KR101421999B1 - 보빈 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보빈과 그 조성물 및 제조방법에 관한 것으로, 제품의 경량성, 내충격성등을 확보하기위한 소재 재질 즉 조성물의 구성 및 비율을 확정하고, 최대의 인장력을 확보할 수 있는 열처리 및 인발공정을 포함한 제조방법을 제시하며, 제품의 경량성과 일정한 중량관리를 위한 인발 금형을 제시하여, 보빈의 강도를 향상시키고 내충격성을 확보하여 수명을 연장시켜 원가절감 및 제사공정의 생산성을 향상시키는 보빈과 그 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

보빈 제조방법{Manufacturing method for bobbin}

본 발명은 보빈 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특별한 합금을 사용하지 않고 용이하게 구할 수 있는 재료를 사용하되 용접부와 모재간 물성차이를 극복하여 인발시 휘어짐이 발생되지 않도록 하면서 충분한 강도를 확보하도록 하여 경량이면서 보빈으로 사용중 실의 인장력 등에 의하여 변형이 발생되지 않도록 하는 보빈 제조방법에 관한 것이다.

직물 또는 편물과 같은 원단을 생산함에 있어서 처음으로 요구되는 과정인 제사과정은 섬유를 선별하고 깨끗하게 하여 원사(原絲)를 만드는 공정으로, 상기 제사공정에 사용되는 보빈은 통상 원사의 권취시 장력이 필요하므로 금속을 이용하여 보빈을 제조하였다.

이러한 보빈의 예로는 공개특허 10-2008-0063556호 등에 제시되어 있는데, 이는 도 1에 나타내는 바와 같이 알루미늄관 또는 쇠파이프 등을 일정 규격으로 절단한 후 내부에 스핀들을 잡아주는 스핀들 가이드(4)를 삽입한 후 그 길이방향에 대하여 일측 종단에 스핀들 고정캡(10)을 설치하고 상기 스핀들 고정캡(10)이 설치된 반대측 종단으로 콘 라벨(12)을 설치한 것이 일반적인 구성이었다.

그리고, 상기한 공개특허 10-2008-0063556호에서는 보빈의 재료에 대해서 상세한 설명은 없으나, 통상 사용되는 보빈은 기계구조용 탄소강관(STKM) 12종을 주로 사용하고 있으며, 이러한 종래 STKM 12종을 사용한 보빈은 통상 STKM 12종 강을 용접으로 관모양으로 성형한 후 인발금형에서 인발하고 있으나, 이러한 종래 보빈은 용접부와 모재인 STKM 12종 강 사이에 물성이 상이하여, 인발과정에서 용접부와 모재 사이에 인발력이 상이하고 이로 인하여 인발성형된 관이 직선이 되지 않고 휘어지게 되고, 가사 직선으로 제조된다 하더라도 충분한 강도를 갖지 못하여 사용중, 예를 들면 양파망 등에 사용되는 2 내지 3kg의 실을 감고 푸는 과정에서 실의 인장력과 무게 등에 의하여 휘어지거나 도 2에 나타내는 바와 같이 표면이 울퉁불퉁해지는 등 형상이 변형되어 장기 사용이 어렵고 자주 교체하여야 하므로 작업정지 시간이 길어져서 생산성이 떨어지고 비용이 많이 들기 때문에 제사에 있어서 원가상승의 요인이 되는 결점이 있었다.

상기한 도 2에 나타내는 STKM 12종으로 구성된 보빈의 강도를 확인하기 위하여 본 발명에서는 통상 사용하는 12종 강(POSP340A)을 구매하여 그 성분을 분석하였으며, 분석결과 탄소 0.091중량%, 규소 0.009중량%, 망간 0.385중량%, 인 0.015중량%, 황 0.004중량%인 것으로 확인되었으며, 이는 STKM 12종 규격인 탄소 0.20중량%이하, 규소 0.35중량%이하, 망간 0.60중량%, 인 0.040중량%이하, 황 0.040중량%이하를 만족한다.

이러한 STKM 12종으로 제조된 보빈은 도 3에 나타내는 바와 같이 용접부와 모재간 경도차이가 발생되고, 인장강도는 590.9N/㎟이며, 이는 첨부 1의 12종 시험성적서를 통해서 확인할 수 있다.

