튜브 벤딩 종종 "블랙 아트"라고 불리는, 시행착오로 가득한 신비로운 과정입니다. 하지만 그 이면의 기본 원리는 튜브 벤딩 수십 년 동안 크게 변하지 않았습니다. 튜브형 작업물을 굽히는 방법은 기술이 상당히 발전했지만, 그 공정의 근본적인 물리적 원리는 여전히 동일합니다. 튜브든 파이프든 완벽한 굽힘을 얻는 핵심은 재료, 기계, 공구, 그리고 윤활이라는 네 가지 중요한 요소로 귀결됩니다.
차례
금속 튜브 굽힘 기술의 기본 이해
굽힘 작업은 튜브나 파이프의 특성을 이해하는 것에서 시작됩니다. 일반적으로 유체나 공기를 운반하는 데 사용되는 파이프는 공칭 크기(그림 1 참조). 그러나 굽힘 기계를 지정할 때 재료의 중심선 반경, 외부 직경, 벽 두께는 고려해야 할 중요한 매개변수입니다.
또한, 모든 파이프 스케줄에는 공칭 벽 두께가 있지만, 이는 약간씩 다를 수 있습니다. 특히 작은 굽힘 반경에 타이트 피팅 툴을 사용하는 굽힘 공정에서는 이러한 차이를 고려해야 합니다. 다른 중요한 굽힘 변수로는 내측 굽힘 반경(내측 굽힘 반경이라고도 함), 외측 굽힘 반경(외측 굽힘 반경), 그리고 중심선 반경(압축이나 신장이 발생하지 않는 중립선이라고도 함)이 있습니다. 굽힘 각도는 굽힘의 보완 각도를 나타냅니다. 예를 들어, 튜브가 "45도"로 굽혀지면 45도 보완 굽힘 또는 135도 포함 굽힘이라고 합니다.그림 2 참조). 굽힘 사이의 거리(DBB)는 직선 구간이 곡선을 그리기 시작하는 지점과 굽힘이 시작되거나 끝나는 지점인 두 접선점 사이의 거리입니다.
프레스 브레이크 성형과 마찬가지로, 튜브는 굽힘 후 스프링백 현상이 발생하여 굽힘이 반경 방향으로 커지게 됩니다. 튜브가 단단하고 굽힘 중심선 반경이 작을수록 스프링백과 반경 방향의 크기가 커집니다. 예를 들어, 구리는 강철보다 반경 방향의 크기가 작고, 강철은 스테인리스강보다 스프링백 현상이 적습니다.
일부 튜브는 이음매가 없지만, 대부분은 세로 용접으로 제작됩니다. 튜브 벤딩에서는 용접 이음매의 품질, 크기, 그리고 일관성이 매우 중요한 요소입니다. 접합부의 두 모서리가 정렬되지 않거나 용접 비드가 너무 크거나 일정하지 않으면 이러한 결함이 튜브의 진원도에 영향을 미쳐 완벽한 벤딩을 구현하는 데 어려움을 초래할 수 있습니다.
굽힘 가공 시 외경이 늘어나면서 신장이 발생하여 두께가 얇아집니다. 소재는 이러한 신장에 저항하며, 굽힘면의 외경이 늘어나면 변형되어 타원형이나 단면 형상이 변형될 수 있습니다. 특정 용도에서는 약간의 타원형이 허용될 수 있지만, 정밀 가공의 경우 미세한 변형도 허용될 수 없습니다. 외경이 늘어나면 내경이 압축되고, 어느 순간부터 내경에 주름이 생기기 때문입니다.
일반적인 튜브 굽힘 공정
신청 요구 사항은 종종 선택을 결정합니다. 튜브 벤딩 공정. 특수 튜브 굽힘 공정은 시간과 복잡성에 따라 다양합니다. 그러나 대부분의 튜브는 다음 네 가지 주요 방법 중 하나를 사용하여 굽힘됩니다. 램형 굽힘, 롤 벤딩, 압축 굽힘및 회전식 드로 벤딩.
