파이프 굽힘 결함: 분석 및 예방 팁

프로파일 굽힘과 시트 굽힘은 힘과 변형 측면에서 많은 유사점이 있으므로 스프링백과 같은 시트 굽힘에 존재하는 문제가 프로파일 굽힘에도 존재합니다.

동시에 프로파일의 특정 단면 모양으로 인해 판금 굽힘에서 발생하지 않는 많은 문제가 발생합니다. 이러한 결함은 주로 a) 스프링백, b) 주름, c) 균열, d) 단면 왜곡, e) 뒤틀림, f) 붕괴 등으로 나타납니다. 구체적인 형태는 그림 4-19에 나와 있습니다. 여기에서는 주요 결함, 원인 및 예방 방법 중 일부만 소개합니다.

a) 스프링백
b) 주름
c) 크래킹
d) 단면 왜곡
e) 비틀기
f) 축소

1. 스프링백

스프링백 문제는 이전에 이미 자세히 설명한 바 있으므로 여기서는 반복하지 않겠습니다.

2. 주름

프로파일 단면이 크고 공정 파라미터가 합리적으로 설정되지 않은 경우 프로파일이 구부러진 후 내벽에 주름이 발생할 수 있습니다. 주름이 생기는 이유는 프로파일의 굽힘 과정에서 중성층 아래 부분이 세로 압축 응력을 받고 반경 방향과 폭 방향의 압축 응력도 받기 때문입니다. 3방향 압축 응력의 작용으로 세로 수축 및 방사형 비후 변형이 발생하기 쉬우며, 심할 경우 주름이 발생할 수 있습니다.

스트레치 벤딩에서는 굽히기 전에 프로파일에 충분한 사전 장력을 가하면 주름을 방지할 수 있습니다. 또한 벤딩 후 장력을 높이면 주름을 제거할 수 있습니다. 또한 금형의 경우 리미트 슬롯을 추가하고 맨드릴을 사용하는 등의 조치를 취하여 주름을 방지할 수 있습니다.

많은 학자들이 이 문제를 연구했습니다. 연구에 따르면 직사각형 단면 프로파일의 폭 대 두께 비율(b/t)과 프로파일의 폭이 주름 발생에 영향을 미치는 주요 요인이며, 재료 특성이 주름에 미치는 영향도 상당히 크다는 사실이 밝혀졌습니다.

또한 학자들은 프로파일의 안쪽 측면 웹의 주름 불안정성이 얇은 벽 쉘의 양쪽 끝에서 압축 불안정성과 유사하다고 지적했습니다. 이는 압축 응력의 크기뿐만 아니라 프로파일의 폭에 대한 두께의 비율과도 관련이 있습니다. 이 비율이 작을수록 주름 불안정성이 발생할 가능성이 높으며, 프로파일의 안쪽 측면 웹 두께를 늘리면 주름 방지 기능이 향상될 수 있습니다.

일부 다른 학자들은 내벽의 주름이 다음과 같은 다양한 요인과 관련이 있다고 지적했습니다. 굽힘 반경, 재료 특성 및 단면 모양에 따라 달라지며, 사전 스트레칭의 양을 조절하여 효과적으로 제어할 수 있습니다. 현재의 연구 결과는 주름을 제거하기 위한 몇 가지 기본적인 방법을 제공합니다. 그러나 프로파일의 단면 모양이 다양하고 주름 현상이 복잡하여 더 심층적인 연구가 필요합니다.

1. 파열

굽힘 반경이 너무 작거나 스프링백을 줄이고 내벽 주름을 방지하기 위해 접선 인장력을 추가하는 경우 프로파일 섹션, 특히 외측 벽에 상당한 인장 응력이 발생하여 외측 벽 두께가 과도하게 얇아지거나 심지어 파열될 수 있습니다. 프로파일 섹션의 높이가 높고 굽힘 반경이 작을수록 이 현상이 더 심해집니다. 에서 프로파일 벤딩 성형 공정, 외측 벽의 얇아짐 및 파열은 프로파일 굽힘 성형의 한계를 나타내는 징후 중 하나입니다.

