KR101112075B1 - 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치 및 가공방법 - Google Patents

초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치 및 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열연판을 보다 얇은 두께로 압연하는 냉간압연기 및 연속 소둔 후 스트립 표면에 적정 조도를 부여하기 위한 스킨 패스 압연기에 사용되는 압연롤을 대상으로 초음파 진동에너지를 이용하는 적정하게 설계된 초음파진동 장치를 이용하여 롤 표면에 매우 규칙적이고 균일한 조도 또는 텍스쳐링(texturing)을 가공함으로서, 냉간압연시에는 압연성 및 윤활성을 향상시키고, 그 후공정인 도금시에는 냉연판에 형성된 균일한 조도의 영향으로 도금계면 특성을 향상시키며 스킨 패스 압연시에는 스트립 표면의 조도와 선영성, 성형성, 도장성 및 용접성등을 향상시킬 수 있는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치 및 가공방법에 관한 것으로, 가공방법은 경로생성단계, 파라메타생성단계, 프로그램작성단계, 텍스쳐링설정단계의 순서로 이루어지는 것을 특징으로 하여; 투자비용 및 유지비가 저렴하면서 친환경적인 방법으로 롤 표면에 매우 규칙적이고 균일한 조도 또는 텍스쳐링(texturing)을 가공할 수 있는 효과가 있다.
초음파 진동 에너지, 롤 조도, 롤 텍스쳐링, 스트립 표면조도, 트랜스듀서

Description

초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치 및 가공방법{Roll TekSeuChyeoRingJangChi and a processing way processing a rolling roll as I use supersonic waves vibrational energy}
본 발명은 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치 및 가공방법에 관한 것으로, 특히 열연판을 보다 얇은 두께로 압연하는 냉간압연기 및 연속 소둔 후 스트립 표면에 적정 조도를 부여하기 위한 스킨 패스 압연기에 사용되는 압연롤을 대상으로 초음파 진동에너지를 이용하는 적정하게 설계된 초음파진동 장치를 이용하여 롤 표면에 매우 규칙적이고 균일한 조도 또는 텍스쳐링(texturing)을 가공함으로서, 냉간압연시에는 압연성 및 윤활성을 향상시키고, 그 후공정인 도금시에는 냉연판에 형성된 균일한 조도의 영향으로 도금계면 특성을 향상시키며 스킨 패스 압연시에는 스트립 표면의 조도와 선영성, 성형성, 도장성 및 용접성등을 향상시킬 수 있는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치 및 가공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 냉간압연 및 스킨 패스 압연시 압연롤에 의해 압연된 스트립 의 표면조도는 표면품질을 결정하는 가장 중요한 품질지표이다. 냉간압연된 스트립의 표면조도는 후공정인 용융도금공정에서 소재판과 아연 도금층과의 계면특성을 결정하는데 중요한 영향을 미치게 된다.
즉, 소재판의 표면조도가 균일하고 규칙적이면 그 위에 코팅되는 도금층이 아주 견고하게 형성되어 프레스 가공시 도금계면 박리 안정성의 향상 및 최종적으로는 제품의 표면조도 및 광택도에 까지 영향을 미치게 된다.
또한, 스킨 패스후의 압연판의 표면조도는 가공시 마찰계수에 의한 성형성, 표면조도에 의한 도장성, 용접성등에 영향을 미치며 제품의 등급을 결정하는 가장 중요한 요소가 된다.
이와 같이, 냉간압연 및 스킨패스 압연 후 가장 중요한 요소인 압연판의 표면조도를 결정하는 것은 압연롤의 조도, 즉 롤의 원주방향 및 배럴길이 방향으로 형성된 롤 표면의 텍스쳐(texture)이다.
따라서, 표면품질이 우수한 강판을 생산하기 위해 가장 중요하고 선행되어야 할 과제가 압연롤에 원하는 조도를 얼마나 균일하고 규칙적으로 가공 또는 생성시키느냐에 달려 있다.
현재, 냉간압연에 사용되는 롤은 쇼트 블라스트(Shot Blast), 연속소둔공정 및 연속용융도금공정의 스킨패스 압연에 사용되는 롤은 전기방전가공(Electrical Discharge Texturing)과 3중 크롬 도금에 의해 롤 조도를 가공하고 있으며 이들 기술을 포함한 공지기술에 대한 상세한 설명은 아래와 같다.
