오늘날 금속 구조물 생산에서 파이프를 반경 방향으로 구부리는 방식은 용접 및 나사 연결 방식의 대안으로 사용되고 있습니다.
특수 도구를 사용하여 제작됩니다. 재료의 단면적이 작으면 수동 파이프 벤더를 사용합니다.. 제품의 직경이 상당할 경우 기계를 사용합니다..
대부분의 경우, 파이프를 둥글거나 다양한 모양으로 구부려야 할 필요가 있습니다.
벤딩 공정의 이론적 기초
굽힘 과정에서 발생하는 응력으로 인해:
- 가해진 힘에 의해 파이프 벽이 바깥쪽으로 늘어난다.
- 내부가 압축된;
- 또한 물질의 상태가 변하지 않는 중립축이 형성됩니다.
원형, 정사각형 및 직사각형 단면의 거동, 파손 유형
굽은 부분의 바깥쪽 파이프 벽 두께가 얇아지는 이유는 발생하는 응력으로 인해 인장 모멘트가 생기기 때문입니다.
- 얇아진 외벽은 파이프의 중심선 쪽으로 휘어지는 경향이 있습니다. 이로 인해 단면이 변형됩니다.
- 제품의 인장 강도를 초과하면 외부 굽힘면을 따라 파손됩니다.
굽은 부분의 안쪽 파이프 벽 두께는 압축 응력 발생으로 인해 증가합니다. 제품의 압축 강도를 초과하면 국부적인 강성이 손실되어 굽은 파이프 안쪽에 깊은 주름이 생깁니다.
정사각형 및 직사각형 단면은 어떻게 작용합니까?
- 이러한 관형 구조물의 벽은 굽힘의 외면과 내면 모두에서 최대 압축 및 인장 응력을 받습니다.
- 이 소재는 변형되기 쉬운 성질이 강해 장인이 다루기가 어렵습니다.
- 굽힘부 안쪽의 프로파일 재질은 수직 방향으로 팽창하는 경향이 있습니다. 또한 제품의 단면을 따라 수평 방향으로도 흐릅니다. 이러한 응력은 수직으로 정렬된 파이프 벽을 제자리로 밀어 넣습니다. 이로 인해 정사각형 단면이 사다리꼴 모양으로 변형됩니다.
- 직사각형 및 정사각형 단면은 굽힘 조와 클램핑 조 사이에서 클램핑 힘을 제대로 전달하지 못합니다.
- 굽힘이 시작될 때 프로파일이 신발을 따라 미끄러지는 경향이 있습니다. 이로 인해 마찰이 발생하여 장비 마모로 이어질 수 있습니다.
원형 단면을 가진 재료가 구부러질 때의 거동:
- 재료는 응력이 가장 높은 영역에서 변형이 가장 적게 일어납니다. 최대 압축/인장 영역은 단면의 중심선에 접하는 방향에 위치합니다.
- 둥근 모양 덕분에 금속을 구부릴 때 모든 방향으로 고르게 흐를 수 있습니다. 이는 장인이 재료의 변형 과정을 더욱 쉽게 제어할 수 있도록 해줍니다.
- 단면이 원형이기 때문에 파이프는 벤딩 조와 클램핑 조 사이에서 힘을 잘 전달합니다.
- 둥근 파이프를 반경 방향으로 구부릴 때, 파이프는 공구 안에서 거의 미끄러지지 않습니다.
최소 허용 반경을 계산하는 방법
파이프가 임계 변형을 일으키는 최소 굽힘 반경은 다음 비율에 의해 결정됩니다.
Rmin=20∙S
그 안에는 다음과 같은 내용이 있습니다:
- Rmin은 제품의 최소 굽힘 반경을 의미합니다.
- S는 파이프라인의 두께(mm)를 나타냅니다.