굽힘 중 외측 벽이 얇아지고 파열되는 문제에 대해 주요 조치는 경도를 줄이기 위해 튜브를 어닐링하는 것입니다. 동시에 튜브의 표면 품질을 엄격하게 제어하고, 부스팅 속도 또는 회전 속도를 조정하고, 맨드릴 크기 또는 위치가 적절한 지 확인하고, 클램프 몰드와 프레스 몰드의 표면에 오일이 있는지 확인하고, 표면을 청소하고, 프레스 몰드와 주름 방지 몰드, 휠 몰드 사이의 간격이 적절한 지 확인하고, 그에 따라 조정하고, 프레스 몰드와 클램프 몰드의 압력이 적절한 지 확인하고, 적절하게 조정합니다.

4. 단면 왜곡 및 안쪽 측면 벽 주름

그림 4-20에서와 같이 순수 굽힘 상태에서 외경 D와 벽 두께 t의 튜브에 외부 토크 M이 가해지면 인장 응력 σ의 작용으로 중성층 바깥쪽의 튜브 벽이 얇아집니다. ₁ 의 작용으로 내측 벽이 두꺼워지고 압축 응력 σ의 작용으로 내측 벽이 두꺼워집니다. ₂ (그림 4-21a 참조). 굽힘 변형 영역의 가장 바깥쪽과 가장 안쪽에 위치한 재료가 가장 큰 접선 응력을 받기 때문에 벽 두께의 변화도 가장 큽니다(그림 4-21 참조).

필러 또는 맨드릴을 사용한 굽힘에서 단면은 기본적으로 원형 모양을 유지할 수 있지만 벽 두께가 변경됩니다. 지지되지 않은 자유 굽힘에서는 내측이든 외측이든 원형 튜브 단면이 타원형이 되고(그림 4-21b 참조), 굽힘 변형 정도가 커지면(즉, 굽힘 반경이 감소하면) 불안정성으로 인해 내측이 주름지고, 사각 튜브의 지지 굽힘(그림 4-21c, d 참조)에서는 단면이 사다리꼴이 됩니다. 내측 벽은 또한 σ의 작용으로 불안정성과 주름을 경험할 수 있습니다. ₂ (그림 4-19c 참조).

(1) 원형 파이프 단면의 왜곡

원형 파이프 단면의 변화와 관련하여 타원성은 일반적으로 생산에서 측정하는 데 사용됩니다.

타원 = (D_최대-D_분) / D × 100%

어디

• D _최대 - 구부린 후 파이프의 동일한 단면의 모든 방향에서 측정한 최대 외경 크기입니다;
• D _분 - 구부린 후 파이프의 동일한 단면의 모든 방향에서 측정한 최소 외경 크기입니다.

그림 4-22는 무차원 곡률 R에 대한 타원의 변화를 나타내는 타원성 라인 차트를 보여줍니다. ₀ /R (R ₀ 는 파이프의 외부 반경, R은 구부러진 부분의 중심 레이어의 곡률 반경)을 대수 좌표로 나타내며, 비율 t/R의 직선군으로 표현됩니다. ₀ 를 매개변수로 지정합니다.

그림에서 굽힘 정도가 클수록 단면의 타원성이 커진다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 타원성은 일반적으로 생산에서 구부러진 파이프의 품질을 검사하는 중요한 지표로 사용됩니다. 구부러진 파이프 구성 요소의 성능 요구 사항에 따라 타원도에 대한 요구 사항도 달라집니다.

예를 들어, 산업용 파이프라인 엔지니어링에서 구부러진 파이프 구성품의 타원도는 고압 파이프의 경우 5%, 중저압 파이프의 경우 8%, 알루미늄 파이프의 경우 9%, 구리 합금 및 알루미늄 합금 파이프의 경우 8%를 초과해서는 안 됩니다. 농업 기계에서 구부러진 파이프 구성품의 타원도는 5%를 초과하지 않아야 합니다.

단면 형상의 왜곡은 단면적을 감소시키고 유체 흐름에 대한 저항을 증가시킬 수 있으며 구조물에서 파이프 구성 요소의 기능적 효과에도 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 파이프 구성 요소의 굽힘 가공에서는 필요한 범위 내에서 왜곡량을 제어하기 위한 조치를 취해야 합니다.

현재 왜곡을 제거하거나 줄이는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다. 하나는 프로파일 부품의 구조와 가공성에 따라 프로파일 단면 모양을 결정하는 것이고, 다른 하나는 생산 공정 중에 프로파일을 지지하여(코어 로드 또는 필러를 추가하여) 프로파일 섹션의 강성을 높이는 것입니다.

