KR0120720Y1 - 선재조압연용 콤포지트롤 - Google Patents

Abstract

본 고안은 선재압연 공정에서 사용하는 조압연 콤포지트-롤(composite-roll)에 관한 것으로, 형상과 치수의 정밀도가 우수한 선재제품을 생산할 수 있도록 하고 롤교체 시간을 단축시켜 생산성 향상과 품질향상 및 롤 가공시간을 단축시킬 수 있도록 한 것이다.

롤-샤프트에 선재압연을 위한 공형이 가공되어 실제압연을 행하게 되는 텅스텐 카바이드-롤과 텡스텐 카바이드-롤을 보호하는 스페어서-롤과 내.외경이 테이퍼로 되어 각 롤과 롤-샤프트를 고정시키는 테이퍼슬리브-롤 및 이들 각 롤을 롤-샤프트에서 분리시키는 유압장치와 롤-샤프트에 유압장치, 테이퍼슬리브-롤, 스페이서-롤, 텅스텐 카바이드-롤을 조립시키는 유압장치, 그리고 조립용 유압장치에 공급된 유압유가 누유되거나 반대방향으로 작용되는 것을 방지하는 체크밸브, 유압장치의 유압유 압력을 확인하는 압력게이지, 조립용 유압장치에서 작용하는 유압의 힘을 각 롤에 전달하는 푸쉬-링(push-ring), 카바, 롤 냉각수나 먼지등 오염물질이 침투하는 것을 방지하는 오-링(O-ring)으로 구성된 것을 특징으로 하는 선재조압연용 콤포지트롤.

Description

선재조압연용 콤포지트롤

본 고안은 선재압연 공정에서 사용하는 조압연 콤포지트롤(compositeroll)에 관한 것으로, 형상과 치수의 정밀도가 우수한 선재제품을 생산할 수 있도록 하고 롤교체 시간을 단축시켜 생산성 향상과 품질향상 및 롤 가공시간을 단축시킬 수 있도록 한 선재조압연용 콤포지트롤에 관한 것이다.

일반적으로 선재 압연공정은 소재인 빌레트(billet)를 가열, 압연, 냉각, 권취, 정정의 단계를 거쳐 직경이 5.5mm 에서 42mm까지의 코일(coil) 형으로 생산하는 공정을 말하며, 선재 압연구간을 조압연, 사상압연으로 구분하고, 조압연에서는 소재에 많은 압하력을 가하여 단면적을 크게 축소시키는 구간이며, 사상압연은 조압연을 거친 소재를 적은 압하력으로 원하는 치수와 형상으로 만드는 과정이다.

그런데, 선재 제품은 치수와 형상의 정밀도가 우수하여야 하며 치수가 큰 제품은 조압연에서 생산되고 있다.

조압연 롤의 재질은 내열성이 우수하고 많은 압하력에도 잘 견디며 가공이 쉽고 비교적 가격이 싸야하므로 구상화 흑연주철을 사용하게 된다.

이와같은 롤의 각부위 명칭은 도 4에 나타낸 바와 같이 몸통(50)과, 베어링이 조립되는 목(51)과, 그리고 실제 압연을 행하는 공형(52)으로 구분되며, 몸통(50)과 공형(52)은 선반에서 바이트로 가공하므로 정확한 공형(52)의 가공이 어렵고, 가공흔적이 존재하며, 재질 특성상 크랙이 심하게 발생되고 마모가 심하여 제품의 형상과 치수가 불량하게 되어 잦은 롤교체로 인한 비가동 시간이 증가하여 생산성은 감소하고 품질의 저하 및 롤가공시간 등이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 사상압연에 사용하는 텅스텐 카바이드롤을 조압연롤에 사용하여 조압연에서 생산되는 선재제품에 대한 치수와 형상의 정밀도를 향상시키고 롤 교체주기를 연장시켜 생산성 향상과 품질의 향상을 도모하며 롤가공 시간의 단축으로 가공능률을 향상시키기 위하여, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 독일 카픽스사(KAFIX)와 일본 미쓰비시사(MITSUBISHI)에서 롤샤프트(36)에 텅스텐 카바이드롤을 조합하여 조립한 선재조압연용 콤포지트롤을 개발하였다.

텅스텐 카바이드는 경도가 아주 높아 다이아몬드 입자가 함유된 연마기로 롤 외경 및 공형을 연마하여 압연하는데, 가공면이 아주 깨끗하고 정밀하며 마모가 극히 적어 선재제품 생산에 적합하다.

