KR101411516B1 - Manufacturing method of main shaft for wind turbine - Google Patents

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재단법인 경남테크노파크
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a main shaft for a wind turbine. According to the present invention, the manufacturing method of a main shaft for a wind turbine includes a first heating step in which a material is heated to a certain temperature or higher; an up-setting step in which the material heated in the first heating step is upset by pressing the material lengthwise; a piercing step in which a hole is formed through the material set up in the up-setting step; a second heating step in which the material having the hole is heated again; a length extension step in which the material heated in the second heating step is extended lengthwise using a pipe forging method and a mandrel forging method; a third heating step in which the material extended in the length extension step is heated again; a cogging step in which an outer circumferential side of the material heated in the third heating step is repeatedly pressed by a forging press; and a fourth heating step in which the molded material is heated again.

Description

풍력 발전기용 메인 샤프트 제조 방법{Manufacturing method of main shaft for wind turbine}Technical Field [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a main shaft for a wind turbine generator,

본 발명은 풍력 발전기용 메인 샤프트에 관한 것으로서, 종래 기술에 비하여 재료 절감 효과와 제조 단가를 현저히 줄일 수 있는 풍력 발전기용 메인 샤프트 제조 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a main shaft for a wind turbine generator, and more particularly, to a method for manufacturing a main shaft for a wind turbine generator,

산업 발전으로 인하여 최근 화석연료를 대체할 새로운 에너지원으로서 풍력에너지, 태양에너지, 지열에너지 등을 개발하고자 하는 노력들이 활발하게 전개되고 있는데, 풍력발전은 이러한 노력의 일환으로서 바람이 가지는 운동에너지를 이용하여 전력을 생산하는 대체에너지 생성 시스템이다.In recent years, efforts have been actively made to develop wind energy, solar energy, and geothermal energy as new energy sources to replace fossil fuels due to industrial development. As part of this effort, wind power uses kinetic energy of wind To generate electricity.

이러한 풍력발전소에 사용되는 메인샤프트는 지속적인 피로하중 및 진동 등에 의한 가혹한 운전조건을 견딜 수 있어야 하므로 주로 단조에 의하여 생산된다. 도 1은 종래의 메인샤프트 제조공정의 예를 보인 개략도이다.Main shaft used in such wind power plants is mainly produced by forging because it can withstand severe operating conditions such as continuous fatigue load and vibration. 1 is a schematic view showing an example of a conventional main shaft manufacturing process.

일반적으로 풍력발전용 메인샤프트는 가열로에서 약 1200℃ 이상의 고온으로 가열한 잉곳(ingot 또는 강괴)을 프레스 기계로 가압하여 업셋팅 한 후 상기 업세팅 후 소재(1)를 유압 프레스의 상부 다이 및 하부 다이 사이에 위치시켜 그 길이방향을 따라(횡으로) 반복 가압하게 되는 코깅(cogging) 과정을 거친다.Generally, a main shaft for a wind power generator is formed by pressing an ingot (ingot or ingot) heated to a high temperature of about 1200 ° C or higher in a heating furnace by pressing it up and setting up the material 1 after the upset, And is subjected to a cogging process in which it is placed between the lower die and repeatedly pressed along the longitudinal direction (transverse).

이러한 코깅 과정에서 소재(2)의 두께는 작아지고 길이가 길어지게 된다. 이후 상기 코깅된 소재(2)의 외주면을 다이로 반복하여 가압하여 마무리 단조작업을 수행함으로써 대략의 메인샤프트 중간제품(3)을 제조하게 된다.In this cogging process, the thickness of the material 2 becomes smaller and its length becomes longer. Thereafter, the outer circumferential surface of the cogged work 2 is repeatedly pressed by a die to perform a finishing forging operation, thereby producing an approximately main shaft intermediate product 3. [

이렇게 형성된 중간 제품은 요구되는 메인샤프트의 최종 규격과 현저한 차이를 보이므로 다시 내주면에 관통공을 형성시키는 황삭과 정삭 등의 절삭공정을 거쳐 최종제품으로 완성된다.Since the formed intermediate product shows a marked difference from the final specification of the required main shaft, it is completed as a final product through a cutting process such as roughing and finishing which forms a through hole on the inner peripheral surface.

