KR20240024421A - 레일연마차량용 레일연마휠 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도 레일을 연마하는 레일연마휠을 상온프레싱방법으로 제조할 수 있는 레일연마차량용 레일연마휠 및 그 제조방법을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10); 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계(S20); 상기 연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20)을 금형에 복층으로 투입하고, 프레스의 온도가 상온 조건하에서 압축하여 연삭파트(110)와 보강파트(120)로 이루어지는 연마휠(100)을 성형하는 상온프레싱단계(S30); 상기 연마휠(100)을 160~200℃로 히팅하여 본드를 경화하는 경화단계(S40); 및 상기 경화단계(S40)를 거친 연마휠(100) 외주면에 보강재(200)를 랩핑하는 랩핑단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 레일연마차량용 레일연마휠 및 그 제조방법을 이용하면, 연마재 배합비와 입도의 최적 셋팅으로 금형에 열을 주지 않는 상온프레싱방법을 채택하더라도 연마휠 밀도가 향상되어 강도, 내열성이 개선되면서 회전안전도와 전단응력 및 마찰열에 의한 크랙, 파손 등을 억제할 수 있는 장점이 있다.
즉, 본 발명은 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10); 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계(S20); 상기 연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20)을 금형에 복층으로 투입하고, 프레스의 온도가 상온 조건하에서 압축하여 연삭파트(110)와 보강파트(120)로 이루어지는 연마휠(100)을 성형하는 상온프레싱단계(S30); 상기 연마휠(100)을 160~200℃로 히팅하여 본드를 경화하는 경화단계(S40); 및 상기 경화단계(S40)를 거친 연마휠(100) 외주면에 보강재(200)를 랩핑하는 랩핑단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 레일연마차량용 레일연마휠 및 그 제조방법을 이용하면, 연마재 배합비와 입도의 최적 셋팅으로 금형에 열을 주지 않는 상온프레싱방법을 채택하더라도 연마휠 밀도가 향상되어 강도, 내열성이 개선되면서 회전안전도와 전단응력 및 마찰열에 의한 크랙, 파손 등을 억제할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 레일연마차량용 레일연마휠 및 그 제조방법으로서, 이를 보다 상세히 설명하면 철도 레일을 연마하는 레일연마휠을 상온프레싱방법으로 제조할 수 있는 레일연마차량용 레일연마휠 및 그 제조방법에 관한 것이다.
레일연마에 대한 개념은 20세기 초반에 도입되었다. 이는 레일 두부 표면 결함을 미리 제거하여 많은 비용과 시간이 소요되는 레일 교환을 피하기 위함이었다. 레일연마는 레일 두부 표면 결함의 제거와 레일과 차륜의 접촉에 의한 결함 발생을 제어 및 예방하기 위한 개념이 적용되었다.
예컨대, 레일 두부 표면 결함은 헤드체크(head checks), 스폴링(spalling), 스쿼트(squats), 파상마모(corrugation), 쉘링(shelling) 및 차륜공전(wheel burn) 등이 있다. 이러한 레일 두부 표면 결함은 신재의 경우 탈탄층과 사용재의 경우 RCF(rolling contact fatigue)에 의한 가공경화층에서 쉽게 발생되고, 탈탄층은 레일 제조 시 탄소가 가열로 속의 산소와 결합함으로써 경도가 낮고 산화되기 쉬운 금속조직이다. 그리고 가공경화층은 반복 하중에 의한 피로층으로 탈탄층과는 달리 경도가 높아져 내마모성이 약화되고 취성 성질을 가지고 있으며, 탈탄층, 가공경화층 모두 균열이 쉽게 발생하는 부분이다.
그리고, 레일 두부 표면 결함에 의해 차량 주행 시 충격이 크게 발생하고, 이로 인하여 레일의 내구성 및 피로, 궤도 파괴, 소음, 승차감 등에 따라서 궤도와 차량 구조물, 사람의 일상생활 및 환경에 영향을 미치게 된다. 이러한 현상은 차량이 고속화 되면서 더욱더 크게 증가하게 되기 때문에 레일 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감하기 위하여 현재에는 레일연마가 적극 활용되고 있다.
