KR101164991B1 - 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도어 프레임 제작 공법에 관한것으로서, 본 발명에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법은 원판형 소재에 단조 공정을 통해서 중심부에 관통홀을 형성시키는 제1단계와, 상기 제1단계를 거친 소재를 가열시키는 제2단계와, 상기 제2단계를 통해서 가열된 소재의 관통홀을 중심으로 링 단조 공법을 통해서 상기 소재의 중심원의 원주 길이가 도어 프레임의 중심선의 길이와 일치되도록 원형 링 형태로 가공시키는 제3단계와, 제3단계를 거친 소재의 중심에 변형 방지용 지그를 삽입시키고, 업셋 단조를 통해서 상기 링 형태의 소재 양측면을 눌러서 직선 구간을 형성시키는 제4단계와, 상기 제4단계를 거친 소재를 정삭 가공하여 도어 프레임을 완성시키는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법{ method of manufacturing door frame in wind tower}

본 발명은 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법에 관한 것으로서, 풍력 타워에 설치되는 도어 프레임을 제작하기 위한 공법에 관한 것이다.

석유의 한정된 자원이 얼마 지나지 않아 고갈될 것을 예측되며, 이러한 석유 자원을 대신하여 사용될 대체 에너지가 많이 연구되고 있다. 그에 관한 많은 기술이 소개되어 왔지만 태양이나 바람, 물과 같이 거의 무한적인 자연에너지를 이용하는 발전이 가장 이상적인 대체 에너지원이라는 인식 하에 많은 기술들이 연구되어 왔으며, 바람의 힘에 의해 회전하는 날개로 전기를 얻는 풍력 발전 기술은 실용화 단계에 이르게 되었다.

그러나, 이러한 풍력 발전은 한 개의 시설과 시스템을 설치하는데 막대한 면적과 경비가 소요된다는 문제점이 있다.

따라서, 최근에는 이러한 풍력 발전 설비의 제작 비용을 절감할 수 있는 여러 방안들이 제안되고 있다.

도 1은 일반적인 풍력 타워를 도시하는 사시도이다.

일반적인 풍력 타워(1)의 최상부에 설치된 프로펠러(5)에 연결된 발전부(4)를 점검하기 위하여 일측에는 도어 프레임(3)을 통해서 도어(2)가 설치된다.

이러한 도어 프레임은 도 2에 도시된 바와 같이 원소재(10:slab, ingot)를 단조를 통해서 평판 형태로 가공하고, 황삭 및 정삭을 통해서 도어 틀 형태의 도어 프레임(20)으로 최종가공하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 제작 공법은 황삭 및 정삭 과정에서 원소재의 가공부(12)가 많아서 소재의 낭비가 심하고, 제작 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 풍력 타워용 도어 프레임의 제작 비용 및 제작 시간을 절감할 수 있는 제작 공법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법은 원판형 소재에 단조 공정을 통해서 중심부에 관통홀을 형성시키는 제1단계와, 상기 제1단계를 거친 소재를 가열시키는 제2단계와, 상기 제2단계를 통해서 가열된 소재의 관통홀을 중심으로 링 단조 공법을 통해서 상기 소재의 중심원의 원주 길이가 도어 프레임의 중심선의 길이와 일치되도록 원형 링 형태로 가공시키는 제3단계와, 제3단계를 거친 소재의 중심에 변형 방지용 지그를 삽입시키고, 업셋 단조를 통해서 상기 링 형태의 소재 양측면을 눌러서 직선 구간을 형성시키는 제4단계와, 상기 제4단계를 거친 소재를 정삭 가공하여 도어 프레임을 완성시키는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 제3단계를 거친 소재를 일정한 두께로 절단시키는 절단 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제4단계에서 이용되는 변형 방지용 지그는 상부면이 계단형태임을 특징으로 한다.

