KR20110064791A - A production equipment of titanium alloy bolt - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 외관 구성을 보인 개략도.1 is a schematic view showing the external configuration of a titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 일 구성인 소재투입장치 및 가열장치의 외관 구성을 보인 사시도.Figure 2 is a perspective view showing the external configuration of a material input device and a heating device which is one configuration of the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 3 은 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 일 구성인 단조금형의 개략적인 구성을 보인 사시도.Figure 3 is a perspective view showing a schematic configuration of a forging die which is one configuration of the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 4a 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 일 구성인 단조금형에 원소재가 공급되는 모습을 보인 사시도.Figure 4a is a perspective view showing a state in which the raw material is supplied to the forging die which is one configuration of the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도4b 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 일 구성인 단조금형에 원소재가 안착된 모습을 보인 사시도.Figure 4b is a perspective view showing a state in which the raw material is seated in the forging die which is one configuration of the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 4c 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 일 구성인 단조금형 내부로 원소재가 삽입된 모습을 보인 사시도.Figure 4c is a perspective view showing a state in which the raw material is inserted into the forging die which is one component of the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 5 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 일 구성인 소재공급장치의 일부를 나타낸 확대도.Figure 5 is an enlarged view showing a part of the material supply apparatus which is one configuration of the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 6a 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합 금 볼트 제조방법을 나타낸 공정 순서도.Figure 6a is a process flow chart showing a titanium alloy bolt manufacturing method using a titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 6b 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 표면처리단계를 세부적으로 나타낸 순서도.Figure 6b is a flow chart showing in detail the surface treatment step as a step in the titanium alloy bolt manufacturing method using a titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 6c 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 소재가열단계를 세부적으로 나타낸 순서도. Figure 6c is a flow chart showing in detail the material heating step of one step in the titanium alloy bolt manufacturing method using a titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 7 은 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 표면처리단계의 온도 조건 변화에 따른 단조 성형성을 검토한 시편 사진.Figure 7 is a photograph of the specimen forging the forging formability according to the temperature conditions of the surface treatment step, which is one step in the titanium alloy bolt manufacturing method using the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 8 은 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 소재가열단계의 온도 조건을 선정하기 위한 실험 데이터.8 is experimental data for selecting a temperature condition of the material heating step, which is one step in the titanium alloy bolt manufacturing method using the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 9 는 도 8의 실시예의 샘플 사진.9 is a sample photograph of the embodiment of FIG. 8;
도 10 은 본 발명에 의한 티타늅합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 단조성형단계의 바람직한 실시 중 원소재의 형상 변화를 순서대로 나타낸 실물 사진.10 is a real picture showing the change in shape of the raw material in the preferred embodiment of the forging step is a one step in the titanium alloy bolt manufacturing method using a titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 11 은 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 단조성형단계를 위한 원소재의 가열온도 또는 유지시간 변화시 단조품의 형상변화를 나타낸 실물사진.11 is a real picture showing the shape change of the forging when the heating temperature or the holding time of the raw material for the forging step is a step in the titanium alloy bolt manufacturing method using the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 12a 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 단조품열처리단계의 열처리 조건 변화에 따른 기 계적 강도 변화를 나타낸 표.Figure 12a is a table showing the mechanical strength change according to the heat treatment conditions of the forging product heat treatment step is a step in the titanium alloy bolt manufacturing method using the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 12b 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 단조품열처리단계 전/후의 조직을 비교한 확대 사진.Figure 12b is an enlarged photograph comparing the structure before and after the forging heat treatment step of the first step in the titanium alloy bolt manufacturing method using a titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 13 은 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 산화막제거단계 실시 전/후의 단조품 외관 상태를 보인 실물 사진.Figure 13 is a real picture showing the appearance of the forging appearance before / after the oxide film removal step is a step in the titanium alloy bolt manufacturing method using the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 14 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 전조단계 실시후의 샘플 사진.Figure 14 is a sample photograph after the implementation of the first step in the titanium alloy bolt manufacturing method using the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 15 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 표면세척단계 실시 시간의 변화에 따른 외경 변화를 보인 샘플 사진.Figure 15 is a sample photograph showing a change in the outer diameter according to the change in the time of the surface washing step, which is one step in the titanium alloy bolt manufacturing method using a titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
도 16 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 타이타늄합금 볼트의 미세조직을 보인 ASTM 사진.Figure 16 is an ASTM picture showing the microstructure of the titanium alloy bolt prepared according to a preferred embodiment of the present invention.
도 17 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 타이타늄합금 볼트 표면의 α-case 두께를 측정한 사진.Figure 17 is a photograph measuring the thickness of the α-case of the titanium alloy bolt surface prepared according to a preferred embodiment of the present invention.
도 18a 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 타티늅합금 볼트의 인장강도를 측정한 실험 데이터.18A is an experimental data of measuring the tensile strength of the Tatinium alloy bolt prepared according to a preferred embodiment of the present invention.
도 18b 는 도 18a의 시편 사진.FIG. 18B is a photograph of the specimen of FIG. 18A; FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100. 소재공급장치 120. 공급관100.
140. 스토퍼 142. 센서140.
144. 실린더 146. 간섭판 144.Cylinder 146.Interference Plate
200. 로더 220. 개구부 200. Loader 220. Opening
240. 토출파이프 300. 가열장치240.
320. 히터 340. 가열로320.
360. 보조가열로 400. 단조성형장치360.
420. 단조금형 422. 소재투입부420. Forging
440. 펀치 460. 이젝터440. Punch 460. Ejector
500. 소재투입장치 F . 단조품500. Material input device F. Forging
S100. 표면처리단계 S120. 윤활처리과정S100. Surface treatment step S120. Lubricating Process
S140. 산화막형성과정 S200. 소재공급단계S140. Oxide film formation process S200. Material supply stage
S300. 소재이송단계 S400. 소재가열단계S300. Material transfer step S400. Material heating stage
S420. 1차가열과정 S440. 2차가열과정S420. Primary heating process S440. Secondary heating process
S500. 단조성형단계 S600. 단조품열처리단계S500. Forging step S600. Forging Heat Treatment Step
S700. 산화막제거단계 S800. 단조품가공단계S700. Oxide removal step S800. Forging Process
S900. 전조단계 S1000. 표면세척단계S900. Rolling step S1000. Surface cleaning step
W . 원소재 W. Raw materials
본 발명은 온간 단조 공정으로 타이타늄합금 볼트의 제조가 가능하도록 한 타이타늄합금 볼트 제조설비에 관한 것이다.The present invention relates to a titanium alloy bolt manufacturing equipment that enables the production of titanium alloy bolts in a warm forging process.
타이타늄합금은 일반 탄소강, stainless, 특수합금강 보다 강도 및 내식성이 높고 경량이며, 지구상에 채굴 가능한 다양한 금속 중에서 알루미늄, 철, 마그네슘 다음으로 풍부한 금속이다.Titanium alloy has higher strength, corrosion resistance and light weight than ordinary carbon steel, stainless steel and special alloy steel, and is the second most abundant metal after aluminum, iron and magnesium among the various metals that can be mined on the earth.
따라서, 구조용재 및 기능재료로서 기존의 소재를 타이타늄으로 대체중에 있으며 군수장비와 민간산업에 그 수요가 급격한 증가추세에 있고, 특히 항공기, 선박 등에 적극 활용되고 있다.Therefore, the existing materials as structural materials and functional materials are being replaced with titanium, and the demand for military equipment and civil industry is rapidly increasing, and is being actively used for aircraft and ships.
