KR20000070139A - 복합 내구재용 삽입물, 상기 삽입물을 이용한 내구재 제조방법및 그 내구재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전체적으로 링 세그먼트 또는 폐쇄 링 형태이고, 외부 구역(12)과 외부 구역(12)보다 두께가 작은 내부 구역(14)으로 구성되며, 상기 내부 구역(14)은 두께를 관통하는 일련의 홀(16)을 갖는 삽입물(10)에 관한 것이다. 상기 삽입물은 피복 금속이 주탕되기 이전에 서로 적층되며, 상기 홀(16)을 관통하는 로드에 의해 미리 고정된다. 피복 금속이 주탕된 후, 상기 홀(16)은 삽입물(10)과 피복 금속간의 견고한 접합을 보장한다.

Description

복합 내구재용 삽입물, 상기 삽입물을 이용한 내구재 제조방법 및 그 내구재{INSERT FOR COMPOSITE WEAR PIECES, METHOD FOR MAKING A WEAR PIECE USING SUCH INSERTS AND RESULTING WEAR PIECE}

예를 들어, 압연기와 분쇄기 분야에서 수많은 내구재가 질량내에 높은 기계적 응력을 받고 작동면에서의 마찰에 의해 마모된다. 따라서, 내구재는 충격과 같은 기계적 응력에 견딜 수 있도록 마찰과 소정의 연성에 대해 높은 저항을 나타내는 것이 바람직하다. 또한, 상기 내구재가 가공될 필요가 있다면 소정의 연성이 필요하다. 이러한 특성들은 상호 대립하는 것으로 알려져 있다. 분명히, 상기 2가지 대립하는 특성 사이에서 절충안을 선택하는 것이 가능하나, 마모에 대한 저항 또는 연성을 포기하고 실시되어야 한다.

이와 같은 절충안을 피하기 위하여, 마찰에 노출되는 부분은 내마모성이 큰 크롬 합금 주철로 이루어져 연성이 더 강한 합금으로 제작된 코어에 의해 지지되는 바이메탈형 내구재 제작이 알려져 있다. 이는 내구재의 마모를 줄일 수 있음과 아울러 코어 파손의 위험을 줄일 수 있도록 한다.

따라서, 유럽특허 제 EP 0,476,496호는 이와 같은 내구재 제조를 위한 삽입기술을 추천한다. 상기 특허에 따르면, 경합금으로 제조된 삽입물은 연성 피복 합금에 의해 감싸지되, 상기 연성 피복 합금은 몰드에 미리 설치된 삽입물 위에 주탕된다. 상기 특허에 의해 제안된 연삭 롤러에 있어서, 삽입물은 롤러의 표면에 나란하게 제너릭스(generix) 방향으로 놓인다.

설계관점에서 보면 이 기술은 전술한 문제점을 해결하는데 이상적인 것처럼 보이지만 실질적인 문제점을 갖는다. 문제점중 하나는 피복 금속이 주탕될 때 삽입물 특히, 작은 크기의 삽입물이 움직이지 못하도록 부착하는 것이다. 이는 유럽특허 제 EP 0,620,065호가 삽입물이 구비된 복합 내구재 제조방법을 제안함으로서 해결하려 했던 문제점이며, 상기 삽입물은 몰드 한계를 정하는 표면과 같이 사용되는 희생적 임시 지지체(sacrificial temporary support)에 고정된다.

상기 유럽특허 제 EP 0,620,065호에 기재된 원형 삽입물에 의한 해결법은 경면(hard surface)이 너무 작다는 결점을 가지며, 이러한 결점은 유럽특허 제 EP 0,476,496호에 기재된 바(bar)형 삽입물에서는 나타나지 않았으나, 장치의 기계적 강성을 전체적으로 손상시킨다.

경성 삽입물(hard inserts)의 사용에 있어서, 해결해야 될 문제점중 하나는 삽입물의 형태에 관계없이 열충격으로 인한 주조과정에서의 균열 발생 위험이다.

특히, 주철 또는 세라믹으로 제조되어 매우 경한 삽입물의 경우에 있어서, 주조과정에서 삽입물의 균열 위험은 삽입물의 경도(hardness)와 크기에 따라 증가하며, 이는 삽입물의 체적이 크면 클수록 피복 금속의 주조 온도가 더욱 높아져야만 하기 때문이다.