종래에 개시된 레일연마기술을 살펴보면, 공개특허 10-2015-0113473호에서, 일정길이를 가지는 제1프레임과; 일정길이를 가지며 제1프레임과 일정간격 이격되어 하부에 위치하되, 제1프레임과 평행하게 배치되는 제2프레임과; 상호간에 일정간격 이격되어 복수 개로 이루어져 상기 제1프레임에 수직하게 장착되되, 제2프레임을 관통하여 돌출되는 구동축 단부가 제2프레임에 고정결합되는 구동실린더와; 하부에는 공기압에 의해 회전하는 원판이 마련되고 상부 일측에는 공기주입단이 마련되어 상기 제2지지프레임에 장착되는 연마기와; 제1프레임과 일정간격 이격되어 상부에 수직하게 마련되되, 제1프레임의 중간부위 일측과 관절연결되는 제3프레임과; 제3프레임에 수직하게 장착되는 틸팅모터와; 일단부위는 제1프레임를 관통하여 하방으로 돌출되며 타단부위는 틸팅모터의 회동축과 연결되어, 제1프레임을 상하방향으로 일정각도 틸팅시키는 틸팅수단을; 포함하는 기술이 선 제시된 바 있다.
또한, 다른 종래기술인 등록특허 10-1697502호에서, 상면에 오목부가 형성되어 있는 매립형 궤도 레일의 표면을 연마하는 레일 표면 연마장치로서, 종방향으로 연장되며 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치된 한 쌍의 종방향 프레임부재와, 횡방향 연장되어 상기 한 쌍의 종방향 프레임부재를 연결하도록 종방향으로 간격을 두고 구비되는 한 쌍의 횡방향 프레임부재를 포함하는 구성을 가지고 있어서, 레일 표면 연마장치가 레일에 설치되도록 레일에 결합되는 프레임; 횡방향으로 연장된 부재로 이루어지며, 양단이 각각 상기 한 쌍의 종방향 프레임에 결합되고, 종방향 프레임에 결합된 상태에서 종방향 프레임을 따라 종방향으로 이동하게 되는 수평이동 프레임부재; 상기 수평이동 프레임부재에 결합되어 수평이동 프레임부재를 따라 횡방향으로 이동하게 되는 승하강부; 및 상기 승하강부를 따라 연직방향으로 승하강하도록 결합되어 있고, 하단에는 연마석이 결합되어 있어서 연마석을 회전 구동시키는 회전구동부를 포함하여 구성되는 기술이 선 등록된 바 있다.
그러나 상기 종래기술들은 레일 표면을 효과적으로 연마하려는 것이나, 철도레일용 연마지석은 공구의 이송속도가 1600mm/s(1.6m/s이상)로, 일반 연마지석(통상의 일반 가공휠의 이송속도인 32mm/s) 대비 50배 이상 고속으로 사용되기 때문에 고강도, 고내열성의 바인딩시스템 설계가 필수적이지만, 대부분 일반 연마지석을 사용함에 따라 회전안전도와 전단응력 및 마찰열에 따른 크랙, 파손 등을 억제할 수 없는 문제점이 따랐다.
본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 연마재 배합비와 입도의 최적 셋팅으로 금형에 열을 주지 않는 상온프레싱방법을 채택하더라도 연마휠 밀도가 향상되어 강도, 내열성이 개선되면서 회전안전도와 전단응력 및 마찰열에 의한 크랙, 파손 등을 억제할 수 있는 레일연마차량용 레일연마휠 및 그 제조방법을 제공함을 발명의 해결과제로 한다.
