KR102003228B1 - 플라잉 시어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 플라잉 시어장치는 상하로 배치된 제1 나이프와 제2 나이프가 서로 교차하며 소재를 전단하는 플라잉 시어장치에 있어서, 상기 제1 나이프에는 상기 제2 나이프의 대향면에 돌출부가 마련되고, 상기 제2 나이프에는 상기 돌출부에 대응하는 절삭부가 마련되되, 전단 과정에서 상기 돌출부는 상기 절삭부에 삽입되어 상기 제1 나이프는 상기 제2 나이프에 소정 두께의 갭만큼 겹쳐지는 것을 특징으로 한다.

Description

플라잉 시어장치{FLYING SHEAR APPARATUS}

본 발명은 플라잉 시어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단면이 사각형인 빌렛(Billet)으로 압연하는 강편 공장의 전단(Shear) 공정에 이용되는 플라잉 시어장치에 관한 것이다.

일반적으로 선재압연은 빌릿(Billet) 소재를 열간 압연이 가능한 상태, 예를 들면 900 내지 1100로 가열하고, 조압연, 중간 조압연, 중간 사상압연 및 사상압연으로 이루어진 일련의 과정을 거치면서 그 단면이 점차 감소하여 원하는 치수의 선재를 얻는 공정을 말한다.

이러한 선재압연의 과정에서, 각각의 압연기에 의해 압연되어진 소재는 최종의 제품으로 만들기 위하여 일정한 길이로 전단하게 되는데, 이때 상부와 하부의 나이프(knife)를 한 쌍으로 하여 소재를 일정한 길이로 자르는 플라잉 시어 방식이 일반적으로 사용된다.

플라잉 시어는 상, 하로 나뉘어 상호 역방향으로 회전하는 한 쌍의 서포트와 서포트의 상단부에 소재를 절단하기 위한 나이프 역할을 하는 한 쌍의 전단면을 구비하며, 두 개의 전단면이 컷팅 포인트에서 서로 맞물릴 수 있도록 설계된다.

한편, 플라잉 시어를 이용한 소재 전단 공정에서는 전단 공정에서 만들어진 전단면의 버가 이후 공정에서 공형 롤에 표면 손상을 유발할 뿐만 아니라, 소재의 절단면 찌그러짐 현상에 의해 공형 롤을 손상시키는 문제를 야기하였다.

대한민국 공개특허공보 특2002-0047725호(2002년06월22일 공개)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 안정적인 작동과 절단되는 소재의 품질을 향상시키는 플라잉 시어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상하로 배치된 제1 나이프와 제2 나이프가 서로 교차하며 소재를 전단하는 플라잉 시어장치에 있어서, 제1 나이프에는 제2 나이프의 대향면에 돌출부가 마련되고, 제2 나이프에는 돌출부에 대응하는 절삭부가 마련되되, 전단 과정에서 돌출부는 절삭부에 삽입되어 제1 나이프는 제2 나이프에 소정 두께의 갭만큼 겹쳐질 수 있다.

제1 나이프와 제2 나이프에는 전단 과정에서 소재와 접하는 면에 V 형상으로 된 제1 전단면와 제2 전단면가 각각 마련되고, 돌출부는 제1 전단면의 이동 방향을 따라 마련되고, 절삭부는 제2 전단면의 이동 방향을 따라 마련될 수 있다.

제1 나이프 또는 제2 나이프에는 소재의 전단면 버 제거를 위한 커트부가 마련될 수 있다.

커트부는 제1 나이프 또는 제2 나이프에 각각 마련된 한 쌍의 이어부를 가로질러 설치될 수 있다.

돌출부와 절삭부에는 소정 간격 내측으로 이격하여 움푹하게 패인 단차부가 마련되고, 전단 공정에서 발생되는 소재의 부스러기 등이 빠져나갈 수 있다.

제1 나이프의 전단면 각도는 약 88도이고, 제2 나이프의 전단면 각도는 약 92도로 마련되어 소재 절단면의 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 플라잉 시어장치는 소재 압연 중 전단(Shear) 공정에서 상하 나이프가 동작할 때의 나이프 사이 갭을 제거하여 소재에 발생하는 용융물의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 나이프는 단차를 가지는 커트부를 이용하여 전단 과장에서 소재에 발생되는 버(burr)를 용이하게 제거할 수 있다.

또한, 상부와 하부에 배치된 제1 및 제2 나이프의 전단면 각도를 다르게 하여 소재 절단면의 품질향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 시어장치가 구비된 압연 설비이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 시어장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 시어장치의 작동방식이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 시어장치의 상하 나이프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 및 제2 나이프의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 나이프의 버 제거 방식을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 나이프의 전단면 각도에 따른 소재의 절단면 거칠기를 비교한다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 시어장치(3)가 구비된 압연 설비를 도시하고, 도 2는 플라잉 시어장치(3)의 측면도를, 도 3은 플라잉 시어장치(3)의 동작 시퀀스를 도시한다.

