KR101193421B1 - 전조 압연금형 및 이를 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전조 압연금형은 기저면과, 기저면의 일측과 타측 사이에 형성된 제1홈과, 제1홈으로부터 이격하여 기저면의 일측과 타측 사이에 연장형성된 제2홈과, 제1홈을 따라 제1홈을 기준으로 제2홈에 대향되는 방향에 형성된 제1측면성형턱과, 제2홈을 따라 제2홈을 기준으로 제1홈에 대향되는 방향에 형성된 제2측면성형턱과, 제1홈과 제2홈 사이에 형성된 돌출부를 포함하여 이루어지며, 본 발명에 따른 전조 압연금형을 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법은 원통형 강관을 1100℃~1250℃로 가열하는 제1단계와, 제1단계에서 가열된 원통형 강관을 제1돌출부을 이용하여 제1프리폼으로 전조 압연하는 제2단계와, 제2단계에서 형성된 제1프리폼을 1000℃~1200℃로 유지하며 제2돌출부를 이용하여 제2프리폼으로 전조 압연하는 제3단계와, 제3단계에서 형성된 제2프리폼을 1100℃~850℃로 유지하며 제3돌출부를 이용하여 철도 레일용 핀 고리 형상으로 전조 압연하는 제4단계(S4)를 포함한다.
본 발명에 따른 전조 압연금형 및 이를 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법은 실제제품의 치수와 형상으로 성형되며, 우수한 인장강도와 항복강도를 갖는 제품을 제작할 수 있는 전조 압연금형을 제공할 수 있는 효과가 있으며, 이를 이용하여 철도의 핀 고리를 제작할 수 있는 효과가 있다.

Description

전조 압연금형 및 이를 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법{FORM ROLLING MOLD AND MANUFACTURING METHOD OF PIN FOR RAILROAD USING THE SAME}

본 발명은 전조 압연금형 및 철도 레일용 핀 고리 제조방법에 관한 것으로, 특히 소재 측면을 가공하는 금형의 성형턱을 점진적으로 원하는 성형각까지 증가시켜 소재축 방향으로 금속 유동을 최대한 억제하여 설계된 형상으로 소재를 완성시키는 전조 압연금형 및 이를 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법에 관한 것이다.

전조 압연은 롤 금형을 이용하는 롤형(roll type) 전조 압연과 평판 금형을 이용하는 평판형(plate type) 전조 압연으로 구별될 수 있다. 이중 롤형 전조 압연은 2개 또는 3개의 롤 금형을 전조기에 설치하여 각 롤금형을 같은 방향으로 회전시키면서 소재를 성형하는 평판형 전조 압연은 전조기에 설치한 2개의 평판금형을 서로 반대방향으로 이동시키면서 다단 형상을 갖는 축대칭 제품 등을 성형하는 열간 단조공정이다.

종래의 전조 압연의 경우 정밀한 가공이 이루어 지지 않으므로 기계가공 하여야 하는 후처리 공정이 요구되었으며, 소재의 경도 등에 따라 전조 압연공정을 이용할 수 없는 문제를 발생시켰다.