이러한 메인 샤프트의 제조 방법에 관련된 선행 기술에는 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-2006-0001155호, 출원번호 제10-2009-0072705호 등이 있다.Prior art relating to the manufacturing method of such a main shaft includes Application No. 10-2006-0001155 and Application No. 10-2009-0072705 filed in the Korean Intellectual Property Office.

그러나, 종래의 이러한 선행 기술들은 제품 성형을 완료한 다음 소재의 중심에 관통 구멍을 절삭 가공을 통해서 제작하는 방식을 채택하기 때문에 재료의 낭비가 심하고 제조 원가의 상승의 주원인이 되었다.However, these prior arts have adopted the method of manufacturing the through hole at the center of the material by cutting after completing the product molding, so that the waste of the material is serious and the manufacturing cost is increased.

또한, 단조 공정 이후에 절삭 공정에서 많은 부위가 가공되어야 하므로 생산 시간이 길어진다는 단점이 있다.
In addition, after the forging process, many parts must be machined in the cutting process, which leads to a disadvantage that the production time is long.

본 발명에 따른 풍력 발전기용 메인 샤프트 제조 방법은 풍력 발전기용 메인 샤프트의 제조 과정에서 발생되는 소재의 낭비를 막아서 제조 원가를 절감시킬 수 있는 풍력 발전기용 메인 샤프트 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.A main shaft manufacturing method for a wind turbine generator according to the present invention is to provide a method for manufacturing a main shaft for a wind turbine generator, which can reduce manufacturing cost by preventing waste of material generated during a manufacturing process of a main shaft for a wind turbine generator .

또한, 생산 시간을 단축할 수 있는 메인 샤프트 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a main shaft capable of shortening a production time.

본 발명에 따른 풍력 발전기용 메인 샤프트 제조 방법은 소재를 일정 온도 이상으로 가열시키는 제1가열 단계와, 제1가열된 소재를 길이 방향으로 가압하여 업셋팅하는 단계와, 업셋팅된 소재의 중심에 구멍을 형성시키는 피어싱 단계와, 구멍이 형성된 소재를 재가열시키는 제2가열 단계와, 제2가열 단계를 거친 소재를 파이프 단조 공법과 맨드렐 단조 공법을 이용하여 길이 방향으로 연장시키는 길이 연장 단계와, 길이 연장 단계를 거친 소재를 재가열하는 제3가열 단계와, 제3가열된 소재의 외주면을 단조 프레스로 반복하여 가압시키는 코깅 단계와, 성형이 완료된 소재를 가열하는 제4가열 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a main shaft for a wind turbine according to the present invention includes a first heating step for heating a material to a predetermined temperature or higher, a step for pressing up the first heated material by pressing it in the longitudinal direction, A second heating step of reheating the hole-formed material, a length extending step of extending the material through the second heating step in the longitudinal direction by using the pipe forging method and the mandrel forging method, A third heating step of reheating the material having undergone the elongation step, a cogging step of repeatedly pressing the outer peripheral surface of the third heated material with a forging press, and a fourth heating step of heating the material having been molded .

여기서, 상기 길이 연장 단계를 거친 소재의 양측면을 절단하는 절단 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include a cutting step of cutting both side surfaces of the work having been subjected to the elongating step.

그리고, 상기 코깅 단계는 소재의 중심에 형성된 구멍에 지지축이 결합된 상태에서 외주면을 반복하여 가압시키는 것을 특징으로 한다.The cogging step repeatedly presses the outer circumferential surface in a state where the support shaft is engaged with the hole formed at the center of the work.

또한, 상기 제4가열 단계를 거친 소재의 플랜지부를 성형하는 단조 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method further includes a forging step of forming a flange portion of the material having undergone the fourth heating step.

마지막으로, 상기 단조 단계를 거친 소재의 외주면을 황삭 가공하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
Finally, the step of roughing the outer circumferential surface of the workpiece subjected to the forging step is further included.

본 발명에 따른 풍력 발전기용 메인 샤프트 제조 방법은 피어싱 단계와 파이프 단조 공법과 맨드렐 단조 공법을 이용하여 소재를 샤프트로 성형시키는 방법을 이용하여 이후 절삭 공정에서 버려지는 소재의 낭비를 절감할 수 있는 장점이 있다.The method for manufacturing a main shaft for a wind turbine according to the present invention is a method for manufacturing a main shaft for a wind turbine, which uses a method of forming a material into a shaft by using a piercing step, a pipe forging method and a mandrel forging method, There are advantages.