또한, 연마휠 외주면이 보강재에 의해 보강되어 연삭 중 파손되더라도 파편 비산을 방지할 수 있는 레일연마차량용 레일연마휠 및 그 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법을 구성하되, 연삭파트혼합물(10) 총 중량부를 기준으로, Al2O3계열 연마재 44~56중량부와, 액상형 습윤제 8~12중량부와, 본드 12~18중량부와, 열전도성 필러 5~10중량부와, 냉각 필러 2~7중량부와, 흡습 필러 0.05~0.5중량부를 포함하는 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10); 보강파트혼합물(20) 총 중량부를 기준으로, Al2O3계열 연마재 44~56중량부와, 액상형 습윤제 8~12중량부와, 본드 14~20중량부와, 열전도성 필러 1~6중량부와, 냉각 필러 1~6중량부와, 흡습 필러 2~7중량부를 포함하는 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계(S20); 상기 연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20)을 금형에 복층으로 투입하고, 프레스의 온도가 15~35 ℃ 조건에서 압축하여 연마휠(100)을 성형하는 상온프레싱단계(S30); 상기 연마휠(100)을 160~200℃로 히팅하여 본드를 경화하는 경화단계(S40); 및 상기 경화단계(S40)를 거친 연마휠(100) 외주면에 보강재(200)를 랩핑하는 랩핑단계(S50);를 포함하며, 보강파트(120)는 연삭파트(110) 대비 높은 강도로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연삭파트혼합물(10)에 Al2O3계열 연마재는 #16, #20, #24, #30, #36, #46, #60, #80 입도 중 3종 이상의 조합으로 형성되고, 상기 보강파트혼합물(20)의 Al2O3계열 연마재는 #36, #46, #60, #80, #100, #120 입도 중 2종 이상의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 랩핑단계(S50)에서, 연마휠(100)은 300 ~ 500rpm으로 회전하면서 보강재(200)가 랩핑되고, 상기 보강재(200)는 Basalt-Glass Roving, S-Glass Roving 중 어느 1종 이상의 Glass-Fiber로 형성되고, 연마휠(100) 외주면에 도포되는 에폭시, 페놀액상수지 중 어느 1종 이상의 접착제에 의해 접착되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 레일연마차량용 레일연마휠은, 중앙에 중공홀(130)이 형성되는 링 형상의 연삭파트(110)와, 그 상부에 상기 연삭파트(110)와 동일한 형상으로 적층되는 보강파트(120)로 구성되며, 상기 보강파트(120)는 연삭파트(110) 대비 높은 강도로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명은 연마재 배합비와 입도의 최적 셋팅으로 금형에 열을 주지 않는 상온프레싱방법을 채택하더라도 연마휠 밀도가 향상되어 강도, 내열성이 개선되면서 회전안전도와 전단응력 및 마찰열에 의한 크랙, 파손 등을 억제할 수 있는 장점이 있다.
특히, 연마휠 외주면이 보강재에 의해 보강되어 연삭 중 파손되더라도 파편 비산을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법에 있어서, 제품 성형단계를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법의 랩핑단계를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법에 의해 형성되는 격자형 요철부를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레일연마차량용 레일연마휠을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법에 있어서, 제품 성형단계를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법의 랩핑단계를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법에 의해 형성되는 격자형 요철부를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레일연마차량용 레일연마휠을 나타내는 구성도.
이하 첨부된 도면의 구체적인 실시예에 따라 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 기술용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 구체적인 실시예에 따라 달라질 수 있다. 그리고 본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
본 발명에 의한 레일연마휠은 연마전용열차의 하부에 설치되어 열차가 이동하는 동안 연마휠이 고속회전하면 레일의 표면을 연마하는 것으로, 크게 저면이 레일 표면에 직접 마찰되어 연마를 수행하는 연삭파트(110)와, 그 위에 적층 형성되는 보강파트(120)로 이루어진다.
