KR101775632B1 - 분할형 구동롤 링 압연장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분할형 구동롤 링 압연장치에 관한 것으로, 구동롤, 압연롤, 상부 축롤, 및 하부 축롤을 포함하는 링 압연장치에 있어서, 상기 구동롤은 구동롤축부, 상기 구동롤축부와 일체로 형성되며 상기 구동롤축부와 함께 회전하는 제1구동부, 및 상기 구동롤축부 및 상기 제1구동부와 분리되어 있는 제2구동부를 포함하며, 상기 제2구동부는 상기 제1구동부와 별개로 회전되어, 상기 제1구동부와 제2구동부의 선속도 차이를 감소시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

분할형 구동롤 링 압연장치{SPLIT DRIVE ROLL RING ROLLING DEVICE}

본 발명은 분할형 구동롤 링 압연장치에 관한 것이다.

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

이때 적용되는 방식으로 공개특허 제2011-0105889호에 개시된 링 압연을 들 수 있다. 상기 가공 방식은 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 고려해 소재를 절단한 뒤 둥근 통나무 형태로 만든다. 소재의 기계적 성질을 향상시키기 위하여 소재 축 방향으로 압력을 가하여 업셋 가공을 한다. 업셋 가공 후의 소재를 링 압연 장치의 가공에 적합하도록 정 중앙에 구멍을 뚫어 초기 링 형태의 공작물로 가공한다.

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

링 압연 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 기본 구성을 하고 있다. 상기 장치의 구성을 살펴보면, 원주 방향의 링의 가공을 위한 압연롤(20)과 공작물(50)의 회전을 위한 구동롤(10)을 포함한다.

구동롤(10)과 압연롤(20) 사이에 공작물(50)이 위치하며, 가공이 진행될수록 압연롤(20)의 가압력에 의하여 공작물(50)의 외경 및 내경이 점점 커지게 된다. 압연롤(20)과 구동롤(10)의 축간 거리 역시 가공이 진행될수록 줄어들어 소정의 공작물(50)의 외경 및 내경의 가공을 완료하게 된다. 이때 공작물(50)의 내경 및 외경은 센서에 의하여 측정하여 압연롤(20)의 압력과 압연롤(20)과 구동롤(10) 사이의 거리 등을 적절히 제어한다.

링 형태의 공작물(50)의 높이는 상부 축롤(30)과 하부 축롤(40) 사이에 공작물(50)을 위치시키고, 축롤 사이의 간격을 조절하여 제어한다. 축롤은 동일 형상이며, 공작물(50)과 접촉하는 부위는 공작물(50)의 크기 변화에 대응하기 위하여 원뿔 형태이며, 공작물(50)의 높이는 상기 원뿔의 외곽 라인과 수평으로 일치시켜 가공이 진행된다.

링 압연 장치는 공작물(50)의 외경 및 내경을 조절하기 위하여 압연롤(20)의 압력, 압연롤(20)과 구동롤(10)의 거리, 구동롤(10)의 회전수, 상부 축롤(30)과 하부 축롤(40)의 거리 및 축롤의 회전수, 축롤과 구동롤(10) 사이의 거리 등의 인자들을 조절하여 소정 크기의 링 공작물(50)을 생산하게 된다.

한편, 링의 단면이 사각형이 아니고, 외경 부분에 곡면이 형성된 경우에는 상기와 같은 일반적인 방식으로는 가공이 되지 않는다. 종래의 곡면을 갖는 링의 가공 방법은 먼저 원통형의 형상을 갖는 압연롤(20)로 일차 가공을 진행한다. 이때 공작물(50)은 사각형의 단면 형태로 가공되며, 일정한 가공률이 진행된 경우, 복합 단면의 형상과 대응되는 형상을 갖는 압연롤(20)로 교체하여 다시 가공을 진행하여 최종적으로 복합 단면을 갖는 링을 제조하는 절차로 진행된다.

상기 방식은 기본적으로 2개의 압연롤(20)이 필요하고, 또한 압연롤(20)의 교체로 인하여 작업 시간이 증가하며, 원가가 상승하고, 무엇보다도 교체에 인력이 필요하여 전체적인 가공을 자동화할 수 없는 문제가 있다.