도1을 참조하면, 플라잉 시어장치(3)는 사상압연기(2)를 통과한 직후 연속적으로 진입하는 소재(1)를 전단하며, 잘려진 소재(1)는 테이블(4)에 의해서 다음 공정으로 이송된다. 다시 말해, 빌렛(billet) 소재(1)는 압연 과정에서 제철소의 가열로에서 일정한 온도로 가열된 후 조압연 공정(미도시) 및 사상압연 공정을 거치게 되는데, 플라잉 시어장치(3)는 이러한 압연 과정에서 빌렛 소재(1)를 일정한 길이로 전단한다. 이때, 소재(1)는 블룸(Bloom)이 압연된, 단면이 정사각형인 빌렛(Billet)으로써, 강편 공장의 전단(Shear) 공정에 삽입되는 철제품일 수 있고, 테이블(4)은 절단된 소재(1)를 다음 공정으로 이송하기 위한 장치로, 롤러를 병렬로 배치한 소재(1) 이송장치일 수 있다.

사상압연기(2)를 이용한 사상압연 공정은 감면율이 다른 공형롤을 연속적으로 통과시켜 빌렛을 생산한다. 사상압연기(2)(Finishing Mill)는 4단 비가역식 텐덤(Tandem) 압연기로 최종 제품의 두께, 폭, 온도, 형상 등을 조정 및 생산하는 설비로써 수평식(horizontal) 압연기와, 수평과 수직(vertical)이 교번하여 설치된 압연기일 수 있다.

플라잉 시어장치(3)는 사상압연기(2)를 통과한 소재(1)를 원하는 크기로 절단하기 위한 장치로써, 상하로 나뉘어 상호 역방향으로 회전하는 각각 한 쌍의 크랭크 축(10)과, 크랭크 축(10)과 연결된 상부 몸체(30)와 하부 몸체(40)에 소재(1)를 절단하기 위한 나이프(100,200)를 구비하여, 두 개의 상하 나이프(100, 200)가 컷팅 포인트에서 서로 맞물릴 수 있도록 설계된다.

플라잉 시어장치(3)는 나이프(100,200)가 각각 구비된 상부 몸체(30)와 하부 몸체(40)가 좌우 두 쌍의 크랭크 축(10,20)에 연결되어 있고, 상대적으로 대직경의 크랭크 축(10)에 동력원이 연결되어 있어 대직경의 제1 크랭크 축(10)을 중심으로 회전하게 된다.

도 3은 플라잉 시어장치(3)의 작동방식을 도시하는데, 이를 참조하면 소재(1) 상측에 위치하는 상부 제1 크랭크 축(10a)은 상부 몸체(30)를 반시계 방향으로 회전시킨다. 상부 제1 서포트(11a)는 상부 몸체(30)와 상부 제1 크랭크 축(10a)의 연결을 매개한다. 반대로, 소재(1) 하측에 위치하는 하부 제1 크랭크 축(10b)은 하부 몸체(40)를 시계 방향으로 회전시킨다. 이때 하부 제1 서포트(11b)는 하부 제1 크랭크 축(10b)과 상부 제1 크랭크 축(10a)의 연결을 매개한다.

제2 크랭크 축(20)은 상부 몸체(30)와 연결된 상부 제2 크랭크 축(20a)과, 하부 몸체(40)와 연결된 하부 제2 크랭크 축(20b)을 포함하고, 상부 몸체(30)와 하부 몸체(40)가 수평이동 할 수 있도록 상부 제1 크랭크 축(10a) 또는 하부 제1 크랭크 축(10b)과 각각 같은 방향으로 동작할 수 있다. 이때 상부 제2 서포트(21a)는 상부 몸체(30)와 상부 제2 크랭크 축(20a)의 연결을 매개하고, 하부 제2 서포트(21b)는 하부 몸체(40)와 하부 제2 크랭크 축(20b)의 연결을 매개한다. 다시 말해, 제2 크랭크 축(20)은 제1 크랭크 축(10)과 함께 동일한 방향과 각속도로 회전하면서 나이프(100,200)의 직각도를 유지한다. 그러나 기계적인 회전 마찰에 의해 마모가 진행되면서 전체적인 기계적인 오차가 전단 시의 나이프(100,200) 간의 갭으로 나타나고, 이 갭에 의해 도 6에서처럼 버(5)가 발생하게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 시어장치의 상하 제1 및 나이프(100,200)를 도시하고, 도 5는 컷팅 포인트에서 상하 제1 및 제2 나이프(100,200)가 겹쳐진 상태의 측면도를 도시한다.

