KR20190043433A - 롤링 공정을 이용한 링 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에 관한 것으로서, 소재가 안착되는 받침부와, 받침부에 안착되고 소재가 관통되는 맨드릴부와, 소재를 롤링 가공하는 성형롤부와, 소재에 근접 이동되고 소재의 상하측면과 접촉되어 소재를 회전시키는 축롤부를 포함하여, 성형 불량을 방지할 수 있다.

Description

롤링 공정을 이용한 링 제조장치{RING MANUFACTURING DEVICE USING ROLLING PROCESS}

본 발명은 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신속한 성형을 유도하고, 성형 불량을 억제할 수 있는 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 링 압연공정은 이음매 없는 링 모양의 제품을 연속적으로 가공하여 원하는 치수의 제품, 즉 링 압연품을 제조하는 공정이다. 이러한 링 압연공정은, 풍력 타워, 발전설비, 화학 플랜트, 가스터빈 및 제트엔진용 링부품 등 다양한 분야의 링부품 제조에 적용되고 있다.

링 압연공정은 압연과는 다른 제조공정인 링 단조(Ring Forging) 공정에 비해, 작업속도가 빠르고, 온도유지가 가능하며, 수율 향상 등을 꾀할 수 있다. 특히, 링 압연공정으로 제조된 링 압연품은 그레인 플로우 라인(Grain Flow Line)이 원주방향으로 끊기지 않고 연속적으로 형성되기 때문에, 우수한 특성을 발현할 수 있는 장점이 있다.

링 압연공정에서 소재는 성형롤과 접촉되어 설계안대로 성형되는데, 소재를 가공하여 형상 링을 제작하기 위해서는 소재와 성형롤 간의 간극이 제거되어야 한다. 그러나, 종래에는 소재가 성형롤 외곽라인을 따라 순차적으로 접촉되지 못하여 성형 불량을 유발하는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2013-0092865호(2013.08.21. 공개, 발명의 명칭 : 링 압연 공정을 이용한 비대칭 단면을 가지는 제품의 성형 장치 및 성형 방법)에 게시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 신속한 성형을 유도하고, 성형 불량을 억제할 수 있는 롤링 공정을 이용한 링 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치는: 소재가 안착되는 받침부; 상기 받침부에 안착되고, 상기 소재가 관통되는 맨드릴부; 상기 소재를 롤링 가공하는 성형롤부; 및 상기 소재 방향으로 이동되고, 상기 소재의 상하측면과 접촉되어 상기 소재를 회전시키는 축롤부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 소재는 상기 받침부에 안착되고, 상측에 하판부가 형성되는 블랭크하부; 상기 블랭크하부에서 상방으로 연장되고, 외주면에 경사를 갖는 경사면부가 형성되는 블랭크상부; 및 상기 블랭크하부와 상기 블랭크상부에 형성되고, 상기 맨드릴부가 관통되는 블랭크홀부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하판부는 1도 내지 5도의 경사를 갖도록 성형되고, 상기 경사면부는 40도 내지 50의 경사를 갖도록 성형되는 것을 특징으로 한다.

상기 받침부는 일부가 하방으로 처진 형상을 하여 상기 소재와 선접촉되는 받침판부; 상기 받침판부의 일측에 형성되고, 상기 성형롤부가 배치되기 위한 공간을 형성하는 받침성형유도부; 및 상기 받침부의 타측에 형성되고, 상기 축롤부가 진입되기 위한 공간을 형성하는 받침축유도부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 맨드릴부는 상기 받침부에 안착되고, 상기 소재의 내측을 성형하는 맨드릴가공부; 및 상기 맨드릴가공부에 장착되고, 상기 맨드릴가공부를 수평 이동시키는 맨드릴이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 성형롤부는 상기 블랭크상부를 성형하는 성형상부롤부; 상기 성형상부롤부의 하부에서 연장되고, 상기 성형상부롤부 보다 직경이 작은 성형중간롤부; 및 성형중간롤부의 하부에서 연장되고, 상기 성형상부롤부 보다 직경이 큰 성형하부롤부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 성형상부롤부는 상부롤회전부; 상기 상부롤회전부에 장착되어 상기 상부롤회전부를 회전시키는 상부롤작동부; 상기 상부롤회전부에서 하방으로 연장되고, 상기 경사면부를 성형하는 상부롤경사압연부; 및 상기 상부롤경사압연부의 저면에 형성되고, 상기 하판부를 성형하는 상부롤판압연부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치는 소재가 블랭크하부와 블랭크상부의 노출된 면이 경사를 갖도록 형성됨으로써, 성형롤부와의 성형시 순차적인 접촉이 유도되어 성형 불량을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치는 성형하부롤부가 성형상부롤부 보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 소재의 저면을 지지함으로써, 맨드릴부의 가압에 의한 벤딩력에 대한 저항을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 소재를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 소재를 제작하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 받침부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 맨드릴부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 성형롤부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치를 이용한 전체 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 성형롤부를 이용한 소재 변형 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치(1)는 받침부(10)와, 맨드릴부(20)와, 성형롤부(30)와, 축롤부(40)를 포함한다.