또한, 상기 제4단계에서 이용되는 변형 방지용 지그는 하부 지그에 수직으로 설치되는 다수 개의 탄성 지지부와, 상기 탄성 지지부의 상측에 설치되는 지지판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 탄성 지지부는 유압 장치에 연결된 댐퍼와, 상기 댐퍼의 외부에 결합된 코일 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법은 링 단조 공법과 변형 방지용 지그를 이용하여 도어 프레임의 원형에 가깝게 성형하고, 정삭 공정을 통해서 제품을 완성하므로 종래의 황삭 공정을 생략할 수 있어 제작 비용 및 제작 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 풍력 타워를 도시하는 사시도.
도 2는 종래의 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법의 예시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법의 예시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법 중 제3단계를 거친 소재와 최종 제품의 비교도.
도 5는 제4단계를 거친 소재의 변형을 예시하는 평면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법 중 제4단계에 이용되는 변형 방지용 지그를 도시하는 사시도.
도 7은 또 다른 변형 방지용 지그를 도시하는 사시도.
도 8은 제3단계를 거친 소재를 절단하는 공정을 도시하는 사시도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법의 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법은 도 3의 (a)에 도시된 제1단계를 거치기 전에, 잉곳(ingot) 형태의 소재를 코깅(Cogging) 공정과 양단부를 절단시키는 공정을 통해서 원통 형태로 가공하고, 업셋팅 단조(Upsetting forging) 공정을 통해서 원판 형태로 가공한다.

이러한 원판 소재는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 원판형 소재(100)에 단조 공정(구체적으로는 펀칭(Punching))을 통해서 중심부에 관통홀(110)을 형성시키는 제1단계를 거친다.

상기 제1단계를 거친 소재를 가열시키는 제2단계와, 도 3의 (b)에 도시된 상기 제2단계를 통해서 가열된 소재의 관통홀을 중심으로 링 단조 공법을 통해서 상기 소재의 중심원의 원주 길이가 도어 프레임의 중심선의 길이와 일치되도록 원형 링 형태로 가공시키는 제3단계를 거친다.

다음으로, 도 3의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 제3단계를 거친 소재의 중심에 변형 방지용 지그를 삽입시키고, 업셋 단조를 통해서 상기 링 형태의 소재 양측면을 눌러서 직선 구간을 형성시키는 제4단계를 거치게 된다.

도 3의 (e)에 도시된 바와 같이 상기 제4단계를 거친 소재를 정삭 가공하여 도어 프레임을 완성시키는 제5단계로 거치게 된다.

제3단계에 대해 상세히 살펴보면,

도 3의 (b)에 도시된 제3단계는 관통홀을 중심으로 링 단조 공법을 통해서 상기 소재의 중심원의 원주 길이가 도어 프레임의 중심선의 길이와 일치되도록 원형 링 형태로 가공시키는 공정이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법 중 제3단계를 거친 소재와 최종 제품의 비교도이다.

도 4의 (a)에 도시된 제3단계를 거친 소재(100)의 중심원(102)의 원주 길이는 도 4의 (b)에 도시된 최종 완성품인 도어 프레임(200)의 중심선(202)의 길이와 같아지도록 설계되어야 한다.

이러한 링 단조 공정은 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 소재(100)의 관통홀에 회전 지그(10)를 삽입시키고, 상부 금형(60)을 프레스 등으로 가압시키는 공정이다.

상부 금형(60)이 반복적으로 이동되면서 회전 지그(10)가 소재를 일정한 각도로 회전시켜서 소재(100)의 관통홀 직경을 확대시키고, 소재(100)의 폭을 점차 축소시키는 공정이다.

다음으로, 제4단계에 대해 살펴보면,

도 3의 (c) 및 (d)에 도시된 제4단계는 업셋 단조를 통해서 링 형태의 소재 양측면을 눌러서 직선 구간을 형성시키는 단계이다.

이러한 업셋 단조(upset forging)시에 소재를 일정한 온도로 재가열하여야 하며, 하부 금형(50)에 가열된 소재(100)를 올리고, 상부 금형(60)을 프레스 등으로 가압시켜서 양측면에 직선 구간을 형성시키게 된다.