한편, 조압연 롤 전체를 텅스텐 카바이드로 만들지 않고 콤포지트 형식으로 하는 것은, 텅스텐 카바이드가 충격이나 굽힘 등에 약하여 쉽게 절손되며 무게가 무겁고 가격이 비싸기 때문이다.

또한, 독일 카픽스사의 콤포지트롤은 도 5에 나타낸 바와 같이 롤샤프트(36)에 롤 조립부의 외경을 평행으로 하여 각 롤을 차례로 조립한 후, 유압장치(28)의 힘으로 각 롤을 멈춤턱(33)에 강하게 밀어서 롤과 롤샤프트(36)가 고정되는 형식이며, 롤의 분해는 롤샤프트(36)의 멈춤턱(33)이 아래로 향하도록 롤샤프트(36)를 수직으로 세우고, 고정볼트(31)를 해체하여 카바(30), 유압장치(28), 퓨셔(27)를 분리시키고, 각 롤을 가열하여 롤의 내경이 커지도록 한 다음 크레인(crane)을 이용하여 각 롤을 롤샤프트(36)에서 분해한다.

조립작업은 수직으로 세워진 롤샤프트(36)의 롤 조립부에 금속접착제를 칠하고 각 롤을 가열하여 롤내경이 커지도록 하여 롤내경과 단면에 금속접착제를 칠하여 접착제가 응고되기 전의 빠른 시간내에 스페이서롤(22), 텅스텐 카바이드롤(23), 스페이서롤(24), 텅스텐 카바이드롤(25), 스페이서롤(26)을 차례로 롤샤프트(36)에 조립하고, 접착제가 골고루 접착되도록 각 롤을 회전시킨 후, 퓨셔(27)를 조립하고 유압장치(28)의 내경 암나사와 롤샤프트(36)의 수나사가 형성된 일측의 끝단부(34)에서 타측의 끝단부(34a)를 체결한 후, 카바(30)를 고정볼트(31)로 고정시키고, 유압장치(28)에 유압을 가하여 롤과 롤사이의 틈새가 없어지면 유압유 공급구(29)를 플러그 스크류로 체결한다.

또한, 일본 미쓰비시사의 콤포지트롤은 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 롤샤프트(42)에 텅스텐 카바이드롤과 스페이서롤을 미쓰비시의 특수한 방법으로 조립한 카세트롤(cassette roll)(37)(39)을 테이퍼(taper)로 서로 끼워맞춤하여, 고정링(43)(43a)을 롤샤프트(42)에 고정시킨 형식이며, 카세트롤(37)(39)과 롤샤프트(42)의 분해는 고정링(43)(43a)을 해체하고, 카세트롤(37)과 카세트롤(39) 사이의 유압장치(38)에 유압을 가하면 롤샤프트(42)와 카세트롤(37)(39)이 테이퍼로 되어 있어 어느 한쪽의 카세트롤이 먼저 분해된다.

한편, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이 일측의 카세트롤(39)이 먼저 분해가 된 경우 유압장치(38)의 피스톤 돌출량을 0이 되게하여 다시 조립하고, 분해조립용의 공기구1(47), 공기구2(49a), 유압구(44a), 공기구3(48)을 롤샤프트(42)에 차례로 조립하여 고정구(46a)로 고정시키고, 유압장치(38)에 유압을 가하여 반대편 카세트롤(37)을 분리시킨다.

롤과 롤샤프트의 조립방법은 도 7(b)에 나타낸 바와 같이 롤샤프트(42)에 카세트롤(37)을 밀어 넣은 후, 분해조립용의 공기구2(49), 유압구(44), 공기구3(45)을 차례로 설치하여 고정구(46)로 롤샤프트(42)에 고정시키고, 유압구(44)에 유압을 가하면 유압의 힘이 공기구2(49)를 거쳐 카세트롤(37)을 롤샤프트 일측의 끝부분(40)과 타측의 끝부분(40a)에 강하게 끼워 넣게 된다.

