KR20050030931A

KR20050030931A - 열간금속판재 소성유동 고상접합장치 및 접합방법

Info

Publication number: KR20050030931A
Application number: KR1020050019045A
Authority: KR
Inventors: 진인태
Original assignee: 진인태
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2005-03-31
Also published as: CN100513044C; JP2008532771A; CN101137458A; KR100622524B1; DE112006000576T5; CZ2007680A3; JP4843019B2; DE112006000576B4; WO2006096010A1; CZ307284B6

Abstract

본 발명은 두장의 가열된 금속판재의 선단표면을 상호 중첩시켜 밀폐형 접합금형속에서 강한 압력에 의하여 중첩된 열간금속을 소성유동시키면서 접합하고자하는 접합장치과 접합방법에 관한것이다. 이를 위해서 두장의 가열된 금속판재가 각각 접합금형의 양쪽방향에있는 나팔입구부를 통하여 접합금형속으로 삽입될 때 금형 내부에 삽입되어 있는 세이빙금형 칼날에 의해서 중첩될 두 장의 금속판재중첩표면이 세이빙절삭되어 산화막이 제거된 상태로 상호 중첩된 후 중첩된 면에 수직방향으로 상부접합금형에 의하여 강한 압력으로 압착단조할 때 밀폐된 금형의 구조 때문에 접합에 강한 압착력을 얻을 수 있을 뿐 아니라 중첩된 과잉소재가 접합과 동시에 금형 내부의 독특한 구조인 세이빙금형과 클램프표면이 이루는 과잉금속보관용빈공간으로의 소성유동에 의하여 밀려나면서 금속판재선단면에 있는 산화막도 빈공간으로 밀려나가게 하여 판재의 선단중첩표면과 선단면에 있는 산화막이 제거된 상태의 순수한 금속만으로 소성유동접합이 되도록 하는 접합장치와 접합방법에 관한 것이다.

Description

열간금속판재 소성유동 고상접합장치 및 접합방법{Solid bonding device and method by plasticity flow of hot metal sheets}

두 장의 금속판재의 선단부를 접합시키는 방법은 일반적으로 용융법에 의한 용접 등으로 접합시킬 수 있으나 두께가 두꺼운 판재나 종류가 다른 금속판재를 접합시키는 경우에는 용융법이 곤란하다. 특히 열간압연과정 중에 두꺼운 금속판재를 연속적으로 압연하기 위해서 이동하는 압연재를 신속하게 접합하여 연속압연할 경우에 용융법의 사용은 제한을 받는다.

따라서 열간압연과정 중에 두 금속판재를 접합하는 방법으로 압접법이 사용되는데 압접이 가능하기 위해서는 두 금속판재의 접합 면에 있는 산화막등의 불순물을 제거한 후에 접합해야 하기 때문에 산화막제거공정이 추가로 선행되어야하는 단점이 있었으나 근래에는 산화막제거 공정을 접합공정과 동시에 할 수 있는 방법이 연구되고 있다.

대표적으로는 특허공개번호 2001-0062404에서 지적하듯이 두 금속판재를 중첩한 다음 삼각기둥의 돌기부가 있는 상하 부의 전단칼로 판 두께방향으로 직각이 아닌 경사각을 설정하여 금속판재를 완전히 절단하지 않는 범위 내에서 압하력을 가하여 전단 된 신생면끼리 접합하도록 하고 있다. 이때 접합력을 향상시키기 위해서 삼각형의 돌기부가 클램핑하여 접합면에 압축하중을 가하도록 하는 것과 경사지게 절단하여 접합면이 두께방향으로 경사지게 하여 연속적인 마무리압연으로 압연 되어 얇아질때 더욱더 잘 접합 되도록 하는 것이 특징이다. 그러나 삼각돌기부에 의하여 클램핑하는 것은 압력하중이 작을 뿐 아니라 돌기부의 클램핑에의한 흠집이 발생하는 등의 문제점은 피할 수 없다.

또한, 등록특허 10-0293284에 지적하듯이 길이방향의 접합강도를 크게 하기 위하여 접합 되는 두 금속판재의 선단부를 요철형상으로 하고 상호 끼워 맞출 때 요철부의 전단면에 각도를 주어 억지 끼움 맞춤하여 상호접합 되도 록하고 있는 것이 특징이나 요철모양의 절단 가공공정이 추가로 요구되며 전단면의 경사진 각도에 의해서 압접에 필요한 압력을 얻기에는 한계가 있다.

등록특허 10-0382011에서도 판재를 중첩하되 두 판재를 클램프로 고정한 채 한쪽 클램프 면을 기준으로 하여 에지칼날로 전단하면서 전단된 신생면끼리 접합할 때 두 개의 클램프로 고정하여 접합면에 접합하중을 가하도록 하는 것이 특징이다.

이와 같이 대체로 열간압연과 동시에 연속적으로 접합하기 위한 방법은 접합하고자하는 금속판재의 선단 면에 신생면을 만듦과 동시에 클램프에 의해 길이방향으로 압력을 가하는 형태가 있다.

