KR101126719B1 - 전기 업셋 장치의 앤빌 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 업셋 장치에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 전기 업셋 공정을 위한 앤빌의 수명이 최대화될 수 있도록 하여 제작 비용을 저감시킬 수 있고, 배기 밸브의 종류에 상관없이 공용 사용이 가능한 새로운 형태의 전기 업셋 장치용 앤빌에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 업셋(up-set) 작업을 위한 소재의 선단이 관통되면서 상기 소재의 이동을 지지하는 클램프와, 상기 클램프를 관통한 소재의 선단 전방측에 위치되면서 상기 클램프와 함께 전류가 흐르는 전극의 역할을 수행하는 앤빌을 포함하여 구성된 전기 업셋 장치에 있어서, 상기 앤빌은 몸체를 이루는 몸체부와, 상기 몸체부의 외표면 중 상기 소재와의 대향면에 형성되는 요입홈과, 상기 요입홈을 채우도록 형성되며, 전류의 통전이 가능함과 동시에 소재에 비해 강도가 강한 재질로 형성된 접촉부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전기 업셋 장치용 앤빌이 제공된다.

전기 업셋 장치, 대형 선박, 배기 밸브, 앤빌, 텅스텐, 크롬, 특수용접

Description

전기 업셋 장치의 앤빌{anvil for electrical upset device}

본 발명은 전기 업셋 장치에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 전기 업셋 공정을 위한 앤빌의 수명이 최대화될 수 있도록 하여 제작 비용을 저감시킬 수 있고, 배기 밸브의 종류에 상관없이 공용 사용이 가능한 새로운 형태의 전기 업셋 장치용 앤빌에 관한 것이다.

일반적으로 대형 선박에 사용되는 엔진 부품 중 배기 밸브는 연소가스를 제어하기 위한 부품이기 때문에 항상 고온가스와 접하고 있어서 손상이 심한 부품 중의 하나이다.

한편, 상기한 배기 밸브는 다양한 방법에 의해 제조될 수 있으며, 소재를 반복적인 단조 공정을 통해 최종 형상으로 성형하는 방법도 있으나, 주로 전기 업셋(upset) 공정을 이용한 헤드 부분의 예비 성형 이후에 단조 공정을 통해 상기 예비 성형된 헤드 부분의 최종 형상으로 성형하는 방법이 주로 사용된다.

이때, 상기 전기 업셋 공정을 이용한 헤드 부분의 예비 성형 과정은 이동 가능하게 설치된 상태의 앤빌과 고정된 상태로 설치된 전극 사이에 상기 소재의 헤드 부분을 삽입한 다음 전류를 흐르게 하여 저항열이 발생되도록 하고, 계속해서 상기 소재를 상기 앤빌 측으로 가압함과 동시에 상기 앤빌은 후퇴되도록 함으로써 상기 헤드 부분의 성형이 이루어지도록 하고 있다.

상기한 전기 업셋 기술을 이용한 배기 밸브의 성형 과정에 대하여는 국내 등록특허공보 제0147529호에 제시된 내용과 같다.

그러나, 전술한 종래의 전기 업셋 기술은 상기 업셋 공정이 진행되는 도중에 고온의 환경에 의해 소재의 변형 뿐 아니라 앤빌의 작업면(소재와 대향되는 면)에 대한 변형이 함께 이루어졌던 문제점이 있다.

즉, 상기한 앤빌의 작업면이 고온의 열기와 전기 저항열로 인해 변형이 발생되면서 소재가 들러붙는 현상 등이 발생되었고, 이로 인해 배기 밸브에 대한 성형이 원활히 이루어지지 못하였다는 문제점이 발생된 것이다.

특히, 상기한 문제점으로 인해 앤빌의 수명이 짧아 잦은 교체가 필요하였기 때문에 제작 비용 역시 증가될 수밖에 없다는 문제점을 가진다.

