튜브 벤딩의 기초: 퀵 가이드

파이프 벤딩 기술은 조선, 석유화학 및 기타 산업의 성장과 함께 발전해 왔습니다. 최근에는 오토바이, 자전거, 금속 가구 분야에서도 급속한 발전을 보이고 있습니다.

곡률 및 굽힘 방법

곡률

튜브 굽힘에서는 굽힘 반경에 대한 굽힘 방향의 튜브 폭의 절반 비율을 곡률로 정의합니다.

Where:

• D - 튜브 직경(mm)
• B - 구부러지는 방향의 직사각형 튜브 너비(mm)

B 또는 D가 클수록, R이 작을수록 곡률이 커진다는 것을 알 수 있습니다.

굽힘 방법

튜브 벤딩 기술 방식에 따라 회전 절곡, 푸시 절곡, 프레스 절곡, 롤 절곡으로, 온도에 따라 냉간 절곡과 열간 절곡으로, 맨드릴 유무에 따라 맨드릴 절곡과 자유형 절곡으로 분류할 수 있습니다.

튜브 굽힘 모양 및 최소 굽힘 반경

튜브가 구부러지는 동안 변형 영역의 바깥쪽에 있는 소재는 접선 방향으로 늘어나면서 길어지고, 안쪽에 있는 소재는 접선 방향으로 압축되어 짧아집니다. 주요 증상은 신장으로 인해 바깥쪽의 튜브 소재가 얇아지는 것이며, 신장이 소재의 신장률을 초과하면 튜브가 파열됩니다.

내부에서 압축하면 재료가 초과되고, 이 초과분이 재료의 크리프 용량을 초과하면 구부러진 튜브의 안쪽에 주름이 생깁니다. 튜브 벤딩의 품질을 보장하려면 허용 범위 내에서 변형 정도를 제어하는 것이 필수적입니다.

튜브 굽힘 시 허용되는 변형 정도인 굽힘 변형 한계는 재료의 기계적 특성, 튜브 피팅의 구조적 치수, 벽 두께, 굽힘 공정 등의 요인에 따라 달라집니다. 표 3-11에는 최소 굽힘 반경 저탄소강의 경우 벽 두께 대 직경의 비율이 0.1보다 크다고 가정합니다.

표 3-11: 저탄소 강관의 최소 굽힘 반경(t/D ≥ 0.1)

얇은 벽 튜브 벤딩 금형 선택

1) 곡률(B/R)이 높고 t/B 비율이 0.2 이상인 강관의 경우, 굽힘 또는 엘보 가공에 푸시 벤딩 방식이 사용됩니다.

2) 곡률(B/R)이 작고 아크의 중심 각도가 작은 공작물의 경우 상단 및 하단 다이를 사용한 프레스 절곡 방법을 고려할 수 있습니다. 프레스 벤딩에는 일반적으로 t/B > 0.1이 필요합니다.

3) 곡률(B/R)은 작지만 중심 각도가 큰 공작물의 경우 간이 튜브 벤더로 벤딩하는 것이 좋습니다. 맨드릴 다이에 부착된 간이 튜브 벤더의 클램핑 메커니즘은 유압식 튜브 벤더처럼 회전 암의 길이에 제한을 받지 않습니다.

4) 굽힘 반경 R이 크면서 중심 각도도 큰 공작물의 경우 3롤 벤딩 머신을 사용하여 성형할 수 있습니다. 이 금형은 간단하고 다재다능합니다. 링 모양의 공작물을 한 번에 여러 개의 링으로 구부린 다음 개별 조각으로 절단할 수 있습니다.

5) 굽힘 반경 R이 350mm 미만인 공작물의 경우 유압 튜브 벤더를 사용한 와인딩 방법을 고려할 수 있습니다. 이는 플랜지를 포함한 맨드릴 휠의 최대 직경이 ≤800mm로 표준 선반에서 가공할 수 있어 재료비와 그에 따른 전체 비용을 크게 절감할 수 있기 때문입니다.