상기의 방법들은 판재의 선단면끼리의 접합을 위해서 전단금형에 의하여 신생면을 만들고 비교적 간단한 클램핑에 의해서 접합압력을 가하는 방법을 택하고 있으나 이와 반대로 등록특허 10-0261204에 나와 있는 것처럼 금속판재의 선단표면을 중첩한 후 중첩된 접촉 면상에서 접합면을 구성하는 방법이 있다. 이 방법은 접합면의 산화막제거를 위해서 환원화염분위기하에서 기계적으로 제거한 후 접합부를 압착하여 중첩판재를 접합하는 것이 특징이다. 이 중첩방법의 단점은 판재의 선단면이 접합 되는 것이 아니라 중첩된 표면부분이 접합되기위해서는 산화막제거공정이 선행되어야하고 소재가 판재폭방향으로 밀려나가 판재의 폭이 넓어져 추가로 늘어난 폭을 트리밍가공해야하는 것이 단점이다.

그러나 본 발명은 접합면이 중첩된 판재표면상에서 이루어지면서 중첩된 표면에 수직방향으로 압축되어 소재가 판재폭방향으로 소재가 밀려나오는 대신 밀려나오는 과잉소재의 양만큼 되는 빈공간이 밀폐형 금형 내부에서 만들어져있어 이 공간으로 과잉소재와 판재선단면에 있는 산화막 찌꺼기가 밀려나면서 두 금속판재가 강한 소성유동압력으로서 압접되도록하는 것이 특징이며 중첩면에서의 산화막제거는 두 금속판재가 접합금형 속으로 삽입될 때 판재의 선단면에 놓여있는 세이빙금형의 칼날에 의해서 판재선단중첩표면이 세이빙절삭되어 산화막이 제거되게 하고 산화막 찌꺼기는 세이빙금형의 칼날 앞의 빈공간상에 모이도록 하여 접합 후 자동으로 제거되는 구조로 되어 있으며 두 금속판재의 선단면에 있는 산화막제거는 별도의 선행되는 절단공정이 필요없이 소성유동과 동시에 판재선단면이 세이빙금형의 빈공간으로 유동 되어 접합이 진행되면서 소성 유동영역 밖인 세이빙금형내부의 빈공간으로 밀려나오게 하여 데드메탈존을 형성하면서 자동으로 산화막찌거기를 제거하게 하여 순수한 금속끼리 압접하도록 되어 있는 것이 특징이다. 종래의 기존 중첩에 의한 접합방법들의 단점인 산화막 제거를 위한 선행되는 공정과 과잉금속의 추가처리를 위한 트리밍공정이 필요없이 강력한 접합과 산화막 제거가 동시에 되도록 하는 것이 특징이다.

또한, 금속판재가 이동하는 열간연속압연공정인 경우에 이동하는 후행 열간압연재의 이동 관성력에의해서 후행압연재의 선단면이 접합금형의 왼쪽 나팔입구부를 통하여 접합금형 내부에 자동으로 삽입되어 접합장치를 이동할 수 있도록 접합장치의 하부에 접합금형이동용 바퀴가 달려있어 소재와 함께 이동하고 또한 이동하는 접합금형에 의해서 오른쪽 면상에 정지된 선행압연재의 후단면이 이동하는 접합금형의 나팔입구부를 통하여 접합금형 내부로 자동으로 삽입되도록 하여 두 압연재가 자동으로 접합을 위한 판재소재의 위치에 중첩되도록 하여 이동중에 접합할 수 있도록 하는 것이 특징이다.

두 장의 금속판재의 접합방법 중에 선단면끼리 맞대어 압력접합에 의한 접합방법이 해결해야하는 문제점으로서는 판재의 특성상 단면의 두께에 비해서 길이가 길어서 판재선단면에 수직으로 압력을 가할 수 없는 형상이 있다. 따라서 판재의 선단면을 맞대는 대신 판재를 중첩시켜 전단하중을 가하여 전단력으로써 접합하는 경우가 일반적이다. 이러한 방법을 택하고 있는 사례들을 보면 클램프로 두 판재를 고정한 상태에서 판재 면상의 수직방향으로 압력을 가하여 중첩된 판재를 전단 하면서 클램프의 고정으로 인하여 길이방향의 접합압력이 가해지는 방법을 택하고 있다. 이때 전단과 동시에 접합하기 때문에 새로운 접합면을 형성하여 산화막등의 불순물이 접합면에 개입될 여지가 없이 접합 될 수 있는 장점은 가지고 있으나 접합력에 필요한 압력은 전단과 클램프력에 의지하기 때문에 접합단면에 수직으로 가하는 접합압력이 약해지는 단점이 있어 종래의 특허기술에서 이 문제점을 개선하기 위하여 전단칼의 형상을 개선하는 방향으로 연구돼 왔었다.

