KR101180121B1 - 링 압연 장치의 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 링 압연 장치의 가공 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 소재의 중량 부족을 자동으로 보정하는 링 압연 장치의 가공 방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 위하여 본 발명은 압연롤, 구동롤, 상축롤, 하축롤을 포함하는 링 압연 장치의 가공 방법에 있어서,
상기 링 압연 장치에 가공용 공작물의 장착하고 목표 외형인 외경, 내경 및 높이를 설정하고, 목표 부피를 계산하는 준비단계; 가공 진행 중 공작물의 외경, 내경 및 높이를 실시간으로 감지하는 외형 감지 단계; 상기 외형 감지 단계에서 감지된 외형과 목표 외형을 대비하여 선정의된 진행률에 도달하였는지 판단하는 가공률 판단 단계; 상기 가공률 판단 단계에서 가공이 선정의된 진행률에 도달하였을 경우, 가공 중의 가공 부피를 계산하는 가공 부피 계산 단계; 상기 가공 부피 계산 단계에서 계산된 가공 부피와 목표 부피를 대비하는 부피 대비 단계; 및 상기 부피 대비 단계에서 가공 부피와 목표 부피가 동일할 때까지 목표 외경, 목표 내경 및 목표 높이를 변경하는 목표 외형 보정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

링 압연 장치의 가공 방법{Manufacturing method for ring rolling mill}

본 발명은 링 압연 장치의 가공 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 소재의 중량 부족을 자동으로 보정하는 링 압연 장치의 가공 방법에 관한 것이다.

기계 부품 또는 구조물에 링 요소들이 다소 사용되고 있다. 상기 링 요소 중 비교적 크기가 작은 경우에는 절삭에 의하여 가공 가능하나, 대형의 형태인 경우에는 절삭으로 가공하는 것에는 한계가 있다.

이때 적용되는 방식으로 링 압연를 들 수 있다. 상기 가공 방식은 링을 압연 형태로 가공하므로 재료의 기계적 성질이 향상되고 또한 생산성에서 절삭에 의한 가공보다 우수한 특징이 있어 대형의 링 요소의 가공에 주로 적용된다.

상기 링 압연 가공 절차를 구체적으로 살펴보면, 먼저 무게를 고려하여 소재를 절단한 뒤 둥근 통나무 형태로 만든다.

그리고, 상기 소재의 기계적 성질을 향상시키기 위하여 소재 축 방향으로 압력을 가하여 업셋 가공을 한다.

그리고 상기 업셋 가공 후의 소재를 링 압연 장치의 가공에 적합하도록 정 중앙에 구멍을 뚫어 초기 링 형태의 공작물로 가공한다.

이후에는 하기의 링 압연 장치에 의하여 상기 공작물을 소정의 목표 형상으로 가공하여 최종 제품을 완성한다.

상기 링 압연 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 기본 구성을 하고 있다. 상기 장치의 구성을 살펴보면, 원주 방향의 링의 가공을 위한 압연롤(11)과 공작물(20)의 회전을 위한 구동롤(12)을 포함한다.

상기 구동롤(12)과 압연롤(11) 사이에 공작물(20)이 위치하며, 상기 압연롤(11)의 가압력에 의하여 상기 공작물(20)의 외경 및 내경이 가공이 진행될수록 점점 커지게 된다.

상기 압연롤(11)과 구동롤(12)의 축간 거리 역시 가공이 진행될수록 줄어들어 소정의 공작물(20)의 외경 및 내경에서 가공을 완료하게 된다. 이때 상기 공작물(20)의 내경 및 외경은 센서에 의하여 측정하여 압연롤(11)의 압력과 압연롤(11)과 구동롤(12) 사이의 거리 등을 적절히 제어한다.

한편, 상기 링 형태의 공작물(20)의 높이는 상부 축롤(13)과 하부 축롤(14) 사이에 공작물(20)을 위치시키고, 상기 축롤(13, 14) 사이의 간격을 조절하여 제어한다. 상기 축롤(13, 14)은 동일 형상이며, 공작물(20)과 접촉하는 부위는 공작물(20)의 크기 변화에 대응하기 위하여 원뿔 형태이며, 공작물(20)의 높이는 상기 원뿔의 외곽 라인과 수평으로 일치시켜 가공이 진행된다.

결국, 링 압연 장치는 공작물(20)의 외경 및 내경을 조절하기 위하여 압연롤(11)의 압력, 압연롤(11)과 구동롤(12)의 거리, 구동롤(12)의 회전수, 상부 축롤(13)과 하부 축롤(14)의 거리 및 축롤(13, 14)의 회전수, 축롤(13, 14)과 구동롤(12) 사이의 거리 등의 인자들을 공작물(20)의 변형 정도에 따라 조절하여 소정 크기의 링 공작물(20)을 생산하게 된다.

