KR100352221B1 - 폐쇄형프레임구조의롤하우징 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 박판 금속(sheet metal)과 스트립을 압연하기 위한 중량형 압연 스탠드용 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징에 관한 것이다. 롤 하우징은 삽입부를 수용하고 안내하기 위한 기둥 창의 경계를 짓는 2개의 하우징 기둥을 포함하고, 서로 평행한 내면과 2개의 하우징 기둥을 연결하는 상부 횡바와 하부 횡바를 가진다.

본 발명은 각각의 하우징 기둥(2, 3)의 기둥 창(6)의 반대쪽 외부면(10)이 하우징 기둥(2, 3)의 횡단면을 줄이기 위하여 횡바(4, 5)에서부터 시작해서 기둥 창(6)쪽으로 함몰되고, 하우징 기둥은 상부 횡바와 하부 횡바(4, 5)의 중간부(11)에서 가장 작은 횡단면을 나타낸다는 점에 특징이 있다.

Description

폐쇄 프레임 구조의 롤 하우징{ROLL POST WITH A CLOSED FRAME CONSTRUCTION}

종래의 압연기는 기본적으로 2개의 롤 하우징으로 이루어지는 데, 그 안에 삽입체가 지지하는 베어링 내에서 움직이는 롤러가 장착된다. 하우징 기둥은 그 아래에 횡바로 상호 연결되므로, 횡바와 기둥이 압연 스탠드를 이룬다. 하우징 기둥은 압연 스탠드를 지지하는 구조로서 압연 과정에서 발생하는 모든 압연력을 흡수한다. 따라서 기둥은 강도가 커서 형태가 거의 변하지 않아야 하는 동시에, 스탠드의 모든 부품을 적절하게 배치할 수 있도록 해야 한다. 중량 압연기에서는 폐쇄형 프레임 구조의 일체형 기둥이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이, 하우징 기둥 사이의 기둥 창은 롤러 베어링용 삽입부를 수용한다. 따라서, 하우징 창은 삽입부가 미끄러면서 이동하도록 하는 안내장치를 구비해야 한다. 그리고 삽입부와 하우징 기둥 사이의 가능한한 좁은 활동 유극(遊隙)이 압연 재료의 편차를 작게 하도록, 서로 마주보는 기둥 창의 내면은 매우 적은 간극(間隙)을 두고 정확히 평행해야 한다.

롤 하우징 구조를 설계할 때, 특히 앞서 설명한 폐쇄형 기둥의 경우, 압연시에 압연력이 거의 세로 방향으로 작용하기 때문에, 횡바에 각각 압력을 가하는 서로 다른 방향의 압연력이 동일한 세기로 전 시스템에 작용한다는 점을 고려해야 한다. 폐쇄형 기둥은 탄성 프레임으로 간주될 수 있는데, 탄성 프레임 안에서 하우징 기둥 횡단면에 압연력이 작용하는 수직 방향으로, 예를 들어 압연력 세기의 절반 정도되는 인장력이 작용하는 동시에 기둥의 모서리에서 시작되는 휨 모멘트도 작용한다(도 2). 하우징 기둥과 단단히 연결된 횡바는 휠때에만 이용된다. 하우징 기둥이 인장 응력 이외에도 유효 휨 모멘트에 의하여 기둥 창 쪽으로 충분히 휘기 때문에, 기둥에서 가장 큰 응력은 기둥 창의 면 안의 하우징 기둥에 가해져야 한다. 기둥 창이 수축되는데, 이는 하우징 기둥 내면의 내부 치수 간격이 압연 무게에 의해 줄어든다는 것을 뜻한다.

기둥의 요구 강도가 보장되어야 하므로, 모든 설계자들은 하우징 기둥의 넥킹(necking) 정도가 가능한한 최소가 되도록 노력하고 있다.

기둥의 넥킹이 과도한 경우, 삽입부가 끼어서 움직이지 않을 수 있으므로, 삽입부의 조정을 방해한다는 것을 쉽게 알 수 있다. 유극을 넓힘으로써 삽입부 안내의 안정성이 약화되고 압연 재료의 치수 편차가 예상되므로, 삽입부와 기둥창의 내면 사이의 유극을 넓히는 가능성은 배제된다. 따라서 압연 스탠드의 수축으로 인하여 기둥 창을 추후에 자주 가공해야 하므로, 시간과 비용이 다량으로 소비된다.

