KR101079729B1 - 내경부의 이형 성형을 위한 링밀 장치 및 이를 이용한 이형링 제조방법 - Google Patents

내경부의 이형 성형을 위한 링밀 장치 및 이를 이용한 이형링 제조방법 Download PDF

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Abstract

여기에서는, 가열된 링형 금속재의 외경부를 평탄한 외주부로 가압하는 압력롤과, 상기 링형 금속재의 내경부를 외주부로 지지하는 지지롤을 포함하는 링밀 장치가 개시된다. 개시된 링밀 장치는 상기 지지링의 외주부에 상기 링형 금속재의 상하단을 제한하는 환형의 제1 및 제2 규제부가 마련되며, 상기 제1 규제부와 상기 제2 규제부 사이에는 상기 링형 금속재의 내경부를 이형 단면으로 성형하기 위한 이형 성형부가 형성된다.
링, 금속재, 지지롤, 압력롤, 규제부, 이형(異形), 이형 성형부

Description

내경부의 이형 성형을 위한 링밀 장치 및 이를 이용한 이형링 제조방법{RING MILL APPARATUS FOR DEFORMED INNER DIAMETER PORTION AND DEFORMED RING MANUFACTURING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 금속링 제조에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 이형 내경부를 갖는 금속재질의 이형링을 제조하는 방법 및 이에 이용되는 특수한 구조의 링밀 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 링밀(또는, 링 압연) 공정에 의해 금속재질의 링이 소정 두께로 형성된다. 링밀 공정에 의해 정사각형 또는 직사각형 단면의 대형 링 제품을 얻을 수 있다. 대형 링 제품은 일반적 의미의 링 뿐만 아니라 레이스, 플랜지 또는 로크 플레이트(rock plate) 등을 포함한다.
링 제품은, 정사각형 또는 직사각형 단면을 가질 수 있지만, 복잡한 이형의 내경 단면을 갖는 이형링이 대부분이다. 예컨대, 풍력발전기의 타워에 이용되는 링은 내경부에 단차진 부분을 갖는 복잡한 이형 단면의 형상을 갖는다.
위와 같은 이형링 제품의 생산을 위해, 일반적인 링밀 장치를 이용해 사각형 단면의 링을 먼저 얻고, 그 얻어진 링의 내경부에 대한 절삭 가공을 통해, 원하는 이형의 내경부 형상을 갖는 이형링을 만든다. 따라서, 종래에는 절삭가공에 의해 깎여 제거되는 금속재료의 양이 많아 비경제적이고, 그 절삭가공을 위해 과도한 시간이나 노력이 요구되는 문제점이 있다.
종래의 링밀 장치로는 일본 공개특허공보 평2-133131호 및 일본 특허공개공보 소62-101333호 등에 개시된 것이 있으며, 그와 같은 링밀 장치의 한 예가 도 1에 사시도로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 링밀 장치는, 가열된 링형 금속재(W)를 그것의 내주면에 면하여 지지하는 지지롤(2)과, 가열된 링형 금속재(W)를 자신의 외주면을 가압하여 링형 금속재(W)의 두께를 줄이는 성형을 하는 압력롤(4)을 포함한다. 지지롤(2)과 압력롤(4)은 모두 회전하며, 그 사이에 있는 링형 금속재(W)도 그 자리에서 회전한다. 또한, 종래의 링밀 장치는 회전하는 링형 금속재(W)의 상단과 하단의 표면을 매끄럽게 해주도록 배치되는 에징롤(5a, 5b)을 더 포함한다. 종래의 링밀 장치는 지지롤(2)의 평탄한 외주면으로 인해 링형 금속재(W)에 이형 단면을 형성할 수 없다.
물론, 지지롤(2)이 이형의 형상을 갖도록 하는 것이 고려될 수 있지만, 그 경우, 링형 금속재(w)가 다른 방향들(예컨대, 상하 방향)로 불규칙하게 변형되므로, 실효성이 없다. 따라서, 위 고려된 사항을 적용하는 경우, 링형 금속재의 내경부에 테이퍼 형상이나 약간의 돌기 정도를 형성하는 것이 가능할 수도 있겠지만, 풍력 발전기 등 실제의 많은 설비에서 요구되는 단차 구조 또는 홈 구조를 링형 금속재의 내경부에 형성할 수 없다.