램타입 벤딩
램 방식 벤딩은 머플러 작업장에서 흔히 볼 수 있는 가장 오래되고 간단한 방법 중 하나입니다. 이 공정은 유압으로 구동되는 램을 사용하여 튜브를 롤러나 피벗 블록에 밀어 넣어, 작업물 외경(OD)의 약 3~4배에 해당하는 중심선 반경(CLR)을 얻습니다.그림 3 참조).
이 방법은 튜브의 내경(ID)을 지지하지 않아 굽힘부 바깥쪽이 상당히 늘어납니다. 이 방법은 사각 튜브에 자주 사용되는데, 램 공구가 의도적으로 안쪽 굽힘 반경을 압축하고 약간 변형하도록 설계되어 있기 때문입니다.그림 4 참조). 이러한 압축은 주름이 생기는 것을 방지하고 구부러진 부분의 바깥쪽 표면을 안쪽으로 밀어 넣어 오목한 표면을 만들고 구부러진 부분 바깥쪽의 늘어남을 최소화합니다.
램 방식 굽힘 가공은 비용이 저렴하고 널리 사용되지만, 가장 정밀한 방법은 아닙니다. 공작물의 미관이나 엄격한 굽힘 공차가 중요한 경우, 이 방법은 적합하지 않을 수 있습니다.
롤 벤딩
롤 벤딩은 일반적으로 건설과 같은 산업에서 대형 가공물에 사용됩니다. 이 공정에는 피라미드 형태로 배열된 세 개의 롤이 포함됩니다.그림 5 참조). 롤은 특정 반경, 특히 큰 반경을 형성하도록 조정되므로 나선형이나 코일을 만드는 데 이상적입니다. 롤 벤딩의 한 변형인 2롤 핀치 스타일 벤더는 조절 가능한 가이드가 있는 상하 롤을 사용하여 튜브를 벤딩합니다. 롤 벤딩은 특히 배관이나 구조 요소와 같은 응용 분야에서 길고 연속적인 코일을 만드는 데 매우 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.
압축 굽힘
압축 굽힘은 롤러 또는 압축 다이(팔로우 블록이라고도 함)를 사용하여 고정된 다이 주위로 튜브를 굽히는 작업입니다. 튜브는 후면 접선점 바로 뒤에 고정되고, 롤러는 튜브를 중앙 굽힘 다이에 대해 효과적으로 "압축"합니다.그림 6 참조). 압축 굽힘은 대칭형 가공물에 적합하며, 각 면이 동일한 굽힘을 갖는 제품을 제작하는 데 자주 사용됩니다. 이 방법은 타월 걸이와 같은 제품을 제작하는 데 널리 사용되며, 튜브 외경(OD)의 최소 세 배인 CLR로 굽힌 튜브에 가장 적합합니다.
이 방법은 튜브 내경이 지지되지 않아 튜브 외면이 약간 납작해질 수 있습니다. 따라서 압축 굽힘은 일반적으로 외경의 3배 미만인 튜브, 특히 엄격한 공차가 필요한 부품에는 권장되지 않습니다.그림 7 참조).
로터리 드로우 벤딩
정밀 작업의 경우, 특히 튜브 외경(OD)의 0.7배(1×D 미만)에 해당하는 좁은 반경을 필요로 하는 경우 회전식 드로우 벤딩(Rotary Draw Bending)이 선호됩니다. 이 공정은 튜브 두께 감소 및 타원도(Ovality)를 가장 효과적으로 제어할 수 있기 때문에 항공우주 및 자동차와 같은 고도로 특수화된 산업에서 자주 사용됩니다. 이 공정은 벤딩 중 튜브의 내경(ID)을 지지하는 맨드렐과 외경(OD)에 정밀 공구를 사용하는 것을 포함합니다.그림 8 참조). 회전식 드로 벤딩을 사용하면 튜브의 구조적 무결성을 손상시키지 않고 좁은 반경을 만들 수 있습니다.
회전식 드로우 벤딩의 구성에는 튜브의 직선 부분(접선)을 고정하는 압력 다이, 벤딩 다이를 중심으로 튜브를 회전시키는 클램프 다이, 그리고 벤딩 과정 내내 튜브 내부를 지지하는 관절형 볼이 장착된 맨드럴이 포함됩니다. 또한, 와이퍼 다이는 접선 지점 바로 앞에서 재료를 닦아내어 안쪽 반경에 주름이 생기지 않도록 합니다.그림 9 참조).
