KR20010109115A

KR20010109115A - 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프, 헤드 제조 방법 및연결 헤드용 연결 와셔

Info

Publication number: KR20010109115A
Application number: KR1020010029342A
Authority: KR
Inventors: 쿠사나기류이찌
Original assignee: 우스이유따로; 우수이 고쿠사이 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2001-12-08
Also published as: FR2809469A1; GB2365937A; FR2809469B1; DE10125865B4; GB0112819D0; US20020005642A1; GB2365937B; KR100420711B1; US6595558B2; DE10125865A1

Abstract

연결 헤드를 갖는 고압 금속 튜브는, 만나는 자리에 결합되기 위한 플랫-헤드-원추형 또는 플랫-헤드-구형 자리면으로서 형성되는 외측 면을 갖는 상대적으로 직경이 작고 두께가 두꺼운 스틸 파이프의 연결 단부에 제공되는 연결 헤드와, 연결 헤드의 저측 네크 부분의 외측 표면을 덮으며 와셔의 축에 대해 수직하거나 또는 원추형으로 경사진 면을 갖는 일단부에 제공되는 단계식 팽창된 직경부를 갖는 연결 와셔를 포함하는 구조로 제공된다. 연결 헤드에서, 프레스 성형의 결과로서 내부에 생성되는 환형 홈이 얕고 완만하게 경사진 단면 윤곽 형태를 갖는 것으로서 형성되고, 단계식 팽창된 직경부를 갖는 와셔의 일단부의 면에 걸쳐서 최대 직경부가 제공되고, 연결 헤드의 일부가 단계식 팽창된 직경부를 채운다. 상기 구조는 헤드 내부 환형 홈에서 응력 집중으로 인한 피로 파괴와, 과도한 죔 토크로 인해 너트가 와셔에 고착되는 것을 방지할 수 있다.

Description

연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프, 헤드 제조 방법 및 연결 헤드용 연결 와셔{HIGH-PRESSURE METAL PIPE WITH CONNECTION HEAD, METHOD OF FORMING THE HEAD AND CONNECTION WASHER FOR THE CONNECTION HEAD}

본 발명은 디젤 내연 엔진 내에서 연료 공급 파이프로서 배열되는 데 자주 사용되는, 4 mm 내지 20 mm 정도의 외경과 1 mm 내지 8 mm 정도의 벽두께를 갖는 고압 연료 분사 파이프와 같은 비교적 소직경이고 벽이 두꺼운 스틸 파이프의 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 연결 헤드를 제조하는 방법 및 연결 헤드용 연결 와셔에 관한 것이다.

이러한 유형의 연결 헤드를 갖는 종래의 고압 금속 파이프 및 그 헤드 제조 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 예와 같이 나타난다. 예에서, 벽이 두꺼운 스틸 파이프(11)의 단부는 펀칭 다이에 의해 축방향으로 외부에서 프레싱된다. 이에 의해, 단부는 좌굴되어 프레스 성형되어 플랫-헤드-원추형 연결 헤드(12)가 되며, 파이프(11)의 외측면은 연결 헤드(12)의 자리면(13)으로서 제공된다. 좌굴에 의한 프레스 성형에 관련된 파이프 벽의 외향 팽창은 깊고 큰 환형의 날카로운 폴드(15) 또는 헤드의 내측 표면 상의 포켓을 생성한다. 따라서, 이러한 상태로 구성된 연결 헤드가 당장 사용되기 위해 제공된다. 또한, 연결 헤드(12)의 하측 네크 부분 상에 와셔(14)가 결합된다.

그러나, 연결 헤드를 갖는 이러한 종래의 고압 금속 파이프 및 그 제조 방법에서는, 파이프가 설치되고 사용될 때, 깊고 큰 환형의 날카로운 폴드(15) 또는 헤드 내부 상에서 생성되는 포켓이 파이프 내에서의 고압 유체에 의해 부가되는 반복적인 고압으로 인한 피로 파괴의 시발점이 될 가능성이 있다는 문제점이 있다.

게다가, 도 2에 도시한 바와 같이, 파이프를 서로 연결시키는 데 사용되는 박스 너트(16)가 죔 토크를 제어함이 없이 과도하게 조여질 때, 와셔(14)는 도면에 도시한 바와 같이 소성 변형되어 파괴된다. 죔 토크는 축방향으로 작용하는 힘을 생성한다. 와셔(14)의 상단부에서, 이 힘은 경사진 자리면(13)을 따른 방향의 성분과 자리면(13) 상에 수직하게 작용하는 성분으로 나뉘고, 이 중에서 죔에 대해 저항하는 힘은 자리면(13)에 수직하게 작용하는 성분에 대한 반력이다. 반력의 대부분은 와셔(14)의 상단부에서 파이프의 벽두께의 방향으로 작용하며, 이에 의해 와셔(14)는 직경이 반경방향으로 팽창되어 변형되고 파괴된다. 이는 와셔(14)의 상단부가 박스 너트(16)의 내측면 속으로 물리게 하여 박스 너트가 와셔(14)에 고착되게 한다는 문제점을 야기한다.

