KR20190070412A - 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼 - Google Patents

대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼 Download PDF

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    • B23P15/001—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass valves or valve housings

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼 밸브용 단조볼은 단면이 원형으로 형성된 원자재를 가공하여 내부에 중공이 형성되고 외주면은 볼 형상으로 형성되되, 상기 중공은, 상기 원자재를 업세트 단조 가공 및 피어싱 가공을 동시에 수행하여 하여 형성되고, 상기 외주면은, 일측 및 타측에 각각 상부 다이 및 하부 다이를 배치시키고 파이프바를 상기 중공에 삽입한 후, 상기 파이프바를 회전시키는 동시에 상부 다이 및 하부 다이를 상기 파이프 방향으로 가압함으로써 볼 형상으로 가공되고, 상기 하부 다이를 제거한 상태에서 상기 상부 다이에 하향 압력을 인가하여 상기 중공의 직경을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼{FORGED BALL FOR BALL-VALVE}
본 발명은 볼 밸브에 적용되는 단조 볼에 관한 것으로, 구체적으로는 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼에 관한 것이다.
일반적으로 밸브는 유체의 흐름을 조절하거나 또는 차단하기 위한 장치로써, 다양한 산업 전반에 걸쳐 사용되는 중요한 부품 중 하나이다.
이러한 밸브는 그 적용 부위나 동작 방식에 따라 다양하게 구성되며, 특히 산업용 볼 밸브는 적용되는 제품에 따라 소량 생산 방식을 취할 수 밖에 없으며, 이로 인하여 수요자의 주문에 따라 생산, 공급하는 생산주문방식의 비중이 매우 크다.
한편, 국내에서 생산 및 소비되는 볼 밸브용 소형 볼은 일반적으로 주조로 제조되고 있으나, 대형 볼의 경우 주조공정의 생산비용이 매우 높으며, 기계적 특성이 낮고, 신뢰성이 떨어지므로 단조공정을 통하여 제조되는 것이 바람직하다.
그러나, 최근 대형화되는 플랜트 산업 추세에 의하여 볼 밸브용 볼과 같은 플랜트 요소 부품 또한 점점 대형화되는 상황이며, 이로 인하여 대형설비 투자시 설비투자비, 감가삼각비, 설비사용면적 등으로 인하여 원가경쟁력 하락을 가져올 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 하기 선행기술문헌에는 상,하면 또는 좌,우측면에 상호 평행한 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀과 수직이 되는 방향의 일면에 레버결합홀이 형성되는 속이 빈 형태의 구체; 및 상기 구체의 관통홀에 결합되어 구체 내부의 유로를 형성하는 관체;를 포함하는 볼 밸브용 볼 유닛 및 그 제조방법에 대한 내용이 개시되어 있을 뿐 본 발명의 기술적 요지는 개시하고 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0117407호
본 발명에 따른 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
별도의 대형설비 투자 없이 기존의 설비를 이용하여 다양한 크기 및 종류의 대형 단조볼을 양산할 수 있는 대형 볼 밸브용 단조볼을 제안하는 것이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼은 단면이 원형으로 형성된 원자재를 가공하여 내부에 중공이 형성되고 외주면은 볼 형상으로 형성되되, 상기 중공은, 상기 원자재를 업세트 단조 가공 및 피어싱 가공을 동시에 수행하여 하여 형성되고, 상기 외주면은, 일측 및 타측에 각각 상부 다이 및 하부 다이를 배치시키고 파이프바를 상기 중공에 삽입한 후, 상기 파이프바를 회전시키는 동시에 상부 다이 및 하부 다이를 상기 파이프 방향으로 가압함으로써 볼 형상으로 가공되고, 상기 하부 다이를 제거한 상태에서 상기 상부 다이에 하향 압력을 인가하여 상기 중공의 직경을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 외주면에는 황삭 및 정삭 중 적어도 하나의 가공이 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼은 단면이 직사각형 또는 장방향으로 형성된 원자재를 가공하여 내부에 중공이 형성되고 외주면은 볼 형상으로 형성되되, 상기 중공은, 상기 원자재를 코깅 가공 및 업세트 단조 가공하여 형성된 가공품에 피어싱 가공을 수행하여 형성되고, 상기 외주면은, 일측 및 타측에 각각 상부 다이 및 하부 다이를 배치시키고 파이프바를 상기 중공에 삽입한 후, 상기 파이프바를 회전시키는 동시에 상부 다이 및 하부 다이를 상기 파이프 방향으로 가압함으로써 볼 형상으로 가공되고, 상기 하부 다이를 제거한 상태에서 상기 상부 다이에 하향 압력을 인가하여 상기 중공의 직경을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 가공품은, 상기 원자재를 코깅 가공하여 단면이 원형으로 형성시킨 이후, 상하 방향을 가압하여 단면적을 확장시키는 업세트 단조 가공을 통하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 외주면에는 황삭 및 정삭 중 적어도 하나의 가공이 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼은 세미-다이 단조 가공과 인라징 단조 가공을 융합한 단조공법으로 제조됨으로써 대형의 단조볼을 별도의 설비투자 없이 제조할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 외경, 내경 및 두께 등의 제품 치수의 제어가 용이하므로 가공여유를 줄일 수 있으며, 이를 통하여 원소재 절감 효과를 기대할 수 있다.
