지 파이프의 확관부가 절곡되어 절곡부를 형성할 수 있다.

본 발명에 의하면 롤러, 절삭공구 등 복수개의 툴을 중첩적으로 적용할 필요없이 프레스 2번으로 절곡부를 형성할 수 있어 공정을 단순화하고, 롤러 등 회전공구에 의한 위험요소를 제거하며, 기 설정된 금형 규격과 프레스 속도 및 압력에 의해 불량발생을 최소화하고 균일한 대량생산이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 프레스 가공에 의해 절곡부는 기저부에 대하여 대략 수직을 이루도록 절곡되고, 기저부와 절곡부의 경계는 하나의 연속된 라인을 이루게 되며, 전체적으로 균일한 두께의 절곡부를 형성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포지트 플랜지의 제조방법에 의해 제조된 컴포지트 플랜지의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포지트 플랜지의 제조방법 중 1차 성형단계를 설명하기 위한 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포지트 플랜지의 제조방법 중 2차 성형단계를 설명하기 위한 개념도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포지트 플랜지의 제조방법에 의해 제조된 컴포지트 플랜지의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포지트 플랜지의 제조방법 중 1차 성형단계를 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포지트 플랜지의 제조방법 중 2차 성형단계를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 컴포지트 플랜지(Composite Flange)는 조인트 플랜지(Jonit Flange)와 결합되어 파이프간 연결부위를 결합시킨다. 일례로, 컴포지트 플랜지는 구리와 니켈 합금으로 제조될 수 있으며, 여기서 컴포지트 플랜지의 재질을 한정하는 것은 아니다.

컴포지트 플랜지는 원통형의 기저부(2)와, 기저부(2)에 대하여 외부 방향으로 절곡된 절곡부(6)를 구비한다.

컴포지트 플랜지의 제조방법에서 중요한 것은 원통형 파이프로부터 절곡부를 어떠한 방법으로 형성할 것인가이다. 절곡부를 형성하는 방법에 따라 공정이 복잡해지기도 하고, 공구의 회전이 수반될 경우 위험도가 증가하기도 한다. 또한, 복수개의 공구를 조합하여 절곡부를 형성할 경우 공구간의 위치 설정과 공구와 피가공재의 접촉압력에 따라 불량이 발생할 수도 있다.

절곡부는 기저부에 대하여 대략 수직을 이루도록 절곡되고, 기저부와 절곡부의 경계는 하나의 연속된 라인을 이루는 것이 바람직하다. 또한, 절곡부는 전체적으로 균일한 두께로 형성될 필요가 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포지트 플랜지의 제조방법은 1차 성형단계와 2차 성형단계 및 가공단계를 포함한다.

도 2를 참조하면, 1차 성형단계는 파이프의 일측 단부를 확관하여 확관부(4)를 형성하는 단계이다. 확관부(4)는 확관부(4)를 제외한 기저부(2)보다 외경과 내경이 크도록 형성된다.

1차 성형단계에서는 제1 상부 금형(10)과 제1 하부 금형(20) 사이에 파이프(P)를 삽입하고, 유압 프레스로 제1 상부 금형(10)을 하부 방향으로 압입한 후 제1 상부 금형(10)을 제1 하부 금형(20)으로부터 분리한다.

제1 상부 금형(10)은 원통부(12)와 테이퍼부(14)를 포함한다.

원통부(12)는 외경이 파이프(P)의 내경보다 작거나 동일하게 형성된다. 구체적으로, 제1 상부 금형(10)을 하부 방향으로 압입했을 때 원통부(12)가 파이프(P)에 삽입되되 헐렁하지 않도록 원통부(12)의 외경이 파이프(P)의 내경보다 0.5~1mm 정도 작게 형성되는 것이 바람직하다.

테이퍼부(14)는 원통부(12)의 상부에 인접하여 연결되며, 원통부(12)에서 멀어질수록 외경이 점점 커져 원통부(12)에 대하여 테이퍼(taper)진 형상을 갖는다. 일례로, 원통부(12)의 수직단면은 사각형, 테이퍼부(14)의 수직단면은 삼각형으로 형성되어 제1 상부 금형(10)은 수직단면이 Y자 형상으로 형성될 수 있다.

제1 하부 금형(20)은 제1 상부 금형(10)과 대향하도록 배치된다.

제1 하부 금형(20)에는 제1 삽입홀(21)이 형성된다.

제1 삽입홀(21)은 지지부(22)와 변형부(24)를 포함한다.

지지부(22)는 제1 삽입홀(21)의 하부에 위치하며, 내경이 파이프(P)보다 크거나 동일하도록 형성된다. 구체적으로, 파이프(P)를 제1 삽입홀(21)에 삽입했을 때 파이프(P)가 지지부(22)에 삽입되되 헐렁하지 않도록 지지부(22))의 내경이 파이프(P)의 외경보다 0.5~1mm 정도 크게 형성되는 것이 바람직하다.

