KR102094261B1 - 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법 - Google Patents

열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 원소재를 업세팅, 코깅, 멘드렐 단조 및 링 롤링 단조 공정을 거쳐 풍력발전기의 블레이드와 결합되는 루트를 성형하는 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법에 관한 것으로, 원기둥 형태의 알루미늄 원소재를 온도 300℃ 내지 500℃로 예열하는 예열 단계와, 상기 예열 단계에서 예열된 알루미늄 원소재의 상하면을 가압하여 업세팅 하는 업세팅 단계와, 상기 업세팅 단계에서 업세팅된 알루미늄 원소재의 중앙부에 멘드렐로 가압하여 관통공을 형성시키는 피어싱 단계와, 상기 피어싱 단계에서 관통공이 관통 형성된 알루미늄 원소재를 회전시키며, 상기 관통공에 상기 멘드렐이 투입된 상태에서 상기 관통공의 직경을 확장시키는 열간 멘드렐 단조 단계와, 상기 열간 멘드렐 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 링 롤링 압연기에 구비된 구동롤과 압력롤에 의해 외경과 내경을 조절하고 상부 에칭롤과 하부 에칭롤에 의해 상하부면을 선형으로 유지시키는 링 롤링 단조 단계 및 상기 링 롤링 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 회전시키며 상기 관통공에 상기 멘드렐이 투입된 상태에서 상기 관통공의 직경을 확장시키는 냉간 멘드렐 단조 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법{Method for forging blade cylinder root using hot open die forging and ring rolling}
본 발명은 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 원소재를 업세팅, 멘드렐 단조 및 링 롤링 단조 공정을 거쳐 풍력발전기의 블레이드와 결합되는 루트를 성형하는 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 최근 화석연료의 대체 에너지원으로 하는 풍력에너지, 태양광 등에 관한 기술개발이 활발하게 전개되고 있다.
특히, 풍력발전기는 블레이드(Blade)로부터 전달되는 동력을 기어박스(Gear Box)로 전달하는 로터 샤프트(Rotor Shaft)와 축 이음을 위한 링부재 등 중공형 소재를 구비하는데, 풍력발전기에 사용되는 중공형 소재를 구비하는데, 풍력발전기에 사용되는 중공형 소재는 풍력 발전 과정에서 지속적인 피로하중 및 진동이 작용하는 가혹한 운전조건을 견딜 수 있어야 하므로 상당한 수준의 기계적 강성이 요구된다.
풍력발전용 루트는 가열로에서 고온으로 가열한 강괴를 유압 프레스로 가압하여 업세팅한 후, 횡측 길이 방향을 따라 반복 가압하는 코깅(Cogging)작업을 수행하고, 코깅된 소재의 중앙부를 펀칭하는 예비성형을 실시하는 과정을 거쳐 중공이 형성된다.
종래의 풍력발전기용 블레이드에 결합되는 루트 제조 방법의 일예로 대한민국 공개특허 제10-2013-0049750호 '루트 섹션 제조 방법'에서는 풍력 발전기의 허브 인터페이스로의 인터페이스 섹션과 복수의 지지 로드를 상기 지지 로드들 사이에 간극들이 존재하도록 본질적으로 원형 형상으로 조립하는 단계와, 상기 간극들 내로 사출 물질과 물리적 및/또는 화학적으로 호환성이 있는 제1 섬유들을 배치하는 단계와, 상기 원형부의 외부면을 따라 제1 몰딩 툴을 그리고 상기 원형부의 내부면을 따라 제2 몰딩 툴을 배치하는 단계와, 상기 사출 물질을 상기 제1 섬유와 단단히 본딩되도록 처리하는 단계를 포함하여 풍력 발전기의 로터 블레이드의 루트 섹션 제조 방법을 제공한다.
상술한 종래의 루트 섹션 제조 방법은 철, 스테인레스 스틸, 또는 PVC 소재를 이용하여 루트 단부의 제조 효율 향상을 도모하였으나, 소재의 특성으로 고강도의 특성을 유지하기는 하나, 생산성이 낮고 원가가 매우 높은 단점이 있었으며, 번개 및 화재 발생으로 인한 문제점이 있었다.