그리고, 단조 공정 이후에 절삭 공정을 통해서 가공되어야 되는 부위를 최소화하여 메인 샤프트의 생산 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
In addition, it is possible to minimize the portion to be machined through the cutting process after the forging process, thereby shortening the production time of the main shaft.

도 1은 종래의 메인샤프트 제조공정의 예를 보인 개략도
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 풍력 발전기용 메인 샤프트 제조 방법을 도시하는 개념도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 업셋팅하는 단계를 도시하는 개념도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피어싱 단계를 도시하는 개념도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 길이 연장 단계를 도시하는 개념도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 코깅 단계를 도시하는 개념도
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 단조 단계를 도시하는 개념도.1 is a schematic view showing an example of a conventional main shaft manufacturing process;
2 is a conceptual view showing a method of manufacturing a main shaft for a wind power generator according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing a step of upsetting according to a preferred embodiment of the present invention;
4 is a conceptual diagram showing a piercing step according to a preferred embodiment of the present invention;
5 is a conceptual diagram showing a length extension step according to a preferred embodiment of the present invention;
6 is a conceptual diagram showing a cogging step according to a preferred embodiment of the present invention
7 is a conceptual diagram showing a forging step according to a preferred embodiment of the present invention;

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 풍력 발전기용 메인 샤프트 제조 방법을 도시하는 개념도이다.2 is a conceptual diagram showing a method of manufacturing a main shaft for a wind power generator according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 풍력 발전기용 메인 샤프트 제조 방법은 제1가열 단계(S100), 업셋팅하는 단계(S200), 피어싱 단계(S300), 제2가열 단계(S400), 길이 연장 단계(S500), 제3가열 단계(S600), 코깅 단계(S700), 제4가열 단계(S800), 플랜지부를 성형하는 업셋팅 단조 단계(S900)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 2, the main shaft manufacturing method for a wind turbine according to the present invention includes a first heating step S100, an upsetting step S200, a piercing step S300, a second heating step S400, An extension step S500, a third heating step S600, a cogging step S700, a fourth heating step S800, and an upset forging step S900 for forming the flange portion.

먼저, 소재(10)를 약 1200 ℃ 이상의 온도로 가열로에서 가열하는 제1가열 단계는 천장형 크레인 등을 사용하여 단조용 유압 프레스측으로 이동시키고, 소재(10)를 유압 프레스의 상부 다이 하부에 위치시킨 후 상부 다이를 사용하여 가압하는 업셋팅(upsetting)하는 단계(S200)를 수행한다.First, the first heating step of heating the material 10 at a temperature of about 1200 DEG C or higher in a heating furnace is performed by using a ceiling-type crane or the like and moving the material 10 to the forging hydraulic press side. (Step S200) in which the upper die is pressurized using the upper die.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 업셋팅하는 단계를 도시하는 개념도이다.3 is a conceptual diagram showing an up-setting step according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이 업셋팅하는 단계를 거친 소재(10)는 반복적으로 유압 프레스(20)를 통해서 압축되어 소재의 외관은 상하 길이는 짧아지고 몸통부의 직경은 증가하게 된다.As shown in FIG. 3, the material 10 having been subjected to the upsetting process is repeatedly compressed through the hydraulic press 20 so that the outer length of the material becomes shorter and the diameter of the trunk portion increases.

다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 업셋팅하는 단계(S200)를 거친 소재(10)의 중심에 구멍(H)을 형성시키는 피어싱 단계(S300)를 거치게 된다.Next, as shown in FIG. 2, the piercing step S300 is performed to form a hole H in the center of the workpiece 10 that has been subjected to the up-setting step S200.