따라서, 본 발명의 하나의 기술적 과제는, 링형 금속재 내경부에 면하는 지지링에 이형 단면을 성형할 수 있는 형상을 제공하되, 그 이형 단면의 성형으로 인해 야기되는 링형 금속재의 불규칙한 변형도 지지링 자체에서 막을 수 있도록 한 링밀 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 링형 금속재 내경부에 면하는 지지링에 이형 단면을 성형할 수 있는 형상을 제공하되, 그 이형 단면의 성형으로 인해 야기되는 링형 금속재의 불규칙한 변형도 지지링 자체에서 막을 수 있도록 한 링밀 장치를 이용하여, 내경부에 이형 단면을 갖는 링 제품을 보다 쉽고 편리하게 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 링밀 장치는, 가열된 링형 금속재의 외경부를 자신의 평탄한 외주부로 가압하는 압력롤과, 상기 링형 금속재의 내경부를 자신의 외주부로 지지하는 지지롤을 포함한다. 상기 지지롤의 외주부에는 상기 링형 금속재의 상하단을 제한하는 환형의 제1 및 제2 규제부가 마련되며, 상기 제1 규제부와 상기 제2 규제부 사이에는 상기 링형 금속재의 내경부를 이형 단면으로 성형하기 위한 이형 성형부가 형성된다.
바람직하게는, 상기 제1 규제부와 상기 제2 규제부는 상기 압력롤의 외주면에 함께 접할 수 있도록 같은 직경을 갖는다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 규제부와 상기 제2 규제부는 상기 지지롤의 축에 착탈식으로 결합될 수 있다. 그러나, 상기 제1 규제부와 상기 제2 규제부가 축에 일체로 형성될 수도 있다.
바람직하게는, 상기 이형 성형부는, 단차지게 연결된 복수의 직경부들에 의해 형성되어, 상기 링형 금속재의 내경부에 단차 구조 또는 홈 구조를 형성하는 형상을 갖다. 이때, 각각 직경부는 일정한 직경을 갖는다. 더 나아가, 상기 복수의 직경부 중 하나는 상기 지지롤의 축 일부이고, 나머지 직경부 중 적어도 하나는 상기 축에 착탈식으로 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 전술한 링밀 장치를 이용하여 이형링을 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은 링형 금속재를 가열하는 가열 공정과, 지지롤의 외주부로 상기 링형 금속재의 내경부를 지지하고 상기 압력롤의 평탄한 외주부로 상기 링형 금속재의 내경부를 가압하는 링밀 공정을 포함하되, 상기 링밀 공정에서는, 상기 지지롤에 마련된 제1 및 제2 규제부로 상기 링형 금속재의 상하 높이를 규제한 상태로, 상기 제1 규제부와 제2 규제부 사이에 있는 지지롤의 이형 성형부로 상기 링형 금속재의 내경부에 이형 단면을 형성한다.
일 실시예에 따라, 상기 가열 공정 전에 원판 금속재로부터 링형의 금속재로 성형하기 위한 단조 공정을 더 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 링형 금속재 내경부에 면하는 지지링에 이형 단면을 성형할 수 있는 형상을 제공하되, 그 이형 단면의 성형으로 인해 야기되는 링형 금속재의 불규칙한 변형도 지지링 자체에서 막을 수 있도록 한 링밀 장치를 이용하여, 내경부에 이형 단면을 갖는 금속 링 제품을 보다 쉽고 편리하게 제조할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 링밀 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 링밀 장치의 작용을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면. 본 실시예의 링밀 장치는, 금속 링 제품을 제조하는데 이용되는 것으로서, 가열된 링형 금속재(w; 도 3에서 절단 상태로 도시됨)의 내경부를 지지하기 위한 지지롤(120)과, 지지롤(120)에 지지된 링형 금속재(w)에 성형 압력을 가하기 위한 압력롤(140)을 포함한다.
