KR101328360B1 - 교정 조건 설정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교정 조건 설정 방법에 관한 것으로, 롤러 레벨러를 이용한 소재의 교정 조건 설정 방법에 있어서, 소재의 두께 및 압하량에 기초하여 인터메쉬를 설정하는 제1 단계와, 롤러 레벨러의 구동 모터의 최대 허용 파워를 넘지 않는 범위에서 설정된 인터메쉬를 작게 변경하는 제2 단계와, 제2 단계 이후에, 소재의 정상부의 교정 속도를 선단부 및 미단부의 교정 속도보다 높게 설정하는 제3 단계를 포함하여 구성된다.

Description

교정 조건 설정 방법 {METHOD OF SETTING ROLLER LEVELER}

본 발명은 교정 조건 설정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열연제품의 잔류응력 발생을 최소화하기 위해 권취 이후의 교정 과정에서 인터메쉬(Intermesh) 조건 및 동일 코일 내의 각 위치별 속도 패턴을 최적 설정함으로써 코일 전장에 걸친 균일한 잔류응력 분포와 잔류응력 저감을 도모하기 위한 기술에 관한 것이다.

열연제품의 잔류응력은 일반적으로 마무리 압연 이후 수행하는 소재 냉각 시 폭 방향으로 존재하는 불균일 냉각에 기인한다.

도 1은 잔류응력이 발생하는 메커니즘을 도식적으로 나타낸 도면으로, 폭 방향으로 냉각 속도차가 발생하면 각 부위별 온도차가 발생하여 열변형률이 발생하고, 이에 따라 열응력이 발생한다. 이 값이 소재의 고유 값인 각 온도에서의 고온 항복응력을 넘어서게 되면 소성변형이 일어나게 된다. 이때, 소재가 박물재인 경우는 좌굴에 의해 에지 웨이브(edge wave)나 센터 버클(center buckle)에 의한 형상불량이 나타나고, 후물재인 경우 잔류응력으로 남게 된다. 이처럼 소재에 잔류하고 있는 응력은 절판 등으로 제품을 가공하게 되면 도 2에 도시된 바와 같이 캠버라고 불리는 원하지 않는 변형을 일으키게 된다.

종래에는 생산된 제품에 존재하는 잔류응력을 제거하기 위해 교정기를 통과시키는 방법을 실시하여 왔다. 교정 작업 시에 교정 속도를 저속으로 하면 교정 효과는 높일 수 있으나 이는 작업 속도 저하와 생산량 감소라는 시간적, 경제적 손실로 이어진다.

그러나, 권취기로부터 추출된 소재를 살펴보면 선단(Top)/정상(Middle)/미단(Tail)부의 각각의 영역에서 잔류응력의 차이가 발생하여 이를 교정하기 위해 교정속도를 상당히 떨어뜨려 작업을 하고 있는 상황이다. 이와 더불어, 전체 열연 공정 중에서 교정 공정에서 물류의 병목 현상이 일어나 생산량 증가에도 상당한 어려움을 겪고 있는 실정이다.

이에 기존 공정 설비에서 교정 효과를 해치지 않는 범위 내에서 최적의 인터메쉬 및 교정 속도에 대한 설정이 요구되고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 권취 이후의 교정 과정에서 인터메쉬 조건 및 동일 코일 내의 각 위치별 속도 패턴을 최적 설정함으로써 코일 전장에 걸친 균일한 잔류응력 분포와 잔류응력 저감을 도모함과 아울러 교정 속도를 향상하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 교정 조건 설정 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 교정 조건 설정 방법은, 롤러 레벨러를 이용한 소재의 교정 조건 설정 방법에 있어서, 소재의 두께 및 압하량에 기초하여 인터메쉬를 설정하는 제1 단계; 상기 롤러 레벨러의 구동 모터의 최대 허용 파워를 넘지 않는 범위에서 상기 설정된 인터메쉬를 작게 변경하는 제2 단계; 및 상기 제2 단계 이후에, 상기 소재의 정상부의 교정 속도를 선단부 및 미단부의 교정 속도보다 높게 설정하는 제3 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 수학식에 따라 설정된 인터메쉬 값을 작게 변경함으로써 교정속도를 향상할 수 있으며, 정상부의 교정 속도만을 선단부 및 미단부에 비해 높여 교정 작업을 진행함으로써 소재의 각각의 영역에서 잔류응력의 차이를 저감할 수 있게 된다.

도 1은 잔류응력이 발생하는 메커니즘을 도식적으로 나타낸 도면,
도 2는 열연제품의 절판시 잔류응력에 의해 발생한 캠버를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 의한 교정 조건 설정 방법이 적용되는 롤러 레벨러의 개략도,
도 4는 항복면적비에 대한 정의를 설명하기 위한 도면,
도 5는 인터메쉬에 대한 정의를 설명하기 위한 도면,
도 6은 인터메쉬 설정값과 교정속도를 분석한 표,
도 7은 종래의 소재의 각 영역에 대한 교정속도를 보여주는 그래프, 그리고
도 8은 본 발명에 의한 소재의 각 영역에 대한 교정속도를 보여주는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명에 의한 교정 조건 설정 방법이 적용되는 롤러 레벨러의 개략도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 롤러 레벨러는 소재를 지그재그로 배열된 롤에 통과시켜 연속적으로 상하 굽힘 변경을 가함으로써 소재의 초기 변형상태의 균일화가 진행되어 교정되도록 하는 구조를 갖는다.

