맨드릴 벤딩 작업이 시작됩니다. 맨드릴이 튜브의 내경에 삽입됩니다. 벤딩 다이(왼쪽)가 반경을 결정합니다. 클램핑 다이(오른쪽)가 튜브를 벤딩 다이 주위로 안내하여 각도를 결정합니다.
산업 전반에 걸쳐 복잡한 튜브 벤딩에 대한 수요는 꾸준히 증가하고 있습니다. 구조 부품, 이동식 의료 장비, ATV 또는 유틸리티 차량용 프레임, 심지어 욕실의 금속 안전 손잡이에 이르기까지 모든 프로젝트는 각기 다릅니다.
원하는 결과를 얻으려면 우수한 장비와 특히 적절한 전문 지식이 필요합니다. 다른 모든 제조 분야와 마찬가지로 효율적인 튜브 벤딩은 모든 프로젝트의 근간이 되는 핵심적인 활력, 즉 기본 개념에서 시작됩니다.
파이프 또는 파이프 벤딩 프로젝트의 규모를 결정하는 데에는 몇 가지 핵심적인 요소가 중요합니다. 재료 유형, 최종 용도, 예상 연간 사용량과 같은 요소는 제조 공정, 관련 비용 및 납기에 직접적인 영향을 미칩니다.
첫 번째 핵심 요소는 곡률도(DOB), 즉 굽힘으로 형성되는 각도입니다. 다음은 굽힘이 발생할 파이프 또는 튜브의 중심선을 따라 측정되는 중심선 반경(CLR)입니다. 일반적으로 달성 가능한 가장 작은 CLR은 파이프 또는 튜브 직경의 두 배입니다. CLR을 두 배로 하면 중심선 직경(CLD)이 계산되는데, 이는 파이프 또는 튜브의 중심축에서 180도 회귀 굽힘의 다른 중심선을 통과하는 거리입니다.
내경(ID)은 파이프 또는 튜브 내부의 가장 넓은 개구부에서 측정합니다. 외경(OD)은 파이프 또는 튜브의 벽을 포함하여 가장 넓은 면적에 걸쳐 측정합니다. 마지막으로, 공칭 벽 두께는 파이프 또는 튜브의 외면과 내면 사이에서 측정합니다.
굽힘 각도에 대한 업계 표준 허용 오차는 ±1도입니다. 모든 회사는 사용하는 장비와 기계 조작자의 경험 및 지식에 따라 자체적인 표준을 가지고 있습니다.
튜브는 외경과 게이지(즉, 벽 두께)에 따라 측정 및 가격이 책정됩니다. 일반적인 게이지는 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 20입니다. 게이지 번호가 낮을수록 벽이 두꺼워집니다. 예를 들어, 10게이지 튜브는 벽 두께가 0.134인치이고, 20게이지 튜브는 벽 두께가 0.035인치입니다. 1½인치 및 0.035인치 외경 튜브의 경우 부품 도면에는 벽 두께가 "1½인치"로 표시됩니다.
배관은 공칭 배관 크기(NPS)로 지정되는데, 이는 직경(인치)을 나타내는 무차원 숫자이며, 벽 두께 표(또는 Sch.)도 함께 표기됩니다. 배관은 용도에 따라 다양한 벽 두께로 제공됩니다. 일반적으로 사용되는 Sch. 5, 10, 40, 80 등이 있습니다.
부품 도면에는 외경 1.66인치, NPS 0.140인치로 벽 두께가 표시되어 있고, 그 뒤에 스케줄(이 경우 "1¼" Shi.40 튜브")이 적혀 있습니다. 파이프 플랜 차트는 관련 NPS 및 플랜의 외경과 벽 두께를 지정합니다.
외경과 벽 두께의 비율인 벽 두께 계수는 엘보우 제작에 있어 또 다른 중요한 요소입니다. 벽 두께가 얇은 재질(18게이지 이하)을 사용할 경우, 주름이나 처짐을 방지하기 위해 굽힘 구간에서 더 많은 지지력이 필요할 수 있습니다. 이러한 경우, 고품질 벤딩을 위해서는 맨드릴 및 기타 공구가 필요합니다.