받침부(10)에는 소재(90)가 안착된다. 일 예로, 받침부(10)의 하방에는 성형롤부(30)와 축롤부(40)가 위치되기 위한 공간이 형성될 수 있다.

맨드릴부(20)는 받침부(10)에 안착되고, 소재(90)가 관통된다. 일 예로, 맨드릴부(20)는 원통 막대 형상을 하고, 직선 이동되면서 소재(90)의 내측을 성형할 수 있다.

성형롤부(30)는 고정되어 자체적으로 회전되고, 소재(90)가 성형롤부(30) 방향으로 이동되어 롤링 가공한다. 일 예로, 성형롤부(30)는 소재(90) 보다 높은 강도를 가지며, 소재(90)를 목적하는 형상으로 성형시킬 수 있다.

축롤부(40)는 소재(90)에 근접 이동되고, 소재(90)의 상하측면과 접촉되어 소재(90)를 회전시킨다. 일 예로, 축롤부(40)는 수평 이동되는 축이동부(41)와, 축이동부(41)에 회전 가능하도록 장착되는 상부축롤부(42)와, 축이동부(41)에 회전 가능하도록 장착되고 상부축롤부(42)의 하방에 배치되는 하부축롤부(43)를 포함할 수 있다. 상부축롤부(42)와 하부축롤부(43)는 삼각뿔 형상을 하며, 소재(90)의 상측면과 하측면에 각각 접촉되어 소재(90)를 회전시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 소재를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 소재를 제작하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소재(90)는 블랭크하부(91)와, 블랭크상부(92)와, 블랭크홀부(93)를 포함한다.

블랭크하부(91)는 받침부(10)에 안착되고, 상측에 하판부(911)가 형성된다. 일 예로, 블랭크하부(91)는 원판 형상을 하고 중앙부에 블랭크홀부(93)가 형성될 수 있다.

블랭크상부(92)는 블랭크하부(91)에서 상방으로 연장되고, 외주면에 경사를 갖는 경사면부(921)가 형성된다. 일 예로, 블랭크상부(92)의 상측은 상판부(922)가 형성되고 중앙부에 블랭크홀부(93)가 형성된다.

블랭크홀부(93)는 블랭크하부(91)와 블랭크상부(92)의 중앙부에 배치되고, 맨드릴부(20)가 관통되는 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

이때, 하판부(911)는 1도 내지 5도의 경사를 갖도록 성형되고, 경사면부(921)는 40도 내지 50의 경사를 갖도록 성형된다. 이러한 경사각에 의해 소재(90)가 성형롤부(30)에 단계적으로 접촉되어, 하판부(911)와 경사면부(921) 간의 경계지점에서 성형롤부(30)와의 비접촉에 의한 성형 불량을 방지할 수 있다.

한편, 소재(90)를 제작하는 과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 예열된 소재(90)를 금형부(80)에 안착시키고 가공하면, 소재(90)의 블랭크하부(91)와 블랭크상부(92)가 뒤집힌 상태로 성형된다. 이때, 금형부(80)에 의해 블랭크상부(92)의 상판부(922)에는 가공홈부(923)가 형성된다.

금형부(80)에 의한 가공이 완료되면, 펀칭 및 피어싱 공정을 통해 가공홈부(923) 영역이 홀가공 되어 블랭크홀부(93)가 형성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 받침부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 받침부(10)는 받침판부(11)와, 받침성형유도부(12)와, 받침축유도부(13)를 포함한다.

받침판부(11)는 일부가 하방으로 처진 형상을 하여 소재(90)와 선접촉된다. 일 예로, 받침판부(11)는 중앙부가 수평면 대비 10mm 이하로 하방으로 처진 형상을 함으로써, 받침판부(11)와 소재(90) 간의 선접촉이 이루어질 수 있다. 이때, 받침판부(11)는 지지대(15)에 고정되어 지면과 이격될 수 있다.

