KR102244062B1 - 나사스파이크의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나사스파이크의 부위별로 냉간 단조 및 열간 압연 부위를 구분하여 제조함으로써, 제조공정에서 소요되는 열 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 제품 내구성을 향상시킬 수 있도록 개선된 나사스파이크의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 선재인 소재를 나사스파이크에 적합한 일정 길이로 절단하는 준비단계와; 상기 절단된 소재를 프레스 가공으로 헤드부를 냉간 단조하는 헤드성형단계와; 상기 헤드부가 성형된 소재의 나머지 부위를 재결정온도 이상에서 열간압연기로 열간전조하여 나사부를 성형하는 나사부성형단계와; 상기 나사부 부위를 열처리하는 과정에서 상기 나사부를 통해 헤드부측에 열을 전도시켜 상기 헤드부가 연신율 20%이상이 되도록 열처리하는 열처리단계와; 프레스를 이용하여 상기 열처리된 소재에 와셔부재를 결합시키는 와셔붙이단계; 및 상기 와셔붙이단계를 거쳐 제조된 나사스파이크를 표면 처리하는 표면처리단계;를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 선재인 소재를 나사스파이크에 적합한 일정 길이로 절단하는 준비단계와; 상기 절단된 소재를 프레스 가공으로 헤드부를 냉간 단조하는 헤드성형단계와; 상기 헤드부가 성형된 소재의 나머지 부위를 재결정온도 이상에서 열간압연기로 열간전조하여 나사부를 성형하는 나사부성형단계와; 상기 나사부 부위를 열처리하는 과정에서 상기 나사부를 통해 헤드부측에 열을 전도시켜 상기 헤드부가 연신율 20%이상이 되도록 열처리하는 열처리단계와; 프레스를 이용하여 상기 열처리된 소재에 와셔부재를 결합시키는 와셔붙이단계; 및 상기 와셔붙이단계를 거쳐 제조된 나사스파이크를 표면 처리하는 표면처리단계;를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 나사스파이크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 나사스파이크의 부위별로 냉간 단조 및 열간 압연 부위를 구분하여 제조함으로써, 제조공정에서 소요되는 열 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 제품 내구성을 향상시킬 수 있도록 개선된 나사스파이크의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 철도 침목에 사용되어지고 있는 나사스파이크는 철도 침목상에 레일을 고정시키기 위하여 방진레일 체결장치 또는 베이스 플레이트 등을 고정할 때 사용하는 것이다.
종래에는 철도레일이 통과하는 침목과 레일을 고정하는 수단인 베이스 플레이트를 침목에 고정하게 되는 나사스파이크로서, 상기 나사스파이크의 나선봉에 형성된 나사산 방향이 상부로 향하게 형성되어 있으므로 침목상에 체결시 체결력이 저하되게 된다.
그러므로, 상기 체결력의 저하로 인해 목침목에는 사용할 수 있으나 콘크리트침목상에는 사용이 불가능하게 되는 문제가 있다.
또한, 상기 나사스파이크를 목침목 및 체결구와 체결시 탄성력이 없어 침목에서 나사스파이크가 이환되게 되고 그로 인해 유지 보수의 주기가 빨라져 보수비용이 과다하게 소요되는 문제점이 있다.
기존 나사스파이크와 관련된 종래 선행기술로는 한국 등록실용신안공보 제20-0272559호 "철도 콘크리트침목 및 직결도상에 체결되는 방진용 나사스파이크"(등록일자 : 2002.04.08)에 개시된 바와 같이, 철도 침목에 레일이 고정되는 베이스 플레이트를 고정할 때 사용되어지는 머리부와 나선봉 및 고정원반으로 이루어진 통상적인 나사스파이크로서, 상기 나사스파이크의 나선봉에 주어진 나사산이 하부로 형성되어지고 고정원반 하부에 열차가 통과시 충격을 완충시킬 수 있는 이중구조의 탄성스프링이 부착되어지며 상기 나사스파이크의 나선봉 외주에 플라스틱커버가 형성되어진 것이다.
즉, 기존 나사스파이크는 선재의 상부에 형성되는 헤드부와, 하부 외주면에 나사산이 형성된 나사부 및 상기 나사부의 상측 외주면에 결합되는 와셔부로 구성된다.
상기한 나사스파이크의 경우에는 충분한 강도를 얻을 수 있도록 금속조직의 치밀도에 유리한 열간가공방식으로 제조되어 왔으며, 열간가공방식으로 금속소재인 원소재를 재결정온도 이상으로 가열한 후에 프레스금형으로 헤드부를 형성시키고, 열간압연을 통해 나사부를 가공하고 있다.