또 다른 중요한 요소는 굽힘 반경에 대한 관의 직경(D)입니다. 굽힘 반경은 흔히 D 값보다 훨씬 큰 값으로 표현됩니다. 예를 들어, 2D 굽힘 반경은 외경 3인치 파이프의 경우 6인치입니다. 굽힘 반경(D)이 클수록 굽힘을 만들기가 더 쉽습니다. 또한 벽 계수가 낮을수록 굽힘이 더 쉬워집니다. 벽 계수와 굽힘 반경(D) 사이의 이러한 상관관계는 파이프 굽힘 프로젝트를 시작하는 데 필요한 사항을 결정하는 데 도움이 됩니다.
그림 1. 타원형도 백분율을 계산하려면 최대 외경과 최소 외경의 차이를 공칭 외경으로 나눕니다.
일부 프로젝트 사양에서는 자재 비용 절감을 위해 더 얇은 튜브나 파이프를 사용하도록 요구합니다. 그러나 튜브 벽이 얇아지면 굽힘 부분에서 튜브의 모양과 일관성을 유지하고 주름 발생 가능성을 없애기 위해 생산 시간이 더 오래 걸릴 수 있습니다. 경우에 따라 이러한 인건비 증가가 자재 절감 효과를 상쇄할 수 있습니다.
튜브가 구부러질 때, 구부러진 부분 근처와 그 주변에서 원형 모양을 100% 잃을 수 있습니다. 이러한 변형을 타원형이라고 하며, 튜브의 외경 중 가장 큰 치수와 가장 작은 치수의 차이로 정의됩니다.
예를 들어, 외경 2인치 튜브는 굽힘 후 최대 1.975인치까지 늘어날 수 있습니다. 이 0.025인치의 차이가 타원형 변형률이며, 이는 허용 오차 범위 내에 있어야 합니다(그림 1 참조). 부품의 최종 용도에 따라 타원형 변형률 허용 오차는 1.5%에서 8% 사이일 수 있습니다.
타원형 변형에 영향을 미치는 주요 요인은 엘보 D와 벽 두께입니다. 얇은 벽 재질에서 작은 곡률 반경을 구부릴 때 타원형 변형을 허용 오차 범위 내로 유지하기는 어려울 수 있지만, 불가능한 것은 아닙니다.
타원도는 벤딩 과정에서 튜브 또는 파이프 내부에 맨드릴을 배치하거나, ​​일부 부품 사양에서는 처음부터 맨드릴에 인발된 (DOM) 튜빙을 사용하여 제어합니다. (DOM 튜빙은 내경 및 외경 공차가 매우 엄격합니다.) 타원도 공차가 낮을수록 더 많은 공구와 생산 시간이 필요할 수 있습니다.
튜브 벤딩 작업에서는 특수 검사 장비를 사용하여 성형 부품이 사양 및 허용 오차를 충족하는지 확인합니다(그림 2 참조). 필요한 조정 사항은 필요에 따라 CNC 기계로 전송할 수 있습니다.
롤 벤딩은 큰 곡률 반경의 굽힘을 만드는 데 이상적이며, 파이프나 튜브를 삼각형 형태로 배열된 세 개의 롤러 사이로 통과시키는 방식입니다(그림 3 참조). 일반적으로 고정된 두 개의 바깥쪽 롤러는 재료의 하단을 지지하고, 안쪽의 조절 가능한 롤러는 재료의 상단을 누릅니다.
압축 벤딩. 이 비교적 간단한 방법에서는 벤딩 다이가 고정된 상태로 유지되고 카운터 다이가 고정 장치 주위의 재료를 구부리거나 압축합니다. 이 방법은 맨드릴을 사용하지 않으며 벤딩 다이와 원하는 벤딩 반경이 정확하게 일치해야 합니다(그림 4 참조).
비틀고 구부리기. 가장 일반적인 튜브 벤딩 방식 중 하나는 회전식 스트레치 벤딩(맨드릴 벤딩이라고도 함)으로, 벤딩 다이와 압력 다이, 그리고 맨드릴을 사용합니다. 맨드릴은 파이프나 튜브를 구부릴 때 지지하는 금속 막대 또는 코어입니다. 맨드릴을 사용하면 벤딩 중에 튜브가 찌그러지거나 납작해지거나 주름지는 것을 방지하여 튜브의 형태를 유지하고 보호할 수 있습니다(그림 5 참조).
