KR100769253B1 - 링 압연공정의 형상 설계 방법 - Google Patents

링 압연공정의 형상 설계 방법 Download PDF

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KR100769253B1
KR100769253B1 KR1020060067948A KR20060067948A KR100769253B1 KR 100769253 B1 KR100769253 B1 KR 100769253B1 KR 1020060067948 A KR1020060067948 A KR 1020060067948A KR 20060067948 A KR20060067948 A KR 20060067948A KR 100769253 B1 KR100769253 B1 KR 100769253B1
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김정한
박노광
염종택
이동근
허욱
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주식회사 태웅
한국기계연구원
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21HMAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/06Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00Making other particular articles
    • B21D53/16Making other particular articles rings, e.g. barrel hoops

Abstract

본 발명은 링 압연공정의 형상 설계 방법에 관한 것으로서, 형상이 없는 선형 링이나 형상을 가지는 형상 링과 같이 이임매가 없는 링 모양의 제품을 연속적으로 가공하여 원하는 치수의 링 압연품을 만드는 링 압연공정에서 자주 발생되는 피쉬 테일링, 접힘현상 등의 성형 결함을 최소화하도록 블랭크 형상을 설계할 수 있고, 또한 소재의 중량손실을 최소화 하도록 초기 빌렛 및 블랭크의 크기를 결정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 링 압연공정의 형상 설계 방법은, 선형 링의 링 압연공정에 적용되는 블랭크의 형상을 링 압연품으로부터 설계한 후, 초기 빌렛의 크기를 결정하도록 이루어진다.
또한, 본 발명의 링 압연공정의 형상 설계 방법은, 링 압연공정에 의하여 제조되는 형상 링 압연품으로부터 선형 링 형상으로 변환설계하고, 이 변환된 선형 링 형상으로부터 차례로 1차 블랭크 및 2차 블랭크의 형상을 설계한 후, 이 블랭크의 형상으로부터 초기 빌렛의 크기를 결정하도록 이루어진다.
링부품, 링압연, 링제조, 형상, 설계, 블랭크, 빌렛, 선형링, 형상링

Description

링 압연공정의 형상 설계 방법 {METHOD FOR DESIGNING SHAPE IN RING ROLLING PROCESS}
도 1은 링 압연공정의 전체 공정도이다.
도 2는 링 압연공정을 나타내는 전체 흐름도이다.
도 3은 선형 링에 대한 본 발명에 따른 링 압연공정의 형상 설계 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 선형 링에 대한 본 발명에 따른 링 압연공정의 형성 설계 방법을 도형으로 나타낸 단계도이다.
도 5는 형상 링에 대한 본 발명에 따른 링 압연공정의 형상 설계 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 형상 링으로부터 임의의 선형 링으로 변환할 때의 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 선형 링에 대한 본 발명에 따른 링 압연공정의 형성 설계 방법을 도형으로 나타낸 단계도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 소재, 2 : 가열로,
3 : 단조프레스, 4 : 펀치,
5 : 압연롤, 6 : 구동롤,
7 : 상부 축롤, 8 : 하부 축롤,
9 : 블랭크 10 : 가이드롤,
11 : 링 압연품, 12 : (선형 링에 대한) 초기 빌렛,
13 : (선형 링에 대한) 블랭크, 14 : 선형 링 압연품,
15 : 형상 링 압연품, 16 : (형상 링으로부터 변환된) 선형 링,
17 : (형상 링에 대한) 초기 빌렛, 18 : (형상 링에 대한) 1차 블랭크,
19 : (형상 링에 대한) 2차 블랭크.