이 경우에는 원소재인 선재를 재결정온도 이상으로 가열해야 하므로 가열에 필요한 에너지 소모가 많을 뿐만 아니라, 헤드부의 프레스 성형과정에서 발생하는 덧살을 제거하기 위한 트리밍 공정과 이물질을 제거하는 쇼트공정 등의 추가공정이 요구되는 단점이 있다.
이를 극복하기 위한 기존 선재인 나사 또는 볼트의 제조방법과 관련된 종래 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1280502호 "냉간 압조성이 우수한 고강도 고망간 강선재와 그 제조방법 및 상기 강선재를 이용한 볼트의 제조방법"(등록일자 : 2013.06.25)에 개시된 바와 같이, 망간(Mn) 12~25중량%, 탄소(C) 05~10중량%, 알루미늄(Al) 10~20중량%, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 강을 1100~1250℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 강을 700~1100℃에서 열간 압연하는 단계; 및 상기 열간 압연된 강을 200℃이하의 온도로 냉각하고, 10~70%의 단면감소율로 냉간 공형 압연 또는 인발하여, 4개의 <112> 방향과 3개의 {111} 면에서 격자 내의 총 12개의 쌍정 기구 포함하며 이때 1개의 면에서는 4개의 방향 쌍정이 형성되는 강선재를 제조하는 단계; 상기 강선재를 냉간 압조하여 볼트 헤드를 제조하는 단계; 및 상기 냉간 압조된 강선재를 400~600℃의 온도로 열처리하는 단계;를 포함하는 것으로서, 냉간 압조된 후에 별도의 퀀칭(Quenching) 및 템퍼링(Tempering)을 실시하지 않다도 되는 이점을 갖는 것이다.
그런데, 이 경우에는 나사스파이크와 같은 선재를 열간 압연하고 냉간 단조함에 따라 상기 헤드 부위의 연신율이 충족되지 못할 우려가 있으며, 진동이 심하고 외부 열 변화가 상대적으로 많기 때문에 나사스파이크의 헤드 부위에 크랙이 발생하거나 파손될 우려가 있다.
본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 나사스파이크의 부위별로 냉간 단조 및 열간 압연 부위를 구분하여 제조함으로써, 제조공정에서 소요되는 열 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 제품 내구성을 향상시킬 수 있도록 개선된 나사스파이크의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선재인 소재를 나사스파이크에 적합한 일정 길이로 절단하는 준비단계와; 상기 절단된 소재를 프레스 가공으로 헤드부를 냉간 단조하는 헤드성형단계와; 상기 헤드부가 성형된 소재의 나머지 부위를 재결정온도 이상에서 열간압연기로 열간전조하여 나사부를 성형하는 나사부성형단계와; 상기 나사부 부위를 열처리하는 과정에서 상기 나사부를 통해 헤드부측에 열을 전도시켜 상기 헤드부가 연신율 20%이상이 되도록 열처리하는 열처리단계와; 프레스를 이용하여 상기 열처리된 소재에 와셔부재를 결합시키는 와셔붙이단계; 및 상기 와셔붙이단계를 거쳐 제조된 나사스파이크를 표면 처리하는 표면처리단계;를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 소재는 기계구조용 탄소 강재인 것이다.
상기 열처리단계는 상기 나사스파이크의 인장강도가 700N/㎟ 이상이고, 항복점이 400N/㎟ 이상이 되도록 열처리한다.
상기 표면처리단계전에 상기 나사스파이크의 나사부 상측에 방진코팅층을 형성시키는 코팅층형성단계를 더 구비하되, 상기 코팅층형성단계는 액상고무를 상기 나사부의 상측 표면 둘레에 분사하고, 상기 액상고무를 경화시키도록 냉각시키도록 된 것이다.
상기 코팅층형성단계는 상기 액상고무를 분사하기 전에 나사스파이크의 표면 둘레에 표면 거칠기작업을 수행한다.
본 발명은 나사스파이크의 헤드부와 나사부의 가공방식을 달리하여 불필요한 공정(트리밍, 쇼트 공정 등)을 생략하여 제조 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 나사스파이크가 요구하는 강도 및 연신율을 충족시킬 수 있으면서 제조공정에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 유용한 이점을 갖는다.