상기 보강파트(120)를 통해 구동부재와의 견고한 결합이 이루어지므로, 고속회전과 빠른 이송속도에 견딜 수 있도록 높은 회전강도와 전단응력이 요구되며, 따라서 강도가 높은 조성비를 통해 제조되어야 한다. 반면, 연삭파트의 경우 강도가 높게 설계되면 지립탈락이 어려워 연삭의 효율성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법은 상기한 특성에 부합하도록 연마휠 밀도를 향상시켜 강도, 내열성이 개선되면서 회전안전도와 전단응력 및 마찰열에 의한 크랙, 파손 등을 억제할 수 있도록 개선한 것으로, 크게 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10), 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계(S20), 상온프레싱단계(S30), 경화단계(S40), 및 랩핑단계(S50)를 포함하는 주요 순서로 이루어지며, 이하에서 각 단계에 대해 구체적으로 설명한다.
1. 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10)
본 발명에 따른 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10)는, 연삭파트혼합물(10) 총 중량부를 기준으로, Brown Fused Alumina, White Fused Alumina, Zirconia(25%함량)-Alumina, Zirconia(40%함량)-Alumina 중 1종 이상의 Al2O3계열 연마재 44~56중량부와, 액상형 페놀수지 습윤제 8~12중량부와, 입자가 20~40㎛인 페놀수지의 본드 12~18중량부와, FeS2(Pyrite), ZnS(Zinc sulfide) 중 1종 이상의 열전도성 필러 5~10중량부와, KAlF4(Potassium Cryolite), NaAlF6(Cryolite), K2SO4(Potassium sulfate) 중 1종 이상의 냉각 필러 2~7중량부와, CaO(Calcium oxide), CaCO3(Calcium carbonate), MgO(Magnesium oxide) 흡습 필러 0.05~0.5중량부를 포함하는 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계이다.
상기 Al2O3계열 연마재는 피삭재(철도 레일)의 표면 결함을 갈아서 제거하기 위한 것으로, 여기서 연마재는 #16, #20, #24, #30, #36, #46, #60, #80 입도 중 3종 이상의 조합으로 형성된다.
이는 연마재 입도를 서로 상이하게 배합함에 따라 비교적 큰 입도의 연마재 사이로 비교적 작은 입도의 연마재가 조밀하게 맞물려 연마재 사이에 공극이 최소화하기 위함으로, 이에 따라 후술하는 상온프레싱단계(S30)에서 금형에 열을 주지 않는 온도 조건에서도 고밀도의 연마휠을 제조 가능하게 한다.
그리고 상기 습윤제는 본드와 필러를 배합 시 서로 간에 결합성을 높이는 역할을 하고, 상기 본드는 연마휠(100)이 경화된 후, 연마재와 필러들 간에 결합력을 높여 기계적 강도 향상을 도모하기 위해 사용된다.
상기 열전도성 필러는 입자 크기가 20~50㎛로, 연마휠(100)에 의해 피삭재 연삭 시 발생되는 연삭열을 전도(분산)시켜 마찰부분의 열적 하중을 저하시키고, 냉각 필러는 입자 크기가 10~30㎛로, 일정온도 도달 시 화학반응(흡열반응)으로 인해 마찰부분의 연삭열을 냉각시켜주어 연마재 간에 결합력을 높여 수명을 향상시키며, 흡습 필러는 본드경화 과정에서 수분을 흡수하고 경화도를 높여 연마재 간에 결합력을 향상시키는 작용을 한다.
이하에서 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10)에서 이루어지는 배합순서를 보다 구체적으로 설명한다.
상기 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10)는, 먼저 Al2O3계열 연마재 44~56중량부를 용기에 투입한 후 습윤제를 투입하여 제 1 배합물을 제조한다.
다음으로 별도의 용기에 본드와 필러들을 소정의 비율로 투입하여 제 2 배합물을 제조한다.
이렇게 준비된 제 1 배합물과 제 2 배합물을 교반기에 투입하고, 교반날이 소정의 시간과 회전속도로 회전하는 방식으로 연삭파트혼합물(10)을 완성한다.
