KR101188605B1 - 반가공형상링 성형장치를 이용한 반가공형상링 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 반가공형상링 성형장치를 이용한 반가공형상링 제조방법은, 타이타늄 합금으로 이루어진 중공형 빌렛을 링롤링하여 형성된 가성형품을 준비하는 가성형품준비단계(S600)와, 상기 가성형품을 반가공형상링 성형장치에 설치하는 가성형품설치단계(S700)와, 상기 반가공형상링 성형장치로 링롤링하여 상기 가성형품의 외주면과 내주면 중 하나 이상의 면에 다수의 형상링이 부착된 형상을 갖는 연속적인 성형부를 갖는 반가공형상링을 성형하는 반가공형상링성형단계(S800)와, 상기 성형부를 갖는 반가공형상링을 두께 방향으로 절단하여 상기 성형부의 일부를 포함하는 다수의 형상링으로 분리하는 절단과정(S920)과, 상기 다수 형상링을 열처리하는 열처리과정(S940)을 순차적으로 실시하여 형상링을 제조하는 후처리단계(S900)와, 상기 다수 형상링을 정삭하는 링정삭단계(S1000)로 이루어지며, 상기 가성형품설치단계 이전과 이후에는, 상기 가성형품을 600 ~ 700℃에서 8~10시간 유지한 후 다른 온도범위 및 유지시간 동안 가열하는 가열과정이 실시된다. 이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 반가공형상링을 절단하여 다수의 형상링을 제조할 수 있으며, 별도의 황삭가공이 불필요하게 되어 생산성이 향상되는 이점이 있다.

반가공형상링, 형상링, 링 롤링, 성형부, 정밀정형

Description

반가공형상링 성형장치를 이용한 반가공형상링 제조방법 {A Manufacturing method for profiled ring used of semi-finished ring rolling machine}

도 1 은 종래 기술에 의한 링 제조방법을 순서대로 나타낸 개략도.

도 2 는 종래 기술에 의한 링 제조방법을 나타낸 공정 순서도.

도 3 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법을 나타낸 개략도.

도 4 는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법을 나타낸 공정 순서도.

도 5 는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도.

도 6 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 후처리단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도.

도 7 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에 따라 제조될 반가공형상링의 모델링.

도 8 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 가성형품설치단계시의 반가공형상링 성형장치의 1실시예의 구성을 보인 단면도.

도 9 는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계에 사용되는 반가공형상링 성형장치의 2실시예의 구성을 보인 단면도.

도 10 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링 성형단계에 사용되는 반가공형상링 성형장치의 3실시예의 구성을 보인 단면도.

도 11 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계에 사용되는 반가공형상링 성형장치의 4실시예의 구성을 보인 단면도.

도 12 는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계에 사용되는 반가공형상링 성형장치의 5실시예의 구성을 보인 단면도.

도 13 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계에 사용되는 반가공형상링 성형장치의 6실시예의 구성을 보인 단면도.

도 14 는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계에 사용되는 반가공형상링 성형장치의 7실시예의 구성을 보인 단면도.

도 15 는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계에서 사용되는 반가공형상링 성형장치의 제8실시예의 구성을 보인 단면도.

도 16 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계에서 사용되는 반가공형상링 성형장치의 제9실시예의 구성을 보인 단면도.

도 17 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계에서 사용되는 반가공형상링 성형장치의 제10실시예의 구성을 보인 단면도.

도 18 은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 가성형품준비단계를 실시하지 않은 비교예의 실물 단면사진.

도 19 는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에 따라 제조된 반가공형상링의 실물 단면사진.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20. 가열로 30. 단조프레스

40. 펀칭프레스 42. 펀치

50. 가성형장치 51. 외측롤러

52. 내측롤러 53. 상측롤러

54. 하측롤러 100. 반가공형상링 성형장치

120. 성형롤러 130. 내주성형롤러

132. 요철부 140. 외주성형롤러

142. 요철부 150. 압축롤러

B . 빌렛 B1. 중공형 빌렛

F . 단조품 I . 잉곳소재

M . 형상링 S. 반가공형상링

S1. 성형부 S100. 소재준비단계

S200. 소재가열단계 S300. 소재단조단계

S400. 빌렛형성단계 S500. 빌렛펀칭단계

S600. 가성형품준비단계 S700. 가성형품설치단계

S800. 반가공형상링성형단계 S820. 제1가압과정

S840. 제2가압과정 S900. 후처리단계

S920. 절단과정 S940. 열처리과정

S1000. 링정삭단계

W . 가성형품

본 발명은 반가공형상링 성형장치 및 이를 이용한 반가공형상링 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절단시에 다수개의 형상링으로 제조할 수 있도록 한 반가공형상링의 제조가 가능하고, 황삭 등의 후가공이 불필요하게 되어 생산성이 향상되는 이점이 있다.