본 발명은 종래 기술의 상기 문제점의 관점에서, 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프와, 그 연결 헤드의 제조 방법과, 연결 헤드용 연결 와셔를 제공하는 것을 목적으로 하며, 여기에서 환형의 날카로운 폴드 또는 포켓 대신에, 얕고 완만히 경사진 단면 윤곽 형태를 갖는 것으로서 환형 홈이 헤드의 내면 상에 형성될 수 있고, 헤드를 제조할 때 헤드 내부에 피로 파괴를 유발하는 염려를 없애고 너트가 과도한 죔 토크로 인해서 와셔에 고착되는 것을 방지한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 요지는 상대적으로 작은 직경을 갖는 벽이 두꺼운 스틸 파이프의 연결 단부에 연결 헤드를 포함하고 연결 헤드의 저측 네크 부분의 외표면을 커버하는 연결 와셔를 포함하는 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프이다. 연결 헤드는 만나는 자리에 결합되기 위한 플랫-헤드-원추형 또는 플랫-헤드-구형 자리면으로서 제공되는 외측면과, 헤드의 프레스 성형으로 인한 변형의 결과로서 생성되는 얕고 완만한 경사를 갖는 환형 홈을 갖는 내면을 갖는다. 연결 와셔는 와셔의 축에 대하여 수직하거나 원추처럼 경사진 면을 갖는 일단에서 단계식 팽창된 직경부를 가지며, 연결 헤드의 최대 직경부는 단계식 팽창된 직경부를 갖는 일단의 면에 걸쳐서 형성되고, 연결 헤드의 일부는 단계식 팽창된 직경부를 채운다.

또한, 고압 금속 파이프의 헤드를 제조하는 방법은 미리 특정된 길이로 절단되는 상대적으로 소직경을 갖는 벽이 두꺼운 스틸 파이프를 제공하는 단계와, 연결 와셔를 제공하는 단계와, 와셔와 함께 스틸 파이프를 유지하기 위한 척을 준비하는 단계와, 고압 금속 파이프의 헤드를 제조하기 위한 다이를 갖는 펀칭 머신을 준비하는 단계와, 연결 와셔의 일단에 단계식 팽창된 직경부를 형성하는 단계와, 단계식 팽창된 직경부가 연결 단부측 상에 위치하도록 벽이 두꺼운 스틸 파이프의 연결 단부 근처의 연결 와셔를 그 외부 상에 동축으로 결합하는 단계와, 연결 와셔로부터 상단측 상에 남겨지는 연결 헤드를 형성하기 위한 여유분을 갖는 연결 와셔와 함께 스틸 파이프를 척으로 하여금 유지하게 하는 단계와, 연결 헤드의 내면이 얕고 완만하게 경사진 환형 홈을 갖도록 형성되고 연결 와셔가 연결 헤드의 저측 네크 부분의 외표면을 커버하고 연결 헤드의 최대 직경부가 단계식 팽창된 직경부를갖는 와셔의 일단부의 면에 걸쳐 형성되고 스틸 파이프의 일부는 단계식 팽창된 직경부를 채우도록, 만나는 자리에 결합되기 위한 플랫-헤드-원추형 또는 플랫-헤드-구형 자리면으로서 제공되는 스틸 파이프의 외표면을 갖는 연결 헤드를 제조하기 위해 펀칭 머신의 다이에 의해 스틸 파이프의 상단부를 외부에서 프레싱하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 와셔의 축에 대하여 수직하거나 원추와 같이 경사지도록 단계식 팽창된 직경부를 갖는 연결 와셔의 일단부의 면을 형성하는 단계를 더 포함한다.

또한, 연결 와셔는 고압 금속 파이프의 연결 헤드의 저측 네크 부분의 외표면을 커버하는 단계식 팽창된 직경부를 일단부에 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 단계식 팽챙된 직경부는 연결 헤드의 저측 네크 부분의 외표면을 커버하는 와셔의 일단부에 제공된다. 따라서, 단계식 팽창된 직경부는 날카로운 폴드 또는 포켓으로서 환형 홈을 형성하는 대신에 완만히 경사진 단면 윤곽 형태를 갖는 얕은 환형 홈을 제공하기 위해, 튜브 재료가 내부를 향하여 돌출하도록 하기 위한 몰딩된 부분의 외경의 외향 팽창을 제한하는 역할을 한다. 따라서, 환형 홈이 헤드 내부의 응력 집중으로 인한 피로 파괴의 시발점이 되는 가능성은 감소될 수 있다. 본 명세서에서, 연결 와셔는 와셔 또는 슬리브 와셔를 칭한다.

