KR20170012722A - 쉘 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 아크 용접을 적용하여 압연장치의 지지롤 초크 내부에 구비되는 유막베어링을 구성하는 쉘(shell)을 제조하는 쉘 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 쉘 제조 장치는 압연장치의 지지롤 초크 내부에 구비되는 유막베어링을 구성하는 쉘(shell)을 제조하는 장치로서, 원통 형상인 쉘의 내주면에 화이트메탈(white metal)이 용접되는 공간을 제공하는 베이스와; 상기 베이스의 상면에 배치되어 상기 쉘의 외주면을 거치한 상태로 상기 쉘을 원주방향으로 회전시키는 쉘 거치수단과; 상기 베이스의 상면에 배치되어 상기 쉘 거치수단에 거치된 쉘의 길이방향 기준으로 양단에 밀착되어 상기 쉘이 길이방향으로 이동되는 것을 방지시키는 쉘 고정수단과; 상기 베이스와 이격되어 배치되고, 상기 쉘의 길이방향으로 이동하면서 단부가 상기 쉘의 내부에서 길이방향으로 왕복운동되는 용접기 이동수단과; 상기 용접기 이동수단의 단부에 설치되어 상기 용접기 이동수단과 일체로 왕복운동되면서 상기 쉘의 내주면을 용접하는 플라즈마 용접기와; 상기 용접기 이동수단에 설치되어 상기 플라즈마 용접기에 와이어 타입의 상기 화이트메탈을 공급하는 와이어 공급수단을 포함한다.

Description

쉘 제조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SHELL}
본 발명은 쉘 제조 방치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마 아크 용접을 적용하여 압연장치의 지지롤 초크 내부에 구비되는 유막베어링을 구성하고, 수작업을 최대한 배제한 자동화 조업을 가능하게 하는 쉘(shell)을 제조하는 쉘 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 철강공정은 크게 제선공정, 제강공정, 연주공정 및 압연공정으로 이루어지며, 제선공정 및 제강공정을 통해 원료인 철광석에서 불순물이 제거된 용강을 연속 주조공정의 주형에 주입하여 슬라브(SLAB), 블룸(BLOOM) 또는 빌릿(BILLET) 등을 제조한 후, 최종 생산되는 선재, 코일, 박판, 후판 등의 최종 제품에 따라 적합한 압연공정을 수행한다.
일반적으로 압연공정에 구비되는 압연기는 압연재에 직접 접촉하여 압연하는 작업롤(Work Roll)과, 상기 작업롤의 압연시 하중에 의해 벤딩현상이 발생되는 것을 막아주기 위해 지지역할을 하도록 상기 작업롤을 지지하는 상부 및 하부 지지롤(Back up Roll)과, 고하중과 충격이 요구되는 가혹한 압연조건에서 상기 상부 및 하부 지지롤의 원활한 회전을 위해 상부 및 하부 지지롤을 지지하면서 작동시키도록 상기 상부 및 하부 지지롤의 양단부에 구비되는 상부 및 하부 지지롤 초크와, 상기 작업롤의 양단부에 구비되어 상기 작업롤을 지지하면서 작동시키는 작업롤 초크를 포함하여 구성된다.
도 1은 지지롤과 지지롤 초크의 조립구성을 보여주는 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 지지롤(10)의 단부를 지지롤 초크(20)가 감싸면서 지지하게 된다. 이때 지지롤 초크(20)의 내경에는 압연시의 고하중과 충격에 견디어 압연재가 일정한 두께를 유지할 수 있도록 하는 유막베어링(30)이 조립된다.
유막베어링(30)은 쉘(Shell; 31)과 슬리브(Sleeve; 32)로 구성되어 있으며, 특히 쉘(31)은 원통 형태로 형성되고, 슬리브(32)와 접촉되는 내주면에는 윤활성, 내마모성, 내피로성 및 내부식성을 높이기 위하여 화이트메탈(white metal)에 의한 용착부가 형성된다. 이러한 용착부는 일반적으로 화이트메탈을 원심주조기를 사용하여 쉘(31) 내주면에 융착하는 방법을 사용하였다.