그리고, 타이타늄합금을 소재로하여 볼트 제조에도 많은 연구가 진행되고 있다.In addition, many studies have been conducted on the manufacture of bolts using titanium alloys.
즉, 타이타늄합금 볼트는 일반적으로 성형성이 좋지 않아 냉간단조 공정으로는 다수회 실시가 요구되어 생산성이 저하되므로 대량생산이 어려운 문제점이 있다.That is, since the titanium alloy bolt is generally poor formability, the cold forging process is required to be carried out a number of times, and the productivity is lowered, so that mass production is difficult.
또한, 열간단조로 제조된 타이타늄합금 볼트는 표면산화층으로 균열이 빈번하게 발생하여 절삭성이 떨어지는 문제점이 있다.In addition, the titanium alloy bolt manufactured by hot forging has a problem in that the cracking occurs frequently as the surface oxide layer and the machinability is inferior.
따라서, 타이타늄합금 볼트의 성형성 및 절삭성이 향상될 수 있도록 하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.Therefore, much research is being conducted to improve the formability and machinability of the titanium alloy bolts.
그러나, 다수회의 냉간 및 열간 단조로 성형된 타이타늄합금 볼트는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the titanium alloy bolts formed by a plurality of cold and hot forgings have the following problems.
즉, 단조 성형시에 균열 등의 불량이 빈번하게 발생하게 되어 대량 생산에 어려움이 있다.That is, defects such as cracks are frequently generated during forging molding, which causes difficulty in mass production.
또한, 단조금형을 이용하여 단조 시에 금형 내부와의 마찰과 소재특유의 특성으로 인해 소착을 야기하게 되므로 단조금형의 파손으로 인한 관리 비용이 급증하게 되는 문제점이 있다.In addition, since the forging die is caused due to friction with the inside of the mold and the characteristic of the material during the forging using the forging die, there is a problem in that the management cost due to the forging die is rapidly increased.
뿐만 아니라, 단조 성형된 타이타늄합금은 높은 경도를 갖게 되고, 후가공시에 성형기의 tool 마모량이 급증하게 되어 자주 교체해주어야 하므로, 결국 타이타늄합금 볼트의 제조 원가를 증가시키게 되는 문제점이 있다.In addition, the forged-molded titanium alloy has a high hardness, and the amount of tool wear of the molding machine is rapidly increased during the post-processing, and often need to be replaced, there is a problem that eventually increases the manufacturing cost of the titanium alloy bolt.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 온간단조를 이용하고 타이타늄합금 볼트의 연속적인 생산이 가능하도록 한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is to provide a titanium alloy bolt manufacturing equipment that allows for the continuous production of titanium alloy bolts by using warm forging.
본 발명의 다른 목적은, 원소재에 표면윤활을 실시하여 단조금형 내부의 소착을 방지하고, 최적 조건의 열처리를 실시하여 기계적 성질이 향상된 타이타늄 합금볼트의 제조가 가능한 타이타늄합금 볼트 제조 설비를 제공하는 것에 있다.It is another object of the present invention to provide a titanium alloy bolt manufacturing facility capable of producing titanium alloy bolts having improved mechanical properties by performing surface lubrication on raw materials to prevent sintering in the forging mold and performing heat treatment under optimum conditions. Is in.
본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비는, 타이타늄합금으로 형성된 봉재를 일정 길이로 절단한 원소재를 공급하는 소재공급장치와, 상기 소재공급장치로부터 원소재를 제공받아 이송하는 로더와, 상기 로더를 따라 이송하는 원소재를 가열하는 가열장치와, 가열된 원소재를 단조품으로 성형하기 위한 단조금형이 구비되 는 단조성형장치와, 상기 가열장치에서 가열된 원소재를 단조금형으로 안내하는 소재투입장치와, 상기 단조품을 열처리하는 열처리장치와, 상기 열처리된 단조품 표면의 산화막을 제거하는 산화막제거장치와, 상기 산화막이 제거된 단조품의 일측을 가공하는 가공장치와, 일측이 가공된 단조품의 외면에 나사산을 형성하는 전조장치와, 상기 나사산이 형성된 타이타늄합금 볼트의 표면을 세척하는 세척장치를 포함하여 구성된다.The titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention includes a material supply device for supplying raw materials obtained by cutting a bar material formed of titanium alloy to a predetermined length, a loader for receiving and transporting raw materials from the material supply device, and the loader. A forging molding apparatus having a heating device for heating the raw material to be transported along with it, a forging mold for molding the heated raw material into a forging product, and a material feeding device for guiding the raw material heated by the heating device to the forging mold. And a heat treatment device for heat treating the forged product, an oxide film removal device for removing an oxide film on the surface of the heat treated forged product, a processing device for processing one side of the forged product from which the oxide film has been removed, and a thread on the outer surface of the forged product on which one side is processed. Comprising a rolling device for forming a, and a cleaning device for washing the surface of the titanium alloy bolt formed with the thread do.
상기 로더는, 상기 가열장치 내부를 경유하여 순환하도록 폐곡선 운동하는 것을 특징으로 한다.The loader is characterized in that the closed curve movement so as to circulate through the inside of the heating device.
상기 가열장치는, 상기 원소재를 1차로 가열하는 가열로와, 상기 가열로를 빠져나온 원소재를 보조가열하는 보조가열로를 포함하여 구성된다.The said heating apparatus is comprised including the heating furnace which heats the said raw material primarily, and the auxiliary heating furnace which auxiliary-heats the raw material which exited the said heating furnace.
상기 보조가열로 일측에는, 진동을 발생하여 원소재의 원활한 이송이 가능하도록 하는 진동발생기가 구비됨을 특징으로 한다.One side of the auxiliary heating furnace, characterized in that the vibration generator for generating a vibration to enable the smooth transfer of the raw material.
상기 소재공급장치는, 상기 원소재의 공급 방향을 안내하는 공급관과, 상기 공급관 내부 공간을 따라 이동하는 원소재의 일측을 선택적으로 간섭하여 움직임을 제한하는 스토퍼를 포함하여 구성된다.The material supply apparatus includes a supply pipe for guiding a supply direction of the raw material and a stopper for restricting movement by selectively interfering with one side of the raw material moving along the internal space of the supply pipe.
상기 스토퍼는 다수로 구비됨을 특징으로 한다.The stopper is characterized in that it is provided with a plurality.
소재투입장치 일측에는, 상기 단조금형으로 이동하는 원소재의 보온을 위한 단열재가 구비됨을 특징으로 한다.One side of the material input device, characterized in that the insulating material for insulating the raw material to move to the forging die is provided.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 생산성이 극대화되고, 타이타늄합금 볼트의 치수정밀도, 강도 및 내피로성이 향상되는 이점이 있다.According to the present invention as described above, the productivity is maximized, there is an advantage that the dimensional accuracy, strength and fatigue resistance of the titanium alloy bolt is improved.
이하 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 구성을 설명한다.Hereinafter, a configuration of a titanium alloy bolt manufacturing facility according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
도 1에는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 외관 구성을 보인 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 일 구성인 소재투입장치 및 가열장치의 외관 구성을 보인 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비의 일 구성인 단조금형의 개략적인 구성을 보인 사시도가 도시되어 있다.Figure 1 is a schematic view showing the external configuration of the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention, Figure 2 shows the external configuration of a material input device and a heating device which is one configuration of the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention A perspective view is shown, and FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of a forging die, which is one configuration of a titanium alloy bolt manufacturing facility according to the present invention.