대량 생산과 강력한 처리 능력으로 굽힘 반경 R을 1000mm까지 늘릴 수 있습니다. 이제 여러 국내 제조업체에서 굽힘 반경 1000mm의 자동 튜브 벤더를 생산할 수 있습니다.

6) 직사각형 튜브 벤딩 다이의 설계에서 2.5 ≤ R / B ≤ 10 인 경우 와인딩 방법 외에도 맨드릴 휠의 작업 표면을 돌출 시키거나 튜브 캐비티를 모래 또는 기타 필러로 채우는 것과 같은 다른 보조 수단을 고려해야합니다.

이는 고곡률 굽힘에서 체인형 맨드릴을 사용하지 않는 방법으로는 변형 후 튜브의 내경과 외경이 가득 차도록 보장할 수 없고, 체인형 맨드릴은 가공 비용이 매우 비싸기 때문입니다.

7) 벤딩 다이를 선택할 때 벤딩 방향의 직사각형 튜브 폭 B에 대한 벽 두께 t의 비율도 고려해야 합니다. 비율이 클수록 성형이 용이하지만 비율이 작을수록 성형이 더 어려워집니다.

두 번째를 제외한 위의 선택 방법은 0.05 이상의 t/B 비율을 기준으로 합니다. 그림 3-73은 돌출된 맨드릴 휠에 왼쪽에는 황사가 채워진 경우와 오른쪽에는 모래가 채워지지 않은 경우의 굽힘 효과를 보여줍니다. 굽힘 조건: 직사각형 튜브 크기 30mm×20mm×1mm, 굽힘 방향 폭 20mm, 굽힘 후 튜브의 중심선 반경 60mm, 황사의 수분 함량 약 1.5%.

직사각형 튜브 벤딩 모델의 코어에서 돌출 높이 계산하기

코어 휠 돌출 높이 계산 공식

직사각형 튜브는 일반적으로 유체 도관으로 사용되지는 않지만 건물 부속품의 지지 구조에 더 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 외경과 두 측면 표면의 매끄러운 외관만 요구되며 내부 표면의 변형은 강조되지 않습니다. 이 접근 방식을 사용하면 눈에 보이는 표면의 주름을 방지하는 조치를 취할 수 있습니다.

정사각형 및 직사각형 튜브의 벤딩 모델에 돌출형 코어 휠을 사용하면 측벽 주름을 방지하는 데 효과적입니다. 장기간의 연습과 데이터 축적을 통해 돌출의 높이를 계산할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 핵심 아이디어는 튜브 중앙선 내부의 압축 변형량을 코어 돌출부의 높이로 변환하는 것입니다.

계산은 다음과 같습니다:

중간선 내부의 압축 변형 계수에 중간선 내부의 변형 폭을 곱한 값에서 자연 조건(자연 조건은 양압 또는 음압이 없는 상온을 의미)에서 재료의 크리프 능력과 비교 값(비교 값은 무압축 조건에서 재료의 두께와 변형 직경의 비율, 즉 재료 고유의 크리프 능력을 의미)을 뺀 값입니다.

결과 값에 2를 곱한 값은 튜브의 압축된 가장자리가 직선에서 곡선으로 전환될 때 늘어난 길이를 나타냅니다.
튜브에 주름이 생기지 않는 구부러짐의 평형 조건은 다음과 같습니다:

공식에서,

• L - 압축 변형(mm)입니다;
• R - 굽힘 반경(mm)입니다;
• t - 튜브의 벽 두께(mm)입니다;
• B - 구부러지는 방향의 튜브 너비(mm)입니다.

계산된 값이 0을 초과하면 맨드릴 돌출을 설정해야 합니다.