받침성형유도부(12)는 받침판부(11)의 일측에 형성되고, 성형롤부(30)가 배치되기 위한 공간을 형성한다. 받침축유도부(13)는 받침부(10)의 타측에 형성되고, 축롤부(40)가 진입되기 위한 공간을 형성한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 맨드릴부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 맨드릴부(20)는 맨드릴가공부(21)와 맨드릴이동부(22)를 포함한다.

맨드릴가공부(21)는 받침부(10)에 안착되고, 소재(90)의 내측을 성형한다. 일 예로, 맨드릴가공부(21)가 받침부(10)에 안착되면 리프터가 가열된 소재(90)를 맨드릴가공부(21)에 위치시킨다. 이로 인해 맨드릴가공부(21)는 블랭크홀부(93)를 관통한다.

맨드릴이동부(22)는 맨드릴가공부(21)에 장착되고, 맨드릴가공부(21)를 수평 이동시킨다. 일 예로, 맨드릴이동부(22)는 초기에 맨드릴가공부(21)에서 이격되어, 소재(90)를 맨드릴가공부(21)에 투입할 수 있다. 소재(90)가 맨드릴가공부(21)에 관통되면, 맨드릴이동부(22)가 맨드릴가공부(21)의 상부에 결합되어 맨드릴가공부(21)를 성형롤부(30) 방향으로 이동시킬 수 있다. 이러한 맨드릴가공부(21)가 성형롤부(30)로 이동되면서 소재(90)의 내측이 가공될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 성형롤부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 성형롤부(30)는 성형상부롤부(31)와, 성형중간롤부(32)와, 성형하부롤부(33)를 포함한다.

성형상부롤부(31)는 블랭크상부(92)를 성형한다. 성형중간롤부(32)는 성형상부롤부(31)의 하부에서 연장되고, 성형상부롤부(31) 보다 직경이 작은 형상을 한다. 성형하부롤부(33)는 성형중간롤부(32)의 하부에서 연장되고, 성형상부롤부(31) 보다 큰 직경을 갖는다.

일 예로, 성형중간롤부(32)는 블랭크하부(91)의 측단부와 접촉되어 볼록한 형상을 평탄하게 형성할 수 있다. 이때, 블랭크하부(91)는 성형하부롤부(33)의 상측에 지지될 수 있다. 성형하부롤부(33)가 성형상부롤부(31) 보다 더 큰 직경을 갖도록 확장되면, 블랭크하부(91)에 벤딩력이 작용하는 내부면적이 증가하게 된다. 이로 인해 벤딩력에 대한 저항을 증가시킬 수 있어서, 블랭크하부(91)의 변형을 방지할 수 있다.

성형상부롤부(31)는 상부롤회전부(311)와, 상부롤작동부(312)와, 상부롤경사압연부(313)와, 상부롤판압연부(314)를 포함한다.

상부롤회전부(311)는 원통 형상을 하고, 상부롤작동부(312)는 상부롤회전부(311)에 장착되어 상부롤회전부(311)를 회전시킨다.

상부롤경사압연부(313)는 상부롤회전부(311)에서 하방으로 연장되고, 경사면부(921)를 성형한다. 상부롤판압연부(314)는 상부롤경사압연부(313)의 저면에 형성되고, 하판부(911)를 성형한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치를 이용한 전체 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하여 전체 공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 가열로(100)에서 소재(90)를 가열하고, 가열된 소재(90)를 이동시켜 받침부(10)에 안착된 맨드릴가공부(21)를 소재(90)에 삽입시킨다.

맨드릴가공부(21)가 소재(90)를 관통한 상태에서 소재(90)의 일측에 성형롤부(30)가 배치되고, 축롤부(40)가 소재(90)의 타측에 접근된다.

이때, 축롤부(40)가 구동되면, 상부축롤부(42)와 하부축롤부(43)가 소재(90)의 상하측과 접촉되어 회전되면서 소재(90)를 회전시킨다. 그리고, 성형롤부(30)가 회전되면서 소재(90)와 접촉되어 소재(90)를 성형한다.

한편, 맨드릴이동부(22)는 맨드릴가공부(21)의 상부에 결합되어 맨드릴가공부(21)를 성형롤부(30) 방향으로 이동시켜 소재(90)의 내경을 확장시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치에서 성형롤부를 이용한 소재 변형 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 성형 초기에 블랭크하부(91)의 측단부 라운드진 면이 성형중간롤부(32)와 접촉되고, 상부롤판압연부(314)는 경사를 갖는 하판부(911)와 근접된다.