이와 같이 제 1 배합물과 제 2 배합물을 별도로 준비하는 것은 혼련성을 높혀 배합의 품질을 향상시키기 위함이다.
즉, 2차 배합에서 투입되는 본드와 필러들은 연마재 대비 상대적 미분이므로 이들을 한 번에 혼합하게 되면 습윤제에 의해 미분끼리 뭉치는 현상이 많이 발생하는 문제가 있다. 따라서 큰 입자인 연마재에 습윤제를 먼저 배합하여 연마재에 습윤제가 코팅 처리되도록 한 다음, 이들을 제 2 배합물과 교반하는 것이 바람직하다.
2. 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계(S20)
본 발명에 따른 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계(S20)는, 보강파트혼합물(20) 총 중량부를 기준으로, Brown Fused Alumina, White Fused Alumina, Zirconia(25%함량)-Alumina, Zirconia(40%함량)-Alumina 중 1종 이상의 Al2O3계열 연마재 44~56중량부와, 액상형 페놀수지 습윤제 8~12중량부와, 입자가 20~40㎛인 페놀수지의 본드 14~20중량부와, FeS2(Pyrite) 열전도성 필러 2~7중량부와, KAlF4(Potassium Cryolite) 냉각 필러 1~6중량부와, CaO(Calcium oxide) 흡습 필러 2~7중량부를 포함하는 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계이다.
이때, 상기 보강파트혼합물(20)의 Al2O3계열 연마재는 #36, #46, #60, #80, #100, #120 입도 중 2종 이상의 조합으로 형성된다.
이 역시 연삭파트혼합물(10)과 마찬가지로 상기 연마재 입도를 서로 상이하게 배합함에 따라 비교적 큰 입도의 연마재 사이로 비교적 작은 입도의 연마재가 조밀하게 맞물려 연마재 사이에 공극이 최소화됨에 따라 후술하는 상온프레싱단계(S30)에서 금형에 열을 주지 않는 온도 조건에서도 고밀도의 연마휠을 제조 가능하게 한다.
상기 습윤제는 본드와 필러를 배합 시 서로 간에 결합성을 높이는 역할을 하고, 상기 본드는 연마휠(100)이 경화된 후, 연마재와 필러들 간에 결합력을 높여 기계적 강도 향상을 도모하기 위해 사용된다.
또, 상기 열전도성 필러는 입자 크기가 20~50㎛로, 연마휠(100)에 의해 피삭재 연삭 시 발생되는 연삭열을 전도(분산)시켜 마찰부분의 열적 하중을 저하시키고, 냉각 필러는 일정온도 도달 시 화학반응(흡열반응)으로 인해 마찰부분의 연삭열을 냉각시켜주어 연마재 간에 결합력을 높여 수명을 향상시키며, 흡습 필러는 본드경화 과정에서 수분을 흡수하고 경화도를 높여 연마재 간에 결합력을 향상시킨다.
여기서, 상기 연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20)에 포함되는 혼합물을 비교해보면, 본드는 연삭파트혼합물(10) 대비 보강파트혼합물(20)에 높은 비율로 배합되어 후술하는 상온프레싱단계(S30)를 거친 후 보강파트(120)는 연삭파트(110) 대비 높은 강도로 형성되게 한다.
그리고 보강파트는 레일과 직접 마찰되지 않으므로 열전도성 필러와 냉각 필러의 비율은 낮추되, 본드 함량이 높기 때문에 본드 경화 시 수분 흡수가 원활히 이루어지도록 흡습 필러는 연삭파트혼합물(10) 대비 높은 비율로 배합된다.
한편, 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계(S20)에서 이루어지는 배합순서는 전술한 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10)와 동일하므로 생략한다.