본 발명은 링 압연공정의 형상 설계 방법에 관한 것으로서, 특히 형상이 없는 선형 링이나 형상을 가지는 형상 링과 같이 이음매가 없는 링 모양의 제품을 연속적으로 가공하여 원하는 치수의 링 압연품을 만드는 링 압연공정에서 자주 발생되는 피쉬 테일링(Fishtailing, 물고기 꼬리 형상의 결함), 접힘현상 등의 성형 결함을 최소화하도록 블랭크 형상을 설계할 수 있고, 또한 소재의 중량손실을 최소화 하도록 초기 빌렛 및 블랭크의 크기를 결정할 수 있는 링 압연공정의 형상 설계 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 링 압연공정은 이음매 없는 링 모양의 제품을 연속적으로 가공하여 원하는 치수의 제품, 즉 링 압연품을 제조하는 공정이다. 이 링 압연공정은, 발전설비, 화학 플랜트, 가스터빈 및 제트엔진용 링부품 등 다양한 분야의 링부품 제조에 적용되고 있다. 이러한 링 압연공정은, 압연과는 다른 제조공정인 링 단조(Ring Forging) 공정에 비해, 작업속도가 빠르고, 온도유지가 가능하며, 수율향상 등을 꾀할 수 있다. 특히, 링 압연공정으로 제조된 링 압연품은 그레인 플로우 라인(Grain Flow Line)이 원주방향으로 끊기지 않고 연속적으로 형성되기 때문에, 우수한 특성을 발현할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2에는 링 압연공정이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 링 압연공정을 통하여 링 압연품을 만드는 과정을 살펴보면, 우선 빌렛 원소재를 적당한 크기로 가스 절단하거나 기계톱으로 절단하여 예컨대, 원기둥 구조의 초기 빌렛(1)을 준비한다(S1).
다음에, 가열로(2)를 이용하여 초기 빌렛(1)을 목표온도로 가열한다(S2).
다음에, 상기 가열된 초기 빌렛(1)을 단조프레스(3)로 이송한다(S3).
상기 단조프레스(3)의 금형은 미리 예열되며, 이 예열된 금형에 의하여 상기 가열된 초기 빌렛(1)에 대하여 업세팅 단조를 수행함으로써 초기 빌렛(1)을 축방향으로 압축한다(S4).
다음에, 초기 빌렛(1)을 업셋팅 단조하여 압축시킨 중간재(1a)를 펀치(4)가 구비된 프레스를 이용하여 구멍을 뚫는 피어싱(Piercing) 공정을 거치게 함으로써, 중공을 가지는 블랭크(Blank, 9)를 만든다(S5).
다음에, 상기 블랭크(9)의 외주를 가압하도록 회전하는 압연롤(5), 상기 블랭크(9)의 내주면을 가압하도록 회전하는 구동롤(6), 상기 블랭크(9)의 상면을 가 압하는 상부 축롤(7), 상기 블랭크(9)의 하부를 가압하는 하부 축룰(8) 및 상기 블랭크(9)의 외주를 회전지지하는 다수의 가이드롤(10)이 구비된 링 압연기에 의하여, 상기 블랭크(9)를 링 압연한다(S6). 이 링 압연에 의하여 소정 형상의 링 압연품(11)을 제조할 수 있다(S7).
상기한 바와 같이 수행되는 링 압연공정에서, 링 압연품(11)의 형상으로부터 블랭크(9)와 초기 빌렛(1)의 크기를 결정하는 것은, 링 압연품(11)의 품질을 결정하는데 있어 상당히 중요한 일이다.
그리고, 상기한 링 압연공정은 2가지 종류로 구분될 수 있는데, 크게 형상이 없는 선형 링을 압연하는 선형 링 압연공정과, 형상을 가지는 형상 링을 압연하는 형상 링 압연공정으로 구분할 수 있다.
두가지 링 압연공정의 차이를 살펴보면, 선형 링 압연공정은, 초기 빌렛으로부터 블랭크를 제조하고, 상기 블랭크를 바로 압연하여 최종적으로 링 압연품을 제조하도록 이루어진다. 이에 반하여, 형상 링 압연공정의 경우, 초기 빌렛으로부터 1차 블랭크를 제조한 후, 원하는 형상에 가깝게 2차 블랭크를 제조하고, 이러한 2차 블랭크를 통해 최종적으로 링 압연품을 제조하는 것에 선형 링 압연공정과는 차이가 있다.