기둥의 넥킹을 적게 유지하려는 다양한 해결 방법은 제한적으로만 실시할 수 있었다. 그러므로 횡바의 확대를 통해 하우징 기둥을 휘게 하는 모멘트를 줄이려는 시도가 있었다. 또한, 비교적 큰 저항 모멘트로 인하여 하우징 기둥이 휘는 것에 대응하기 위하여 하우징 기둥 자체를 확대하려고 시도하였다. 이러한 2가지 경우에 있어서, 압연 스탠드는 재료를 많이 이용하여 비교적 무겁게 만들어지므로 비용이 매우 많이 든다. 또한 기둥 창의 모서리 부분을 언더컷(undercut)함으로써 기둥 프레임의 강도를 줄이려고 시도하였고, 횡바와 하우징 기둥간의 이음매에 의한 연결을 실제로 압연 스탠드에 시뮬레이션하였다. 그러나 전술한 부분을 언더컷함으로써, 전술한 부분의 압연 스탠드의 안정성이 매우 약화되어 언더컷 작업은 원하던 성과를 거두지 못했다.

문서 JP-A 56-151108에는 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징을 나타내는 데, 폐쇄형 프레임 구조에서는 하우징 기둥이 수압에 의해 작동되는 집게식 쇠붙이와 꽉 물리기 때문에, 압연력에 의해 기둥 창이 벌어지는 것이 방지된다. 여기서, 하우징 기둥은 길이의 주요 부분에서 횡단면상으로 보아 일정하게 형성되는데, 이는 하우징 기둥의 내면과 외면이 평행하게 뻗어 있다는 것을 뜻한다. 발생하는 하중을 기둥 프레임의 모서리에서 수용하기 위하여 하우징 기둥과 횡바 사이의 연결부만을 강화한다. 수압식 실린더로 견인력을 발생함으로써 장착된 집게는 하우징 기둥이 바깥쪽으로 벗어나는 것을 방지한다. 압연력에 의한 기둥 창의 수축은 전술한 일본 출원의 방법과 수단으로도 그 목적을 달성할 수 없다.

본 발명은 롤 하우징에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박판 금속(sheet metal)과 스트립을 압연하기 위한 중량의 압연 스탠드용 폐쇄형 프레임 구조를 지닌 롤 하우징에 관한 것이다. 롤 하우징은 삽입체를 수용하고 안내하기 위한 하우징 창의 경계를 정하는 2개의 하우징 기둥을 포함한다. 또한, 하우징 기둥은 상호 평행인 내면을 지닌다. 상부 횡바 및 하부 횡바는 하우징 기둥을 연결한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징을 매우 단순화한 입체 도면이다.

도 2는 압연 하중에 따라 기둥 창이 수축되고 벌어지는 것을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 롤 하우징의 도면이다.

도 4는 종래 기술과 본 발명에 따른 롤 하우징의 수평 수축을 나타내는 그래프이다.

도 5는 종래 기술과 본 발명에 따른한 최대 환산 응력과 기둥의 수직 팽창을 비교한 막대 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 롤 하우징이 롤 하우징의 높이와 0~100% 사이의 압연력에 따라 수축하는 것을 나타내는 입체 그래프이다.

본 발명은 앞서 설명한 문제점으로부터 시작하여 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징을 형성함으로써, 기둥에 응력이 집중되는 것을 방지함과 동시에 압연력이 작용하여 하우징 기둥 사이의 기둥 창의 수축이 합리적인 수치까지 감소하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 하우징 기둥의 횡단면을 감소시키도록 기둥 창의 반대쪽을 향하는 각각의 하우징 기둥의 외부면이 횡바에서부터 시작하여 창쪽으로 함몰된다. 하우징 기둥은 상부 횡바와 하부 횡바 사이의 중간부에서 가장 작은 횡단면을 나타낸다.

하우징 기둥의 외부면이 연속적으로 또는 다각형으로 함몰됨으로써 하우징 기둥의 창 쪽으로의 넥킹이 현저히 감소될 수 있다는 사실을 실험을 통해서 확인하였다. 기둥 횡단면의 확대로 인해 압연롤의 안정성을 높임으로써 기둥 창의 수축을 감소시킨다는 이전의 가정과는 다르게, 하우징 기둥의 외부면, 즉 기둥 창으로부터 떨어진 하우징 기둥의 면에서 횡단면의 감소가 앞서 설명한 바와 같이 이루어 질 때, 하우징 기둥의 횡단면 감소에 따라 본 발명에서 추구하는 목적이 달성된다는 것을 알 수 있다.