3. 상온프레싱단계(S30)
도 2는 본 발명의 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법에 있어서, 제품 성형단계를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 상온프레싱단계(S30)는, 상기 연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20)을 금형에 복층으로 투입하고, 프레스의 온도가 상온인 15~35 ℃ 온도 조건에서 압축하여 연마휠(100)을 성형하고, 보강파트(120)는 연삭파트(110) 대비 높은 강도로 형성하는 단계이다.
도 2를 참조하면, 보강파트혼합물(20)을 금형에 먼저 투입하여 평탄화 과정을 거친 후, 연삭파트혼합물(10)을 금형에 투입하여 평탄화한 다음 프레스로 압축하여 연마휠(100)을 성형하고, 이후 금형 바닥에 베이스코어를 상향 이송하여 연마휠(100)을 취출하게 된다.
종래의 2.5g/cm3 이상의 고밀도 연마휠은 최소한 60℃ 이상의 열간프레싱 방식으로 제작하였으나, 이 경우 판, 금형예열 등 프레스 기기 자체에 부가적인 구성요소가 더 필요할 뿐 아니라, 일정 온도를 유지해야 함에 따라 장치 자체의 비용 뿐 아니라 생산비용이 높고, 고열로 인한 안전사고 및 생산성이 낮은 문제들이 있었다.
하지만 본 발명의 레일연마휠 제조방법에 의하면 연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20) 제조 시 연마재의 입도를 달리 조합함으로써 연마재 사이에 공극이 최소화하여 상온의 온도 조건 하에서도 2.5g/cm3 이상의 고밀도 연마휠을 제조할 수 있으며, 이는 아래의 시험결과 대비표를 통해 확인할 수 있다.
상기 표는 기존의 배합비를 이용하여 제조한 연마시편과 본 발명의 배합비에 의해 제작된 연마시편을 2가지 온도조건인 60℃의 세미핫프레싱과 상온인 15~35℃ 온도조건 하에서 제조하여 밀도와 강도를 테스트 한 결과이다.
상기 표에 의하면, 기존 배합비로 형성한 시편은 상온 성형 시 밀도가 하락하지만, 본 발명의 배합비로 제조된 시편은 밀도값이 거의 동일하게 나온 것을 알 수 있다.
또한, 상기 연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20)의 배합비율 및 상온프레싱단계(S30)로 인해 연마휠(100)을 가압성형 후 팽창률이 0.05% 미만으로 우수하게 유지되고, 또 후술하는 경화단계(S40)를 거쳐 연마휠(100)을 경화 후 수축율 0.05% 미만으로 형성된다. 즉, 상온프레싱단계(S30) 후 팽창과 경화단계(S40) 후 수축률이 동일하여 연마휠(100) 치수 가공이 필요 없거나, 치수 가공이 간소화되어 공정리드타임이 향상되고, 따라서 열간프레싱 대비 생산성이 4배 이상 향상되는 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법에 의해 형성되는 격자형 요철부를 나타내는 구성도로, 상기 상온프레싱단계(S30)에서, 연마휠(100)의 연삭파트(110) 표면에 격자형 요철부(112)를 형성할 수 있다.
상기 격자형 요철부(112) 형성방법을 살펴보면, 연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20)을 가압성형하는 금형 바닥에 격자형 형틀을 형성함으로, 연마휠(100) 성형과 동시에 격자형 요철부(112)가 형성되고, 이로 인해 격자형 요철부(112)를 형성하기 위한 후공정이 생략되어 리드타임이 단축된다.
이처럼 상기 연삭파트(110) 표면에 격자형 요철부(112)로 인해, 연마휠(100)이 초기에 피삭재와 마찰시 마찰계수를 높여 연삭성이 향상되고, 중연삭의 경우 초기 연삭성이 낮으면 높은 압력으로 인해 제품이 파손되는 문제점을 해소할 수 있다.
4. 경화단계(S40)
본 발명에 따른 경화단계(S40)는, 상기 연마휠(100)을 160~200℃로 히팅하여 본드를 경화하는 단계이다.