그리고, 맨드릴가공부(21)가 이동되어 소재(90)를 성형롤부(30) 방향으로 가압하면, 블랭크하부(91)의 측단부가 성형중간롤부(32)와 면접촉되도록 성형된다. 이때, 하판부(911)는 상부롤판압연부(314)와 면접촉될 수 있다.

상기한 상태에서 소재(90)가 성형롤부(30) 방향으로 추가 가압되면, 경사면부(921)가 상부롤경사압연부(313)와 면접촉되도록 성형된다.

본 발명에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치(1)는 소재(90)의 블랭크하부(91)와 블랭크상부(92)의 노출된 면이 경사를 갖도록 형성됨으로써, 성형롤부(30)와의 성형시 순차적인 접촉이 유도되어 성형 불량을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 롤링 공정을 이용한 링 제조장치(1) 성형하부롤부(33)가 성형상부롤부(31) 보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 소재(90)의 저면을 지지함으로써, 맨드릴부(20)의 가압에 의해 소재(90)에 발생하는 굽힘력에 대한 저항을 증가시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 받침부 11 : 받침판부
12 : 받침성형유도부 13 : 받침축유도부
15 : 지지대 20 : 맨드릴부
21 : 맨드릴가공부 22 : 맨드릴이동부
30 : 성형롤부 31 : 성형상부롤부
32 : 성형중간롤부 33 : 성형하부롤부
40 : 축롤부 41 : 축이동부
42 : 상부축롤부 43 : 하부축롤부
80 : 금형부 90 : 소재
91 : 블랭크하부 92 : 블랭크상부
93 : 블랭크홀부

Claims (7)

1. 소재가 안착되는 받침부;
   상기 받침부에 안착되고, 상기 소재가 관통되는 맨드릴부;
   상기 소재를 롤링 가공하는 성형롤부; 및
   상기 소재 방향으로 이동되고, 상기 소재의 상하측면과 접촉되어 상기 소재를 회전시키는 축롤부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링 공정을 이용한 링 제조장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 소재는
   상기 받침부에 안착되고, 상측에 하판부가 형성되는 블랭크하부;
   상기 블랭크하부에서 상방으로 연장되고, 외주면에 경사를 갖는 경사면부가 형성되는 블랭크상부; 및
   상기 블랭크하부와 상기 블랭크상부에 형성되고, 상기 맨드릴부가 관통되는 블랭크홀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링 공정을 이용한 링 제조장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 하판부는 1도 내지 5도의 경사를 갖도록 성형되고,
   상기 경사면부는 40도 내지 50의 경사를 갖도록 성형되는 것을 특징으로 하는 롤링 공정을 이용한 링 제조장치.
   
4. 제 2항에 있어서, 상기 성형롤부는
   상기 블랭크상부를 성형하는 성형상부롤부;
   상기 성형상부롤부의 하부에서 연장되고, 상기 성형상부롤부 보다 직경이 작은 성형중간롤부; 및
   성형중간롤부의 하부에서 연장되고, 상기 성형상부롤부 보다 직경이 큰 성형하부롤부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링 공정을 이용한 링 제조장치.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 성형상부롤부는
   상부롤회전부;
   상기 상부롤회전부에 장착되어 상기 상부롤회전부를 회전시키는 상부롤작동부;
   상기 상부롤회전부에서 하방으로 연장되고, 상기 경사면부를 성형하는 상부롤경사압연부; 및
   상기 상부롤경사압연부의 저면에 형성되고, 상기 하판부를 성형하는 상부롤판압연부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링 공정을 이용한 링 제조장치.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 받침부는
   일부가 하방으로 처진 형상을 하여 상기 소재와 선접촉되는 받침판부;
   상기 받침판부의 일측에 형성되고, 상기 성형롤부가 배치되기 위한 공간을 형성하는 받침성형유도부; 및
   상기 받침부의 타측에 형성되고, 상기 축롤부가 진입되기 위한 공간을 형성하는 받침축유도부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링 공정을 이용한 링 제조장치.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 맨드릴부는
   상기 받침부에 안착되고, 상기 소재의 내측을 성형하는 맨드릴가공부; 및
   상기 맨드릴가공부에 장착되고, 상기 맨드릴가공부를 수평 이동시키는 맨드릴이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링 공정을 이용한 링 제조장치.
   

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