KR102109250B1 - 직진도 측정장치 및 이를 사용한 선재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 생산성 향상을 위해 인발 후 인라인 상태에서 선재의 직진도를 측정하고, 편차 발생시 직진도를 개선한 후 절단하여 제품을 제조하는, 직진도 측정장치 및 이를 사용한 선재 제조방법에 관한 것으로, 직진도 측정장치는, 선재와의 거리를 측정하는 측정부; 상기 측정부가 일측에 설치되고, 관통하는 상기 선재를 둘러싸면서 회전하는 튜브부재; 및 상기 튜브부재를 회전시키는 구동부를 포함한다.

Description

직진도 측정장치 및 이를 사용한 선재 제조방법 {APPARATUS FOR MEASURING STRAIGHTNESS AND METHOD FOR MANUFACTURING ROD USING SAME}

본 발명은, 생산성 향상을 위해 인발 후 인라인(in-line) 상태에서 선재의 직진도를 측정하고, 편차 발생시 직진도를 개선한 후 절단하여 제품을 제조하는, 직진도 측정장치 및 이를 사용한 선재 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 스프링을 제조하기 위해 우선 소정의 조성을 갖도록 용강을 정련하고 이 용강을 몰드에 주입하여 강괴를 주조한 후 열간압연하여 각형 강편을 만든 다음에 다시 봉 형상으로 압연하여 선재를 제조한다. 이어서, 선재를 신선(伸線)하여 원하는 직경으로 만든 다음에 유도가열 열처리(Induction Heat Treatment)를 통해 가열 및 급냉시키고, 템퍼링(Tempering)을 실시하며, 이렇게 하여 얻어지는 스프링용 강선을 냉간에서 스프링으로 성형하게 된다.

여기서, 유도가열 열처리하는 동안 가공상 문제를 야기시킬 수 있는 인자 중 하나가 봉 형상으로 된 선재의 직진도이다. 직진도가 나쁠 경우, 열처리를 위해 선재를 가열로에 장입 후 가열할 때 편심이 발생하여 온도편차가 발생하고 그에 따른 제품의 요구물성이 확보되지 않을 수 있다. 또한, 열처리 후에도 선재의 직진도에 영향을 미칠 수 있고, 이는 스프링으로 성형한 후 구조적인 불안정을 줄 수 있기 때문에, 제품의 안정성 및 성능의 저하로 이어진다.

통상, 선재의 직진도를 측정하는 방법은 인발 가공된 선재를 절단한 후, 시험반 등 다른 측정 위치로 이동하여 다이알게이지에 의해 측정하는데, 절단된 선재를 360도 회전시키면서 다이알게이지를 접촉시키는 방법이다. 이러한 측정 방법은 시간이 많이 소요되며, 휨 발생이 심한 경우에는 선재를 스크랩(Scrap)으로 처리하거나, 다시 교정롤러가 있는 위치로 이송하여 펴는 작업을 해야 하는 등 경제성 및 생산성 측면에서 문제가 있다.