본 발명에 따른 전조 압연금형은 실제제품의 치수와 형상으로 성형 되며, 우수한 인장강도와 항복강도를 갖는 제품을 제작할 수 있는 전조 압연금형을 제공할 수 있도록 하고자 하며, 이를 이용하여 철도의 핀 고리를 제작할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 전조 압연금형은 기저면과, 기저면의 일측과 타측 사이에 형성된 제1홈과, 제1홈으로부터 이격하여 기저면의 일측과 타측 사이에 연장형성된 제2홈과, 제1홈을 따라 제1홈을 기준으로 제2홈에 대향 되는 방향에 형성된 제1측면성형턱과, 제2홈을 따라 제2홈을 기준으로 제1홈에 대향 되는 방향에 형성된 제2측면성형턱과, 제1홈과 제2홈 사이에 형성된 돌출부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전조 압연금형의 돌출부는 기저면의 일측으로부터 타측 방향으로 높이가 증가되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전조 압연금형의 제1측면성형턱과 제2측면성형턱은 기저면의 일측으로부터 타측방향으로 높이가 증가되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전조 압연금형의 돌출부는 기저면의 일측으로부터 타측 방향으로 폭이 점차 증가되는 삼각형 형상으로 형성되고, 기저면의 일측방향에 형성 된 돌출부는 내각이 90°보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전조 압연금형의 돌출부는 'Λ' 자 형상으로 형성되어 기저면의 일측으로부터 타측 방향으로 점진적으로 벌어지며, 기저면의 일측방향에 형성된 돌출부는 내각이 90°보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전조 압연금형의 돌출부는 제1돌출부와 제2돌출부 및 제3돌출부로 이루어지고, 제1 돌출부는 기저면의 일측에 배치되고, 제3돌출부는 기저면의 타측에 배치되며, 제2돌출부는 제1돌출부와 제3돌출부 사이에 배치되는 것이 바람직하며, 제1돌출부의 내각은 제2돌출부의 내각 보다 작고, 제2돌출부의 내각은 제3돌출부의 내각보다 작은 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전조 압연금형을 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법은 원통형 강관을 1100℃~1250℃로 가열하는 제1단계와, 제1단계에서 가열된 원통형 강관을 제1돌출부를 이용하여 제1프리폼으로 전조 압연하는 제2단계와, 제2단계에서 형성된 제1프리폼을 1000℃~1200℃로 유지하며 제2돌출부를 이용하여 제2프리폼으로 전조 압연하는 제3단계와, 제3단계에서 형성된 제2프리폼을 1100℃~850℃로 유지하며 제3돌출부를 이용하여 철도 레일용 핀 고리 형상으로 전조 압연하는 제4단계(S4)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전조 압연금형을 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법의 제4단계에서 형성된 제품을 기계가공 하는 제5단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전조 압연금형 및 이를 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법은 실제제품의 치수와 형상으로 성형되며, 우수한 인장강도와 항복강도를 갖는 제품을 제작할 수 있는 전조 압연금형을 제공할 수 있는 효과가 있으며, 이를 이용하여 철도의 핀 고리를 제작할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전조 압연금형의 평면도, 정면도 및 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전조 압연금형의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전조 압연금형의 평면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 전조 압연금형을 이용하여 제작된 철도레일용 핀 고리의 사시도이다.
도 5은 전조 압연금형을 이용하여 제작된 철도 레일용 핀 고리를 제작하는 순서도이다.

본 발명에 따른 전조 압연금형은 전조 압연금형 및 이를 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법에 관하여 구체적으로 설명하겠다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전조 압연금형의 평면도, 정면도 및 측면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 전조 압연금형의 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전조 압연금형은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 기저면(100)과 제1홈(200), 제2홈(300), 제1측면성형턱(400), 제2측면성형턱(500) 및 돌출부(600)를 포함하여 이루어진다.

기저면(100)은 전조 압연금형의 베이스가 되는 것으로 평판형상으로 형성되며, 이러한 기저면(100)의 상면에는 제1홈(200), 제2홈(300), 제1측면성형턱(400) 및 제2측면성형턱(500) 및 돌출부(600)가 형성된다.

제1홈(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 기저면(100)을 일측과 타측 사이에 연장형성되는 것으로 전조 압연 되는 경우 후술할 돌출부(600)에 의해 유동 되는 금속이 채워져 프리폼의 형상으로 변형되는 것으로, 기저면(100)의 중앙측의 측벽은 도 2에 도시된 바와 같이 테이퍼(taper)가 형성되어 있다.

제2홈은 제1홈(200)으로부터 이격하여 상기 기저면(100)의 일측과 타측 사이에 연장형성된 것으로, 제1홈(200)과 같이 유동 되는 금속이 채워져 프리폼의 형상으로 변형되는 부분이다.