또한, 금속판재를 중첩하여 전단에 의하지 않고 강한 단조압력으로 접합할 경우에는 접합압력은 강한 반면에 접합면의 산화막제거를 위한 선행공정이 필요하고 중첩된 소재의 양이 단조압접되면서 판재 폭 방향으로 폭을 늘리게 되어 추가의 트리밍공정으로 늘어난 폭을 절단해야하는 단점이 있다. 따라서 이 문제점을 개선하기 위하여 중첩되는 판재의 끝 부분의 폭을 작게 하여 단접함으로써 늘어난 폭이 기존의 판재 폭과 같이 되어 추가의 트리밍공정이 필요없이 접합하는 시도가 있으나 이 또한 선행적으로 단면을 절단가공해야하는 단점이 있다.

따라서 본 발명에서는 중첩판재의 접합시에 중첩부에 가하는 중첩면에 수직압력을 이용하여 강한 접합압력을 유지하고 두 판재의 이동을 막는 강한 클램프력을 가진 클램프와 중첩된 판재의 과잉금속이 판재의 폭 방향으로 밀려나오는 대신 세이빙금형의 빈공간으로 채우게 하여 상기 중첩법의 단점인 폭 방향의 퍼짐을 해결하고 또한 과잉금속이 빈공간으로 밀려나오면서 판재의 선단면상에 있는 산화막찌꺼기와 함께 제거되도록 하는 세이빙금형내의 빈공간의 구조로써 기존의 중첩판재의 전단에 의한 신생면을 만드는 대신 소성유동에 의한 산화막제거방법을 채택하여 밀폐된 접합금형 내부에서 강한 압력으로 중첩된 판재상호간에 소성유동을 일으켜 접합하도록 하여 기존의 방법보다 월등하게 접합력이 향상되도록 하는 것과 또한 중첩되기 전에 판재의 표면에 있는 산화막은 판재소재가 접합금형에 삽입될 때 금형 내부에 있는 세이빙금형의 칼날에 의해서 접합 될 중첩표면을 세이빙절삭하여 산화막을 제거하고 찌꺼기는 세이빙칼날의 앞에 있는 빈공간에 쌓이도록 하여 접합이 완료된 후 제거되도록 하는 방법으로써 기존의 접합방법에서 해결하고자하는 과제인 강한 접합력에 의한 접합과 동시에 산화막제거공정을 한 번에 할 수 있는 것이 본 발명의 해결해야 할 기술적 과제이다.

또한, 연속 압연시 이동하는 금속판재를 이동과 동시에 접합할 수 있도록 하기 위하여 후행 압연재의 선단면과 선행 압연재의 후단면이 접합금형 속에 쉽게 삽입 되도록 하기 위하여 각각 접합금형의 양쪽입구 부를 판재단면보다 점차 크게 하여 나팔형으로 구성하고 선후행압연재의 단면이 접합금형 속으로 잘 삽입되도록 하여 각각 접합금형의 입구부의 전면에 삽입 롤러를 부착하여 접합금형 속으로 압연재를 밀어 넣을 수 있게 하여 중첩되는 금속판재의 접합위치를 정확히 조정하는 것과 접합금형의 하부에 수개의 이동용 바퀴가 부착되어 접합금형이 이동중에 있는 압연판재와 함께 이동하면서 접합 되도 록 하는 것이 본 발명이 해결해야할 기술적 과제이다.

기존의 발명들이 중첩된 판재를 전단력에 의하여 접합하기 위해서 삼각돌기부를 갖고 있는 상하전단칼이 중첩되지 않은 전단상태로 맞물려 중첩된 판재를 두께방향으로 전단 하면서 산화막을 제거하여 신생면끼리 접합할 때 삼각돌기부의 클램핑력에 의한 접합압력으로 판재의 선단면이 접합 되는 구조로 되어 있는 반면에 본원 발명은 도 1처럼 상부접합금형(7)과 하부접합금형(8)이 중첩한 상태로 맞물려 중첩된 판재를 중첩표면(5)에 수직인 압축하중을 작용하여 압착할 때 클램프의 모서리 선단에 삽입되어 있는 세이빙금형(11)에 의해 산화막제거와 동시에 판재의 중첩표면이 접합 되는 구조를 가지는 것이 기존의 발명인 전단칼에 의한 중첩판재의 접합방법과 다르다.

그러나 중첩된 상하부접합금형(7)(8)은 기존의 전단형 접합칼보다 접합면에 강한 접합력을 얻을 수는 있으나 중첩된 금속판재중첩표면(5)의 산화막과 판재선단면(4)에 있는 산화막도 동시에 제거해야는 문제와 중첩된 소재가 접합 후 한 장의 판재로 되기 위해서 판재폭방향으로 밀려나오는 과잉금속(6)을 트리밍해야하는 공정이 추가되어야 하는 단점이 있다.