본 발명은 방진코팅층을 형성시킬 경우, 방진코팅층이 나사스파이크를 철도 침목에 조립시킨 후에 열차 운행중 발생되는 진동이 나사부를 통해 상측으로 전달되는 것을 분산시켜 방진기능을 수행할 수 있으므로, 체결상태의 풀림을 억제시킬 수 있으며 소음 발생을 저감시킬 수 있는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 나사스파이크의 제조방법을 순차적으로 나타낸 플로우챠트.
도 2는 도 1의 제조공정에 의해 제조된 나사스파이크를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 나사스파이크의 제조방법의 다른 실시 예를 순차적으로 나타낸 플로우챠트.
도 4는 도 3의 제조공정에 의해 제조된 나사스파이크를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 제조공정에 의해 제조된 나사스파이크를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 나사스파이크의 제조방법의 다른 실시 예를 순차적으로 나타낸 플로우챠트.
도 4는 도 3의 제조공정에 의해 제조된 나사스파이크를 나타낸 단면도.
본 발명은 나사스파이크의 부위별 가공방식을 달리하여 불필요한 제조공정을 생략시키고 에너지를 절감할 수 있도록 한다.
이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 나사스파이크의 제조방법에 대해 보다 상세하게 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 나사스파이크의 제조방법의 일 실시 예는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 선재인 소재를 나사스파이크(100)에 적합한 일정 길이로 절단하는 준비단계(S1)와; 상기 절단된 소재를 프레스 가공으로 헤드부(110)를 냉간 단조하는 헤드성형단계(S2)와; 상기 헤드부가 성형된 소재의 나머지 부위를 재결정온도 이상에서 열간압연기로 열간전조하여 나사부(120)를 성형하는 나사부성형단계(S3)와; 상기 나사부(120) 부위를 열처리하는 과정에서 상기 나사부(120)를 통해 헤드부(110)측에 열을 전도시켜 상기 헤드부(110)가 연신율 20%이상이 되도록 열처리하는 열처리단계(S4)와; 프레스를 이용하여 상기 열처리된 소재에 와셔부재(150)를 결합시키는 와셔붙이단계(S5); 및 상기 와셔붙이단계(S5)를 거쳐 제조된 나사스파이크(100)를 표면 처리하는 표면처리단계(S6);를 포함하여 이루어진 것이다.
상기 준비단계(S1)는 선재인 소재를 나사스파이크(100)의 길이에 적합하도록 절단기로 절단하는 공정이 요구된다.
상기 선재는 탄소, 실리콘, 망간, 인, 황, 크롬, 니켈 등의 재료가 함유된 스틸 소재로 구성된 KS D 3752 기계구조용 탄소 강재(KS규격 기준)가 일 예로 사용될 수 있다.
상기 헤드성형단계(S2)는 절단된 소재의 일단부를 프레스 금형 가공으로 냉간 단조시켜 다른 부위의 직경 폭보다 더 큰 폭의 헤드부(110)를 성형하게 된다.
상기 헤드부(110)의 성형이 완료된 후에 상기 나사부성형단계(S3)는 상기 소재의 타단부를 한 쌍의 롤링다이스로 구성된 열간압연기 사이로 진입시켜 열간 전조(轉造)가공방식으로 수나사산이 형성된 나사부(120)를 성형하게 된다.
상기 나사부(120)는 소재의 타단부로부터 중간 부위를 넘어서 일단부와 근접된 높이까지 가공된다.
상기 헤드부(110)와 나사부(120)의 사이에는 와셔부재(150)를 결합시키기 위한 외경부(130)가 형성된다.
상기 열처리단계(S4)에서는 금속재료의 상변화에 따른 기계적성질을 변화시키기 위한 것으로, 상기 나사스파이크(100)의 인장강도가 700N/㎟ 이상이고, 항복점이 400N/㎟ 이상이 되도록 열처리하게 된다.
이를 위해 조질열처리를 수행하게 된다.
상기 조질열처리는 담금질 후 재가열해서 냉각시키는 템퍼링 처리를 수행하게 되며, 여기서는 앞서 설명한 소재의 성분 비율에 의해 템퍼링 온도가 결정되므로 생략하기로 한다.
다만, 보통 탄소강은 400℃ 이하에서 취약하므로 이 온도이상에서 템퍼링 처리해야 하며, 니켈크롬강은 500~550℃에서 취약하고 크롬몰리브덴강은 550~600℃에서 취약하므로, 위의 온도 영역을 피해 열처리한다.