변형부(24)는 지지부(22)의 상부에 인접하여 연결되며, 지지부(22)에서 멀어질수록 내경이 점점 커져 지지부(22)에 대하여 테이퍼진 형상을 갖는다. 일례로, 지지부(22)의 수직단면은 사각형, 변형부(24)의 수직단면은 삼각형으로 형성되어 제1 삽입홀(21)은 수직단면이 Y자 형상으로 형성될 수 있다.

1차 성형단계에서 제1 하부 금형(20)의 제1 삽입홀(21) 중 지지부(22)에 파이프(P)를 삽입하면 지지부(22)에 의해 파이프(P)가 고정 지지되고 파이프(P)의 상단은 변형부(24) 내부에 수용된 상태가 된다.

이 상태에서 제1 상부 금형(10)의 원통부(12)가 파이프(P)의 상단을 통해 파이프(P) 내부로 삽입되도록 제1 상부 금형(10)을 하부 방향으로 압입하면 제1 상부 금형(10)의 테이퍼부(14)가 파이프(P)의 상단으로 삽입되면서 파이프(P)의 상단이 확관된다.

이어서 제1 상부 금형(10)의 테이퍼부(14)가 제1 하부 금형(20)의 변형부(24)와 밀착될 때까지 파이프(P)의 상단이 확관되어 확관부(4)를 형성하게 된다.

이때, 제1 하부 금형(20)과 가공 전 파이프(P)의 높이 관계를 설명하면 다음과 같다.

이론상으로는 제1 하부 금형(20)의 지지부(22)의 높이(m)와 변형부(24)의 경사면의 상단과 하단 사이의 최단 거리(n)를 더한 값이 가공 전 파이프의 높이(h)와 동일하면 될 것으로 보인다.

실무상으로는 확관부(4)의 성형 과정에서 제1 상부 금형(10)에 의해 파이프의 상부가 눌리면서 파이프 높이의 일부 수축이 발생하게 되므로, 다음과 같은 관계식을 갖는 것이 바람직하다.

h > m + n

도 3을 참조하면, 2차 성형단계는 1차 성형된 결과물에서 확관부(4)를 절곡하여 절곡부(6)를 형성하는 단계이다.

2차 성형단계에서는 제2 상부 금형(110)과 제2 하부 금형(120) 사이에 1차 성형단계에 의해 확관부(4)가 형성된 파이프를 삽입하고, 유압 프레스로 제2 상부 금형(110)을 하부 방향으로 압입한 후 제2 상부 금형(110)을 제2 하부 금형(120)으로부터 분리한다.

제2 상부 금형(110)은 제2 하부 금형(120)과 마주보는 하면이 평면으로 형성된다.

제2 하부 금형(120)은 중앙에 제2 삽입홀(121)이 형성된다.

제2 삽입홀(121)의 내경은 파이프의 기저부(2)보다 크거나 동일하게 형성된다. 구체적으로, 파이프의 기저부(2)를 제2 삽입홀(121)에 삽입했을 때 기저부(2)가 제2 삽입홀(121)에 삽입되되 헐렁하지 않도록 제2 삽입홀(121)의 내경이 기저부(2)의 외경보다 0.5~1mm 정도 크게 형성되는 것이 바람직하다.

제2 삽입홀(121)의 높이는 확관부(4)가 형성된 파이프(P)의 기저부(2) 높이보다 낮거나 동일하게 형성된다.

2차 성형단계에서 제2 하부 금형(120)의 제2 삽입홀(121)에 파이프의 기저부(2)를 삽입하면 제2 삽입홀(121)에 의해 파이프가 고정 지지되고 파이프의 확관부(4)는 제2 삽입홀(121) 상부로 노출된 상태가 된다.

이 상태에서 제2 상부 금형(110)을 하부 방향으로 누르면 제2 상부 금형(110)의 평평한 하면에 파이프의 확관부(4)가 접촉하면서 더 벌어져서 제2 상부 금형(110)이 제2 하부 금형(120)과 밀착될 때까지 파이프의 확관부(4)가 절곡되어 절곡부(6)를 형성하게 된다.

이때, 제2 삽입홀(121)의 높이와 파이프의 기저부(2)의 높이 관계를 설명하면 다음과 같다.

이론상으로는 제2 하부 금형(120)의 제2 삽입홀(121)의 높이(x)가 파이프의 기저부(2)의 높이(y)와 동일하면 될 것으로 보인다.