또한, 멘드렐 단조 공정만을 이용하여 실린더형 블레이드 루트를 제작할 시에, 원소재 중량 대비 완성품의 중량이 매우 낮아 재료 회수율이 낮으며, 제조원가가 많이 드는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 업세팅된 알루미늄 원소재를 멘드렐 단조 공정 이후 링 롤링 공정을 수행하여 재료 회수율을 향상시켜 제조 원가를 절약할 수 있는 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명에 따른 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법은 원기둥 형태의 알루미늄 원소재를 온도 300℃ 내지 500℃로 예열하는 예열 단계와, 상기 예열 단계에서 예열된 알루미늄 원소재의 상하면을 가압하여 업세팅 하는 업세팅 단계와, 상기 업세팅 단계에서 업세팅된 알루미늄 원소재의 중앙부에 멘드렐로 가압하여 관통공을 형성시키는 피어싱 단계와, 상기 피어싱 단계에서 관통공이 관통 형성된 알루미늄 원소재를 회전시키며, 상기 관통공에 상기 멘드렐이 투입된 상태에서 상기 관통공의 직경을 확장시키는 열간 멘드렐 단조 단계와, 상기 열간 멘드렐 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 링 롤링 압연기에 구비된 구동롤과 압력롤에 의해 외경과 내경을 조절하고 상부 에칭롤과 하부 에칭롤에 의해 상하부면을 선형으로 유지시키는 링 롤링 단조 단계 및 상기 링 롤링 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 회전시키며 상기 관통공에 상기 멘드렐이 투입된 상태에서 상기 관통공의 직경을 확장시키는 냉간 멘드렐 단조 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉간 멘드렐 단조 단계는 상기 링 롤링 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 냉간 상태에서 관통광의 직경을 확장시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉간 멘드렐 단조 단계는 최종 제품의 직경의 90% 이상에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법은 상기 열간 멘드렐 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 온도 400℃ 내지 500℃로 가열시키는 재가열 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 링 롤링 단조 단계는 알루미늄 원소재의 두께의 변화량과, 알루미늄 원소재의 높이 변화량이 점차적으로 감소하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 링 롤링 단조 단계는 링 롤링 단조 단계의 총 수행 시간의 25% 이내 시간에 알루미늄 원소재의 두께 변화량 및 알루미늄 원소재의 높이 변화량이 상기 링 롤링 단조 단계의 총 변화량의 50% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법은 피어싱 단계에서 발생하는 관통공의 곡률을 열간 멘드렐 단조 단계에서 알루미늄 원소재의 외경과 내경을 원형과 유사한 형태로 성형한 후, 링 롤링 공정을 수행하므로, 재료 회수율을 증가하여 제조원가를 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 링 롤링 단조 단계를 통해 재료회수율이 높아 우수한 생산성을 가지며, 최종 완성된 실린더형 블레이드 루트의 가공오차를 줄일 수 있고, 링 롤링 단조 단계 이후 냉간 멘드렐 단조 단계에서 외경과 내경의 크기를 조절하면서 물성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 냉간 멘드렐 단조 단계는 고온 상태에서 링 롤링 단조를 수행한 알루미늄 원소재를 상온에서 가공하여 치수의 정확도를 향상시키고 표면 거칠기를 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 링 롤링 단조 단계는 냉간 멘드렐 단조 단계를 거쳐 완성된 실린더형 블레이드 루트의 외경 대비 90% 이내까지 링 롤링 공정으로 이루어지고, 이후 냉간 멘드렐 단조 단계에서 알루미늄 원소재의 외경 및 내경을 조절하여 최종 제품인 실린더형 블레이드 루트를 제작하므로, 충분한 항복강도, 인장강도 및 연신율을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법에 의한 알루미늄 원소재를 나타면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 피어싱 단계를 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명의 피어싱 단계와 열간 멘드렐 단조 단계를 나타낸 공정도이다.
도 5는 본 발명의 링 롤링 단조 단계를 나타낸 공정도이다.