먼저, 쇼트 블라스트(Shot Blast)는 날카로운 에지를 가지는 재료 또는 볼을 휠의 원심력에 의해 롤 표면에 타격하여 롤 표면조도를 생성시키는 것으로 형성된 조도 및 피크가 상당히 불규칙하며 미세 파우더 및 미스트 오염을 유발시키는 문제가 있다. 전기방전가공은 두 전극 사이에 방전이 발생할 때 생기는 물리적,기계적,전기적 작용을 이용해 롤 표면 조도를 가공하는 것으로 전극, 전해액, 가공물등으로 구성되며 전극과 가공물에 해당하는 롤에 저전압, 고전류를 인가하게 된다.이때 전극과 롤 표면간에 방전현상이 발생하여 롤 표면을 국부적으로 용융시키게 된다. 이 방법의 장점으로는 재료의 경도 및 형상에 영향을 받지 않으며 쇼트 블라스트 방법에 비해 비교적 균일한 조도를 얻을 수 있다는 것이다.
이러한, 쇼트 브랄스트의 단점으로는 방전시 양극반응에 의해 표면에 인장결함 발생 가능성이 있으며 전해액으로 유해한 산용액을 사용함으로서 환경 친화적이지 못하다는 것이다.
다음으로, 레이저 텍스쳐링(Laser Texturing)방법은 롤 표면에 국부적으로 레이저 빔을 조사해 표면을 용융시킴으로서 원하는 조도를 얻는 방법으로 장비의 고가 및 대상물의 취약성 때문에 롤 조도 가공방법으로 널리 사용되고 있지 못하다. 그리고 최근 독일 Saltzgittar제철소에서 개발되어 상용화되고 있는 토포크롬(Topochrom)공정, 즉, 3중 크롬도금에 의해 롤 표면조도를 형성시키는 방법은 전기방전가공에 의한 방법에 비해 조도가 더욱 균일하지만 초기 설비투자비가 많고 환경에 유해한 크롬을 이용해야 한다는 단점이 있다.
이로써, 종래의 기술에 비해 롤 당 가공시간은 거의 비슷하고 친환경적이면서 초기 투자 비용도 저렴한 롤 조도 가공 기술이면서 동시에 매우 규칙적이고 균 일한 조도를 얻을 수 있는 새로운 롤 텍스쳐링 기술이 절실하게 요구되는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 압연롤 표면에 조도를 형성시키는 수단으로 초음파 진동에너지를 이용하고, 동적 에너지를 최대화하기 위해 안내면을 따라 팁이 일정 변위로 왕복 운동하면서 압연롤 표면을 규칙적으로 타격하게 함과 동시에 초음파 진동에너지 발생 장치 후면에 가해주는 정적압력, 실린더 재질 및 팁 재질과 직경등을 제어함으로서 압연롤 표면에 규칙적이고 균일한 조도가 형성되도록 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치 및 가공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 롤 텍스쳐링장치에 의해 가공된 압연롤에 의해 압연된 압연판의 표면조도 및 선영성과 같은 표면품질은 물론이고 가공성,도장성 및 용접성등을 향상시키며 또한 냉간압연시 압연성 및 윤활성등을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 초음파 진동에너지에 의해 진동하면서 압연롤의 표면을 타격하여 규칙적인 마이크로 딤플(micro dimple), 조도가 생성되도록 하는 텍스쳐링장치본체부와, 상기 텍스쳐링장치본체부의 타격깊이, 타격위치를 제어하는 이송계부와, 상기 이송계부의 타격깊이를 균일하게 조절하기 위한 깊이조절부와, 상기 압연롤을 고정하며 회전시키는 회전부를 포함하여 롤 텍스쳐링 장치가 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치를 제공한다.
상기와 같이, 구성된 본 발명의 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링링장치를 이용한 압연롤 가공방법은 요구되는 단위면적당 딤플개수(조도)에 따라 롤 텍스쳐링장치의 타격부의 팁이 압연롤의 표면을 타격할 수 있도록 이동경로를 생성하는 경로생성단계,
상기 경로생성단계를 거친 후, 원하는 타격부의 팁이 타격하는 마이크로 딤플의 깊이를 생성하기 위하여 가공 파라메타를 선정하는 파라메타생성단계, 상기 파라메타생성단계를 거친 후, 이동경로 및 가공 파라메타에 따라 가공 프로그램을 작성하는 프로그램작성단계, 상기 프로그램작성단계를 거친 후, 초음파 롤 텍스쳐링을 설정하는 텍스쳐링설정단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치를 이용한 가공방법을 제공한
이상에서와 같이 본 발명은 초음파 진동에너지를 이용한 압연판재를 가압하는 압연롤의 표면을 가공하기 위하여 롤 텍스쳐링장치를 이용하면 투자비용 및 유지비가 저렴하면서 친환경적인 방법으로 롤 표면에 매우 규칙적이고 균일한 조도 또는 텍스쳐링(texturing)을 가공할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 냉간압연시에는 압연성 및 윤활성을 향상시키고, 그 후공정인 도금시에는 압연판에 형성된 균일한 표면조도의 영향으로 도금계면 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더불어, 스킨 패스 압연시에는 스트립 표면의 조도와 선영성, 성형성, 도장성 및 용접성등을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 부가적으로 초음파 진동에너지를 이용해 압연롤 표면 타격시 표면으로부터 약 200㎛정도가지 압축잔류응력을 형성해 압연롤의 내마모성,내피로성 및 내충격성도 향상되게 되어 압연롤 수명의 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이에 상기한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치는 초음파 진동에너지에 의해 진동하면서 압연롤(1)의 표면을 타격하여 규칙적인 마이크로 딤플(micro dimple), 조도가 생성되도록 하는 텍스쳐링장치본체부(10)와, 상기 텍스쳐링장치본체부(10)의 타격깊이, 타격위치를 제어하는 이송계부(20)와, 상기 이송계부(20)의 타격깊이를 균일하게 조절하기 위한 깊이조절부(30)와, 상기 압연롤(1)을 고정하며 회전시키는 회전부(40)를 포함하여 롤 텍스쳐링장치(100)가 구성된다.