또한, 기존 단조볼 제조 공정 대비 공정 수를 줄일 수 있으므로 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이다.
도 2는 도 1의 각 공정의 실제 구현예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 밸브용 단조볼 제조방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이다.
도 4는 도 3의 각 공정의 실제 구현예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 세미-다이 단조 가공 단계를 세부 단계로 구체화한 플로우차트이다.
도 6은 도 3의 인라징 단조 가공 단계를 세부 단계로 구체화한 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼 밸브용 단조볼 제조방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이다.
도 8은 도 7의 각 공정의 실제 구현예를 도시한 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
먼저, 본 발명에 따른 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼에 대하여 설명하되, 좀 더 명확한 이해를 돕기 위하여 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법을 중심으로 설명하도록 한다.
특히, 본 발명에 따른 대형 볼 밸브의 제조방법에 대하여 설명하기 전에, 기존의 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 간단하게 설명하도록 한다.
도 1은 종래의 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이고, 도 2는 도 1의 각 공정의 실제 구현예를 도시한 도면이다.
종래의 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 원자재 제공 단계(S10), 코깅 가공 단계(S20), 업세트 단조 가공 단계(S30), 피어싱 가공 단계(S40), 링 롤링 단계(S50), 황삭 단계(S60) 및 정삭 단계(S70)를 포함하도록 구성된다.
원자재 제공 단계(S10)는 단면이 직사각형으로 절단된 슬라브(Slab)를 제공하는 단계이다.
이후, 제공된 원자재인 슬라브는 충분한 온도로 가열한 후 모서리 부분을 가압 성형하여 원통형 형상으로 제조하는 코깅(Cogging) 가공 단계(S20)가 수행된다.
구체적으로 코깅 가공은 슬라브를 일방향으로 소정의 알피엠(rpm)으로 회전시키며, 상하 방향으로 반복하여 가압 성형하여 단면이 직사각형 또는 장방형 형상을 가진 소재를 원통형 형상을 가진 반제품으로 성형하는 것이다.
코깅 가공 단계(S20)를 거친 제품은 다시 상하 방향을 가압하여 성형함으로써 단면적을 확장시키는 업세트(Upset) 단조 가공(S30)을 통하여 반제품의 상하면의 단면적은 확대되고 측면은 소정의 곡률을 가진 곡면의 형상을 가지게 된다.
상술한 코깅 가공(S20) 및 업세트 단조 가공(S30) 단계를 거친 반제품은 중심축 방향으로 소정의 직경을 가진 내경부를 형성시키는 피어싱(Piercing) 가공 단계(S40)가 수행된다.
이후, 메인 롤(Main Roll)과 맨드렐(Mandrel)을 이용하여 피어싱 가공이 완료된 반제품을 가압 성형하는 링 롤링(Ring Rolling) 단계(S50)가 수행되고, 마지막으로 황삭 단계(S60) 및 정삭 단계(S70)를 거친 후 대형 볼 밸브용 단조볼 제조가 완료된다.
이러한 종래의 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법은 고객이 요구하는 초대형 볼 밸브용 단조볼의 제조가 필요할 경우 링 롤링 단계(S50)의 수행을 위한 설비를 새로 구축해야 하는 문제점이 있다.
나아가 종래의 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법은 외경, 내경 및 두께 등의 제품 치수의 제어가 어렵기 때문에 제품 제조시 충분한 가공여유를 두어야 하므로 원소재를 필요 이상으로 낭비하는 문제점이 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법에 대하여 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 밸브용 단조볼 제조방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이고, 도 4는 도 3의 각 공정의 실제 구현예를 도시한 도면이고, 도 5는 도 3의 세미-다이 단조 가공 단계를 세부 단계로 구체화한 플로우차트이고, 도 6은 도 3의 인라징 단조 가공 단계를 세부 단계로 구체화한 플로우차트이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 원자재 제공 단계(S110), 코깅 가공 단계(S120), 업세트 단조 가공 단계(S130), 피어싱 가공 단계(S140), 세미-다이(Semi-Die) 단조 가공 단계(S150), 인라징(Enlarging) 단조 가공 단계(S160) 및 정삭 단계(S170)를 포함하도록 형성된다.