이러한 링 압연공정에 의하여 제조되는 링 압연품과 링 압연공정이 전술한 바와 같은 여러 가지 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 링 압연공정에서는 대표적으로 피쉬 테일링(Fishtailing, 물고기 꼬리 형상의 결함)이나 접힘현상 등의 성형 결함이 나타나는데, 이러한 성형 결함을 억제하기 위하여, 블랭크의 크기를 크게 하거나, 소재의 여유를 과다하게 두어 초기 빌렛 형상을 설계함으로써, 대형의 링 압연품을 제조할 경우 불량률이 높아지고, 소재의 중량이 증가하여 생산단가가 상승되는 문제점이 지적되어 왔다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 형상이 없는 선형 링이나 형상을 가지는 형상 링과 같이 이임매가 없는 링 모양의 제품을 연속적으로 가공하여 원하는 치수의 링 압연품을 만드는 링 압연공정에서 자주 발생되는 피쉬 테일링, 접힘현상 등의 성형 결함을 최소화하도록 블랭크 형상을 설계할 수 있고, 또한 소재의 중량손실을 최소화 하도록 초기 빌렛 및 블랭크의 크기를 결정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 선형 링의 링 압연공정에 적용되는 블랭크의 형상을 링 압연품으로부터 설계한 후, 초기 빌렛의 크기를 결정하도록 이루어지는 링 압연공정의 형상 설계 방법으로서:
상기 블랭크의 형상은, 다음의 수학식(a), (b) 및 (c)를 수식적으로 결합하여 얻어진 수학식(d)에, 링 압연공정에서 피어싱을 위한 펀치 및 내경 가공을 감안하여 미리 알 수 있는 블랭크의 내경, 선형 링 압연품의 외경, 내경 및 높이를 대입하여 블랭크의 외경을 결정하고, 이 결정된 블랭크의 외경을 수학식(a)에 대입하여 블랭크의 높이를 결정하여 설계되고;
상기 초기 빌렛의 크기는, 상기 결정된 블랭크 형상으로부터 다음의 수학식(e)를 이용하여 초기 빌렛의 중량을 계산하고, 상기 초기 빌렛의 중량과, 미리 알려진 초기 빌렛의 직경을 다음의 수학식(f)에 대입하여 초기 빌렛의 높이를 결정하여 설계되는 것을 특징으로 한다.
여기서,
수학식(a)는,
Figure 112006051698605-pat00001
이고,
수학식(b)는,
Figure 112006051698605-pat00002
이며,
수학식(c)는,
Figure 112006051698605-pat00003
이고,
수학식(d)는,
Figure 112006051698605-pat00004
이며,
수학식(e)는,
Figure 112006051698605-pat00005
이고,
수학식(f)는,
Figure 112006051698605-pat00006
이며,
상기 수학식들에서,
h2는 블랭크의 높이, h3는 선형 링 압연품의 높이, b1은 블랭크의 벽두께, b2는 선형 링 압연품의 벽두께, d2는 블랭크의 외경, d3는 블랭크의 내경, d4는 선형 링 압연품의 외경, d5는 선형 링 압연품의 내경, n1은 선형 링 압연품 제작까지의 블랭크 가열 회수, f1은 블랭크에 적용된 여유 중량비율, W1은 초기 빌렛의 중량, W2는 블랭크의 중량, n2는 블랭크 제작까지의 가열회수. f2는 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율, h1은 초기 빌렛의 높이, ρ는 소재의 밀도, 그리고 d1은 초기 빌렛의 직경을 나타낸다.
본 예의 방법에 있어서, 상기 블랭크에 적용된 여유 중량비율(f1)을 3%로 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 예의 방법에 있어서, 상기 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율(f2)을, 링압연품이 2,000kg을 초과하지 않을 경우 9%로 적용하고, 2,000kg 이상일 경우 6%를 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 링 압연공정에 의하여 제조되는 형상 링 압연품으로부터 선형 링 형상으로 변환설계하고, 이 변환된 선형 링 형상으로부터 차례로 1차 블랭크 및 2차 블랭크의 형상을 설계한 후, 이 블랭크의 형상으로부터 초기 빌렛의 크기를 결정하도록 이루어지는 링 압연공정의 형상 설계 방법으로서:
상기 형상 링의 형상은, 형상 링 압연품의 중량(W)과, 형상 링 압연품의 최대 외경과 높이를 변환될 선형 링의 외경과 높이로 하여, 다음의 수학식(g)에 대입하여 선형 링의 내경을 계산하는 단계를 거쳐 변환설계되고;
상기 1차 블랭크의 형상은, 다음의 수학식(h), 수학식(i) 및 수학식(j)를 수식적으로 결합하여 얻어진 수학식(k)에, 링 압연공정에서 피어싱을 위한 펀치 및 내경 가공을 감안하여 미리 알 수 있는 1차 블랭크의 내경, 변환된 선형 링의 외경, 내경 및 높이를 대입하여, 1차 블랭크의 외경을 결정하고, 상기 결정된 1차 블랭크의 외경을 다음의 수학식(h)에 대입하여 1차 블랭크의 높이를 결정하여 설계되며;
상기 2차 블랭크의 형상은, 다음의 수학식(l), 수학식(m) 및 수학식(n)을 수식적으로 결합하여 얻어진 수학식(o)에, 목표로 하는 2차 블랭크의 내경, 결정된 1차 블랭크의 외경, 내경 및 높이를 대입하여 2차 블랭크의 외경을 결정하고, 상기 결정된 2차 블랭크의 외경을 수학식(l)에 대입하여 2차 블랭크의 높이를 결정하여 설계되고;
상기 초기 빌렛의 크기는, 상기 결정된 1차 블랭크 형상으로부터 다음의 수학식(p)를 이용하여 초기 빌렛의 중량을 계산하고, 상기 초기 빌렛의 중량과, 미리 알려진 초기 빌렛의 직경을 다음의 수학식(q)에 대입하여 초기 빌렛의 높이를 결정하여 설계되는 것을 특징으로 한다.