1) 섹션 왜곡을 방지하기 위해 굽힘 변형 영역에서 코어 막대로 섹션을 지지합니다.

2) 벤딩 빌렛을 입상 매체, 유동 매체, 탄성 매체 또는 저융점 합금으로 채우는 것도 단면 모양 왜곡을 방지하기 위해 코어로드를 대체할 수 있습니다. 이 방법은 비교적 적용하기 쉬우며 특히 중소규모 배치 생산에 널리 사용됩니다.

3) 튜브 소재와 접촉하는 금형 표면에 튜브의 단면 모양과 일치하는 홈을 만들어 접촉면의 압력을 줄이고 단면의 비틀림을 방해하여 단면 모양 왜곡을 방지하는 데 매우 효과적인 조치입니다.

4) 역 변형 방법을 사용하여 튜브 섹션의 변화를 제어합니다 (그림 4-24 참조),이 방법은 일반적으로 벤딩 머신의 코어리스 벤딩 공정에 사용되며 구조가 간단하여 널리 적용됩니다.

코어리스 굽힘을위한 역 변형 방법 (그림 4-23 참조), 즉 빌렛에 일정량의 역 변형을 미리 부여한 다음 굽힘 후 다른 방향의 변형이 상호 취소되어 빌렛 섹션이 기본적으로 원형으로 유지되어 타원형의 요구 사항을 충족하여 굽힘의 품질을 보장합니다.

1-벤딩 몰드
2-클램핑 블록
3-롤러
4-가이드 휠
5-파이프 블랭크

변형 방지 홈의 단면 모양은 그림 4-24에 나와 있으며, 변형 방지 홈의 크기는 상대적 굽힘 반경 R/D(R은 중앙 층의 곡률 반경, D는 파이프의 외경)와 관련이 있습니다. 변형 방지 그루브의 치수는 표 4-5에 나와 있습니다.

표 4-5 변형 방지 홈의 치수

(2) 파이프 두께 변화

파이프 두께의 변화는 주로 파이프의 상대적 굽힘 반경 R/D와 상대적 두께 t/D에 따라 달라집니다. 생산 시 최소 벽 두께 t _분 를 구부리는 바깥쪽과 최대 벽 두께 t _최대 는 일반적으로 다음 두 가지 공식을 사용하여 추정할 수 있습니다:

Where:

• t - 파이프의 원래 두께(mm)입니다;
• D - 파이프의 외경(mm)입니다;
• R- 중앙 레이어의 굽힘 반경(mm).

파이프 벽 두께가 얇아지면 파이프 피팅의 기계적 강도와 성능이 저하됩니다. 따라서 벽 두께 감소율은 일반적으로 파이프 피팅의 성능 요구 사항을 충족하기 위해 벽 두께의 변화를 측정하는 기술 지표로 생산에 사용됩니다.

Where:

• t는 파이프 재료의 원래 두께(mm)입니다;
• t_분 는 구부린 후 파이프 재료의 최소 벽 두께(mm)입니다.

파이프 재료에 대한 성능 요구 사항은 다양하며 벽 두께 감소율에 대한 요구 사항도 다양합니다. 산업용 파이프라인 엔지니어링에 사용되는 파이프 피팅의 경우 고압 파이프의 경우 10%, 중압 및 저압 파이프의 경우 15%를 초과하지 않아야 하며 설계된 계산된 벽 두께보다 작아서는 안 됩니다. 농업 기계에서 구부러진 파이프 피팅의 벽 두께 감소율은 일반적으로 5%를 초과하지 않아야 합니다.

파이프 벽 두께의 얇아짐을 줄이기 위한 조치에는 다음이 포함됩니다:

1) 중성층의 바깥 쪽에서 인장 변형이 발생하는 영역의 인장 응력 값을 줄입니다. 예를 들어, 저항 국부 가열 방법을 채택하여 중성층 내부의 금속 재료의 변형 저항을 줄이고 압축 된 부분에 변형이 더 집중되도록하여 인장 부분의 응력 수준을 낮추는 목적을 달성합니다.

2) 변형 영역의 응력 상태를 변경하여 압축 응력 성분을 증가시킵니다. 예를 들어, 굽힘에서 푸시 굽힘으로 변경하면 파이프 벽이 과도하게 얇아지는 결함을 근본적으로 극복 할 수 있습니다.