KR20020033721A - 링 트래블러 및 그 제조방법 - Google Patents

링 트래블러 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 링 트래블러(10)는 철 재료로 구성되고 적절하다면 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 링상에서 상기 코어가 미끄러지는 주행표면 (1)의 영역에서 적어도 다수부분이 질화된 테두리 층(23, 24)이 제공되는 비코팅된 코어(20)를 구비한다.

Description

링 트래블러 및 그 제조방법{RING TRAVELER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
링 스피닝 가공기 및 링 비틀림 가공기의 링 트래블러는 상응하는 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기의 링상에서 고회전 속도(30 m/s 내지 50 m/s)로 움직인다. 링 트래블러와 링 사이의 접촉표면과 링 트래블러와 스레드(thread) 사이의 접촉표면은 둘다 고도의 마모를 겪게 된다. 그러나, 제조를 증가시키기 위해서는 링 트래블러의 주행속도를 고속으로 증가시키는 것이 요구된다. 보다 길어진 사용수명이 달성됨으로써, 이와 동시에 제조비용이 낮아지게 된다.
최근에는, 링 트래블러를 적당한 재료로 코팅시킴으로써 링 트래블러의 주행 및 작동 특성을 현저하게 향상시키는 것이 가능해졌다. 그러나, 지금까지는 스레드 통로(thread passage)에서의 내마모성을 향상시키는 것이 불가능했다.
미국 특허 제 4,677,817호는 링 트래블러가 더 큰 경도성과 향상된 열 및 항부식성을 주는 세라믹 층을 가지는 링 트래블러를 개시한다. 상기 미국 특허의 공지의 링 트래블러는 향상된 주행 및 작동 특성 때문에 운전 비용을 현저히 감소시켰다. 그러나, 제조의 견지에서 비교적 많은 비용 지출은 원가에 악영향을 끼친다.
본 발명은 청구범위 제 1항과 제 7항에서 각각 청구된 바와 같은 링 스피닝 가공기(spinning machine) 또는 링 비틀림 가공기(twisting machine)용의 링 트래블러(ring traveler)를 제조하는 방법 및 링 트래블러에 관한 것이다.
본 발명에 따른 링 트래블러는 도면에서 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 아래에 더욱더 상세히 설명될 것이다.
도 1a - 1f는 링 트래블러의 다양한 실시예를 도시한다.
도 2는 후자의 공정전에의 링 트래블러의 코어의 단면을 도시한다.
도 3 - 5는 본 발명에 따른 공정후에의 링 트래블러의 코어의 단면을 도시한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 한편으로는 보다 더 향상된 주행 및 작동 특성을 가지며, 다른 한편으로는 감소된 비용으로 제조할 수 있는 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 링 트래블러를 제공하기 위한 것이다. 이 링 트래블러를 제조하는 방법에 대해서도 상술한다.
상기 본 발명의 목적은 청구의 범위 제 1항 및 제 7항에 각각 상술된 특징을 가지는 방법 및 링 트래블러에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 링 트래블러는, 철 재료로 구성되고 적절하다면은 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기의 링상에서 상기 코어가 미끄러지거나 스레드가 안내되는 주행표면의 영역에는 적어도 다수부분이 질화된(nitrided) 테두리 층이 구비되는, 비코팅된 코어를 구비한다.
코어에 적용되고 적절하다면 상당한 비용으로 재기계가공되는 층, 예를 들어 세라믹 또는 인산염 층 대신에, 상기 코어는 적어도 부분적으로는, 열에너지와 활성매체로서의 질화제 (nitriding agent)가 코어로 공급되는 질화처리를 받게 된다.
처리된 재료의 취화(embrittlement) 및 그 탄성에서의 상당한 감소는 질화처리 동안 일어나는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따라 조절되는 질화제의 조성에 의해 그리고 적절하게 선택된 처리시간에 의해, 스피닝 가공 링 상에 링 트래블러가 변형 없이 부착될 수 있도록 하기에 필요한 링 트래블러의 탄성이 유지된다.
코어는 450℃ - 600℃의 범위에서의 온도로, 바람직하게 550℃에 가까운 온도로 가열되고, 3 - 60시간 동안, 바람직하게 약 24시간 동안 상기 온도범위 내에서 유지된다. 질화제는 바람직하게 NH3및 N2성분으로 구성되는 가스, 액체 또는 플라즈마(plasma)의 형태로 공급된다. 질화처리가 일어나지 않아야 할 영역을 일례로 덮어 씌워진다.