각각의 하우징 기둥의 외부면은 세로 방향으로 뻗어 있는 오목한 윤곽선을 지니는 것이 바람직하므로, 하우징 기둥의 횡단면이 횡바에서부터 시작하여 하우징 기둥의 중간 부분에 이르기까지 점점 감소된다.

본 발명의 두드러진 특징에 따른 횡단면의 감소는 각각의 하우징 기둥 외부면의 세로 방향으로 원호형으로 뻗은 윤곽선으로 설명될 수 있다. 이러한 윤곽선을 나타내는 원호의 반지름 중점은 하우징 기둥 외부의 중간부에 위치한다.

또한 각각의 하우징 기둥의 외부면은 세로 방향으로 평행하게 뻗은 포물선 형태이거나, 예를 들면 2개의 지지대 위의 캐리어의 곡선에 대응하는 것도 생각해 볼 수 있다.

또한 본 발명의 프레임에서, 각각의 하우징 기둥의 외부면이 세로 방향으로 뻗어 있으며 다각형으로 설명될 수 있는 윤곽선으로, 극단적인 경우에는 삼각형으로 형성되는 것도 생각할 수 있다.

본 발명에 따른 하우징 기둥의 특수 형태는 종래에 잘 알려진 압연 스탠드에 비하여 근본적인 이점을 나타낸다. 기둥 중간부의 수축이 거의 0으로 줄어들므로, 더이상의 소비적으로 기둥을 추후에 가공할 필요가 없다. 따라서 시간과 비용이 절감될 뿐만 아니라, 압연 스탠드의 유용성을 높인다. 삽입부는 매우 작은 허용 오차를 두고 기둥 창에서 안내될 수 있으며, 따라서 비교적 좋게 삽입부를 안내하고, 비교적 조용하게 베어링이 움직이므로, 압연 재료의 치수 편차가 근본적으로 작아진다. 압연 베어링의 축 방향의 하중은 롤러가 비교적 적게 교차함으로써 감소된다. 이러한 조치는 매우 용이하며, 이밖도 기둥에 소비되는 재료도 절감된다.

본 발명의 실시예를 도면에 나타내며, 이에 따라 설명한다.

도 1에서는 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징을 입체적으로 매우 단순화하여 나타내며, 이러한 프레임 구조는 앞서 종래 기술을 설명할 때 이미 설명되었다. 롤 하우징은 모든 도면에서 도면 부호 1로 표시하고, 상부 횡바(4)와 하부 횡바(5)로 상호 연결된 2개의 하우징 기둥(2, 3)으로 이루어진다. 기둥을 형성함으로써 나타나는 폐쇄형 프레임의 내부에 도면 부호 6의 기둥 창이 존재하고, 하우징 기둥(2, 3)에 형성된 기둥 창의 내면(7)은 평평하게 형성되어, 서로 맞은 편에 위치하는 하우징 기둥(2, 3)과는 평행하게 형성된다. 롤 하우징(1)의 횡바(4)는 압력 너트를 위한 구멍을 구비하는 데, 구멍은 본 발명에서는 주목되지 않는다. 하우징 기둥(2, 3)이 상부 횡바와 하부 횡바 사이에서 치수가 동일한 횡단면을 가진다는 것을 알 수 있다.

도 2는 변형된 기둥의 도면을 나타낸다. 각각 수직 방향으로 작용하는 압연력(Y, Y′)으로 인하여 연결 기둥(1)의 상부 횡바와 하부 횡바(4, 5)가 바깥쪽으로 휘어진다. 이 경우, 점선(8)과 같이 이른바 하우징 기둥(2, 3)이 안쪽으로 휘므로, 기둥 창의 내부 치수의 폭이 작아진다. 구조적으로 기둥 창(6)이 물러나는 크기는 효과적인 압연력(Y, Y′)의 크기와, 기둥 횡바(4, 5)와 하우징 기둥(2, 3)의 치수(L1, L2) 및 저항 모멘트(J1)에 좌우된다.