이 분야에는 두 개 이상의 중심선 반경이 필요한 복잡한 부품에 대한 다중 반경 벤딩이 포함됩니다. 다중 반경 벤딩은 중심선 반경이 큰 부품(하드 툴링이 적합하지 않을 수 있음)이나 한 번의 완전한 공정으로 성형해야 하는 복잡한 부품에 특히 적합합니다.
그림 2. 특수 장비는 실시간 진단 기능을 제공하여 작업자가 부품 사양을 확인하거나 생산 중에 필요한 수정 사항을 적용할 수 있도록 지원합니다.
이러한 유형의 벤딩을 수행하기 위해 회전식 드로 벤더에는 원하는 반경별로 하나씩, 총 두 개의 공구 세트가 제공됩니다. 오른쪽 벤딩용 헤드 하나와 왼쪽 벤딩용 헤드 하나를 사용하는 이중 헤드 프레스 브레이크의 맞춤형 설정을 통해 동일한 부품에 작은 반경과 큰 반경을 모두 구현할 수 있습니다. 왼쪽과 오른쪽 엘보 사이의 전환은 필요한 만큼 반복할 수 있으므로 튜브를 제거하거나 다른 기계를 사용하지 않고도 복잡한 형상을 완벽하게 성형할 수 있습니다(그림 6 참조).
작업을 시작하려면 기술자는 벤딩 데이터 시트 또는 생산 도면에 명시된 튜브 형상에 따라 기계를 설정하고, 도면에서 좌표와 길이, 회전 및 각도 데이터를 입력하거나 업로드합니다. 다음으로 벤딩 시뮬레이션을 실행하여 벤딩 주기 동안 튜브가 기계 및 공구에 간섭하지 않는지 확인합니다. 시뮬레이션에서 충돌이나 간섭이 발생하면 작업자는 필요에 따라 기계를 조정합니다.
이 방법은 일반적으로 강철이나 스테인리스강으로 만들어진 부품에 필요하지만, 대부분의 산업용 금속, 벽 두께 및 길이에 적용할 수 있습니다.
자유 벤딩. 더욱 흥미로운 방법인 자유 벤딩은 벤딩할 파이프나 튜브와 동일한 크기의 다이를 사용합니다(그림 7 참조). 이 기술은 각 벤딩 사이에 직선 구간이 거의 없는 180도 이상의 각도 벤딩이나 다중 반경 벤딩에 매우 적합합니다(기존의 회전식 스트레치 벤딩은 공구가 잡을 수 있도록 직선 구간이 필요합니다). 자유 벤딩은 클램핑이 필요하지 않으므로 튜브나 파이프에 자국이 남을 가능성을 없애줍니다.
식품 및 음료 기계, 가구 부품, 의료 장비 등에 자주 사용되는 얇은 벽의 튜브는 자유로운 굽힘에 이상적입니다. 반대로 벽이 두꺼운 부품은 이러한 용도에 적합하지 않을 수 있습니다.
대부분의 파이프 벤딩 작업에는 공구가 필요합니다. 회전식 스트레치 벤딩에서 가장 중요한 세 가지 공구는 벤딩 다이, 압력 다이 및 클램핑 다이입니다. 벤딩 반경과 벽 두께에 따라 만족스러운 벤딩을 얻기 위해 맨드릴과 와이퍼 다이가 추가로 필요할 수 있습니다. 여러 번 벤딩해야 하는 부품에는 튜브 바깥쪽을 단단히 잡고 부드럽게 닫히면서 필요에 따라 회전하고 튜브를 다음 벤딩 지점으로 이동시키는 콜릿이 필요합니다.
이 공정의 핵심은 금형을 구부려 부품의 중심선 반경을 형성하는 것입니다. 금형의 오목한 채널 부분은 튜브의 외경에 맞춰져 구부러지는 동안 재료를 고정하는 역할을 합니다. 동시에, 압력 금형은 튜브가 벤딩 금형 주위로 감기는 동안 튜브를 고정하고 안정화합니다. 클램핑 금형은 프레스 금형과 함께 작동하여 튜브가 벤딩 금형의 직선 구간을 따라 움직이는 동안 튜브를 고정합니다. 벤딩 금형 끝부분에서는 재료 표면을 매끄럽게 하고, 튜브 벽을 지지하며, 주름과 밴딩을 방지하기 위해 필요에 따라 닥터 금형을 사용합니다.