이와 같은 모든 문제점을 해결하기 위하여, 상기 삽입물은 400℃ 내지 500℃정도의 온도로 종종 예열된다. 그러나, 이와 같은 예열은 실시하기가 쉽지 않은데, 그 이유는 대형 가열장비가 모래 주형에 근접되게 옮겨져야 하거나 삽입물 구조체가 노(furnace) 안에 위치되어야 하기 때문이며, 이는 쉽게 불안정한 상태로 될 수 있는 삽입물의 불안정한 임시 고정으로 인하여 어느 경우나 간단하지 않다.

본 발명은 복합 내구재용 삽입물과 상기 삽입물을 이용한 내구재 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 내구재에 관한 것이며, 이에 한정되지 않고 특히, 소위 수직 분쇄기 및 압연기에 사용되는 연삭 롤러 또는 롤에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 삽입물 세그먼트를 개략적으로 도시한 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 삽입물과 후프를 통해 방사부를 개략적으로 도시한 도면이며,

도 3은 도 2의 화살표 Ⅱ 방향으로 후프를 개략적으로 도시한 정면도이다.

본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해소하기 위한 것이며, 삽입물의 함유량이 높고, 피복 금속에 삽입물이 잘 고정되며, 주조시 열충격에 잘 견디는 신규한 복합 내구재를 제조하기 위한 신규한 방법을 이용할 수 있도록 하는 신규한 삽입물을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 이루기 위하여, 본 발명은 삽입물이 전체적으로 링 세그먼트 또는 폐쇄 링 형태이고, 삽입물이 외부 구역과 외부 구역보다 두께가 작은 내부 구역으로 구성되며, 상기 내부 구역은 삽입물의 두께 방향으로 삽입물을 관통하는 일련의 홀을 갖는 것을 특징으로 하는 내마모성이 높은 물질로 제조된 복합 내구재용 삽입물을 제공한다.

본 발명에 따르면, 상기 삽입물의 형태는 아래에 설명된 바와 같이 연마 효율을 최적화하도록 된다.

상기 외부 구역은 적어도 하나의 여유면(flank)에 돌출부를 가지며, 바람직한 실시예에서, 상기 돌출부는 방사 방향으로 연장되어 공동(cavities)을 형성하는 리브(rib)로 구성된다.

이들 돌출부 또는 리브는 외부 구역의 모든 여유면에 존재할 수 있다.

또한, 상기 리브는 여유면의 외부 가장자리에 못 미칠 수 있다.

또한, 본 발명은 내부 구역의 홀과 외부 구역의 돌출부가 겹쳐지도록 소정 갯수의 삽입물이 서로의 상부에 적층되며, 생성된 삽입물 구조체가 임시적으로 고정되고 안정화되도록 2개의 로드를 2열의 홀을 통해 활주시키고, 상기 구조체를 예열하며, 상기 구조체를 몰드 내부에 위치시키고, 삽입물이 점유하지 않은 공간 특히 돌출부 사이의 공동과 홀을 채워 삽입물과 주조 물질사이에 기계적 접합이 이루어지도록 기계적 응력을 견딜 수 있는 비교적 연성인 물질을 주탕시키는 것을 특징으로 하는 삽입물을 이용한 복합 내구재 제조방법을 제공한다.

바람직하게 예열은 300℃ 내지 700℃ 사이의 온도로 예열된 로에 전체 구조물을 위치시킴으로서 실시된다.

열충격 위험을 더 줄이기 위하여, 상기 삽입물에는 얇은 내열성 피막이 미리 형성될 수 있다.

로드를 용이하게 활주시키는데 유용하게 사용될 수 있는 홀이 삽입물에 존재한다는 사실로 인하여 상기 삽입물 적층 구조체는 주조에 앞서 적절하게 안정화될 수 있다. 상기 구조는 2개의 로드가 삽입물을 정렬된 상태로 유지하기 때문에 용이하게 이동될 수 있다. 따라서, 상기 삽입물 구조체를 예열용 로에 어떠한 위험도 없이 반송할 수 있으며, 이는 주조과정에서 열충격으로 인한 균열발생 위험을 크게 줄이게 된다. 물론 이와 같은 제조의 용이성은 상기 내구재 제조비용면에서 긍정적인 영향을 준다.