하지만, 원심주조기를 사용하여 쉘의 내주면에 용착부를 형성하는 경우, 화이트메탈이 용용된 상태에서 원심주조기의 원심력에 의해 용착되는 방식으로 화이트메탈을 구성하고 있는 각 성분들이 비중 차이로 인해 불균질하게 쉘의 내주면에 부착되어 용착부를 형성하기 때문에 용착부의 내구성이 떨어지게 되고, 쉘과 화이트메탈간 접합력이 불완전하여 베어링의 수명을 단축시키는 문제가 야기된다.
또한, 원심주조 작업 전, 용착준비 단계에서 복잡한 전처리 공정 수행에 따른 생산성 저하 문제가 발생되고 있다.
이를 해결하기 위해서는 쉘 제조에 있어 화이트메탈 용착방법의 개선이 요구되는 실정이다.
등록특허 10-0936395 (2010. 01. 05)
본 발명은 쉘의 내주면에 용착부를 형성하기 위하여 종래에 사용되던 원심주조 방식 대신 플라즈마 아크 용접에 의한 용접육성법을 사용하여 모재인 쉘의 내주면을 함께 용융시키면서 화이트메탈을 접합시켜 용착부를 형성하는 쉘 제조 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 쉘 제조 장치는 압연장치의 지지롤 초크 내부에 구비되는 유막베어링을 구성하는 쉘(shell)을 제조하는 장치로서, 원통 형상인 쉘의 내주면에 화이트메탈(white metal)이 용접되는 공간을 제공하는 베이스와; 상기 베이스의 상면에 배치되어 상기 쉘의 외주면을 거치한 상태로 상기 쉘을 원주방향으로 회전시키는 쉘 거치수단과; 상기 베이스의 상면에 배치되어 상기 쉘 거치수단에 거치된 쉘의 길이방향 기준으로 양단에 밀착되어 상기 쉘이 길이방향으로 이동되는 것을 방지시키는 쉘 고정수단과; 상기 베이스와 이격되어 배치되고, 상기 쉘의 길이방향으로 이동하면서 단부가 상기 쉘의 내부에서 길이방향으로 왕복운동되는 용접기 이동수단과; 상기 용접기 이동수단의 단부에 설치되어 상기 용접기 이동수단과 일체로 왕복운동되면서 상기 쉘의 내주면을 용접하는 플라즈마 용접기와; 상기 용접기 이동수단에 설치되어 상기 플라즈마 용접기에 와이어 타입의 상기 화이트메탈을 공급하는 와이어 공급수단을 포함한다.
상기 쉘 거치수단은 상기 베이스의 상면에서 상기 쉘의 길이방향과 수직방향으로 배치되는 거치 가이드와; 상기 거치 가이드의 일측에 고정되어 상기 쉘의 일측 외주면 하부가 안착되는 제 1 안착롤러와; 상기 거치 가이드의 타측에 설치되어 상기 거치 가이드를 따라 이동되고, 상기 쉘의 타측 외주면 하부가 안착되는 제 2 안착롤러를 포함한다.
상기 쉘 고정수단은 상기 베이스의 상부에 설치되고, 상기 쉘의 길이방향 일측 단부에 밀착되어 구름동작되는 제 1 고정롤러와; 상기 베이스의 상부에서 상기 쉘을 사이에 두고 상기 제 1 고정롤러와 대향배치되어 상기 쉘의 길이방향을 따라 이동되고, 상기 쉘의 길이방향 타측 단부에 밀착되어 구름동작되는 제 2 고정롤러를 포함한다.
상기 쉘 고정수단은 상기 베이스의 상면에 설치되어 상기 제 1 고정롤러를 지지하는 제 1 포스트와; 상기 쉘의 길이방향을 따라 배치되는 고정 가이드와; 상기 고정 가이드를 따라 이동되도록 설치되어 상기 제 2 고정롤러를 지지하는 제 2 포스트를 더 포함한다.