튜브 벤딩 툴링의 역할
고품질 굽힘 가공을 위해서는 툴링 설정이 매우 중요하며, 특히 회전식 드로 굽힘 가공에서 더욱 그렇습니다. 툴링 고려 사항에는 튜브 재질에 맞는 맨드렐의 경도가 포함됩니다. 단단한 튜브에는 부드러운 맨드렐을 사용하고, 부드러운 튜브에는 부드러운 굽힘 가공을 위해 단단한 맨드렐을 사용해야 합니다.
굽힘 가공 중 반경 방향의 증가로 인해 굽힘 시작점의 반경과 굽힘 끝점의 반경이 달라질 수 있습니다. 이는 특히 CLR이 3×D보다 큰 경질 재료를 굽힐 때 중요합니다. 과도한 반경 방향 증가를 보상하기 위해 더 작은 굽힘 다이 반경이 필요할 수 있습니다.그림 10 참조).
윤활: 최적의 성능 보장
튜브 굽힘 작업 중 마찰과 마모를 줄이려면 적절한 윤활이 필수적입니다.그림 11 참조) 특히 튜브 내부에 관절 볼이 있는 맨드렐을 사용할 때 그렇습니다. 젤이나 페이스트 형태로 제공되는 비석유계 합성 윤활제가 튜브 굽힘 작업에 일반적으로 사용됩니다. 윤활제의 점도는 재료 및 굽힘 요구 사항에 따라 조정해야 합니다. 고강도 굽힘 작업의 경우, 원활한 작동을 보장하고 와이퍼 다이와 같은 주요 공구 부품의 마모를 줄이며 전반적인 성능을 향상시키기 위해 더 진한 윤활제를 사용합니다.
튜브 벤딩에 적합한 기계 선택
최신 튜브 벤딩 머신, 특히 CNC 제어 머신은 높은 정밀도를 제공하며, 종종 여러 축의 제어를 사용합니다. 일반적인 CNC 튜브 벤딩 머신은 최대 10개의 축을 사용하여 벤딩 공정의 다양한 측면을 제어합니다. 예를 들어, 벤딩 간격(Y), 벤딩 회전 평면(B), 벤딩 각도(C), 수평 및 수직 이동(X 및 Z), 맨드렐 운동(YM) 등이 있습니다.그림 12 참조). 축은 다음과 같이 설명됩니다.
- Y: 굽힘 사이의 거리
- B: 굽힘 회전 평면
- C: 굽힘 각도
- X: 작업물의 수평 이동
- Z: 작업물의 수직 이동
- XR: 반응 슬라이드
- XC: 클램핑 동작.
- YB: 부스트 모션
- YM: 맨드렐 운동
- YSFO: 팔로워 압력이 동작을 중단합니다.
일부 첨단 기계는 롤 벤딩과 로터리 드로 벤딩 등 여러 가지 벤딩 공정을 단일 장치로 결합하여 다양한 굽힘 반경이 필요한 복잡한 부품의 다양성과 효율성을 개선합니다.
결론: 튜브 벤딩의 예술과 과학
최신 기계 성능, 고급 소프트웨어, 그리고 정밀 공구의 결합은 튜브 벤딩을 고도로 제어되고, 신뢰성 있고, 효율적인 공정으로 변화시켰습니다. 소재의 다양성과 용도별 과제는 복잡성을 가중시킬 수 있지만, 소재, 공구, 윤활, 그리고 기계의 적절한 조합은 완벽한 벤딩을 일관되게 달성할 수 있도록 보장합니다. 숙련된 작업자의 능력과 적절한 기술을 통해 튜브 벤딩 머신은 자동차, 항공우주, 건설과 같은 산업에 필수적인 장비가 되었습니다. 튜브 벤딩 시스템이 제공하는 정밀성, 다재다능함, 그리고 신뢰성은 다양한 용도의 고품질 부품을 생산하는 데 필수적입니다.