일반적으로, 링 롤링공정은 이음매 없는 링 모양의 제품을 연속적으로 가공하여 원하는 치수의 제품, 즉 링 압연품을 제조하는 공정이다.

이러한 링 롤링공정은, 링 단조(Ring Forging) 공정에 비해, 작업속도가 빠르고, 온도유지가 가능하며, 수율향상 등을 꾀할 수 있다. 특히, 링 롤링공정으로 제조된 링 압연품은 그레인 플로우 라인(Grain Flow Line)이 원주방향으로 끊기지 않고 연속적으로 형성되기 때문에, 우수한 특성을 발현할 수 있는 장점이 있다.

따라서 링 롤링공정은, 발전설비, 화학 플랜트, 가스터빈 및 제트엔진용 링부품 등 다양한 분야의 링 부품 제조에 적용되고 있다.

이하 대한민국 등록특허 제0769253호에 개시된 기술을 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2는 종래의 링 제조방법을 순서대로 나타낸 개략도 및 공정 순서도로서, 이들 도면과 같이 종래에는 소재(1)를 준비(S1)하여 가열로(2) 내부에서 가열(S2)하고, 가열된 소재(1)를 단조프레스(3)를 이용하여 가압함으로써 빌렛(1a)을 형성하게 된다(S4).

이후 빌렛(1a)은 펀칭프레스(4)에 의해 중앙부가 천공된 링 형상을 갖게 되며(S5), 중앙부가 천공된 빌렛(9)은 링 성형장치(10)에 의해 내경과 외경 및 두께가 제어된다(S6).

그 결과, 링(11)을 완성할 수 있게 된다(S7).

그러나 상기와 같이 구성되는 링 성형장치(10) 및 이를 이용한 링 제조방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 상기 링 성형장치(10)를 이용하여 제조된 링(11)은 내주면과 외주면이 서로 평행하고 사각 단면을 갖는 링(11)의 제조만 가능하다.

이러한, 링(11)은 필요에 따라서 내/외주면에 다양한 형상이 요구되지만, 종래의 링 성형장치(10)의 구조로는 단순한 링형상의 제조만 가능하게 된다.

따라서, 링(11)의 외주면과 내주면에 다양한 형상이 구현될 수 있도록 하기 위해서는 별도의 기계 가공이 요구되므로 생산성이 저하되어 가격이 상승함에 따라 가격 경쟁력이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 링의 내주면에 특정 형상을 구현하기 위해서는 기계적 가공 공정을 실시해야 하며, 이러한 기계적 가공 공정시에 공구의 소모가 극심하게 발생하게 되는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 요구되는 형상의 링을 만들기 위해서는 결국 기계 가공에 의해 제거되어야 할 여유의 소재를 구비해야 하므로, 재료의 낭비를 초래하여 바람직하 지 못하다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 절단시에 성형상태가 우수한 다수개의 형상링이 제조될 수 있도록 한 반가공형상링 성형장치 및 이를 이용한 반가공형상링 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 황삭 등의 후가공이 불필요하여 생산성이 극대화되도록 한 반가공형상링 성형장치 및 이를 이용한 반가공형상링 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 반가공형상링 성형장치는, 링롤링 공정으로 가성형된 가성형품 내부의 중공 중심선에 대하여 직교하는 방향으로 가성형품을 가압하여 가성형품의 내주면과 외주면 중 하나 이상의 면에 연속적인 형상의 성형부가 구비된 반가공형상링을 형성하는 성형롤러와, 상기 가성형품의 중공 중심선에 대하여 평행한 방향으로 가성형품을 가압하여 두께 범위를 제한하는 압축롤러를 포함하여 구성되며, 상기 반가공형상링은 다수의 형상링이 부착된 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반가공형상링 성형장치는, 링롤링 공정으로 가성형된 가성형품 내부의 중공 중심선에 대하여 직교하는 방향으로 가성형품을 가압하여 가성형품의 내주면과 외주면 중 하나 이상의 면에 연속적인 형상의 성형부가 구비된 반가공형상링을 형성하는 성형롤러와, 상기 가성형품의 중공 중심선에 대하여 평행한 방향으로 가성형품을 가압하여 두께 범위를 제한하는 압축롤러를 포함하여 구성되며, 상기 반가공형상링은 높이의 중앙을 기준으로 대칭되는 한 쌍의 형상링이 부착된 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반가공형상링 성형장치는, 링롤링 공정으로 가성형된 가성형품 내부의 중공 중심선에 대하여 직교하는 방향으로 가성형품을 가압하여 가성형품의 내주면과 외주면 중 하나 이상의 면에 연속적인 형상의 성형부가 구비된 반가공형상링을 형성하는 성형롤러와, 상기 가성형품의 중공 중심선에 대하여 평행한 방향으로 가성형품을 가압하여 두께 범위를 제한하는 압축롤러를 포함하여 구성되며, 상기 반가공형상링은 동일한 높이 및 외형을 가지는 다수의 형상링이 부착된 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 성형롤러는, 상기 중공에 삽입되어 가성형품의 내주면을 외측 방향으로 가압하는 내주성형롤러와, 상기 중공의 외측에 위치하여 가성형품의 외주면을 내측 방향으로 가압하는 외주성형롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 내주성형롤러와 외주성형롤러 중 어느 하나 이상의 외면에는, 상기 성형부와 대응되는 요철부가 구비됨을 특징으로 한다.