본 발명의 기계구조용 합금강 소재인 경우에는 취성을 회피하기 위해 600℃이상의 고온 템퍼링(Tempering)을 수행한 후에 급냉시키는 열처리공정을 수행하게 된다.
이후에는 상기 열처리된 소재의 외경부(130)에 와셔부재(150)를 결합시키는 와셔붙이단계(S5)를 수행하게 된다.
이어서, 상기 표면처리단계(S6)에서는 상기 와셔붙이단계(S5)를 거쳐 제조된 나사스파이크(100)의 표면에 아연도금 등과 같은 표면처리를 하여 내식성을 강화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 나사스파이크(100)의 헤드부(110)와 나사부(120)의 가공방식을 달리하여 불필요한 공정(트리밍, 쇼트 공정 등)을 생략하여 제조 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 나사스파이크(100)가 요구하는 강도 및 연신율을 충족시킬 수 있으면서 제조공정에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 유용한 이점을 갖는다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 변형 예를 나타낸 도면으로서, 앞서 설명한 제조단계들을 구비하며, 표면처리단계(S6)전에 상기 나사스파이크(100)의 나사부(120) 상측의 외경부(130) 둘레에 방진코팅층(200)을 형성시키는 코팅층형성단계(S5-1)를 더 구비한 것이다.
상기 코팅층형성단계(S5-1)는 액상고무를 상기 나사부(120)의 상측 표면 둘레에 분사하고, 상기 액상고무를 경화시키도록 냉각시키도록 된 것이다.
또한, 상기 코팅층형성단계(S5-1)는 상기 액상고무를 분사하기 전에 나사스파이크(100)의 외경부(130) 표면 둘레에 표면 거칠기작업을 선 수행함으로써, 상기 외경부(130)의 표면에 대한 액상고무의 부착성을 향상시킬 수 있다.
이로 인해, 상기 방진코팅층(200)은 나사스파이크(100)를 철도 침목에 조립시킨 후에 열차 운행중 발생되는 진동이 나사부(120)를 통해 상측으로 전달되는 것을 분산시켜 방진기능을 수행할 수 있으므로, 체결상태의 풀림을 억제시킬 수 있으며 소음 발생을 저감시킬 수 있는 이점을 갖는다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 앞서 설명된 실시 예에 국한되어 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 이상에서와 같이 설명한 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 나사스파이크 110 : 헤드부
120 : 나사부 130 : 외경부
150 : 와셔부재 200 : 방진코팅층
120 : 나사부 130 : 외경부
150 : 와셔부재 200 : 방진코팅층
Claims (5)
- 선재인 소재를 나사스파이크(100)에 적합한 일정 길이로 절단하는 준비단계(S1)와;
상기 절단된 소재를 프레스 가공으로 헤드부(110)를 냉간 단조하는 헤드성형단계(S2)와;
상기 헤드부(110)가 성형된 소재의 나머지 부위를 재결정온도 이상에서 열간압연기로 열간전조하여 나사부(120)를 성형하는 나사부성형단계(S3)와;
상기 나사부(120) 부위를 열처리하는 과정에서 상기 나사부(120)를 통해 헤드부(110)측에 열을 전도시켜 상기 헤드부(110)가 연신율 20%이상이 되도록 열처리하는 열처리단계(S4)와;
프레스를 이용하여 상기 열처리된 소재에 와셔부재(150)를 결합시키는 와셔붙이단계(S5); 및
상기 와셔붙이단계(S5)를 거쳐 제조된 나사스파이크(100)를 표면 처리하는 표면처리단계(S6);를 구비한 것을 특징으로 하는 나사스파이크의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 소재는 기계구조용 탄소 강재인 것을 특징으로 하는 나사스파이크의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 열처리단계(S4)는 상기 나사스파이크(100)의 인장강도가 700N/㎟ 이상이고, 항복점이 400N/㎟ 이상이 되도록 열처리하는 것을 특징으로 하는 나사스파이크의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 표면처리단계(S6)전에 상기 나사스파이크(100)의 나사부(120) 상측에 방진코팅층(200)을 형성시키는 코팅층형성단계(S5-1)를 더 구비하되,
상기 코팅층형성단계(S5-1)는 액상고무를 상기 나사부(120)의 상측 표면 둘레에 분사하고, 상기 액상고무를 경화시키도록 냉각시키도록 된 것을 특징으로 하는 나사스파이크의 제조방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 코팅층형성단계(S5-1)는 상기 액상고무를 분사하기 전에 나사스파이크(100)의 표면 둘레에 표면 거칠기작업을 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 나사스파이크의 제조방법.
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