튜브 벤딩 기법: 분류 및 팁

파이프를 절곡하는 방법은 여러 가지가 있는데, 절곡 방법에 따라 프레스 절곡, 인발 절곡, 푸시 절곡, 롤 절곡, 롤 성형으로 나눌 수 있고, 절곡 시 가열 여부에 따라 냉간 절곡과 열간 절곡으로, 절곡 시 충전재 유무에 따라 코어(충전재) 절곡과 코어리스(충전재) 절곡으로 구분할 수 있습니다.

때로는 파이프 피팅의 특정 모양 요구 사항을 충족하거나 굽힘 가공의 어려움을 줄이기 위해 크림프 굽힘 방법 등과 같은 다른 특수 굽힘 방법도 사용됩니다. 다양한 벤딩 공정 방법을 요약하면 다음과 같습니다.

1. 굽힘 방법별 분류

(1) 굽힘 누르기

프레스 벤딩은 파이프 벤딩에 사용되는 가장 초기의 공정 방법입니다. 여기에는 유압 프레스로 파이프 블랭크를 구부리거나 기계식 프레스 몰드 또는 맨드릴을 사용합니다. 프레스 벤딩의 원리는 그림 4-10에 나와 있습니다. 프레스 벤딩 방식은 엘보뿐만 아니라 직선 섹션이 있는 파이프 피팅을 벤딩하는 데 사용할 수 있습니다. 현재 프레스 벤딩은 주로 엘보를 누르는 데 사용되며 엘보 생산에 널리 적용되고 있습니다.

1-펀치
2-빌렛
3-스윙 오목 다이

(2) 당겨 굽히기

당김 굽힘은 그림 4-11과 같이 튜브를 고정된 볼록 다이에 대고 눌러서 튜브의 양쪽 끝에 축방향 인장력 F와 굽힘 모멘트를 동시에 가하여 튜브가 볼록 다이를 따라 형성되도록 하는 방식입니다. 일반적으로 벤딩 성형의 최대 굽힘 각도는 약 180°입니다.

1-파이프 피팅
2- 고정 벤딩 플레이트
3- 고정 몰드

절곡하는 동안 튜브는 내부의 주름을 극복하고 단면 내부의 응력 분포를 개선하고 스프링백을 줄이며 모양의 정확성을 향상시키기 위해 절곡하는 동안 축 방향 인장력을받습니다. 다른 벤딩 공정과 비교할 때 벤딩 성형은 다음과 같은 특징이 있습니다:

1) 복잡한 공간 구조를 가진 부품을 형성할 수 있습니다.

2) 더 큰 모양과 강도 비율로 부품을 구부릴 수 있습니다.

3) 높은 굽힘 정확도, 작은 스프링백.

4) 구부러진 재료 내부의 잔류 응력을 효과적으로 제거하여 제품 크기 안정성이 우수합니다.

5) 금속 소재의 냉간 경화로 인해 스트레치 굽힘 후 소재의 포괄적 인 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다.

그러나 스트레치 벤딩 방법은 구부러진 블랭크의 단면 형상을 유지하기가 어렵고 주로 힘을지지하는 부품이있는 개방형 프로파일에 적합하며이 방법은 얇은 벽의 튜브를 형성하는 데 적합하지 않습니다.

(3) 푸시 굽힘

푸시 벤딩은 먼저 벤딩 몰드의 가이드 슬리브에 벤딩 할 튜브를 넣고 펀치의 밀기 힘으로 튜브 블랭크가 압축 응력 상태에 있고 다이를 통과하는 과정에서 그림 4-12와 같이 필요한 곡률 모양으로 구부러지는 것입니다.

1-압력 열
2-가이드 슬리브
3-빌렛
4-벤딩 몰드

푸시 벤딩은 일반 프레스에서 수행하는 벤딩 프로세스입니다, 유압 프레스또는 주로 엘보 벤딩에 사용되는 특수 푸싱 기계입니다. 그러나 푸시 벤딩 방식은 벤딩 다이를 완전히 통과해야 하므로 단면이 직선인 엘보를 만들 수 없으며, 굽힘 반경이 작은 파이프의 벤딩에는 적합하지 않습니다.

푸시 벤딩 공정의 특성에 따라 금형을 사용한 냉간 푸시 벤딩과 맨드릴을 사용한 열간 푸시 벤딩의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 금형을 사용한 냉간 푸시 벤딩은 빌렛을 상온에서 벤딩 캐비티가 있는 금형에 눌러 파이프 엘보를 형성하는 것입니다.

