KR101367091B1 - 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압연롤의 교체없이 연속적으로 복합 단면을 갖는 링을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법에 있어서, 상하 좌우로 이송하는 압연롤, 구동롤(12), 상부 축롤 및 하부 축롤로 이루어진 링 압연 장치와 공작물을 준비하는 준비 단계; 상기 압연롤의 원통형 부분으로 사각형 단면 형상으로 공작물을 가공하는 일반 단면 가공 단계; 상기 공작물의 가공 진행률이 특정 진행률에 도달하였을 경우 상기 일반 단면 가공 단계의 진행을 중지시키는 진행률 판단 단계; 압연롤의 곡선형 부분이 상기 공작물의 내경에 위치하도록 이송하는 압연롤 이송 단계; 및 상기 압연롤의 곡선형 부분으로 상기 공작물을 가공하여 복합 단면의 링을 제조하는 복합 단면 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 단면을 갖는 링의 가공 방법{Manufacturing mathod of ring with complex cross-sectional shape}

본 발명은 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 내경의 외곽선 형태가 곡선을 포함하는 링을 제조하기 위한 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법에 관한 것이다.

기계 부품 또는 구조물에 링 요소들이 다소 사용되고 있다. 상기 링 요소 중 비교적 크기가 작은 경우에는 절삭에 의하여 가공 가능하나, 대형의 형태인 경우에는 절삭으로 가공하는 것에는 한계가 있다.

이때 적용되는 방식으로 공개특허 제-2011-0105889에 개시된 링 압연를 들 수 있다. 상기 가공 방식을 링을 압연 형태로 가공하므로 재료의 기계적 성질이 향상되고 또한 생산성에서 절삭에 의한 가공보다 우수한 특징이 있어 대형 링 요소의 가공에 주로 적용된다.

상기 링 압연 가공 절차를 구체적으로 살펴보면, 먼저 무게를 고려 소재를 절단한 뒤 둥근 통나무 형태로 만든다.

그리고, 상기 소재의 기계적 성질을 향상시키기 위하여 소재 축 방향으로 압력을 가하여 업셋 가공을 한다.

그리고 상기 업셋 가공 후의 소재를 링 압연 장치의 가공에 적합하도록 정 중앙에 구멍을 뚫어 초기 링 형태의 공작물로 가공한다.

이후에는 하기의 링 압연 장치에 의하여 상기 공작물을 소정의 목표 형상으로 가공하여 최종 제품을 완성한다.

상기 링 압연 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 기본 구성을 하고 있다. 상기 장치의 구성을 살펴보면, 원주 방향의 링의 가공을 위한 압연롤(30)과 공작물(20)의 회전을 위한 구동롤(11)을 포함한다.

상기 구동롤(11)과 압연롤(30) 사이에 공작물(20)이 위치하며, 상기 압연롤(12)의 가압력에 의하여 상기 공작물(20)의 외경 및 내경이 가공이 진행될수록 점점 커지게 된다.

상기 압연롤(30)과 구동롤(11)의 축간 거리 역시 가공이 진행될수록 줄어들어 소정의 공작물(20)의 외경 및 내경에서 가공을 완료하게 된다. 이때 상기 공작물(20)의 내경 및 외경은 센서에 의하여 측정하여 압연롤(30)의 압력과 압연롤(30)과 구동롤(11) 사이의 거리 등을 적절히 제어한다.

한편, 상기 링 형태의 공작물(20)의 높이는 상부 축롤(13)과 하부 축롤(14) 사이에 공작물(20)을 위치시키고, 상기 축롤(13, 14) 사이의 간격을 조절하여 제어한다. 상기 축롤(13, 14)은 동일 형상이며, 공작물(20)과 접촉하는 부위는 공작물(20)의 크기 변화에 대응하기 위하여 원뿔 형태이며, 공작물(20)의 높이는 상기 원뿔의 외곽 라인과 수평으로 일치시켜 가공이 진행된다.