(특허문헌 1) KR 2008-0001558 U

이에 본 발명은, 생산성 향상을 위해 인발 후 인라인 상태에서 선재의 직진도를 측정하고, 편차 발생시 직진도를 개선한 후 절단하여 제품을 제조하는, 직진도 측정장치 및 이를 사용한 선재 제조방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 직진도 측정장치는, 선재와의 거리를 측정하는 측정부; 상기 측정부가 일측에 설치되고, 관통하는 상기 선재를 둘러싸면서 회전하는 튜브부재; 상기 튜브부재의 외주면에서 상기 튜브부재의 회전을 지지하는 적어도 하나의 지지부; 및 상기 튜브부재를 회전시키는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는, 모터, 상기 모터의 회전축에 구비된 제1기어, 및 상기 튜브부재의 외주면에 형성되어 상기 제1기어와 맞물리는 제2기어를 포함하며, 상기 지지부는, 상기 튜브부재의 제2기어와 맞물리는 기어부재로 형성된 회전부재와, 상기 회전부재의 회전축을 지지하는 한 쌍의 베어링부를 포함하고, 상기 선재의 이동을 지지하기 위해, 상기 선재가 접촉하면서 미끄럼 이동하는 활주면부와, 상기 활주면부가 소정 높이에 위치하도록 지지하는 프레임을 구비한 적어도 하나의 받침부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 선재 제조방법은, 선재의 직경이 감소되도록 상기 선재를 신선하는 단계; 상기 신선하는 단계 직후에 상기 선재의 직진도를 측정하는 단계; 및 상기 선재를 일정 길이로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 이후에 선재를 동일한 조건으로 열처리를 진행할 수 있어 제품의 품질을 우수하게 확보할 수 있으며, 휨 발생이 심한 경우에도 즉각적인 직선화 가공이 가능하게 됨으로써 경제성 및 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 직진도 측정장치와, 이를 포함한 선재 제조설비를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 선재 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 직진도 측정장치와, 이를 포함한 선재 제조설비를 도시한 사시도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직진도 측정장치는, 선재(1)와의 거리를 측정하는 측정부(10); 이 측정부가 일측에 설치되고, 관통하는 선재를 둘러싸면서 회전하는 튜브부재(20); 및 이 튜브부재를 회전시키는 구동부(30)를 포함하고 있다.

측정부(10)로는 예컨대 선재(1)와 검침자(11)가 맞닿는 스핀들형 전자식 인디케이터(Electronic Indicator) 등이 채용될 수 있다. 이러한 측정부는 측정범위가 넓고, 절삭유 또는 습기의 영향을 받지 않는 것이 좋다.

여기서, 도 1과 설명에는 측정부가 접촉식 변위센서의 일종인 스핀들형 전자식 인디케이터가 예시되어 있지만, 측정부의 구성은 반드시 이에 한정되지 않으며, 고주파 자계에 의한 와전류, 레이저, 초음파 등을 이용하는 비접촉식 변위센서가 측정부로 선택될 수 있다.

또한, 측정부(10)는 측정 데이터 신호를 제어부(40) 또는 표시부(50)로 출력할 수 있게 하는 무선통신부(미도시)를 포함할 수 있다.

제어부(40)에서는 측정부(10)로부터 입력된 측정값을 소정의 기준값과 비교하여, 기준값 이상인 경우에는 후술하는 교정롤러(4)를 작동시켜 선재(1)에 대한 직선화 가공을 수행할 수 있다.

모니터 등과 같은 표시부(50)는 제어부(40)를 거쳐 또는 측정부(10)로부터 직접 입력받은 측정 데이터를 그래프 등과 같은 임의의 형식으로 표시할 수 있다.

튜브부재(20)는 예컨대 공구강 등과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 이는, 측정부(10)를 보유지지하고 구동부(30)와 연결되어 회전해야 하므로, 그 형상 유지 및 안정성 확보를 위해 소정 이상의 강도가 필요하기 때문이다.

이러한 튜브부재(20)로 인하여, 선재(1)가 튜브부재를 관통할 수 있으며 인발 후 인라인 상태에서 측정부(10)를 사용하여 선재의 직진도를 측정할 수 있는데, 본 발명에서는 선재가 회전할 수 없어 측정부가 장착된 튜브부재가 대략 360도로 회전되게 구성한 것이다.

도시된 예에서는 튜브부재(20)의 내주면 일측에 측정부(10)가 설치된 것으로 나타나 있지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 측정부는 예를 들어 튜브부재의 일측 선단면에 위치될 수도 있다.

구동부(30)는 모터(31)와, 이 모터의 회전축과 튜브부재(20) 사이에 개재되는 전동(傳動)기구(32)를 포함할 수 있다. 도해의 편의상, 구동부가 선재(1)보다 위에 배치된 예가 나타나 있으나, 구동부의 배치는 반드시 이에 한정되지 않으며, 구동부가 선재보다 아래에 배치되어도 된다.