도 5는 제4단계를 거친 소재의 변형을 예시하는 평면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 제4단계를 거친 소재(100)의 양측면에는 가공 과정에서 중심부가 변형될 수 있다. 이러한 변형의 경우 최종 제품(200)을 정삭하는 과정에서 미성형부가 발생될 가능성이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 변형 방지용 지그가 이용된다. 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이 소재(100)의 중심에 변형 방지용 지그(70)를 삽입하여 양측면을 가압시키면, 소재 측면이 변형되는 과정에서 중심에서 소재를 지지하여 소재의 측면이 굴곡되는 현상을 방지하게 된다.

이러한 변형 방지용 지그는 상부면이 계단형태로 제작되는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법 중 제4단계에 이용되는 변형 방지용 지그를 도시하는 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 변형 방지용 지그(70)는 상부면이 계단 형태(l1,l2,l3)로 제작되어 각 도어 프레임의 크기에 따라서 필요한 부위를 소재의 중심에 삽입하도록 할 수 있다.

도 7은 또 다른 변형 방지용 지그를 도시하는 사시도이다.

도 7에 도시된 변형 방지용 지그(80)는 하부 지그(50)에 수직으로 설치되는 다수 개의 탄성 지지부(84)와, 상기 탄성 지지부(84)의 상측에 설치되는 지지판(82)을 포함한다.

여기서, 상기 탄성 지지부(84)는 유압 장치에 연결된 댐퍼(84b)와, 상기 댐퍼(84b)의 외부에 결합된 코일 스프링(84a)으로 이루어진다. 이러한 구조는 자동차에서 이용되는 숍 업저버(shock absorber)와 유사한 구조이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 상부 금형(60)이 소재(100)의 측면을 가압하면 상기 탄성 지지부(84)에 의해서 지지대는 지지판(82)이 소재의 내측면을 탄성 지지하여 소재의 측면이 변형되는 것을 방지하게 된다.

부가적으로, 제3단계를 거친 소재를 일정한 두께로 절단시키는 절단 단계가 더 포함될 수도 있다.

도 8은 제3단계를 거친 소재를 절단하는 공정을 도시하는 사시도이다.

제3단계를 거친 소재(100)는 두께 방향으로 확대되며, 따라서, 다수 개의 제품을 생산하는 경우 두께 방향으로 소재를 절단시키는 절단 공정이 추가될 수도 있다.

도 8에 도시된 바와 같이 제3단계를 거친 소재(100)를 관통홀에 회전 지그(10)를 삽입시키고, 칼날 프레스(62)를 통해서 소재를 두께 방향으로 가격하여 절단시키는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법을 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10: 회전 지그
50: 하부 지그
60: 상부 지그
100: 원판형 소재
110: 관통홀
70,80: 변형 방지용 지그]
82: 지지판
84: 탄성 지지부
84a: 코일 스프링
84b: 댐퍼

Claims (5)

1. 원판형 소재에 단조 공정을 통해서 중심부에 관통홀을 형성시키는 제1단계와;
   상기 제1단계를 거친 소재를 가열시키는 제2단계와;
   상기 제2단계를 통해서 가열된 소재의 관통홀을 중심으로 링 단조 공법을 통해서 상기 소재의 중심원의 원주 길이가 도어 프레임의 중심선의 길이와 일치되도록 원형 링 형태로 가공시키는 제3단계와;
   제3단계를 거친 소재의 중심에 변형 방지용 지그를 삽입시키고, 업셋 단조를 통해서 상기 링 형태의 소재 양측면을 눌러서 직선 구간을 형성시키는 제4단계와;
   상기 제4단계를 거친 소재를 정삭 가공하여 도어 프레임을 완성시키는 제5단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   제3단계를 거친 소재를 일정한 두께로 절단시키는 절단 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제4단계에서 이용되는 변형 방지용 지그는,
   상부면이 계단형태임을 특징으로 하는 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제4단계에서 이용되는 변형 방지용 지그는,
   하부 지그에 수직으로 설치되는 다수 개의 탄성 지지부와;
   상기 탄성 지지부의 상측에 설치되는 지지판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 탄성 지지부는,
   유압 장치에 연결된 댐퍼와;
   상기 댐퍼의 외부에 결합된 코일 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 타워용 도어 프레임 제작 공법.
   

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