KR20140142385A - 워크롤의 표면경도 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤링부재를 이용해 워크롤의 네크부를 가압하여 경화(소성변형)시킴으로써, 과도한 원가상승 없이 워크롤의 네크부 경도를 향상시킬 수 있는 워크롤의 표면경도 향상방법에 관한 것으로, 열처리가 완료된 워크롤을 워크롤 가공용 선반에 장착하는 단계(S1); 워크롤의 네크부 표면을 정삭가공하는 단계(S2); 워크롤을 회전시킨 상태 하에서 롤링부재를 네크부 표면에 가압시킴과 아울러 롤링부재를 이동시켜 네크부의 표면을 경화시키는 단계(S3); 및 네크부의 표면을 연마하는 단계(S4);를 포함한다.

Description

워크롤의 표면경도 향상방법{METHOD FOR IMPROVING SURFACE HARDNESS OF WORK ROLL}

본 발명은 워크롤의 표면경도 향상방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 워크롤의 네크부를 소성변형시켜 네크부의 경도를 향상시키는 워크롤의 표면경도 향상방법에 관한 것이다.

일반적으로 워크롤은 수직식 또는 수평식 원심주조법, 또는 정치주조법에 의해 제작된다.

전술한 원심주조법 및 정치주조법에 의해 제조된 워크롤은 소재에 직접적으로 접촉하는 동체부와, 동체부의 양단에 일체로 제공되는 네크부로 이루어진다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제 0966531 호(등록일자 : 2010. 06. 21. 명칭: "표면 볼 롤링 방법과 이에 의해 제조된 롤 모재")가 있다.

본 발명은 롤링부재를 이용해 워크롤의 네크부를 가압하여 경화(소성변형)시킴으로써, 과도한 원가상승 없이 워크롤의 네크부 경도를 향상시킬 수 있는 워크롤의 표면경도 향상방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 워크롤의 표면경도 향상방법은, 열처리가 완료된 워크롤을 워크롤 가공용 선반에 장착하는 단계(S1); 워크롤의 네크부 표면을 정삭가공하는 단계(S2); 워크롤을 회전시킨 상태 하에서 롤링부재를 네크부 표면에 가압시킴과 아울러 롤링부재를 이동시켜 네크부의 표면을 경화시키는 단계(S3); 및 네크부의 표면을 연마하는 단계(S4);를 포함할 수 있다.

구체적으로 단계(S2)에서는, 정삭가공된 네크부의 직경은 최종제품의 네크부 직경에 보다 0.5㎜ 큰 직경을 가지도록 가공될 수 있다.

구체적으로 단계(S3)에서, 롤링부재는 워크롤 가공용 선반의 왕복대에 장착되어 네크부를 가압하면서 이동할 수 있다.

더 구체적으로 단계(S3)에서, 워크롤은 10~20RPM의 속도로 회전하고, 롤링부재는 0.05㎜ 가압깊이로 네크부의 내측으로 침투된 상태 하에서 5~10 FEED 속도로 이동하면서 네크부를 경화시킬 수 있다.

더 구체적으로 롤링부재는 동일한 조건으로 네크부의 표면을 2회 반복하여 경화시킬 수 있다.

구체적으로 단계(S4)에서는, 네크부의 직경이 최종제품의 네크부 직경이 되도록 연마할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 롤링부재를 이용해 워크롤의 네크부를 가압하여 경화(소성변형)시킴으로써, 과도한 원가상승 없이 경화부위가 비교적 균일한 경도분포를 가지도록 네크부 경도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 작업자가 롤링부재를 선택적으로 이동시킴으로써, 작업자가 원하는 부위만을 경화시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 워크롤을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 워크롤의 표면경도 향상방법을 나타낸 순서도이며, 그리고
도 3은 도 1에 따라 가공된 네크부의 단면을 나타낸 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 일반적인 워크롤을 나타낸 도면으로서, 워크롤(10)은 소재에 직접적으로 접촉되는 동체부(20)와, 동체부(20)의 양단에 일체로 제공되는 네크부(30)로 이루어진다.

한편, 최근에는 워크롤(10)의 사용수명연장을 위해 소재와 직접 접촉하는 동체부(20) 뿐만 아니라 워크롤(10)의 구동 및 압하를 전달하는 네크부(30)에 대한 개선이 요구되고 있다.