상기 압축롤러는, 동일한 형상을 갖는 한 쌍으로 구성되며, 상기 한 쌍의 압축롤러는 가성형품의 두께 중심을 기준으로 대응되게 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 한 쌍의 압축롤러는 각각의 회전중심의 연장선이 서로 교차하는 것을 특징으로 한다.

상기 요철부는 외측 방향으로 갈수록 단면적이 감소하거나 균일한 것을 특징 으로 한다.

본 발명에 의한 반가공형상링 성형장치를 이용한 반가공형상링 제조방법은, 상기 중공형 빌렛을 링롤링하여 형성된 가성형품을 준비하는 가성형품준비단계와, 상기 가성형품을 반가공형상링 성형장치에 설치하는 가성형품설치단계와, 상기 반가공형상링 성형장치로 링롤링하여 상기 가성형품의 외주면과 내주면 중 하나 이상의 면에 다수의 형상링이 부착된 형상을 갖는 연속적인 성형부를 갖는 반가공형상링을 성형하는 반가공형상링성형단계와, 상기 성형부를 갖는 반가공형상링을 다수개의 형상링으로 절단하는 절단과정과, 상기 반가공형상링을 열처리하는 열처리과정을 포함하는 후처리를 실시하는 후처리단계와, 상기 형상링을 정삭하는 링정삭단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 가성형품설치단계 이전과 이후에는, 상기 가성형품을 가열하는 가열과정이 실시됨을 특징으로 한다.

상기 가성형품준비단계의 가성형품은, 내주면과 외주면이 서로 평행한 것을 특징으로 한다.

상기 반가공형상링성형단계는, 상기 가성형품의 외주면과 내주면을 가압하여 외주면과 내주면 중 어느 한 면 이상에 연속적인 성형부를 형성하는 제1가압과정과,

상기 가성형품의 상면과 하면을 가압하여 가성형품의 높이를 제한하는 제2가압과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 반가공형상링성형단계는, 높이의 중앙을 기준으로 대칭되는 한 쌍의 형 상링이 부착된 형상을 갖는 형상링을 성형하는 과정임을 특징으로 한다.

상기 반가공형상링성형단계는, 동일한 높이 및 외형을 가지는 다수의 형상링이 부착된 형상을 갖는 형상링을 성형하는 과정임을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 반가공형상링을 절단하여 다수개의 형상링으로 제조할 수 있으며, 황삭 등의 후가공이 불필요하게 되어 생산성이 향상되는 이점이 있다.

이하에서는 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법을 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법을 나타낸 개략도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법을 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있다.

도 5는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 반가공형상링성형단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도이며, 도 6은 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 후처리단계를 세부적으로 나타낸 공정 순서도이다.

이들 도면과 같이, 본 발명에 따른 반가공형상링 제조방법은 빌렛(B)의 중앙을 천공한 후 링롤링공정 또는 링단조공정을 이용하여 가성형품(W)을 제조한 후 이러한 가성형품(W)에 다시 한번 링롤링공정을 실시하여 반가공형상링(S)의 제조가 완료되도록 구성된다.

상기 반가공형상링(S)은 도 16과 같이 다수의 형상링을 제조하기 위한 반가공 상태의 링으로서, 상기 반가공형상링(S)을 두께방향으로 다수 개로 절단하여 다 수의 형상링(M)을 동시에 제조할 수 있도록 하며, 두께 방향으로 비대칭 형상의 단면을 가지는 형상링의 성형성을 높일 수 있도록 하기 위함이다.

따라서, 상기 반가공형상링(S)은 도 16과 같이 높이의 중앙을 기준으로 대칭되는 한 쌍의 형상링이 부착된 형상을 가질 수도 있고, 도 17과 같이 동일한 높이 및 외형을 가지는 다수의 형상링이 부착된 형상을 가질 수도 있다.