또한, 와셔의 축에 대해 수직하게 또는 원추와 같이 경사지게 형성되는, 단계식 팽창된 직경부를 갖는 연결 와셔의 일단부의 면에 걸쳐 연결 헤드의 최대 직경부가 존재하는 구조는 너트가 너트에 가해지는 과도한 죔 토크로 인해 변형되어 반경방향 팽창한 외셔에 고착되는 것을 방지할 수 있다. 이 구조는 축에 대하여 역시 수직하거나 원추와 같이 경사진 와셔의 단부 면을 갖는 최대 직경부의 접촉 표면을 제공한다. 따라서, 과잉 죔 토크에 의해 발생되고 축방향으로 접촉 표면 상에 작용하는 힘에 대한 반력은 와셔 내부를 향하여 또는 축방향으로 작용하게 된다. 따라서, 와셔의 벽 두께의 방향으로 작용하는 어떠한 성분도 발생되지 않아서, 와셔의 반경방향 팽창을 제한하고 너트가 변형된 와셔에 고착되는 현상을 유발하는 것을 방지하는 것을 가능케한다.

상기 작용 효과에 추가하여, 죔 너트와 연결 와셔의 만나는 면은 구형면으로서 제공되며, 와셔의 축과 너트의 축 사이에 편차가 존재하는 경우에도, 힘을 손실함이 없이 축방향으로 자리면에 작용하는 힘을 균일하게 전달할 수 있다는 효과가 또한 얻어진다.

도 1은 종래의 제조 방법에 의해 제조된 고압 금속 파이프의 예를 도시하는 수직 단면도.

도 2는 도 1에 도시한 고압 금속 파이프 내의 과도한 죔 토크로 인해 너트가 와셔에 고착되는 현상의 예를 도시하는 수직 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 헤드 제조 방법에 관련한 제조 공정과, 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프의 실시예를 설명 및 도시하는 수직 단면도.

도 4는 도 3에 도시한 헤드 제조 방법에 의해 제조된 고압 금속 파이프의 실시예를 도시하는 수직 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 고압 금속 파이프의 다른 실시예를 도시하는 수직 단면도.

도 6은 단계식 팽창된 직경부의 상이한 단면 형태를 갖는 본 발명에 따른 와셔의 실시예를 도시하는 수직 단면도.

도 7은 단계식 팽창된 직경부의 다른 상이한 단면 형태를 갖는 본 발명에 따른 와셔의 다른 실시예를 도시하는 수직 단면도.

도 8은 단계식 팽창된 직경부의 또 다른 상이한 단면 형태를 갖는 본 발명에 따른 와셔의 다른 실시예를 도시하는 수직 단면도.

도 9는 단계식 팽창된 직경부의 또 다른 상이한 단면 형태를 갖는 본 발명에 따른 와셔의 다른 실시예의 수직 단면도.

도 10은 단계식 팽창된 직경부의 또 다른 상이한 단면 형태를 갖는 본 발명에 따른 다른 유형의 와셔를 사용하는 고압 금속 파이프의 연결 헤드를 도시하는 부분 수직 단면도.

도 11은 단계식 팽창된 직경부의 또 다른 상이한 단면 형태를 갖는 본 발명에 따른 또 다른 유형으로서의 슬리브 와셔를 사용하는 고압 금속 파이프의 연결 헤드를 도시하는 부분 수직 단면도.

도 12는 구형 표면으로 형성된 죔 너트와의 접촉면을 갖는 본 발명에 따른 또 다른 유형으로서의 연결 와셔를 사용하는 고압 금속 파이프의 연결 헤드를 도시하는 부분 수직 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 파이프

2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2h : 와셔

4-1, 4-2, 4-3 : 연결 헤드

5a, 5b : 환형 홈

6 : 척

7 : 펀칭 다이

도 3 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시를 설명하도록 한다. 도면에서, 참조 번호 1, 2a 내지 2f 및 2h, 2g, 4-1 내지 4-3, 5a 및 5b, 6 및 7은 스틸 파이프, 와셔, 슬리브 와셔, 연결 헤드, 환형 홈, 척 및 펀칭 다이를 각각 나타낸다.

벽이 두꺼운 스틸 파이프(1)는 직경이 4 mm 내지 20 mm 정도이고 벽두께가 1 mm 내지 8 mm 정도인 상대적으로 소직경을 갖는 벽이 두꺼운 파이프이며, 미리 특정된 길이로 절단된 고압 파이프 사용을 위한 카본 스틸 재료로 이루어진 것이다.