결국, 링 압연 장치는 공작물(20)의 외경 및 내경을 조절하기 위하여 압연롤(30)의 압력, 압연롤(30)과 구동롤(11)의 거리, 구동롤(11)의 회전수, 상부 축롤(13)과 하부 축롤(14)의 거리 및 축롤(13, 14)의 회전수, 축롤(13, 14)과 구동롤(11) 사이의 거리 등의 인자들을 공작물(20)의 변형 정도에 따라 조절하여 소정 크기의 링 공작물(20)을 생산하게 된다.

한편, 링의 단면이 사각형이 아니고, 내경 부분에 곡선이 형성된 경우(이하에서는 복합 단면이라 한다)에는 상기와 같은 일반적인 방식으로는 가공이 되지 않는다.

종래의 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법은 먼저 원통형의 형상을 갖는 압연롤(30)로 일차 가공을 진행한다. 이때 가공물(20)은 사각형의 단면 형태로 가공되며, 일정한 가공률이 진행된 경우, 복합 단면의 형상과 대응되는 형상을 갖는 압연롤(30)로 교체하여 다시 가공을 진행하여 최종적으로 복합 단면을 갖는 링을 제조하는 절차로 진행된다.

상기 방식은 기본적으로 2개의 압연롤(30)이 필요하고, 또한 압연롤(30)의 교체로 인하여 작업 시간이 증가하며, 무엇보다도 교체에 인력이 필요하여 전체적인 가공을 자동화할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 압연롤의 교체없이 연속적으로 복합 단면을 갖는 링을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법에 있어서, 상하 좌우로 이송하는 압연롤, 구동롤(12), 상부 축롤 및 하부 축롤로 이루어진 링 압연 장치와 공작물을 준비하는 준비 단계; 상기 압연롤의 원통형 부분으로 사각형 단면 형상으로 공작물을 가공하는 일반 단면 가공 단계; 상기 공작물의 가공 진행률이 특정 진행률에 도달하였을 경우 상기 일반 단면 가공 단계의 진행을 중지시키는 진행률 판단 단계; 압연롤의 곡선형 부분이 상기 공작물의 내경에 위치하도록 이송하는 압연롤 이송 단계; 및 상기 압연롤의 곡선형 부분으로 상기 공작물을 가공하여 복합 단면의 링을 제조하는 복합 단면 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 압연롤은 상부에 곡선형, 하부에 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 진행률 판단 단계의 특정 진행률은 현재 가공되는 공작물 단면의 반경 방향의 폭과 최종 목표 링 단면의 최대 반경 방향 폭을 비교하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 현재 공작물 단면 반경 방향의 폭이 최종 목표 링 단면의 최대 반경 방향의 폭과 여유폭을 합한 것과 동일할 때 공작물의 가공 진행률이 특정 진행률에 도달한 경우로 판단하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 여유폭은 최종 목표 링 단면의 최대 반경 방향 폭의 1% 이상 3% 이내인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 진행률 판단 단계의 특정 진행률은 공작물의 내경이 상기 압연롤의 상부를 수용하는 크기로 가공된 때의 가공 진행률인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법은 하나의 압연롤에 사각형의 단면을 가공할 수 있는 부분과 복합 단면을 가공할 수 있는 부분을 동시에 형성하여 링의 가공 시 별도로 압연롤을 교체할지 않아 생산 시간을 단축할 수 있는 효과가 있으며, 링 가공 시 별도의 인력이 필요 없어 생산 비용을 낮출 수 있으며, 전체 시스템의 자동화를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법을 위한 링 압연기의 구성을 나타내는 구성도이며,
도 2는 본 발명에 따른 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법을 위한 압연롤의 형상을 나타내는 정면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법의 절차를 나타내는 절차도이며,
도 4는 도 3의 진행률 판단 단계에서 일반 단면 가공 단계의 중지를 결정하기 위한 단면 형상을 나타낸 설명도이다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법은 도 1에 도시된 링 압연 장치(100)를 통하여 수행된다.

상기 링 압연 장치(100)는 원주 방향의 링의 가공을 위한 압연롤(30)과 공작물(20)의 회전을 위한 구동롤(11)을 포함하며, 상기 구동롤(11)과 압연롤(30) 사이에 공작물(20)이 위치하며, 상기 압연롤(30)의 가압력에 의하여 상기 공작물(20)의 외경 및 내경이 가공이 진행될수록 점점 커지게 된다.