또한 1개의 구동롤(10)이 곡면을 이루는 경우 구동롤(10)의 중심으로부터 곡면까지의 거리가 달라 공작물(50)의 위치에 따라 선속도가 달라져 마찰이 발생하여 공작물(50)의 품질이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 1개의 구동롤을 사용하여 작업의 신속성을 높이고, 분리된 구동부를 설치하여 선속도 차이를 감소시켜 공작물의 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구동롤, 압연롤, 상부 축롤, 및 하부 축롤을 포함하는 링 압연장치에 있어서, 상기 구동롤은 구동롤축부, 상기 구동롤축부와 일체로 형성되며 상기 구동롤축부와 함께 회전하는 제1구동부, 및 상기 구동롤축부 및 상기 제1구동부와 분리되어 있는 제2구동부를 포함하며, 상기 제2구동부는 상기 제1구동부와 별개로 회전되어, 상기 제1구동부와 제2구동부의 선속도 차이를 감소시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1구동부는 상기 제2구동부와 결합되는 상부, 상기 상부와 단턱을 이루고 오목부를 포함하며 상기 제2구동부를 지지하는 중부, 및 상기 중부와 단턱을 이루는 하부를 포함하며, 상기 하부는 공작물을 압연하는 압연부 및 상기 공작물을 지지하는 받침부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2구동부는 끝단의 형태가 곡면을 이루며, 상기 구동롤축부의 중심으로부터 끝단까지의 거리가 상기 제1구동부와 다른 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2구동부는 상기 구동롤축부의 중심으로부터 끝단까지의 거리가 서로 다르며, 서로 분리된 복수의 구동부를 포함하며, 분리된 복수의 상기 구동부는 상기 제1구동부의 상부에 각각 결합되어 각각 별개로 회전되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 분할형 구동롤 링 압연장치는 상기 제1구동부의 상부와 상기 제2구동부를 결합하는 결합부를 더 포함하며, 상기 결합부는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 구동부가 곡면을 이루어 다양한 형태의 공작물을 하나의 구동롤을 이용하여 제조할 수 있다.

본 발명은 구동롤과 분리된 제2구동부를 설치하여, 제2구동부가 구동롤축부의 회전과 별개로 자유롭게 회전할 수 있다.

분리되어 설치된 제2구동부는, 구동롤축부의 중심으로부터의 거리 차이에서 발생하는 구동부의 선속도 차이를 최소화시켜 선속도 차이에 기인한 마찰로 인한 품질 저하를 방지할 수 있으며, 더 나아가 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 링 압연장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 분할형 구동롤 링 압연장치의 구동롤 단면도이다.
도 3은 일체형 구동롤 링 압연장치 구동롤과 L자형 공작물의 개략 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 일체형 구동롤 링 압연장치에 의해 가공되는 L자형 공작물의 유효변형률분포도이다.

이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 분할형 구동롤 링 압연장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 링 압연장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 분할형 구동롤 링 압연장치의 구동롤 단면도이며, 도 3은 일체형 구동롤 링 압연장치 구동롤과 L자형 공작물의 개략 단면도이고, 도 4 내지 도 7은 일체형 구동롤 링 압연장치에 의해 가공되는 L자형 공작물의 유효변형률분포도이다.

본 발명의 일례에 따른 분할형 구동롤 링 압연장치는 구동롤(10), 압연롤(20), 상부 축롤(30), 하부 축롤(40)을 포함하며, 구동롤(10)은 구동롤축부(100), 제1구동부(200), 제2구동부(300), 결합부(400) 등을 포함할 수 있다.

구동롤축부(100)는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 구동롤(10)이 회전하는 중심축을 뜻한다.

제1구동부(200)는 구동롤축부(100)로부터 돌출되어 구동롤축부(100)와 일체로 형성되는 것으로 구동롤축부(100)와 함께 회전한다. 제1구동부(200)는 일체로 형성된 상부(210), 중부(220), 및 하부(230)를 포함할 수 있다.

제1구동부(200)의 상부(210)는 후술하는 결합부(400)를 통해 후술하는 제2구동부(300)와 결합될 수 있다.

제1구동부(200)의 중부(220)는 상부(210)와 단턱을 이루며, 제2구동부(300)를 지지하는 역할을 할 수 있다. 도 2의 예시에서 알 수 있는 바와 같이, 제1구동부(200)의 중부(220)는 오목부(221)를 포함하여 오목부(221)에 후술하는 제2구동부(300)가 위치되게 하여 제2구동부(300)를 지지할 수 있다.

제1구동부(200)의 하부(230)는 중부(220)와 단턱을 이루며, 압연부(231)와 받침부(232)를 포함할 수 있다.

압연부(231)는 압연롤(20)의 원주 방향 압력의 반작용으로 공작물(50)을 압연하는 것으로, 압연롤(20)의 가압을 받는 공작물(50)을 가공할 수 있다. 일례로 도 2의 예시에서 알 수 있는 바와 같이, 압연부(231)는 구동롤축부(100)의 중심으로부터의 거리가 동일한 원기둥 형태를 이룰 수 있다.

받침부(232)는 소재를 링 압연 장치의 가공에 적합하도록 중앙에 구멍을 뚫어 초기 링 형태로 가공된 공작물(50)이 놓여 지는 것으로, 공작물(50)을 지지하는 역할을 할 수 있다.