실무상으로는 절곡부(6)의 성형 과정에서 제2 상부 금형(110)에 의해 순간적으로 확관부(4)의 상부가 눌리면서 기저부 높이의 일부 수축이 발생하게 되므로, 다음과 같은 관계식을 갖는 것이 바람직하다.

y > x

가공단계는 절곡부(6)의 가장자리를 원하는 규격에 따라 다듬는 단계이다.

프레스 공정에 의해 절곡부가 성형되었으므로, 절곡부의 가장자리는 형상이나 규격이 균일하지 않은 것이 일반적이다. 가공단계에서는 CNC 장비 등을 이용하여 절곡부의 가장자리를 균일한 형상과 원하는 규격으로 가공한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

2 - 기저부 4 - 확관부
6 - 절곡부 10 - 제1 상부 금형
12 - 원통부 14 - 테이퍼부
20 - 제1 하부 금형 21 - 제1 삽입홀
22 - 지지부 24 - 변형부
110 - 제2 상부 금형 120 - 제2 하부 금형
121 - 제2 삽입홀

Claims (3)

1. 파이프의 일측 단부를 확관하여 확관부를 형성하되, 확관부는 확관부를 제외한 기저부보다 외경과 내경이 크도록 성형하는 1차 성형단계;
   1차 성형된 결과물에서 확관부를 절곡하여 절곡부를 형성하는 2차 성형단계; 및
   절곡부의 가장자리를 원하는 규격에 따라 다듬는 가공단계
   를 포함하고,
   1차 성형단계는 제1 상부 금형과 제1 하부 금형 사이에 파이프를 삽입하고 유압 프레스로 제1 상부 금형을 하부 방향으로 압입한 후 제1 상부 금형을 제1 하부 금형으로부터 분리하되,
   제1 상부 금형은
   외경이 파이프의 내경보다 작거나 동일한 원통부와, 원통부의 상부에 인접하여 연결되며 원통부에서 멀어질수록 외경이 점점 커져 원통부에 대하여 테이퍼(taper)진 테이퍼부를 포함하고,
   제1 하부 금형은 중앙에 제1 삽입홀이 형성되고,
   제1 삽입홀은 내경이 파이프보다 크거나 동일한 하부의 지지부와, 지지부의 상부에 인접하여 연결되며 지지부에서 멀어질수록 내경이 점점 커져 지지부에 대하여 테이퍼진 변형부를 포함하며,
   1차 성형단계에서 제1 하부 금형의 제1 삽입홀 중 지지부에 파이프를 삽입하면 지지부에 의해 파이프가 고정 지지되고 파이프의 상단은 변형부 내부에 수용된 상태가 되며, 이 상태에서 제1 상부 금형의 원통부가 파이프의 상단을 통해 파이프 내부로 삽입되도록 제1 상부 금형을 하부 방향으로 압입하면 제1 상부 금형의 테이퍼부가 파이프의 상단으로 삽입되면서 파이프의 상단이 확관된 후 이어서 제1 상부 금형의 테이퍼부가 제1 하부 금형의 변형부와 밀착될 때까지 파이프의 상단이 확관되어 확관부를 형성하며,
   제1 하부 금형의 지지부의 높이를 m, 변형부의 경사면의 상단과 하단 사이의 최단 거리를 n, 가공 전 파이프의 높이를 h라 하면,
   h > m + n 의 관계를 갖고,
   2차 성형단계는 제2 상부 금형과 제2 하부 금형 사이에 1차 성형단계에 의해 확관부가 형성된 파이프를 삽입하고 유압 프레스로 제2 상부 금형을 하부 방향으로 압입한 후 제2 상부 금형을 제2 하부 금형으로부터 분리하되,
   제2 상부 금형은 제2 하부 금형과 마주보는 하면이 평면으로 형성되고,
   제2 하부 금형은 중앙에 제2 삽입홀이 형성되고, 제2 삽입홀의 내경은 파이프의 기저부보다 크거나 동일하며, 제2 삽입홀의 높이는 확관부가 형성된 파이프의 기저부 높이보다 낮거나 동일하며,
   2차 성형단계에서 제2 하부 금형의 제2 삽입홀에 파이프의 기저부를 삽입하면 제2 삽입홀에 의해 파이프가 고정 지지되고 파이프의 확관부는 제2 삽입홀 상부로 노출된 상태가 되며, 이 상태에서 제2 상부 금형을 하부 방향으로 누르면 제2 상부 금형의 평평한 하면에 파이프의 확관부가 접촉하면서 더 벌어져서 제2 상부 금형이 제2 하부 금형과 밀착될 때까지 파이프의 확관부가 절곡되어 절곡부를 형성하며,
   제2 하부 금형의 제2 삽입홀의 높이(x)와 파이프의 기저부의 높이(y) 사이에는 y > x 의 관계를 갖는, 컴포지트 플랜지의 제조방법.
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