이러한 단점을 개선하고 강한 접합력을 얻을 수 있는 단접법을 이용하기 위하여 본 발명은 도 1에서처럼 상부접합금형(7)과 하부접합금형(8)을 중첩한 상태에서 두 장의 금속판재(1)가 중첩되기 전에 선단 중첩표면(5)에 있는 산화막을 접합금형 내에 삽입된 세이빙금형칼날(12)로써 산화막을 제거함과 동시에 세이빙금형칼날(12)앞에 빈공간을 두어 산화막찌거기를 보관한 채 소성유동되어 접합할 때 과잉금속(6)을 세이빙금형(11)의 사다리꼴 과잉금속보관용빈공간(14)으로 내보냄과 동시에 판재선단(4)에 있는 산화막도 함께 배출하도록 하여 상기의 단점들을 일시에 해소하여 한 번의 공정으로 강한 접합력에 의한 중첩된 판재를 강하게 접합하도록 하였다. 이를 위하여 도 1은 하부접합금형(8)이 중첩된 금속판재(1)중에서 우측하에 있는 판재(3)의 선단면(4)까지 받치고 있고 상부접합금형(7)과 하부접합금형(8)이 두 장의 금속판재(1)가 중첩된 것처럼 같은 모양으로 중첩되게 하여 상부접합금형(7)이 상부클램프(9)와 밀착하여 슬라이딩 되어 하방향으로 이동할 때 상하접합금형의 중첩된 부분 사이에 놓여있는 중첩된 판재 위에 압축하중이 전달되어 중첩된 금속판재를 압착하면서 소성유동접합할 수 있도록 하는 것을 도시하고 있다.

도 2 는 소성유동접합을 위하여 접합금형 속으로 금속판재를 삽입하는 과정도로서 도 2(a)에서처럼 접합하고자 하는 두 장의 판재금속(1) 중 좌측 위의 금속판재(2)를 삽입용롤러부(20)에의해서 접합금형의 좌쪽나팔입구부(19)의 좌측방향에서 금속판재를 강제로 삽입할 때 판재의 삽 입력에 의해서 우측에 있는 돌출된 과잉금속추출용스프링(15)이 수축하면서 좌측의 세이빙금형(11)의 세이빙금형칼날(12)에의해서 좌측금속판재(2)의 중첩표면(5)을 세이빙절삭하도록 하여 중첩될 판재표면에 있는 산화막층의 산화막을 벗겨냄과 동시에 도 2(b)(c)의 그림처럼 우측의 금속판재(3)가 우측의 삽입용롤러부(20)에의해서 접합금형의 오른쪽나팔입구부(19)의 우측방향에서 금속판재를 강제로 삽입할 때 판재의 삽 입력에 의해서 좌측에 있는 돌출된 과잉금속추출용 스프링(15)이 수축하면서 좌우 측의 세이빙금형(11)의 세이빙금형칼날(12)에의해서 좌 우측금속판재(2)의 중첩표면(5)을 세이빙절삭하도록 하면서 각각 세이빙금형칼날(12) 바로 앞에 있는 세이빙찌거기보관용빈공간(13)에 산화막찌거기를 보관된 상태에서 두 장의 금속판재(1)를 순수금속상태로 중첩하는 과정을 도시하고 있다.

도 3은 접합금형 속에 삽입된 금속판재를 소성유동접합하는 과정도로서 도 3(a)와 같이 중첩된 판재 중의 우측 밑에 있는 우측판재(3)를 하부접합금형(8)과 쌍을 이루고 있는 상부클램프(9)로써 우측으로 밀려가지 않도록 클램핑하고 중첩된 판재중의 위에 있는 좌측판재(2)를 상부접합금형(7)과 쌍을 이루고 있는 하부클램프(10)로써 좌측으로 밀려가지 않도록 클램핑하고 암수 한 쌍씩의 접합금형과 클램프의 구조에 의해서 폭 방향으로 판재의 퍼짐을 막는 한편 상부접합금형(7)이 접합하중유압실린더(22)에 의해서 하방향으로 슬라이딩 이동하면서 좌측위의 판재금속(2)의 중첩표면(5)을 하부접합금형(8) 위에 놓여있는 우측 밑의 판재금속(3)의 중첩표면(5) 위에 압하력을 가하도록 중첩된 상태를 도시하고 있다. 도 3(b)는 위에 있는 중첩된 부분의 좌측금속판재(2)의 양의 절반과 밑에 있는 중첩된 우측금속판재(3)의 양의 절반이 각각 섞이어 소성유동을 일으키면서 접합시킬 때 도 3(c)의 그림처럼 밀려나오는 중첩된 부분의 좌우측금속판재(2, 3)의 양의 절반이 되는 과잉금속(6)의 양을 사다리꼴 형태인 세이빙금형(11)의 곡면경사면(12a)과 상부클램프표면과 금속판재(2)의 선단면(4)으로 둘러싸이고 그 부피가 중첩된 부분의 금속판재의 양의 절반이 되는 과잉금속보관용빈공간속(14)으로 밀어내면서 판재의 선단면(4)에 남아 있는 산화막찌거기도 함께 빈공간(14)으로 배출되도록 하는 과정을 도시하고 있다. 또한, 도 3(d)의 그림처럼 접합금형의 모서리와 세이빙금형의 모서리가 만나 접합이 완료됨과 동시에 과잉금속(6)의 배출도 완료되게 하는 사다리꼴 세이빙금형(11)의 작동과 구조로써 산화막제거와 동시에 두 장의 금속판재를 접합하는 과정을 도시하고 있다.