맨드릴은 파이프나 튜브를 지지하고, 튜브의 꺾임이나 변형을 방지하며, 타원형 변형을 최소화하기 위해 청동 합금이나 크롬 도금 강철로 만들어진 삽입물입니다. 가장 일반적인 유형은 볼 맨드릴입니다. 볼 맨드릴은 다양한 곡률 반경의 벤딩이나 표준 벽 두께의 가공물에 적합하며, 와이퍼, 고정구, 압력 다이와 함께 사용됩니다. 이들과 함께 사용하면 벤딩을 고정, 안정화 및 매끄럽게 만드는 데 필요한 압력을 높일 수 있습니다. 플러그 맨드릴은 와이퍼가 필요 없는 두꺼운 벽 파이프의 큰 곡률 반경 엘보에 사용되는 단단한 막대입니다. 성형 맨드릴은 두꺼운 벽 튜브 또는 평균 곡률 반경으로 구부러진 튜브의 내부를 지지하기 위해 사용되는 구부러진(또는 성형된) 끝단을 가진 단단한 막대입니다. 또한 정사각형 또는 직사각형 튜브가 필요한 프로젝트에는 특수 맨드릴이 필요합니다.
정확한 벤딩 작업에는 적절한 공구와 설정이 필요합니다. 대부분의 파이프 벤딩 업체는 공구를 재고로 보유하고 있습니다. 만약 재고가 없다면, 특정 벤딩 반경에 맞는 공구를 별도로 구매해야 합니다.
벤딩 다이 제작에 드는 초기 비용은 매우 다양합니다. 이 일회성 비용에는 필요한 금형을 제작하는 데 필요한 재료비와 생산 시간이 포함되며, 제작된 금형은 일반적으로 후속 프로젝트에도 재사용됩니다. 부품 설계에서 벤딩 반경에 유연성이 있다면, 제품 개발자는 공급업체의 기존 벤딩 금형을 활용하도록 사양을 조정할 수 있습니다(새로운 금형을 제작하는 대신). 이는 비용을 관리하고 리드 타임을 단축하는 데 도움이 됩니다.
그림 3. 큰 곡률 반경의 굽힘 가공에 이상적인 롤 벤딩 방식으로 튜브 또는 튜브형 구조물을 성형할 수 있으며, 삼각형 형태로 배치된 3개의 롤러가 사용됩니다.
굽힘 부위 또는 그 근처에 특정 구멍, 슬롯 또는 기타 형상이 있는 경우, 튜브를 구부린 후에 레이저 절단을 해야 하므로 추가 작업이 필요합니다. 공차 또한 비용에 영향을 미칩니다. 매우 까다로운 작업의 경우 추가 맨드릴이나 다이가 필요할 수 있으며, 이로 인해 설정 시간이 증가할 수 있습니다.
제조업체는 맞춤형 엘보 또는 벤드를 조달할 때 고려해야 할 변수가 많습니다. 도구, 재료, 수량 및 인건비와 같은 요소들이 모두 중요한 역할을 합니다.
파이프 벤딩 기술과 방법은 세월이 흐르면서 발전해 왔지만, 많은 기본 원칙은 여전히 ​​동일합니다. 기본 원칙을 이해하고 경험이 풍부한 공급업체와 상담하면 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.
FABRICATOR는 북미 최고의 금속 성형 및 가공 산업 전문 잡지입니다. 이 잡지는 제조업체들이 더욱 효율적으로 업무를 수행할 수 있도록 뉴스, 기술 기사 및 사례 연구를 제공합니다. FABRICATOR는 1970년부터 업계에 기여해 왔습니다.
이제 The FABRICATOR 디지털판에 대한 전체 액세스 권한을 통해 업계의 귀중한 자료에 손쉽게 접근할 수 있습니다.
튜브 앤 파이프 저널의 디지털판을 이제 완전히 이용하실 수 있어 업계의 귀중한 자료에 쉽게 접근할 수 있습니다.
금속 스탬핑 시장의 최신 기술 발전, 모범 사례 및 업계 뉴스를 제공하는 STAMPING Journal 디지털판에 대한 전체 액세스 권한을 누리세요.
이제 The Fabricator en Español 디지털판에 대한 전체 액세스 권한을 통해 업계의 귀중한 자료를 손쉽게 이용할 수 있습니다.