상기 텍스쳐링장치본체부(10)는 크게 변환증폭부(11), 타격부(12)로 구성된다.
상기 변환증폭부(11)는 초음파에너지를 진동에너지로 변환, 증폭하는 것으로, 증폭부케이스(13), 트랜스듀서(14), 부스터(15), 스프링(16)을 더 포함하여 구 성된다.
이러한, 상기 변환증폭부(11)의 증폭부케이스(13)는 타격부(12)의 후방쪽에 위치되며 전방 끝단에 관통홀(13a)이 형성되고 후방에는 전원선컨넥터(13b)가 결합된다.
그리고, 상기 증폭부케이스(13)는 원통이나 사각통형상으로 구성될 수 있다.
상기 변환증폭부(11)의 트랜스듀서(14)는 증폭부케이스(13)의 전원선컨넥터(13b)를 관통하는 전원선(14a)에 의해 전원을 공급받으며 증폭부케이스(13)의 내부공간에서 초음파 에너지를 기계적인 진동에너지로 변환시키도록 구성된다.
상기 변환증폭부(11)의 부스터(15)는 트랜스듀서(14)의 전방 끝단에 접촉 연결된 상태로 진동에너지를 증폭시키면서 전방 끝단이 증폭부케이스(13)의 관통홀(13a)을 통해 일부분 노출되도록 형성된다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 부스터(15)는 트랜스듀서(14)의 전방 끝단에 접촉되는 접촉단(15a)과 증폭부케이스(13)의 관통홀(13a)을 통해 노출되어 타격부(12)에 접촉되는 노출단(15b)을 구분하며 증폭부케이스(13)내에서 이탈을 방지하는 걸림단(15c)으로 구성된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 변환증폭부(11)의 스프링(16)은 트랜스듀서(14)에 정적하중을 부여하기 위하여 증폭부케이스(13)의 내부에서 트랜스듀서(14)의 후방 끝단에 접촉하여 가압하도록 포함된다.
이때, 상기 스프링(16)은 코일형태나 클립형태로 구성이 가능할 것이며, 진폭의 크기를 제어하여 동적하중(Dynamic Force)의 제어가 가능하며, 전체 장치를 일정한 힘으로 가압하는 정압장치에 의하여 정적하중(Static Force)의 제어가 가능하도록 구성된다.
아울러, 상기 스프링(16)의 정적하중(Static Force)과 초음파에 의해 진동하는 동적하중(Dynamic Force)이 합해진 힘이 압연롤(1)에 인가되며, 동적하중은 정적하중에 비해 5배 이상의 크기를 가지며, 동적하중의 효과를 증대시키기 위하여 정적하중부분에 스프링(16)를 첨가하여 컴플라이언스(Compliance)에 해당하는 시스템의 특성을 향상시켰다.
더불어, 상기 스프링(16)에 의한 힘을 첨가하여 동적하중에 의해 발생하는 진동력을 최대한 전달할 수 있도록 하며, 스프링(16)에 의한 진폭변위, 추에 의한 정압력 부여 효과를 최적화할 수 있도록 하는 기능을 가진다. 또한 롤 배럴방향으로 균일한 조도를 가공하기 위해서 이송계부(20)를 이용하여 롤 텍스쳐링장치(100)를 압연롤(1)의 배럴 방향으로 이송할 수 있어야 하며 압연롤(1)과의 적정 접촉압력을 유지하기 위해서는 롤 반경방향으로 롤 텍스쳐링장치(100)를 이송할 수 있도록 설계되었다.
상기 타격부(12)는 변환증폭부(11)의 진동에너지를 전달받아 압연롤(1)의 표면에 접촉하면서 타격하는 것으로, 타격부케이스(17)와, 호온(18)과, 타격팁(19)으로 구성된다.