이하 상기 형상링을 제조하기 위한 전반적인 제조 과정을 살펴보면, 잉곳(ingot)소재(I)를 준비하는 소재준비단계(S100)와, 상기 잉곳소재(I)를 일정 온도 범위 내에서 가열하는 소재가열단계(S200)와, 가열된 잉곳소재(I)를 단조프레스(30)로 압축하여 단조품(F)을 형성하는 소재단조단계(S300)와, 상기 단조품(F)을 절단하여 다수 빌렛(B)으로 분할하는 빌렛형성단계(S400)와, 상기 빌렛(B)의 중앙부를 천공하는 빌렛펀칭단계(S500)와, 상기 중공형 빌렛(B1)을 링롤링 또는 링단조하여 가성형품(W)을 형성하는 가성형품준비단계(S600)와, 상기 가성형품(W)을 반가공형상링 성형장치(100)에 설치하는 가성형품설치단계(S700)와, 상기 반가공형상링 성형장치(100)로 링롤링하여 상기 가성형품(W)의 외주면과 내주면 중 어느 하나 이상의 면에 다수의 형상링(M)이 부착된 형상을 갖는 연속적인 성형부(S1)를 갖는 반가공형상링을 성형하는 반가공형상링성형단계(S800)와, 상기 성형부(S1)를 갖는 반가공형상링(S)을 다수개의 형상링(M)으로 절단하는 절단과정(S920)과, 상기 반가공형상링(S)을 열처리하는 열처리과정(S940)을 포함하는 후처리를 실시하는 후처리단계(S900)와, 상기 형상링(M)을 정삭하는 링정삭단계(S1000)로 이루어진다.

여기서 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법은 가성형품준비단계(S600)와, 가성형품설치단계(S700)와, 반가공형상링성형단계(S800)를 순차적으로 실시하여 완성된다.

상기 소재준비단계(S100)는 금속을 용융시켜 잉곳케이스 내부에서 냉각함으로써 형성된 잉곳소재(I)를 준비하는 과정이다.

상기 소재준비단계(S100)에서 준비된 잉곳소재(I)는 소재단조단계(S300)를 위해 가열로(20) 내부에서 일정 온도 범위 내에서 가열된다.(소재가열단계:S200)

상기 소재가열단계(S200)에서 잉곳소재(I)는 서로 다른 온도 범위에서 서로 다른 시간 동안 순차적으로 가열하는 과정이다.

보다 구체적으로는, 상기 잉곳소재(I)는 600~700℃에서 8~10시간 동안 예비가열과정을 거친 후 1100~1250℃의 온도에서 일정 시간 동안 유지되어 가열된다.

이것은, 잉곳소재(I)가 급격하게 가열시에 발생할 수 있는 재료 손상을 미연에 방지하기 위한 것으로, 상기 가열로(20) 내부는 다양한 열원으로부터 가열 가능하며, 본 발명의 실시예에서는 특수강이 적용되어 상기와 같은 온도 범위 내에서 소재가열단계(S200)가 실시되었다.

이후 가열된 잉곳소재(I)는 단조프레스(30)를 이용하여 업세팅(up-setting) 및 코깅(Cogging)된다. 즉, 상기 단조프레스(30)는 내부에 잉곳소재(I)를 수용한 후 안착하고, 내부에 구비된 단조펀치(32)를 직선 왕복운동하여 상기 잉곳소재(I)를 축방향으로 가압함으로써 수지상 조직(Dendritic Structure)과 조대하고 불균질한 주조조직을 파쇄하여 미세하고 치밀하며 균일한 조직을 가지는 단조품(F)을 얻기 위한 과정이다.

상기 소재단조단계(S300) 이후에는 빌렛형성단계(S400)가 실시된다. 상기 빌렛형성단계(S400)는 상기 단조품(F)을 일정한 두께를 갖는 다수의 빌렛(B)으로 절단하는 과정으로, 가스절단기나 톱절단기가 적용 가능하며, 빌렛(B)의 소재에 따라 다양하게 변경 적용 가능하다.

예컨대, 상기 빌렛(B)의 소재가 탄소강인 경우 산소절단기를 이용하여 빌렛형성단계(S400)가 실시될 수 있으며, 스테인레스강이나 기타 특수강으로 형성된 빌렛(B)인 경우에는 톱절단기를 이용하여 빌렛형성단계(S400)가 실시될 수 있다.

상기 빌렛형성단계(S400) 이후에는 빌렛펀칭단계(S500)가 실시된다. 상기 빌렛펀칭단계(S500)는 펀칭프레스(40) 내부에 타원형의 단면을 가지는 빌렛(B)을 안착하고, 펀치(42)로 빌렛(B)의 중앙부를 가압하여 천공(Piercing)함으로써 중공형 빌렛(B1)을 형성하는 과정이다.