맨드릴을 사용한 열간 푸시 벤딩은 추력과 불혼 맨드릴의 저항 작용으로 수행되며, 푸시하면서 가열되어 빌릿이 원주 팽창 및 축 굽힘 변형을 일으켜 작은 직경의 빌릿을 더 큰 직경의 엘보로 밀어 넣습니다. 작동 원리는 그림 4-13에 나와 있습니다.

1-팔꿈치
2-반사 가열로
3-열원
4-불혼 맨드릴
5코어 로드
6-푸시 플레이트
7-파이프 공백
8-서포터

(4) 랩 굽힘

벤딩은 그림 4-14와 같이 액티브 다이가 고정된 벤딩 몰드를 중심으로 회전하여 벤딩을 수행하는 가공 형태로, 압축 모드와 스트레칭 모드로 나뉩니다. 두 방법의 가장 큰 차이점은 펀치가 튜브 소재와 함께 회전하는지 여부입니다. 펀치가 튜브 소재와 함께 회전하지 않는 방식이 압축 모드이고, 그렇지 않으면 스트레칭 모드입니다. 이 방법은 단면 왜곡이 상대적으로 크며 벽이 얇은 튜브를 형성하는 데 적합하지 않습니다.

1- 고정 펀치
2-파이프 피팅
3-회전 주사위
4-오목한 몰드 조이기

굽힘은 수동 굽힘과 기계 굽힘으로 나뉩니다.

수동 벤딩은 간단한 벤딩 장치를 사용하여 파이프 블랭크를 벤딩하는 프로세스입니다. 벤딩 시 가열 여부에 따라 냉간 벤딩과 열간 벤딩으로 나눌 수 있습니다. 일반적으로 소구경(파이프 블랭크 직경 D≤25mm) 파이프 블랭크의 경우 굽힘 토크가 작기 때문에 냉간 절곡을 사용하며, 직경이 큰 파이프 블랭크는 대부분 열간 절곡을 사용합니다. 수동 벤딩은 특수 벤딩 장비가 필요하지 않고 벤딩 장치의 제조 비용이 저렴하며 조정 및 사용이 편리하므로 특수 벤딩 장비가없는 소량 생산에 적합합니다. 단점은 많은 노동력이 필요하고 생산성이 낮다는 것입니다.

기계 벤딩은 수직 또는 수평 벤딩 머신에서 수행하는 벤딩 가공입니다. 공정 특성에 따라 맨드릴 벤딩, 맨드릴리스 벤딩, 푸시 벤딩의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 기계 벤딩은 차가운 상태에서 수행되기 때문에 이러한 유형의 벤딩 머신을 콜드 벤딩 머신이라고도 합니다. 기계 절곡 시 파이프 블랭크에 재료를 채우지 않고 맨드릴을 사용하거나 맨드릴 없이 절곡하기 때문에 생산 효율이 높고 절곡 품질이 우수하여 대량 생산에 널리 사용됩니다.

(5) 롤 굽힘

롤 벤딩은 그림 4-15와 같이 3~4개의 구동 롤러를 사용하여 파이프 소재를 벤딩하는 프로세스입니다. 롤 벤딩 방법의 작동 원리는 기본적으로 플레이트 롤 벤딩과 동일하지만, 파이프 롤 벤딩에 사용되는 롤러는 구부러진 파이프 블랭크의 단면 모양과 일치하는 작업 표면을 가지고 있다는 점이 유일한 차이점입니다.

1-구부러진 부분
2-드라이브 롤러

롤러 사이의 간격을 변경하면 모든 곡률 반경의 굽힘을 구현할 수 있습니다. 롤 벤딩 방식에는 다음과 같은 특정 제한 사항이 있습니다. 굽힘 반경큰 곡률 반경이 필요한 두꺼운 벽의 파이프 부품에만 적합하며, 특히 링 모양이나 나선형 파이프 부품을 구부릴 때 편리합니다.

2. 곰팡이 유무에 따른 분류

(1) 성형 굽힘

튜브 블랭크의 굽힘 변형 영역은 프레스 굽힘, 드로우 굽힘, 푸시 굽힘, 롤 굽힘 등과 같은 일반적인 방법을 포함하여 강성 금형에 의해 직접 작용합니다. 높은 반복성과 빠른 속도가 특징입니다. 벤딩 정확도를 향상시키기 위해서는 일반적으로 부품을 언로드한 후 발생하는 스프링백을 보정하기 위해 리지드 몰드의 작업 부품의 모양과 크기를 조정해야 합니다. 보정량은 정확하게 계산하기 어렵고 경험에 따라 결정해야 하는 경우가 많습니다.