여기서, 상기 타격부(12)의 타격부케이스(17)는 증폭부케이스(13)에 접촉하는 후방 끝단에 부스터(15)의 노출단(15a)이 삽입되는 삽입홀(17a)이 형성되고, 전방 끝단에는 팁노출홀(17b)이 형성된다.
아울러, 상기 타격부케이스(17)는 팁(19b)과 팁홀더(19a)의 부분 교체시 교체를 용이하게 하기위해 를 두 부분으로 분리할 수 있도록 구성하였다.
그리고, 상기 타격부(12)의 호온(18)은 타격부케이스(17)의 내부에 공간에 위치되며 후방 끝단이 부스터(15)의 노출단(15a)에 접촉되도록 구성된다.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 타격부(12)의 타격팁(19)은 호온(18)의 전방 끝단에 타격부케이스(17)의 내부에 공간에 위치되는 'ㅓ'형상의 팁홀더(19a)의 후방 끝단이 접촉되며, 팁홀더(19a)의 돌출된 전방 끝단에 부착되어 타격부케이스(17)의 팁노출홀(17b)로 노출되는 팁(19b)으로 이루어진다.
상기 팁홀더(19a)는 타격부케이스(17)의 내부에서 자유스럽게 운동할 수 있으며, 팁(19b)은 타격부케이스(17)가 지지해 주도록 구성되어 있다.
더불어, 상기 타격팁(19)의 팁(19b) 형상은 1개 이상의 원형 볼 또는 다각형 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 이송계부(20)는 수평방향이동레일(21)과, 가이드레일(22)과, 타격방향이동레일(23)로 구성된다.
상기 이송계부(20)의 수평방향이동레일(21)은 압연롤(1)의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동되도록 설치된다.
상기 이송계부(20)의 가이드레일(22)은 수평방향이동레일(21)의 상부에 압연롤(1)의 중심 방향을 향하도록 설치된다.
상기 이송계부(20)의 타격방향이동레일(23)은 상부에는 텍스쳐링장치본체부(10)의 하부에 결합되는 블록몸체(23a)가 형성되고, 블록몸체(23a)의 하부로 가 이드레일(22)의 상부에 안착되어 슬라이드 이동되는 가이드블록(23b)으로 이루어진 다.
상기 깊이조절부(30)는 고정구(31), 와이어(33), 무게추(34)로 구성된다.
상기 깊이조절부(30)의 고정구(31)는 텍스쳐링장치본체부(10)의 변환증폭부(11)를 형성하는 증폭부케이스(13)의 상부에 결합된다.
상기 깊이조절부(30)의 와이어(33)는 고정구(31)에 연결되며 2개 이상의 로울러(32)에 접촉된다.
상기 깊이조절부(30)의 무게추(34)는 와이어(33)에 연결되어 하중을 발생시키도록 구성된다.
이때, 상기 무게추(34)는 단위 중량을 갖는 여러 개의 추로 형성되어 요구되는 하중을 발생시키기 위하여 추의 개수를 조절할 수 있다.
즉, 상기 깊이조절부(30)를 이용하여 일정한 압력을 지속적으로 롤 텍스터링장치(100)에 인가하도록 하였으며 압연롤(1) 회전시 발생할 수 있는 런아웃(runout)의 크기를 충분히 수용할수 있도록 구성하였다.
상기 회전부(40)는 베드(41), 구동몸체(42), 지지몸체(43)로 구성된다.
상기 회전부(40)의 베드(41)는 설치면에 안착되며 상부에는 이송계부(20)가 슬라이드되게 설치되어 텍스쳐링장치본체부(10)가 이동되도록 형성된다.
즉, 상기 이송계부(20)의 수평방향이동레일(21)은 상기 베드(41)의 상부에 설치되어 텍스쳐링장치본체부(10)가 압연롤(1)의 길이방향을 따라 이동하게 된다.
상기 회전부(40)의 구동몸체(42)는 베드(41)의 내부에 설치된 구동모터(42a) 에 의해 회전되는 회전축(42b), 회전축(42b)에 연결되며 압연롤(1)의 일단을 고정하는 고정척(42c)이 노출되게 형성된다.
즉, 상기 구동몸체(42)는 케이스형태로써 구동모터(42a)는 내부에 설치되어 외부로 노출되지 않으며, 회전축(42b)은 구동모터(42a)에 연결된 상태로 외부로 노출되고, 이렇게 노출된 회전축(42b)의 끝단에 고정척(42c)이 결합된다.
상기 회전부(40)의 지지몸체(43)는 구동몸체(42)가 형성된 베드(41)의 타측에는 압연롤(1)의 타단을 고정하는 지지척(43a)이 지지되도록 구성된다.