그리고, 유압장치(38)의 피스톤 돌출량이 0이 되게 하여 일측의 롤샤프트의끝부분(40a)과 타측의 끝부분(41a)의 위치에 조립하고, 반대편 카세트롤(39)을 밀어넣은 후, 분해조립용 공기구2(49a), 유압구(44a), 공기구3(48)을 차례로 설치하고 고정구(46a)를 롤샤프트(42)에 고정시키고, 유압구(44a)에 유압을 가하여 카세트롤(39)이 롤샤프트 양끝부분(41)(41a)에 조립되면, 분해조립용의 공기구들을 롤샤프트(42)에서 분리시키고, 고정링(43)(43a)을 가열하여 롤과의 틈새가 없도록 한 후 냉각, 고정시킨다.

이상과 같은 2가지 형식의 선재 조압연 콤포지트롤은 압연작업시 소재의 압하력과 롤의 구동력 그리고 가열된 소재의 열에 의한 롤의 팽창으로 롤과 롤샤프트가 서로 헛돌아 롤이 압연을 하지 못하여 롤샤프트의 외경과 롤의 내경이 손상되고 압연작업의 장애요인을 발생시키는 경우가 있다.

한편, 도 5에 나타낸 바와 같은 독일 카픽스사의 롤은 유압장치(28)에서 유압유가 누유되거나, 금속접착제의 접착력이 떨어지는 경우에는 롤과 롤샤프트는 헛돌게 되고, 롤의 분해조립시 가열작업으로 인한 작업자의 안전사고 위험과 롤샤프트에 정확히 조립하기가 어려우며, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같은 일본 미쓰비시사의 롤은 테이퍼에 의한 끼워맞춤과 고정링의 열박음으로 압연작업시 발생하는 열과 소재의 열로 고정링 내경이 커져 고정링이 이탈되거나, 롤 중앙부에서 끝부분으로 하중이 발생될 때 롤이 헛돌게 되며, 롤의 분해조립시 많은 공기구와 복잡한 작업방법으로 작업시간이 많이 소요되며, 중량물의 공기구 이송, 보관과 고정링의 가열작업에 따르는 안전사고의 위험이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 고안된 것으로, 롤과 롤샤프트의 헛돌음을 완전히 방지하고, 롤과 롤샤프트의 분해 조립을 용이하게 할 수 있도록 한 선재조압연용 콤포지트롤을 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 고안의 정면도.

도 2는 본 고안의 내부구조를 나타내기 위한 단면도.

도 3은 본 고안의 체크밸브의 구조를 나타내기 위한 발췌단면도.

도 4는 일반적인 선재조압연롤의 사시도.

도 5는 종래의 선재조압연용 콤포지트롤 단면도.

도 6은 종래의 다른 선재조압연용 콤포지트롤 단면도.

도 7(a), 도 7(b)는 각각 도 6의 분해, 조립방법을 나타내기 위한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 롤샤프트 2: 분해용유압장치

3,5: 스페이서롤 4,6: 텅스텐카바이드롤

7: 테이퍼슬리브롤 8: 푸쉬링

9: 조립용 유압장치 10: 카바

20: 체크밸브 21: 압력게이지

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 롤샤프트(1)에 분해용유압장치(2), 테이퍼슬리브롤(7), 푸쉬링(8), 조립용유압장치(9), 카바(10)를 차례로 끼워 고정하되, 상기 롤샤프트(1)의 외경과 테이퍼슬리브롤(7)의 내경은 서로 긴밀히 결합되도록 테이퍼지게 형성하고, 상기 테이퍼슬리브롤(7)의 테이퍼진 외경에는 텅스텐카바이드롤(6), 스페이서롤(5), 텅스텐카바이드롤(4), 스페이서롤(3)를 긴밀히 끼워 밀착되도록 고정시키고, 상기 조립용유압장치(9)는 상기 롤샤프트(1)에 나사결합하고, 상기 조립용유압장치(9)에는 공급되는 유압유가 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(20)와 유압유의 압력을 확인하기 위한 압력게이지(21)를 설치한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안 선재조압연용 콤포지트롤의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

텅스텐카바이드롤(4)(6)과 스페이서롤(3)(5), 테이퍼슬리브롤(7)은 단면이 도 2에 나타낸 바와 같이 테이퍼로 되어 있으며 테이퍼슬리브롤(7) 외경에 텅스텐카바이드롤(6), 스페이서롤(5), 텅스텐카바이드롤(4), 스페이서롤(3)을 밀어 넣고 회전시키면서 각 롤의 단면을 서로 깊은 홈에 맞추면 롤 단면 테이퍼에 의해 서로 고정되고 각 롤의 내경과 테이퍼슬리브롤(7)은 양 끝부분(19)(19a)의 테이퍼에 의해 조립된다.