도 4는 상부접합금형(7)과 그에 연결된 하부클램프(10)의 사시도로서 중첩된 두 장의 가열된 금속판재(1)에 접합하중을 가하기 위하여 상부접합금형(7)이 중첩된 금속판재(1) 중에서 좌측 위에 있는 판재(2)의 선단면(4)까지 놓여있게 하고 접합부의 중첩위치를 정확히 고정하기 위하여 상부접합금형(7)의 숫형과 하부클램프(10)의 암형이 암수형태로 맞물리게 한 구조에 의해서 폭 방향으로 판재의 퍼짐을 막는 한편 암수형태의 접합금형과 클램프 사이에 놓여있는 판재를 클램핑하기 위해 상부접합금형(7)의 클램핑유압실린더(21)와 하부클램프(10)를 실린더로드로 연결한 구조를 도시하고 있다. 하부클램프의 모서리 선단에 세이빙금형(11)이 삽입되도록 단이 형성되어 있고 세이빙금형(11)을 지탱하기 위한 지지부와 과잉금속추출용스프링(15)이 하부클램프(10)에 삽입되도록 적절한 수의 구멍이 좌우로 관통되어 있는 하부클램프(10)와 상부접합금형(7)를 도시하고 있다.

또한, 도 5의 하부접합금형(8)과 그에 연결된 상부클램프(7)의 사시도에서처럼 접합금형 내로 두 장의 가열된 판재를 삽입하기 쉽도록 접합금형의 오른쪽 입구 부가 나팔입구부(19)로 되어 있으며 접합부의 중첩위치를 정확히 고정하기 위하여 하부접합금형(8)의 암형과 상부클램프(9)의 숫형이 암수형태로 맞물리게 한 구조로써 접합금형과 클램프의 암수구조에 의해서 폭 방향으로 판재의 퍼짐을 막는 한편, 암수형태의 접합금형과 클램프 사이에 놓여있는 판재를 클램핑하기 위해 하부접합금형(8)의 클램핑유압실린더(21)와 상부클램프(9)를 실린더로드로 연결한 구조로 되어 있으며 상부클램프의 모서리 선단에 세이빙금형(11)이 삽입되도록 단이 형성되어 있고 세이빙금형(11)을 지탱하기 위한 지지부와 과잉금속추출용 스프링(15)이 삽입되도록 적절한 수의 구멍이 좌우로 관통되어 있는 것을 특징으로 하는 상부클램프(9)와 하부접합금형(8)을 도시하고 있다.

도 6과 7에서처럼 상하접합금형과 접촉해 있는 상하클램프의 모서리 선단에 삽입되어 있는 세이빙금형(11)의 표면은 금속판재(1)의 표면에 붙어있는 산화막을 제거하기 위한 세이빙금형(11)의 칼날(12)과 칼날 바로 앞에 세이빙찌거기보관용빈공간(13)을 가지고 있으며 세이빙금형(11)의 후반부에 있는 과잉금속추출용 스프링(15)의 인장에 의한 세이빙금형(11)이 돌출된 상태에서 두 장의 판재가 동시에 삽입할 때 판재의 삽입력에의해서 스프링이 수축하면서 세이빙금형(11)의 세이빙금형칼날(12)에 의해서 중첩판재의 중첩표면을 각각 세이빙절삭하도록 하여 중첩면에 있는 산화막을 제거하는 방법과 또한 중첩된 판재가 압축되어 소성유동접합이 진행될 때 판재의 퍼짐으로 인한 과잉금속(6)과 판재선단면(4)상의 산화막찌거기를 수용하기 위하여 세이빙금형(11)의 곡면경사면(12a)과 상부클램프(9)의 표면과 금속판재선단면(4)으로 둘러싸이고 그 부피가 중첩된 부분의 금속판재의 양의 절반이 되는 과잉금속보관용빈공간(14)을 형성하기 위하여 사다리꼴 형태의 곡면경사면(12a)을 가지고 있는 세이빙금형(11)의 형상과 접합을 위해서 상하부접합금형이 압축될 때 밀려나오는 과잉금속(6)을 받아내면서 판재선단면(4)을 세이빙하기 쉽도록 세이빙금형(11)의 경사면을 곡면으로 하게 하여 밀려나오는 과잉금속(6)을 쉽게 받아내는 작동과 접합금형의 모서리와 세이빙금형의 모서리가 만나 접합이 완료됨과 동시에 과잉금속(6)의 배출도 완료되게 하는 방법과 상하접합금형이 분리될 때 세이빙금형(11)의 후반부에 장착된 스프링의 복원력에 위하여 과잉금속보관용빈공간(14)을 채우고 있는 과잉금속(6)과 산화막찌거기를 배출하는 방법을 특징으로하는 세이빙금형(11)의 형상을 도시하고 있다.