상기 경화단계(S40)는 연마휠(100)을 일정한 규격의 수납용기에 적재하고 전기로 오븐에 투입하여 소정의 시간 동안 경화과정을 거치고, 이때 본드가 경화되면서 연삭파트(110)과 보강파트(120) 사이에 단단한 결합력이 발생된다.
또한, 상기 경화단계(S40)를 거친 연마휠(100)은 외경을 가공한 후에 랩핑단계(S50)를 수행할 수 있다. 이때 연마휠(100)은 가공기를 이용하여 치수를 규격에 맞게 가공하게 된다.
5. 랩핑단계(S50)
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법의 랩핑단계를 나타내는 구성도로, 본 발명에 따른 랩핑단계(S50)는, 상기 경화단계(S40)를 거친 연마휠(100) 외주면에 보강재(200)를 권취하는 단계이다.
상기 랩핑단계(S50)에서, 보강재(200)는 Basalt-Glass Roving, S-Glass Roving 중 어느 1종 이상의 Glass-Fiber로 형성된다.
그리고, 상기 보강재(200)는 연마휠(100) 외주면에 도포되는 에폭시, 페놀액상수지 중 어느 1종 이상의 접착제에 의해 접착되도록 구비된다.
도 3처럼, 상기 랩핑단계(S50)에서, 연마휠(100)은 300 ~ 500rpm으로 회전하면서 보강재(200)가 랩핑되고, 상기 보강재(200)는 텐션(장력)을 일정하게 유지한 상태로 투입되어 랩핑이 이루어진다.
이처럼 상기 연마휠(100) 외주면이 보강재(200)에 의해 보강됨에 따라 피삭재 연삭 시 회전안전도와 전단응력 및 마찰열, 열팽창에 따른 크랙, 파손 등을 억제할 수 있고, 파손이 되더라도 파편 비산을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레일연마차량용 레일연마휠을 나타내는 구성도로, 중앙에 중공홀(130)이 형성되는 링 형상의 연삭파트(110) 위에 동일한 형상의 보강파트(120)가 적층 구성된다.
전술한 바와 같이 레일연마휠은 레일의 표면을 연마하기 위한 전용 열차의 하부에 설치되어 열차가 이동하는 동안 연마휠이 고속회전하면 레일을 연마하도록 구비되는 것으로, 연삭파트(110)는 저면이 레일 표면에 직접 마찰되어 연마를 수행하며, 보강파트(120)에는 전용 열차의 설비에 장착 시 맞물리는 금속재의 플랜지가 볼트에 의해 견고히 결합되고, 이 플랜지에 연마휠을 고속 회전시키는 구동부가 연결된다.
따라서 상기 보강파트(120)는 중공홀(130)을 축으로 하는 고속회전과 축과 직교되는 차량의 이동방향에 의한 전단에 대응할 수 있고, 플랜지와의 결합력을 높이기 위해 연삭파트(110) 대비 높은 강도로 형성된다.
그 외 상기 레일연마휠에 대한 상세한 설명 및 그에 따른 작용효과는 상기한 레일연마휠 제조방법을 참조한다.
이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.