상기 용접기 이동수단은 상기 쉘의 길이방향 연장선상에서 상기 베이스와 이격되어 배치되는 수직 지지대와; 상기 수직 지지대 상에서 상하방향으로 이동되는 수직 이동체와; 상기 수직 이동체 상에 설치되어 상기 쉘의 길이방향으로 왕복운동되고, 일측 단부에 상기 플라즈마 용접기가 설치되고, 타측 상부에 상기 와이어 공급수단이 설치되는 수평 이동체를 포함한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 쉘 제조 방법은 압연장치의 지지롤 초크 내부에 구비되는 유막베어링을 구성하는 쉘(shell)을 제조하는 방법으로서, 판재를 절단하고 벤딩한 후, 이음 부분을 용접하여 내부가 중공된 원통형의 쉘 형성용 몸체를 제작하는 몸체 형성 단계와; 상기 몸체를 황삭 가공하는 제 1 기계적 가공 단계와; 상기 몸체의 내주면에서 상기 제 1 기계적 가공 단계에서 발생된 불순물을 제거하는 세정 단계와; 플라즈마 용접기를 이용하여 상기 몸체의 내주면을 용융시키면서 와이어(wire) 타입의 화이트메탈(white metal)을 상기 몸체의 내주면에 용접하는 용접 단계와; 내주면에 화이트메탈이 용접된 몸체를 가공하여 최종 쉘의 형태를 형성하도록 중삭 및 정삭 가공 중 적어도 어느 하나 이상의 가공을 실시하는 제 2 기계적 가공 단계를 포함한다.
상기 용접 단계에서 상기 화이트메탈은 주석(Sn)합금을 사용하되, 상기 주석 합금에는 카드뮴(Cd), 납(Pb) 및 비소(As)가 함유되지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 용접 단계에서 상기 화이트메탈은 주석(Sn)-구리(Cu)- 안티몬(Sb) 합금 또는 주석(Sn)-구리(Cu)-안티몬(Sb)- 코발트(Co) 합금을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 아크 용접에 의해 쉘의 내주면을 용융시키면서 화이트메탈을 용접하기 때문에 원심주조 방식에 의해 용착부를 형성하는 것에 비하여 쉘과 용착부의 접합력을 증대할 수 있다.
또한, 와이어 타입의 화이트메탈을 용접시켜 용착부를 형성하기 때문에 화이트메탈을 조성하는 각 성분들이 균질하게 분포된 용착부를 형성할 수 있어 용착부의 내구성을 향상시킴에 따라 유막베어링의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 원심주조 방식에 비해 제조공정을 단순화할 수 있기 때문에 생산성 증대 및 제조원가 절감효과를 얻을 수 있다.
또한, 용접육성 방식으로 쉘의 내주면에 용착부를 형성할 수 있기 때문에 원심주조 방식에 의해 제조할 수 있는 쉘보다 대형 크기의 쉘을 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 지지롤과 지지롤 초크의 조립구성을 보여주는 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 쉘 제조 장치를 보여주는 도면이며,
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 쉘 제조 장치의 작동상태를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 쉘 제조 장치를 사용하여 제조되는 쉘은 압연장치의 지지롤 초크 내부에 구비되는 유막베어링을 구성하는 쉘(shell)로서, 상기 쉘은 양단이 연통된 원통 형상을 갖는다. 물론 본 발명에서 제시하는 쉘 제조 장치는 유막베어링을 구성하는 쉘의 제조에 한정되지 않고 원통 형상의 내주면에 소정의 용착부를 형성하는 다양한 제품의 제조에 적용될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 쉘 제조 장치를 보여주는 도면이고, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 쉘 제조 장치의 작동상태를 보여주는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 쉘 제조 장치는 크게 베이스(100), 쉘 거치수단(200), 쉘 고정수단(300), 용접기 이동수단(400), 플라즈마 용접기(500) 및 와이어 공급수단(600)을 포함한다.
베이스(100)는 원통 형상인 쉘(31)의 내주면에 화이트메탈(white metal)을 용접하는 공간을 제공하는 수단으로서, 지면에 평행하게 설치되는 플레이트 또는 프레임으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 플레이트 타입을 적용하였다.
쉘 거치수단(200)은 쉘(31)의 외주면을 거치한 상태로 용접을 하는 도중 또는 용접을 준비하는 도중 쉘(31)을 원주방향으로 회전시키는 수단으로서, 거치 가이드(210)와 제 1 안착롤러(220) 및 제 2 안착롤러(230)를 포함한다.