한편, 링 가공에서 공작물(20)을 생산하기 위한 소재의 절단 중량을 계산하는 과정을 살펴보면, 목적하는 치수에 기계가공 여유치와 열수축율을 합하여 블랭크의 치수를 먼저 산정한다.

상기 블랭크 치수에 피어싱에 의한 손실과 스케일에 의한 손실을 감안하여 원소재의 절단 중량을 계산하게 된다.

그러나 상기 계산 과정에서의 오류, 절단 작업의 오류, 스케일 과다 발생 등의 여러 요인에 의하여 블랭크 중량이 최종 제품의 중량보다 적은 경우가 빈번하게 발생한다. 상기와 같이 소재 중량이 부족한 경우에는 외경 기준으로 링 압연 가공을 하게 되면 내경이 목표치를 초과하게 되고, 내경을 기준으로 링 압연 가공을 하게 되면 외경이 목표치에 이르지 못하게 되어 불량이 발생하는 경우가 종종 발생하게 되어 상기와 같은 경우에도 요구되는 제품이 생산할 수 있는 새로운 가공 방법이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 제품의 중량이 부족한 경우 제품의 높이를 조절하여 외경과 내경을 요구치 내로 만족하는 가공 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압연롤, 구동롤, 상축롤, 하축롤을 포함하는 링 압연 장치의 가공 방법에 있어서,

상기 링 압연 장치에 가공용 공작물을 장착하고 목표 외형인 외경, 내경 및 높이를 설정하고, 목표 부피를 계산하는 준비단계;

가공 진행 중 공작물의 외경, 내경 및 높이를 실시간으로 감지하는 외형 감지 단계;

상기 외형 감지 단계에서 감지된 외형과 목표 외형을 대비하여 선정의된 진행률에 도달하였는지 판단하는 가공률 판단 단계;

상기 가공률 판단 단계에서 가공이 선정의된 진행률에 도달하였을 경우, 가공 중의 가공 부피를 계산하는 가공 부피 계산 단계;

상기 가공 부피 계산 단계에서 계산된 가공 부피와 목표 부피를 대비하는 부피 대비 단계; 및

상기 부피 대비 단계에서 가공 부피와 목표 부피가 동일할 때까지 목표 외경, 목표 내경 및 목표 높이를 변경하는 목표 외형 보정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 가공률 판단 단계에서 상기 외형은 링의 외경인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는 상기 선정의된 가공률은 90%인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 목표 외형 보정 단계에서의 목표 외경, 목표 내경 및 목표 높이는 하기의 식에 의하여 보정되는 것을 특징으로 한다.

수학식:

ODf=ODf-Δd₁

IDf=IDf-Δd₂

Hf=Hf-Δh

단, ODf는 목표 외경이며, IDf는 목표 내경이며, Hf는 목표 높이이며, Δd₁ 가공물(20)의 목표 외경의 변경 값이며, Δd₂는 가공물(20)의 목표 내경의 변경 값이며, Δh는 가공물(20)의 목표 높이의 변경 값이다.

더욱 바람직하게는 상기 변경 값은 0.1mm인 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명은 종래 기술에 비하여 소재의 크기가 잘못 계산된 경우에도 가공 여유 범위 내에서 목표되는 제품을 생산할 수 있어, 제품 생산 불량을 낮출 수 있는 효과가 있으며, 더 나아가 링 압연 장치의 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 링 압연 장치의 가공 구성을 나타내는 구성도이며,
도 2는 본 발명에 따른 링 압연 장치의 입력 신호를 나타내는 설명도이며,
도 3은 본 발명에 따른 링 압연 장치의 가공 방법에 대한 흐름도이다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 링 압연 장치의 가공 구성을 나타내는 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 링 압연 장치의 입력 신호를 나타내는 설명도이며, 도 3은 본 발명에 따른 링 압연 장치의 가공 방법에 대한 흐름도이다.

본 발명의 제어 대상이 되는 링 압연 장치(10)는 압연롤(11), 구동롤(12), 상축롤(13), 하축롤(14)을 포함하며, 가열된 가공물(20)을 압연롤(11)과 구동롤(12)이 가압하여 가공물(20)의 외경, 내경 및 높이를 원하는 소정의 크기로 가공하는 장치이다.