본 발명은 전술한 종래 기술이 갖는 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 전기 업셋 장치를 구성하는 앤빌의 변형이 최소화될 수 있도록 하여 상기 앤빌이 최대한 오랜 수명을 갖도록 함과 더불어 배기 밸브의 성형에 따른 불량 발생을 최소화할 수 있도록 한 새로운 형태의 전기 업셋 장치용 앤빌을 제공하고자 한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 업셋 장치용 앤빌에 따르면 업셋(up-set) 작업을 위한 소재의 선단이 관통되면서 상기 소재의 이동을 지지하는 클램프와, 상기 클램프를 관통한 소재의 선단 전방측에 위치되면서 상기 클램프와 함께 전류가 흐르는 전극의 역할을 수행하는 앤빌을 포함하여 구성된 전기 업셋 장치에 있어서, 상기 앤빌은 몸체를 이루는 몸체부와, 상기 몸체부의 외표면 중 상기 소재와의 대향면에 형성되는 요입홈과, 상기 요입홈을 채우도록 형성되며, 전류의 통전이 가능함과 동시에 소재에 비해 강도가 강한 재질로 형성된 접촉부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 요입홈 내의 중앙측 부위는 상기 요입홈 내의 여타 부위에 비해 깊이가 얕게 형성됨을 특징으로 하며, 상기 요입홈 내의 둘레측 부위는 내측편으로부터 외측편으로 갈수록 요입깊이가 점차 얕아지도록 경사지게 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 접촉부는 텅스텐 혹은, 크롬 중 어느 한 재질로 형성되거나, 상기 접촉부는 텅스텐 혹은, 크롬 중 어느 한 재질이 포함된 합금으로 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 앤빌의 몸체부 내부에는 냉매 혹은, 냉각수의 순환을 위한 냉매관로가 형성되고, 상기 냉매관로는 냉매 혹은, 냉각수를 펌핑하는 펌핑부와 연결됨을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 전기 업셋 장치용 앤빌은 소재가 맞닿는 부분을 전기 저항율이 낮고, 내열성 및 열간 내마모성이 우수하며, 소재에 비해 강한 재질로 이루어진 접촉단으로 구성함으로써 앤빌의 수명을 최대한 연장시킬 수 있게 된 효과를 가진다.

특히, 본 발명에 따른 전기 업셋 장치용 앤빌의 요입홈은 내부 중앙측 부위를 여타 부위에 비해 돌출되도록 형성함으로써 균일한 전류의 제공이 가능하고, 소재의 종류에 상관없이 공용 사용이 가능하게 된 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 전기 업셋 장치용 앤빌은 몸체부 내부에 냉매관로를 형성하고, 상기한 냉매관로로는 냉매 혹은, 냉각수의 순환이 가능하도록 구성함으로써 업셋 공정이 진행되는 도중 앤빌의 열간 변형이 최소화될 수 있게 됨과 더불어 접촉단의 분리에 따른 문제점을 미연에 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.

이하, 전술한 본 발명의 선박용 배기 밸브 제조를 위한 전기 업셋 장치의 앤 빌에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

설명에 앞서, 전기 업셋 장치는 소재의 이동을 지지함과 더불어 전극의 역할을 하는 클램프(10)와, 상기 클램프(10)와 함께 전류가 흐르는 전극의 역할을 수행하는 앤빌(100)과, 상기 앤빌(100)을 향해 소재(20)를 점차적으로 이동시키는 동작부(30) 및 상기 클램프(10) 및 앤빌(100)로 전원을 공급하는 전원부(40)를 포함하여 구성되며, 본 발명은 상기한 전기 업셋 장치 중 앤빌(100)의 구조에 관한 기술이다.

첨부된 도 1과 같이 본 발명의 실시예에 따른 앤빌(100)은 몸체부(110)와, 요입홈(120)과, 접촉부(130)를 포함하여 구성된다. 이를 각 구성별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 몸체부(110)는 상기 앤빌(100)의 몸체를 이루는 부위로써, 통상의 S45C, SCM440, SKT4 등과 같은 합금 공구강의 재질로 형성된다.

다음으로, 상기 요입홈(120)은 상기 몸체부(110)의 외표면 중 상기 소재(10)와의 대향되는 면에 요입 형성되는 홈이다.

다음으로, 상기 접촉부(130)는 소재(10)가 직접적으로 맞닿는 부위로써, 상기 요입홈(120)을 채우도록 구성된다.

특히, 상기한 접촉부(130)는 전류의 통전이 가능함과 더불어 전기 저항율이 낮고, 내열성이 우수하며, 열간 내마모성이 높고, 상기 소재에 비해서는 강도가 강한 재질로 형성됨이 가장 바람직하다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 상기한 접촉부(130)가 텅스텐(W) 혹은, 크롬(Cr) 중 어느 한 재질로 형성되거나, 또는 상기 텅스텐 혹은, 크롬 중 어느 한 재질이 포함된 합금으로 형성됨을 제시한다.

이와 함께, 본 발명의 실시예에서는 상기한 접촉부(130)가 특수 용접을 통해 상기 요입홈(120) 내에 채워짐을 제시한다.