거치 가이드(210)는 베이스(100)의 상면에서 쉘(31)의 길이방향과 수직방향, 즉 쉘(31)의 폭방으로 쉘(31)의 하부를 가로질러 배치되어 제 1 안착롤러(220)와 제 2 안착롤러(230)가 설치되는 수단이다. 이때 제 1 안착롤러(220)와 제 2 안착롤러(230) 사이의 간격을 조절할 수 있도록 제 1 안착롤러(220) 및 제 2 안착롤러(230) 중 적어도 어느 하나는 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 거치 가이드(210) 상에서 이동 가능하게 구비된다. 예를 들어 본 실시예에서는 제 1 안착롤러(220)는 고정되고, 제 2 안착롤러(230)가 이동 가능하게 구비된다.
제 1 안착롤러(220)는 거치 가이드(210)의 일측 단부에 고정되어 설치되고, 제 2 안착롤러(230)는 거치 가이드(210) 상에서 거치 가이드(210)의 길이방향을 따라 이동되는 롤러이동체(231)에 설치된다.
롤러이동체(231)는 거치 가이드(210) 상에 설치되어 이동되는 블럭으로서, 거치 가이드(210)에 설치되는 제 1 스크류(232)에 치합되어 제 1 스크류(232)의 회전에 의해 거치 가이드(210)를 따라 이동되도록 구비된다. 이때 제 1 스크류(232)에는 제 1 스크류(232)를 회전시키는 제 1 핸들(233)이 연결된다. 그래서 제 1 핸들(233)을 회전시키면 제 1 핸들(233)과 일체로 제 1 스크류(232)가 회전되면서 롤러이동체(231)를 이동시켜 제 2 안착롤러(230)를 이동시키게 된다.
본 실시예에서는 거치 가이드(210)와 제 1 안착롤러(220) 및 제 2 안착롤러(230)를 한 쌍으로 구비하여 쉘(31)의 길이방향을 따라 평행하게 이격시켜 쉘(31)의 외주면을 4군데에서 지지함에 따라 쉘(31)이 안정적으로 거치된다. 바람직하게는 한 쌍의 제 1 안착롤러(220)가 쉘(31)의 일측 외주면 하부를 쉘(31)의 길이방향으로 서로 이격된 상태로 지지하고, 한 쌍의 제 2 안착롤러(230)가 쉘(31)의 타측 외주면 하부를 쉘(31)의 길이방향으로 서로 이격된 상태로 지지한다.
특히, 제 1 안착롤러(220)에는 제 1 안착롤러(220)를 회전시키는 구동모터(미도시)가 연결되어 제 1 안착롤러(220)를 회전시킴에 따라 제 1 안착롤러(220)와 제 2 안착롤러(230)에 안착된 쉘(31)을 외주면 방향으로 회전시킨다.
쉘 고정수단(300)은 베이스(100)의 상면에 배치되어 쉘 거치수단(200)에 거치된 쉘(31)이 길이방향으로 이동되는 것을 방지시키는 수단으로서, 제 1 고정롤러(310), 고정 가이드(320) 및 제 2 고정롤러(330)를 포함한다.
제 1 고정롤러(310)는 베이스(100)의 상부에 설치되고, 쉘(31)의 길이방향 일측 단부에 밀착되어 구름동작된다. 이때 제 1 고정롤러(310)는 베이스(100)의 상면에 설치되는 제 1 포스트(311)에 의해 지지된다. 제 1 포스트(311)의 형태는 특정 형상에 제한되지 않고 제 1 고정롤러(310)를 쉘(31)의 길이방향 일측 단부에 밀착시킬 수 있도록 다양하게 변형되어 설치될 수 있다.