도 6은 본 발명의 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법을 통해 제작된 실린더형 블레이드 루트 대비 링 롤링 단조 단계에서 성형된 알루미늄 원소재의 직경 대비 항복강도, 인장강도 및 연신율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 링 롤링 단조 단계에서 시간에 따른 알루미늄 원소재의 두께 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 링 롤링 단조 단계에서 시간에 따른 알루미늄 원소재의 높이 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 링 롤릴 단조 단계에서 알루미늄 원소재의 높이 및 두께의 비율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법을 통해 제작된 실린더형 블레이드 루트를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법에 의한 알루미늄 원소재를 나타면 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법은 예열 단계(S100), 업세팅 단계(S200), 피어싱 단계(S300), 열간 멘드렐 단조 단계(S400), 재가열 단계(S450), 링 롤링 단조 단계(S500), 및 냉간 멘드렐 단조 단계(S600)를 포함한다.
먼저, 상기 예열 단계(S100)는 원기둥 형태의 알루미늄 원소재(10)를 온도 300℃ 내지 500℃로 예열하는 단계로, 알루미늄 원소재(10)는 알루미늄 주물로 바를 형성할 수도 있으며, 알루미늄 바 제조업체에서 구입하여 원재료를 사용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 예열 단계(S100)에서 사용되는 알루미늄 원소재(10)는 직경 400 내지 450mm, 높이 900 내지 950mm를 가지게 된다.
이때, 알루미늄 원소재(10)를 온도 300℃ 내지 500℃로 예열시키는 것은 후술할 업세팅 단계(S200)인 알루미늄 원소재(10)의 상하부를 가압하는 공정에서 알루미늄 원소재(10)에 크랙 발생을 방지할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 업세팅 단계(S200)는 예열 단계(S100)에서 온도 300℃ 내지 500℃로 예열된 알루미늄 원소재(10)의 상면과 하면을 가압하여 알루미늄 원소재(10)의 단면적을 넓히는 단계이다.
이때, 상기 업세팅 단계(S200)에서는 알루미늄 원소재(10)의 상하부에서 가압프레스로 동시에 압력을 가함으로 알루미늄 원소재(10)에 전달된 힘의 방향은 알루미늄 원소재(10)의 중심부에서 방사방향으로 가해지면서 상하면이 고르게 평탄해지고 조직력도 조밀하게 이루어지는 효과를 제공한다.
여기서, 상기 업세팅 단계(S200)에서는 직경 400 내지 450mm, 높이 900 내지 950mm를 가지는 알루미늄 원소재(10)를 상하부에서 가압하여 높이 450 내지 500mm가 되도록 하며, 알루미늄 원소재(10)의 높이가 낮아지는 것은 알루미늄 원소재(10)의 직경이 증가됨으로써 보상된다.
다음으로, 상기 피어싱 단계(S300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 업세팅 단계(S200)에서 업세팅된 알루미늄 원소재(10)의 중앙부에 멘드렐(20)로 가압하여 관통공(11)을 형성시키는 단계이다.
이때, 피어싱 단계(S300)에서는 관통공(11)은 250 내지 300mm의 직경을 가지도록 형성되며, 알루미늄 원소재(10)는 550 내지 600mm의 직경을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 피어싱 단계(S300) 이전에 상기 업세팅 단계(S200)에서 업세팅된 알루미늄 원소재(10)가 업세팅되는 과정에서 알루미늄 원소재(10)의 상하부를 가압할 때, 가압되는 힘에 의해 알루미늄 원소재(10)의 측면으로 소성 변형이 발생할 수 있으므로, 알루미늄 원소재의 측면을 평단하게 하는 코깅 공정을 수행하는 코깅 단계를 진행할 수 있다.
또한, 코깅 단계를 거친 알루미늄 원소재(10)는 측면이 가압하면서 단면이 원형상으로 제작되고, 측면을 가압하는 과정에서 알루미늄 원소재(10)의 길이가 증가하게 된다.
이때, 도 10에 도시된 최종 제품인 실린더형 블레이드 루트(100)의 크기에 맞도록 알루미늄 원소재(10)의 상하부를 가압하는 제2 업세팅 단계를 수행할 수 있으며, 알루미늄 원소재(10)를 재차 가열하여 온도 300℃ 내지 500℃를 유지시키는 것이 바람직하다.