여기서,
수학식(g)는,
Figure 112006051698605-pat00007
이고,
수학식(h)는,
Figure 112006051698605-pat00008
이며,
수학식(i)는,
Figure 112006051698605-pat00009
이고,
수학식(j)는,
Figure 112006051698605-pat00010
이며,
수학식(k)는,
Figure 112006051698605-pat00011
Figure 112006051698605-pat00012
이며,
수학식(l)은,
Figure 112006051698605-pat00013
이고,
수학식(m)은,
Figure 112006051698605-pat00014
이며,
수학식(n)은,
Figure 112006051698605-pat00015
이고,
수학식(o)는,
Figure 112006051698605-pat00016
이며,
수학식(p)는,
Figure 112006051698605-pat00017
이고,
수학식(q)는,
Figure 112006051698605-pat00018
이며,
상기 수학식들에서,
dini는 변환된 선형 링의 내경, dout는 형상 링 압연품 또는 변환된 선형 링의 외경, W는 형상 링 압연품의 중량, ρ는 소재의 밀도, h는 형상 링 압연품 또는 변환된 선형 링의 높이, h5는 1차 블랭크의 높이, h7은 변환된 선형 링의 높이, b3는 1차 블랭크의 벽두께, b5는 변환된 선형 링의 벽두께, d7은 1차 블랭크의 외경, d8은 1차 블랭크의 내경, d11은 변환된 선형 링의 외경, d12는 변환된 선형 링의 내경, n3는 변환된 선형 링 제작까지의 1차 블랭크 가열 회수, n4는 변환된 선형 링의 제작까지의 블랭크 설계 회수, f3는 1차 블랭크에 적용된 여유 중량비율, h6는 2차 블랭크의 높이, b4는 2차 블랭크의 벽두께, d9는 2차 블랭크의 외경, d10은 2차 블랭크의 내경, W4는 초기 빌렛의 중량, W5는 1차 블랭크의 중량, n5는 1차 블랭크 제작까지의 가열회수, f4는 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율, h4는 초기 빌렛의 높이, 그리고 d6는 초기 빌렛의 직경을 나타낸다.
본 예의 방법에 있어서, 상기 1차 블랭크에 적용된 여유 중량비율(f3)을 3%로 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율(f4)을 형상 링압연품이 2,000kg을 초과하지 않을 경우 12%로 적용하고 2,000kg 이상일 경우 9%를 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적 절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 3 및 도 4에는 선형 링에 대하여 본 발명에 따른 링 압연공정의 형상 설계 방법이 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 예의 방법은 선형 링의 링 압연공정에 적용되는 블랭크(13)의 형상을 최종 생산된 선형 링, 즉 선형 링 압연품(14)으로부터 설계한 후, 초기 빌렛(12)의 크기를 결정하도록 이루어진다.
상기 블랭크(13)의 형상은, 다음의 수학식(a), (b) 및 (c)를 수식적으로 결합하여 얻어진 수학식(d)에, 링 압연공정에서 피어싱을 위한 펀치 및 내경 가공을 감안하여 미리 알 수 있는 블랭크(13)의 내경(d3), 선형 링 압연품(14)의 외경(d4), 내경(d5) 및 높이(h3)를 대입하여 블랭크(13)의 외경을 결정하고, 이 결정된 블랭크(13)의 외경(d2)을 수학식(a)에 대입하여 블랭크(13)의 높이(h2)를 결정하여 설계된다.
여기서,
수학식(a)는,
Figure 112006051698605-pat00019
이고,
수학식(b)는,
Figure 112006051698605-pat00020
이며,
수학식(c)는,
Figure 112006051698605-pat00021
이고,
수학식(d)는,
Figure 112006051698605-pat00022
이다.