도면을 참조하면, 제1 나이프(100)는 상부 몸체(30)에 부착되고, 제2 나이프(200)는 하부 몸체(40)에 부착되어 플라잉 시어장치(3)의 작동 중 컷팅 포인트에서 서로 맞물릴 수 있도록 설계된다. 이때 제1 전단면(101)과 제2 전단면(201)은 컷팅 과정에서 소재(1)와 접하는 면으로써, V 형상으로 마련될 수 있다.

상하로 배치된 제1 나이프(100)와 제2 나이프(200)는 서로 교차하며 소재(1)를 절딘하는데, 제1 나이프(100)에는 제2 나이프(200)의 대향면에 돌출부(110)가 마련되고, 제2 나이프(200)에는 돌출부(110)에 대응하는 절삭부(210)가 마련되되, 전단 과정에서 돌출부(110)는 절삭부(210)에 삽입되어 제1 나이프(100)는 제2 나이프(200)에 소정 두께의 갭(d)만큼 겹쳐질 수 있다.

돌출부(110)는 제1 전단면(101)의 이동 방향을 따라 마련되고, 절삭부(210)는 제2 전단면(201)의 이동 방향을 따라 마련된다. 다시 말해, 돌출부(110)는 제1 전단면(101)을 따라 튀어나온 부분이고, 절삭부(210)는 제2 전단면(201)을 따라 움푹 들어간 부분으로, 서로 대향면에 마련되어 돌출부(110)가 절삭부(210)에 삽입되는 형태로 전단 공정을 수행할 수 있다.

이처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 시어장치(3)는 상부에 위치하는 제1 나이프(100) 및 하부에 위치하는 제2 나이프(200)가 각각 돌출부(110)와 절삭부(210)를 구비하여, 나이프가 상하로 이동 시 서로 맞물리는 구조를 가질 수 있다. 이는 나이프(100,200)가 상하로 이동할 때 기계적 마모에 의한 갭(d) 제거 및 버(burr)의 발생을 줄인다. 나아가, 나이프의 갭(d)이 증가할수록 소재(1) 절단면의 거칠기 단차(코니스)가 커지게 되는데, 이를 줄일 수도 있게 된다.

체결부(102, 202)는 제1 나이프(100)와 제2 나이프(200)가 각각 상부 몸체(30) 또는 하부 몸체(40)에 체결되기 위한 수단으로, 볼트가 체결되기 위한 홈일 수 있다. 즉, 체결부(102)는 제1 나이프(100)를 상부 몸체(30)에 고정하기 위한 수단으로, 볼팅을 위한 홀이고, 마찬가지로 제2 나이프(200)의 체결부(202)도 제2 나이프(200)를 하부 몸체(40)에 볼팅 방식으로 고정하기 위해 마련될 수 있다.

단차부(130)는 돌출부(110)에 내측으로 움푹하게 패인 부분으로, 전단 공정에서 발생되는 소재(1)의 부스러기 등이 빠져나가는 공간을 형성한다. 마찬가지로 절삭부(210)에도 소정 간격 내측으로 움푹하게 패인 단차부(230)가 형성될 수 있다. 소재(1)가 절단되면서 용융물이나 파단 부스러기 등이 생성되는데, 이들이 빠져나가는 공간을 만드는 것이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 나이프의 버 제거 방식을 도시하고, 도 7은 나이프의 전단면(101,102) 각도에 따른 소재(1)의 절단면 거칠기를 비교한다. 이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 시어장치(3)는 버가 발생하는 부위에 커트부(120, 220)를 구비하여 버(5)를 제거하고, 나이프 각도 형상조합을 통하여 소재(1)의 표면 거칠기를 줄일 수 있다.

버(5)는 소재(1)를 전단하는 과정에서 용융물이 소재(1)의 절단면에 평행하게 흐르면서 발생하는 용융설일 수 있다. 플라잉 시어장치는 일반적으로 지지 및 회전축 베어링이 16개 이상 구비되고, 회전축은 마모에 따른 기계적인 오차를 유발하므로, 이 오차에 의해 버(5)가 형성되는 것이다.

커트부(120)는 소재(1)가 절단되어 나이프 전면을 지나갈 때 버(5)가 지나는 위치에 걸림턱을 형성하므로, 이 걸림턱으로 버(5)를 제거 가능하다. 이러한 커트부(120)는 단차부(130)의 안쪽 면에 좌우 양쪽 체결부(102)를 가로질러 설치될 수 있다. 마찬가지로 커트부(220)는 제2 나이프(200)의 단차부(230)의 안쪽 면에 양쪽 체결부(202)를 가로질러 형성될 수 있다.