도 3에 도시한 고압 금속 파이프의 헤드를 제조하는 방법에서, 와셔(2a)는 상단측 상에 남겨지는 연결 헤드를 형성하기 위한 여유분을 갖는 연결 헤드가 되기 위한 부분 근처에 미리 벽이 두꺼운 스틸 파이프(1) 상에 결합된다. 와셔(2a)는 연결 헤드가 될 부분을 커버하는 원통형 부분과, 헤드가 형성되는 측 상의 단부의 내부에 형성되는 단계식 팽창된 직경부(2a-1)를 갖는다. 헤드를 형성하는 측 상의 단부는 와셔(2a)의 축과 스틸 튜브(1)의 축에 대하여 수직하게 형성된다. 단계식 팽창된 직경부(2a-1)는 대직경 구멍부(2a-11) 및 테이퍼형 면(2a-12)을 포함한다. 대직경 구멍부(2a-11)는 약 1/20 내지 1/2의 와셔의 축방향 길이의 범위를 갖는 길이에 걸쳐서 헤드를 형성하는 측 상에 형성된다. 테이퍼형 면(2a-12)은 대직경 구멍부(2a-11)의 내측면과 와셔의 내측면을 연결하고 헤드를 형성하는 측을 향하여 팽창한다. 따라서, 이러한 단면 형상을 갖는 와셔(2a)가 벽이 두꺼운 스틸 파이프(1) 상에 결합될 때, 단계식 팽창된 직경부(2a-1)의 대직경 구멍부(2a-11)의 내측면과 벽이 두꺼운 파이프(1)의 외측면 사이에서 도 3에 도시한 바와 같이 형성된 환형 공간(2a-13)이 제공된다.

다음에, 와셔(2a) 및 벽이 두꺼운 스틸 파이프(1)는 상기 상태로 척(6) 내에서 유지되고, 스틸 파이프(1)의 상부는 플랫-헤드-원추형 자리면을 갖는 헤드의 몰드가 구비된 펀칭 다이(7)에 의해 축방향으로 프레싱된다. 이에 의해, 소성 변형되는 벽이 두꺼운 스틸 파이프(1)의 헤드를 형성하기 위한 여유 부분은 플랫-헤드-원추형 자리면(4-1a)이 된다. 이와 함께, 소성 변형되는 여유 부분은 미리 벽이 두꺼운 스틸 파이프(1) 상에 결합된 와셔(2a)의 공간(2a-13)을 채운다. 따라서, 연결 헤드(4-1)가 형성된다. 이와 동시에, 연결 헤드(4-1)의 최대 직경 부분은 단계식 팽창된 직경부를 갖는 와셔(2a)의 일단부의 면에 걸쳐 제공된다. 따라서, 도 4에 도시한 바와 같이, 와셔(2a)가 연결 헤드(4-1)의 저측 네크 부분의 외측면을 커버하는 연결 헤드(4-1)가 얻어지고, (도시하지 않은) 만나는 자리에 결합되기 위해 벽이 두꺼운 스틸 파이프(1)의 상단부에 플랫-헤드-원추형 자리면(4-1a)이 제공된다.

이 실시예에서, 와셔(2a)의 단계식 팽창 직경부(2a-1)는 헤드를 형성할 때 몰딩된 부분의 외경의 외향 팽창을 제한한다. 이는 환형 홈(5a)을 제공하며, 이 환형 홈은 펀칭 다이(7)를 사용하여 프레스 성형에 의해 유발되는 좌굴로 인해서 파이프 벽의 외향 팽창에 의해 헤드의 내부면 상에 형성되고, 얕고 완만한 경사를 갖는 단면 윤곽 형태를 갖는다. 또한, 연결 헤드(4-1)의 최대 직경부는 와셔(2a)의 일단의 면에 걸쳐 존재하는 상태로서 제공된다.

도 5는 도 3에 도시한 방법에 의해 얻어지는 고압 금속 파이프의 다른 실시예를 도시한다. 도 5에 도시한 고압 금속 파이프에서, 도 3에 도시한 와셔(2a)는 미리 벽이 두꺼운 스틸 파이프(1) 상에 결합되어 상단측 상에 남겨지는 연결 헤드를 형성하기 위한 여유분을 갖게 되는 연결 헤드가 되는 부분 근처에 결합된다. 다음에, 스틸 파이프(1)의 상단부는 플랫-헤드-구형 자리면을 갖는 헤드의 몰드가 구비된 펀칭 다이로 프레스에 의해 축방향으로 외부에서 프레싱된다. 이 프레스 성형은 만나는 자리에 결합되기 위한 플랫-헤드-구형 자리면(4-2a)으로서 제공되는 외측면과, 얕고 완만하게 경사진 단면 윤곽 형태를 갖는 것으로서, 내부면 상에 형성된 환형 홈(5b)을 갖는 연결 헤드(4-2)를 제공한다. 이와 함께, 연결 헤드(4-1)의 최대 직경부가 와셔(2a)의 일단부의 면에 걸쳐 존재하고 와셔(2a)의 원통형부가 연결 헤드(4-2)의 저측 네크부의 외측 표면을 커버하도록 된 구조가 제공된다.

도 4 또는 도 5에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프의 경우에, 연결 헤드(4-1 또는 4-2)의 내부 표면 상에 형성된 환형 홈(5a 또는 5b)이 얕고 완만하게 경사진 단면 윤곽 형태를 갖는 것으로 이루어진다. 따라서, 환형 홈(5a 또는 5b)은 헤드 내부의 응력 집중으로 인한 피로 파괴의 시발점이 되는 가능성이 거의 없다.