이렇게 세트로 조립된 세트 롤(set roll)은 롤샤프트(1)의 외경 즉 일측 끝단부(16)에서 타측끝단부(16a)까지의 롤샤프트(1)의 외경 테이퍼와 테이퍼슬리브롤(7)의 내경 테이퍼에 의해 다시 조립되고, 롤샤프트(1)의 수나사가 형성된 양끝부분(17)(17a)까지 롤의 회전방향과 반대의 회전방향으로 가공된 수나사와 암나사에 의해 고정된 고정용유압장치(9)를 이용한 힘이 푸쉬링(8)을 통하여 테이퍼슬리브롤(7), 텅스텐카바이드롤(6), 스페이서롤(5), 텅세텐카바이드롤(4), 스페이서롤(3)과 분해용유압장치(2)를 롤샤프트(1)의 멈춤턱(15)에 강하게 밀어 주게 되어, 롤샤프트(1)와 각각의 롤의 헛돌음을 방지하도록 한다.

또한, 테이퍼슬리브롤(7)이 밀려들어가면서 테이퍼에 의해 외경이 커져 꽉 끼이는 구조가 되어져서 축과 롤의 내경이 완전히 밀착되어 미끄럼을 방지하는데 이렇게 축과 롤의 내경의 미끄럼을 방지하는 가장 기본적이고 확실한 구조가 테이퍼를 이용한 축과 구멍의 끼워 맞춤 형식이다.

한편, 롤샤프트(1)의 수나사가 형성된 양끝부(17),(17a)에서 나사의 회전방향이 롤의 회전방향과 반대방향으로 되어 있는 것은 롤이 회전할때 관성력이나 기타 외력을 받아도 풀리지 않게 하기 위함이다.

이상과 같은 구조와 콤포지트롤의 조립방법은 롤샤프트(1)에 실린더와 피스톤(12a)이 원통형으로 구성된 분해용유압장치(2)의 피스톤(12a)의 돌출량이 0이 되게하여 피스톤(12a) 부분이 롤샤프트(1)의 멈춤턱(15)을 향하도록 하여, 분해용유압장치(2)와 멈춤턱(15)사이에 오링(11a)(O ring)을 설치하여 밀어 넣은 후, 테이퍼슬리브롤(7)에 텅스텐카바이드롤(6), 스페이서롤(5), 텅스텐카바이드롤(4), 스페이서롤(3)을 차례로 조립하여 세트가 된 세트 롤(set roll)과 푸쉬링(8)을 상기 롤샤프트(1)에 끼워 넣고, 조립용유압장치(9)의 피스톤(12b)의 돌출량이 0이 되게 하여, 상기 피스톤(12b)이 푸쉬링(8)을 향하도록 롤샤프트(1)의 수나사가 형성된 일측의 끝부분(17)에서 타측의 끝부분(17a)까지 수나사와 조립용유압장치(9)의 암나사를 견고히 체결한다.

그리고 유압유 공급구(13b)에 유압펌프를 연결하고 유압펌프를 작동시켜 압력을 높이면 피스톤(12b)의 힘이 푸쉬링(8)을 통해 테이퍼슬리브롤(7), 텅스텐카바이드롤(6), 스페이서롤(5), 텅스텐카바이드롤(4), 스페이서롤(3)과 분해용유압장치(2)를 밀게되고 롤샤프트(1)의 멈춤턱(15)에 의해 이들 각 부분은 강하게 밀착되고 롤샤프트(1)의 외경 끝단부(16)에서 끝단부(16a)까지와 테이퍼슬리브롤(7)의 외경 테이퍼(19)에서 테이퍼(19a)에 의해 서로 꽉 조이게 된다.

이때 유압펌프의 작동을 중지하고 유압유 공급구(13b)에서 펌프를 분리시키고 유압유 공급구(13b)에 플러그 스크류(PLUG-SCREW)(18a)를 압력게이지(21)의 최종압력을 확인하면서 조인다.

이때 조립용유압장치(9)에 가해진 압력은 체크밸브(20)에 의해 반대방향으로 새지않고, 플러그 스크류(18a)에 의해 더욱 더 강한 압력을 피스톤(12b)에 전달한다.