일례로 도 2 예시에서 알 수 있는 바와 같이, 제1구동부(200) 중부(220)의 구동롤축부(100)의 중심으로부터 끝단까지의 길이는 상부(210)의 구동롤축부(100)의 중심으로부터 끝단까지의 길이보다 길고, 압연부(231)의 구동롤축부(100)의 중심으로부터 끝단까지의 길이는 중부(220)의 구동롤축부(100)의 중심으로부터 끝단까지의 길이 보다 길고, 받침부(232)의 구동롤축부(100)의 중심으로부터 끝단까지의 길이는 압연부(231)의 구동롤축부(100)의 중심으로부터 끝단까지의 길이 보다 더 길게 형성될 수 있다.

제2구동부(300)는 구동롤축부(100) 및 제1구동부(200)와 분리되어 제1구동부(200)와 별개로 회전될 수 있다. 제2구동부(300)는 제1구동부(200)와 별개로 회전하여 구동롤축부(100)의 중심으로부터 제1구동부(200)의 압연부(231) 끝단까지의 거리와 구동롤축부(100)의 중심으로부터 제2구동부(300)의 끝단까지의 거리 차이에서 발생하는 제1구동부(200)와 제2구동부(300)의 선속도 차이를 감소시키는 역할을 할 수 있다.

선속도(V)는 회전축으로부터의 거리(R)와 각속도(ω)의 곱이므로 각속도(ω)가 동일한 경우 거리(R)에 따라 선속도(V)가 달라지게 된다.

도 3은 제1구동부(200)와 제2구동부(300)가 구동롤축부(100)와 일체로 형성되어 있는 일체형 구동롤 링 압연장치에 관한 도면이고, 도 4 내지 도 7은 제1구동부(200)와 제2구동부(300)가 구동롤축부(100)와 일체로 형성되어 있는 일체형 구동롤 링 압연장치에 의해 가공되는 L자형 공작물의 유효변형률분포도이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 가공되는 공작물(50)의 외면이 곡면을 이루는 경우, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 압연 초기에는 구동롤(10) 하부에서 링 공작물(50)과 구동롤(10) 하부의 접촉이 이루어지고 링 공작물(50)은 구동롤(10)에 의해 회전이 이루어져 구동롤(10)과 링 공작물(50)의 선속도는 일치한다.

하지만 도 5 내지 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 압연 중반 이후 링 공작물(50)의 성형이 이루어지면서 링 공작물(50)의 상부가 구동롤(10)의 상부에 접촉하면서 링 공작물(50)과 구동롤(10) 간에 선속도의 불일치가 생기게 된다.

즉, 구동롤(10)의 중심으로부터 공작물(50)이 구동롤(10)에 접촉하는 부분까지의 거리(R1, R2)가 달라 (R1 ＞ R2), 거리가 R1인 구동롤(10) 상부의 선속도가 거리가 R2인 구동롤(10) 하부의 선속도 보다 크게 된다. 그러나 링 공작물(50)의 경우, 링 공작물(50)의 중심으로부터 링 공작물(50)의 상부까지의 거리(R3)가 링 공작물(50)의 중심으로부터 링 공작물(50)의 하부까지의 거리(R4)보다 작게 되어 링 공작물(50)의 상부의 선속도가 링 공작물(50)의 하부의 선속도 보다 작게 된다.

링 공작물(50)의 상부 선속도는 구동롤(10) 상부의 선속도 보다 작기 때문에 구동롤(10)과 링 공작물(50) 사이에 슬립이 발생하며 링 공작물(50)이 흔들리게 된다. 이러한 가공과정에서 링 공작물(50)의 진원도가 나빠져서 링 압연품의 치수 품질이 나빠지게 된다.

따라서 제2구동부(300)는 구동롤축부(100) 및 제1구동부(200)와 분리되어 회전이 없거나 자유롭게 회전하여 선속도 차이를 최소화함으로써 선속도 차이에서 오는 마찰에 의한 품질 저하를 방지할 수 있다.

제2구동부(300)는 끝단의 형태가 곡면을 이루며, 구동롤축부(100)의 중심으로부터 끝단까지의 거리가 제1구동부(200)와 다른 것을 포함할 수 있다.

도 2의 예시에서 알 수 있는 바와 같이, 제2구동부(300)는 구동롤축부(100)의 중심으로부터 제2구동부(300)의 끝단까지의 거리가 구동롤축부(100)의 중심으로부터 제1구동부(200)의 압연부(231) 끝단까지의 거리와 다른 거리를 갖는 곡면 형태를 포함할 수 있다.