또한, 파이프를 상호 연결시키는 데 사용되는 박스 너트(16)가 죔 토크를 조절함이 없이 과도하게 조여질 때, 과도한 죔 토크에 의해 발생되고 파이프의 축방향으로 작용하는 힘이 단계식 팽창된 직경부측 상의 와셔(2a)의 단부면과 연결 헤드의 최대 직경부의 접촉 표면 상에서 연결 헤드(4-1 또는 4-2)에 가해진다. 접촉 표면은 축에 대해 수직하게 형성되므로, 축방향으로 작용하는 힘에 대한 반력은 또한 축방향으로 작용하고 와셔(2a)의 벽두께의 방향으로 작용하는 성분을 발생시키지 않는다. 따라서, 와셔(2a)의 반경방향 팽창은 제한될 수 있다. 이는, 축방향으로 작용하는 힘이 와셔(14)로 하여금 소성 변형되어 파괴되게 하여 그 단부가 그 상단부가 박스 너트(16)의 내측 표면 속으로 물리게 하고 박스 너트를 와셔(14)에 고착되도록 유발하는 것과 같은, 도 1에 도시한 종래의 연결 헤드에서 발생되는 문제점을 해결할 수 있다.

도 6 내지 도 9에 기초하여 와셔에 대한 이하의 다양한 실시예를 설명하도록 하겠으며, 각각은 상이한 단면 형상의 단계식 팽창 직경부를 갖는다. 도 6 및 도 7에 각각 도시한 각각의 와셔(2b) 및 와셔(2c)에서, 단계식 팽창 직경부의 내부면과 와셔의 내부면 사이의 단은 매끄러운 곡면에 의해 연결된다. 도 6은 와셔(2b)를 도시하는 단면도이며, 여기에서 단계식 팽창된 직경부(2b-1)의 대직경 구멍부(2b-11)의 내부면과 와셔(2b)의 내부면은 매끄러운 곡면(2b-12)에 의해 연결된다. 도 7은 와셔(2c)를 도시하는 단면도이며, 여기에서 단계식 팽창된 직경부(2c-1)의 대직경 구멍부(2c-11)의 내부면과 와셔(2c)의 내부면은 환형 오목면(2c-12) 및 환형 볼록면(2c-13)에 의해 연결되고, 이들 각각은 매끄러운 곡면을 갖는다.

도 8 및 도 9에 각각 도시한 와셔(2d, 2e) 각각은 너트를 죌 때 와셔의 반경방향 팽창을 더욱 제한하기 위해 원추형으로 형성된 단부면을 갖는다. 도 8에 도시한 와셔(2d)는 대직경 구멍부(2d-11) 및 테이퍼형 면(2d-12)을 포함하는 단계식 팽창된 직경부(2d-1)의 구멍의 측 상에 원추형으로 형성되어 경사지게 이루어진 단부면(2d-13)을 갖는다. 도 9에 도시한 와셔(2e)는 와셔의 축에 대해 수직한 면(2e-13)과, 대직경 구멍부(2e-11)와 테이퍼형 면(2e-12)을 포함하는 단계식 팽창 직경부(2e-1)의 구멍의 측 상에서 와셔의 외측 표면과 상기 수직한 면(2e-13)을 연결시키는 경사진 면(2e-14)을 갖는다.

도 8 및 도 9에 각각 도시한 와셔(2d, 2e)의 각각에서, 과도한 죔 토크에 의해 발생되고 축방향으로 작용하는 힘이 연결 헤드의 최대 직경부와 경사진 면(2d-13 또는 2e-14)의 경사진 접촉 표면 상에 가해진다. 따라서, 상기 힘의 반력이 경사진 면(2d-13 또는 2e-14)에 대해 수직하게 작용하며, 즉 와셔(2d 또는 2e) 내부를 향하여 작용하여 와셔(2d 또는 2e)를 팽창시키는 성분을 발생시킴이 없이 와셔의 반경방향 팽창을 제한하는 효과를 향상시킨다.

따라서, 도 6 내지 도 9에 각각 도시한 와셔(2b 내지 2e)에서, 도 3에 도시한 와셔(2,a)에서와 동일한 효과가 물론 얻어질 수 있다.

도 10은 도 3 내지 도 9에 각각 도시한 와셔(2a 내지 2e)의 길이와 비교하여 좀 더 짧은 길이를 갖는 와셔(2f)를 사용하는 경우를 도시한다. 또한 이 경우에도, 대직경 구멍부(2f-11) 및 테이퍼형 면(2f-12)을 포함하는, 와셔(2f)의 단계식 팽창 직경부(2f-1)가, 도 3에서 도시한 방법에 의해 헤드를 형성할 때 몰딩된 부분의 외경의 외향 팽창을 제한하는 역할을 한다. 이는 환형 홈(5a)을 제공하며, 이 환형 홈은 펀칭 다이를 사용하는 프레스 성형에 의해 유발되는 좌굴로 인한 파이프 벽의 외향 팽창에 의해 헤드의 내부면 상에 형성되며, 얕고 완만한 경사의 단면 윤곽 형태를 갖는다. 또한, 연결 헤드(4-1)의 최대 직경부는 와셔(2f)의 일단부의 면에 걸쳐 존재하는 상태로 제공된다.