전동기구(32)로는, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 모터(31)의 회전축에 구비된 제1기어(33)와, 튜브부재(20)의 외주면에 형성되어 제1기어와 맞물리는 제2기어(34)가 채택될 수 있다. 하지만, 전동기구의 구성은 반드시 이에 한정되지 않으며, 벨트기구나 체인기구가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 직진도 측정장치는, 튜브부재(20)의 외주면에서 튜브부재의 회전을 지지하는 적어도 하나의 지지부(60)를 더 포함할 수 있다.

지지부(60)는, 튜브부재(20)의 외주면에 접촉하는 회전부재(61)와, 이 회전부재의 회전축을 지지하는 한 쌍의 베어링부(62)를 포함할 수 있다.

회전부재(61)로는, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 튜브부재(20)의 외주면에 형성된 제2기어(34)와 맞물리는 기어부재가 채용될 수 있다. 하지만, 회전부재의 구성은 반드시 이에 한정되지 않으며, 튜브부재의 형태에 따라 롤러나 볼 등과 같은 구름부재가 사용될 수도 있다.

또, 본 발명에 따른 직진도 측정장치는, 선재(1)의 밑에서 선재의 이동을 지지하는 적어도 하나의 받침부(70)를 더 포함할 수 있다.

받침부(70)는, 선재(1)가 접촉하면서 미끄럼 이동하는 오목면을 갖춘 활주면부(71)와, 이 활주면부가 소정 높이에 위치하도록 지지하는 프레임(72)을 포함할 수 있다. 이들 활주면부와 프레임은 일체로 형성될 수 있으며, 예컨대 스테인리스강 등과 같은 금속으로 만들어질 수 있다.

선재(1)는 이전 공정의 속도, 예컨대 신선 속도와 동일하게 이동할 수 있다.

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 직진도 측정장치의 작동에 대해 간략히 설명하기로 한다.

인발 가공된 선재(1)가 인라인 상태로 본 발명에 따른 직진도 측정장치의 튜브부재(20)를 통과한다. 이때, 선재(1)의 이동 속도는 신선 속도와 동일할 수 있다.

선재(1)가 회전할 수 없기 때문에, 구동부(30)의 모터(31)를 작동시키고 이 모터의 회전력을 전동기구(32)에 의해 튜브부재(20)로 전달함으로써, 튜브부재가 회전되면서 측정부(10)가 대략 360도로 회전할 수 있다.

선재(1)가 일정한 이동 속도로 진행하고 있기 때문에, 선재에 대한 튜브부재(10)의 이동 궤적은 나선형을 나타내게 된다.

측정부(10)는 무선통신부를 통해 측정 데이터 신호를 제어부(40) 또는 표시부(50)로 출력하여, 작업자는 모니터 등과 같은 표시부에 의해 측정 데이터를 확인할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 선재 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 선재 제조방법은, 선재의 직경이 감소되도록 선재를 인발하는 단계; 이 인발하는 단계 직후에 선재의 직진도를 측정하는 단계; 및 선재를 일정 길이로 절단하는 단계를 포함하고 있다.

선재(1)를 인발하는 단계는 선재를 입구보다 출구쪽 단면적이 작은 다이스(2; 도 1 참조)에 통과시킨다. 다이스는 예컨대 텅스텐 카바이드 등과 같은 초경 합금으로 만들어질 수 있다.

이러한 다이스(2)는 패스당 10 ~ 30%의 단면감소율을 가질 수 있으며, 선재(1)의 강도가 클 경우에는 복수의 다이스가 배치되어 2 또는 3 패스로 나누어 인발할 수 있다. 즉, 상류에서 하류로 갈수록 내경이 줄어들도록 복수의 다이스를 직렬로 배열하고, 선재를 순차적으로 통과시킬 수 있다. 1 패스 미만으로는 선경 감소가 불가능하고, 4 패스 이상으로는 제조 원가가 증가하기 때문에 그 미만으로 하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 선재 제조방법에서는, 이러한 인발하는 단계 직후에 선재의 직진도를 측정하는 단계를 수행한다. 직진도를 측정하는 단계는 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 직진도 측정장치에 의해 이루어질 수 있다.