제1측면성형턱(400)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1홈(200)을 따라 제1홈(200)을 기준으로 제2홈(300)에 대향 되는 방향에 형성된 것으로 전조 압연시 모재는 진행방향에 수직인 방향으로 유동하게 된다. 따라서 제1측면성형턱(400)이 없는 경우 제1홈(200)을 타고 넘어 전조 압연금형 밖으로 돌출되게 된다. 이러한 경우 전조 압연공정을 통해 제작된 제품의 치수가 설계와 다르게 변경될 수 있으며, 인장강도 및 항복강도가 원하는 값을 유지할 수 없는 문제가 발생된다. 또한, 절삭 등과 같은 기계가공을 이용하여 후처리 공정이 필요한 문제가 발생된다.

따라서 제1측면성형턱(400)은 전조 압연시 제1홈을 타고 넘는 유동 금속을 제어하는 기능을 수행한다.

제2측면성형턱(500)은 제2홈(300)을 따라 제2홈(300)을 기준으로 제1홈(200)에 대향 되는 방향에 형성된 것으로 제2측면성형턱(500)은 제1측면성형턱(400)과 동일한 기능을 수행한다.

돌출부(600)는 기저면(100)으로부터 돌출된 부분으로 전조 압연시 모재의 상측으로 압력을 발생시키는 기능을 수행한다. 따라서 돌출부(600)에 의해 가압 된 모재는 모재의 진행방향에 대략 수직한 방향으로 금속유동을 발생시키게 된다.

이러한 돌출부(600)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1홈(200)과 제2홈(300) 사이에 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 돌출부(600)는 기저면(100)의 일측으로부터 타측 방향으로 높이가 증가되는 것이 바람직하다.

돌출부(600)의 높이가 도 2에 도시된 바와 같이 기저면(100)의 일측으로부터 타측 방향으로 높이가 점진적으로 증가되지 않는 경우 돌출부(600)에 가압 된 모재가 파단되는 등의 문제를 발생시킬 수 있으며, 금형의 돌출부(600)가 파손되는 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서 돌출부(600)는 기저면(100)의 일측으로부터 타측 방향으로 이동할수록 높이가 점진적으로 증가되는 것이 바람직하다.

이러한 돌출부(600)의 높이 증가는 전조 압연 되는 모재의 소재, 모재의 진행속도 및 모재에 가해지는 압력에 따라 상이하게 결정되는 것이 바람직하다.

또한, 제1측면성형턱(400)과 제2측면성형턱(500)은 도 2에 도시된 바와 같이 기저면(100)의 일측으로부터 타측방향으로 높이가 증가되도록 형성되는 것이 바람직하다.

앞에서 설명한 바와 같이 제1측면성형턱(400)과 제2측면성형턱(500)은 전조 압연시 모재의 진행방향에 대략 수직인 방향으로 유동 되는 금속을 제어하는 것으로 도 1에 도시된 바와 같이 모재가 화살표 방향으로 진행하는 경우 기저면(100)을 따라 타측 방향으로 이동할수록 유동 되는 금속이 많아 진다. 따라서 제1측면성형턱(400)과 제2측면성형턱(500)은 도 2에 도시된 바와 같이 기저면(100)의 일측으로부터 타측방향으로 높이가 증가되도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 돌출부(600)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 기저면(100)의 일측으로부터 타측 방향으로 폭이 점차 증가되는 삼각형 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

돌출부(600)의 폭에 따라 전조 압연시 모재의 진행방향에 대략 수직한 방향으로 발생되는 금속의 유동이 제어될 수 있다. 돌출부(600)의 폭이 급격하게 증가되는 경우 돌출부(600)의 높이를 설명할 때 발생된 문제와 동일한 문제가 발생된다. 따라서 돌출부(600)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 삼각형 형상으로 형성되는 것이 바람직하며 이때 기저면(100)의 일측방향에 형성된 돌출부(600)는 최대한 내각(α)은 90°보다 작도로 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 돌출부(600)는 실시예에 따라 'Λ' 자 형상으로 형성될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 돌출부(600)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1돌출부(610)와 제2돌출부(620) 및 제3돌출부(630)로 이루어질 수 있다.