또한 도 10에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프의 경우에도, 연결 헤드(4-1)의 내부면 상에 형성된 환형 홈(5a)은 얕고 완만하게 경사진 단면 윤곽 형태를 갖는 것으로서 형성된다. 따라서, 환형 홈(5a)은 헤드 내부에서 응력 집중으로 인한 피로 파괴의 시발점이 될 가능성이 거의 없다. 또한, 파이프를 상호 연결시키는 데 사용되는 박스 너트(16)가 죔 토크를 제어함이 없이 과도하게 조여질 때, 과도한 죔 토크에 의해 발생되고 파이프의 축방향으로 작용하는 힘이, 단계식 팽창된 직경부측 상의 와셔(2f)의 단부면과 연결 헤드의 최대 직경부의 접촉 표면 상에서 연결 헤드(4-1)에 가해진다. 접촉 표면은 축에 대해 수직하게 형성되므로, 작용되는 힘에 대한 반력은 또한 축방향으로 작용하고 와셔(2f)의 벽두께의 방향으로 작용하는 성분을 발생시키지 않는다. 따라서,와셔(2a)의 반경방향 팽창은 제한될 수 있다. 따라서, 와셔(2f)의 상단부가 박스 너트(16)의 내측 표면 속으로 물려서 와셔(2f)에 고착되도록 하는 바와 같은 반경 방향으로 작용하는 힘으로 인한 와셔(2f)의 소성 변형은 발생하지 않는다.

도 11은 상기 와셔의 축방향 길이보다 더 긴 축방향 길이를 갖는 와셔, 즉 슬리브 와셔(2g)를 사용하는 경우를 도시한다. 또한 이 경우에도, 대직경 구멍부(2g-11) 테이퍼형 면(2g-12)을 포함하는, 슬리브 와셔(2g)의 단계식 팽창 직경부(2g-1)가, 도 3에 도시한 방법에 의해 헤드를 형성할 때 몰딩된 부분의 외경의 외향 팽창을 제한하는 역할을 한다. 이는 환형 홈(5a)을 제공하며, 환형 홈은 펀칭 다이를 사용하는 프레스 성형에 의해 유발되는 좌굴로 인한 파이프 벽의 외향 팽창에 의해 헤드의 내부면 상에 형성되는 것이고, 얕고 완만한 경사 단면 윤곽 형태를 갖는다. 또한, 연결 헤드(4-1)의 최대 직경부는 슬리브 와셔(2g)의 일단부의 면에 걸쳐 존재하는 상태로서 제공된다.

또한 도 11에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프의 경우에도, 연결 헤드(4-1)의 내부 표면 상에 형성된 환형 홈(5a)은 얕고 완만하게 경사진 단면 윤곽 형태를 갖는 것으로서 형성된다. 따라서, 환형 홈(5a)은 헤드 내부 응력 집중으로 인한 피로 파괴의 시발점이 될 가능성이 거의 없다. 또한, 파이프를 서로 연결시키는 데 사용되는 박스 너트(16)가 죔 토크를 제어함이 없이 과도하게 조여질 때, 과도한 죔 토크에 의해 유발되고 파이프의 축방향으로 작용하는 힘이, 단계식 팽창 직경부측 상에서 슬리브 와셔(2g)의 단부면과 연결 헤드의 최대 직경부의 접촉 표면 상에서 연결 헤드(4-1)에 가해진다. 접촉 표면은 축에 대해 수직하게 형성되므로, 축방향으로 가해진 힘에 대한 반력은 또한 축방향으로 작용하고 슬리브 와셔(2g)의 벽두께의 방향으로 작용하는 성분을 발생시키지 않는다. 따라서, 슬리브 와셔(2g)의 반경방향 팽창은 제한될 수 있다. 따라서, 슬리브 와셔(2g)의 상단부가 박스 너트(16)의 내측 표면 속으로 물려서 슬리브 와셔(2g)에 고착되도록 유발하는 것과 같은 반경방향으로 작용하는 힘으로 인한 슬리브 와셔(2g)의 소성 변형은 발생하지 않는다. 또한, 슬리브 와셔(2g)와 박스 너트(16)의 만나는 면은 각각 오목 구면과 볼록 구면으로 형성된다. 이는 이들 사이에서 구형 접촉을 제공하며, 이는 각각의 축들 사이에 임의의 상호 편차를 보정할 수 있다. 따라서, 축방향으로 작용하는 힘이 어떠한 손실도 없이 자리면(4-1a) 상에 균일하게 전달될 수 있도록 하는 효과가 얻어진다.