특히 상기 링 압연 장치(10)는 초기의 가공물(20)은 목표를 하는 외경, 내경보다 작은 값이고 높이는 목표하는 높이보다 높은 특성을 가지고 가공이 진행되면 될수록 외경 및 내경의 크기가 크지며 높이는 낮아지며, 상기 가공물(20)의 외형이 목표되는 외경에 도달하는 경우 가공이 완료된다.

상기의 가공은 제어 장치(100)에 의하여 진행되므로, 상기 제어 장치(100)에 반드시 입력되어야 하는 인자는 가공이 진행 중일 때 공작물의 외경 ODc, 내경 IDc, 그리고 공작물의 높이 Hc이다.

그리고 최종 목표하는 즉 생산해야 하는 공작물(20)의 외경을 ODf, 내경을 IDf, 그리고 높이를 Hf라 할 경우 링 압연 장치(10)는 상기 ODc가 ODf, IDc가 IDf, 그리고 Hc가 Hf가 될 때까지 공작물(20)의 가공을 진행한다.

한편 링 압연 장치(10)의 제어 대상이 되는 인자를 살펴보면, 먼저 압연롤(11)과 구동롤(11) 사이의 거리 L1을 들 수 있다.

상기 L1은 가공이 진행될 수 록 그 크기가 점진적으로 감소하며 최종적으로는 ODf-IDf가 되어야 한다. 특히 L1의 변화는 압연롤(11)이 공작물(20)에 가하는 압력의 값과 연동되므로 정밀하고 정확하게 제어할 필요가 있으며, 최종 품질을 결정하는 중요한 요소이다.

그리고 공작물(20)의 높이를 제어하는 상축롤(13)과 하축롤(14)의 거리 L2를 들 수 있다. 상기 L2는 초기의 값에서 가공이 진행될수록 그 값이 점진적으로 감소하며, 상기 L1과 연동되어 감소되고 최종적으로는 Hf의 값을 가진다.

또한 공작물(20)의 회전 속도 N을 들 수 있다. 상기 N은 가공 상태 또는 가공 속도를 위하여 고속이 적절하나 재료 또는 가열 정도에 따라 적절한 값으로 선정되는 값이다.

따라서 링 압연 장치(10)은 공작물(20)의 외형을 변화시켜 최종적인 외형으로 가공하는 단계로 압연롤(11), 구동롤(12), 상축롤(13), 하축롤(14)의 서로 간의 간격과 회전수의 제어에 의하여 원하는 형상으로 가공하는 공정을 수행한다.

본 발명의 가공 방법을 도 3의 흐름도를 참조하여 구체적으로 설명한다.

단계 1( S1 )

먼저 링 압연 장치에 초기의 공작물(20)을 장착한다. 상기 단계에서의 공작물(20)은 업셋 가공을 마친 것으로 내부에는 구동롤(12)이 들어갈 수 있는 정도의 내경이 형성되어 있는 것을 열간 가공을 위하여 열을 가하여 상기 링 압연 장치(10)에 장착하여 소정의 목적 형상이 되도록 링 압연 장치(10)를 가동한다.

또한 공작물(20)의 목표값 ODf, IDf 및 Hf값을 입력한다.

또한 상기 공작물(20)의 목표값을 이용하여 목표 부피 Vf를 하기의 수학식을 이용하여 계산한다.

수학식 1: Vf=π×(ODf²-IDf²)×Hf/4

단계 2(S2)

가공의 진행 정도를 판단하는 단계로 가공 중 공작물(20)의 외경 ODc이 목표 외경 ODf의 90%에 도달하였는지 여부로 판단한다.

본 단계는 공작물(20)의 가공 정도를 판단하는 것으로 90% 정도의 가공 상태에 도달하였을 경우 하기의 단계를 실행하기 위한 판단 절차이다.

재료적 특성 또는 기타 가공 조건에서는 90%이외의 가공 도달 정도를 설정할 수 있으나, 바람직하게는 상기한 바와 같이 90%이다.

또한, 외경 ODc를 기준으로 판단하나, 필요한 경우에는 내경 IDc 또는 높이 Hc를 기준으로 판단할 수 있으나, 전체적인 수치에서 외경이 가장 큰 수이므로 ODc를 이용하여 판단하는 것이 바람직하다.

가공 정도가 90% 이내인 경우에는 단계 2를 계속 진행하면서 가공을 진행하고, 가공 정도가 90%에 도달한 경우에는 하기의 단계를 진행한다.

단계 3(S3)

가공 중 가공물(20)의 부피를 아래 식으로 계산한다.

수학식 2: Vc=π×(ODc²-IDc²)×Hc/4

링 압연 장치(10)는 상기한 바와 같이 가공되고 있는 공작물(20)의 외형을 실시간으로 감지하고 있으므로, 상기 정보를 이용하여 현재의 링의 부피는 상기 수학식 2를 이용하여 손쉽게 계산할 수 있다.