상기 수학식(a) 내지 수학식(d)에서, b1은 블랭크의 벽두께, b2는 선형 링 압연품(14)의 벽두께, n1은 선형 링 압연품(14) 제작까지의 블랭크 가열 회수, 그리고 f1은 블랭크(13)에 적용된 여유 중량비율을 나타낸다.
예컨대, 외경 921mm, 내경 815mm, 높이 115mm인 선형 링 압연품(14)으로부터 블랭크(13)를 설계한다고 가정하면, 피어싱에 사용된 펀치의 크기와 내경가공을 감안하여 블랭크(13)의 내경을 220mm로 하고, 블랭크(13)에서 최종적으로 선형 링 압연품(14)을 제조하기 까지 가열회수(n1)를 1번하고 여유 중량비율(f1)을 3% 적용한다고 할 때, 수학식(d)에 의하여,
Figure 112006051698605-pat00023
Figure 112006051698605-pat00024
이고, 이것으로부터 블랭크의 외경(d2)를 수치적으로 구하면 440mm로 결정된다. 그 후 수학식(a)에서, 계산된 블랭크의 외경(d2)값을 추가로 대입시키면, 블랭크의 높이(h2)가 결정될 수 있고, 그 값은 150mm로 계산된다.
선형 링 압연공정의 형상 설계에 있어서, 초기 빌렛(12)의 크기는, 상기 결정된 블랭크(13)의 형상으로부터 다음의 수학식(e)를 이용하여 초기 빌렛(12)의 중 량(W1)을 계산하고, 상기 초기 빌렛(12)의 중량(W1)과, 미리 알려진 초기 빌렛(12)의 직경(d1)을 다음의 수학식(f)에 대입하여 초기 빌렛(12)의 높이(h1)를 결정하여 설계된다.
여기서,
수학식(e)는,
Figure 112006051698605-pat00025
이고,
수학식(f)는,
Figure 112006051698605-pat00026
이다.
상기 수학식(e) 및 수학식(f)에서,
W2는 블랭크의 중량, n2는 블랭크 제작까지의 가열회수. f2는 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율, 그리고 ρ는 소재의 밀도를 나타낸다.
본 예의 방법에 있어서, 상기 블랭크(13)에 적용된 여유 중량비율(f1)을 3%로 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 초기 빌렛(12)에 적용된 여유 중량비율(f2)을, 링압연품이 2,000kg을 초과하지 않을 경우 9%로 적용하고, 2,000kg 이상일 경우 6%를 적용하는 것이 바람직하다.
위의 경우에서, 초기 빌렛(12)의 크기를 결정하기 위해서는, 선형 링 압연품(14)의 중량이 2톤 이하이기 때문에, 초기 빌렛(12)에 적용된 여유 중량비율(f2)은 9%가 적용되며, 따라서, 수학식(f)에서 소재의 밀도(ρ)와, 블랭크(13)의 무게(W2), 초기 빌렛(12)의 직경(d1)을 대입하면, 초기 빌렛(12)의 크기를 결정할 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 7에는 형상 링에 대하여 본 발명에 따른 링 압연공정의 형상 설계 방법이 도시되어 있다.
본 예의 방법은, 형상 링압연공정에 의하여 제조되는 실제의 형상 링, 즉 형상 링 압연품(15)으로부터 선형 링의 형상으로 변환설계하고, 이 변환된 선형 링(16)의 형상으로부터 차례로 1차 블랭크(18) 및 2차 블랭크(19)의 형상을 설계한 후, 이 블랭크(18, 19)의 형상으로부터 초기 빌렛(17)의 크기를 결정하도록 이루어진다.
본 예의 방법에 있어서, 상기 형상 링 압연품(15)의 중량(W)을 측정한 후, 형상 링 압연품(15)의 최대 외경과 높이를 변환될 선형 링(16)의 외경과 높이로 한 상태에서, 다음의 수학식(g)에 대입하면 선형 링(16)의 내경을 계산할 수 있으므로, 형상 링 압연품(15)을 선형 링(16)으로 변환시키는 것이 가능하다. 즉, 형상 링 압연품(15)의 중량(W)을 계산하고, 그 후 형상 링 압연품(15)의 최대 외경과 높이를 변환될 선형 링(16)의 외경과 높이로 취하고 부피가 일정하다는 가정하에, 형상 링 압연품(15)의 중량(W)에 해당하는 중량을 가지도록 내경을 계산하여, 선형 링(16)으로 변환하게 되는 것이다. 이러한 개념이 도 6에 잘 개시되어 있다.