또한, 본 발명은 전술한 바와 같이 상기 삽입물은 환형 삽입물이고, 상기 연성 코어 물질은 삽입물의 외부 구역의 돌출부 사이의 공동에 의해 형성된 셀(cell)과 삽입물의 내부 구역의 홀을 점유하는 것을 특징으로 하는 기계적 응력을 견딜 수 있는 물질로 제조되어 기계가공이 가능한 비교적 연성인 코어와 기계적 접합으로 상기 코어에 의해 지지되는 일련의 외주 삽입물로 구성된 실린더 형상의 복합 내구재를 제공한다.

상기 피복의 연성 물질이 삽입물의 내부 구역의 모든 홀을 점유한다면, 삽입물은 자신의 지지체에 양호하게 결합된다.

상기 복합 내구재 내부에서의 삽입물 배열과 방향에 의해 결합은 더 향상된다. 유럽특허 제 EP 0,476,496호가 제안한 롤러에 있어서, 삽입물은 실제로 제너릭스 방향으로 향하게 된다. 이는 롤러가 사용중일 때 삽입물은 자신의 방향과 수직인 횡 접선 전단력과 상기 전단력의 이완(relaxation)을 교대로 받는다는 것을 의미한다. 이와 같이 연속적인 힘과 이완은 특히 압연기의 특성인 높은 압력에서 삽입물의 저부(base)에 피로 균열을 발생시킬 수 있다.

이와는 반대로, 본 발명에 따른 복합 내구재의 삽입물은 환형 형상과 연마과정에서 삽입물에 가해지는 힘의 방향에 대한 자신의 방향을 통해 이와 같은 결함에서 벗어나게 된다.

또한, 상기 삽입물은 자신의 지지체를 완전히 감싸는 환형 삽입물인 사실로 인하여 자신의 접합을 강화시킬 수 있고, 파손되지 않고서는 분리되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 복합 내구재는 공지된 것보다 더 큰 기계적 안정성을 갖는다.

최적의 예열 조건과 함께 환형 삽입물을 사용함으로써, 매우 높은 삽입물 함량을 실현할 수 있다. 즉, 내구재에 대해 저항하는 매우 높은 비율의 표면적을 실현할 수 있다.

또한, 야금 접합의 부재(absence)는 내구재의 외표면에서 시작하는 균열을 삽입물/지지체 표면에서 정지시키고, 내구재의 코어쪽으로 성장하는 균열을 방지하게 된다.

연삭롤러 중간 영역에 바람직한 내구재를 설치하여 연삭과정에서 오목한 압연면이 형성되는 것을 방지하기 위해, 상기 중간 영역의 삽입물보다 약간 낮은 내마모성을 갖는 삽입물을 2개의 축단부에 제공하는 것이 가능하다.

본 발명에 의해 제안된 내구재는 연삭롤에 후프(hoop)를 형성하도록 설계될 수 있으며, 이를 위하여 지지 허브를 조절하는 중앙 실린더형 보어로 구성된다.

롤에 후프를 형성하는 대신 실린더를 형성하도록 예를 들어 클램핑 또는 볼트결합으로 허브에 고정된 세그먼트를 주조할 수도 있다.

본 발명의 다른 특징부와 특성은 하기된 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 살펴봄으로서 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 환형 삽입물(10) 세그먼트를 도시한 것으로, 상기 삽입물의 특징은 폐쇄될 수 있어서 상기 삽입물이 내부에 사용될 내구재를 완전히 감싸게 된다는 것이다. 상기 삽입물(10)은 가능하다면 특수한 탄화물을 함유하고 있는 높은 내마모성을 가진 합금, 예를 들어 크롬 합금 주철로 주조될 수 있다. 또한, 탄화물, 붕소화물, 질화물 또는 산화물 형태 또는 다른 특성을 가진 모든 세라믹 물질로 제조될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 삽입물(10)은 외부 구역(12)과, 외부 구역(12)보다 더 얇은 내부 구역(14)으로 구성된다. 상기 내부 구역(14)은 내부 구역을 두께 방향으로 관통하며 주조시에 제조될 수 있는 매우 많은 홀(16)을 갖는다.