인발 후 인라인 상태에서 직진도 측정장치의 측정부(10)를 사용하여 선재(1)의 직진도를 측정하게 되는데, 선재가 계속해서 다이스(2)로부터 인발되어 나오기 때문에 회전할 수 없어 측정부가 선재에 대해 대략 360도로 회전하면서 직진도를 측정한다.

측정부(10)는 무선통신부를 통해 측정 데이터 신호를 제어부(40) 또는 표시부(50)로 출력하여, 작업자는 모니터 등과 같은 표시부에 의해 측정 데이터를 확인할 수 있다.

측정부(10)와 전기적으로 연결된 제어부(40)에서는 측정부로부터 입력된 측정값을 소정의 기준값과 비교한다.

예를 들어, 측정값이 기준값 미만인 경우에는 편차가 없는 것으로 판단하여, 선재(1)를 일정 길이로 절단하는 단계를 수행한다. 선재를 절단하는 단계는 시어 나이프(Shear Knife) 등과 같은 절단기(3; 도 1 참조)를 사용할 수 있다.

반면에, 측정값이 기준값 이상인 경우에는 편차가 발생한 것으로 판단하여, 제어부(40)가 교정롤러(4; 도 1 참조)를 작동시키면서 선재(1)를 직선화 가공하는 교정 단계를 선택적으로 수행할 수 있다.

교정롤러(4)는 선재(1)에 휨이 발생할 때 선택적으로 액츄에이터(5)에 의해 이동(또는 승강)하여 선재의 표면에 접촉된 상태로 회전할 수 있다. 도시된 예에서, 한 쌍의 교정롤러는 선재의 상하로, 그리고 다른 한 쌍의 교정롤러는 선재의 좌우에 배치된 2쌍의 교정롤러가 나타나 있지만, 교정롤러의 배치는 반드시 이에 한정되지 않는다.

또한, 한 쌍의 교정롤러(4)만 배치한 경우에는 교정롤러에 의한 직선화 효과가 적고, 3쌍 이상으로 하면 설비의 경제성 측면에서 바람직하지 못하기 때문에, 2쌍 정도의 교정롤러로 구성하는 것이 좋다.

각 교정롤러(4)의 표면에는 대략 반원 단면의 오목홈이 형성될 수 있으며, 그 회전속도는 선재(1)가 신선 속도와 동일한 속도로 이동할 수 있도록 유지되면 된다.

액츄에이터(5)로는 그 작동로드의 단부에 교정롤러(4)의 회전축이 연결될 수 있도록 된 유체압 실린더 또는 전기식 액츄에이터가 사용될 수 있으나, 반드시 이러한 예들에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 선재에 편차 발생시 직진도를 개선하는 교정 단계의 이후에는, 전술한 선재를 일정 길이로 절단하는 단계를 수행하게 된다.

실시예

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

소정 성분계를 갖는 합금강을 주조하여 160mm × 160mm 크기의 각형 강편을 만든 후 열간압연하여 15mm의 직경을 가진 선재를 제조하였다. 이러한 15mm의 직경을 가진 선재는 복수의 다이스를 50m/분의 신선 속도로 통과하면서 대약 10.7%의 단면감소율로 인발되어, 13.4㎜의 직경을 가진 선재로 형성되었다.

	측정부의 회전각도(도)								편차 (mm)	평균 (mm)
	0	45	90	135	180	225	270	315
발명예1	0	0.7	0.2	0.3	-0.8	0.4	0.2	0.3	0.08	0.09
발명예2	0	0.5	0.3	0.3	-0.5	0.2	0.4	0.4	0.1
발명예3	0	0.2	0.5	0.7	-0.8	0.3	0.5	0.2	0.1
비교예1	0	0.8	0.2	0.3	-0.1	0.2	0.3	0.8	0.16	0.17
비교예2	0	0.7	0.4	0.5	-0.3	0.5	0.4	0.7	0.18
비교예3	0	0.2	0.8	0.7	-0.4	0.6	0.2	0.6	0.17
발명예4	0	6.7	10.2	7.8	4.5	-1.8	-2	-1.2	1.51
발명예5	0	0.4	0.2	0.2	0.1	0.2	0.2	0.3	0.1

표 1에서, 발명예 1-3은 본 발명에 따른 선재 제조방법에 의해 제조된 선재들을 절단 후 영점에 대한 편차량을 측정한 결과이다.