이때, 압연롤(1)은 고정척(42c)과 지지축(43a)에 물림되어 지지되면서 구동모터(42a)의 구동력으로 회전하게 된다.
아울러, 상기 깊이조절부(30)의 로울러(32)는 구동몸체(42)나 지지몸체(43)에 작업에 간섭되지 않도록 탈부착 가능하게 설치될 수 있다.
상기와 같이, 구성된 본 발명의 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤(1)을 가공하는 롤 텍스쳐링링장치(100)를 이용한 압연롤(1) 가공방법 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 롤 텍스쳐링링장치(100)는 압연롤(1)의 크기 및 가공시간을 단축시키기 위하여 여러 개를 설치하여 사용할 수 도 있다.
상기 가공방법은 경로생성단계(S1), 파라메타생성단계(S2), 프로그램작성단계(S3), 텍스쳐링설정단계(S4)의 순서로 이루어진다.
상기 경로생성단계(S1)는 요구되는 단위면적당 딤플개수(조도)에 따라 롤 텍 스쳐링장치(100)의 타격부(12)의 팁(19b)이 압연롤(1)의 표면을 타격할 수 있도록 이동경로를 생성하는 단계이다.
상기 파라메타생성단계(S2)는 경로생성단계(S1)를 거친 후, 원하는 타격부(12)의 팁(19b)이 타격하는 마이크로 딤플의 깊이를 생성하기 위하여 가공 파라메타를 선정하는 단계이다.
이때, 상기 파라메타생성단계(S2)에서 압연롤(1)의 표면 거칠기 및 마이크로 딤플의 구조를 조절하기 위한 가공파라메타는 정압력, 타격강도, 이송속도, 타격팁(12)의 팁(19b) 곡면의 크기 및 형상 중 어느 하나로 결정된다.
즉, 상기 파라메타생성단계(S2)에서의 단위 면적당 딤플의 개수는 가공속도, 정적하중 및 동적하중등의 함수에 따라 결정된다. 딤플의 개수는 가공하는 압연롤(1)의 경도와 재질에 따라 일정한 임계값(threshold)값을 가진다. 압연롤(1)의 거칠기를 결정하는 딤플의 깊이는 동적압력과 팁(19b)의 접촉점 크기에 따라 결정된다. 팁(19b)의 접촉점 크기는 딤플이 형성되는 크기를 조절하고, 동적하중의 집중도를 높여 더 큰 변형이 일어날 수 있도록 한다. 따라서 접촉점의 크기가 작을수록 더욱 큰 변형이 일어나게 된다.
그리고, 상기 파라메타생성단계(S2)에서 가공파라메타의 변환범위는 정압력은 5Kgf~20Kgf, 타격강도는 50Kgf~200Kgf, 이송속도는 0.1~0.3mm/rev, 가공속도는 20~48 m/min, 타격팁(19)의 팁(19a) 돌출 크기는 1.0~6mm 의 구(球)형 또는 다각형으로 구성된다.
상기 프로그램작성단계(S3)는 파라메타생성단계(S2)를 거친 후, 이동경로 및 가공 파라메타에 따라 가공 프로그램을 작성하는 단계이다.
상기 텍스쳐링설정단계(S4)는 프로그램작성단계(S3)를 거친 후, 초음파 롤 텍스쳐링을 설정하는 단계이다.
상기와 같은, 가공방법에 의해 가공된 압연롤(1)은 초음파 텍스쳐링 가공에 의해 표면으로부터 300μm이내 범위에서 압축 잔류응력, 경도 및 피로특성이 향상된다.
아울러, 상기 롤 텍스쳐링장치(100)에 의해 표면이 가공된 압연롤(1)을 이용하여 F/H재, CR재, GA재, GI강판 중 하나를 압연함으로써 규칙적인 마이크로 딤플(micro dimple)구조에 의해 형성된 균일한 조도가 형성되는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치를 이용한 가공방법으로 제조되는 가공판재를 얻을 수 있다.
롤 텍스쳐링장치(100)를 이용하여 4단 실험압연기의 작업롤(직경:275mm,배럴길이:1390mm,록크웰 경도:62)을 대상으로 압연롤(1) 표면에 조도(텍스쳐링)를 가공하고 그 가공된 압연롤(1)을 이용하여 스킨패스 압연(압하율 약2%정도) 및 냉간압연(압하율 약 30%)을 각각 실시하였다.