상기 빌렛펀칭단계(S500)에서 중공형 빌렛(B1)의 내부 중공의 내경이 큰 경우에는 도시되진 않았지만, 펀칭프레스(40)에 구비될 수 있는 엔빌(anbil)의 혼(horn)에 끼워 확대할 수 있다.

상기 빌렛펀칭단계(S500) 이후에는 가성형품준비단계(S600)가 실시된다. 상기 가성형품준비단계(S600)는 본 발명의 요부 단계인 반가공형상링성형단계(S800)가 바람직하게 실시될 수 있도록 하는 사전단계로서, 상기 중공형 빌렛(B1)의 단면이 중앙을 기준으로 대칭 형상을 갖도록 하는 과정이다.

즉, 상기 가성형품준비단계(S600)는 상기 중공형 빌렛(B1)의 내주면과 외주면이 서로 평행하도록 하여 사각형 단면을 갖도록 하는 과정이다.

그리고, 상기 가성형품준비단계(S600)에서 사용되어지는 가성형장치(50)는 중공형 빌렛(B1)의 외주면과 내주면에 압력을 가하는 외측롤러(51)와 내측롤러(52), 그리고 상기 중공형 빌렛(B1)의 상/하면에 압력을 가하는 상측롤러(53)와 하측롤러(54)를 포함하여 구성된다.

상기 내측롤러(52)와 외측롤러(51)는 서로 평행한 회전 중심축을 따라 서로 반대방향으로 회전하며, 상기 상측롤러(53)와 하측롤러(54)는 연장선이 서로 교차하는 회전중심을 기준으로 회전하고 원뿔 형상을 가지며 서로 대칭되도록 배치된다.

따라서, 상기 내측롤러(52)와 외측롤러(51)의 회전에 의해 상기 중공형 빌렛(B1)의 내주면과 외주면은 서로 평행한 형상을 가질 수 있게 되며, 상기 상측롤러(53)와 하측롤러(54)는 내측롤러(52)와 외측롤러(51)에 의해 상/하 방향으로 늘어난 중공형 빌렛(B1)의 상면과 하면이 서로 평행하도록 강제되어 가성형품(W)의 성형이 가능하게 된다.

상기 가성형품준비단계(S600) 이후에는 가성형품설치단계(S700)가 실시된다. 상기 가성형품설치단계(S700)는 본 발명에 의한 반가공형상링성형 성형장치(100)에 가성형품(W)을 설치하여 반가공형상링성형단계(S800)가 실시될 수 있도록 하는 준비단계이다.

상기 가성형품설치단계(S700) 이후에는 반가공형상링성형단계(S800)가 실시된다. 상기 반가공형상링성형단계(S800)는 본 발명의 요부 단계로서 상기 가성형품(W)의 외주면과 내주면, 상면 및 하면 중 적어도 어느 한 면 이상에 연속적인 성 형부(S1)를 형성하는 과정이다.

상기 반가공형상링성형단계(S800)를 위해 사용되는 반가공형상링 성형장치(100)의 구성은 아래에서 상세히 설명하기로 하며, 상기 반가공형상링성형단계(S700)를 보다 세부적으로 살펴보면 도 5와 같다.

즉, 상기 반가공형상링성형단계(S800)는 상기 반가공형상링 성형장치(100) 내부 일측에 삽입 고정된 가성형품(W)의 외주면과 내주면을 가압하여 외주면과 내주면 중 어느 한 면 이상에 연속적인 성형부(S1)를 형성하는 제1가압과정(S820)과, 상기 가성형품(W)의 상면과 하면을 가압하여 가성형품(W)의 높이를 제한하는 제2가압과정(S840)으로 이루어진다.

따라서, 상기 반가공형상링성형단계(S800)를 거친 가성형품(W)은 외면에 연속된 성형부(S1)가 형성되어져 다수의 형상링(M)이 상/하 방향으로 부착된 형상을 가지게 되며, 상기와 같은 반가공형상링성형단계(S800)가 완료되면 본 발명에 의한 반가공형상링의 제조가 완료된다.

그리고, 상기 제1가압과정(S820)과 제2가압과정(S840)은 동시에 실시됨이 바람직하다.

상기 반가공형상링성형단계(S800) 이후에는 후처리단계(S900)가 실시될 수 있다. 상기 후처리단계(S900)는 다수의 형상링(M)이 부착된 형상을 갖도록 성형된 반가공형상링(S)을 다수의 형상링(M)으로 만들기 위한 과정이다.