이들 도면과 같이, 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비(이하 '제조설비'라 칭함)는, 타이타늄합금으로 형성된 봉재를 일정 길이로 절단한 원소재를 이송 및 가열하고 단조성형한 후 열처리 및 기계가공 등을 순차적으로 실시하도록 구성된다.As shown in these drawings, the titanium alloy bolt manufacturing facility according to the present invention (hereinafter referred to as a 'manufacturing facility'), transfer and heating the raw material cut to a predetermined length of the bar material formed of titanium alloy, and forged to form a heat treatment and a machine It is configured to perform the processing and the like sequentially.
이를 위해 상기 제조설비는 원소재(도 4a의 도면부호 W)를 공급하는 소재공급장치(100)와, 상기 소재공급장치(100)로부터 원소재(W)를 제공받아 이송하는 로더(200)와, 상기 로더(200)를 따라 이송하는 원소재(W)를 가열하는 가열장치(300)와, 가열된 원소재(W)를 단조품(도 10의 도면부호 F)으로 성형하기 위한 단조금형(도 3의 도면부호 420)이 구비되는 단조성형장치(400)와, 가열된 원소재(W)를 단조금형(420)으로 안내하는 소재투입장치(500)와, 상기 단조품(F)을 열처리하는 열처리장치와, 상기 열처리된 단조품(F) 표면의 산화막을 제거하는 산화막제거장치와, 상기 산화막이 제거된 단조품(F)의 일측을 가공하는 가공장치와, 가공된 단조품(F)의 외면에 나사산을 형성하는 전조장치와, 나사산이 형성된 타이타늄합금 볼트의 표면을 세척하는 세척장치를 포함하여 구성된다.To this end, the manufacturing facility includes a
상기 열처리장치, 산화막제거장치, 가공장치, 전조장치 및 세척장치는 일반적으로 사용되는 장치로서 도시하지 않았으며, 각 장치를 이용한 공정 조건은 아래에서 상세히 설명하기로 한다.The heat treatment device, the oxide film removing device, the processing device, the precursor and the cleaning device are not shown as a generally used device, the process conditions using each device will be described in detail below.
먼저, 상기 소재공급장치(100)는 가열장치(300) 내부로 원소재(W)를 공급하는 로더(200) 상면에 원소재(W)가 안착될 수 있도록 공급하는 것으로, 도 5와 같이, 관 형상을 가지고 길이 방향으로 원소재(W)의 공급 방향을 안내하는 공급관(120)과, 상기 공급관(120) 내부공간을 따라 이동하는 원소재(W)의 일측을 선택적으로 간섭하여 움직임을 제한하는 스토퍼(140)를 포함하여 구성된다.First, the
상기 공급관(120)은 원소재(W)의 외경보다 큰 내경을 갖는 원통형상의 중공봉재를 사용하여 만든 것으로, 상부에는 원소재(W)가 유입되고 하단부는 로더(200)의 상측에 위치하도록 배치된다.The
따라서, 상기 원소재(W)는 공급관(120)의 내부를 관통하여 공급관(120)의 길이방향으로 안내되어 상기 로더(200)의 상면에 안착 가능하게 된다.Therefore, the raw material (W) is guided in the longitudinal direction of the
상기 공급관(120)의 하측에는 스토퍼(140)가 구비된다. 상기 스토퍼(140)는 공급관(120) 내부를 따라 이동하는 다수의 원소재(W)를 선택적으로 간섭하여 정지시킨 후 상기 로더(200) 상면에 일정 간격 및 시간을 유지하여 공급되도록 하는 구성이다.A
보다 상세하게 살펴보면, 상기 스토퍼(140)는, 공급관(120) 하부에서 내부로 관통하여 고정된 한 쌍의 센서(142)와, 상기 센서(142)와 연동하여 직선 왕복운동 하는 실린더(144) 및 상기 실린더(144)의 단부에 결합되어 상기 공급관(120) 내부로 일단부가 선택적으로 삽입되는 간섭판(146)을 포함하여 구성된다.Looking at it in more detail, the
따라서, 상기 센서(142)가 공급관(120) 내부를 따라 이동하는 원소재(W)를 감지하게 되면, 이와 연동하는 실린더(144)는 직선 운동하여 길이가 신축되고, 이에 따라 상기 간섭판(146)은 공급관(120) 내부로 일단이 삽입됨으로써 원소재(W)의 이동을 막을 수 있게 된다.Accordingly, when the
그리고, 상기 센서(142), 실린더(144) 및 간섭판(146)이 2개의 조로 이루어져 한 쌍의 간섭판(146)이 서로 다른 방향으로 이동하도록 제어된다.In addition, the
즉, 상기 한 쌍의 간섭판(146) 중 어느 하나가 공급관(120) 내부로 삽입되어 원소재(W)의 이동을 간섭하고 있다면, 나머지 간섭판(146)은 공급관(120) 외측으로 빠져나와 미리 간섭하고 있던 다른 원소재(W)의 하방향 이동을 가능하게 한다.That is, if any one of the pair of
따라서, 상기 스토퍼(140)는 원소재(W)를 하나 씩 일정 시간 간격으로 지속적으로 공급할 수 있게 된다.Therefore, the
상기 공급관(120)의 선단 하측에는 로더(200)가 구비된다. 상기 로더(200)는 가열장치(300) 내부를 경유하여 폐곡선을 그리면서 순환하도록 구성된다. 즉, 상기 로더(200)는 컨베어밸트와 같이 넓은 면적을 가지는 소재안착부가 구비되고, 상기 소재안착부의 양단부는 서로 이어져 폐곡선을 이루며, 상기 소재안착부는 모터에 의해 회전 동력을 제공받아 회전하게 된다.The
그리고, 상기 소재안착부의 하단은 가열장치(300)의 하측보다 하측에 위치하여 소재공급장치(100)로부터 원소재(W)의 공급이 가능하며, 소재안착부의 상단은 가열장치(300)의 내부에 위치하게 된다.And, the lower end of the material seating portion is located below the lower side of the
따라서, 상기 소재안착부에 안착된 원소재(W)는 소재안착부의 진행 방향에 따라 이동하다가 소재안착부의 단부 즉, 방향이 전환되는 부분에서 낙하하게 된다.Accordingly, the raw material W seated on the material seating portion moves along the direction in which the material seating portion travels, and then falls at an end portion of the material seating portion, that is, the direction is changed.