도 7은 각도 형상에 따른 소재(1)의 전단면 단차를 비교한 도표로, 1번은 상하부 나이프 각도(a,b)가 예각(88도)이고, 2번는 상하부 나이프 각도(a,b)가 둔각(92도)이고, 3번은 상부 나이프 각도(a)는 예각(88도), 하부 나이프 각도(b)는 둔각 (92도)이며, 4번는 상부 나이프 각도(a)는 둔각(92도), 하부 나이프 각도(a)는 예각 (88도)인 경우를 도시한다. 그리고 아래 그래프는 각 상태에서의 소재(1) 절단면 거칠기 정도를 나타낸다.

이를 참조하면, 나이프 형상에 따른 소재(1)의 절단면을 해석한 결과 3번인 경우, 즉 제1 나이프(100)의 전단면(101) 각도(a)가 약 88도이고, 제2 나이프(200)의 전단면(201) 각도(b)가 약 92도인 경우의 나이프 형상 조합이 전단면 단차가 가장 작게 나타남을 알 수 있다.

결국, 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 시어장치(3)는, 나이프(100,200) 사이의 갭(d)을 줄여 버(5)의 발생을 줄이고, 나아가 버(5)가 생성된 경우 그 위치를 지나는 커트부(120,220)를 구비하여 이를 제거할 수 있다.

또한 나이프(100,200)의 각도(a,b) 형상조합을 통하여 소재(1) 절단면의 단차를 줄일 수 있다. 이는 종래 전단면 버 제거를 위해 후공정에서 전단이 완료된 소재를 추가 가공하고, 그로 인한 모재의 손실 발생으로 인한 실수율 및 경제성 하락 문제를 해결한다. 소재(1) 전단품질 향상을 가져와 실수율이 향상되고 재가공비를 필요치 않으므로, 생산시간의 단축 및 경제성 향상의 효과가 있는 것이다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1: 소재 2: 사상압연기
3: 플라잉 시어장치 4: 테이블
5: 버 10: 크랭크 축
10a: 상부 크랭크 축 10b: 하부 크랭크 축
11: 제1 서포트 11a: 상부 제1 서포트
11b: 하부 제1 서포트 20: 회전축
20a: 상부 회전축 20b: 하부 회전축
21: 제2 서포트 21a: 상부 제2 서포트
21b: 하부 제2 서포트 30: 상부 몸체
40: 하부 몸체 100: 제1 나이프
101: 제1 전단면 102: 체결부
110: 돌출부 120: 커트부
130: 단차부 200: 제2 나이프
201: 제2 전단면 202: 체결부
210: 절삭부 220: 커트부
230: 단차부 a: 제1 전단면 각도
b: 제2 전단면 각도 d: 나이프 갭

Claims (6)

1. 상하로 배치된 제1 나이프와 제2 나이프가 서로 교차하며 소재를 전단하는 플라잉 시어장치에 있어서,
   상기 제1 나이프에는 상기 제2 나이프의 대향면에 돌출부가 마련되고, 상기 제2 나이프에는 상기 돌출부에 대응하는 절삭부가 마련되되,
   전단 과정에서 상기 돌출부는 상기 절삭부에 삽입되어 상기 제1 나이프는 상기 제2 나이프에 소정 두께의 갭만큼 겹쳐지고,
   상기 돌출부와 절삭부에는 전단 공정에서 발생되는 소재의 부스러기 등이 빠져나가도록 소정 간격 내측으로 움푹하게 패인 단차부가 마련되고,
   상기 돌출부의 단차부에는 상기 절삭부 쪽으로 돌출되는 커트부가 마련되고,
   상기 절삭부의 단차부에는 상기 돌출부 쪽으로 돌출되는 커트부가 마련되는 플라잉 시어장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 나이프와 제2 나이프에는 전단 과정에서 소재와 접하는 면에 V 형상으로 된 제1 전단면과 제2 전단면이 각각 마련되고,
   상기 돌출부는 상기 제1 전단면의 이동 방향을 따라 길이방향으로 마련되고, 상기 절삭부는 상기 제2 전단면의 이동 방향을 따라 길이방향으로 마련되는 플라잉 시어장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 커트부는 상기 제1 나이프 또는 제2 나이프에 각각 마련된 한 쌍의 체결부를 가로질러 설치되는 플라잉 시어장치.
5. 삭제
6. 제2항에 있어서,
   상기 제1 나이프의 전단면 각도는 88도이고, 상기 제2 나이프의 전단면 각도는 92도인 플라잉 시어장치.

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