그리고 상기 링 형태의 공작물(20)의 높이는 상부 축롤(13)과 하부 축롤(14) 사이의 간격을 제어하여 조절한다.

한편, 상기 압연롤(30)은 종래 링 압연 장치(100)와 달리 상하의 이송이 가능하도록 구현한다.

따라서, 상기 링 압연 장치(100)는 압연롤(30)과 구동롤(12) 사이의 간격, 상부 축롤(13)과 하부 축롤(14)의 간격 그리고 상기 압연롤(30)의 상하 이송 거리를 제어하여 최종 제품을 제조한다.

한편, 상기 압연롤(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 하부(31)와 상부(32)로 구분되어 구성된다.

상기 하부(31)는 종래 압연롤(30)과 동일한 원통형상으로 구성하고, 상기 상부(32)는 내경 단면의 형상과 대응되는 형태로 축대칭 형상으로 구성한다.

도 2는 내경에 반원이 형성되는 링을 위한 상부(32)의 형상을 도시하였으나, 다른 내경의 형태인 경우 해당 형상에 대응되는 축대칭 형상으로 구성하면 된다.

상기 압연롤(30)은 초기에는 하부(31)로 공작물(20)을 가압하여 가공을 진행하며, 이후 일정 가공률에 도달하였을 경우 상기 압연롤(30)을 하강시켜 상부(32)로 상기 공작물(20)의 내경을 가압하여 가공을 진행하면, 최종적으로 내경에 상부(32)의 외부 형상과 동일한 형태로 가공된다.

이하 본 발명에 따른 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법을 단계별로 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 준비 단계(S1), 일반 단면 가공 단계(S2), 진행률 판단 단계(S3), 압연롤 이송 단계(S4), 복합 단면 가공 단계(S5)를 포함하여 구성된다.

먼저, 준비 단계(S1)는 링 압연 장치(100)와 해당 공작물(20)을 준비하는 단계로 특히 공작물(20)의 중앙에 홀을 생성시키는 업셋 가공을 포함한다. 또한 상기 링 압연 장치(100)는 압연롤(30)의 상하 이송이 가능하도록 준비한다.

상기 준비 단계(S1) 이후에는 일반 가공 단계(S2)가 수행된다.

일반 가공 단계(S2)는 압연롤(30)의 하부(31)를 이용하여 공작물(20)을 가공하는 단계로 통상의 링 압연 방식과 동일하다.

상기 일반 단면 가공 단계(S2) 이후에는 진행률 판단 단계(S3)가 수행된다.

상기 진행률 판단 단계(S3)는 일반 가공 단계(S2) 진행 중에 지속적으로 가공율을 판단하여 일정 수준의 가공율 진행이 완료되는 경우 일반 단면 가공 단계(S2)의 진행을 중단시키는 기능을 수행한다.

초기 일반 단면으로 가공을 진행하다 최적의 공작물(20)의 내경에 형상을 부여하기 위한 복합 가공으로 전환하기 위한 가공 진행률을 판단할 필요가 있다.

상기 가공 진행률의 판단은 도 4에 도시된 바와 같이, 점선으로 표현된 현재 가공 중인 "B"단면과 목표로 하는 "A" 단면의 내경과 외경 사이의 최대폭((외경-내경)/2)이 동일한 경우 일반 가공 단계(S2)를 중지하는 것으로 설정할 수 있다.

이때는 복합 단면 가공의 시간을 최대한 절약할 수 있는 장점이 있으나, 가공 오차를 고려하여 기계적인 여유를 포함하여 "B" 단면의 폭을 "A" 단면의 최대폭보다 여유폭을 두고 중지시키는 구성으로 설정할 수 있다.

상기 여유폭은 대략 1%에서 3%정도가 바람직하다. 상기 여유폭이 1%이내인 경우에는 가공오차를 충분히 고려할 수 없고, 3%이상인 경우에는 전체 가공시간이 길어지는 단점이 있다.