단계 4(S4)

상기 단계 3에서 계산한 Vc와 단계 1에서 계산한 Vf를 대비한다.

만약 Vc가 Vf보다 같거나 큰 경우에는 일반적인 가공을 수행하고, Vc가 Vf보다 작은 경우에는 하기의 단계를 진행한다.

단계 5(S5)

상기 단계 4의 판단에 의하여 Vc가 Vf보다 작은 경우에는 가공물(20)의 목표 외경, 내경 및 높이를 변경한다.

즉,

ODf=ODf-Δd₁

IDf=IDf-Δd₂

Hf=Hf-Δh

단, Δd₁ 가공물(20)의 목표 외경의 변경 값이며, Δd₂는 가공물(20)의 목표 내경의 변경 값이며, Δh는 가공물(20)의 목표 높이의 변경 값이다.

상기 변경 값들은 재질이나 가공 방식에 따라 적절히 선정 가능하며, 대형 링의 가공 특성을 고려하는 경우 모두 0.1 mm가 바람직하다.

단계 6(S6)

단계 5에서 보정된 목표 값에 의한 Vf를 수학식 1에 의하여 다시 계산한 뒤 Vc와 Vf를 다시 비교한다.

만약 Vc값과 Vf값이 다른 경우 단계 5를 다시 반복하고,

Vc값과 Vf값이 같은 경우에는 최종 ODf, IDf, Hf값이 목표 값이 되면, 전체 단계를 완료한다.

상기와 같은 방법은 초기 공작물(20) 즉 소재의 중량이 부족하더라도 목표 외경, 내경 및 높이의 값이 초기의 목표치보다 작아지나, 통상의 가공 여유를 고려하는 경우에는 외경 및 내경만을 고려하는 종래의 방식에 비하여 불량의 확률을 급격히 낮출 수 있다.

특히 본 발명에 따른 링 압연 장치의 가공 방법은 어떠한 링 압연 장치에도 적용 가능하며, 특히 제어 장치(100) 내에 소프트웨어적으로 구현 가능하므로 적용이 용이하고 더불어 초기 소재의 중량 부족에 의한 제품 불량 발생을 절감시키는 특징이 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10: 링 압연 장치 11: 압연롤
12: 구동롤 13: 상축롤
14: 하축롤 15: 수평롤
20: 공작물 100: 제어장치

Claims (5)

1. 압연롤, 구동롤, 상축롤, 하축롤을 포함하는 링 압연 장치의 가공 방법에 있어서,
   상기 링 압연 장치에 가공용 공작물의 장착하고 목표 외형인 외경, 내경 및 높이를 설정하고, 목표 부피를 계산하는 준비단계;
   가공 진행 중 공작물의 외경, 내경 및 높이를 실시간으로 감지하는 외형 감지 단계;
   상기 외형 감지 단계에서 감지된 외형과 목표 외형을 대비하여 선정의된 진행률에 도달하였는지 판단하는 가공률 판단 단계;
   상기 가공률 판단 단계에서 가공이 선정의된 진행률에 도달하였을 경우, 가공 중의 가공 부피를 계산하는 가공 부피 계산 단계;
   상기 가공 부피 계산 단계에서 계산된 가공 부피와 목표 부피를 대비하는 부피 대비 단계; 및
   상기 부피 대비 단계에서 가공 부피와 목표 부피가 동일할 때까지 목표 외경, 목표 내경 및 목표 높이를 변경하는 목표 외형 보정 단계를 포함하되,
   상기 가공률 판단 단계에서 상기 외형은 링의 외경이며,
   상기 목표 외형 보정 단계에서의 목표 외경, 목표 내경 및 목표 높이는 하기의 수학식에 의하여 보정되는 것을 특징으로 하는 링 압연 장치의 가공 방법.
   수학식:
   ODf=ODf-Δd₁
   IDf=IDf-Δd₂
   Hf=Hf-Δh
   단, ODf는 목표 외경이며, IDf는 목표 내경이며, Hf는 목표 높이이며, Δd₁ 가공물의 목표 외경의 변경 값이며, Δd₂는 가공물의 목표 내경의 변경 값이며, Δh는 가공물의 목표 높이의 변경 값이다.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 선정의된 가공률은 90%인 것을 특징으로 하는 링 압연 장치의 가공 방법.
   
4. 삭제
5. 청구항 3에 있어서, 상기 변경 값은 0.1mm인 것을 특징으로 하는 링 압연 장치의 가공 방법.
   

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