상기 압력롤(140)은 그것의 축(142)을 회전가능하게 지지하면서 전진 또는 후진 직선 구동시키는 예를 들면 유압 또는 공압 실린더와 같은 액츄에이터에 의해 전후 이동될 수 있다. 상기 압력롤(140)을 전후로 이동시키는 수단은 기존에 알려진 수단을 이용할 수 있을 것이다. 상기 압력롤(140)은 축을 제외한 자신의 외주 부(144)가 전체적으로 평탄한 원통면으로 형성되며, 그 평탄한 원통면으로 된 외주부(144)로 상기 링형 금속재(w)의 외경부를 가압할 수 있다.
상기 지지롤(120)은, 외주부가 이형(異形)의 형상을 갖는 것으로서, 그 이형의 형상을 갖기 위해, 축(121)과, 환형의 제1 및 제2 규제부(122a, 122b)와, 이형 성형부(124)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 규제부(122a, 122b)는 축(121) 상에서 서로에 대하여 이격되어 있다. 상기 제1 및 제2 규제부(122a, 122b)는 상기 압력롤(140)의 가압에 의해 소성 변형되는 링형 금속재(w)의 상단 및 하단을 제한하는 역할을 한다. 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 규제부(122a, 122b)는 그것의 외주 끝단이 압력롤(140)의 외주면에 함께 접하도록 같은 직경을 갖는다. 상기 제1 및 제2 규제부(122a, 122b)는, 압력롤(140)의 외주면에 접한 상태에서, 지지롤(120)의 이형 성형부(124)와 압력롤(140)의 평탄한 외주부(144)와 함께 링형 금속재(w)가 성형되는 공간(V; 도 2에만 도시함)을 한정한다.
상기 이형 성형부(124)는, 상기 지지롤(120)의 외주부에서, 상기 제1 규제부(122a)와 상기 제2 규제부(122b) 사이에 구비된다. 본 실시예에서, 상기 이형 성형부(124)는, 링형 금속재(w)의 내경부에 대략 "L"형으로 단차진 이형 단면을 형성하기 위한 형상을 가지며, 그러한 형상을 위해, 상기 이형 성형부(124)는 직경이 다른 제1 직경부(124a)와 제2 직경부(124b)에 의해 한정된다. 상기 제1 직경부(124a)와 상기 제2 직경부(124b)는, 상기 "L"형의 단차진 이형 단면을 형성하기 위해, 단차지게 연결되어 있다.
대안적인 예로써, 링형 금속재(W)의 내경부에 대략 "ㄷ"형 단면의 홈 구조를 제공하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 두개의 작은 직경부(124c, 124d) 사이에 하나의 큰 직경부(124e)가 위치하는 이형 성형부(124)를 구비한 지지롤(120)이 이용될 수도 있다. 이 경우에도, 상기 이형 성형부(124)는 제1 규제부(122a)와 제2 규제부(122b) 사이에 마련될 것이다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 이형 성형부(120)에 의해 링형 금속재(w)가 이형 단면으로 성형될 때, 상기 링형 금속재(w)가 상하 방향으로 불규칙하게 변형되거나 움직일 수 있는데, 이는 전술한 제1 규제부(122a)와 제2 규제부(122b) 각각이 상기 링형 금속재(w)의 상단 및 하단 각각을 제한함으로써 위의 변형 또는 움직임을 막을 수 있다.
상기 제1 규제부(122a)와 상기 제2 규제부(122b)는 상기 지지롤(120)의 축부(121)에 착탈 가능하게 결합된다. 착탈 가능한 결합을 위해, 나사 결합 또는 핀 결합 등과 같은 다양한 결합 방식이 이용될 수 있을 것이다. 제1 및 제2 규제부(122a, 122b)의 직경들이 링형 금속재(w)가 성형되는 공간 일부의 폭 (상부 폭 또는 하부 폭)을 결정하므로, 제1 및 제2 규제부(122a, 122b)를 지지롤(120)에 대하여 착탈식으로 교체하는 것만으로도 상기 공간의 폭을 조절할 수 있다. 물론, 제1 규제부와 제2 규제부를 지지롤에 일체로 마련하고, 지지롤 전체를 교체하는 것에 의해, 링 제품의 내경부 형상을 변화시킬 수 있을 것이다.