또한, 압연작업중 압력게이지(21)를 확인하여 유압의 변화를 점검하고 미세하게 압력이 낮아진 경우에는 플러그 스크류(18a)를 조여주는 것으로 체결압력을 유지할 수 있으며, 플러그 스크류(18a)로 체결압력을 유지하지 못할때에는 그 자리에서 유압펌프를 연결하여 체결압력을 원상태로 하여 롤과 롤샤프트의 헛돌음을 방지할 수 있다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이 체크밸브(20)는 유압유 공급부(13b)측에서 피스톤(12b) 측으로의 유압유의 흐름은 가능하지만 반대 반향의 흐름은 스프링(18c)과 원뿔형 볼(18b)에 의하 차단하게 되어 있는 일반적인 것이다.

한편, 카바(10)에 오링(O ring)(11c)(11d)을 설치하여 고정볼트(14)로 조립유압장치(9)를 고정시킨다.

이렇게 조립된 선재 조압연 콤포지트롤은 텅스텐카바이드롤(4)(6)에 필요한 공형(52)을 가공하여 스탠드(stand)라고 하는 압연기에 설치되어 선재압연을 하게되고, 공헝(52)이 마모되어 제품생산이 불가능하면 스탠드에서 롤을 해체하여 각 롤의 외경과 공형(52)을 다시 가공하여 압연을 하게된다.

이러한 압연과 가공을 수회 반복하면 압연 스탠드에서 조정가능한 롤 외경범위의 하한치를 벗어나게 되고 이때 콤포지트롤의 각 부품을 분해한다.

분해방법은 고정볼트(14)를 풀고 카바(10)를 분리시키고 조립용유압장치(9)를 롤샤프트(1)에서 해체한 후, 분해용유압장치(2)의 플러그 스크류(13)를 풀어내고 유압유 공급구(13a)에 유압펌프를 연결하여 펌프를 작동시키면 끝단부(16)에서 끝단부(16a)까지의 테이퍼 구조에 의해서 펌프압력을 조금만 가하여도 푸쉬링(8), 테이퍼슬리브롤(7), 텡스텐카바이드롤(4)(6), 스페이서롤(3)(5)은 쉽게 분리된다.

분해된 스페이서롤(3)(5)과 텅스텐카바이드롤(4)(6), 테이퍼슬리브롤(7)은 폐기하고 새로운 롤을 앞서 기술한 조립방법에 따라 조립하여 사용한다.

따라서, 롤샤프트(1)와 각각의 유압장치(2)(9), 푸쉬링(8), 카바(10)는 반영구적으로 재사용할 수 있으므로 이들 외경은 조압연 롤의 외경관리 하한치보다 약간 작게 만들어져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안 선재조압연용 콤포지트롤을 사용하면, 선재 조압연 롤의 형태와 치수의 변경없이 스탠드에서 롤 구동이 가능한 범위로 제작되어 롤과 롤샤프트의 헛돌음을 방지하는 롤 단면부의 테이퍼에 의한 롤의 조립과 고정, 롤의 내경과 롤샤프트의 외경 테이퍼에 의한 끼워맞춤하고 각 롤을 롤샤프트의 멈춤턱에 강한 유압으로 고정력을 계속 가하는 구조로 함으로써, 조압연에서도 형상과 치수의 정밀도가 우수한 선재제품을 생산할 수 있도록 하며 잦은 롤 교체시간을 단축시켜 생산성 향상과 품질향상 그리고 롤 가공시간 단축을 기할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 롤사프트(1)에 분해용유압장치(2), 테이퍼슬리브롤(7), 푸쉬링(8), 조립용유압장치(9), 카바(10)를 차례로 끼워 고정하되, 상기 롤샤프트(1)의 외경과 테이퍼슬리브롤(7)의 내경은 서로 긴밀히 결합되도록 테이퍼지게 형성하고, 상기 테이퍼슬리브롤(7)의 테이퍼진 외경에는 텅스텐카바이드롤(6), 스페이서롤(5), 텅스텐카바이드롤(4), 스페이서롤(3)를 긴밀히 끼워 밀착되도록 고정시키고, 상기 조립용유압장치(9)는 상기 롤샤프트(1)에 나사결합하고, 상기 조립용유압장치(9)에는 공급되는 유압유가 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(20)와 유압유의 압력을 확인하기 위한 압력게이지(21)를 설치한 것을 특징으로 하는 선재조압연용 콤포지트롤.