그리고 도 8에서처럼 상부접합금형(7)의 상단에 설치된 적정수의 실린더로드에 연결된 접합하중유압실린더(22)에 의하여 왼쪽의 상부접합금형(7)이 중첩된 판재에 압축하중을 가할 때 오른 쪽에 있는 상부클램프(9)와 밀착되어 슬라이딩 되면서 중첩된 판재를 압축할 수 있도록 상부접합금형(7)의 상단부를 연장하여 상부클램프(9) 상단에 연결된 슬라이딩 로드(18)가 통과할 수 있도록 맞물리게 하여 좌측의 상부접합금형(7)과 우측의 상부클램프(9)가 상호밀착되어 슬라이딩 될 수 있도록 하는 구조와 도 1의 그림처럼 상부접합금형(7)이 일정거리만큼 압축할 수 있도록 좌측에 있는 하부클램프(10) 하단에 클램프위치고정용스톱퍼(17)가 부착되어 있어 판재두께만큼 이동할 수 있도록 한 구조와 상하 클램프의 상하단에 클램프돌출용스프링(16)이 장착되어 접합 후 접합금형이 분리될 때 스프링의 복원력에 의하여 상하클램프를 상하로 돌출하여 과잉금속(6)과 산화막찌거기를 배출할 수 있도록 하기위한 적절한 수의 클램프돌출용스프링(16)이 장착된 것을 도시하고 있다.

또한, 도 8 및 도 9 그리고 도 10에서처럼 상부접합금형(7)을 지지프레임(23)의 상부에 하부접합금형(8)을 지지프레임(23)의 하부에 고정하여 접합금형을 적절한 수의 지주로써 연결하여 지탱하고 있는 접합금형지지프레임(23)의 하단부 밑에 접합금형의 나팔입구부(19)방향으로 향하는 접합금형이동용 바퀴(24)가 달려 있어 이동중인 후행 압연판재가 접합금형의 왼쪽의 나팔입구부(19)로 삽입되어 접합금형을 밀면서 함께 이동할 때 접합금형의 오른 쪽에 있는 나팔입구부(19)의 입구가 정지된 선행압연재의 후단부를 자동으로 삽입하게 되어 접합하고자하는 선후 행 압연재와 접합금형이 함께 같은 속도로 이동하면서 선후 행 압연재가 접합할 수 있도록 하는 특징이 있는 이동중인 열간압연재를 접합할 수 접합금형이동용 바퀴(24)가 달려있는 금속판재 소성유동접합장치의 정면도와 측면도 및 사시도를 각각 도시하고 있다.

용융법에 의한 용접이 어려운 비교적 두꺼운 두 금속판재(1)를 강한 단조압력으로 압착하여 소성유동을 일으키면서 접합하기 때문에 강한 접합력을 얻을 수 있어 양호한 고상접합과 세이빙금형의 작동으로 판재선단면과 중첩표면에 있는 산화막제거와 동시에 접합할 수 있기 때문에 선행되는 기존의 산화막제거공정이 줄어들어 생산성이 향상된다. 그리고 접합금형의 나팔입구부를 통하여 이동하는 압연재가 접합금형 속의 정확한 위치에 놓이게 하여 간단하면서 신속하게 접합이 가능하도록 하고 접합금형에 이동용 바퀴를 부착하여 이동중에 있는 압연재도 접합할 수 있도록 하여 열간압연공정중의 연속압연이 가능하다. 그리고 소성유동에의하여 접합하기 때문에 이종금속간의 접합도 가능하여 향후 활발한 응용이 기대된다.

도 1은 소성유동접합금형의 단면도

도 2는 접합금형 속으로 열간금속판재를 삽입하여 중첩하는 과정도

도 3은 접합금형 속에서 중첩된 금속판재를 소성 유동접합하는 과정도

도 4는 상부접합금형과 그에 연결된 하부클램프의 사시도

도 5는 하부접합금형과 그에 연결된 상부클램프의 사시도

도 6은 상하부클램프의 모서리에 삽입되어 있는 세이빙금형의 사시도

도 7은 세이빙금형칼날 및 세이빙찌꺼기보관용빈공간 단면도

도 8은 금속판재 소성유동접합장치의 전면도

도 9는 이동용 바퀴가 달린 금속판재 소성유동접합장치의 측면도

도 10은 이동용 바퀴가 달린 금속판재 소성유동접합장치의 사시도

<도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명>

1: 금속판재 2: 좌측금속판재 3: 우측금속판재 4: 금속판재선단면 5: 금속판재선단중첩표면 6: 과잉금속 7: 상부접합금형 8: 하부접합금형 9: 상부클램프 10: 하부클램프 11: 세이빙금형 12: 세이빙금형칼날 12a: 곡면경사면 13: 세이빙찌거기보관용빈공간 14: 과잉금속보관용빈공간 15: 과잉금속추출용스프링 16: 클램프돌출용스프링 17: 클램프위치고정용스톱퍼 18: 슬라이딩로드 19: 나팔입구부 20: 삽입용롤러부 21: 클램핑유압실린더 22: 접합하중유압실린더 23: 접합금형지지프레임 24: 접합금형이동용바퀴 25: 유압탱크 26: 유압펌프 27: 가열히터삽입공간