예시된 상기 외부 구역(12)은 삽입물 전체 외주에 걸쳐 각각의 측부 여유면에 공동(20)을 형성하는 방사상 리브(18)를 갖는다. 대향 여유면 모두에 리브가 구비된 삽입물이 바람직하나, 일측의 여유면에만 리브를 제공하는 것도 가능하다. 또한, 상기 리브를 예를 들어 이격된 아이릿(islet)과 같은 다른 돌출요소로 대체할 수도 있으며, 중요한 특징은 하기된 바와 같이 주조 금속으로 코팅할 수 있도록 삽입물 사이에 공동과 셀(cell)을 형성하는 것이다.

주조 삽입물의 경우에 있어서, 열충격에 대한 저항성을 증가시키기 위해 상기 삽입물은 디바링(debarring)후 담금질로 열처리된다. 열충격에 대한 저항성은 얇은 내열성 피막을 제공함으로써 더 향상될 수 있다.

상호 동일한 소정 갯수의 삽입물(10)이 서로 적층되어지되, 홀(16)은 서로 나란하게 정렬되며 리브(18)는 서로 접촉되어 방사형 셀(22)을 형성하게 된다(도 3참조). 상기 두께가 좁은 내부 구역(14)은 각각의 삽입물(10)쌍 사이에 환형 공간(24)을 형성하게 된다(도 2 참조).

바람직하게, 상기 적층의 저부를 형성하는 2개의 외부 삽입물은 외부 여유면에 리브를 갖지 않는다.

그 다음, 이와 같이 생성된 구조체를 안정화시켜 삽입물(10)의 적층을 정렬된 상태로 유지하기 위하여, 2개의 일련의 정렬된 홀(16)에 의해 형성된 적어도 2개의 웰(well)을 통해 로드가 활주된다.

전체 구조체는 로에 놓여져 300℃ 내지 70℃ 사이의 온도로 예열된다. 모든 삽입물이 원하는 온도로 예열되었을 때, 상기 구조체는 로에서 제거된 다음 내구재 주조용 모울더에 놓여진다.

그 후, 삽입물(10)용 지지체(26) 및 내구재의 코어를 형성하기 위한 연성이 강한 피복 합금이 상기 몰드에 주탕된다. 바람직하게는 구상흑연주철인 상기 합금은 환형 공간(24), 홀(16) 및 삽입물(10)사이의 셀(22)에 채워진 후 굳어져 상기 삽입물(10)을 생성된 지지 코어(26)에 완전히 접합시키게 된다. 주조 온도는 삽입물과 주탕된 합금 사이의 야금접합이 발생되지 않도록 선택된다.

상기 지지체(26)가 실린더형 중앙 보어(28)를 갖고 최종 내구재가 연삭 롤 또는 롤러의 후프를 구성하도록 상기 주조 몰드는 실린더형 중앙 경계선을 갖는다.

냉각 및 경화 후, 상기 내구재는 디바링(debarring), 예비가공(premachining) 등과 같이 주조에서 이루어지는 통상의 가공작업을 거친 다음, 상기 보어의 마무리 가공전에 소려(temper)된다.

삽입물(10)의 홀(16)이 하는 중요한 역할을 주지하여야 한다. 실제로, 상기 홀은 주조 이전의 단계 특히, 예열단계에서 삽입물(10)의 안정적인 예비 고정을 가능하게 하며, 적층된 삽입물(10)이 움직이지 않고 반송될 수 있도록 한다. 주조 후, 상기 홀은 코어(26) 내부에 삽입물이 완전히 접합되도록 한다.

또한, 삽입물(10) 사이에 형성된 셀(22)은 이중의 목적을 갖는다. 첫째, 상기 셀은 주탕된 합금이 삽입물의 외부 표면까지 흐르도록 하여 접합을 강화시키는 기능을 한다. 또한, 상기 셀은 도 2에서 (30)으로 개략적으로 표시된 바와 같이 셀(22)에 채워지는 연성이 더 강한 주철의 신속한 마멸을 통하여 내구성있는 음 단면(durable negative profile)이 얻어지도록 한다. 상기 삽입물 사이의 오목부(30)는 연삭 효율에 긍정적인 영향을 준다.

