일반기술

빌렛 가열을 위한 Advanced 수평형 유도가열 시스템의 개발

수직형 유도가열 시스템의 결점을 보완하고, 재가열의 시간단축 및 균일한 온도구배를 얻기 위해서 수평형 유도가열 시스템을 설계, 제작하였다. 알루미늄 소재의 재가열을 목적으로 한 다단 고주파 유도로 가열장치로서 최대가열 알루미늄 소재의 규격은 Φ5"×100mm, Φ3"×150mm이고 용량은 50kw, 주파수는 350 Hz이다. 이 시스템은 시간-출력, 시간-온도를 단계별 개별 동작 및 제어가 가능하며 시간, 출력, 온도에 대한 제어결과를 Real time으로 받아서 연구·분석자료로의 활용을 위해 소재가열을 위한 고주파 전원장치, 연속적인 소재 공급을 위한 다단가열 Index장치로 구성되어 있으며, 이러한 장치는 컴퓨터에 의해 자동제어 되고 있다. 다단 고주파 유도로 장치의 제어를 위한 주 조작화면에서는 설정된 제어 pattern 및 가열기동시 생성된 data를 표시해 주는데 제어를 위해 입력한 3단 재가열 설정값을 그래프로 표시 및 온도제어 중에 생성된 real data를 화면에 표시해준다. 코일과 슬러그의 끝단에서 가열 양상의 불균일성은 이 영역에서 전자기장의 뒤틀림 (Distortion)과 관계있다. 이 뒤틀림을 전자기 끝단 효과라고 한다. 일반적으로 말해서, 전자기 끝단 효과는 유도 가열에서 가장 복잡한 문제들 중의 하나라고 사료된다. 이 효과는 슬러그 끝단의 과열(Overheating)이나 아열 (Underheating)의 결과라 할 수 있다. 원하는 온도 분포는 주파수, 코일과 슬러그의 기하학적 형상(슬러그와 코일 사이의 간격과 코일의 돌출을 포함해서), 슬러그의 기계적 성질, 방사율, 코일 내화성 재료 (Coil Refractory), 전력 밀도 및 주기 시간에 종속적이다. 확실히, 최신의 수치 해석법만이 전자기 끝단 효과를 정확히 계산할 수 전산 기법으로 적용될 수 있으며, 조형 시간 및 달러를 절약할 수 있고, 신뢰성 있고 경쟁력있는 제품의 제조를 촉진할 수 있다. 일반적으로 말해서, 알루미늄 슬러그를 유도 가열할 때 전자기 끝단 효과의 출현에는 2가지의 극단적인 경우가 있다. 첫 번째로 슬러그의 왼쪽 끝단에 위치한 영역에서의 자기장과 전력 밀도 분포가 발생하는 것을 고려해 보자. 위에서 언급된 요소들의 적절하지 않은 조합은 슬러그의 끝단에서 아열 (Underheating) 또는 과열(Overheating)을 유발할 수 있다. 본 발명은 전자기 끝단 효과 영역이 슬러그 직경의 1.5배보다 작게 (일반적으로, 슬러그 직경의 0.6∼1.2) 슬러그의 중앙 부위로 확장되고 있음을 보여 주고 있다. 더 높은 주파수와 큰 코일 돌출은 슬러그의 왼쪽 끝단 부위에서 전력 과잉을 유발할 것이다. 그 결과로, 그 부위에서 눈에 띄게 과열과 용해 현상이 발생할지도 모른다. 반용융 빌렛을 이용하여 부품을 개발하기 위해서는 다단 고주파 시스템으로써 짧은 시간동안에 빌렛을 원하는 온도로 가열하기 위해서는 고주파 코일 Cell을 여러 개 부착할 수 있다. Heating Cell의 부착개수는 생산속도와 밀접한 관계가 있다. 일반적으로 빌렛의 크기가 3인치 이내인 경우는 수직으로 가열하기도 하나 5인치 이상인 경우는 소재용기 속에 빌렛을 주입하여 수평으로 가열한 후 금형에 이송하여 성형을 한다. 위의 이유는 가열시 소재의 중력으로 인하여 빌렛이 원소재의 형상을 유지할 수 없을 때는 자동이송이 어렵기 때문이다. 이때 재가열 방법에 필요한 입력 data는 시간-온도, 시간-출력으로 제어할 수 있다.