그리고, 제 2 고정롤러(330)는 베이스(100)의 상부에서 쉘(31)을 사이에 두고 제 1 고정롤러(310)와 대향 배치되고, 쉘(31)의 길이방향 타측 단부에 밀착되어 구름동작된다. 이때 제 2 고정롤러(330)는 베이스(100)의 상면에서 쉘(31)의 길이방향을 따라 이동되도록 구비된다. 이를 위하여 베이스(100)의 상면에는 쉘(31)의 길이방향을 따라 고정 가이드(320)가 배치되고, 고정 가이드(320)에는 제 2 고정롤러(330)를 지지하는 제 2 포스트(331)가 고정 가이드(320)를 따라 이동되도록 설치된다. 제 2 포스트(331)도 제 1 포스트(311)와 마찬가지로 그 형태가 특정 형상에 제한되지 않고 제 2 고정롤러(330)를 쉘(31)의 길이방향 타측 단부에 밀착시킬 수 있도록 다양하게 변형되어 설치될 수 있다. 다만, 제 2 포스트(331)는 이동을 위하여 고정 가이드(320) 상에서 고정 가이드(320)의 길이방향을 따라 이동되는 포스트이동체(321)에 설치된다.
포스트이동체(321)는 고정 가이드(320) 상에 설치되어 이동되는 블럭으로서, 고정 가이드(320)에 설치되는 제 2 스크류(322)에 치합되어 제 2 스크류(322)의 회전에 의해 고정 가이드(320)를 따라 이동되도록 구비된다. 이때 제 2 스크류(322)에는 제 2 스크류(322)를 회전시키는 제 2 핸들(323)이 연결된다. 그래서 제 2 핸들(323)을 회전시키면 제 2 핸들(323)과 일체로 제 2 스크류(322)가 회전되면서 포스트이동체(321)를 이동시켜 제 2 고정롤러(330)를 이동시키게 된다.
용접기 이동수단(400)은 베이스(100)와 이격되어 배치되고, 쉘(31)의 길이방향으로 이동하면서 단부가 쉘(31)의 내부로 진입하여 쉘(31)의 내부에서 길이방향으로 왕복운동되는 수단으로서, 수직 지지대(410), 수직 이동체(420) 및 수평 이동체(430)를 포함한다.
수직 지지대(410)는 기둥 형상으로 쉘(31)의 길이방향 연장선상에서 베이스(100)와 이격되어 배치되어 지면에서 수직방향으로 설치된다.
수직 이동체(420)는 수직 지지대(410)에 설치되어 수직 지지대(410)를 따라 상하방향으로 이동되는 블럭이다. 이때 수직 이동체(420)의 상하방향 이동은 다양한 방식에 의해서 구현될 수 있다. 예를 들어 LM가이드, 유압 실린더 또는 랙크 기어와 피니언 기어의 조합에 의해 구현될 수 있다.
수평 이동체(430)는 쉘(31)의 길이방향으로 길게 형성되는 프레임으로서, 수직 이동체(420) 상에 설치되어 쉘(31)의 길이방향으로 왕복운동할 수 있도록 구비된다. 이때 수평 이동체(430)도 수직 이동체(420)와 마찬가지로 수직 이동체(420) 상에서 쉘(31)의 길이방향으로 왕복운동하는 이동은 다양한 방식에 의해서 구현될 수 있다.
수평 이동체(430)의 일측 단부에는 플라즈마 용접기(500)가 설치되고, 타측 상부에는 플라즈마 용접기(500)에 공급되는 용가제인 와이어 타입의 화이트메탈(W)을 제공하는 와이어 공급수단(600)이 설치된다.
그래서 수평 이동체(430)가 수직 이동체(420)에서 수평방향으로 왕복운동됨에 따라 플라즈마 용접기(500)가 쉘 거치수단(200)에 거치된 쉘(31)의 내부로 진입하여 쉘(31)의 내주면을 용접할 수 있는 것이다.
플라즈마 용접기(500)는 수평 이동체(430)의 일측 단부에 설치되어 수평 이동체(430)와 일체로 왕복운동되고, 플라즈마를 이용하여 쉘(31)의 내주면을 용융시키면서 와이어 공급수단(600)에서 공급되는 용가제인 와이어 타입의 화이트메탈(W)을 함께 용융시켜 용접하는 장치이다. 본 실시예에서 플라즈마 용접기(500)를 사용하는 이유는 플라즈마 용접기로 공급되는 아르곤 가스가 고온 아크를 통과하면서 플라즈마로 변화되는데, 이때 발생되는 열원은 다른 용접법 보다 열 집중도가 높아 침투도가 높고 용접폭이 좁아 모재에 미치는 열변형이 적어 안정적이고 용접속도가 빠르며 전극소모가 적기 때문에 장시간의 용접이 가능하여 운영비용이 적게 소요되기 때문이다.