링 트래블러의 질화된 테두리 층은, 내부에 방사상으로 놓여 있는 부가적인 확산층을 가진 연결층(connecting layer), 그와 같은, 부가적인 확산층이 없는 연결층, 또는 하나의 확산층만으로 구성된다. 연결층은 바람직하게 두께 0.1㎛ - 30㎛이고, 확산층은 두께가 1㎛ - 2000㎛이다.
바람직하게, 활성매체는 질소 성분외에 황 성분 및/또는 탄소 성분을 부가하여 가진다. 황 성분 및/또는 탄소 성분을 혼합함에 의해, 마찰계수가 감소된다. 동시에, 연결층의 두께와 확산층의 두께는 요구되는 바와 같이 동등하게 된다.
작은 두께의 연결층이 선택될 때, 코어 표면의 거칠기에서 단지 약간의 변화가 얻어진다.
본 발명의 바람직한 정련(refinement)에서, 링 트래블러의 표면은 부가적으로 질화처리 전 및/또는 후에 연마된다. 높은 화학적 응력에 노출된 링 트래블러는 바람직하게 재산화된다.
열처리된 강으로 만들어진 코어가 사용되는 한에서는, 단지 무시할 수 있는 작은 치수변화가 질화처리 동안 일어난다.
본 발명에 따른 링 트래블러는 실질적으로 향상된 작동특성, 특히 증가된 트래블러 사용수명 및 스레드 통로에서의 증가된 압흔(identation) 저항성을 가진다. 기계적 및/또는 화학적 하중을 가진 스레드 통로에서 기능적으로 매우 중요한 압흔 저항성은 50% - 200% 향상되며, 이렇게 처리된 얀(yarn)의 품질에서의 향상을 초래한다. 또한, 증가된 화학 저항성에 의해, 소생되고 염소를 함유한 섬유들의 처리동안 미리 일어난 부식물에 기인한 얀 오염을 피하게 된다. 더우기, 좋은 미끄럼 특성 때문에, 단지 약간의 섬유 윤활이 요구되거나 요구되지 않는다.
또한, 링 트래블러는 더 낮은 비용으로 제조되고 일어날 수 있는 개별적인 요구사항들에 적합하다.
본 발명에 따른 링 트래블러는 회전 밀(mill) 및 비틀림 밀에서 둘다 사용된다. 그들의 좋은 주행 특성, 가령 예를들어 좋은 미끄럼 및 저마모성은 강 링 (steel ring)과 관련하여 특히 유리하게 보완되지만, 그들은 또한 예를들어 소결되거나 연마되거나 코팅된 링과 같은 다른 링들에 사용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 WO 99/49113에서 이미 개시된 다양한 실시예에서 링 트래블러(10a, ..., 10f)를 도시한다. 도 1a와 도 1b는 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 T-플랜지된 링상에 전형적으로 사용되는 바와 같이 C자형 링 트래블러(10a, 10b)를 보여준다. 대조적으로, 도 1c 내지 도 1f는 귀 형상과 갈고리 형상의 링 트래블러(10c, ..., 10f)를 도시한다. 링 트래블러(10c, 10d)는 비스듬하게 플랜지된 링상에 사용되고, 링 트래블러(10e)는 원뿔형으로 주행되는 플랜지된 링상에 사용되며, 링 트래블러(10f)는 수직으로 주행되는 플랜지된 링상에 사용된다.
이들 영역의 링 트래블러(10a, ..., 10f)는 작동을 하는 동안 영역(1)의 각 경우에서 확인되는 플랜지된 링상에서 미끄러지는 주행표면을 형성한다. C자형 링 트래블러(10a, 10b)의 경우에, 그들의 대칭적 구성 때문에 두 플랭크(flank)(a, b)는 주행표면으로서 적당하다. 귀 형상 또는 갈고리 형상인 링 트래블러(10c, ..., 10f)의 경우에, 주행표면의 영역(1)은 분명히 형상에 의해 결정된다. 본 발명에 따른 링 트래블러(10 또는 10a, ..., 10f)는 도 1a 내지 도 1f에서 도시된 실시예에서 또는 다른 바람직한 실시예에서 만들어 진다.
본 발명에 따른 링 트래블러(10)는 철 재료로 구성되고, 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 링상에 미끄러지는 주행표면의 영역(1)에서, 또는 스레드가 안내되는 영역에서, 적어도 질화된 구역을 구비하는 비코팅된 코어(20)를 구비한다. 이 경우에, 스레드 통로는 영역(4)에 의해 나타낸 링 트래블러(10a, ...,10f)의 이들 영역에서 위치된다.