여기서, 수학식(g)는, 수학식(g)는,
Figure 112006051698605-pat00027
이다.
또한, 상기 수학식(g)에서, dini는 변환된 선형 링의 내경, dout는 형상 링 압연품 또는 변환된 선형 링의 외경, W는 형상 링 압연품의 중량, ρ는 소재의 밀도, 그리고 h는 형상 링 압연품 또는 변환된 선형 링의 높이를 각각 나타낸다.
예컨대, 형상 링 압연품(15)의 최대 외경(dout) 및 높이(h)에 대하여, 내경 및 외경 부분만 또는 내경 및 외경 부분 모두 형상이 있는 제품이라면, 변환하고자 하는 선형 링(16)의 외경과 높이는 그대로 각각 상기 최대 외경(dout) 및 높이(h)를 취하여 선형 링(16)의 내경(dini)을 구함으로써, 선형 링(16)의 형상을 결정할 수 있다.
또한, 상기 1차 블랭크(18)의 형상은, 다음의 수학식(h), 수학식(i) 및 수학식(j)를 수식적으로 결합하여 얻어진 수학식(k)에, 링 압연공정에서 피어싱을 위한 펀치 및 내경 가공을 감안하여 미리 알 수 있는 1차 블랭크(18)의 내경(d8), 변환된 선형 링(16)의 외경(d11), 내경(d12) 및 높이(h7)를 대입하여, 1차 블랭크(18)의 외경(d7)을 결정하고, 상기 결정된 1차 블랭크(18)의 외경(d7)을 다음의 수학식(h)에 대입하여 1차 블랭크(18)의 높이(h5)를 결정하여 설계한다.
여기서,
수학식(h)는,
Figure 112006051698605-pat00028
이며,
수학식(i)는,
Figure 112006051698605-pat00029
이고,
수학식(j)는,
Figure 112006051698605-pat00030
이며,
수학식(k)는,
Figure 112006051698605-pat00031
Figure 112006051698605-pat00032
이다.
상기 수학식(h) 내지 수학식(k)에서,
b3는 1차 블랭크의 벽두께, b5는 변환된 선형 링의 벽두께, n3는 변환된 선형 링 제작까지의 1차 블랭크 가열 회수, n4는 변환된 선형 링의 제작까지의 블랭크 설계 회수, 그리고 f3는 1차 블랭크에 적용된 여유 중량비율을 나타낸다.
또한, 상기 2차 블랭크(19)의 형상은, 다음의 수학식(l), 수학식(m) 및 수학식(n)을 수식적으로 결합하여 얻어진 수학식(o)에, 목표로 하는 2차 블랭크(19)의 내경(d10), 결정된 1차 블랭크(18)의 외경(d7), 내경(d8) 및 높이(h5)를 대입하여 2차 블랭크(19)의 외경(d9)을 결정하고, 상기 결정된 2차 블랭크(19)의 외경(d9)을 수학식(l)에 대입하여 2차 블랭크(19)의 높이(h6)를 결정하여 설계된다.
여기서,
수학식(l)은,
Figure 112006051698605-pat00033
이고,
수학식(m)은,
Figure 112006051698605-pat00034
이며,
수학식(n)은,
Figure 112006051698605-pat00035
이고,
수학식(o)는,
Figure 112006051698605-pat00036
이다.
또한, 상기 초기 빌렛(17)의 크기는, 상기 결정된 1차 블랭크(18)의 형상으로부터 다음의 수학식(p)를 이용하여 초기 빌렛(17)의 중량(W4)을 계산하고, 상기 초기 빌렛(17)의 중량(W4)과, 미리 알려진 초기 빌렛(17)의 직경(d6)을 다음의 수학식(q)에 대입하여 초기 빌렛(17)의 높이(h4)를 결정하여 설계된다.
여기서,
수학식(p)는,
Figure 112006051698605-pat00037
이고,
수학식(q)는,
Figure 112006051698605-pat00038
이다.
상기 수학식(p) 및 수학식(q)에서, W5는 1차 블랭크의 중량, n5는 1차 블랭크 제작까지의 가열회수, 그리고 f4는 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율을 각각 나타낸다.