상기 셀(22)의 형상은 피연삭물질 또는 연삭 공정의 특수한 필요조건으로 용이하게 채택될 수 있다. 특수한 경우에 있어서, 셀로 한정되는 대신 내구재 주위에 환형 그루브를 형성하는 것, 특히 압축 공기가 배출되도록 하는 것이 상기 오목부(30)에 유용하거나 필요할 수 있다. 이는 상기 삽입물의 외부 가장자리까지 연장되지 않는 리브(18)를 제공함으로써 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명이 환상 삽입물을 채용한 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 전술한 것과 유사한 공정을 이용하여, 연삭 롤러 또는 롤 세그먼트를 제작을 위해 원호형태로 개구된 삽입물을 사용하는 것도 가능하다.

Claims (12)

1. 높은 내마모성을 가진 금속성 또는 세라믹 물질로 제작된 복합 내구재용 삽입물에 있어서, 상기 삽입물은 전체적으로 링 세그먼트 또는 폐쇄 링 형태이고, 외부 구역(12)과 외부 구역(12)보다 두께가 작은 내부 구역(14)으로 구성되며, 상기 내부 구역(14)은 일련의 홀(16)을 갖는 것을 특징으로 하는 삽입물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 구역(12)은 적어도 하나의 여유면에 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 삽입물.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 돌출부는 방사 방향으로 연장되어 공동(20)을 형성하는 리브(18)로 구성된 것을 특징으로 하는 삽입물.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 리브(18)는 외부 구역(12)의 모든 여유면에 존재하는 것을 특징으로 하는 삽입물.
5. 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리브(18)는 여유면의 외부 가장자리에 못 미치는 것을 특징으로 하는 삽입물.
6. 내부 구역(14)의 홀(16)과 외부 구역(12)의 돌출부(18)가 겹쳐지도록 소정 갯수의 삽입물을 서로의 상부에 적층하는 단계와, 생성된 삽입물 구조체가 임시적으로 고정되고 안정화되도록 2개의 로드를 2열의 홀(16)을 통해 활주시키는 단계와, 상기 구조체를 예열하는 단계와, 상기 구조체를 몰드 내부에 위치시키는 단계 및 상기 삽입물이 점유하지 않은 공간 특히 돌출부 사이의 공동(20)과 홀(16)을 채워 삽입물(10)과 주조 물질사이에 기계적 접합이 이루어지도록 기계적 응력을 견딜 수 있는 비교적 연성인 물질을 주탕시키는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 따른 삽입물을 이용하여 복합 내구재 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 예열단계는 300℃ 내지 700℃ 사이의 온도로 예열된 로에 전체 구조체를 위치시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 내구재 제조방법.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 삽입물(10)은 얇은 내열성 피막이 미리 형성된 것을 특징으로 하는 복합 내구재 제조방법.
9. 기계적 응력을 견딜 수 있는 물질로 제조되어 기계가공이 가능한 비교적 연성인 코어와 기계적 접합으로 상기 코어에 의해 지지되는 일련의 외주 삽입물로 구성된 실린더 형상의 복합 내구재에 있어서, 상기 삽입물(10)은 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 하나에 따른 환형 삽입물이고, 상기 연성 코어(26) 물질은 삽입물의 외부 구역(12)의 돌출부(18) 사이의 공동(20)에 의해 형성된 셀(22)과 삽입물의 내부 구역(14)의 홀(16)을 점유하는 것을 특징으로 하는 복합 내구재.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 실린더형 저부와 동일한 측부의 외부 삽입물은 중간 영역의 외부 삽입물보다 약간 낮은 내마모성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 내구재.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 2개의 외부 삽입물은 외부 여유면에 리브를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 복합 내구재.
12. 제 9 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 내구재는 연삭롤에 후프를 형성하고, 코어가 지지 코어를 조절하도록 된 실린더형 보어(28)를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 내구재.