즉, 텅스텐 용접 혹은, 크롬 용접과 같은 특수 용접을 통해 상기 요입홈(121) 내부를 용접살로 채움으로써 상기한 접촉부(130)가 형성되도록 한 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 전술한 요입홈(120)이 중앙측 부위(이하, “돌출단”이라 함)(121)가 여타 부위(이하, “요입단”이라 함)(122)에 비해 깊이가 얕게 형성됨을 제시한다. 이는, 상기한 요입홈(120)의 돌출단(121)으로 인해 상기 접촉부(130)를 채우기 위한 용접성이 우수할 수 있도록 하기 위함이다.

즉, 상기 돌출단(121)을 요입단(122)으로부터 돌출되도록 형성함으로써 용접 작업에 의한 접촉부(130)의 원활한 형성이 가능하게 되고, 특히, 상기한 요입홈(120) 내의 둘레측 부위(이하, “둘레단”이라 함)(123)를 통해서도 전류가 흐를 수 있는 공간이 확보될 수 있게 되는 것이다.

이와 함께, 본 발명의 실시예에서는 상기 요입홈(120) 내의 둘레단(123)은 내측편으로부터 외측편으로 갈수록 요입 깊이가 점차 얕아지도록 경사지게 형성됨을 추가로 제시한다.

이러한 구성은, 상기 둘레단(123)이 이루는 경사 부위에 의해 전류가 흐를 수 있는 공간의 확보가 이루어질 수 있도록 함으로써 상기 요입홈(121) 내의 전 부위를 통한 균일한 전류 제공이 가능하게 하여, 소재(20)의 직경에 상관없이 균일한 전류 제공이 가능하게 되는 것이다. 물론, 상기한 둘레단(123)의 경사 부위로 인해 상기 접촉부(130)에 대한 용접성을 더욱 향상시킬 수 있게 되고, 용접 작업이 편리하게 진행될 수 있다는 장점도 추가로 가진다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기한 앤빌(100)의 몸체부(110) 내부에 냉매 혹은, 냉각수의 순환을 위한 냉매관로(111)가 형성되고, 상기 냉매관로(111)는 냉매 혹은, 냉각수를 펌핑하는 펌핑부(112)와 연결됨을 추가로 제시한다.

이때, 상기 펌핑부(112)는 통상의 열교환기를 포함하여 구성되는 냉각 장치로 구성된다.

상기한 바와 같은 구조는 업셋 공정이 진행되는 시간이 통상적으로 8～30분 정도 소요됨을 고려할 때 상기한 시간 동안 앤빌(100)의 온도는 상당한 고온을 이루게 되고, 이러한 고온 환경에 의해 앤빌(100)이 변형되거나 혹은, 상기 접촉부(130)가 요입홈(120)으로부터 분리됨을 방지할 수 있도록 한 구조이다.

즉, 업셋 공정이 진행되는 도중 앤빌(100)을 구성하는 몸체부(110)의 내부로 저온의 냉매 혹은, 냉각수를 제공함으로써 상기 앤빌(100)의 전체 온도가 대략 150℃ 정도를 유지할 수 있도록 하여 상기 앤빌(100)의 변형 및 접촉부(130)의 녹음에 따른 요입홈(120)으로부터의 분리됨을 방지하고자 한 것이다.

하기에서는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 전기 업셋 장치용 앤빌(100)의 제조 과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

먼저, 앤빌(100)을 구성하는 몸체부(110)의 외표면 중 소재가 접촉되는 면에 요입홈(120)을 형성한다.

이때, 상기한 요입홈(120)은 공작 기계를 이용한 가공을 통해 형성할 수도 있고, 상기한 몸체부(110)의 제조를 위한 금형에 상기한 요입홈(120)의 형성을 위한 돌출 부위를 구비함으로써 상기 요입홈(120)이 형성되도록 할 수도 있다.

그리고, 상기한 몸체부(110)의 성형이 완료되면 요입홈(120) 내에 접촉부(130)를 형성하는 작업을 수행한다.

이때, 상기한 접촉부(130)는 기 전술한 바와도 같이 특수 용접을 통해 용접살로써 채워넣는 방식이 바람직하다.

이는, 접촉부(130)와 몸체부(110) 간의 재질이 서로 상이함을 고려할 때 여타의 제조 공법을 통해서는 상기한 접촉부(130)와 몸체부(110) 간을 일체화하기가 어려워 상기 접촉부(130)가 상기 요입홈(120) 내에 안정적으로 고정된 상태를 유지하기 어렵고, 이로 인해 업셋 작업 도중 상기한 접촉부(130)가 요입홈(120)으로부터 분리될 수 있다는 문제점이 발생될 수 있기 때문이다.