Claims

중첩된 두 장의 가열된 금속판재(1)에 접합하중을 가하기 위하여 상부접합금형(7)이 중첩된 금속판재(1) 중에서 좌측 위에 있는 판재의 선단면(4)까지 놓여있게 하고 하부접합금형(8)이 중첩된 금속판재(1) 중에서 우측하에 있는 판재의 선단면(4)을 받치고 있어 상부접합금형(7)과 하부접합금형(8)이 두 장의 금속판재(1)가 중첩된 것처럼 같은 모양으로 중첩되게 하여 상부접합금형(7)이 슬라이딩 되어 하방향으로 이동할 때 상하접합금형의 중첩된 부분에 의해 중첩된 판재에 압축하중이 전달되도록 하여 중첩된 금속판재(1)를 압착하는 상부접합금형(7) 및 하부접합금형(8)과; 접합금형 내로 두 장의 가열된 판재를 삽입하기 쉬도록 접합금형의 양쪽 입구에 나팔입구부(19)를 가지고 있으며 접합부의 중첩위치를 정확히 고정하기 위하여 상부접합금형(7)의 수형과 하부클램프(10)의 암형이 암수형태로 맞물리게 한 구조와 또한 하부접합금형(8)의 암형과 상부클램프(9)의 숫형이 암수형태로 맞물리게 한 클램핑구조로써 폭방향으로 판재의 퍼짐을 막는 한편 이 암수형태의 금형과 클램프 사이에 놓여있는 판재를 클램핑하기 위해 상부접합금형(7)의 클램핑유압실린더(21)와 하부클램프(10)를 실린더로드로 연결한 구조와 하부접합금형(8)의 클램핑유압실린더(21)와 상부클램프(9)를 실린더로드로 연결한 구조로 되어 있으며 상하클램프의 모서리 선단에 세이빙금형(11)이 삽입되도록 단이 형성되어 있고 세이빙금형(11)을 지탱하기 위한 지지부와 스프링이 삽입되도록 적절한 수의 구멍이 좌우로 관통되어 있는 것을 특징으로 하는 상부클램프(9) 및 하부클램프(10)와; 상하접합금형과 접촉해 있는 상하클램프의 모서리 선단에 삽입되어 금속판재(1)의 표면에 붙어있는 산화막을 제거하기 위하여 세이빙금형(11)의 칼날과 칼날 바로 앞에 세이빙찌거기보관용빈공간(13)을 가지고 있으며 세이빙금형(11)의 후반부에 있는 과잉금속추출용 스프링(15)의 인장에 의한 세이빙금형(11)이 돌출된 상태에서 두 장의 판재가 동시에 삽입할 때 판재의 삽 입력에 의해서 스프링이 수축하면서 세이빙금형(11)의 세이빙금형칼날(12)에 의해서 반대편 판재의 표면을 각각 세이빙절삭하도록 하여 중첩면에 있는 산화막을 제거하는 방법과 또한 중첩된 판재가 압축되어 소성유동접합이 진행될 때 판재의 퍼짐으로 인한 과잉금속(6)과 판재선단면(4)상의 산화막찌거기를 수용하기 위하여 세이빙금형(11)의 곡면경사면(12a)과 클램프표면과 금속판재선단면(4)으로 둘러싸이고 그 부피가 중첩된 부분의 금속판재의 양의 절반이 되는 과잉금속보관용빈공간(14)을 형성하기 위하여 사다리꼴 형태의 곡면경사면(12a)을 가지고 있는 세이빙금형(11)의 형상과 접합금형의 모서리와 세이빙금형의 모서리가 만나 접합이 완료됨과 동시에 과잉금속(6)의 배출도 완료되게 하는 것과 상하접합금형이 분리될 때 세이빙금형(11)의 후반부에 장착된 스프링의 복원력에 위하여 과잉금속보관용빈공간(14)을 채우고 있는 과잉금속(6)과 산화막찌거기를 배출하는 것을 특징으로 하는 세이빙금형(11); 으로 구성되어 두 장의 금속판재를 접합금형 내에서 소성유동과 함께 접합하는 금속판재 소성유동접합장치.
제 1항에 있어서 상부접합금형(7)의 상단에 설치된 적정수의 실린더 로드에 연결된 유압실린더에 의하여 왼쪽의 상부접합금형(7)이 중첩된 판재에 압축하중을 가할 때 오른 쪽에 있는 상부클램프(9)와 밀착되어 슬라이딩 되면서 중첩된 판재를 압축할 수 있도록 상부접합금형(7)의 상단부를 연장하여 상부클램프(9) 상단에 연결된 슬라이딩 로드(18)가 통과할 수 있도록 맞물리게 하여 좌측의 상부접합금형(7)과 우측의 상부클램프(9)가 상호밀착되어 슬라이딩 될 수 있도록 하는 구조와 상부접합금형(7)이 일정거리만큼 압축할 수 있도록 좌측에 있는 하부클램프(10) 하단에 클램프위치고정스톱퍼가 부착되어 있어 판재두께만큼 이동할 수 있도록 한 구조와 상하클램프의 상하 단에 스프링이 장착되어 접합 후 접합금형이 분리될 때 스프링의 복원력에 위하여 상하클램프를 상하로 돌출하여 과잉금속(6)과 산화막찌거기를 배출할 수 있도록 하기 위한 적절한 수의 클램프돌출용스프링(16)으로 구성되어 금속판재를 소성유동과 함께 접합하는 금속판재 소성유동접합장치.