와이어 공급수단(600)은 수평 이동체(430)의 타측 단부에 설치되어 플라즈마 용접기(500)에 용가제로 제공되는 화이트메탈(W)을 와이어 타입으로 공급하는 수단으로서, 와이어를 플라즈마 용접기(500)에 제공하는 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다.
한편, 와이어 공급수단(600)으로 제공되는 화이트메탈(W)은 주석(Sn)합금을 사용하되, 카드뮴(Cd), 납(Pb) 및 비소(As)가 함유되지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 카드뮴(Cd), 납(Pb) 및 비소(As)는 종래의 원심주조법을 사용하여 쉘의 내주면에 용착부를 형성하는 경우에 접합력의 향상을 위하여 화이트메탈(W)에 함유되는 유해물질의 성분으로서, 본 실시예와 같이 플라즈마 용접기를 사용하여 용착부를 형성하는 경우에는 카드뮴(Cd), 납(Pb) 및 비소(As)와 같은 유해물질을 함유하지 않아도 높은 접합력을 기대할 수 있다. 예를 들어 화이트메탈(W)은 주석(Sn)-구리(Cu)- 안티몬(Sb) 합금 또는 주석(Sn)-구리(Cu)-안티몬(Sb)- 코발트(Co) 합금을 사용할 수 있다. 또한, 니켈(Ni), 아연(Zn), 은(Ag) 중 적어도 어느 하나 이상이 더 함유될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 쉘 제조 장치의 작동상태 및 쉘 제조 장치를 이용하여 쉘을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 쉘을 제조하기 위해서는 SS400 또는 SM490A 재질의 적당한 두께를 갖는 판재를 절단하고 벤딩한 후, 이음 부분을 용접하여 내부가 중공된 원통형의 쉘 형성용 몸체를 제작한다.(몸체 형성 단계) 그리고, 몸체 이음부분에 용접이 적합하게 이루어졌는지를 확인하기 위하여 초음파탐상검사(UT)와 자분탐상검사(MT)를 수행하며, 용접결함이 없다고 확인되면 용접단계에서 발생된 응력을 제거하기 위하여 응력제거 열처리(SR)를 수행한다. 이때 열처리 온도는 570 ~ 630℃로 유지한 후 냉각한다.
이렇게 몸체가 준비되었다면 몸체를 황삭 가공한다.(제 1 기계적 가공 단계) 최종 제품인 쉘의 내주면에는 화이트메탈에 의한 용착부가 형성되므로 용착부를 제외한 최종 치수를 기준으로 황상 가공한다. 이때 몸체를 편측 3 ~ 5mm의 가공여유를 갖도록 가공한다.
제 1 기계적 가공 단계가 완료되면 몸체의 내주면에서 상기 제 1 기계적 가공 단계에서 발생된 불순물과 유분을 제거한다.(세정 단계)
세정 단계가 완료되면 플라즈마 용접기를 이용하여 몸체의 내주면을 용융시키면서 와이어(wire) 타입의 화이트메탈(white metal)을 몸체의 내주면에 용접한다.(용접 단계)
용접 단계는 본 발명의 일실시예에 따른 쉘 제조 장치를 이용하여 몸체의 내주면에 화이트메탈을 이용한 용착부를 형성하는 단계이다. 쉘 제조 장치의 작동 관계에 대해서는 이후에 상세하게 설명하겠다.
몸체의 내주면에 화이트메탈에 의한 용착부가 형성되었다면 몸체를 가공하여 최종제품인 쉘의 형태를 형성하도록 중삭 및 정삭 가공 중 적어도 어느 하나 이상의 가공을 실시한다.(제 2 기계적 가공 단계) 이때 쉘에 형성되어야 하는 홀 또는 오일 포켓(Oil Pocket) 등을 형성한다.