한편, 상기 압연롤(30) 상부(32)의 외경이 하부(31)의 외경보다 크므로, 초기 하부(31)로 가공을 진행하다 공작물(20)의 내경이 상기 상부(32)를 수용할 수 있는 크기로 가공이 진행되었을 경우 일반 가공 단계(S2)를 중지하는 방식으로 진행률 판단 단계(S3)를 수행할 수도 있다.

물론 이 경우에도 적절한 여유치를 부가할 수 있다.

상기와 같은 방식은 판단이 비교적 간단한 특징이 있으며, 특히 비교적 소형의 링을 가공할 때 적합하다.

상기 진행률 판단 단계(S3)에서 가공 진행률이 소정의 진행률에 도달하였을 경우 압연롤 이송 단계(S4)가 수행된다.

상가 압연롤 이송 단계(S4)에서는 압연롤(30)의 하부(31)로 가공되는 일반 가공 단계(S2)를 중지시키고, 압연롤(30)을 하방향으로 이송시켜, 상부(32)를 공작물(20)의 내경에 정확히 위치시킨다. 이때, 압연롤(30)을 일정거리 좌측으로 이송시키고, 하방향으로 이송 후 다시 우측으로 이송하여 공작물(20)과 상부(32)의 충돌을 방지할 수 있다.

상기 하방향 이송 거리는 공작물(20)의 높이를 고려하여 상부(32)의 중심과 공작물(20) 중앙 높이를 일치시키는 지점까지 상기 압연롤(30)을 하강시키면 된다.

상기 압연롤 이송 단계(S4)가 완료된 후에는 복합 단면 가공 단계(S5)가 수행된다.

상기 복합 단면 가공 단계(S5)는 상기 압연롤(30)의 상부(32)를 이용하여 공작물(20)의 내경 형상을 가공하는 것으로 압연롤(30)의 우측 이송 속도를 소재의 특성을 고려하여 진행하여 전체 제작 공정을 완료한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

11: 구동롤 13: 상부 축롤
14: 하부 축롤 20: 공작물
30: 압연롤 31: 하부
32: 상부 100: 링 압연 장치

Claims (6)

1. 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법에 있어서,
   상하 좌우로 이송하는 압연롤, 구동롤, 상부 축롤 및 하부 축롤로 이루어진 링 압연 장치와 공작물을 준비하는 준비 단계;
   상기 압연롤의 원통형 부분으로 사각형 단면 형상으로 공작물을 가공하는 일반 단면 가공 단계;
   상기 공작물의 가공 진행률이 특정 진행률에 도달하였을 경우 상기 일반 단면 가공 단계의 진행을 중지시키는 진행률 판단 단계;
   압연롤의 곡선형 부분이 상기 공작물의 내경에 위치하도록 이송하는 압연롤 이송 단계; 및
   상기 압연롤의 곡선형 부분으로 상기 공작물을 가공하여 복합 단면의 링을 제조하는 복합 단면 가공 단계를 포함하되,
   상기 압연롤은 상부에 곡선형, 하부에 원통형으로 형성되며,
   상기 진행률 판단 단계의 특정 진행률은 현재 가공되는 공작물 단면의 반경 방향의 폭과 최종 목표 링 단면의 최대 반경 방향 폭을 비교하여 결정되는 것을 특징으로 하는 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법.
   
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4. 청구항 1에 있어서, 상기 현재 공작물 단면 반경 방향의 폭이 최종 목표 링 단면의 최대 반경 방향의 폭과 여유폭을 합한 것과 동일할 때 공작물의 가공 진행률이 특정 진행률에 도달한 경우로 판단하는 것을 특징으로 하는 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 여유폭은 최종 목표 링 단면의 최대 반경 방향 폭의 1% 이상 3% 이내인 것을 특징으로 하는 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 진행률 판단 단계의 특정 진행률은 공작물의 내경이 상기 압연롤의 상부를 수용하는 크기로 가공된 때의 가공 진행률인 것을 특징으로 하는 복합 단면을 갖는 링의 가공 방법.
   

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