그리고, 스킨패스 압연을 위해서는 도금공장에서 용융도금 후 스킨패스 미실시 GA재를 채취하여 압연재로 사용하였으며 냉간압연 후 도금특성을 비교하기 위해서는 냉연공장 입측에서 열연판을 채취하여 압연재로 사용하였다. 아래에 그 구체적인 결과에 대해 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 롤 텍스쳐링장치(100)에 의해 압연된 GA재와(a사진), 3차원 표면조도를 쇼트 블라스트 압연롤에 의해 압연된 경우(Dull:b사진), 전기방전가공된 롤에 의해 압연된 경우(EDT:c사진)와 각각 비교하여 나타낸 것이다.
이때, 전기방전압연롤(EDT:c사진)에 의한 비교재는 현장 전기방전가공 설비에 의해 가공된 압연롤에 의해 현장에서 직접 판매품으로 생산된 제품의 경우에 대한 것이다.
도 7의 a사진에서 보는 바와 같이, 본 발명의 롤 텍스쳐링장치(100)에 의해 압연된 GA재의 압연판 표면에 형성된 표면조도가 상당히 균일한 것을 볼 수 있다.
피크카운터 딤플면적
압하율
1.5% 		DULL 52 962.49
EDT 62 791.95
본 발명 72 1211.69
표 1은 본 발명의 롤 텍스쳐링장치(100), 쇼트 블라스트(Dull) 및 전기방전압연롤(EDT)에 의해 각각 압연된 압연판 표면에 형성된 피크 카운트 및 딤플면적에 대해 나타낸 것이다. 이때, 피크 카운트는 표면에 형성된 조도 중 일정 높이 이상인 피크의 개수를 나타내며 딤플면적은 표면에 형성된 딤플의 총 면적을 의미한다.
이러한, 피크 카운트 및 딤플면적이 표면특성, 가공성,도장성 및 압연윤활성등에 대한 효과와 밀접한 관련이 있는 지표들이다.
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 가공방법이 쇼트 블라스트 및 전기방전가공 방법에 비해 우수함을 알 수 있다.
편면마찰계수 최대 블랭크 홀드 포오스(ton)
압하율
1.5% 		DULL 0.1877 3.5
EDT 0.1578 3.2
본 발명 0.1477 2.7
표 2는 본 발명의 롤 텍스쳐링장치(100), 쇼트 블라스트(Dull) 및 전기방전압연롤(EDT)에 의한 가공성과 관련하여 편면 마찰시험 및 블랭크 홀드 포오스(Blank Hold Force)시험에 대한 결과를 비교하여 나타낸 것이다. 이때, 블랭크 홀드 포오스 시험시 블랭크 크기는 직경 95mm로 하였다. 결과에서 볼 수 있듯이 마찰특성이 타 방법에 비해 우수하며 블랭크 홀드 포오스 시험결과도 역시 타 방법에 비해 우수함을 알 수 있다.
도장후 광택도
압하율
1.5% 		DULL 73.6
EDT 77.7
본 발명 79.7
표 3은 본 발명의 롤 텍스쳐링장치(100), 쇼트 블라스트(Dull) 및 전기방전압연롤(EDT)에 의한 도장성과 관련된 도장후 광택도에 대한 시험결과를 비교하여 나타낸 것이다. 광택도 역시 타 방법대비 본 발명에 의한 방법이 좋은 결과를 보이고 있다.
도금 부착량
압하율
1.5% 		DULL 58.27
EDT 58.42
본 발명 58.85
표 4는 본 발명의 롤 텍스쳐링장치(100), 쇼트 블라스트(Dull) 및 전기방전압연롤(EDT)에 의한 냉간압연된 압연판의 도금특성을 파악하기 위한 도금부착량 및 도금계면특성을 비교하여 나타내었다. 이때, 시험 압연판의 용융 도금은 본 시험편을 더미(dummy)재와 용접하여 광양 연구소 보유 시험 연속 용융도금 장치를 이용하였다. 도금부착량 측면에서는 타 방법과 거의 차이가 없으며 도금 계면특성은 도 8도시된 바와 같이, 쇼트 블라스트(Dull:a사진) 및 전기방전가공 방법(EDT:b사진)에 비해 본 발명의 롤 텍스쳐링장치(100:c사진)를 이용함이 양호함을 알 수 있다.