이 목적을 위하여, 링 트래블러(10)는 적어도 부분적으로 열에너지와 활성매체로서의 질화제가 코어에 공급되는 동안 질화처리를 받게 된다. 질화처리후에 가능한 부드러운 표면들을 달성하기 위해서, 링 트래블러(10)는 질화처리전에 바람직하게 연마된다.
코어의 기본재료는 바람직하게 비합금 또는 저합금 강이고, 바람직하게 질화 강(nitriding steel)이다. 바람직하게, 열처리된 강으로 구성되는 코어(20)가 선택되고, 단지 무시할 수 있게 작은 치수변화가 질화처리동안 일어난다. 또한, 코어 (20)의 기본 재료는 바람직하게 크롬, 바나듐, 알루미늄, 몰리브덴, 망간 및/또는 니켈과 같은 질소화물 형성 성분들을 함유한다.
원재료의 선택에 부가하여(예를들어, 열처리된 강), 온도 측면(가열의 램프 측면, 유지 시간 및 유지 온도, 냉각의 램프 측면)과 질화제의 구성과 같은 처리 요소들은 질화처리의 결과에 영향을 끼친다.
코어는 450℃ - 600℃의 범위에서의 온도로, 바람직하게 550℃에 가까운 온도로 노에서 가열되고, 3 - 60시간 동안, 바람직하게 약 24시간 동안 상기 온도범위내에서 유지된다. 질화제는 바람직하게 NH3및 N2성분으로 구성되고, 적절하다면 또한 H2를 구비하는 가스, 액체 또는 플라즈마의 형태로 공급된다. 플라즈마 처리의 경우에, 바람직하게 순수 질소(N2)가 질화제로서 사용되는 동안, 질소 원자들은 진공챔버(evacuated chamber)에서 이온화되고, 그 후에 질소 원자들은 링 트래블러(10)의 반대로 극성화된 표면(22)에 의해 끌어당겨지고 철 질소화합물(iron nitride)을 형성하도록 철과 결합된다.
본 발명에 따라 처리된 링 트래블러(10)는 바람직하게 처리후에 검정, 파랑 (blue), 노랑 또는 하얀 광택(gloss)을 띤 표면(22a)을 가진다.
바람직하게, 활성매체는 질소 성분이외에 황 성분 및/또는 탄소 성분을 부가하여 가진다. 결과적으로, 한편으로는 마찰계수가 감소되고, 동시에 질화된 영역의 형성에 영향을 미치게 된다.
설명된 질화처리에 의해, 적절하다면, 다중부분 질화된 테두리 층이 링 트래블러(10)의 코어(20)에서 형성되고 도 2 내지 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 2는 비처리된 링 트래블러(10)의 코어의 단면을 보여준다. 전체 코어 단면에 걸쳐 변화되지 않은 기본 재료임을 알 수 있다.
도 3은 처리된 링 트래블러(10)의 코어의 단면을 보여주며, 그것은 질화된 기본 재료로 구성되고 연결층(23)으로 나타낸 얇은 테두리층을 구비하고, 실질적인 확산 침투(diffusion saturation)가 일어난다.
도 4는 더욱 확장되게 처리된 질화된 링 트래블러(10)의 코어(20b)의 단면을 보여주며, 그것은 연결층(23)을 구비하고, 후자 아래에, 확산층(24)으로 나타낸 질화된 기본 재료로 구성되는 다른 층을 구비한다. 질소 함량이 높게 혼합된 결정과 침전된 질소화물이 확산층(24)에서 함유된다.
도 5는 질화된 링 트래블러(10)의 코어의 단면을 보여주며, 그것은 확산층(24)만을 구비하고 연결층(23)은 없다.
층 보상의 선택은 링 트래블러(10)를 위한 요구 측면에 따라서 만들어 진다. 단단한(hard) 연결층은 바람직하게 고주행속도로 링 트래블러(10)를 위해 제공된다. 바람직하게 단지 비교적 거칠고 아직 상대적으로 단단한 확산층(24)은 연결층이 회피되고 비교적 높은 힘에 노출되는 링 트래블러를 위하여 선택된다.
연결층은 바람직하게 두께가 0.1㎛ - 30㎛이고 확산층은 두께가 1㎛ - 2000㎛이다. 두께 8㎛ - 12㎛인 연결층과 두께 100㎛ - 200㎛인 확산층의 사용은 특히 유리하다. 작은 두께가 선택되거나 연결층이 완전히 회피됨에 의해, 재료 파손은 막을 수 있으며, 지금까지는 이 업계에서 이 기술을 채용하는 것이 불가능했다.