본 발명에 따른 하우징 기둥(2, 3)이 도 3과 같이 기둥 창(6)쪽으로 함몰되면 하우징 기둥(2, 3)의 휨 또는 수축 차이 크기(9)가 확실히 줄어 거의 0이 될 수 있다. 예를 들어, 하우징 기둥의 외부면(10)이 반지름(R)을 지닌 원호로 나타난 윤곽선을 지니는 데, 이 때 압연 하우징(1)의 중간부(11)를 관통하는 가상의 수평선 위의 반지름(R)을 지닌 원의 중앙점은 기둥 외부에 위치한다. 또한 하우징 기둥(2, 3)의 외부면(10)은 세로 방향으로 포물선 형태로 뻗은 윤곽선일 수도 있다. 도 3의 실시예에서, 반지름(R)은 2개의 하우징 기둥(2, 3)이 함몰된 크기가 도 1과 같이 함몰되지 않은 하우징 기둥의 약 30%에 달하도록 설정된다. 이 실시예에서는 수치상으로 롤 하우징의 총길이 14900㎜, 하우징 기둥의 두께 960㎜에서부터 시작된다. 상부 횡바와 하부 횡바의 높이를 2300㎜로 설정한다. 하우징 기둥 외부면의 함몰부 크기는 제1 변형예가 250㎜, 제2 변형예가 295㎜로 각각 설정되고, 2가지 변형 모두 하우징 기둥의 채택된 960㎜ 두께로 도 1에 따른 동종 롤 하우징의 하우징 기둥과 관련된다.

도 4에서는 하우징 높이에 따른 수평 수축 정도를 그래프로 나타내고 있다.여기서 실선은 종래의 롤 하우징의 수축을 나타낸다. 2개의 점선 중 긴 점선은 250㎜의 함몰부를 지닌 하우징 기둥의 제1 변형예를 나타내고, 상대적으로 짧은 점선은 295㎜의 함몰부를 지닌 하우징 기둥의 제2 변형예를 나타낸다. 종래 기술에 따른 하우징 기둥의 경우, 기둥의 높이 중간 부분이 거의 2㎜ 수평 수축하는 것을 도 4의 그래프에서 명확히 알 수 있다. 본 발명에 따른 2가지의 변형예는 기둥 높이 전체에 걸쳐 수축이 확실히 감소하고, 이 때 제2 변형예의 경우, 즉 295㎜ 함몰된 경우에서 100% 압연 무게에도 기둥 높이 중간 부분의 수축은 0이 된다.

도 5의 막대 그래프는 이러한 사실을 증명한다. 본 발명에 따른 압연기의 실시예에서는 종래 기술의 최대 환산 응력 72.6N/㎟가 제2 변형예에서는 67.8N/㎟로 감소함을 명확히 알 수 있다. 이 때 유효력 Y 및 Y′의 방향으로 기둥의 수직 팽창이 2.13㎜에서 2.39㎜로 미미하게나마 증가하지만, 이러한 롤 하우징의 수직 팽창은 기둥 창의 수축과 비교해 볼 때 해가 되지 않으므로 무시해도 된다.

도 6은 본 발명에 따른 롤 하우징의 수평 수축의 다른 형태로서 압연력의 퍼센트에 따른 입체 그래프를 나타낸다. 또한 여기서 알 수 있는 사실은 기둥의 중간 부분의 압연력이 100%일 경우에도 수축이 확실히 감소하여 거의 0에 이르므로, 본 발명에 따른 롤 하우징은 매우 용이하게 소기의 목적을 달성한다.

Claims (4)

1. 박판금과 스트립을 압연하기 위한 무거운 압연 스탠드용으로, 삽입부를 수용하고 안내하기 위한 기둥 창의 경계를 한정하는 2개의 하우징 기둥을 포함하고, 서로 평행한 내면과 2개의 하우징 기둥을 연결하는 상부 횡바와 하부 횡바를 구비한 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징으로서,

   압연력에 의한 기둥 창(6)의 수축을 줄이기 위하여 기둥 창(6)의 반대쪽 외부면(10)은 하우징 기둥(2, 3)의 횡단면이 줄어든 상태에서 상부 횡바(4) 및 하부 횡바(5)에서부터 시작하여 기둥 창(6)쪽으로 연속적으로 또는 다각형으로 함몰되고, 상기 하우징 기둥은 상기 상부 횡바(4)와 상기 하부 횡바(5)의 중간부(11)의 횡단면이 가장 작은 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징.
2. 제1항에서,

   상기 각각의 하우징 기둥(2, 3)의 상기 외부면(10)이 세로 방향으로 오목형으로 뻗은 윤곽선을 지닌 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징.
3. 제1항에서,

   상기 각각의 하우징 기둥(2, 3)의 상기 외부면(10)이 세로 방향으로 원호형으로 뻗은 윤곽선을 지닌 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징.
4. 제1항에서,

   상기 각각의 하우징 기둥(2, 3)의 상기 외부면(10)이 세로 방향으로 포물선형으로 뻗은 윤곽선을 지닌 폐쇄형 프레임 구조의 롤 하우징.

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