도 12는 구형 표면으로 형성되는 죔 너트와 만나는 면을 갖는 연결 와셔를 사용하는 경우를 나타낸다. 이 경우에, 플랫-헤드-구형 자리면(4-3a)으로서 제공되는 외측 표면을 갖는 연결 헤드(4-3)의 저측 네크 부분을 커버하는 와셔(2h)의 볼록한 만나는 면이 구면(2h-13) 내에 형성되어 와셔(2h)가 박스 너트(16)의 오목한 구형 표면과 구형 접촉하도록 한다. 또한 이 경우에, 대직경 구멍부(2h-11) 및 테이퍼형 면(2h-12)을 포함하는 와셔(2h)의 단계식 팽창 직경부(2h-1)가, 도 3에 도시한 방법에 의해 헤드를 형성할 때 몰딩된 부분의 외경의 외향 팽창을 제한하는 기능을 한다. 이는 환형 홈(5c)을 제공하며, 이 환형 홈은 펀칭 다이를 사용하는 프레스 성형에 의해 유발되는 좌굴로 인한 파이프 벽의 외향 팽창에 의해 헤드의 내부 면 상에 형성되며, 얕고 완만하게 경사진 단면 윤곽 형태를 갖는다. 따라서,환형 홈(5c)은 헤드 내부 응력 집중으로 인한 피로 파괴의 시발점이 될 가능성이 거의 없다.

또한, 연결 헤드(4-3)의 최대 직경부은 그 축에 수직하게 형성된 와셔(2h)의 일단부의 면에 걸쳐 존재하는 상태로 제공된다. 따라서, 파이프를 상호 연결시키는 데 사용되는 박스 너트(16)가 죔 토크를 제어함이 없이 과도하게 조여질 때, 과도한 죔 토크에 의해 발생되고 파이프의 축방향으로 작용하는 힘이, 단계식 팽창 직경부측 상에서 와셔(2h)의 단부면과 연결 헤드의 최대 직경부의 접촉 표면 상에서 연결 헤드(4-3)에 가해진다. 접촉 표면은 축에 대해 수직하게 형성되므로, 축방향으로 가해진 힘에 대한 반력은 또한 축방향으로 작용하고 와셔(2h)의 벽두께 방향으로 작용하는 성분을 발생시키지 않는다. 따라서, 와셔(2h)의 반경방향 팽창은 제한될 수 있다. 따라서, 슬리브 와셔(2h)의 상단부가 박스 너트(16)의 내측 표면 속에 물리게 되어 와셔(2h)에 고착되는 것이 유발되도록 하는 것과 같은 반경방향으로 작용하는 힘으로 인한 슬리브 와셔(2h)의 소성 변형은 발생하지 않는다.

또한, 박스 너트(16)의 오목 구면과 와셔(2h)의 볼록 구면(2h-13)의 구형 접촉은 각각의 축들 사이의 임의의 미세한 각편차를 보정하는 역할을 한다. 따라서, 축방향으로 작용하는 힘이 어떠한 손실도 없이 자리면(4-3a) 상에 균일하게 전달될 수 있게 하는 효과가 얻어진다. 또한, 너트의 만나는 면은 바람직하게는, 와셔(2h)의 구면(2h-13)의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 구면으로서, 또는 와셔(2h)와 너트의 축 사이에서의 각편차의 보정 작용을 더 양호하게 발휘하기 위한 원추형 테이퍼형 면으로서 제공된다.

앞서 설명한 바와 같이, 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프 및 그 헤드 제조 방법에 있어서, 단계식 팽창된 직경부는 연결 헤드의 저측 네크 부분의 외측 표면을 덮는 연결 와셔(와셔 또는 슬리브 와셔) 내에 제공된다. 따라서, 단계식 팽창된 직경부는 파이프 재료가 내부를 향하여 돌출하도록 하기 위한 몰딩된 부분의 외경의 외향 팽창을 제한하는 작용을 한다. 이로 인해, 환형 홈은 날카로운 폴드 또는 포켓으로서 형성되는 대신에 얕고 완만하게 경사진 단면 윤곽 형태를 갖는 것으로서 제공된다. 따라서, 헤드 내부 응력 집중으로 인한 피로 파괴는 방지될 수 있다. 또한, 연결 헤드가 그 축에 대해 수직한 연결 와셔의 단부면에 걸쳐 존재하는 구조는 연결 와셔의 반경방향 팽창을 제한할 수 있다. 이로 인해, 너트가 죔 토크를 제한함이 없이 과도하게 조여질 때에도 너트가 변형된 와셔에 고착되는 현상을 유발하는 것을 방지하는 탁월한 효과가 얻어진다.