본 예의 방법에 있어서, 상기 1차 블랭크(18)에 적용된 여유 중량비율(f3)을 3%로 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 초기 빌렛(17)에 적용된 여유 중량비율(f4)을 형상 링압연품이 2,000kg을 초과하지 않을 경우 12%로 적용하고 2,000kg 이상일 경우 9%를 적용하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 링 압연공정의 형상 설계 방법에 의하면, 링 압연공정을 통하여 생산하고자 하는 링 압연품, 예컨대 발전설비, 화학플랜트, 가스터빈, 제트엔진용 링부품 등에 대하여, 링 압연품(14)(15)으로부터 블랭크(13), 1차 블랭크(18) 및 2차 블랭크(19)를 설계한 후, 초기 빌렛(12)(17)의 크기를 결정하도록 이루어짐으로써, 다양한 분야의 링부품의 제조에 적용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 형상 설계 방법을 적용하여 링부품을 제조할 경우, 종래처럼 성형 결함을 해결하기 위해 소재에 과다한 여유를 두지 않아도 되므로, 링 압연공정상에서 자주 발생되었던 피쉬 테일링, 접힘현상 등을 최소화하여 제품의 수율을 향상시킬 수 있고, 소재의 절감으로 생산단가를 낮출 수 있다.

Claims (6)

  1. 선형 링의 링 압연공정에 적용되는 블랭크의 형상을 링 압연품으로부터 설계한 후, 초기 빌렛의 크기를 결정하도록 이루어지는 링 압연공정의 형상 설계 방법으로서:
    상기 블랭크의 형상은, 다음의 수학식(a), (b) 및 (c)를 수식적으로 결합하여 얻어진 수학식(d)에, 링 압연공정에서 피어싱을 위한 펀치 및 내경 가공을 감안하여 미리 알 수 있는 블랭크의 내경, 선형 링 압연품의 외경, 내경 및 높이를 대입하여 블랭크의 외경을 결정하고, 이 결정된 블랭크의 외경을 수학식(a)에 대입하여 블랭크의 높이를 결정하여 설계되고;
    상기 초기 빌렛의 크기는, 상기 결정된 블랭크 형상으로부터 다음의 수학식(e)를 이용하여 초기 빌렛의 중량을 계산하고, 상기 초기 빌렛의 중량과, 미리 알려진 초기 빌렛의 직경을 다음의 수학식(f)에 대입하여 초기 빌렛의 높이를 결정하여 설계되는 것을 특징으로 하는 링 압연공정의 형상 설계 방법.
    여기서,
    수학식(a)는,
    Figure 112006051698605-pat00039
    이고,
    수학식(b)는,
    Figure 112006051698605-pat00040
    이며,
    수학식(c)는,
    Figure 112006051698605-pat00041
    이고,
    수학식(d)는,
    Figure 112006051698605-pat00042
    이며,
    수학식(e)는,
    Figure 112006051698605-pat00043
    이고,
    수학식(f)는,
    Figure 112006051698605-pat00044
    이며,
    상기 수학식들에서,
    h2는 블랭크의 높이, h3는 선형 링 압연품의 높이, b1은 블랭크의 벽두께, b2는 선형 링 압연품의 벽두께, d2는 블랭크의 외경, d3는 블랭크의 내경, d4는 선형 링 압연품의 외경, d5는 선형 링 압연품의 내경, n1은 선형 링 압연품 제작까지의 블랭크 가열 회수, f1은 블랭크에 적용된 여유 중량비율, W1은 초기 빌렛의 중량, W2는 블랭크의 중량, n2는 블랭크 제작까지의 가열회수. f2는 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율, h1은 초기 빌렛의 높이, ρ는 소재의 밀도, 그리고 d1은 초기 빌렛의 직경이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랭크에 적용된 여유 중량비율(f1)을 3%로 적용하는 것을 특징으로 하는 링 압연공정의 형상 설계 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율(f2)을, 링압연품이 2,000kg을 초과하지 않을 경우 9%로 적용하고, 2,000kg 이상일 경우 6%를 적용하는 것을 특징으로 하는 링 압연공정의 형상 설계 방법.