10: 연삭파트혼합물
20: 보강파트혼합물
100: 연마휠
110: 연삭파트 120: 보강파트 122: 요철부
200: 보강재
20: 보강파트혼합물
100: 연마휠
110: 연삭파트 120: 보강파트 122: 요철부
200: 보강재
Claims (8)
- 연삭파트혼합물(10) 총 중량부를 기준으로, Al2O3계열 연마재 44~56중량부와, 액상형 습윤제 8~12중량부와, 본드 12~18중량부와, 열전도성 필러 5~10중량부와, 냉각 필러 2~7중량부와, 흡습 필러 0.05~0.5중량부를 포함하는 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10);
보강파트혼합물(20) 총 중량부를 기준으로, Al2O3계열 연마재 44~56중량부와, 액상형 습윤제 8~12중량부와, 본드 14~20중량부와, 열전도성 필러 1~6중량부와, 냉각 필러 1~6중량부와, 흡습 필러 2~7중량부를 포함하는 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계(S20);
상기 연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20)을 금형에 복층으로 투입하고, 프레스의 온도가 15~35 ℃ 조건에서 압축하여 연마휠(100)을 성형하는 상온프레싱단계(S30);
상기 연마휠(100)을 160~200℃로 히팅하여 본드를 경화하는 경화단계(S40); 및
상기 경화단계(S40)를 거친 연마휠(100) 외주면에 보강재(200)를 랩핑하는 랩핑단계(S50);를 포함하며,
보강파트(120)는 연삭파트(110) 대비 높은 강도로 형성되는 것을 특징으로 하는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 연삭파트혼합물(10)에 Al2O3계열 연마재는 #16, #20, #24, #30, #36, #46, #60, #80 입도 중 3종 이상의 조합으로 형성되고,
상기 보강파트혼합물(20)의 Al2O3계열 연마재는 #36, #46, #60, #80, #100, #120 입도 중 2종 이상의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 연삭파트혼합물(10)을 배합하는 단계(S10) 및 보강파트혼합물(20)을 배합하는 단계(S20)는,
Al2O3계열 연마재를 용기에 투입한 후 습윤제를 투입하여 제 1 배합물을 제조하고,
별도의 용기에 본드와 필러들을 소정의 비율로 투입하여 제 2 배합물을 제조하며,
상기 제 1, 2 배합물을 교반기에 투입하고, 교반날이 소정의 시간과 회전속도로 회전하는 방식으로 연삭파트혼합물(10) 및 보강파트혼합물(20)을 제조하는 것을 특징으로 하는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 상온프레싱단계(S30)를 거쳐 연마휠(100)을 가압성형 후 팽창률 0.05% 미만, 경화단계(S40)를 거쳐 연마휠(100)을 경화 후 수축율 0.05% 미만으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 랩핑단계(S50)에서, 연마휠(100)은 300 ~ 500rpm으로 회전하면서 보강재(200)가 랩핑되고,
상기 보강재(200)는 Basalt-Glass Roving, S-Glass Roving 중 어느 1종 이상의 Glass-Fiber로 형성되고, 연마휠(100) 외주면에 도포되는 에폭시, 페놀액상수지 중 어느 1종 이상의 접착제에 의해 접착되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 연마재는 Brown Fused Alumina, White Fused Alumina, Zirconia(25%함량)-Alumina, Zirconia(40%함량)-Alumina 중 1종 이상이며,
상기 본드는 입자가 20~40㎛인 페놀수지인 것을 특징으로 하는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 상온프레싱단계(S30)에서,
연삭파트혼합물(10)과 보강파트혼합물(20)을 가압성형하는 금형 바닥에 격자형 형틀을 형성하여, 연마휠(100) 성형 시 연마휠(100)의 연삭파트(110) 표면에 격자형 요철부(112)를 형성하도록 구성됨을 특징으로 하는 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법.
- 상기 제 1항의 레일연마차량용 레일연마휠 제조방법으로 제조되며,
중앙에 중공홀(130)이 형성되는 링 형상의 연삭파트(110)와,
그 상부에 상기 연삭파트(110)와 동일한 형상으로 적층되는 보강파트(120)로 구성되며,
상기 보강파트(120)는 연삭파트(110) 대비 높은 강도로 형성되는 것을 특징으로 하는 레일연마차량용 레일연마휠.
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| KR20150113473A (ko) | 2014-03-31 | 2015-10-08 | 최병근 | 철도 차량용 연마장치 |
| KR101697502B1 (ko) | 2015-10-13 | 2017-01-18 | 한국철도기술연구원 | 레일 표면 연마장치 및 이를 이용한 레일 표면 연마방법 |
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