본 실시예에서, 상기 이형 성형부(124)의 일부를 구성하는 상기 제1 직경부(124a) 또한 지지롤(120)의 축(121)에 대하여 착탈 가능하게 결합시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제1 직경부(124a)의 교체에 의해, 링형 금속재(w)의 내경 형상을 변하시킬 수 있다. 이때, 제2 직경부(124b)는, 지지롤의 축(121) 일부일 수 있는데, 특히, 지지롤(120)의 축(121)과 제2 직경부(124b)의 직경이 같아도 무관한 경우에는 더욱 그러하다. 또한, 상기 착탈 가능한 제1 직경부(124a)를 전술한 제1 규제부(122a)와 일체로 형성하고, 일체로된 부분을 지지롤(120)에 대해 착탈식으로 결합하는 것도 고려될 수 있다. 물론, 이형 성형부를 형성하는 모든 직경부들을 지지롤의 축부와 일체로 형성하는 것도 가능하다.
또한, 상기 지지롤(120)을 상하 방향으로 구동시키는 구조도 고려될 수 있는데, 이 경우, 제작되는 링의 높이가 상기 지지롤(120)의 제1 및 제2 규제부(122a, 122b) 사이의 거리보다 작더라도, 상기 제1 규제부(122a)와 상기 제2 규제부(122b)가 상하로 이동하면서 링형 금속재의 상단 및 하단을 선택하여 제한 할 수 있을 것이다.
본 실시예에 따른 링밀 장치는 링밀 공정에서 완제품과 거의 같은 링 제품을 만들 수 있어, 이후 수행되는 링형 금속재의 기계 가공량을 크게 줄여줄 수 있다. 링밀 공정은 링형 금속재를 고온(바람직하게는, 금속 재결정 온도 이상)으로 가열한 후 수행되는 열간 압축 가공이며, 이 열간 압축 가공에 의해, 링 제품의 강도와 내충격성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 4는 종래 링밀 장치와 본 발명에 따른 링밀 장치에 의해 성형된 링의 형상을 비교적으로 보여준다. 도 4의 (a)는 종래의 링밀 장치에 의해 성형된 링(W)을 보여주며, 이를 참조하면, 종래의 링밀 장치는 평탄한 내경부를 갖는, 즉, 사각형 단면을 갖는 링을 성형하며, 따라서, 내경부에 이형 단면을 형성하기 위해서는, 링밀 공정 후, 추가의 절삭 가공이 요구된다. 반면, 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 링밀 장치에 의해 성형된 이형링(w)을 보여주며, 이를 참조하면, 성형된 링은 내경부 "ㄴ"형의 이형 단면을 갖는다. 따라서, 추가의 절삭 가공을 생략하거나 또는 다듬질 정도의 간단한 추가 가공만을 더 필요로 한다.
도 6은 전술한 링밀 장치를 일부 공정 구간에서 이용하는 이형링 제조방법 보여주는 순서도이다.
도 6은 참조하면, 본 실시예의 이형링 제조방법은, 적정 직경의 환봉을 적정 두께로 절단하는 공정(P1)과, 절단된 환봉 조각, 즉, 원판 금속재로부터 링형 금속재를 만드는 단조 공정(P2)과, 링형 금속재(P3)의 가열 공정과, 전술한 링밀 장치를 이용하는 링밀 공정(P4)과, 후처리 및 검사 공정(P5)을 포함한다.
상기 단조 공정(P2)은 고온으로 가열된 원판 금속재에 대하여 그 원판 금속재를 관통하는 펀치를 일정 압력으로 가격하는 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 가열 공정(P3)에는 단조 공정에 의해 제작된 링형 금속재를 재결정 온도 이상으로 가열한다. 링밀 공정(P4)은 가열된 링형 금속재가 크게 식지 않은 상태에서, 링밀 장치의 압력롤과 지지롤을 이용하여 수행된다. 이때, 링밀 공정 중인 링형 금속재를 지속적으로 가열하는 것도 고려될 수 있다. 후처리 및 검사 공정(P5)은, 링밀 공정을 거친 링형 금속재 또는 링을 다듬질 및/또는 연마 수준으로 기계 가공하는 것과 그 링형 금속재 또는 링을 열처리하는 후처리와, 그 후처리 완료 후 얻어진 링 제품을 검사하는 것을 포함한다.