  4. 링 압연공정에 의하여 제조되는 형상 링 압연품으로부터 선형 링 형상으로 변환설계하고, 이 변환된 선형 링 형상으로부터 차례로 1차 블랭크 및 2차 블랭크의 형상을 설계한 후, 이 블랭크의 형상으로부터 초기 빌렛의 크기를 결정하도록 이루어지는 링 압연공정의 형상 설계 방법으로서:
    상기 형상 링의 형상은, 형상 링 압연품의 중량(W)과, 형상 링 압연품의 최대 외경과 높이를 변환될 선형 링의 외경과 높이로 하여, 다음의 수학식(g)에 대입하여 선형 링의 내경을 계산하는 단계를 거쳐 변환설계되고;
    상기 1차 블랭크의 형상은, 다음의 수학식(h), 수학식(i) 및 수학식(j)를 수식적으로 결합하여 얻어진 수학식(k)에, 링 압연공정에서 피어싱을 위한 펀치 및 내경 가공을 감안하여 미리 알 수 있는 1차 블랭크의 내경, 변환된 선형 링의 외경, 내경 및 높이를 대입하여, 1차 블랭크의 외경을 결정하고, 상기 결정된 1차 블랭크의 외경을 다음의 수학식(h)에 대입하여 1차 블랭크의 높이를 결정하여 설계되며;
    상기 2차 블랭크의 형상은, 다음의 수학식(l), 수학식(m) 및 수학식(n)을 수식적으로 결합하여 얻어진 수학식(o)에, 목표로 하는 2차 블랭크의 내경, 결정된 1차 블랭크의 외경, 내경 및 높이를 대입하여 2차 블랭크의 외경을 결정하고, 상기 결정된 2차 블랭크의 외경을 수학식(l)에 대입하여 2차 블랭크의 높이를 결정하여 설계되고;
    상기 초기 빌렛의 크기는, 상기 결정된 1차 블랭크 형상으로부터 다음의 수학식(p)를 이용하여 초기 빌렛의 중량을 계산하고, 상기 초기 빌렛의 중량과, 미리 알려진 초기 빌렛의 직경을 다음의 수학식(q)에 대입하여 초기 빌렛의 높이를 결정하여 설계되는 것을 특징으로 하는 링 압연공정의 형상 설계 방법.
    여기서,
    수학식(g)는,
    Figure 112007034143882-pat00045
    이고,
    수학식(h)는,
    Figure 112007034143882-pat00046
    이며,
    수학식(i)는,
    Figure 112007034143882-pat00047
    이고,
    수학식(j)는,
    Figure 112007034143882-pat00048
    이며,
    수학식(k)는,
    Figure 112007034143882-pat00049
    Figure 112007034143882-pat00050
    이며,
    수학식(l)은,
    Figure 112007034143882-pat00051
    이고,
    수학식(m)은,
    Figure 112007034143882-pat00052
    이며,
    수학식(n)은,
    Figure 112007034143882-pat00053
    이고,
    수학식(o)는,
    Figure 112007034143882-pat00054
    이며,
    수학식(p)는,
    Figure 112007034143882-pat00055
    이고,
    수학식(q)는,
    Figure 112007034143882-pat00056
    이며,
    상기 수학식들에서,
    dini는 변환된 선형 링의 내경, dout는 형상 링 압연품 또는 변환된 선형 링의 외경, W는 형상 링 압연품의 중량, ρ는 소재의 밀도, h는 형상 링 압연품 또는 변환된 선형 링의 높이, h5는 1차 블랭크의 높이, h7은 변환된 선형 링의 높이, b3는 1차 블랭크의 벽두께, b5는 변환된 선형 링의 벽두께, d7은 1차 블랭크의 외경, d8은 1차 블랭크의 내경, d11은 변환된 선형 링의 외경, d12는 변환된 선형 링의 내경, n3는 변환된 선형 링 제작까지의 1차 블랭크 가열 회수, n4는 변환된 선형 링의 제작까지의 블랭크 설계 회수, f3는 1차 블랭크에 적용된 여유 중량비율, h6는 2차 블랭크의 높이, b4는 2차 블랭크의 벽두께, d9는 2차 블랭크의 외경, d10은 2차 블랭크의 내경, W4는 초기 빌렛의 중량, W5는 1차 블랭크의 중량, n5는 1차 블랭크 제작까지의 가열회수, f4는 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율, h4는 초기 빌렛의 높이, 그리고 d6는 초기 빌렛의 직경이다.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 1차 블랭크에 적용된 여유 중량비율(f3)을 3%로 적용하는 것을 특징으로 하는 링 압연공정의 형상 설계 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 초기 빌렛에 적용된 여유 중량비율(f4)을 형상 링압연품이 2,000kg을 초과하지 않을 경우 12%로 적용하고 2,000kg 이상일 경우 9%를 적용하는 것을 특징으로 하는 링 압연공정의 형상 설계 방법.
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