그리고, 상기 소재안착부는 높은 온도로 발열하는 가열장치(300) 내부를 경유하게 되므로 열변형이 발생하지 않는 범위 내에서 다양한 재질로 구성 가능함은 물론이다.In addition, the material seating part may be made of various materials within a range where thermal deformation does not occur since the
상기 로더(200) 상측에는 가열장치(300)가 구비된다. 상기 가열장치(300)는 로더(200)를 따라 이동하는 원소재(W)를 일정 온도까지 가열하여 단조 성형시에 성형성이 향상될 수 있도록 하는 장치이다.The
이를 위해 상기 가열장치(300) 내부에는 전기 가열방식으로 발열하여 원소재(W)를 가열하기 위한 히터(320)가 다수 구비되며, 상기 가열장치(300) 내부 온도를 측정하기 위한 적외선열전대(도시되지 않음)가 다수 설치되어 있다.To this end, the
그리고, 상기 히터(320)는 가열 온도의 조절이 가능하도록 구성되어야 하므로, 상기 가열장치(300) 일측에는 히터컨트롤러가 구비됨이 바람직하다.In addition, since the
또한, 상기 가열장치(300)는 원소재(W)를 다양한 온도로 가열할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 가열장치(300)는 원소재(W)를 1차로 가열하는 가열로(340)와, 상기 가열로(340)를 빠져나온 원소재(W)를 보조가열하는 보조가열로(360)를 포함하여 구성된다.In addition, the
상기 가열로(340)는 대략 "" 형상을 가지며, 로더(200)를 따라 이동하는 원소재(W)를 1차로 가열하게 된다. 그리고, 상기 가열로(340)의 우측단 내측에는 도 2와 같이 로더(200)의 단부가 위치하게 된다.The
따라서, 상기 가열로(340) 내부를 통과하면서 가열된 원소재(W)는 로더(200)의 단부에서 하방향으로 낙하하게 된다.Therefore, the raw material W heated while passing through the inside of the
상기 가열로(340)의 우측단 하측에는 보조가열로(360)가 구비된다. 상기 보조가열로(360)는 가열로(340)에서 가열된 원소재(W)를 보조 가열함과 동시에 전방향으로 안내하는 역할을 수행한다.An
이를 위해 상기 보조가열로(360)는 전방향으로 경사지게 형성되고, 상면 후단에는 개구부(220)가 형성되며, 상기 개구부(220)는 보조가열로(360)의 선단에 구비된 토출파이프(240)와 연통된다.To this end, the
따라서, 상기 개구부(220)를 통해 보조가열로(360) 내부로 낙하된 원소재(W)는 토출파이프(240)를 통해 보조가열로(360) 외부로 빠져나가게 되며, 상기 보조가열로(360)의 외관을 형성하는 케이스(260) 내부에는 보조히터(도시되지 않음)가 설치되어 원소재(W)의 2차 가열이 가능하게 된다.Therefore, the raw material (W) dropped into the
그리고, 상기 보조가열로(360) 내부 일측에는 진동발생기(도시되지 않음)가 구비된다. 상기 진동발생기는 원소재(W)가 소재투입장치(500)의 경사에 의해 이송하도록 안내됨에 따라 이러한 안내가 보다 용이하도록 함은 물론, 원소재(W)의 걸림 등이 미연에 차단되도록 하는 역할을 수행한다.In addition, a vibration generator (not shown) is provided at one side of the
한편, 상기 보조가열로(360) 선단 즉, 상기 토출파이프(240)에는 소재투입장치(500)가 연결된다. 상기 소재투입장치(500)는 보조가열로(360)에서 가열된 원소재(W)를 단조금형(420)으로 안내하기 위한 구성이다.On the other hand, the
즉, 상기 소재투입장치(500)는 내부가 빈 원통관을 일정 길이 및 형상으로 구부려 형성된 것으로, 상단부는 상기 토출파이프(240)와 연결되고 하단부는 단조금형(420)의 소재투입부(422) 상측에 위치하도록 배치된다.That is, the
그리고, 상기 소재투입장치(500)의 외측에는 단열부재가 구비된다. 상기 단열부재는 소재투입장치(500) 내부를 따라 이동하는 원소재(W)가 식혀지지 않도록 하기 위함이다.In addition, the outer side of the
상기 소재투입장치(500) 하측에는 단조금형(420)이 구비된다. 상기 단조금형(420)은 단조성형장치(400) 내부에 안착되고 내부에는 원소재(W)가 유입되어 펀치(440)에 가해진 압력에 의해 볼트의 대략적인 형상이 형성될 수 있도록 한다.A forging
이를 위해 상기 단조금형(420)은 도 3과 같이 상부가 개구된 소재투입부(422)가 우측에 구비되고, 상기 소재투입부(422)는 소재투입장치(500)의 좌측단 하측에 위치한다. 그리고, 상기 단조금형(420)의 우측에는 좌측 방향으로 직선운동하여 상기 원소재(W)를 좌측방향 즉, 단조금형(420) 내부로 밀어넣은 후 가압 성형하는 펀치(440)가 구비되며, 상기 단조금형(420)의 좌측에는 단조금형(420) 내부에서 단조 성형된 단조품(F)을 상기 소재투입부(422) 방향으로 밀어내기 위한 이젝터(460)가 구비된다. To this end, the forging
따라서, 도 4a와 같이 상기 소재투입장치(500)에 의해 소재투입부(422)로 안내된 원소재(W)는 도 4b와 같이 소재투입부(422) 하측으로 낙하하게 되며, 상기 펀치(440)에 의해 좌측 방향으로 밀어져 단조금형(420) 내부에 삽입되면 도 4c와 같은 상태가 되어 단조품(F)의 성형이 가능하게 된다.Therefore, the raw material (W) guided to the
한편, 상기 열처리장치는 단조금형(420)의 작용에 의해 성형된 단조품(F)을 열처리하기 위한 구성으로, 아래에서 설명하게 될 조건의 범위 내에서 상기 단조품(F)을 가열할 수 있는 구성이라면 다양하게 변경 적용할 수 있다.On the other hand, the heat treatment apparatus is a configuration for heat-treating the forged product (F) formed by the action of the forging
그리고, 상기 산화막제거장치는 열처리된 단조품(F) 표면의 산화막을 제거하기 위한 구성으로, 본 발명의 실시예에서는 샌드-브라스트를 적용하였다.In addition, the oxide film removing device is configured to remove the oxide film on the surface of the heat-treated forging (F), and sand-blast is applied in the embodiment of the present invention.
상기 가공장치는 산화막이 제거된 단조품(F)의 일측을 가공하기 위한 구성으로, 본 발명의 실시예의 가공장치는 단조품(F)의 단부와 단조품(F)의 머리부 하단 외주면의 절삭가공이 가능한 범위 내에서 다양하게 적용가능하다.The processing device is configured to process one side of the forged product (F) from which the oxide film is removed, and the processing device of the embodiment of the present invention is capable of cutting the end of the forging (F) and the outer peripheral surface of the lower end of the head of the forging (F). Various applications are possible within the scope.
상기 전조장치는 가공장치에 의해 일측이 가공된 단조품(F)의 외면에 나사산을 형성하는 장치로서, 머리부가 형성된 단조품(F)의 몸통부 외면에 나사산을 형성할 수 있는 범위 내라면 어떠한 장치도 적용 가능함은 물론이다.The rolling device is a device for forming a screw thread on the outer surface of the forged product (F), the one side is processed by a processing device, any device as long as it can form a screw thread on the outer surface of the body portion of the forged product (F) formed with a head Of course, it is applicable.
마지막으로, 상기 세척장치는 나사산이 형성된 타이타늄합금 볼트의 표면을 세척하는 장치로서, 본 발명의 실시예에서는, 중량%로 15% HNO3, 3% HF, 82% H2O를 포함하는 용액을 준비하여 타이타늄합금 볼트의 표면을 산세처리하였다.Finally, the cleaning device is a device for cleaning the surface of the threaded titanium alloy bolt, in the embodiment of the present invention, by weight solution containing 15% HNO 3 , 3% HF, 82% H 2 O The surface of the titanium alloy bolt was prepared and pickled.