두 장의 가열된 금속판재(1)를 접합하기 위해서 상하접합금형과 접촉해 있는 상하클램프의 모서리 선단에 삽입되어 있는 세이빙금형(11)의 후반부에 있는 과잉금속추출용스프링(15)의 인장에 의한 세이빙금형(11)이 돌출된 상태에 있는 접합금형의 내부로 접합하고자 하는 두 장의 판재금속(1)을 삽입용롤러부(20)에의해서 접합금형의 좌우나팔입구부(19)의 양방향에서 금속판재를 강제로 동시에 삽입할 때 판재의 삽 입력에 의해서 스프링(15)이 수축하면서 세이빙금형(11)의 세이빙금형칼날(12)에의해서 판재의 중첩표면(5)을 각각 세이빙절삭하도록 하여 중첩될 판재표면에 있는 각각의 산화막층의 산화막을 벗겨내고 세이빙금형칼날(12) 바로 앞에 있는 세이빙찌거기보관용빈공간(13)에 산화막찌거기를 보관된 상태에서 두 장의 금속판재(1)를 순수금속상태로 중첩시키는 방법과; 중첩된 판재중의 우측 밑에 있는 우측판재(3)를 하부접합금형(8)과 쌍을 이루고 있는 상부클램프(9)로써 우측으로 밀려가지 않도록 클램핑하고 중첩된 판재중의 위에 있는 좌측판재(2)를 상부접합금형(7)과 쌍을 이루고 있는 하부클램프(10)로써 좌측으로 밀려가지 않도록 클램핑하여 암수 한 쌍씩의 접합금형과 클램프의 구조에 의해서 폭 방향으로 판재의 퍼짐을 막는 한편 상부접합금형(7)이 접합하중유압실린더(22)에 의해서 하방향으로 슬라이딩 이동하면서 좌측 위의 판재금속(2)의 중첩표면(5)을 하부접합금형(8) 위에 놓여있는 우측 밑의 판재금속(3)의 중첩표면(5) 위에 압하력을 가하는 방법과; 위에 있는 중첩된 부분의 좌측금속판재(2)의 양의 절반과 밑에 있는 중첩된 우측금속판재(3)의 양의 절반이 각각 섞이어 소성유동을 일으키면서 접합시킬 때 밀려나오는 중첩된 부분의 좌우측금속판재(2, 3)의 양의 절반이 되는 과잉금속(6)의 양을 사다리꼴 형태인 세이빙금형(11)의 곡면경사면(12a)과 상부클램프의 표면과 금속판재선단면(4)으로 둘러싸이고 그 부피가 중첩된 부분의 금속판재의 양의 절반이 되는 과잉금속보관용빈공간속(14)으로 밀어내면서 판재의 선단면(4)에 남아 있는 산화막찌거기도 함께 빈공간(14)으로 배출할 때에 접합금형의 모서리와 세이빙금형의 모서리가 평행하게 위치되어 접합이 완료됨과 동시에 과잉금속(6)의 배출도 완료되게 하는 방법; 으로써 산화막제거와 동시에 두 장의 금속판재를 접합할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속판재 소성유동접합방법.
제 3항에 있어서 상하접합금형과 상하클램프를 지탱하기 위한 적절한 수의 지주가 있는 접합금형지지프레임(23)의 하단부 받침대 밑에 접합금형의 입구부방향으로 향하는 접합금형이동바퀴(24)가 달려 있어 이동중인 후행 압연판재가 접합금형의 왼쪽의 나팔형 입구로 삽입되어 금속판재의 관성력에 의하여 금속판재 소성유동접합장치를 밀면서 함께 이동할 때 접합금형의 오른 쪽에 있는 나팔형의 입구가 정지된 선행 압연재의 후단부를 관성력에 의하여 자동으로 접합금형 속으로 삽입하게 하여 접합하고자하는 선후행 압연재를 중첩시킴과 동시에 접합금형이 함께 같은 속도로 이동하면서 상부접합금형의 압축력에 의해 선후행 열간압연재를 접합할 수 있도록 하는 금속판재 소성유동접합방법.
제 3항에 있어서 접합하고자하는 금속판재(1)의 종류가 다른 두 장의 열간금속판재(1)을 접합하는 이종 금속판재간의 소성유동접합방법