(2) 몰드리스 벤딩

굽힘 변형 영역은 단단한 금형에 의해 직접 작용하지 않으며 튜브의 최종 모양은 공구와 공작물의 상대적인 움직임에 의해 결정됩니다. 레이저 벤딩은 몰드리스 벤딩에 속합니다.

3. 난방 적용 여부에 따라 분류

(1) 냉간 굽힘

냉간 굽힘은 상온에서 기계적 힘으로 튜브를 구부리는 가공 기술을 말합니다. 냉간 굽힘 중에 금속에서 작업 경화가 발생하기 때문에 냉간 굽힘 후 금속 튜브는 열간 굽힘 후 금속 튜브보다 훨씬 단단하지만 냉간 굽힘은 금속의 원래 특성을 파괴하지 않습니다.

냉간 굽힘 후에는 산화물 스킨을 청소하고 제거할 필요가 없으며 열 변형이 발생하지 않습니다. 열간 굽힘에 비해 냉간 굽힘은 더 많은 굽힘력을 소비하며 스프링백과 잔류 응력이 모두 크게 증가합니다. 또한 냉간 굽힘은 반경이 매우 작은 날카로운 굽힘은 구부릴 수 없습니다.

(2) 열간 굽힘

파이프 피팅을 굽히기 전에 파이프 피팅의 지정된 굽힘 온도까지 가열하는 가공 기술입니다. 열간 벤딩은 냉간 벤딩과는 비교할 수 없는 적응성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 파이프의 인접한 두 엘보 사이의 직선 거리를 매우 작게 유지하거나 파이프 단면 간격을 두지 않고 연속 절곡을 수행할 수 있으며, 저온 연성이 떨어지는 재료를 엘보로 가공할 수 있고, 저온 절곡 시 많은 기계적 에너지가 필요한 엘보 가공이 가능하며, 저온 절곡 시 균열이 발생하기 쉬운 취성 소재를 형상으로 구부릴 수 있습니다.

열간 굽힘은 파이프의 작은 반경 엘보를 구부릴 수 있습니다. 탄소강 파이프 및 대부분의 합금강 파이프의 경우 열간 굽힘의 굽힘 반경은 냉간 굽힘보다 훨씬 작으며 굽힘 반경은 파이프 외경의 0.7 ~ 1.5배까지 작을 수 있습니다. 그러나 열간 굽힘은 복잡한 장비, 높은 가공 비용, 낮은 생산 효율, 높은 표면 거칠기 값이라는 단점이 있습니다. 구리 파이프의 경우 냉간 굽힘 공정이 사용되며 고온 가열을 피하기 때문에 '수소 질환'의 가능성이 제거됩니다.

4. CNC 수치 제어 파이프 벤딩 공정의 분류 4.

CNC 수치 제어 파이프 벤딩 프로세스 의 예를 들어, 사용되는 벤딩 장비는 CNC 수치 제어 파이프 벤더이며 수치 제어 파이프 벤딩에 사용되는 파이프 벤딩 공정은 냉간 벤딩 파이프 벤딩으로 수치 제어 파이프 벤더의 성형 원리에 따라 당김 벤딩과 밀기 벤딩으로 나뉩니다.

풀 벤딩 성형 원리: 그림 4-16과 같이 휠 몰드의 앞쪽 끝에서 파이프 피팅을 잡아당기는 힘 F의 작용으로 파이프 피팅이 휠 몰드의 특정 반경으로 회전하고 몰드 주위로 파이프를 감싸서 구부려서 성형합니다. 풀 벤딩은 업계에서 사용하는 벤딩과 유사합니다.

푸시 벤딩 성형 원리: 그림 4-17과 같이 파이프 피팅 뒤에 가해지는 푸시력 F의 작용으로 파이프가 형성되고 기계 헤드 벤딩 암의 위치 각도를 사용하여 아크의 곡률 반경이 결정됩니다. 푸시 벤딩은 업계의 롤 벤딩과 유사합니다.

파이프 성형 방법 선택의 기준은 다음과 같습니다:

굽힘 그리기: 드로우 벤딩 성형은 2.5≤R 조건에서 사용됩니다. _s ≤6.

푸시 벤딩: 푸시 벤딩 성형은 R 조건에서 사용됩니다. _s ≥6.

참고: R _s =R/D 여기서 R은 구부러진 파이프 피팅의 중성층 반경이고, D는 구부러진 방향의 파이프 직경입니다(그림 4-18 참조).