즉 네크부(30)는 베어링과 커플링, 및 키-웨이(key-way) 등이 부착되어 쵸크(chock)에 결합되는 부분으로, 압연 시 회전에 의해 쵸크 내부의 베어링과의 마찰이 발생하기 때문에 장시간 사용 시 네크부(30)에 마모가 발생하게 된다. 이러한 네크부(30)의 문제를 해결하기 위해서 네크부(30)의 표면경도를 향상시키는 방법들이 대두되고 있는데, 그 대표적인 예로는 네크부(30)의 고합금화 및 네크부(30)에 대한 유도가열을 이용한 열처리 방법 등을 들 수 있다.

그러나, 네크부(30)에 대한 고합금화의 경우 제조비용이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 경도향상의 효과가 미미한 문제점이 있으며, 유도가열을 이용한 열처리의 경우 초기 투자비용이 필요하며, 균일한 경도 확보를 위한 가열온도, 속도, 냉각속도에 따른 품질 제어가 어려운 또 다른 문제점이 있었다.

따라서, 과도한 원가상승 없이 네크부(30)의 표면경도를 향상시킬 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.

도 2는 본 발명에 따른 워크롤의 표면경도 향상방법을 나타낸 순서도로서, 본 발명은 롤링부재(도시되지 않음)를 이용해 워크롤(10)의 네크부(30)를 가압하여 경화(소성변형)시켜 네크부(30)에 표면경도를 향상시키는 것으로, 본 발명에 따른 워크롤의 표면경도 향상방법을 설명한다.

먼저, 열처리가 완료된 워크롤(10)을 워크롤 가공용 선반에 장착한 후(단계 S1), 네크부(30)의 표면을 정삭가공 한다(단계 S2).

누구나 알 수 있듯이, 열처리가 완료된 워크롤(10)은 가공용 선반의 주축대(42)와 심압대(44) 사이에 회전 가능하게 장착된다. 그리고 워크롤(10)의 네크부(30) 표면에 대한 정삭가공은 주축대(42)와 심압대(44) 사이를 왕복하는 왕복대(46)에 마련된 가공용 바이트(48)에 의해 정삭가공 된다.

이때, 정삭가공된 네크부(30)의 직경(φ1)은 최종제품의 네크부(30)의 직경(φ2)보다 큰 직경(φ1)을 가지도록 가공되는데, 바람직하게는 정삭가공된 네크부(30)의 직경(φ1)은 최종제품의 네크부(30) 직경(φ2) 보다 0.5㎜ 큰 직경(φ1)을 가지도록 가공된다.

여기서 정삭가공된 네크부(30)의 직경(φ1)이 최종제품의 네크부(30)의 직경(φ2)에 대하여 0.5㎜ 미만일 경우 후술하는 네크부(30) 경화 및 연마 시 경화깊이 및 연마깊이가 부족하게 되며, 정삭가공된 네크부(30)의 직경(φ1)이 최종제품의 네크부(30)의 직경(φ2)에 대하여 0.5㎜를 초과하게 되면 후술하는 네크부(30) 경화 및 연마 작업시간이 길어지게 된다.

전술한 바와 같이 네크부(30)의 표면이 정삭가공 되면(S2), 워크롤(10)을 회전시킨 상태 하에서 롤링부재(50)를 워크롤(10)의 네크부(30) 표면에 가압시킴과 아울러 롤링부재(50)를 이동시키면서 네크부(30)의 표면을 경화(소성변형)시킨다.(단계 S3).

롤링부재(50)는 도시된 바와 같이 회전하는 워크롤(10)을 따라 회전할 수 있는 롤러(52)로 이루어지며, 롤링부재(50)는 가공용 바이트(48)가 제거된 왕복대(46)에 장착된다. 이렇게 장착된 롤링부재(50)의 롤러(52)는 네크부(30)의 표면를 가압할 수 있도록 네크부(30)의 표면 내측으로 0.05㎜ 가압깊이로 침투되고, 이러한 상태 하에서 롤링부재(50)의 롤러(52)는 왕복대(46)를 따라 5~10 FEED의 속도로 이동하면서 네크부(30)의 표면을 경화시킨다. 이때 워크롤(10)은 10~20RPM의 속도로 회전하게 되는데, 롤링부재(50)의 롤러(52)는 동일한 조건으로 네크부(30)의 표면을 2회 반복하면서 네크부(30)의 표면을 경화시킨다.