이를 위해 상기 후처리단계(S900)는 절단과정(S920)과 열처리과정(S940)으로 이루어지며, 상기 절단과정(S920)과 열처리과정(S940)은 형상링(M)에 요구되는 물 성 또는 제조 공정 효율에 따라 선택적으로 먼저 실시될 수 있다.

즉, 상기 절단과정(S920)을 먼저 실시하고 이후에 다수 개로 나뉘어진 형상링(M)이 열처리과정(S940)을 거치도록 실시할 수도 있으며, 상기 열처리과정(S940)을 먼저 실시하여 반가공형상링(S)을 열처리한 후 반가공형상링(S)을 절단하여 다수 개의 형상링(M)으로 분할할 수도 있을 것이다.

상기 후처리단계(S900) 이후에는 다수의 형상링(M)의 치수정밀도를 높이기 위한 링정삭단계(S1000)가 실시된다. 즉, 상기 후처리단계(S900)와 링정삭단계(S1000) 사이에는 형상링(M)의 외형을 개략적으로 가공하는 황삭단계가 불필요하다.

상기 링정삭단계(S1000)가 완료됨에 따라 본 발명에 따라 제조된 반가공형상링(S)은 다수의 형상링(M)으로 제조 완료된다.

그리고 전술하진 않았지만 상기 가성형품설치단계 이전과 이후에는 가성형품을 가열하는 가열과정이 실시될 수 있다. 상기 가열과정은 링롤링 공정을 이용하여 반가공형상링을 성형시에 요구되는 가성형품의 온도를 제어하기 위한 과정이다.

이를 위해 상기 가열과정은 담금질(Quenching) 템퍼링(Tempering) 등이 적용될 수 있으며, 상기 열원은 가열온도의 편차가 작은 전기 또는 가스가 적용됨이 바람직하다.

그리고, 상기 가열과정은 본 발명의 실시예에서 오버히팅을 방지하기 위해 600~700℃에서 8~10시간 정도 유지한 후 반가공형상링(S)에 요구되는 기계적 특성을 나타낼 수 있도록 하는 또 다른 온도 범위 및 유지 시간 동안 가열하는 순차적 2중 가열방식을 적용하였다.

이하 상기와 같은 단계 중에서 요부 단계인 반가공형상링성형단계(S800)에 사용되는 반가공형상링 성형장치(100)의 구성을 첨부된 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.

도 7에는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에 따라 제조될 반가공형상링의 모델링이 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 가성형품설치단계시의 반가공형상링 성형장치의 1실시예의 구성을 보인 단면도가 도시되어 있다.

먼저, 도 7에는 본 발명의 실시예에서 목표로 하는 반가공형상링(S)을 모델링한 사시도 및 종단면도로서, 재질은 타이타늄합금이 적용되었다.

이와 같이, 상기 반가공형상링(S)의 외주면과 내주면에는 오목하게 함몰된 성형부(S1)가 연속적으로 형성되어 있으며, 상기 반가공형상링(S)의 단면도에서 볼 때 높이의 중앙에 표시된 점선을 기준으로 절단시에 상기 반가공형상링(S)은 2개의 형상링으로 분리될 수 있다.

이러한 형상의 반가공형상링(S)을 링롤링하기 위한 반가공형상링 성형장치(100)는 도 8과 같이, 크게 성형롤러(120)와 압축롤러(150)를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 반가공형상링 성형장치(100)는, 링롤링 공정으로 가성형된 가성형품(W) 내부의 중공 중심선에 대하여 직교하는 방향으로 가성형품(W)을 가압하여 가성형품(W)의 내주면과 외주면 중 하나 이상의 면에 연속적 인 형상의 성형부(S1)를 형성하는 성형롤러(120)와, 상기 가성형품(W)의 중공 중심선에 대하여 평행한 방향으로 가성형품(W)을 가압하여 두께 범위를 제한하는 압축롤러(150)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 성형롤러(120)는 가성형품(W)의 내부 및 외부에서 서로 마주하는 방향으로 가압하면서 회전함으로써 상기 가성형품(W)의 외주면과 내주면에 성형부(S1)가 형성될 수 있도록 구성된다.

이를 위해 상기 성형롤러(120)는, 상기 중공에 삽입되어 가성형품(W)의 내주면을 외측 방향으로 가압하는 내주성형롤러(130)와, 상기 중공의 외측에 위치하여 가성형품(W)의 외주면을 내측 방향으로 가압하는 외주성형롤러(140)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 내주성형롤러(130)와 외주성형롤러(140)에는 가성형품(W)에 형성하고자 하는 성형부(S1)와 대응되는 형상의 요철부(132,142)가 선택적으로 구비된다.