이하 첨부된 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 상기와 같이 구성되는 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a titanium alloy bolt using a manufacturing facility configured as described above with reference to FIGS. 6A to 6C will be described.
본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트의 제조방법은, 상기 원소재(W) 표면을 윤활처리하는 표면처리단계(S100)와, 소재공급장치(100)를 이용하여 상기 원소재(W)를 로더(200)에 공급하는 소재공급단계(S200)와, 상기 로더(200)에 안착된 원소 재(W)를 이송하는 소재이송단계(S300)와, 상기 로더(200)에 의해 이송되는 원소재(W)를 가열장치(300) 내부로 경유시켜 가열하는 소재가열단계(S400)와, 가열된 원소재(W)를 단조금형(420) 내부에 장입하여 온간에서 단조품(F)으로 성형하는 단조성형단계(S500)와, 상기 단조품(F)을 열처리장치를 이용하여 열처리하는 단조품열처리단계(S600)와, 상기 열처리된 단조품(F) 표면의 산화막을 제거하는 산화막제거단계(S700)와, 상기 산화막이 제거된 단조품(F)의 일측을 가공하는 단조품가공단계(S800)와, 상기 가공된 단조품(F)의 외면에 나사산을 형성하는 전조단계(S900)와, 상기 나사산이 형성된 타이타늄합금 볼트의 표면을 세척하는 표면세척단계(S1000)로 이루어진다.Method for manufacturing a titanium alloy bolt according to the present invention, the surface treatment step (S100) for lubricating the surface of the raw material (W) and the raw material (W) using the
상기 제조방법을 순서대로 살펴보면, 상기 표면처리단계(S100)는, 단조성형단계(S500)에서 성형되어지는 단조품(F)의 치수정밀도를 높이고 단조성형시에 단조금형(420) 내부와의 소착이 방지될 수 있도록 하는 단계이다.Looking at the manufacturing method in order, the surface treatment step (S100), to increase the dimensional precision of the forged product (F) to be molded in the forging molding step (S500), and the sintering with the inside of the forging
이를 위해 상기 표면처리단계(S100)는, 원소재(W) 표면에 요홈을 형성하고, 상기 요폼에 윤활제를 잔류시키는 윤활처리과정(S120)과, 상기 원소재(W)를 가열하여 원소재(W) 표면에 산화막을 형성하는 산화막형성과정(S140)으로 이루어진다.To this end, the surface treatment step (S100), to form a groove on the surface of the raw material (W), the lubrication process (S120) for remaining the lubricant in the yaw foam and the raw material (W) by heating the raw material ( W) is an oxide film forming process (S140) to form an oxide film on the surface.
상기 윤활처리과정(S120)은 다수 원소재(W)를 일정 용기에 장입한 후 진동을 주어 원소재(W)들 간의 충격에 의해 요홈이 형성되도록 한 후, 원소재(W) 표면에 윤활제를 도포하여 요홈에 윤활제가 충진되도록 하는 과정이다.The lubrication process (S120) is to insert a plurality of raw materials (W) in a predetermined container and then vibrate to form grooves by the impact between the raw materials (W), and then the lubricant on the surface of the raw materials (W) It is a process to fill the grooves with lubricant by applying.
본 발명의 실시예에서는, 3가지 윤활제(OilDag, MoO2, Boron-Nitride)를 도 포하여 단조성형한 결과 MoO2 가 가장 좋은 윤활 특성을 보였다.In the embodiment of the present invention, forging with three lubricants (OilDag, MoO 2 , Boron-Nitride), MoO 2 showed the best lubricating properties.
그러나, 상기 윤활처리과정(S120)을 통해 원소재(W)의 표면특성을 향상시키고 단조금형(420) 내부에서의 소착이 감소시킬 수는 있었으나, 윤활처리과정(S120)을 단독으로 실시하기에는 충분한 효과를 보이지 못했다.However, through the lubrication process (S120) it was possible to improve the surface properties of the raw material (W) and reduce the quenching in the forging
이를 해결하기 위하여 원소재(W) 표면에 산화막을 형성하는 산화막형성과정(S140)을 실시하였다. 상기 산화막형성과정(S140)은 용이하게 실시 가능하고 경제성이 높은 이점이 있으므로 채택되었다.In order to solve this problem, an oxide film forming process (S140) of forming an oxide film on the surface of the raw material (W) was performed. The oxide film forming process (S140) has been selected because it can be easily implemented and has a high economic efficiency.
그리고, 상기 산화막형성과정(S140) 중에 원소재(W)를 가열해야 할 바람직한 온도를 알아내기 위해 도 7과 같이 다양한 온도에서 산화막을 형성하였다.In addition, an oxide film was formed at various temperatures as shown in FIG. 7 to find a preferable temperature at which the raw material W should be heated during the oxide film forming process (S140).
도 7의 (a)는 산화막형성과정(S140)을 실시하지 않은 샘플이고, (b)는 927℃에서 원소재(W)를 가열하여 산화막을 형성한 샘플이며, (c)는 850℃에서 원소재(W)를 가열하여 산화막을 형성한 샘플이고, (d)는 750℃에서 실시한 샘플 사진이다.Figure 7 (a) is a sample that has not been subjected to the oxide film forming process (S140), (b) is a sample formed by heating the raw material (W) at 927 ℃, (c) is a circle at 850 ℃ It is the sample which heated the raw material W, and formed the oxide film, (d) is the sample photograph performed at 750 degreeC.
도면과 같이, 산화막형성과정(S140)을 실시하지 않은 샘플(a)의 표면에는 상당한 수준의 소착이 발생하였으며, 샘플(a)의 표면에는 부분적으로 균열이 발생한 것을 확인하였다.As shown in the figure, a significant level of sintering occurred on the surface of the sample (a) that was not subjected to the oxide film forming process (S140), and it was confirmed that a crack occurred partially on the surface of the sample (a).
샘플(b)는 표면에 황색의 매우 두터운 산화막이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 샘플(b)를 단조성형한 결과 수차례 단조금형(420)의 동작이 멈추는 현상이 발생하였다.It was confirmed that the sample (b) had a very thick yellow oxide film formed on its surface. As a result of forging the sample (b), a phenomenon occurs in which the operation of the forging
이것은 원소재(W)의 초기 등방정 조직이 2중조직(Bi-model)으로 바뀌면서 소 재강도가 급격히 증가했기 때문이며, 두터운 취성의 산화막으로부터 균열이 생성되어 내부로 전파되었기 때문으로 판단된다.This is because the material strength rapidly increased as the initial isotropic structure of the raw material W was changed to a bi-model, and it was judged to be due to the formation of cracks from the thick brittle oxide film and propagation inside.
샘플(c)는 비교적 건전한 성형성이 확보되었으며 소착도 상당히 개선되었다. 그러나 확대 사진과 같이 원소재(W) 내부의 응력집중 부위에 전단밴드 등이 형성되었으며, 이러한 전단밴드는 향후 볼트의 피로수명 및 강도에 악영향을 미칠 것으로 판단된다.Sample (c) had a relatively good formability and significantly improved quenching. However, as shown in the enlarged picture, a shear band was formed in the stress concentration region inside the raw material W, and the shear band is expected to adversely affect the fatigue life and strength of the bolt in the future.