한편, 강의 강도보강을 위한 방법으로 공개특허 10-1983-0010207호와 같이 기본강의 성분인, 탄소, 규소, 망간, 황, 인 외에 크롬, 니켈 등의 별도의 원료를 투입한 합금강을 사용하고, 이러한 합금강을 압출로 관형태로 제작한 후 AC₁~AC₃ 온도인 730~1000℃정도의 온도로 열처리 후, 이를 다시 인발하여 AC₁~AC₃ 온도에서 열처리 후 다시 뜨임과 급냉처리하여 최소항복강도가 5600-9800kg/㎠인 관을 제조하는 기술이 사용되고 있으나, 이러한 선행기술은 강의 제조시에 별도의 원료를 투입하여야 하므로 실질적으로 강의 제조설비를 갖추지 않고 시판되고 있는 강을 사서 제조하는 대부분의 소규모업체들은 적용을 할 수 없는 기술이다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 제품의 경량성, 내충격성 등을 확보하기 위한 소재 재질로 특별한 합금을 사용하지 않고 시중에서 쉽게 구할 수 있는 표준화된 강을 사용하고, 상기 강을 이용하여 보빈을 제조하면서 용접부와 모재간 물성차이를 극복하고 우수한 인장력을 확보할 수 있도록 하는 제조방법을 제시하여, 제품의 경량성과 강도를 향상시키고 내충격성을 확보하여 수명을 연장시켜 원가절감 및 제사공정의 생산성을 향상시키는 데 목적이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 특징은 STKM 13종 강으로 용접을 통한 조관 공정을 수행하고, 조관 공정 후 가열로에 투입하여 550~600℃까지 10~20분간 가열한 후, 550~600℃에서 3~5분 동안 유지하고, 15~45분간 180~220℃까지 냉각시키는 열처리공정을 수행하고, 상기 열처리공정 후 인발공정을 수행하는 보빈 제조 방법에 있다.

한편, 상기에서 15~45분간 180~220℃까지 냉각시키는 과정은 10~30분간 350~450℃까지 냉각시킨 후 5~15분간 180~220℃까지 냉각시키는 과정으로 나누어 실행한다.

상기한 보빈의 제조방법에 있어서, 보빈 제조용 인발 금형의 플러그는 제품 진입구측 안내각을 25°로 제품 출구측 초경 안내각을 9°로 하고, 다이스는 그 베어링길이를 7mm로 하고 진입구측 직경을 70mm로 하고, 곡률반경 R은 50으로 하여 소재와 금형의 접촉면을 줄임으로써 높은 인발 단면율을 얻을 수 있도록 한다.

그리고, 상기 보빈은 양파망용 보빈이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면 강도 보강을 위하여 특별히 조성한 합금강을 사용하는 것이 아니라 시중에서 쉽게 판매되는 강을 이용하되 인발전 열처리를 통하여 모재와 용접부간 물성차이를 극복하여, 인발과정에서 보빈이 휘는 현상이 발생하지 않도록 하면서, 경량이고 고강도의 보빈을 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.

이로 인하여, 실의 생산과정에서 보빈이 휘어 표면이 울퉁불퉁해지는 현장이 발생하지 않아 보빈을 교체하지 않아도 되므로 보빈 교체를 위한 비용 및 시간이 대폭 감소되어 생산성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래 보빈 구조를 나타내는 도면
도 2는 종래 보빈 및 본 발명 보빈의 사용예를 나타내는 도면
도 3은 종래 보빈의 용접부와 모재부의 물성을 나타내는 확대 사진
도 4는 본 발명에 따른 열처리공정을 나타내는 그래프
도 5는 본 발명 보빈의 용접부와 모재부의 물성을 나타내는 확대 사진
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 금형구조를 나타내는 도면
도 7은 본발명과 종래 보빈의 모재 조직을 나타내는 사진

이하 본 발명의 실 시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 보빈 제조를 위한 재료는 STKM 13종 강을 사용한다.

상기 STKM 13종은 탄소 0.25중량%이하, 규소 0.35중량%이하, 망간 0.3~0.9중량%, 인 0.040중량%이하, 황 0.040중량%이하를 포함하는 것으로, 본 발명의 실시 예에서 사용하는 탄소강관은 첨부 2의 시험성적서와 같이 탄소 0.196중량%, 규소 0.009중량%, 망간 0.419중량%, 인 0.011중량%, 황 0.003중량%인 것을 사용한다.