도 1은 종래의 링밀 장치를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 링밀 장치를 설명하기 위한 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 링밀 장치의 작용을 설명하기 위한 정면도
도 4는 종래 링밀 장치와 본 발명의 링밀 장치에 의해 제조된 링의 내경 형상을 비교하기 위한 도면.
도 5는 지지링 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 링밀 장치를 이용한 이형링 제조방법을 설명하기 위한 순서도.

Claims (8)

  1. 평탄한 외주면을 포함하며, 재결정 온도 이상으로 가열된 링형 금속재의 외경부를 상기 평탄한 외주면으로 가압하는 압력롤; 및
    상기 링형 금속재의 내경부를 자신의 외주부로 지지하는 지지롤을 포함하며,
    상기 지지롤의 외주부에는 상기 링형 금속재의 상하단을 제한하는 환형의 제1 및 제2 규제부가 마련되며,
    상기 제1 규제부와 상기 제2 규제부 사이에는 상기 링형 금속재의 내경부를 이형 단면으로 성형하기 위한 이형 성형부가 형성되며,
    상기 제1 규제부와 상기 제2 규제부는 상기 압력롤의 평탄한 외주면에 함께 접할 수 있도록 같은 직경을 가지며,
    상기 지지롤의 상기 제1 규제부, 상기 제2 규제부 및 상기 이형 성형부와, 상기 제1 규제부 및 상기 제2 규제부와 접해 있는 상기 압력롤의 평탄한 외주면에 의해 상기 링형 금속재가 최종적으로 성형되는 공간이 한정되며,
    상기 이형 성형부는, 단차지게 연결된 복수의 직경부들에 의해 형성되어, 상기 링형 금속재의 내경부에 단차 구조 또는 홈 구조를 형성하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 링밀 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 규제부와 상기 제2 규제부는 상기 지지롤의 축에 착탈식으로 결합되는 것을 특징으로 링밀 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 직경부 중 하나는 상기 지지롤의 축 일부이고, 나머지 직경부 중 적어도 하나는 상기 축에 착탈식으로 결합되는 것임을 특징으로 하는 링밀 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 지지롤은 상하 이동 가능한 것을 특징으로 하는 링밀 장치.
  7. 링형 금속재를 재결정 온도 이상으로 가열하는 가열 공정과;
    재결정 온도 이상으로 가열된 상기 링형 금속재의 내경부를 지지하고 압력롤의 평탄한 외주면으로 상기 링형 금속재의 외경부를 가압하는 링밀 공정을 포함하며,
    상기 링밀 공정에서는, 지지롤의 외주부에 마련된 제1 및 제2 규제부로 상기 링형 금속재의 상하 높이를 규제한 상태로, 상기 제1 규제부와 제2 규제부 사이에 있는 상기 지지롤의 이형 성형부로 상기 링형 금속재의 내경부에 이형 단면을 형성하되,
    상기 압력롤의 평탄한 외주면이 상기 지지롤의 상기 제1 및 제2 규제부에 함께 접하여, 상기 지지롤의 상기 제1 규제부, 상기 제2 규제부 및 상기 이형 성형부와, 상기 제1 규제부 및 상기 제2 규제부와 접해 있는 상기 압력롤의 평탄한 외주면에 의해 상기 링형 금속재가 최종적으로 성형되는 공간이 한정되며,
    상기 이형 성형부는, 단차지게 연결된 복수의 직경부들에 의해 형성되어, 상기 링형 금속재의 내경부에 단차 구조 또는 홈 구조를 형성하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이형링 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 가열 공정 전에 원판 금속재로부터 링형의 금속재로 성형하기 위한 단조 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이형링 제조방법.
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