이 시점에서 계산 된 결과를 맨드릴 휠의 작업 선 길이에 추가하여 직선 세그먼트를 호로 바꿀 수 있습니다. 결과 호가 너무 높아 튜브 양쪽 벽의 형성에 영향을 미치는 경우 각 측벽에서 (2-4)t를 노칭하여 좋은 효과를 얻을 수 있습니다(그림 3-74c 참조).

계산을 통해 재료 크리프(2t/B×0.03)의 값이 실제로는 매우 작다는 것을 알 수 있습니다. 두께가 상대적으로 낮은 경우에는 계산된 결과를 적절히 반올림하는 것으로 충분합니다.

맨드릴 휠 돌출 스타일

맨드릴 휠 돌출부의 단면 모양은 사다리꼴(그림 3-74a 참조), 호형(그림 3-74b, c 참조) 또는 반원형(그림 3-74d 참조)일 수 있습니다. 이 세 가지 모양은 각각 작은 곡률부터 큰 곡률까지 다양한 곡률을 가진 공작물을 굽히는 데 적합합니다.

프로토타입 단계에서는 기존의 평평한 바닥 코어 휠을 활용하여 적절한 높이의 강철 스트립 또는 시험 성형에 적합한 직경의 둥근 강철 막대를 부착할 수 있습니다. 데이터 수집 후 코어 휠을 수정하면 효율성을 크게 높일 수 있습니다. 이 계산 방법은 외부 면이 외관 표면으로 사용되는 직사각형 튜브에 적합합니다.

원형 및 육각형 튜브의 굽힘으로 적용 범위를 넓혔을 뿐만 아니라 롤 성형 의 정사각형 튜브도 그림 3-75에서 볼 수 있듯이 똑같이 의미 있고 효과적입니다.

예를 들어 외부 치수가 20mm x 30mm이고 벽 두께가 1mm인 직사각형 튜브가 20mm 폭을 따라 반경 R=50mm로 구부러져 있다고 가정해 보겠습니다. 가공 후 반제품은 그림 3-76에 나와 있습니다. 코어 휠의 돌출 높이를 계산합니다.

주어진: 주어진 값: R = 50mm, B = 20mm, t = 1mm.
값을 공식에 대입하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
그림 3-77과 같이 2 × (0.2 × 9 - 0.006) mm = 3.588mm, 코드 높이는 6.42mm입니다.

튜브의 상대적 굽힘 반경이 너무 작으면(B/R ≤ 5), 중심선 안쪽의 초과 재료가 너무 많아 단일 커브로 수용하기 어렵습니다. 이러한 경우 그림 3-78과 같이 이중 립 방법이라고도 하는 이중 커브 기법을 사용하여 맨드릴 휠을 가공합니다.

그림 3-79에 표시된 성형 조건은 다음과 같습니다: 알루미늄 합금 튜브로 만든 중앙 리브의 재료 두께는 1.2mm, 폭은 50mm, 굽힘 방향 B는 25mm이고 맨드릴 휠의 작동 직경은 100mm입니다. 튜브는 수분 함량이 약 1.5%인 모래로 채워져 있습니다.

360도 회전을 초과하는 굽힘입니다.

그림 3-80의 이미지는 40×8×0.8 냉간 압연 중공 단면 튜브로 만든 화덕 다리 유형을 보여줍니다. 이 부품은 성형 금형의 회전 운동으로 인해 벤딩 금형 아래에 분류됩니다. 그림 3-81과 같이 초기 절곡 공정 후, 재료는 수동 압연 금형에서 캠형 고정 장치 13에 의해 맨드릴 5의 간격 내에 고정되고 그림 3-82와 같이 핸들 12를 돌려서 공작물을 성형합니다.

이 몰드의 장점은 성형 각도가 360도를 초과할 수 있다는 것입니다.

벤딩 프로세스: 큰 반경의 롤 벤딩(3롤 벤더) → 첫 번째 벤딩(기계식 프레스) → 롤링(수동).

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