제2구동부(300)가 곡면을 이루는 경우 다양한 형태의 공작물(50)을 가공할 수 있으며, 제1구동부(200) 및 구동롤축부(100)와 분리되어 있어 선속도 차이에서 오는 문제를 해결할 수 있다.

제2구동부(300)는 구동롤축부(100)의 중심으로부터 끝단까지의 거리가 서로 다르며, 서로 분리된 복수의 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 이웃하는 복수의 구동부의 경우 구동롤축부(100)의 중심으로부터 끝단까지의 거리가 같은 경우에는 선속도의 차이가 없으므로 분리될 필요가 없어 일체로 형성될 수 있다.

분리된 복수의 구동부는 제1구동부(200)의 상부에 각각 결합되어 각각 별개로 회전될 수 있다. 서로 분리된 복수의 구동부는 결합부(400)를 통해 제1구동부(200)의 상부와 각각 결합할 수 있다.

결합부(400)는 제2구동부(300)와 제1구동부(200)의 상부(210)를 결합하는 것으로 베어링(410)을 포함할 수 있다. 결합부(400)는 제2구동부(300)와 구동롤축부(100)를 연결하여 제2구동부(300)가 회전할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.

도 2의 예시에서 알 수 있는 바와 같이, 결합부(400)는 나사결합을 통해 제2구동부(300)와 제1구동부(200) 상부(210)를 결합할 수 있다.

베어링(410)은 제2구동부(300)가 제1구동부(200)와 다른 각속도로 회전할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 분할형 구동롤 링 압연장치의 작용에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

분할형 구동롤 링 압연장치는 곡면을 갖는 링 공작물(50)의 가공 장치에 관한 것으로 외경의 외곽선 형태가 곡선을 포함하는 링 공작물(50)을 제조하기 위한 압연장치에 관한 것이다.

도 1과 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 공작물(50)의 중앙에 홀을 만들고 제1구동부(200)의 받침부(232)에 공작물(50)을 올려놓고 구동롤(10)과 압연롤(20)을 통하여 가압하여 원주 방향으로 압연하고, 상부 축롤(30)과 하부 축롤(40)로 가압하여 공작물(50)의 높이를 조절할 수 있다.

제2구동부(300)가 구동롤축부(100) 및 제1구동부(200)와 분리되어 제1구동부(200)와 별개로 회전이 가능하여, 구동롤축부(100) 중심으로부터 구동부(200, 300) 끝단까지의 거리 차이에 의해 발생하는 선속도 차이에서 오는 제품 불량을 최소화할 수 있다.

한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 구동롤 20 : 압연롤
30 : 상부 축롤 40 : 하부 축롤
100 : 구동롤축부 200 : 제1구동부
210 : 제1구동부의 상부 220 : 제1구동부의 중부
221 : 오목부 230 : 제1구동부의 하부
231 : 압연부 232 : 받침부
300 : 제2구동부 310 : 제2구동부 끝단
400 : 결합부 410 : 베어링

Claims (5)

1. 구동롤, 압연롤, 상부 축롤, 및 하부 축롤을 포함하는 링 압연장치에 있어서,
   상기 구동롤은:
   구동롤축부;
   상기 구동롤축부와 일체로 형성되며 상기 구동롤축부와 함께 회전하는 제1구동부; 및
   상기 구동롤축부 및 상기 제1구동부와 분리되어 있는 제2구동부;를 포함하며,
   상기 제2구동부는 상기 제1구동부와 별개로 자유롭게 회전되어, 상기 제1구동부와 제2구동부의 선속도 차이를 감소시키며,
   상기 제1구동부는:
   상기 제2구동부와 결합되는 상부;
   상기 상부와 단턱을 이루고 오목부를 포함하며 상기 제2구동부를 지지하는 중부; 및
   상기 중부와 단턱을 이루는 하부;를 포함하며,
   상기 하부는:
   공작물을 압연하는 압연부; 및
   상기 공작물을 지지하는 받침부;를 포함하며,
   상기 제1구동부의 상부와 상기 제2구동부를 결합하는 결합부를 더 포함하며,
   상기 결합부는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 분할형 구동롤 링 압연장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2구동부는 끝단의 형태가 곡면을 이루며, 상기 구동롤축부의 중심으로부터 끝단까지의 거리가 상기 제1구동부와 다른 것을 특징으로 하는 분할형 구동롤 링 압연장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2구동부는 상기 구동롤축부의 중심으로부터 끝단까지의 거리가 서로 다르며, 서로 분리된 복수의 구동부를 포함하며,
   분리된 복수의 상기 구동부는 상기 제1구동부의 상부에 각각 결합되어 각각 별개로 회전되는 것을 특징으로 하는 분할형 구동롤 링 압연장치.
   
5. 삭제

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