도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 초음파 진동에너지를 이용해 롤 텍스처 형성을 위해 표면 타격시 부가적으로 얻을 수 있는 효과인 표면으로부터 일정깊이까지의 경도변화, 압축잔류응력변화 및 피로특성 향상에 대한 실험결과를 나타낸다. 표면으로부터 일정 깊이까지 경도 및 압축잔류응력이 향상됨을 알 수있으며 또한 피로수명도 20%이상 향상됨을 알 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 현재 압연공장에서 사용되고 있는 기존의 롤 연마기에 본 발명장치인 롤 텍스처링장치(10)를 결합하여 사용할 수 있는 상태를 나타낸다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치의 롤 텍스쳐링장치본체부를 간략하게 나타낸 개략도이고,
도 2는 초음파 롤 텍스처링장치의 평면도이며,
도 3은 초음파 롤 텍스처링장치의 정면도이고,
도 4는 초음파 롤 텍스처링장치의 부스터 사시도이며,
도 5는 초음파 롤 텍스처링장치의 타격 팁 상세도이고,
도 6은 본 발명에 따른 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치의 가공방법의 순서도이며,
도 7은 본 발명 장치와 쇼트 블라스트 가공법, 전기방전가공법에 의해 각각 압연된 GA재의 3차원 표면조도 비교 데이터이고,
도 8은 본 발명 장치에 의해 압연된 GA재의 인산염 부착량시험 비교 데이터이며,
도 9는 본 발명 장치에 의해 압연된 GA재의 도장후 광택도시험 비교 데이터이고,
도 10은 본 발명 장치에 의해 압연된 GA재의 도장 밀착성시험 비교 데이터이며,
도 11은 본 발명 장치에 의해 압연된 GA재의 도금 부착량시험 비교 데이터이고,
도 12는 기존 롤 연마기에 적용 설치하여 초음파 롤 텍스처링장치의 사용상 태 예시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 압연롤 10 : 텍스쳐링장치본체부
11 : 변환증폭부 12 : 타격부
13 : 증폭부케이스 13a : 관통홀
13b : 전원선컨넥터 14 : 트랜스듀서
14a : 전원선 15 : 부스터
15a : 접촉단 15b : 노출단
15c : 걸림단 16 : 스프링
17 : 타격부케이스 17a : 삽입홀
17b : 팁노출홀 18 : 호온
19 : 타격팁 19a : 팁홀더
19b : 팁 20 : 이송계부
21 : 수평방향이동레일 22 : 가이드레일
23 : 타격방향이동레일 23a : 블록몸체
23b : 가이드블록 30 : 깊이조절부
31 : 고정구 32 : 로울러
33 : 와이어 34 : 무게추
40 : 회전부 41 : 베드
42 : 구동몸체 42a : 구동모터
42b : 회전축 42c : 고정척
43 : 지지몸체 43a : 지지척
100 : 롤 텍스쳐링장치
S1 : 경로생성단계 S2 : 파리메타생성단계
S3 : 프로그램생성단계 S4 : 텍스쳐링설절단계

Claims (15)

  1. 초음파 진동에너지에 의해 진동하면서 압연롤(1)의 표면을 타격하여 규칙적인 마이크로 딤플(micro dimple), 조도가 생성되도록 하는 텍스쳐링장치본체부(10)와,
    상기 텍스쳐링장치본체부(10)의 타격깊이, 타격위치를 제어하는 이송계부(20)와,
    상기 이송계부(20)의 타격깊이를 균일하게 조절하기 위한 깊이조절부(30)와,
    상기 압연롤(1)을 고정하며 회전시키는 회전부(40)를 포함하여 롤 텍스쳐링장치(100)가 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 텍스쳐링장치본체부(10)는 초음파에너지를 진동에너지로 변환, 증폭하는 변환증폭부(11)와,
    상기 변환증폭부(11)의 진동에너지를 전달받아 압연롤(1)의 표면에 접촉하면서 타격하는 타격부(12)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 변환증폭부(11)는 타격부(12)의 후방쪽에 위치되며 전방 끝단에 관통홀(13a)이 형성되고 후방에는 전원선컨넥터(13b)가 결합된 증폭부케이스(13)와,
    상기 증폭부케이스(13)의 전원선컨넥터(13b)를 관통하는 전원선(14a)에 의해 전원을 공급받으며 증폭부케이스(13)의 내부공간에서 초음파 에너지를 기계적인 진동에너지로 변환시켜주는 트랜스듀서(14)와,
    상기 트랜스듀서(14)의 전방 끝단에 접촉 연결된 상태로 진동에너지를 증폭시키면서 전방 끝단이 증폭부케이스(13)의 관통홀(13a)을 통해 일부분 노출되는 부스터(15)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 부스터(15)는 트랜스듀서(14)의 전방 끝단에 접촉되는 접촉단(15a)과 증폭부케이스(13)의 관통홀(13a)을 통해 노출되어 타격부(12)에 접촉되는 노출단(15b)을 구분하며 증폭부케이스(13)내에서 이탈을 방지하는 걸림단(15c)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 트랜스듀서(14)에 정적하중을 부여하기 위하여 증폭 부케이스(13)의 내부에서 트랜스듀서(14)의 후방 끝단에 접촉하여 가압하는 스프링(16)이 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 타격부(12)는 증폭부케이스(13)에 접촉하는 후방 끝단에 부스터(15)의 노출단(15a)이 삽입되는 삽입홀(17a)이 형성되고, 전방 끝단에는 팁노출홀(17b)이 형성된 타격부케이스(17)와,