이후, 상기 접촉부(130)가 성형된 부위에 대한 평탄화 작업(예컨대, 글라인더 작업 등)을 통해 해당 면이 평면을 이루도록 함으로써 상기한 앤빌(100)의 제조가 완료된다.

다음으로, 상기한 앤빌(100)을 이용한 전기 업셋 과정에 대하여 설명하도록 한다.

우선, 전기 업셋 장치를 구성하는 클램프(10)에 소재(배기 밸브)(20)를 설치한다.

이때, 상기 소재(20)는 선단이 상기 클램프(10)를 관통하여 앤빌(100)의 접 촉단(130)에 맞닿도록 위치시킨다.

이후, 전원부(40)의 제어를 통해 메인 전원을 공급하게 되면 상기 앤빌(100)과 클램프(10)로 전류가 흐르면서 상기 소재(20)의 가열이 시작됨과 더불어 상기 소재(20)를 상기 앤빌(100)이 위치된 측을 향해 이동시키는 이동력에 의해 상기 소재(20)는 앤빌(100)을 향해 점진적으로 이동되면서 소재(20)의 선단에 대한 예비 성형이 진행된다.

한편, 상기한 예비 성형이 진행되는 도중에는 상기 소재(20)의 가열에 따른 열기로 인해 앤빌(100)의 온도 역시 상승된다.

하지만, 상기한 바와 같은 소재(20)의 예비 성형이 진행되는 도중에는 펌핑부(112)의 구동에 의해 냉매 혹은, 냉각수가 앤빌(100)을 구성하는 몸체부(110) 내의 냉매관로(111)를 순환하게 되고, 이로 인해 상기 앤빌(100)은 항상 적정 온도를 유지하게 된다.

즉, 상기한 앤빌(100)의 온도가 적정 온도를 유지할 수 있기 때문에 상기한 앤빌(100)의 변형 발생은 최소화되고, 특히 접촉부(130)가 열적 변형에 의해 요입홈(120)으로부터 분리되는 현상은 방지된다.

물론, 상기한 냉매는 상기 앤빌(100)에만 영향을 줄 뿐 소재(20)로 제공되는 영향은 극히 미미하기 때문에 상기 소재(20)에 대한 예비 성형은 원활히 진행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 선박용 배기 밸브 제조를 위한 전기 업셋 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 블럭도

도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 선박용 배기 밸브 제조를 위한 전기 업셋 장치 중 앤빌의 구조를 설명하기 위해 나타낸 확대도

도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 선박용 배기 밸브 제조를 위한 전기 업셋 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 블럭도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10. 클램프 20. 소재

30. 동작부 40. 전원부

100. 앤빌 110. 몸체부

111. 냉매관로 112. 펌핑부

120. 요입홈 121. 돌출단

122. 요입단 123. 둘레단

130. 검출부

Claims (6)

1. 업셋(up-set) 작업을 위한 소재의 선단이 관통되면서 상기 소재의 이동을 지지하는 클램프와, 상기 클램프를 관통한 소재의 선단 전방측에 위치되면서 상기 클램프와 함께 전류가 흐르는 전극의 역할을 수행하는 앤빌을 포함하여 구성된 전기 업셋 장치에 있어서,

   상기 앤빌은

   몸체를 이루는 몸체부와,

   상기 몸체부의 외표면 중 상기 소재와의 대향면에 형성되는 요입홈과,

   상기 요입홈을 채우도록 형성되며, 전류의 통전이 가능함과 동시에 소재에 비해 강도가 강한 재질로 형성된 접촉부를 포함하며,

   상기 요입홈은 중앙측 부위의 요입 깊이가 여타 부위의 요입 깊이에 비해 얕게 형성됨과 더불어 상기 요입홈 내의 둘레측 부위는 내측편으로부터 외측편으로 갈수록 요입 깊이가 점차 얕아지도록 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 전기 업셋 장치용 앤빌.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 접촉부는 텅스텐 혹은, 크롬 중 어느 한 재질로 형성됨을 특징으로 하는 전기 업셋 장치용 앤빌.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 접촉부는 텅스텐 혹은, 크롬 중 어느 한 재질이 포함된 합금으로 형성됨을 특징으로 하는 전기 업셋 장치용 앤빌.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 앤빌의 몸체부 내부에는 냉매 혹은, 냉각수의 순환을 위한 냉매관로가 형성되고, 상기 냉매관로는 냉매 혹은, 냉각수를 펌핑하는 펌핑부와 연결됨을 특징으로 하는 전기 업셋 장치용 앤빌.

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