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자동차, 의료기기, 주방 용품 및 가구 산업 분야의 제조업체는 스테인리스강 관 굽힘 공정에서 발생하는 어려움을 공감할 수 있습니다. 스테인리스강 관은 굽힘 과정에서 변형되어 관 내경의 내벽에 주름이 생기는 결함이 자주 발생하며, 이로 인해 최종 부품의 구조적 강도뿐 아니라 외관에도 영향을 줄 수 있습니다. 바오루이(Baorui)는 관 가공 기술 분야에서 20년 이상의 경험을 바탕으로, 적절한 맨드릴 설계가 효과적인 해결책이 될 수 있다고 확신합니다. 맨드릴의 각 파라미터가 성형 품질에 어떤 영향을 미치는지를 이해하는 것이 성공적인 굽힘 공정의 핵심 요소입니다.
스테인리스강 관 굽힘 시 주름이 발생하는 원인 이해
스테인리스강 관의 주름 발생은 관을 굽히는 기본 원리에서 비롯됩니다. 외측 벽면은 인장력을 받아 바깥쪽으로 늘어나고, 내측 벽면은 압축력을 받아 안쪽으로 눌려 들어갑니다. 내측 표면에 내부 지지대가 없을 경우, 벽면이 압력에 의해 붕괴되어 주름이 생길 수 있습니다. 스테인리스강 합금은 응력 하에서 가공 경화되며 강도가 높기 때문에 굽힘 공정에는 더 큰 굽힘력이 필요하고 내부 지지가 필수적입니다. 예를 들어, 스테인리스강 304 또는 스테인리스강 316 모두 관 내부에 충분한 지지 도구가 삽입되지 않으면 내측 벽면에 주름이 생길 수 있습니다. 벽 두께 계수(관 외경을 벽 두께로 나눈 값)가 높을수록 주름 발생 가능성이 커집니다. 벽 두께 계수가 20 이상일 경우, 주름 발생에 대해 특히 주의해야 합니다.
맨드릴 직경 및 적합성의 핵심적 역할
마들러의 직경은 내벽 주름 형성을 방지하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 연구에 따르면 마들러 직경을 증가시키면 원형도 저하가 더 크게 억제되고, 압축 측 관 벽의 평탄화 현상이 감소한다. 마들러는 긁힘 또는 관 벽의 과도한 응력 없이 가능한 한 최대한 밀착되도록 설치해야 한다. 일반적으로 마들러는 관 내경(ID) 대비 2%에서 5% 범위 내에서 맞물린다. 특히 스테인리스강 관의 경우, 충분한 지지력을 확보하고 굽힘 중 및 굽힘 후 더 우수한 원형도와 더 엄격한 원형도를 보장하기 위해 마들러 맞춤 정도를 더욱 강화한다. 그러나 과도하게 밀착된 마들러는 굽힘 후 공정에서 긁힘, 금속 간 마찰(갈링), 마들러 추출 어려움 등의 문제를 유발할 수 있다.
주름 방지를 위한 마들러 연장 및 위치 설정
맨드릴을 벤딩 곡선의 접선점에 정확히 위치시키는 것이 주름 형성을 방지하는 데 매우 중요합니다. 맨드릴은 벤딩 지점에서 관 벽을 정확히 지지할 수 있도록 충분히 전방으로 연장되어야 합니다. 연구 결과에 따르면, 대부분의 경우 맨드릴 위치는 접선점보다 0.5–1.5mm 전방에 설정해야 합니다. 그러나 맨드릴을 지나치게 전방으로 위치시키면 관 벽 두께가 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로 주의해야 합니다. 벽 두께 비율이 작은 관의 경우, 맨드릴 위치를 결정하기 위해 간단한 기하학적 공식을 사용할 수 있지만, 항상 최초 검사가 필수적입니다.
복잡한 스테인리스강(SS) 관 벤딩을 위한 볼 맨드릴 구성
스테인리스강 관의 벽 두께 비율이 높거나 굴곡 반경이 지나치게 작을 경우, 플러그보다 더 우수한 결과를 얻기 위해 볼 맨드릴을 사용할 수 있습니다. 볼 맨드릴은 유연한 연결 샤프트로 끝단끼리 연결된 여러 개의 구형 세그먼트로 구성됩니다. 이러한 분할형 공구는 관을 굽힐 때 조화롭게 움직이며 굴곡 호에 맞춰 변형되어 굽힘 전체 과정 내내 관을 전면적으로 지지합니다. 볼 맨드릴 내 볼의 수가 많을수록, 그리고 볼의 배열과 크기가 적절할수록 성형 품질이 향상되고 주름 형성 가능성이 최소화됩니다. 연구에 따르면 맨드릴 종류 및 세그먼트 배열 방식은 재료의 횡방향 흐름을 내측 표면으로 제한함으로써 주름 불안정성과 관의 붕괴를 제어할 수 있습니다. 당사의 CNC 유압 파이프 벤딩 기계는 스테인리스강 적용에 적합한 볼 맨드릴을 장비하고 있습니다.