상기한 구성에서 탄소강을 구성하는 5 원소를 제외한 나머지는 철로 구성된다.

이러한 STKM 13종으로 제조된 시중의 강판을 소정크기로 절단하여 양 단부를 용접함으로서 관모양을 형성하는 조관 공정을 수행한다.

이후, 상기 조관 공정에서 발생된 모재부와 용접부 사이의 물성차이 즉 경도차이를 제거하여 소재 전체의 물성을 균일하게 하기 위하여 연화열처리 공정(Annealing)을 수행한다.

상기에서 연화 열처리 공정은 상기와 같이 용접으로 제조된 관을 580℃, 1250mm/min의 온도 및 속도로 열처리하는데, 이를 구체적으로 살펴보면, 도 4에 나타내는 바와 같이 가열로에 투입하여 580℃까지 15분간 가열한 후, 580℃에서 5분 동안 유지하고, 18분간 400℃까지 냉각시킨 후 10분간 200℃까지 냉각시키는 열처리공정을 수행한다.

이러한 열처리공정을 수행하게 되면, 도 5에 나타내는 바와 같이 용접과정에서 열을 받은 용접 열영향부와 열을 받지 않은 모재부 사이에 발생되는 물성 차이가 제거되어 소재 전체가 균일한 물성을 갖게 되어 이후 인발과정에서 경도차이로 인한 휘어짐이 발생하지 않게 된다.

그리고, 상기한 바와 같은 연화열처리공정을 수행한 후, 철판을 말아서 용접한 조관파이프의 동심도, 진원도, 직진도와 보다 정확한 외/내경 치수를 맞추기위해 인발을 수행한다.

이 과정에서 사용되는 보빈 제조용 인발 금형을 살펴보면, 도 6a에 나타내는 플러그의 제품 진입구측 안내각을 25°(종래 30°임)로 제품 출구측 초경 안내각을 9°(종래 8°)로 하고, 도 6b에 나타내는 보빈용 다이스의 베어링길이를 7mm(종래 15mm)로 하고 진입구측 직경을 70mm(종래 직경은 60mm)로 하고, 곡률반경 R은 50(종래 R은 33,53)으로 한다.

이는 소재규격에 맞도록 다이스의 안내각도를 설정하고 제품의 치수를 결정하는 베어링길이를 관리함으로써 치수를 정밀하게 하고 소재와 금형의 접촉면을 줄임으로써 높은 인발 단면율을 얻을 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 제조된 보빈은 첨부 3의 시험성적서에서 확인할 수 있는 바와 같이 인장강도가 732.5N/㎟이고, 항복하중은 134,939.50N이며, 최대 항복점704.9N/㎟이고, 최대변위는 2mm이며 연신율은 4%임을 알 수 있다.

이와 같이 제조된 본 발명의 보빈은 도 7에 나타내는 바와 같이 종래 12강으로 제조된 보빈과 비교하여 조직이 치밀함을 알 수 있으며, 용접부와 모재부간 물성차이도 제거되었음을 확인할 수 있다.

그리고, 본 발명의 보빈을 사용하는 경우 우수한 강도를 갖게 되므로 도 2에 나타내는 바와 같이 사용중 변형이 발생하지 않게 된다.

Claims (4)

1. STKM 13종 강을 용접을 통하여 관모양으로 성형하는 조관 공정,
   상기 조관 공정 후 가열로에 투입하여 550~600℃까지 10~20분간 가열한 후, 550~600℃에서 3~5분 동안 유지하고, 15~45분간 180~220℃까지 냉각시키는 연화열처리공정,
   상기 열처리공정 이후 수행되는 인발공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 보빈 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 인발공정 수행을 위한 금형은,
   플러그의 제품 진입구측 안내각을 25°로 제품 출구측 초경 안내각을 9°로 하고, 다이스의 베어링길이를 7mm로 하고 진입구측 직경을 70mm로 하고, 곡률반경 R은 50으로 하는 것을 특징으로 하는 보빈 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 연화열처리 과정 중 15~45분간 180~220℃까지 냉각시키는 과정은, 10~30분간 350~450℃까지 냉각시킨 후 5~15분간 180~220℃까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 보빈 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 보빈은 양파망용 보빈인 것을 특징으로 하는 보빈 제조 방법.

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