마지막으로 샘플(d)는 750℃의 온도에서 산화막형성과정(S140)이 실시된 것으로, 가장 매끄러운 표면상태를 보여주고 있다. 그리고, 단조성형 후에는 취성을 가지는 산화막 대부분이 마모되어 사라졌으며 부위별로 잔존하는 산화막의 두께는 5㎛ 이내로 측정되었다(도 7의 (b)참조)Finally, the sample (d) was subjected to the oxide film forming process (S140) at a temperature of 750 ℃, showing the smoothest surface state. After forging, most of the brittle oxide film was worn out and disappeared, and the thickness of the oxide film remaining for each part was measured within 5 μm (see FIG. 7B).
또한, 소성변형 불균형에 의한 전단밴드의 발생량도 상당부분 개선되었으며 단조성형 후 미세조직은 미세한 등방정 조직을 유지하고 있었고, 원소재(W)의 표면에 생성된 산화막의 양은 0.2mg/cm2 이하로 나타났다.In addition, the generation amount of shear band due to plastic deformation imbalance was greatly improved. After forging molding, the microstructure maintained a fine isotropic structure, and the amount of oxide film formed on the surface of the raw material (W) was 0.2 mg / cm2 or less. appear.
상기 표면처리단계(S100) 이후에는 소재공급단계(S200)가 실시된다. 상기 소재공급단계(S200)는 원소재(W) 표면의 요홈에 윤활제를 잔존시키고, 산화막이 형성된 원소재(W)를 소재공급장치(100)를 이용하여 로더(200) 상면에 공급하는 과정이다.After the surface treatment step (S100), the material supply step (S200) is carried out. The material supply step (S200) is a process of remaining a lubricant in the groove on the surface of the raw material (W), and supplying the raw material (W) with the oxide film formed on the
상기 로더(200) 상면에 원소재(W)가 안착되면, 로더(200)는 폐곡선을 그리며 회전함으로써 상기 원소재(W)를 이송하는 소재이송단계(S300)가 실시된다.When the raw material (W) is seated on the upper surface of the
상기 소재이송단계(S300)와 함께 상기 소재가열단계(S400)도 동시에 실시된 다. 상기 소재가열단계(S400)는 원소재(W)를 1차가열하는 1차가열과정(S420)과, 상기 1차 가열된 원소재(W)를 다른 온도로 2차 가열하는 2차가열과정(S440)으로 이루어진다.Along with the material transfer step (S300), the material heating step (S400) is also performed at the same time. The material heating step (S400) is a primary heating process (S420) for the primary heating of the raw material (W), and the secondary heating process (secondary heating for heating the primary heated raw material (W) to a different temperature ( S440).
첨부된 도 8 및 도 9를 참조하여 상기 소재가열단계(S400)에서의 가열 온도 조건을 알아내기 위한 실험과정을 설명한다.8 and 9 will be described an experimental process for determining the heating temperature conditions in the material heating step (S400).
먼저, 타이타늄합금의 변형 특성을 조사하기 위하여 Gleeble 장비를 활용하여 열간성형 저항성을 조사하였다. 온도조건은 300~700℃이며, 변형율속도는 0.01/sec에서 10/sec 까지 다양하게 조절하였다. First, in order to investigate the deformation characteristics of titanium alloy, hot forming resistance was investigated by using Gleeble equipment. Temperature conditions are 300 ~ 700 ℃, the strain rate was variously adjusted from 0.01 / sec to 10 / sec.
실험결과 일반적인 Ti-6Al-4V의 응력거동 양상을 보여주고 있었으며 특히, 600℃부터 급격한 연화의 거동을 보여주고 있어 단조성형시 600℃의 온도에서 실시해야 하는 것으로 예측되었다.The experimental results showed the general behavior of stress of Ti-6Al-4V. Especially, it showed the rapid softening behavior from 600 ℃. Therefore, it was expected to be performed at the temperature of 600 ℃ during forging.
상기 소재가열단계(S400)의 구체적인 온도 조건을 찾아내기 위해서 실시한 실험 결과를 첨부된 도 10 내지 도 11g를 참조하여 설명한다.Experimental results carried out to find specific temperature conditions of the material heating step (S400) will be described with reference to FIGS. 10 to 11G.
먼저, 도 10은 본 발명에 의한 티타늅합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 단조성형단계(S500)의 바람직한 실시 중 원소재(W)의 형상 변화를 순서대로 나타낸 실물 사진으로서, 본 발명의 실시예에서는 단조성형단계(S500)에서 원소재(W)를 3차에 걸쳐 조금씩 성형하도록 구성하였다.First, FIG. 10 is a real photograph showing the shape change of the raw material (W) in order during the preferred forging step (S500) of one step in the titanium alloy bolt manufacturing method using a titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention As an embodiment of the present invention, in the forging molding step (S500), the raw material (W) was configured to be molded little by little over three orders.
이러한 바람직한 단조품(F)의 성형이 가능하도록 하기 위한 소재가열단계(S410)의 구체적인 온도 조건은 첨부된 도 11a 내지 도 11g와 같다.Specific temperature conditions of the material heating step (S410) to enable the molding of such a preferable forging (F) is as shown in Figure 11a to 11g.
보다 구체적으로 살펴보면, 도 11a 에서는 가열로(340)의 온도조건을 800℃ 로 유지하여 가열한 원소재(W)를 단조하고, 20분 후 800℃로 보조가열로(360) 온도조건을 적용시켜 2차 단조하였으며, 2차단조 5분 후 3차단조를 실시하였다.In more detail, in FIG. 11A, the temperature of the
그 결과, 2차단조 후에는 단조금형(420) 내부에 피막 잔재가 잔류하는 것이 확인되었으며, 이는 원소재(W)가 단조 금형에 소착될 수 있음을 보여주는 결과가 된다.As a result, after the secondary forging, it was confirmed that the film residue remained inside the forging
도 11b 에서는 가열로와 보조가열로(360)의 온도조건을 800℃로 설정하여 단조공정을 실시하였다.In FIG. 11B, the forging process was performed by setting the temperature conditions of the heating furnace and the
그 결과, 단조품(F)의 표면에 윤활제가 열에 의해 이탈되는 현상이 나타났으며, 단조품(F)의 하단에는 윤활제가 이탈되어 내부층이 드러났다.As a result, the phenomenon in which the lubricant is released by the heat on the surface of the forging (F) appeared, the lubricant was released at the bottom of the forging (F) to reveal the inner layer.
또한, 단조품(F)의 머리부에는 마찰저항 때문으로 판단되는 펀치(440)의 진행 반대방향의 성형 흔적이 나타났다.In addition, on the head of the forging F, a molding trace in the direction opposite to the progression of the
따라서, 상기 가열로(340) 속에서 소재 대기시간이 증가할수록 윤활제의 효과나 작업성이 저하되는 것으로 사료된다.Therefore, as the material waiting time increases in the
도 11c 에서는 가열로(340)와 보조가열로(360)의 온도 조건을 900℃로 설정하여 10 내지 15분간 가열한 후 단조 성형하였다.In FIG. 11C, the temperature conditions of the
그 결과, 표면의 윤활제 접착 상태는 양호하였으며, 단조품(F)의 머리부에 윤활제 색상이 약간 산화한 색으로 보이나 소착이나 성형 부하는 없었다.As a result, the lubricant adhesion state of the surface was good, and the color of the lubricant appeared slightly oxidized to the head of the forging (F), but there was no sintering or molding load.