본 발명에 따른 구성에 의하면, 환형 홈이 헤드 내부의 응력 집중으로 인한 피로 파괴의 시발점이 되는 가능성이 감소될 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 너트가 너트에 가해지는 과도한 죔 토크로 인해 변형되어 반경방향 팽창한 와셔에 고착되는 것을 방지할 수 있다. 죔 토크에 의해 발생되는 힘은 와셔의 벽 두께의 방향으로 작용하는 어떠한 성분도 발생되지 않아서, 와셔의 반경방향 팽창을 제한하고 너트가 변형된 와셔에 고착되는 현상을 유발하는 것을 방지하는 것을 가능케한다는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프에 있어서,

벽이 두껍고 직경이 상대적으로 작은 스틸 파이프의 연결 단부에 제공되며, 만나는 자리에 결합되기 위한 플랫-헤드-원추형 및 플랫-헤드-구형 중 어느 하나의 자리면으로서 제공되는 외측면과, 상기 헤드의 프레스 성형으로 인한 변형의 결과로서 생성되는 얕고 완만하게 경사진 환형 홈을 갖는 내부면을 갖는 연결 헤드와,

상기 연결 헤드의 저측 네크 부분의 외측 표면을 덮으며, 일단부에서 단계식 팽창된 직경부를 갖고, 상기 단계식 팽창된 직경부를 갖는 상기 일단부의 면에 걸쳐서 형성된 연결 헤드의 최대 직경부를 갖고, 상기 단계식 팽창된 직경부를 상기 연결 헤드의 일부가 채우도록 되어 있는 연결 와셔

를 포함하는 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프.
제1항에 있어서, 상기 상대적으로 작은 직경은 4 mm 내지 20 mm이고, 상기 두꺼운 벽의 두께는 1 mm 내지 8 mm인, 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계식 팽창된 직경부를 갖는 상기 연결 와셔의 상기 일단부의 상기 면은 상기 와셔의 축에 대하여 수직하게 형성되는 것인, 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계식 팽창된 직경부를 갖는 상기 연결 와셔의 상기 일단부의 상기 면은 상기 와셔의 축에 대해 원추형으로 경사지게 형성되는 것인, 연결 헤드를 갖는 고압 금속 파이프.
고압 금속 파이프의 헤드를 제조하는 방법에 있어서,

미리 특정된 길이로 절단된 상대적으로 작은 직경을 갖는 벽이 두꺼운 스틸 파이프를 제공하는 단계와,

연결 와셔를 제공하는 단계와,

상기 와셔와 함께 상기 스틸 파이프를 유지하기 위한 척(chuck)을 마련하는 단계와,

상기 고압 금속 파이프의 헤드를 제조하기 위한 다이를 갖는 펀칭 머신을 마련하는 단계와,

상기 연결 와셔의 일단부에서 단계식 팽창된 직경부를 형성하는 단계와,

상기 단계식 팽창된 직경부가 연결 단부측 상에 위치되도록, 상기 벽이 두꺼운 스틸 파이프의 연결 단부 근처의 연결 와셔를 스틸 파이프의 외부 상으로 동축으로 결합하는 단계와,

척으로 하여금, 연결 와셔로부터 상단부측 상에 남겨지는 연결 헤드를 형성하기 위한 여유부를 갖는 연결 와셔와 함께 스틸 파이프를 유지시키도록 하는 단계와,

연결 헤드의 내부면이 얕고 완만하게 경사진 환형 홈을 갖도록 형성되고 연결 와셔가 연결 헤드의 저측 네크 부분의 외측 표면을 덮고 연결 헤드의 최대 직경부가 단계식 팽창된 직경부를 갖는 와셔의 일단부의 면에 걸쳐서 형성되도록, 스틸 파이프의 일부가 상기 단계식 팽창된 직경부를 채우도록 하여, 만나는 자리에 결합되기 위한 플랫-헤드-원추형 및 플랫-헤드-구형 중 하나의 자리면으로서 제공되는 스틸 파이프의 외측 표면을 사용하여, 펀칭 머신의 다이에 의해 스틸 파이프의 상단부를 외부에서 동축으로 프레싱하여 연결 헤드를 형성하는 단계

를 포함하는 고압 금속 파이프의 헤드를 제조하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 상대적으로 작은 직경은 4 mm 내지 20 mm이고, 상기 두꺼운 벽의 두께는 1 mm 내지 8 mm인, 고압 금속 파이프의 헤드를 제조하는 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 와셔의 축에 대하여 수직한 것으로서 상기 단계식 팽창된 직경부를 갖는 상기 연결 와셔의 상기 일단부의 상기 면을 형성하는 단계를 더 포함하는 고압 금속 파이프의 헤드를 제조하는 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 와셔의 축에 대하여 원추형으로 경사진 것으로서 상기 단계식 팽창된 직경부를 갖는 상기 연결 와셔의 상기 일단부의 상기 면을 형성하는 단계를 더 포함하는 고압 금속 파이프의 헤드를 제조하는 방법.
고압 금속 파이프의 연결 헤드용 연결 와셔에 있어서,

상기 연결 헤드의 저측 네크 부분의 외측 표면을 덮은 단계식 팽창된 직경부가 일단부에 제공되는 연결 와셔.
제9항에 있어서, 상기 단계식 팽창된 직경부가 구비되어 있는 상기 일단부의 면은 와셔의 축에 대해 수직하게 형성되는 것인 연결 와셔.
제9항에 있어서, 상기 단계식 팽창된 직경부가 구비되어 있는 상기 일단부의 면은 와셔의 축에 대해 원추형으로 경사지게 형성되는 것인 연결 와셔.