따라서 중앙 파이프 축을 따라 있는 반지름은 R=Rmin+0.5∙Dn입니다. 여기서 Dn은 원형 막대의 공칭 직경을 나타냅니다.
최소 굽힘 반경을 정확하게 계산하기 위한 전제 조건은 다음 비율을 고려하는 것입니다.
Kt=S:D
여기:
- Kt는 제품의 얇기 계수를 의미합니다.
- D는 파이프의 외경을 나타냅니다.
따라서 최소 허용 굽힘 반경을 계산하는 일반적인 공식은 다음과 같습니다.
R=20∙Kt∙D+0.5∙Dn.
주어진 반지름이 위 공식에서 얻은 값보다 크면, 냉간 파이프 벤딩 방법계산된 값보다 작으면 재료를 예열해야 합니다. 그렇지 않으면 굽힘 과정에서 벽이 변형될 수 있습니다.
얇은 벽 매개변수가 0.03 < Kt < 0.2인 경우를 고려해야 합니다.
- 그러면 특수 공구를 사용하지 않고 속이 빈 막대의 최소 허용 굽힘 반경은 R ≥9.25∙((0.2-Kt)∙0.5)이어야 합니다.
- 최소 굽힘 반경이 계산된 값보다 작을 경우, 맨드릴을 사용하는 것이 필수적입니다.
하중 제거 후 파이프의 굽힘 반경을 스프링백(직선화 관성)을 고려하여 보정하는 계산은 다음 공식을 사용하여 수행됩니다.
리=0.5∙키∙도.
여기:
- Do는 맨드릴의 단면을 의미합니다.
- Ki는 특정 재료의 탄성 변형 계수입니다(참고 문헌에 따름).
그래서:
- 내경이 최대 4cm인 강철 또는 구리 파이프의 탄성 변형을 대략적으로 계산하기 위해 1.02의 계수가 사용됩니다.
- 내부 직경이 4cm보다 큰 아날로그의 경우 이 수치는 1.014가 됩니다.
파이프의 회전반경을 고려하여 재료를 구부려야 하는 정확한 각도를 알기 위해서는 다음 공식을 사용합니다.
∆=∆c∙(1+1:Ki)
여기:
- ∆c는 중앙축의 회전각입니다.
- 참고 서적에 따르면 Ki는 용수철 계수입니다.
필요한 반지름이 속이 빈 막대의 단면적보다 2~3배 클 경우, 스프링 계수는 40~60으로 설정한다.
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반지름을 이용한 파이프 벤딩 방법
파이프를 특정 반경으로 구부리는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
수동 파이프 벤더를 사용합니다. 수공구는 벤딩 파이프를 한 조각으로 생산하는 데 사용됩니다. 재료는 가열하거나 냉간 가공할 수 있습니다. 공구는 재료를 구부리는 이동식 롤러가 장착된 맨드릴로 구성됩니다. 공구는 막대를 압축하여 작동합니다. 원형 또는 사각형 파이프의 회전 반경을 사용 전에 고려해야 합니다.
다양한 디자인의 모바일 기기를 사용하여 건설 현장에서 직접 작업할 수 있습니다.
가장 간단한 지렛대형 장치입니다. 긴 팔 덕분에 사람의 힘으로 재료를 구부릴 수 있습니다. 지렛대형 장치는 재질이 유연하고(스테인리스강, 구리, 알루미늄 등) 직경이 최대 20mm인 파이프를 최대 180도 각도로 구부릴 수 있습니다.
석궁형 파이프 벤더는 더욱 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 파이프를 축을 중심으로 회전하는 두 개의 지지대 위에 올려놓고, 벤딩 모듈은 움직이는 막대와 연결되어 지지대 사이에 위치한 막대 부분에 압력을 가합니다.
석궁 장치에서는 최대 10cm의 단면적을 가진 속이 빈 막대를 최대 90도 각도로 구부릴 수 있습니다.
공작물을 누르는 막대는 다음과 같을 수 있습니다.