원자재 제공 단계(S110)는 단면이 직사각형 또는 장방향으로 형성되어 절단된 슬라브인 원자재(110)를 제공하는 단계이다.
코깅 가공 단계(S120)는 원자재(110)를 일방향으로 소정의 알피엠으로 회전시키며 상하 방향으로 반복하여 가압 성형함으로써, 단면이 직사각형 또는 장방형 형상인 원자재(110)를 단면이 원형으로 형성된 제1 가공품(120)으로 가공한다.
상기 코깅 가공 단계(S120) 이후에는 업세트 단조 가공 단계(S130)가 수행되는데, 코깅 가공 단계(S120)의 산출물인 제1 가공품(120)을 업세트 단조 가공하여 제2 가공품(130)을 제조하게 된다.
코깅 가공 단계(S120)를 거친 제1 가공품(120)은 다시 상하 방향을 가압하여 성형함으로써 단면적을 확장시키는 업세트(Upset) 단조 가공 단계(S130)을 통하여 상하면의 단면적은 확대되고 측면은 소정의 곡률의 곡면의 형상을 갖는 제2 가공품(130)을 제조하게 된다.
이후, 제2 가공품(130)에 소정의 직경을 갖는 내경부를 형성시키기 위한 피어싱 가공을 수행하여 내부에 중공(141)이 형성된 제3 가공품(140)을 제조하는 피어싱 가공 단계(S140)가 수행된다.
피어싱 가공 단계(S140) 이후에는 세미-다이(Semi-Die) 단조 가공 단계(S150)가 수행되는데, 이러한 세미-다이 단조 가공 단계(S150)에서는 파이프바(151)를 제3 가공품(140)의 중공(141)에 삽입하고, 상부 다이(152) 및 하부 다이(153)를 이용하여 제3 가공품(140)의 외주면을 볼 형상으로 가공하여 제4 가공품(150)을 제조하는 공정이 수행된다.
이러한 세미-다이 단조 가공 단계(S150)는 구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이 3개의 공정 단계로 세분화할 수 있다.
이러한 세미-다이 단조 가공 단계(S150)는 먼저 파이프바(151)를 제3 가공품(140)의 중공(141)에 삽입하는 단계(S151)와, 상부 다이(152) 및 하부 다이(153)를 제3 가공품(140)의 외주면 일측 및 타측에 각각 배치시키는 단계(S152)와, 파이프바(151)를 회전시키면서 상부 다이(152) 및 하부 다이(153)를 파이프바(151) 방향으로 가압하는 단계(S153)로 구체화된다.
이러한 세미-다이 단조 가공 단계(S150)에 의하여 제3 가공품(140)의 외주면은 볼 형상으로 형성되도록 미리 설정된 곡률을 갖는 곡면으로 가공되어 제4 가공품(150)이 제조되게 된다.
이후, 제4 가공품(150)의 내경을 크게 하기 위한 인라징(Enlarging) 단조 가공 단계(S160)가 수행된다.
이러한 인라징 단조 가공 단계(S160)는 세미-다이 단조 가공 단계(S150)에서 사용된 파이프바(151), 상부 다이(152) 및 하부 다이(153) 중 하부 다이(153)를 제거한 후 상부 다이(152)에 하향 압력을 인가하여 제5 가공품(160)을 제조하는 공정으로, 구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이 크게 2단계로 세분화할 수 있다.
즉, 인라징 단조 가공 단계(S160)는 하부 다이(153)를 제거하는 단계(S161) 및 파이프바(151)를 회전시키면서 상부 다이(152)를 파이프바(151) 방향으로 가압하는 단계(S162)로 구체화될 수 있으며, 이러한 인라징 단조 가공에 의하여 제품 치수의 제어가 용이하기 때문에 제품 제조시 가공여유를 줄일 수 있으며, 이를 통하여 원소재를 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
마지막으로, 제5 가공품(160)이 외면을 황삭 및 정삭 중 적어도 하나의 가공을 수행하는 단계(S170)가 수행될 수 있으며, 이를 통하여 최종적인 대형 볼 밸브용 단조볼을 제조할 수 있게 된다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법에 대하여 설명하도록 하되, 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법에 대한 설명시 이미 언급한 내용과 중복되는 내용은 그 자세한 설명을 생략하도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼 밸브용 단조볼 제조방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이고, 도 8은 도 7의 각 공정의 실제 구현예를 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 원자재 제공 단계(S210), 업세트 단조 및 피어싱 가공 단계(S220), 세미-다이 단조 가공 단계(S230), 인라징 단조 가공 단계(S240) 및 정삭 단계(S250)를 포함하도록 형성된다.