이러한 피어싱 단계(S300)는 펀치(P)를 이용하여 소재의 중심에 홀(H)을 가공하는 단조 공정이며, 이러한 피어싱 단계(S300)를 통해서 이후 절삭 공정에서 소비되는 소재의 낭비를 줄일 수 있게 된다.The piercing step S300 is a forging process for machining the hole H at the center of the blank by using the punch P. The piercing step S300 may reduce the waste of material consumed in the cutting process do.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피어싱 단계를 도시하는 개념도이다.4 is a conceptual diagram showing a piercing step according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이 업셋팅하는 단계를 거쳐서 상하 길이는 짧아지고 몸통부의 직경은 증가된 소재의 중심에 펀치(punch:P)를 이용하여 구멍(H)을 형성하게 된다.4, the upper and lower lengths are shortened and the diameter of the body portion is increased by forming a hole H in the center of the increased material by using a punch (P).

도 2에 도시된 바와 같이 상기 피어싱 단계(S300)를 거친 소재는 가열로에서 다시 가열되는 제2가열 단계(S400)를 거치게 된다.As shown in FIG. 2, the material having undergone the piercing step (S300) is subjected to a second heating step (S400) in which the material is heated again in the heating furnace.

상기 제2가열 단계(S400)를 거친 소재는 파이프 단조 공법과 맨드렐 단조 공법을 이용하여 길이 방향으로 연장시키는 길이 연장 단계(S500)를 거치게 된다.The material subjected to the second heating step (S400) is subjected to a length extension step (S500) of extending the material in the longitudinal direction by using the pipe forging method and the mandrel forging method.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 길이 연장 단계를 도시하는 개념도이다.5 is a conceptual diagram showing a length extension step according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이 파이프 단조 공법은 맨드렐(mandrel:S)와 상하부의 맨드렐 바(mandrel bar:F)를 이용하여 소재의 외관을 길이 방향으로 연장하는 과정이며, 맨드렐 단조 공업은 맨드렐를 통해서 소재를 회전시키면서 일측 맨드렐 바를 통해서 피어싱 단계를 통해서 소재에 형성된 홀의 크기를 조정하는 단계이다.As shown in FIG. 5, the pipe forging method is a process of extending the outer surface of the material in the longitudinal direction by using a mandrel S and a mandrel bar F at the upper and lower portions. And rotating the material through the mandrel while adjusting the size of the holes formed in the material through the one mandrel bar through the piercing step.

이러한 단조 공법은 맨드렐(S)을 삽입시키고 소재의 외주면을 맨드렐 바(F)를 통해서 반복적으로 가압하여 길이 방향으로 변형시켜서 원하고자 하는 형상으로 제조하게 된다.In this forging method, the mandrel S is inserted, and the outer circumferential surface of the workpiece is repeatedly pressed through the mandrel bar F to be deformed in the longitudinal direction to produce a desired shape.

다만, 이러한 파이프 단조 공법과 맨드렐 단조 공법을 통해서 성형되는 소재의 양측은 소재의 유동 과정에서 비균질 부위가 생성될 수 있으므로 상기 길이 연장 단계를 거친 소재의 양측면을 화염을 통해서 절단하는 절단 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.However, since both sides of the material to be formed through the pipe forging method and the mandrel forging method may generate inhomogeneities in the course of the material flow, a cutting step of cutting both sides of the material through the length- .

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 길이 연장 단계(S500)를 거친 소재를 재가열하는 제3가열 단계(S600)를 거친다.Then, as shown in FIG. 2, a third heating step S600 for reheating the material having been subjected to the elongating step S500 is performed.

이후에 제3가열된 소재의 외주면을 단조 프레스로 반복하여 가압시키는 코깅 단계(S700)를 거치게 된다.Thereafter, the outer peripheral surface of the third heated material is subjected to a cogging step (S700) in which a forging press is repeatedly pressed.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 코깅 단계를 도시하는 개념도이다.6 is a conceptual diagram showing a cogging step according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이 소재(10)의 중심에 형성된 구멍에 지지축(D)이 결합된 상태에서 상부 다이(A1)와 하부 다이(A2)를 이용하여 소재의 외주면을 반복하여 가압시켜서 단차를 가지는 메인 샤프트의 형상으로 성형하게 된다.The outer peripheral surface of the work is repeatedly pressed by using the upper die A1 and the lower die A2 in a state where the support shaft D is engaged with the hole formed at the center of the work 10 as shown in Fig. In the shape of the main shaft.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 코깅 단계(S700)를 거친 소재를 가열하는 제4가열 단계(S800)를 거치게 된다.Then, as shown in FIG. 2, a fourth heating step (S800) for heating the material through the cogging step (S700) is performed.