보다 구체적으로는, 도 11 내지 도 15와 같이 외주성형롤러(140)와 내주성형롤러(130)의 외면에 각각 요철부(132,142)가 형성되도록 구성할 수도 있으며, 도 9 및 도 10과와 같이 외주성형롤러(140) 또는 내주성형롤러(130) 중 어느 하나에만 요철부(132,142)가 형성되도록 구성하는 것도 가능하다.

이에 따라 상기 요철부(132,142)의 형상에 의해 상기 성형부(S1)는 반가공형상링(S)의 내주면 또는 외주면에 다양한 형상으로 구현될 수 있다.

상기 요철부(132,142)는 일방향으로 갈수록 단면적이 균일 또는 감소하도록 구성된다. 즉, 상기 요철부(132,142)는 내주성형롤러(130)와 외주성형롤러(140)의 회전 중심으로부터 외측 방향으로 갈수록 단면적이 감소하거나 균일하도록 구성된다.

한편, 상기 압축롤러(150)는 회전하는 가성형품(W)의 상면 및 하면을 마주하는 방향으로 가압하여 제조되어질 반가공형상링(S)의 높이를 제한하기 위한 구성이다.

이를 위해 상기 압축롤러(150)는 동일한 원추형 외형을 가지는 한 쌍으로 구성되며, 상기 한 쌍의 압축롤러(150)는 가성형품(W)의 두께 중심을 기준으로 대칭되게 배치된다.

그리고, 상기 한 쌍의 압축롤러(150)는 이격거리가 조절 가능하게 구성되며, 각각의 회전 중심의 연장선은 서로 교차하도록 배치된다.

물론 상기 외주성형롤러(140)와 내주성형롤러(130)도 좌/우 방향으로 이격 거리가 조절 가능하도록 구성됨이 바람직하다.

한편, 도 15와 같이 상기 압축롤러(150)는 가성형품(W)의 상면과 하면을 가압시에 두께 범위를 제한하는 역할과 함께 연속된 특정 형상을 구현할 수도 있다.

즉, 상기 압축롤러(150)의 외주면에 연속된 홈이나 돌기를 형성하고, 이러한 홈이나 돌기가 가성형품(W)의 상면과 접촉하도록 함으로써, 반가공형상링(S)의 높이를 제어하기도 하는 한편, 상/하면에 특정 형상이 연속적으로 성형될 수 있도록 구성할 수도 있다.

본 발명의 실시예에서 상기 내주성형롤러(130)와 외주성형롤러(140), 그리고, 한 쌍의 압축롤러(150)는 상기 가성형품(W)을 가압하는 역할을 수행하는 것으 로 설명하였으나, 각 구성의 동작 및 작용은 다양하게 변경 실시 가능하다.

즉, 상기 내주성형롤러(130)는 자유 회전 가능한 상태로 좌/우 방향으로 직선 운동하고, 상기 외주성형롤러(140)는 외부로부터 제공된 회전동력으로 제자리에서 회전만 가능하도록 구성될 수 있다.

이때 상기 내주성형롤러(130)는 외주성형롤러(140)와 가성형품(W)의 마찰에 의해 회전 가능하게 된다. 물론 내주성형롤러(130)와 외주성형롤러(140)는 서로 반대로 작용 할 수도 있다.

그리고, 상기 압축롤러(150) 역시 상측의 압축롤러(150)는 상/하 방향으로 직선 운동하고, 하측에 위치한 압축롤러(150)는 제자리에서 회전동력을 제공하도록 구성할 수 있다.

이때 상기 상측의 압축롤러(150)는 하측의 압축롤러(150)와 반가공형상링(S)의 마찰에 의해 회전 가능하며, 상방향으로 밀려나지 않도록 지탱됨이 바람직하다.

첨부된 도 16 및 도 17에는 본 발명에 의한 반가공형상링 성형장치의 또 다른 실시예가 도시되어 있다.

이하 첨부된 도 18 및 도 19를 참조하여 반가공형상링성형단계의 실시 여부에 따른 반가공형상링(S)의 치수 정밀도를 비교 설명한다.

도 18에는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에서 일단계인 가성형품준비단계를 실시하지 않은 비교예의 실물 단면사진이 도시되어 있고, 도 19에는 본 발명에 의한 반가공형상링 제조방법에 따라 제조된 형상링의 실물 단면사진이 도시되어 있다.

먼저, 도 18의 비교예의 실물 사진과 같이 가성형품준비단계를 실시하지 않고 중공형 빌렛(B1)을 반가공형상링(S) 성형장치로 성형한 경우 점선으로 표시된 원을 통해 확인할 수 있듯이, 불완전하게 성형된 것을 알 수 있다.

반면, 도 19와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 반가공형상링(S)에는 성형부(S1)가 결함없이 성형된 것을 확인할 수 있다.