여기서, 워크롤(10)이 10RPM 미만으로 회전하는 경우 워크롤(10)의 회전이 너무 느려 네크부(30) 표면(경화면)이 거칠어 후술하는 연마 작업이 곤란하며, 워크롤(10)이 20RPM을 초과하여 회전하는 경우 워크롤(10)의 회전이 너무 빨라 시간당 표면(경화면)이 받는 힘이 감소하여 경화 효과가 저하된다. 그리고 롤링부재(50)의 이동속도가 5 FEED 미만일 경우 롤링부재(50)의 이동속도가 너무 느려 경화 소요시간이 증가하기 때문에 경제성이 떨어지게 되고, 롤링부재(50)의 이동속도가 10 FEED를 초과할 경우 롤링부재(50)의 이동속도가 빨라 경화 효과가 미미하게 된다.

게다가 롤링부재(50)가 0.05㎜ 미만으로 네크부(30) 내측으로 침투하는 경우에는 네크부(30) 표면(경화면)에 충분한 소성변형이 발생하지 않아 경화효과가 미미하게 되고, 롤링부재(50)가 0.05㎜를 초과하여 침투하는 경우에는 네크부(30)에 가해지는 압력이 높아 진동이 발생하여 정밀도가 떨어지게 된다. 또한 전술한 조건 하에서 경화작업을 2회를 초과하여 실시하더라도 네크부(30)의 경도에는 변화가 없으며, 경화작업을 1회만 실시하게 되면 경화깊이가 부족하게 된다.

전술한 바와 같이 네크부(30) 표면에 대한 경화(소성변형)가 완료되면(S3), 통상의 방법으로 경화가 완료된 네크부(30)의 표면을 연마하여 네크부(30)에 대한 경도향상 작업을 완료하게 된다(단계 S4).

여기서 네크부(30)에 대한 연마는 누구나 알 수 있듯이 통상의 워크롤 가공용 연마기(도시되지 않음)에 장착된 상태에서 이루어지며, 이때 네크부(30)는 최종제품의 네크부(30)의 직경(??2)을 가지도록 연마된다.

하기의 [표 1]은 네크부(30)의 경화작업 전의 경도, 경화작업 후의 경도 및 연마작업 후의 경도를 비교한 것으로, 경화작업 후, 그리고 연마작업 후, [표 1]에서와 같이 네크부(30)의 경도가 40~50Hs로 경도가 향상된 것을 확인할 수 있었다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 롤링부재(50)를 이용해 워크롤(10)의 네크부(30)를 가압하여 경화(소성변형)시킴으로써, 과도한 원가상승 없이 경화부위가 비교적 균일한 경도분포(도 2 참조)를 가지도록 네크부(30) 경도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 작업자가 롤링부재(50)를 선택적으로 이동시킴으로써, 작업자가 원하는 부위만을 경화시킬 수 있다.

[표 1], 네크부의 경도 비교

상기와 같은 워크롤의 표면경도 향상방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10 : 워크롤 20 : 동체부
30 : 네크부 42 : 주축대
44 : 심압대 46 : 왕복대
48 : 가공용 바이트 50 : 롤링부재
52 : 롤러

Claims (6)

1. 열처리가 완료된 워크롤을 워크롤 가공용 선반에 장착하는 단계(S1);
   상기 워크롤의 네크부 표면을 정삭가공하는 단계(S2);
   상기 워크롤을 회전시킨 상태 하에서 롤링부재를 상기 네크부 표면에 가압시킴과 아울러 상기 롤링부재를 이동시켜 상기 네크부의 표면을 경화시키는 단계(S3); 및
   상기 네크부의 표면을 연마하는 단계(S4);를 포함하는 워크롤의 표면경도 향상방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계(S2)에서는,
   정삭가공된 상기 네크부의 직경은 최종제품의 네크부 직경에 보다 0.5㎜ 큰 직경을 가지도록 가공되는 워크롤의 표면경도 향상방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계(S3)에서,
   상기 롤링부재는 상기 워크롤 가공용 선반의 왕복대에 장착되어 상기 네크부를 가압하면서 이동하는 워크롤의 표면경도 향상방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계(S3)에서,
   상기 워크롤은 10~20RPM의 속도로 회전하고,
   상기 롤링부재는 0.05㎜ 가압깊이로 상기 네크부의 내측으로 침투된 상태 하에서 5~10 FEED 속도로 이동하면서 상기 네크부를 경화시키는 워크롤의 표면경도 향상방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 롤링부재는 동일한 조건으로 상기 네크부의 표면을 2회 반복하여 경화시키는 워크롤의 표면경도 향상방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계(S4)에서는,
   상기 네크부의 직경이 최종제품의 네크부 직경이 되도록 연마하는 워크롤 표면경도 향상방법.

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