질화처리의 결과로 일어나는 층 두께는 강 성분과 비처리된 링 트래블러(10)의 표면상태에 크게 좌우된다. 기본적으로, 두꺼운 연결층이 고질소 함유와 고온의 경우에서 달성되고 얇은 연결층은 저질소 함유와 저온의 경우에서 달성된다. 층 투깨 또는 확산 깊이는 동시에 처리 내구성에 좌우된다.
더우기, 좋은 경량의 링 트래블러(10)는 열등하고 무거운 링 트래블러(10) 보다 더 짧은 내구성을 위하여 처리된다.
황 성분 및/또는 탄소 성분이 혼합됨에 의해, 마찰계수가 감소된다. 동시에, 연결층과 확산층의 두께는 요구되는 바와 같이 동등하다.
만약 연결층의 두께가 작다면, 코어 표면(22)의 거칠기에서의 단지 약간의 변화만이 일어나므로, 주행표면의 차후의 연마는 피할 수 있다. 코어 재료의 취화도 또한 피하게 된다.
링 트래블러(10)를 최적화시키기 위하여, 본 발명의 바람직한 정련에서, 코어(20, 20a)의 표면(22, 22a)은 질화처리 전 및/또는 후에 연마된다.
고화학적 응력에 노출된 링 트래블러는 바람직하게 재산화된다.
주행표면(1)의 영역에서, 영역(3)으로 나타낸 링 트래블러(10)의 주요 내부면은 물론 내마모성이어야 하고 좋은 미끄럼 특성을 갖추어야 하므로, 질화된 층(23, 24)을 구비한다. 대응하는 스레드 인장의 결과는 링 트래블러(10)가 링상에서 측면으로 기울어져 주행하므로 질화된 층(23, 24)을 가진 양 단부면(2)을 재공하는 것이 또한 유리함이 입증된다.
질화된 테두리 구역을 갖춘 기계적 및/또는 화학적으로 높게 응력된 영역만을 제공하는 것이 또한 가능함에도 불구하고, 질화처리는 바람직하게 전체 링 트래블러(10)에 수행된다.

Claims (14)

  1. 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 철 재료로 구성되는 코어(20)를 구비하는 링 트래블러(10)를 제조하는 방법으로서, 열에너지 및 활성매체로서 질화제가 코어(20)에 공급되는 동안에 코어(20) 또는 그것의 일부가 질화처리를 받는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    코어(20)는 450℃ - 600℃의 범위에서의 온도로, 바람직하게 550℃에 가까운 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    코어(20)는 3 - 60시간 동안, 바람직하게 약 24시간 동안 상기 온도범위내에서 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    질화제는 바람직하게 NH3및 N2성분으로 구성되는 가스, 질소 함량이 높은 액체 또는 질소 함량이 높은 플라즈마의 형태로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    활성매체는 질소 성분외에 황 성분 및/또는 탄소 성분을 부가하여 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    코어(20)는 질화처리 전 및/또는 후에 연마되며, 질화처리 후에 재산화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 철 재료로 구성되는 코어(20)를 갖춘 링 트래블러(10)로서, 코어(20)의 적어도 하나의 기계적으로 응력된 부분, 특히 스레드를 위한 주행표면 및/또는 링상에서 주행되는 표면은 질화된 테두리 층(23, 24)을 가지는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
  8. 제 7항에 있어서,
    테두리 층(23, 24)은, 부가적인 확산층(24)이 없는 연결층(23), 부가적인 확산층(24)을 가진 연결층(23), 또는 하나의 확산층(24)만으로 구성되는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
  9. 제 8항에 있어서,
    연결층(23)은 두께가 0.1㎛ - 30㎛를 가지고, 확산층(24)은 두께가 1㎛ - 2000㎛를 가지며, 바람직하게 두께 8㎛ - 12㎛인 연결층(23)과 두께 100㎛ - 200㎛인 확산층(24)이 제공되는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    연결층(23)은, 또한 적절한 경우에는 확산층(23)도, 황 성분 및/또는 탄소 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    코어(20)의 표면(22)은 연마되며, 코어의 표면에 산화층이 제공되는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
  12. 제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    코어(20)의 표면(22)은 검정, 파랑, 노랑 또는 하얀색이며, 바람직하게는 광택이 있는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
  13. 제 7항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    코어(20)의 기본 재료(21)는 열처리된 및/또는 비합금 또는 저합금 강이며, 바람직하게 질화 강인 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
  14. 제 13항에 있어서,
    코어(20)의 기본 재료(21)는 바람직하게 크롬, 바나듐, 알루미늄, 몰리브덴, 망간 및/또는 니켈과 같은 질소화물 형성 성분들을 함유하는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
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