이에 따라 반가공형상링(S)의 외형 및 치수정밀도를 향상시키기 위해서는 반드시 반가공형상링성형단계(S700)가 실시되어야 함이 증명된다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

예를 들어 본 발명의 실시예에서는 한 쌍의 압축롤러가 동일한 외형을 갖도록 구성하였으나, 제조하고자 하는 반가공형상링의 상면과 하면 형상에 따라 서로 다른 외형을 갖는 압축롤러가 변경 적용될 수도 있음은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에서는, 절단시에 성형상태가 우수한 다수개의 형상링이 제조될 수 있도록 하는 반가공형상링의 제조가 가능하도록 구성하였다.

따라서, 반가공형상링을 절단한 이후에 황삭 등의 후가공이 불필요하여 생산성이 극대화되는 이점이 있다.

또한, 중앙부가 천공된 가성형품을 링롤링하여 다양한 형상의 내형 및 외형 을 가지는 반가공형상링의 제조가 가능하도록 하였다.

따라서, 공정수를 현저히 감소시켜 가격 경쟁력이 향상되는 이점이 있다.

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9. 타이타늄 합금으로 이루어진 중공형 빌렛을 링롤링하여 내주면과 외주면이 서로 평행하게 형성된 가성형품을 준비하는 가성형품준비단계와; 상기 가성형품을 반가공형상링 성형장치에 설치하는 가성형품설치단계와; 상기 반가공형상링 성형장치로 링롤링하여 상기 가성형품의 외주면과 내주면 중 하나 이상의 면에 연속적인 성형부를 형성함으로써 높이의 중앙을 기준으로 대칭되는 한 쌍의 형상링이 부착된 형상을 갖거나 동일한 높이 및 외형을 가지는 다수의 형상링이 부착된 형상을 갖는 반가공형상링을 성형하는 반가공형상링성형단계와; 상기 성형부를 갖는 반가공형상링을 두께 방향으로 절단하여 상기 성형부의 일부를 포함하는 다수의 형상링으로 분리하는 절단과정과, 상기 다수 형상링을 열처리하는 열처리과정을 순차적으로 실시하여 형상링을 제조하는 후처리단계와, 상기 다수 형상링을 정삭하는 링정삭단계로 이루어지며,

   상기 가성형품설치단계 이전과 이후에는,

   상기 가성형품을 600 ~ 700℃에서 8~10시간 유지하여 오버히팅을 제한한 후, 반가공형상링에 요구되는 기계적 특성을 부여하기 위한 다른 온도범위 및 유지시간 동안 가열하는 순차적 이중 가열방식의 가열과정이 실시됨을 특징으로 하는 반가공형상링 성형장치를 이용한 반가공형상링 제조방법.
10. 타이타늄 합금으로 이루어진 중공형 빌렛을 링롤링하여 내주면과 외주면이 서로 평행하게 형성된 가성형품을 준비하는 가성형품준비단계와; 상기 가성형품을 반가공형상링 성형장치에 설치하는 가성형품설치단계와; 상기 반가공형상링 성형장치로 링롤링하여 상기 가성형품의 외주면과 내주면 중 하나 이상의 면에 연속적인 성형부를 형성함으로써 높이의 중앙을 기준으로 대칭되는 한 쌍의 형상링이 부착된 형상을 갖거나 동일한 높이 및 외형을 가지는 다수의 형상링이 부착된 형상을 갖는 반가공형상링을 성형하는 반가공형상링성형단계와; 상기 성형부를 갖는 반가공형상링을 열처리하는 열처리과정과, 상기 반가공형상링을 두께 방향으로 절단하여 상기 성형부의 일부를 포함하는 다수의 형상링으로 분리하는 절단과정을 순차적으로 실시하여 다수의 형상링을 제조하는 후처리단계와; 상기 다수 형상링을 정삭하는 링정삭단계로 이루어지며,

    상기 가성형품설치단계 이전과 이후에는,

    상기 가성형품을 600 ~ 700℃에서 8~10시간 유지하여 오버히팅을 제한한 후, 반가공형상링에 요구되는 기계적 특성을 부여하기 위한 다른 온도범위 및 유지시간 동안 가열하는 순차적 이중 가열방식의 가열과정이 실시됨을 특징으로 하는 반가공형상링 성형장치를 이용한 반가공형상링 제조방법.
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12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 반가공형상링성형단계는,

    상기 가성형품의 외주면과 내주면을 가압하여 외주면과 내주면 중 어느 한 면 이상에 연속적인 성형부를 형성하는 제1가압과정과,

    상기 가성형품의 상면과 하면을 가압하여 가성형품의 높이를 제한하는 제2가압과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반가공형상링 성형장치를 이용한 반가공형상링 제조방법.
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