- 나사식 기계 장치;
- 유압식이며 수동 구동 장치가 장착되어 있습니다.
- 유압식이며 전기 모터가 장착되어 있습니다.
전기 장비는 생산성이 가장 높습니다. 이 장비는 다양한 곡률 반경을 가진 탈착식 모듈을 사용하여 공작물을 구부립니다. 회전하는 맨드릴을 이용해 공작물을 원하는 각도로 구부립니다. 건설 현장에 전력이 부족한 경우 배터리로 작동할 수 있습니다.
이러한 도구를 사용하면 공작물을 최대 180도 각도로 구부릴 수 있습니다.
프레스를 이용한 금형 벤딩
스탬핑 공정을 이용하면 최대 70cm 길이의 블랭크를 구부릴 수 있습니다. 이 경우 유압식 또는 기계식 프레스가 사용됩니다. 이 방법을 통해 복잡한 형상의 구조 요소를 생산할 수 있습니다.
프레스 블랭크는 가장 비용이 많이 드는 벤딩 방식이지만, 생산성 또한 가장 높습니다. 이 방식을 통해 다양한 제품을 생산할 수 있습니다.
파이프 벤딩기 장비
산업 규모의 파이프 벤딩 작업은 기계를 사용하여 수행됩니다.
롤 벤딩. 가장 일반적인 벤딩 머신 유형은 롤링 머신입니다. 긴 공작물을 벤딩하도록 설계된 3롤러 머신이 가장 많이 사용됩니다. 이러한 머신은 나선형 튜브 제품을 생산하는 데에도 사용할 수 있습니다.
가공물은 롤러 사이를 이동하며, 롤러의 위치에 따라 굽힘 반경이 결정됩니다. 동시에, 가공물은 변형 실린더에 의해 양쪽에서 압축됩니다. 이 변형 실린더는 가공물이 매달린 상태로 굽혀질 수 있도록 롤러 사이에 위치합니다. 롤러는 금속 가공 중 지지대 역할을 합니다.
압축 처리
압축 벤딩을 이용하여 작은 곡률 반경의 공작물을 구부리는 기계는 생산 현장에서 흔히 사용됩니다. 이러한 기계는 단면적이 작거나 큰 공작물 모두를 가공할 수 있습니다. 이 공정은 공작물의 국부적인 가열과 동시에 축 방향 압력을 가하는 방식으로 진행됩니다.
이 기계는 다음과 같이 구성됩니다:
- 히터가 설치된 프레임;
- 지지 롤러;
- 한 쌍의 클램프 중 첫 번째는 벤딩 회전 클램프이고, 두 번째는 업세팅 클램프입니다.
이 장비는 180도 각도로 부품을 구부릴 수 있습니다. 굽힘 과정에서 발생하는 축 방향 힘의 크기나 단면적에 관계없이 일정한 힘으로 공작물을 고정합니다. 정사각형 및 직사각형 프로파일 가공이 가능합니다.
회전 추출 벤딩
회전식 파이프 인발은 프레스 롤러를 이동시키기 위한 전기식 또는 유압식 지지대가 있는 기계에서 수행됩니다. 이러한 롤러는 생산되는 요소의 원하는 형상과 두께를 얻기 위해 사용됩니다.
회전 인발 공법은 움직이는 맨드릴 위의 롤러에 의해 변형된 속이 빈 회전봉으로 부품을 제작하는 공법입니다. 현재는 대부분 CNC 회전 인발기가 사용되며, 해당 기계의 소프트웨어는 재료의 변형 저항성을 고려합니다. 제조 과정에서는 관련 GOST 표준이 적용됩니다.
결론
소량 생산의 경우 수공구를 사용하여 파이프를 구부릴 수 있습니다. 산업 규모에서는 특수 기계를 사용합니다. 작업을 시작하기 전에 최소 허용 굽힘 반경을 계산해야 합니다.