비교예 1-3은 종래기술에 따른 제조방법에 의해 제조된 선재들을 교정 후 측정한 결과이다. 다시 말해, 신선 후 선재를 절단한 후, 절단된 선재의 직진도를 측정하고, 교정롤러로 펴서 다시 측정한 편차량의 결과를 보여준다.

측정값에 신뢰성을 부여하기 위해, 각 선재의 측정 부위는 유사하게 하였다.

측정부의 회전각도는 45도씩이며, 0도일 때의 측정값을 영점으로 하였다.

편차의 크기는 [측정값의 총 합]/2로 정의하였다. 평균은 각각 3개의 발명예와 3개의 비교예가 갖는 편차의 평균이다.

발명예 1은 그 편차가 0.08㎜이고, 발명예 2 및 3은 각각 0.1㎜로서 허용가능한 범위 내에서 다소 휘어진 상태임을 확인할 수 있다.

이에 반해, 인발 다이스의 출구에서 절단한 후 교정롤러로 펴서 측정한 비교예 1-3은 그 편차가 각각 0.16㎜, 0.18㎜, 0.17㎜인 것을 볼 수 있다. 교정 후 유사 부위를 측정했음에도 불구하고 여전히 직진도의 편차가 존재함을 확인할 수 있고, 특히 전체적인 평균도 거의 2배 정도 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 발명예 4와 발명예 5는 교정 단계 전후의 편차를 나타낸다.

발명예 4는 다이스를 통과한 후 인라인 상태에서 직진도를 측정하였는데, 1.51㎜의 편차가 발생하여 제품으로 채택하기에는 적합하지 못하였다. 이 발명예 4를 절단하지 않고, 교정롤러를 작동시켜 직진도를 개선한 다음에 절단하였다.

교정 후 절단된 선재를 측정한 결과, 발명예 5의 편차는 0.1㎜로서 직진도가 확보됨을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 이후에 선재를 동일한 조건으로 열처리를 진행할 수 있어 제품의 품질을 우수하게 확보할 수 있으며, 휨 발생이 심한 경우에도 즉각적인 직선화 가공이 가능하게 됨으로써 경제성 및 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 선재 2: 다이스
3: 절단기 4: 교정롤러
10: 측정부 20: 튜브부재
30: 구동부 40: 제어부
50: 표시부 60: 지지부
70: 받침부

Claims (12)

1. 선재와의 거리를 측정하는 측정부;
   상기 측정부가 일측에 설치되고, 관통하는 상기 선재를 둘러싸면서 회전하는 튜브부재;
   상기 튜브부재의 외주면에서 상기 튜브부재의 회전을 지지하는 적어도 하나의 지지부; 및
   상기 튜브부재를 회전시키는 구동부
   를 포함하고,
   상기 구동부는,
   모터,
   상기 모터의 회전축에 구비된 제1기어, 및
   상기 튜브부재의 외주면에 형성되어 상기 제1기어와 맞물리는 제2기어
   를 포함하며,
   상기 지지부는,
   상기 튜브부재의 제2기어와 맞물리는 기어부재로 형성된 회전부재와,
   상기 회전부재의 회전축을 지지하는 한 쌍의 베어링부
   를 포함하고,
   상기 선재의 이동을 지지하기 위해, 상기 선재가 접촉하면서 미끄럼 이동하는 활주면부와, 상기 활주면부가 소정 높이에 위치하도록 지지하는 프레임을 구비한 적어도 하나의 받침부를 더 포함하는 직진도 측정장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 측정부는 측정 데이터 신호를 제어부 또는 표시부로 출력하는 무선통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직진도 측정장치.
   
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