**공 식 방**/<기계공식>

튜브 인발 공정

미래로보텍 2008. 4. 13. 16:29

튜브 인발 공정

 

■ 봉, 선 및 튜브의 인발

금속을 다이 공을 통하여 출구쪽으로 당기므로서 단면수축을 얻는 방법을 인발이라 한다. 연속적인 인발에 의해서 봉의 직경을 감소시키는 방법을 봉 혹은 선 인발이라 부르고, 맨드렐없이 튜브의 직경을 줄이는 방법을 튜브 싱킹(tube sinking)이라 부르고, 맨드렐을 사용하는 경우를 튜브인발이라 부른다.

● 봉 및 선의 인발

그림 1. (a)인발기의 개략도 (b) 인발기의 단면도

봉과 튜브는 감는 장치없이 인발 벤치(drawbench)에서 생산한다. 콘형의 인발 금형의 단면이 그림에 도시되어 있다. 그 입구는 선의 장입과 윤활이 용이하도록 종의 형상으로 되어있다. 접근각(approach angle)은 실제 단면수축이 일어나는 부분이다. 다이 반각 α는 하나의 중요한 공정인자이다. 베아링 부분(bearing region)은 단면수축을 유발하지 않고 마찰저항을 일으킨다. 베아링 부분을 두는 주된 이유는 콘형의 접근각 부분이 마모 될 경우 재가공하여 사용할 수 있도록 남겨둔 것이다. 백릴리프(back relief)는 인발된 선이 약간 팽팡하는 데 그것을 수용하기 위한 것이다. 인발이 중단되거나 정렬이 잘 되지 않은 경우 그것이 있으므로 해서 일어날 수 있는 마찰 저항을 최소화 시킬 수 있다. 인발 금형은 대체로 탄화물 혹은 공업용 다이아몬드(세선 인발에서)로 표면 처리되어 있다. 다이니브(die nib)는 두꺼운 주강으로 보호되어 있다.

선의 인발은 보통 열간압연 봉 코일을 소재로 하여 인발한다. 산화물이 존재하게 되면 인발된 선의 표면에 결함을 남기거나 다이를 심하게 마모시키는 결과를 초래하므로 먼저 봉을 산세하여 표면의 산화물을 제거해야 한다. 봉의 직경이 감을 수 있을 정도로 충분히 작은 경우에는 인발 벤치에 비하여 바닥 면적이 적게 차지하는 블록 인발을 많이 사용한다. 한단의 드로잉에서 얻을 수 있는 단면 수축이 30 ∼ 35%를 초과하기 어렵기 때문에 필요한 단면 수축을 얻기 위해서는 여러개의 인발 단이 필요하다.

인발에서는 열발생이 하나의 큰 문제가 된다. 냉간 드로잉에서도 소성변형과 마찰에 의해서 선의 온도가 수백도까지 올라가는 경우도 있다. 이 열은 각 단 사이의 냉각에 의해서 혹은 열량이 크지 않을 경우에는 다이에 흡수되므로 온도상승은 그리 크지 않다.

인발된 제품의 결함은 이음부, 슬리버(sliver), 파이프등 소재의 결함 혹은 가곡공정 자체에서 기인하는 것이 있다. 인발에서 가장 자주 나타나는 결함은 중심부의 파단(center burst) 혹은 세브론형 균열(chevron cracking)이다. 중심부의 파단은 다이 반각과 단면수축률이 작을 때 일어나고, 다이 반각(α)이 증가하면 그것이 방지된다는 것이 알려져 있다. 또 주어진 단면 수축률과 다이각에 대해서 마찰이 커질수록 그 파단이 피할 수 있는 임계 단면수축률이 증가한다.

● 인발해석

인발공정이 가장 간단한 금속가공 공정의 하나이지만 해석에 의하여 측정값을 계산하는 것은 어려운 일이다.

먼저 인발응력은

의 식에 의해서 계산할 수 있다.

(여기서 평면 변형에서의 항복 조건은 σx + P = σ0'이고 B = μcot α)

그림 2. 평면변형 인발에서 한 요소에 작용하는 응력

● 튜브인발공정

튜브 인발 공정은 싱킹(singking), 프러그(plug)인발, 맨드렐 인발 등 세 가지 형으로 크게 나누어진다. 싱킹에서는 튜브의 내벽이 지지되지 않기 때문에 벽의 두께 감소는 조금이고 내면은 균일하지 않게 된다. 다이 입구와 출구에서 전단변형이 타 공종에 비하여 크므로 그만큼 변형한계도 타 공저에 비하여 낮다. 플러그를 사용하여 인발하게 되면 튜브의 내외면의 직경이 잘 제어된다. 플러그로는 원주형 혹은 콘형이 사용된다. 플러그는 내경부의 형상과 결정한다. 인발에서 긴 맨드렐을 이용하게 되면 마찰을 크게 줄일 수 있다. 강하고 긴 봉 혹은 선상의 맨드렐을 튜브속에 넣어서 튜브오 함게 인발하는 방법이다. 이와 같이 움직이는 맨드렐을 이용하게 되면, 축구 쪽에서 끌러당김과 튜브 -맨드렐 계면의 마찰력의 감소에 의해서 요구 인발력이 줄어든다.