또한, 상기 제4가열 단계(S800)를 거친 소재의 플랜지부를 성형하는 단조 단계(S900)를 더 포함될 수 있다.Further, the method may further include a forging step (S900) of forming a flange portion of the material having undergone the fourth heating step (S800).

도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 단조 단계를 도시하는 개념도이다.7 is a conceptual diagram showing a forging step according to a preferred embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이 하부 다이(D1)에 장착된 소재(10)를 상부 다이(D2)를 이용하여 소재(10)의 상측에 플랜지(12)를 확대하는 업셋팅 단조 공정을 거치게 된다.The workpiece 10 mounted on the lower die D1 is subjected to an upset forging process in which the flange 12 is enlarged on the upper side of the workpiece 10 by using the upper die D2 as shown in FIG.

부가적으로, 상기 단조 단계(S900)를 거친 소재의 외주면을 황삭 가공하는 단계가 더 포함될 수 있고, 구멍의 내부를 정삭하는 가공도 추가적으로 진행될 수 있다.In addition, the step of roughing the outer circumferential surface of the workpiece after the forging step (S900) may be further included, and further processing for finishing the inside of the hole may be further performed.

이상과 같이 본 발명은 풍력 발전기용 메인 샤프트의 제조 방법을 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.
As described above, the present invention provides a method for manufacturing a main shaft for a wind turbine, and the embodiments described above are only one embodiment with reference to the drawings. Therefore, It should be determined by the range.

10: 소재
12: 플랜지부10: Material
12: flange portion

Claims (5)

풍력 발전기용 메인 샤프트의 제조 방법에 있어서,
소재를 일정 온도 이상으로 가열시키는 제1가열 단계와;
제1가열된 소재를 길이 방향으로 가압하여 업셋팅하는 단계와;
업셋팅된 소재의 중심에 구멍을 형성시키는 피어싱 단계와;
구멍이 형성된 소재를 재가열시키는 제2가열 단계와;
제2가열 단계를 거친 소재를 파이프 단조 공법과 맨드렐 단조 공법을 이용하여 길이 방향으로 연장시키는 길이 연장 단계와;
길이 연장 단계를 거친 소재를 재가열하는 제3가열 단계와;
제3가열된 소재의 외주면을 단조 프레스로 반복하여 가압시키는 코깅 단계와;
성형이 완료된 소재를 가열하는 제4가열 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 메인 샤프트의 제조 방법.
A method of manufacturing a main shaft for a wind power generator,
A first heating step of heating the material to a predetermined temperature or higher;
Pressing the first heated material in the longitudinal direction to upset the first heated material;
A piercing step of forming a hole in the center of the upsetting material;
A second heating step of reheating the hole-formed material;
A length extension step of extending the material having undergone the second heating step in the longitudinal direction by using the pipe forging method and the mandrel forging method;
A third heating step of reheating the material having undergone the elongation step;
A cogging step of repeatedly pressing the outer peripheral surface of the third heated material with a forging press;
And a fourth heating step of heating the formed material.
제 1 항에 있어서,
상기 길이 연장 단계를 거친 소재의 양측면을 절단하는 절단 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 메인 샤프트의 제조 방법.
The method according to claim 1,
And cutting the both side surfaces of the workpiece having been subjected to the elongating step. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 코깅 단계는,
소재의 중심에 형성된 구멍에 지지축이 결합된 상태에서 외주면을 반복하여 가압시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 메인 샤프트의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The cogging step may include:
And the outer peripheral surface is repeatedly pressed while the support shaft is engaged with the hole formed in the center of the work.
제 1 항에 있어서,
상기 제4가열 단계를 거친 소재의 플랜지부를 성형하는 단조 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 메인 샤프트의 제조 방법.
The method according to claim 1,
And a forging step of forming a flange portion of the material having undergone the fourth heating step. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 4 항에 있어서,
상기 단조 단계를 거친 소재의 외주면을 황삭 가공하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 메인 샤프트의 제조 방법.5. The method of claim 4,
Further comprising the step of roughing the outer circumferential surface of the workpiece after the forging step.
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