그리고 상기 피어싱 단계(S300)에서는 업세팅 단계(S200)에서 업세팅된 알루미늄 원소재(10)의 중앙부에서 멘드렐(20)로 가압하여 하부 일부가 잔여하도록 요홈을 형성시키는 펀칭 단계와, 멘드렐(20)이 삽입된 체로 외주면을 단조시키는 멘드렐 단조 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 알루미늄 원소재(10)의 중앙부에 관통공(11)을 바로 형성시키지 않고 요홈을 형성시킨 후 외주면을 멘드렐 단조 공정을 통해 요홈을 확장시킴으로써, 멘드렐 단조 단계에서 요홈이 확장되면서 원소재의 투입중량을 감소시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
다음으로, 상기 열간 멘드렐 단조 단계(S400)는 피어싱 단계(S300)에서 관통공(11)이 관통된 알루미늄 원소재(10)를 회전시키며, 상기 관통공(11)에 멘드렐(20)이 투입된 상태에서 관통공(11)의 직경을 확장시키는 단계이다.
여기서, 상기 열간 멘드렐 단조 단계(S400)에서는 관통공(11)을 550 내지 600mm의 직경을 가지도록 확장하고, 알루미늄 원소재(10)는 750 내지 800mm의 직경을 가지도록 단조 공정을 수행하게 된다.
이때, 상기 열간 멘드렐 단조 단계(S400)는 알루미늄 원소재(10)의 온도가 300℃ 내지 500℃인 상태에서 수행하게 된다.
알루미늄 원소재(10)의 온도가 300℃보다 낮은 경우, 변형률에 따른 항복점이 크게 증가하여 단조 수행 과정에서 강한 외력이 필요하게 되어 알루미늄 원소재(10)의 단면을 원형상으로 제작하기가 어려우며, 500℃보다 높을 경우 인장 강도가 낮아 쉽게 끊어질 수 있기 때문에 온도 300℃ 내지 500℃를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 피어싱 단계(S300)에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 알루미늄 원소재(10)에 관통공(11)을 형성시키는 과정에서 관통공(11)에는 굴곡이 발생하게 되므로, 후술할 링 롤링 단조 단계(S500) 전에 열간 멘드렐 단조 단계(S400)를 수행하게 된다.
즉, 상기 열간 멘드렐 단조 단계(S400)에서는 관통공(11)에는 멘드렐(20)이 삽입된 상태에서 알루미늄 원소재(10)의 외주면에서 가압하고, 알루미늄 원소재(10)를 일정 각도로 회전시킨 후 외주면을 가압하는 공정을 반복하여 점차적으로 알루미늄 원소재(10)의 내주면과 외주면을 원형상으로 단조시키는 단계이다.
이때, 상기 열간 멘드렐 단조 단계(S400)에서는 알루미늄 원소재(10)를 5° 내지 15° 회전당 상기 알루미늄 원소재(10)의 외주면을 1회 가압하여 단면이 링 형태로 단조시키며, 15회 내지 25회 회전되는 동안 반복한다.
그리고 상기 링 롤링 단조 단계(S500)는 도 5에 도시된 바와 같이, 열간 멘드렐 단조 단계(S400)를 거친 알루미늄 원소재(10)에 관통 형성된 관통공(11)에 구동롤(32)이 삽입되고, 외주면에는 압력롤(31)이 밀착되며 회전되면서 알루미늄 원소재(10)의 내경과 외경을 성형하고, 상부 에칭롤(33)과 하부 에칭롤(34)이 각각 알루미늄 원소재(10)의 상하부에 밀착되면서 알루미늄 원소재(10)의 높이를 조절하게 된다.
여기서, 상기 링 롤링 단조 단계(500)에서는 관통공(11)을 700 내지 750mm의 직경을 가지도록 확장시키며, 알루미늄 원소재(10)는 900 내지 950mm의 직경을 가지도록 확장시키게 된다.