상기와 같이 플라즈마 아크 용접에 의해 쉘의 내주면에 용착부를 형성함에 따라 종래의 원심주조 방법에 의해 쉘의 내주면에 용착부를 형성하는 경우보다 공정을 단축할 수 있다. 부연하자면, 종래의 원심주조 방법을 이용하는 경우에는 제 1 기계적 가공 단계 이후에 산세처리, 마스킹작업, 탈수소 열처리, 주석 처리 등과 같은 공정을 필수적으로 진행하여만 하여 공정이 길어질수 밖에 없었지만, 본 실시예에 따른 쉘의 제조방법은 제 1 기계적 가공 단계를 통해 몸체를 준비한 다음 용접 단계를 진행하기 이전에 용착준비단계로 몸체를 세정하는 단계만 진행하면 되기 때문에 종래의 원심주조 방법 대비 공정을 상당히 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 용접 단계에서 사용되는 쉘 제조 장치의 작동 관계에 대해서 설명한다.
먼저, 도 3a와 같이 최종 제품인 쉘을 제조하기 위한 원통형상의 몸체(이하, '쉘'이라 칭함)를 쉘 거치수단(200)에 안착시킨다. 이때 쉘(31)의 외주면의 하부 양측이 제 1 안착롤러(220) 및 제 2 안착롤러(230)에 안착되도록 한다. 그리고, 쉘(31)의 위치 및 높이를 맞추기 위하여 제 1 핸들(233)을 조작하여 제 1 스크류(232)를 회전시킴으로서 롤러이동체(231)를 이동시켜 제 1 안착롤러(220)와 제 2 안착롤러(230) 사이의 간격을 조절한다.
이렇게 쉘(31)의 위치가 정해지면, 도 3b와 같이 제 2 핸들(323)을 조작하여 제 2 스크류(322)를 회전시킴으로서 포스트이동체(321)를 이동시켜 제 2 고정롤러(330)를 쉘(31)의 단부에 밀착시킨다. 이때 포스트이동체(321)의 계속적인 이동에 의해 쉘(31)의 다른 쪽 단부가 제 1 고정롤러(310)에 밀착되면서 쉘(31)의 양측 단부가 제 1 고정롤러(310) 및 제 2 고정롤러(330)에 밀착되어 쉘(31)의 길이방향 위치가 변경되지 않도록 자세가 유지된다.
쉘(31)의 자세가 안정되면 도 3c와 같이 용접기 이동수단(400)을 이용하여 플라즈마 용접기(500)를 쉘(31)의 내부로 진입시켜 쉘(31)의 길이방향으로 왕복운동시키면서 쉘(31)의 내주면에 화이트메탈(W)을 용접한다.
이때 플라즈마 용접기(500)는 용접기 이동수단(400)에 마련되는 수직 이동체(420)의 수직방향 이동에 의해 높이가 조절되고, 수평 이동체(430)의 수평방향 왕복운동에 의해 쉘(31)의 내부로 진입되어 왕복운동된다.