따라서, 상기 가열로(340) 내에서 원소재(W)의 대기시간은 단축되어야하는 것으로 사료된다.Therefore, it is considered that the waiting time of the raw material W in the
도 11d 에서는 가열로(340)와 보조가열로(360)의 온도 조건을 840℃로 설정 하여 50분 동안 가열한 후 단조 성형하였다.In FIG. 11D, the temperature conditions of the
그 결과, 단조품(F)의 표면 상태는 양호하였으며, 단조금형(420) 내부에도 소착이 발생되지 않았다. 또한, 펀치(440)의 상태도 양호하였다. As a result, the surface state of the forging (F) was good, and sintering did not occur even in the forging die (420). Moreover, the state of the
도 11e 에서는 가열로(340)와 보조가열로(360)의 온도 조건을 840℃로 설정하여 65분 동안 가열한 후 단조 성형하였다.In FIG. 11E, the temperature conditions of the
그 결과, 성형은 가능한 온도범위이나 단조품(F)의 표면이 거칠게 나타났다. 그리고, 단조금형(420) 내부에는 소착이 발생되지 않았으며, 펀치(440)의 상태도 양호하였다.As a result, the molding appeared to have a rough temperature surface and the surface of the forging (F). In addition, sintering did not occur in the forging
도 11f 에서는 가열로(340)와 보조가열로(360)의 온도 조건을 840℃로 설정하여 45분 동안 가열한 후 단조 성형하였다.In FIG. 11F, the temperature conditions of the
그 결과, 단조품(F)의 표면 거칠기가 다소 커졌다.As a result, the surface roughness of the forging F increased somewhat.
도 11g 에서는 가열로(340) 및 보조가열로(360)의 온도를 840℃로 설정하여 55분동안 가열한 후 단조 성형하였다.In FIG. 11G, the temperature of the
그 결과, 단조품(F) 외면의 피막 상태가 좋지 않았으나, 성형성은 양호하였다.As a result, although the film state of the outer surface of the forging F was not good, moldability was good.
마지막으로 상기 가열로(340) 입구부의 온도를 500℃ 이상의 온도로 설정하고, 가열로(340) 내부온도는 780℃를 유지하여 원소재(W)를 35분간 가열하였다.Finally, the temperature of the inlet of the
그리고, 상기 보조가열로(360)에서는 840℃로 10분간 설정하여 10분간 가열한 후 단조 성형하였다.In the
그 결과, 도 10과 같이 단조성형의 연속작업이 가능하고, 단조금형(420) 내 부의 원소재(W) 소착이 방지되었으며, 펀치(440) 및 단조금형(420)의 상태도 양호하였다.As a result, as shown in FIG. 10, the continuous work of the forging die was possible, and the seizure of the raw material W in the forging
상기와 같은 조건에 따라 상기 소재가열단계(S400)는 실시되며, 상기 소재가열단계 이후에는 단조성형단계(S500)가 실시된다. 상기 단조성형단계(S500)는 소재가열단계(S400)에서 증명된 온도 조건으로 가열된 원소재(W)를 가압하여 형상을 변형하는 과정이므로 온간 단조가 적용된다.According to the above conditions, the material heating step S400 is performed, and the forging molding step S500 is performed after the material heating step. The forging molding step (S500) is a process for deforming the shape by pressing the heated raw material (W) at the temperature conditions proved in the material heating step (S400) is applied to the warm forging.
상기 단조성형단계(S500) 이후에는 단조품열처리단계(S600)가 실시된다. 상기 단조품열처리단계(S600)는 단조품(F)의 강도를 높이기 위한 과정으로, 강도와 연신율의 균형을 맞추고 최고 1100M㎩의 강도를 갖도록 하기 위해 도 12와 같은 실험 결과를 도출하였다.After the forging molding step (S500), the forging product heat treatment step (S600) is carried out. The forging product heat treatment step (S600) is a process for increasing the strength of the forging (F), to derive the experimental results as shown in Figure 12 to balance the strength and elongation and have a strength of up to 1100M㎩.
즉, 도 12a와 같이 6가지 서로 열처리 실험을 수행하였으며, 용체화 열처리 온도는 Transform-β구조가 모두 용해되는 927℃로 고정하였다.That is, six different heat treatment experiments were performed as shown in FIG. 12A, and the solution heat treatment temperature was fixed at 927 ° C. in which all the Transform-β structures were dissolved.
그 후 냉각 방법을 다르게 해 보았으며 시효처리를 537℃와 480℃에서 각각 실시하였다.Thereafter, different cooling methods were tried, and aging was performed at 537 ° C and 480 ° C, respectively.
도 12a의 여러 조건 중 "E" 열처리 조건에 따라 실시된 단조품(F)의 경우 높은 강도와 연신율을 보였고, 미세조직은 등방정α와 Transform-β가 섞인 이중조직을 나타내었다.Among the various conditions of FIG. 12A, the forging F performed under the "E" heat treatment condition showed high strength and elongation, and the microstructure exhibited a double structure in which isotropic α and Transform-β were mixed.
즉, "E" 열처리 조건은 단조품(F)을 927℃에서 1시간 동안 유지하여 가열한 후 850 내지 900℃까지 냉각하고, 물에 담궈 담금질한 후 480℃에서 24시간 동안 시효처리하는 조건이다.That is, the "E" heat treatment condition is a condition in which the forged product (F) is maintained at 927 ° C. for 1 hour, heated, cooled to 850 to 900 ° C., immersed in water, and then aged at 480 ° C. for 24 hours.
상기와 같은 조건에 따라 열처리된 단조품(F)은 산화막제거단계(S700)를 거치게 된다. 상기 산화막제거단계(S700)는 단조품(F) 표면에 생성된 산화막을 제거하는 과정이다.The forged product (F) heat-treated according to the above conditions is subjected to the oxide film removing step (S700). The oxide film removing step (S700) is a process of removing the oxide film formed on the surface of the forging (F).
즉, 상기 단조품(F)은 타이타늄 소재의 특성상 고온에 노출시에 표면에 두터운 산화층이 생성되며 이러한 산화층은 피로특성에 심각한 악영향을 미치게 되므로, 이를 제거하기 위하여 산화막제거단계(S700)가 실시된다.That is, the forged product (F) is a thick oxide layer is formed on the surface when exposed to high temperatures due to the nature of the titanium material and this oxide layer has a serious adverse effect on the fatigue properties, the oxide film removal step (S700) is carried out to remove it.
본 발명의 실시예에서 상기 산화막제거단계(S700)는 샌드-블라스트가 적용되었다.In the embodiment of the present invention, the oxide film removing step (S700) was sand-blasted.
첨부된 도 13에는 산화막제거단계(S700) 실시 전/후의 단조품(F) 외관을 보인 실물 사진이 나타나 있으며, 도 13의 하측 사진과 같이 산화막제거단계(S700)가 실시된 단조품(F)의 외면에는 산화막이 완전히 제거된 것을 확인할 수 있다.13 is a real picture showing the appearance of the forged product (F) before / after the oxide film removal step (S700), the outer surface of the forged product (F) subjected to the oxide film removal step (S700) as shown in the lower photo of FIG. It can be seen that the oxide film is completely removed.
상기 산화막제거단계(S700) 이후에는 단조품가공단계(S800)가 실시된다. 상기 단조품가공단계(S800)는 단조품(F)의 단부를 경사지게 절삭하거나, 단조품의 머리부와 몸통부 가 만나는 부위를 절삭하여 함몰시키는 과정이다.After the oxide film removing step (S700), forging processing step (S800) is performed. The forging processing step (S800) is a process of cutting the end of the forging (F) inclined, or by cutting the site where the head and the body of the forging meet.