더욱 상세하게는, 상기 링 롤링 단조 단계(S500)는 관통공(11)이 확장되면서 알루미늄 원소재(10)의 전체 직경이 증가하되, 단면적을 감소시키는 단계로, 외경을 성형하기 위한 압력롤(31)과 내경을 성형하기 위한 구동롤(32) 사이에 알루미늄 원소재(10)가 위치하며, 구동롤(32)을 회전시키면 압력롤(31)과 구동롤(32) 간의 거리를 좁힘에 따라 알루미늄 원소재(10)의 두께가 얇아지게 된다.
이때, 알루미늄 원소재(10)의 체적은 변형을 받는 동안 일정하므로, 성형된 알루미늄 원소재(10)의 두께가 얇아지는 것은 알루미늄 원소재(10)의 직경이 증가됨으로써 보상된다.
또한, 링 롤링 단조 단계(S500)에서는 알루미늄 원소재(10)의 온도가 400℃ 내지 500℃에서 성형되도록, 상기 열간 멘드렐 단조 단계(S400)를 거친 알루미늄 원소재를 온도 400℃ 내지 500℃로 가열시키는 재가열 단계(S450)를 먼저 수행한다.
이는, 링 롤링 단조 단계(S500)에서 알루미늄 원소재(10)의 온도가 400℃이하에서 링 롤링 공정 시 알루미늄 원소재(10)의 표면에 용융 및 겹침 결함이 발생하게 된다.
여기서, 상기 링 롤링 단조 단계(S500)에서는 최종 제품인 실린더형 블레이드 루트(100)의 직경의 90% 이내까지 수행하게 된다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 링 롤링 단조 단계(S500)에서 알루미늄 원소재(10)의 직경이 최종 제품의 직경 대비 100% 또는 95%까지 공정을 수행하면, 최종 제품의 항복강도가 요구조건에 만족하지 못하며, 알루미늄 원소재(10)의 직경이 최종 제품의 직경 대비 80%까지 공정을 수행하면, 연신율이 요구조건에 만족하지 못하여 성형 효율이 떨어지게 된다.
따라서, 링 롤링 단조 단계(S500)에서는 알루미늄 원소재(10)의 직경은 최종 제품의 90%까지 수행하여 이후 냉간 멘드렐 단조 단계(S600)를 통해 알루미늄 원소재(10)의 직경을 확장 및 두께를 감소시켜 항복강도, 인장강도 및 연신율을 만족하는 실린더형 블레이드 루트를 성형할 수 있게 된다.
더욱 상세하게는, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 링 롤링 단조 단계(S500)에서는 알루미늄 원소재(10)의 두께 변화량과, 알루미늄 원소재(10)의 높이 변화량이 점차적으로 감소하도록 링 롤링 공정을 수행하게 된다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 알루미늄 원소재(10)의 두께가 점차적으로 감소하되, 감소하는 변화량이 점차적으로 작아지도록 압력롤(31)과 구동롤(32)의 간격을 줄이면서, 알루미늄 원소재(10)의 직경과 관통공(11)의 크기를 늘리게 된다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 알루미늄 원소재(10)의 높이를 점차적으로 감소시키도록 알루미늄 원소재(10)의 상하부면에 밀착되는 상부 에칭롤(33)과 하부 에칭롤(34) 사이의 간격을 점차적으로 줄이되, 속력을 점차적으로 줄이면서 성형시키게 된다.
상술한 바와 같이, 링 롤링 단계(S500)에서는 알루미늄 원소재(10)의 직경 및 높이를 점차적으로 감소하도록 압력롤(31), 구동롤(32), 상부 에칭롤(33) 및 하부 에칭롤(34)을 구동시켜 두께 변화량 및 높이 변화량이 점차 감소되도록 하여 두께 및 높이의 오차를 감소시킬 수 있게 된다.
이때, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 링 롤링 단조 단계(S500)의 총 수행 시간의 25% 이내 시간에 알루미늄 원소재(10)의 두께 변화량 및 알루미늄 원소재(10)의 높이 변화량이 링 롤링 단조 단계(S500)의 총 변화량의 50% 이상이 되도록 성형하게 된다.
일예로, 링 롤링 단조 단계(S500)의 총 시간을 100초로 가정하고, 두께 변화량을 35로 하였을 때, 총 시간의 25%인 25초 이내에 총 두께 변화량의 50%인 17.5이상의 두께가 변화도록 링 롤링 공정을 수행한다.