한편, 플라즈마 용접기(500)에 의해 용접이 이루어지는 동안에는 와이어 공급수단(600)에서 연속적으로 와이어 타입의 화이트메탈(W)이 제공되어 플라즈마 용접이 연속적으로 이루어진다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
31: 쉘 100: 베이스
200: 쉘 거치수단 210: 거치 가이드
220: 제 1 안착롤러 230: 제 2 안착롤러
300: 쉘 고정수단 310: 제 1 고정롤러
320: 고정 가이드 330: 제 2 고정롤러
400: 용접기 이동수단 410: 수직 지지대
420: 수직 이동체 430: 수평 이동체
500: 플라즈마 용접기 600: 와이어 공급수단

Claims (9)

  1. 롤 설비의 초크 내부에 구비되는 유막베어링을 구성하는 쉘(shell)을 제조하는 장치로서,
    용접되는 공간을 제공하는 베이스와;
    상기 베이스의 상면에 배치되어 상기 쉘이 회전 가능하게 거치되는 쉘 거치수단과;
    상기 베이스의 상면에 배치되고 상기 쉘의 길이방향으로 양단을 지지하는 쉘 고정수단과;
    상기 베이스 상에 또는 베이스와 독립적으로 배치되고, 상기 쉘의 내부에서 왕복운동하는 용접기 이동수단과;
    상기 용접기 이동수단에 연동되면서 상기 쉘의 내주면을 용접하는 플라즈마 용접기와;
    상기 용접기 이동수단에 설치되어 상기 플라즈마 용접기에 와이어 타입의 화이트메탈을 공급하는 와이어 공급수단을 포함하는 쉘 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 쉘 거치수단은
    상기 베이스의 상면에서 상기 쉘의 길이방향과 수직방향으로 배치되는 거치 가이드와;
    상기 거치 가이드의 일측에 고정되어 상기 쉘의 일측 외주면 하부가 안착되는 제 1 안착롤러와;
    상기 거치 가이드의 타측에 설치되어 상기 거치 가이드를 따라 이동되고, 상기 쉘의 타측 외주면 하부가 안착되는 제 2 안착롤러를 포함하는 쉘 제조 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 쉘 고정수단은
    상기 베이스의 상부에 설치되고, 상기 쉘의 길이방향 일측 단부에 밀착되어 구름동작되는 제 1 고정롤러와;
    상기 베이스의 상부에서 상기 쉘을 사이에 두고 상기 제 1 고정롤러와 대향배치되어 상기 쉘의 길이방향을 따라 이동되고, 상기 쉘의 길이방향 타측 단부에 밀착되어 구름동작되는 제 2 고정롤러를 포함하는 쉘 제조 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 쉘 고정수단은
    상기 베이스의 상면에 설치되어 상기 제 1 고정롤러를 지지하는 제 1 포스트와;
    상기 쉘의 길이방향을 따라 배치되는 고정 가이드와;
    상기 고정 가이드를 따라 이동되도록 설치되어 상기 제 2 고정롤러를 지지하는 제 2 포스트를 더 포함하는 쉘 제조 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 용접기 이동수단은
    상기 쉘의 길이방향 연장선상에서 상기 베이스와 이격되어 배치되는 수직 지지대와;
    상기 수직 지지대 상에서 상하방향으로 이동되는 수직 이동체와;
    상기 수직 이동체 상에 설치되어 상기 쉘의 길이방향으로 왕복운동되고, 일측 단부에 상기 플라즈마 용접기가 설치되고, 타측 상부에 상기 와이어 공급수단이 설치되는 수평 이동체를 포함하는 쉘 제조 장치.
  6. 롤 설비의 초크 내부에 구비되는 유막베어링을 구성하는 쉘(shell)을 제조하는 방법으로서,
    판재를 절단하고 벤딩한 후, 이음 부분을 용접하여 내부가 중공된 원통형의 쉘 형성용 몸체를 제작하는 몸체 형성 단계와;
    플라즈마 용접기를 이용하여 상기 몸체의 내주면을 용융시키면서 와이어(wire) 타입의 화이트메탈(white metal)을 상기 몸체의 내주면에 용접하는 용접 단계를 포함하는 쉘 제조 방법.
  7. 청구항6에 있어서,
    상기 몸체 형성 단계와 용접 단계 사이에는, 상기 몸체를 황삭 가공하는 제 1 기계적 가공 단계 및, 상기 몸체의 내주면에서 상기 제 1 기계적 가공 단계에서 발생된 불순물을 제거하는 세정 단계를 더 포함하고,
    상기 용접 단계 이후에는, 내주면에 화이트메탈이 용접된 몸체를 가공하여 최종 쉘의 형태를 형성하도록 중삭 및 정삭 가공 중 적어도 어느 하나 이상의 가공을 실시하는 제 2 기계적 가공 단계를 더 포함하는 쉘 제조 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 용접 단계에서 상기 화이트메탈은 주석(Sn)합금을 사용하되, 상기 주석 합금에는 카드뮴(Cd), 납(Pb) 및 비소(As)가 함유되지 않는 것을 사용하는 쉘 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 용접 단계에서 상기 화이트메탈은 주석(Sn)-구리(Cu)- 안티몬(Sb) 합금 또는 주석(Sn)-구리(Cu)-안티몬(Sb)- 코발트(Co) 합금을 사용하는 쉘 제조 방법.
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