일반기술

동일단면의 금속소재를 연속으로 전단변형하는 연속강구속전단변형방법 및 이에 사용되는 금형과 상기 금형을 포함하는 금속소재 가공장치

○ 기술발명의 목적 : 본 발명은 선재/형재/각재/판재와 같이 단면적이나 단면 형상이 전 길이에 걸쳐 거의 동일한 금속소재를 몰드 내에서 연속적으로 전단변형하여 금속조직 내의 결정립을 초미세화 하고 기계적 성질을 개선하며 특히 공정자동화가 가능하게 한 연속 강구속전단변형방법과 상기 방법에서 사용되는 금형 및 상기 금형을 포함하는 금속소재 가공장치에 관한 것이다. 강소성법의 일종인 ECAP(Equal Channel Angular Pressing : 등통로각압출법 또는 강구속전단변형법)공정은, 동일/유사한 형상의 입구/출구가 임의 각도로 교차된 금형에 금속소재를 통과시켜 상기 금속소재에 큰 소성변형(전단변형)을 부여하는 공정으로서, 상기 방법에 따르면 금속소재 내의 결정립이 미세화되고 기계적 성질이 개선된다.(참고문헌 : US Patent No.5,513,512) 그러나, 상기한 강구속전단변형방법(ECAP)은 변형률이 최대가 되는 90°각도로 연결된 "L"자형 채널(금형 내 이동통로)을 사용하므로, 금속소재의 압출과정에서 채널 벽면과의 마찰에 의해 상기 금속소재가 원활하게 유동되지 못하는 단점이 있다. 즉, 압출과정에서 상기 금속소재가 채널의 내측면을 따라서는 쉽게 변형되는 반면, 바깥면을 따라서는 변형이 잘 되지 않기 때문에 국부적으로 변형률에 차이가 생기고 이로 인해 금속소재의 강도와 결정립의 크기 등이 일정치 못한 문제가 있었던 것이다(금속학회지 제37권 4호 1999년 p441-447 참조) 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이 금속소재의 가공 시 ECAP공정을 최소 4차례 이상이 실시하였지만, 이 경우 이전압출작업에서 높은 온도로 가열된 금속소재가 다음번 압출작업에 제공되기 전 공기와 접촉하여 금속소재의 표면에 산화피막이 형성되는 문제가 발생되었다. 한편, 종래의 ECAP공정에서는 전단변형이 이루어진 금속소재의 전면부 중간부분이 돌출되기 때문에 다음번 압출작업을 위해 이 부분을 제거해야 하는 번거로움이 있었다. 이로 인해 현재까지 ECAP공정의 완전자동화가 이루어지지 않고 있다. 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서 단속(斷續)적으로 시행되던 종래의 ECAP공정을 연속화 하여, 금속소재의 기계적 성질이 더욱 더 개선되도록 함과 동시에, 금속소재 내부의 결정립이 종래보다 더 미세해지게 한 연속 강구속전단변형방법을 제공하는데 목적이 있다.○ 기술 요약 및 특징 : 본 발명에서는 ECAP공정의 연속적인 실시를 위해 금형의 입구쪽과 출구쪽에 각각 상램/하램을 설치하였는데, 상기 상램/하램은 유압실린더의 신축작용에 연동하여 상기 금형의 "L"자형 채널 안으로 밀려들어가거나 상기 채널에서 빠져 나오게 된다. 또한, 상기 금형의 둘레에는 발열체(발열수단)가 설치되어 있다. 여기서, 상기 발열체와 유압실린더는 본 발명의 금속소재 가공장치에 마련되어 있는 자동화 조절판에 의해서 작동시기와 발열량 또는 공정회수(작업회수)가 설정된다. 1 cycle은 금형의 입구쪽에 설치한 상램이 금속소재를 출구쪽으로 밀어내는 1단계와, 금형의 출구쪽에 설치한 하램이 금속소재를 다시 입구쪽으로 밀어올리는 2단계로 이루어진다. 따라서, 1 cycle 당 2번의 전단변형이 금속소재에 부여된다.○ 색인어 :금속, 결정립 미세화, Multy-channel, 연속 공정