상기 단조품가공단계(S800) 이후에는 전조단계(S900)가 실시된다. 상기 전조단계(S90)는 단조품(F)의 머리부를 제외한 하부 외주면에 나사산을 형성하는 과정으로, 본 발명의 실시예에서는 단조품(F)을 400℃로 가열하여 온간 전조를 수행하였다.After the forging step (S800), the forging step (S900) is carried out. The rolling step (S90) is a process of forming a screw thread on the lower outer peripheral surface except for the head portion of the forging (F), in the embodiment of the present invention by heating the forging (F) to 400 ℃ to perform a warm rolling.
첨부된 도 14 는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 전조단계(S900) 실시 후의 샘플 사진이다.Attached FIG. 14 is a sample photograph after performing a precursor step (S900) which is one step in the titanium alloy bolt manufacturing method using the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
상기 전조단계(S900) 이후에는 표면세척단계(S1000)가 실시된다. 상기 표면세척단계(S1000)는 전조단계(S900) 실시 후에 볼트 외면에 최종적으로 잔류하는 스케일을 제거하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예에서는 산세처리를 적용하였다.After the rolling step (S900), the surface washing step (S1000) is carried out. The surface washing step (S1000) is to remove the scale remaining on the outer surface of the bolt after the rolling step (S900), in the embodiment of the present invention was applied pickling treatment.
즉, 본 발명의 실시예에서는 중량%로 15% HNO3, 3% HF, 82% H2O를 포함하는 용액에 상기 타이타늄합금 볼트를 5 내지 10분간 담궈 산화스케일이 제거되도록 하였다.That is, in the embodiment of the present invention, the titanium alloy bolt was immersed for 5 to 10 minutes in a solution containing 15% HNO 3 , 3% HF, and 82% H 2 O by weight to remove the scale of oxidation.
도 15에는 본 발명에 의한 타이타늄합금 볼트 제조설비를 이용한 타이타늄합금 볼트 제조방법에서 일 단계인 표면세척단계(S1000) 실시 시간의 변화에 따른 외경 변화를 보인 샘플 사진들이 도시되어 있다.15 is a sample picture showing the change in the outer diameter according to the change in the time of the surface washing step (S1000) is a step in the titanium alloy bolt manufacturing method using the titanium alloy bolt manufacturing equipment according to the present invention.
이러한 실험 결과와 같이, 상기 용액에 볼트를 담궈 산세 과정을 실시하는 시간이 5분 미만인 경우에는 볼트 표면에 산화스케일이 남아있었으며, 10분 초과하여 실시하는 경우에는 산화스케일의 제거는 완전했으나, 나사산의 식각량이 증가하여 치수정밀도가 떨어지는 문제점이 발생되었다.As a result of these experiments, if the time to immerse the bolt in the solution and the pickling process is less than 5 minutes, the oxidation scale remained on the surface of the bolt. Due to the increase in the etching amount of the dimensional accuracy was reduced.
따라서, 상기 표면세척단계(S1000)는 산화스케일의 효과적인 제거와 볼트의 치수정밀도를 고려하여 5 내지 10분간 실시됨이 바람직하다.Therefore, the surface cleaning step (S1000) is preferably carried out for 5 to 10 minutes in consideration of the effective removal of the oxide scale and the dimensional accuracy of the bolt.
이하 상기와 같은 방법으로 제조된 타이타늄합금 볼트는 도 16 과 같이 모든 표면 영역에서 층상조직이 발견되지 않았으며, 등방정 α상과 Transformed-β의 이중 조직으로 구성된 것을 확인할 수 있다.Hereinafter, the titanium alloy bolt manufactured by the above method did not find a layered structure in all surface regions as shown in FIG. 16, and it was confirmed that the titanium alloy bolt was composed of an isotropic α phase and a double structure of Transformed-β.
또한, 도 17과 같이 표면세척단계(S1000) 실시 전 볼트의 표면을 살펴본 결 과, 48㎛ 두께의 α-scale이 고르게 분포하였으나, 이러한 두께는 단조성형단계(S500) 이후에 측정된 것이므로 표면세척단계(S1000)를 거친 후에는 모든 α-scale이 제거되어 볼트의 기계적 특성 저하에는 영향을 미치지 못하는 것으로 판단할 수 있다.In addition, as a result of examining the surface of the bolt before the surface cleaning step (S1000) as shown in Figure 17, evenly distributed α-scale of 48㎛ thickness, since the thickness is measured after the forging step (S500) surface cleaning After the step S1000, it can be determined that all α-scales are removed and do not affect the deterioration of the mechanical properties of the bolt.
마지막으로, 도 18a 및 도 18b에는 타이타늄합금 볼트의 인장강도를 측정한 결과 및 시편 사진이 도시되어 있다.Finally, Figures 18a and 18b shows the results of measuring the tensile strength of the titanium alloy bolts and a specimen picture.
이들 도면과 같이 인장시험은 총 5개의 시편을 이용하여 수행하였으며, 도 18b와 같이 5개의 시편 모두 first load bearing thread에서 파단이 발생하였으며, 이러한 파단 위치는 시편의 조직균일도가 정상임을 알 수 있게 하는 것이다.Tensile tests were carried out using a total of five specimens as shown in these figures, and as shown in Figure 18b, all five specimens had fractures in the first load bearing thread, and these fracture positions indicated that the tissue uniformity of the specimens was normal. will be.
그리고, 도 18a의 실험결과와 같이 5개의 시편 모두 1000M㎩ 이상의 인장강도를 나타냈으며, 3.0㎜의 길이 신장 후 파단하였다.In addition, as shown in the experimental results of FIG. 18A, all five specimens showed a tensile strength of 1000 M, or more, and fractured after elongation of 3.0 mm.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many other modifications based on the present invention will be possible to those skilled in the art within the scope of the present invention.
예를 들어 본 발명 실시예의 단조금형에서는 원소재를 3단계에 걸쳐 단조성형하여 단조품이 성형되도록 구성하였으나, 생산성 및 제조 원가를 고려한다면 1회의 단조성형만 실시하여 단조품의 성형이 가능하도록 구성 가능함은 물론이다.For example, in the forging mold of the embodiment of the present invention, the forging is formed by forging the raw material in three steps, but considering the productivity and manufacturing cost, it is possible to configure the molding of the forging by performing only one forging. Of course.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 온간 단조 공정으로 타이타늄합금 볼트의 제조가 가능하므로, 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 균열 등의 불량이 미연 에 방지되는 이점이 있다.According to the present invention as described above, it is possible to manufacture the titanium alloy bolt in a warm forging process, it is possible to improve the mechanical strength, there is an advantage that defects such as cracks are prevented in advance.
또한, 상기한 이유로 불량율은 최소화하고 품질은 향상되며, 생산성은 극대화되므로 제조 원가를 현저히 절감할 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that the manufacturing cost can be significantly reduced because the defect rate is minimized and the quality is improved, and the productivity is maximized.
온간 단조 공정을 이용한 타이타늄합금의 성형은 볼트에만 한정하지 않고 다양한 형상의 부품에도 적용 가능하여 산업적 파급효과를 가져올 수 있다.The forming of titanium alloy using the warm forging process is not limited to bolts, but can be applied to various shapes of parts, which may bring industrial ripple effects.
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