또한, 링 롤링 단조 단계(S500)의 총 시간을 100초로 가정하고, 높이 변화량을 35로 하였을 때, 총 시간의 25%인 25초 이내에 총 높이 변화량의 50%인 17.5 이상의 높이가 변화도록 링 롤링 공정을 수행한다.
다음으로, 상기 냉간 멘드렐 단조 단계(S600)는 링 롤링 단조 단계(S500)를 거친 알루미늄 원소재를 회전시키며 관통공(11)에 멘드렐(20)이 투입된 상태에서 관통공(11)의 직경을 확장시키는 단계이다.
이때, 상기 링 롤링 단조 단계(S500)에서는 알루미늄 원소재(10)의 온도가 400℃ 내지 500℃인 상태에서 링 롤링 공정을 수행하며, 상기 냉간 멘드렐 단조 단계(S600)에서는 알루미늄 원소재(10)의 온도가 0℃ 내지 50℃인 냉간 상태에서 수행하게 된다.
그리고 상기 냉간 멘드렐 단조 단계(S600)는 상기 링 롤링 단조 단계(S500)에서 최종 제품의 직경 대비 90% 이상 성형된 알루미늄 원소재(10)의 관통공(11)에 삽입된체로 외주면을 가압하여 최종 제품인 실린더형 블레이드 루트(100)를 제작하게된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 알루미늄 원소재 11 : 관통공
20 : 멘드렐 31 : 압력롤
32 : 구동롤 33 : 상부 에칭롤
34 : 하부 에칭롤 100 : 실린더형 블레이드 루트
S100 : 예열 단계 S200 : 업세팅 단계
S300 : 피어싱 단계 S400 : 열간 멘드렐 단조 단계
S450 : 재가열 단계 S500 : 링 롤링 단조 단계
S600 : 냉간 멘드렐 단조 단계

Claims (6)

  1. 원기둥 형태의 알루미늄 원소재를 온도 300℃ 내지 500℃로 예열하는 예열 단계;
    상기 예열 단계에서 예열된 알루미늄 원소재의 상하면을 가압하여 업세팅 하는 업세팅 단계;
    상기 업세팅 단계에서 업세팅된 알루미늄 원소재의 중앙부에 멘드렐로 가압하여 관통공을 형성시키는 피어싱 단계;
    상기 피어싱 단계에서 관통공이 관통 형성된 알루미늄 원소재를 회전시키며, 상기 관통공에 상기 멘드렐이 투입된 상태에서 상기 관통공의 직경을 확장시키는 열간 멘드렐 단조 단계;
    상기 열간 멘드렐 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 링 롤링 압연기에 구비된 구동롤과 압력롤에 의해 외경과 내경을 조절하고 상부 에칭롤과 하부 에칭롤에 의해 상하부면을 선형으로 유지시키는 링 롤링 단조 단계; 및
    상기 링 롤링 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 회전시키며 상기 관통공에 상기 멘드렐이 투입된 상태에서 상기 관통공의 직경을 확장시키는 냉간 멘드렐 단조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법.
  2. 제 1 항 있어서,
    상기 냉간 멘드렐 단조 단계는,
    상기 링 롤링 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 냉간 상태에서 관통공의 직경을 확장시키는 것을 특징으로 하는 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉간 멘드렐 단조 단계는,
    최종 제품의 직경의 90% 이상에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법은,
    상기 열간 멘드렐 단조 단계를 거친 알루미늄 원소재를 온도 400℃ 내지 500℃로 가열시키는 재가열 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 롤링 단조 단계는,
    알루미늄 원소재의 두께의 변화량과, 알루미늄 원소재의 높이 변화량이 점차적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 링 롤링 단조 단계는,
    링 롤링 단조 단계의 총 수행 시간의 25% 이내 시간에 알루미늄 원소재의 두께 변화량 및 알루미늄 원소재의 높이 변화량이 상기 링 롤링 단조 단계의 총 변화량의 50% 이상인 것을 특징으로 하는 열간자유단조와 링 롤링 공법을 이용한 실린더형 블레이드 루트 성형 방법.


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