    상기 타격부케이스(17)의 내부에 공간에 위치되며 후방 끝단이 부스터(15)의 노출단(15a)에 접촉되는 호온(18)과,
    상기 호온(18)의 전방 끝단에 타격부케이스(17)의 내부에 공간에 위치되는 'ㅓ'형상의 팁홀더(19a)의 후방 끝단이 접촉되며, 팁홀더(19a)의 돌출된 전방 끝단에 부착되어 타격부케이스(17)의 팁노출홀(17b)로 노출되는 팁(19b)으로 이루어진 타격팁(19)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 타격팁(19)의 팁(19b) 형상은 1개 이상의 원형 볼 또는 다각형 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 이송계부(20)는 압연롤(1)의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동되도록 설치되는 수평방향이동레일(21)과,
    상기 수평방향이동레일(21)의 상부에 압연롤(1)의 중심 방향을 향하도록 설치된 가이드레일(22)과,
    상부에는 텍스쳐링장치본체부(10)의 하부에 결합되는 블록몸체(23a)가 형성되고, 블록몸체(23a)의 하부로 가이드레일(22)의 상부에 안착되어 슬라이드 이동되는 가이드블록(23b)으로 이루어진 타격방향이동레일(23)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 깊이조절부(30)는 텍스쳐링장치본체부(10)에 결합되는 고정구(31)와,
    상기 고정구(31)에 연결되며 2개 이상의 로울러(32)에 접촉되는 와이어(33)와,
    상기 와이어(33)에 연결되어 하중을 발생시키는 무게추(34)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 회전부(40)는 설치면에 안착되며 상부에는 이송계부(20)가 슬라이드되게 설치되어 텍스쳐링장치본체부(10)가 이동되도록 하는 베드(41)와,
    상기 베드(41)의 내부에 설치된 구동모터(42a)에 의해 회전되는 회전축(42b), 회전축(42b)에 연결되며 압연롤(1)의 일단을 고정하는 고정척(42c)이 노출되게 형성된 구동몸체(42)와,
    상기 구동몸체(42)가 형성된 베드(41)의 타측에는 압연롤(1)의 타단을 고정하는 지지척(43a)이 지지되는 지지몸체(43)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치.
  11. 요구되는 단위면적당 딤플개수(조도)에 따라 롤 텍스쳐링장치(100)의 타격부(12)의 팁(19b)이 압연롤(1)의 표면을 타격할 수 있도록 이동경로를 생성하는 경로생성단계(S1),
    상기 경로생성단계(S1)를 거친 후, 원하는 타격부(12)의 팁(19b)이 타격하는 마이크로 딤플의 깊이를 생성하기 위하여 가공 파라메타를 선정하는 파라메타생성단계(S2),
    상기 파라메타생성단계(S2)를 거친 후, 이동경로 및 가공 파라메타에 따라 가공 프로그램을 작성하는 프로그램작성단계(S3),
    상기 프로그램작성단계(S3)를 거친 후, 초음파 롤 텍스쳐링을 설정하는 텍스 쳐링설정단계(S4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치를 이용한 가공방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 파라메타생성단계(S2)에서 압연롤(1)의 표면 거칠기 및 마이크로 딤플의 구조를 조절하기 위한 가공파라메타는 정압력, 타격강도, 이송속도, 타격팁(12)의 팁(19b) 곡면의 크기 및 형상 중 어느 하나로 결정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치를 이용한 가공방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 파라메타생성단계(S2)에서 가공파라메타의 변환범위는 정압력은 5Kgf~20Kgf, 타격강도는 50Kgf~200Kgf, 이송속도는 0.1~0.3mm/rev, 가공속도는 20~48 m/min, 타격팁(19)의 팁(19a) 돌출 크기는 1.0~6mm 의 구(球)형 또는 다각형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치를 이용한 가공방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 압연롤(1)은 초음파 텍스쳐링 가공에 의해 표면으로부터 300μm이내 범위에서 압축 잔류응력, 경도 및 피로특성이 향상되도록 구성되 는 것을 특징으로 하는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치를 이용한 가공방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 롤 텍스쳐링장치(100)에 의해 표면이 가공된 압연롤(1)을 이용하여 F/H재, CR재, GA재, GI강판 중 하나를 압연함으로써 규칙적인 마이크로 딤플(micro dimple)구조에 의해 형성된 균일한 조도가 형성되는 초음파 진동에너지를 이용하여 압연롤을 가공하는 롤 텍스쳐링장치를 이용한 가공방법으로 제조되는 가공판재.
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KR20160059093A (ko) * 2014-11-17 2016-05-26 주식회사 포스코 텍스처링 장치 및 그 제어방법
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