제1 돌출부(610)는 도 3에 도시된 바와 같이 기저면(100)의 일측에 배치되며, 제3돌출부(630)는 기저면(100)의 타측에 배치되고, 제2돌출부(620)는 제1돌출부(610)와 제3돌출부(630) 사이에 배치된다.

여기서 제1돌출부(610)의 내각(α1)은 제2돌출부(620)의 내각(α2) 보다 작고, 제2돌출부(620)의 내각(α2)은 제3돌출부(630)의 내각(α3)보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

따라서 제1돌출부(610)와 제2돌출부(620) 및 제3돌출부(630)에 순차적으로 가압된 모재는 전조 압연금형에 순차적으로 변형되어 제품의 형상으로 성형된다.

도 3에 도시된 도면 중 도 1 및 도 2와 동일한 도면 부호는 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예의 설명과 중복되므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 전조 압연금형을 이용하여 제작된 철도 레일용 핀 고리(1, 이하 '핀 고리'라 함)는 도 4에 도시된 바와 같이 돌출부(600)에 대응되는 위치에 핀(1)의 중앙부(10)가 성형되게 되며, 제1홈(200)에 대응되는 위치에는 핀(1)의 메인헤드부(20)가 성형되며 제2홈(300)에 대응되는 위치에는 핀(1)의 서브헤드부(30)가 성형된다.

또한, 제1측면성형턱(400)의 측벽과 맞닿는 부분에는 메인헤드부(20)의 측면(21)이 성형된다. 아울러 제2측면성형턱(500)의 측벽과 맞닿는 부분에는 서브헤드부(30)의 측면(31)이 성형된다.

전조 압연금형을 이용하여 제작된 핀을 제작하는 순서도인 도 5을 참조하여 전조 압연금형을 이용하여 핀을 제작하는 방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 실시예에 따른 전조압연금형을 이용하여 핀을 제조하는 공정은 원통형 강관을 1100℃~1250℃로 가열하는 제1단계(S1)와, 제1단계에서 가열된 원통형 강관을 제1돌출부(610)를 이용하여 제1프리폼으로 전조 압연하는 제2단계(S2)와, 제2단계에서 형성된 제1프리폼을 1000℃~1200℃로 유지하며 제2돌출부(620)를 이용하여 제2프리폼으로 전조 압연하는 제3단계(S3)와, 제3단계에서 형성된 제2프리폼을 1100℃~850℃로 유지하며 제3돌출부(630) 이용하여 핀 형상으로 전조 압연하는 제4단계(S4)로 이루어진다.

제1단계(S1)은 원통형 강관(모재)를 열간가공할 수 있도록 가열하는 단계로 예열시의 온도는 모재의 소재에 따라 상이하나 강철의 경우 약 1100℃~1250℃로 가열하는 것이 바람직하다. 원통형 강관의 가열 온도는 제2단계(S2)와 제3단계(S3) 및 제3단계(S3)와 제4단계(S4) 단계에서 급격하게 떨어지게 되므로 초기의 가열온도는 정확한 치수와 동일한 제품을 제작하는데 매우 중요한 역할을 한다.

제2단계(S2)는 제1단계(S1)에서 가열된 강관을 제1돌출부(610)를 이용하여 제1프리폼으로 성형하는 단계로 전조 제1단계에서 압연시 모재의 진행 속도 및 압력을 적절하게 조절하여 제1단계(S1)에서 가열된 온도를 유지하는 것이 바람직하다.

제3단계(S3)는 제2단계(S2)에서 성형된 제1프리폼을 제2돌출부(620)를 이용하여 제2프리폼으로 성형하는 단계로 압연시 모재의 진행 속도 및 압력을 적절하게 조절하여 제2프리폼의 온도를 1000℃~1200℃로 유지하는 것이 바람직하다.

이러한 온도가 유지되지 않는 경우 제1프리폼은 파단되거나 꼬임현상을 발생시킬 수 있다.

제4단계(S4)는 제3단계(S3)에서 성형된 제2프리폼을 제3돌출부(630)를 이용하여 핀으로 성형하는 단계로 압연시 모재의 진행 속도 및 압력을 적절하게 조절하여 제2프리폼의 온도를 1100℃~850℃로 유지하는 것이 바람직하다.