원자재 제공 단계(S210)는 단면이 원형인 원자재(200), 즉 라운드 블룸(Round Bloom)을 제공하는 단계로, 이러한 라운드 블룸(200)을 제공받을 경우, 코깅 가공 단계를 삭제할 수 있게 되어 공정수를 줄임으로써 공정 비용을 절감할 수 있게 된다.
이후 원자재(200), 즉 라운드 블룸(200)을 업세트 단조 가공 및 피어싱 가공을 동시에 수행하는 업세트 단조 및 피어싱 가공 단계(S220)가 수행된다.
이러한 업세트 단조 및 피어싱 가공 단계(S220)는 라운드 블룸(200)을 상하 방향을 가압하여 단면적을 확장시키는 동시에 내부에 중공(221)을 형성시킴으로써 공정수를 줄일 수 있게 된다.
이후, 업세트 단조 및 피어싱 가공 단계(S220)에 의하여 산출된 1차 가공품(220)의 외주면을 볼 형상으로 가공하여 2차 가공품(230)을 제조하는 세미-다이 단조 가공 단계(S230)가 수행된다.
이러한 세미-다이 단조 가공 단계(S230)는 구체적으로 파이프바(231)를 1차 가공품(220)의 중공(221)에 삽입하고, 상부 다이(232) 및 하부 다이(233)를 이용하여 1차 가공품(220)의 외주면을 볼 형상으로 가공하여 2차 가공품(230)을 제조하는 공정으로, 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 일 실시예에 따른 세미-다이 단조 가공 단계(S150)에서 설명한 내용과 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
세미-다이 단조 가공 단계(S230) 이후에는 하부 다이(233)를 제거한 후 상부 다이(232)에 하향 압력을 인가하여 3차 가공품(240)을 제조하는 인라징 단조 가공 단계(S240)가 수행되는데, 이에 대한 구체적인 설명 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 인라징 단조 가공 단계(S160)에서 설명한 내용과 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
마지막으로, 3차 가공품(240)의 외면에 정삭 가공을 수행하는 단계(S250)가 수행될 수 있으며, 이를 통하여 최종적인 대형 볼 밸브용 단조볼을 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법은 제품 제조시 가공여유를 줄일 수 있으며, 이를 통하여 원소재를 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 볼 밸브용 단조볼 제조방법의 장점을 구비할 뿐만 아니라 공정수 절감을 통한 공정비용 절감 효과 또한 기대할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼을 단조볼 제조방법의 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 단면이 원형으로 형성된 원자재를 가공하여 내부에 중공이 형성되고 외주면은 볼 형상으로 형성되되,
    상기 중공은, 상기 원자재를 업세트 단조 가공 및 피어싱 가공을 동시에 수행하여 하여 형성되고,
    상기 외주면은, 일측 및 타측에 각각 상부 다이 및 하부 다이를 배치시키고 파이프바를 상기 중공에 삽입한 후, 상기 파이프바를 회전시키는 동시에 상부 다이 및 하부 다이를 상기 파이프 방향으로 가압함으로써 볼 형상으로 가공되고,
    상기 하부 다이를 제거한 상태에서 상기 상부 다이에 하향 압력을 인가하여 상기 중공의 직경을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외주면에는 황삭 및 정삭 중 적어도 하나의 가공이 이루어지는 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼.
  3. 단면이 직사각형 또는 장방향으로 형성된 원자재를 가공하여 내부에 중공이 형성되고 외주면은 볼 형상으로 형성되되,
    상기 중공은, 상기 원자재를 코깅 가공 및 업세트 단조 가공하여 형성된 가공품에 피어싱 가공을 수행하여 형성되고,
    상기 외주면은, 일측 및 타측에 각각 상부 다이 및 하부 다이를 배치시키고 파이프바를 상기 중공에 삽입한 후, 상기 파이프바를 회전시키는 동시에 상부 다이 및 하부 다이를 상기 파이프 방향으로 가압함으로써 볼 형상으로 가공되고,
    상기 하부 다이를 제거한 상태에서 상기 상부 다이에 하향 압력을 인가하여 상기 중공의 직경을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가공품은,
    상기 원자재를 코깅 가공하여 단면이 원형으로 형성시킨 이후, 상하 방향을 가압하여 단면적을 확장시키는 업세트 단조 가공을 통하여 형성되는 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외주면에는 황삭 및 정삭 중 적어도 하나의 가공이 이루어지는 대형 볼 밸브에 적용되는 단조볼.
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