도 4는 항복면적비에 대한 정의를 설명하기 위한 도면으로, 전체 단면에 대해 소성변형을 받은 면적의 비를 의미하는 항복면적비(Yield area Ratio;

)를 사용하여 소재의 변형 정도를 나타내며, 수학식 1과 같이 정의된다. 여기서,

는 소재의 두께,

는 탄성변형 영역을 의미한다.

도 5는 인터메쉬에 대한 정의를 설명하기 위한 도면이다.

일단, 판재 교정에 필요한 변형의 크기인 곡률 반경이 정해지면, 이를 부가하는 교정롤(Leveler work roll)의 압하량(

)과 인터메쉬(

)를 결정한다.

탄성변형에서의 굽힘이론을 이용하여 소재의 곡률 반경(

)을 구하면 수학식 2와 같다.

수학식 1 및 2로부터, 수학식 3 및 4와 같이 압하량과 인터메쉬를 구할 수 있다. 여기서,

는 탄성계수, 그리고

은 교정 롤 간의 거리, 그리고

는 항복응력를 의미한다.

이하, 상술한 수학식에 따라 설정된 인터메쉬 값의 타당성 검토를 위해 유한요소법(Finite Element Method; FEM)을 이용한 해석을 수행한 결과를 살펴본다.

도 6은 인터메쉬 설정값과 교정속도를 분석한 표로, 구체적으로는 FEM 해석 결과를 토대로 교정속도 증가에 따른 모터 파워 및 인터메쉬 설정값을 보여준다. 여기서, 기존 대비 변경된 수치들은 모터의 최대 허용 파워를 넘지 않는 범위에서 설정된 값들이다.

상술한 수학식에 따라 항복면적비가 85%가 되도록 인터메쉬 값을 설정하였지만, FEM 해석 결과 대부분의 절점에서 항복면적비가 1보다 크게 나타난다. 즉, 상술한 수학식에 의한 인터메쉬 설정값이 조금 큰 것을 알 수 있다.

따라서, 도 6과 같이 인터메쉬 설정값을 보다 작게 수정함으로써 교정 속도를 향상시킬 수 있으며, 이는 곧 생산성 향상으로 직결될 수 있다.

이처럼, 본 발명에 의하면 상술한 수학식에 따라 인터메쉬를 설정하고 모터의 최대 허용 파워를 넘지 않는 범위에서 인터메쉬 설정값을 작게 변경함으로써 교정속도를 향상할 수 있게 된다.

한편, 교정기에 치입되는 소재의 각각의 영역, 즉, 선단부(Top), 정상부(Middle) 그리고 미단부(Tail)부에서는 잔류응력의 차이가 발생한다. 권취기로부터 풀린 소재에 대해 잔류응력을 측정해 보면, 선단부와 미단부에서의 잔류응력이 정상부보다 크게 검출되어 이에 대한 저감이 필요함을 알 수 있다.

도 7은 종래의 소재의 각 영역에 대한 교정속도를 보여주는 그래프이고, 도 8은 본 발명에 의한 소재의 각 영역에 대한 교정속도를 보여주는 그래프이다.

기존에는 교정 공정 시에 교정 속도를 소재의 전 영역에 걸쳐 일정하게 하거나 또는 도 7에 도시된 바와 같이 정상부와 미단부의 교정 속도를 선단부에 비해 높여서 교정 작업을 하였다. 이로 인해, 미단부는 교정 효과가 줄어들어 잔류응력이 크게 검출되는 문제가 있었다.

이에, 본 발명에서는 도 8에 도시된 바와 같이 정상부의 교정 속도만을 선단부 및 미단부에 비해 높여 교정 작업을 진행함으로써 소재의 각각의 영역에서 잔류응력의 차이를 저감할 수 있게 된다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims (3)

1. 롤러 레벨러를 이용한 소재의 교정 조건 설정 방법에 있어서,
   소재의 두께 및 압하량에 기초하여 인터메쉬를 설정하는 제1 단계;
   상기 롤러 레벨러의 구동 모터의 최대 허용 파워를 넘지 않는 범위에서 상기 설정된 인터메쉬를 작게 변경하는 제2 단계; 및
   상기 제2 단계 이후에, 상기 소재의 정상부의 교정 속도를 선단부 및 미단부의 교정 속도보다 높게 설정하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교정 조건 설정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 인터메쉬를 설정하는 단계는,
   

   

   
   (여기에서,

   

   은 인터메쉬,

   

   는 소재의 두께,

   

   는 압하량)
   에 따라 인터메쉬를 설정하는 것을 특징으로 하는 교정 조건 설정 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 압하량(

   

   )은
   

   

   
   (여기에서,

   

   는 항복응력,

   

   은 교정 롤 간의 거리,

   

   는 탄성계수,

   

   은 항복면적비)
   에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 교정 조건 설정 방법.

Images