이러한 온도가 유지되지 않는 경우 전조 압연금형이 파손되거나 제2프리폼이 전조 압연금형 내에서 슬라이딩 될 수 있으며 제2프리폼이 금형 내에서 꼬일 수 있다.

또한 실시예에 따라 제4단계(S4)를 거친 핀을 절삭, 연마 등과 같은 기계가공을 통해 보다 정밀하게 제작할 수도 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 기저면 200 : 제1홈
300 : 제2홈 400 : 제1측면성형턱
500 : 제2측면성형턱 600 : 돌출부
610 : 제1돌출부 620 : 제2돌출부
630 : 제3돌출부
S1 : 강관 가열단계 S2 : 제1프리폼 성형단계
S3 : 제2프리폼 성형단계 S4 : 철도 레일용 핀 고리 성형단계
S5 : 기계가공단계

Claims (7)

1. 기저면(100);
   상기 기저면(100)의 일측과 타측 사이에 형성된 제1홈(200);
   상기 제1홈(200)으로부터 이격하여 상기 기저면(100)의 일측과 타측 사이에 연장형성된 제2홈(300);
   상기 제1홈(200)을 따라 제1홈(200)을 기준으로 제2홈(300)에 대향되는 방향에 형성된 제1측면성형턱(400)
   상기 제2홈(300)을 따라 제2홈(300)을 기준으로 제1홈(200)에 대향되는 방향에 형성된 제2측면성형턱(500); 및
   상기 제1홈(200)과 제2홈(300) 사이에 형성된 돌출부(600)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전조 압연금형.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 돌출부(600)는 상기 기저면(100)의 일측으로부터 타측 방향으로 높이가 증가되는 것을 특징으로 하는 전조 압연금형
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1측면성형턱(400)과 제2측면성형턱(500)은 상기 기저면(100)의 일측으로부터 타측방향으로 높이가 증가되는 것을 특징으로 하는 전조 압연금형.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부(600)는 상기 기저면(100)의 일측으로부터 타측 방향으로 폭이 점차 증가되는 삼각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 기저면(100)의 일측방향에 형성된 돌출부(600)는 내각이 90°보다 작은 것을 특징으로 하는 전조 압연금형.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 돌출부(600)는 제1돌출부(610)와 제2돌출부(620) 및 제3돌출부(630)으로 이루어지고,
   상기 제1 돌출부(610)는 상기 기저면(100)의 일측에 배치되고, 상기 제3돌출부(630)는 상기 기저면(100)의 타측에 배치되며, 상기 제2돌출부(620)는 상기 제1돌출부(610)와 제3돌출부(630) 사이에 배치되며,
   제1돌출부(610)의 내각(α1)은 제2돌출부(620)의 내각(α2) 보다 작고, 제2돌출부(620)의 내각(α2)은 제3돌출부(630)의 내각(α3)보다 작은 것을 특징으로 하는 전조 압연금형.
   
6. 제5항에 따른 전조 압연금형을 이용하여 철도 레일용 핀 고리를 제조하는 공정은
   원통형 강관을 1100℃~1250℃로 가열하는 제1단계(S1);
   상기 제1단계에서 가열된 원통형 강관을 상기 전조 압연금형의 상기 제1돌출부(610)를 이용하여 제1프리폼으로 전조 압연하는 제2단계(S2);
   상기 제2단계에서 형성된 제1프리폼을 1000℃~1200℃로 유지하며 상기 제2돌출부(620)를 이용하여 제2프리폼으로 전조 압연하는 제3단계(S3); 및
   상기 제3단계에서 형성된 제2프리폼을 1100℃~850℃로 유지하며 상기 제3돌출부(630)를 이용하여 철도 레일용 핀 고리 형상으로 전조 압연하는 제4단계(S4)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전조 압연금형을 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제4단계에서 형성된 제품을 기계 가공하는 제5단계(S5)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전조 압연금형을 이용한 철도 레일용 핀 고리 제조방법.
   

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