KR100718071B1 - 티타늄 이형압면체 제조방법 - Google Patents
티타늄 이형압면체 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 티타늄 이형압면체 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 티타늄 이형압면체 제조방법은 장방형상의 선재 형태로 제공되는 티타늄으로 된 모재를 상호 간격을 두고 배치되는 두 개 이상의 롤러로 구비되는 압연기를 통과시키는 것에 의해 단면적을 감소되게 소성 변형하는 것에 의해 실시된다.
상기와 같이 구성되는 티타늄 이형압면체 제조방법은 티타늄으로 된 모재를 상온에서 다양한 형틀을 갖는 압연기를 반복 통과시키는 것에 의해 원하는 형상으로의 소성 변형이 가능하므로 산업상 대단히 유용한 효과를 제공한다.
티타늄, 이형압면체, 압연기, 롤, 소성
Description
도 1은 본 발명에 따른 티타늄 이형압면체 제조방법에서 상·하로 배치된 2단 압연기에 의해 두께가 감소되어 변형되는 모재를 설명하기 위한 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 티타늄 이형압면체 제조방법에서 모재의 사면으로 배치되어 압연을 실시하는 4면 가공 압연기를 설명하기 위한 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 티타늄 이형압면체 제조방법에서 평재성형 금형을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 2단 압연기
11,12 : 상·하 롤러
20 : 4면 가공 압연기
21,22,23,24 : 상·하·좌·우 롤러
m : 모재
본 발명은 티타늄 이형압면체 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 티타늄을 상온에서 냉간 압연을 통해 원하는 형상으로 소성 변형시켜 단면 압엽제품의 생산을 가능하게 하는 티타늄 이형압면체 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 티타늄은 주기율표 4A족에 속하는 은백색의 금속으로, 비중이 4.50로서 마그네슘·알루미늄 다음으로 가벼우며 전연성(展延性)이 높고, 기계적 성질이 뛰어나다. 비강도(比强度；강도/비중)는 보통강철의 약 2배, 알루미늄의 약 6배나 되며, 내열성도 좋아서 500℃ 정도까지 항복점이 높다. 또한, 가볍고 강도가 크며, 내열·내식성에 뛰어나 강력합금으로 항공우주산업 등에 널리 쓰인다. 그리고 화학공업설비, 특히 반응기기·열교환기·밸브 등의 내식재료로 쓰일 뿐만 아니라 전기분해용 전극, 화력발전용 복수관(復水管), 해수 담수화장치 및 공해방지장치·해양개발기기 등에 대한 용도도 늘어나고 있으며 홑원소 물질이나 니오브 등과의 합금으로 초전도 재료로도 쓰인다.
즉, 티타늄은 비강도(specific strength)가 우수하기 때문에, 항공, 군사, 우주, 심해 탐사 등의 분야에서 종래부터 사용되어 왔다. 이러한, 티타늄은 내식성이 우수하기 때문에, 부식 환경 하에서 다양한 용도로 사용되고 있으며, 일예로 화학 플랜트나 해양 건축물 등의 자재에, 또한, 동결 방지제에 의한 부식 방지 등을 목적으로 하여 자동차의 하부 전방 범퍼나 하부 후방 범퍼 등에 사용되고 있다.
또한, 근래에 들어서는 그 경량성(비강도)과 내알레르기성(내식성)에 착안하여, 손목 시계 밴드나 팔찌 등과 같은 악세사리에 티타늄이 사용되고 있을 뿐만 아니라 탄성도 우수하기 때문에 예를 들어, 생체 적합품(예를 들어, 인공 뼈 등), 장신구(예를 들어, 안경 프레임 등), 스포츠 용품(예를 들어, 골프 클럽등), 스프링 등에 사용되고 있다. 구체적으로는, 고탄성 티타늄을 인공 뼈에 사용한 경우, 그 인공 뼈는 사람 뼈에 가까운 탄성을 가지며, 비강도, 내식성과 더불어 생체 적합성에 뛰어난 것이 된다.
또한, 고탄성 티타늄으로 이루어지는 안경 프레임은 머리 부분에 유연하게 맞춰져(fitting), 장착자에게 압박감을 주지 않고 충격 흡수성도 뛰어나 착용감과 안전성이 대폭 개선되며, 골프 클럽의 샤프트나 헤드에 고탄성 티타늄을 사용하는 경우에는 부드러운 샤프트나 고유 진동수가 낮은 헤드의 제조가 가능하여 비거리가 신장된다. 아울러 고탄성 티타늄을 스프링에 사용하면, 경량이고 탄성 한도가 큰 스프링이 얻어진다.
이와 같이, 다종 다양한 분야에서 티타늄이 사용되고 있으며, 대표적인 티타늄 합금으로서, 예를 들어, Ti-5Al-2.5Sn(α합금), Ti-6Al-4V(α-β합금), Ti-13V-11Cr-3Al(β합금) 등이 있다.
그러나, 일반적으로 티타늄 재는 통상의 철강금속과 다르고 그 가공방법이 소성변형에서 까다롭기 기술자료로 희소한 상태여서 더구나 냉간가공은 그 포아송 비율(Poisson's Ratio)이 0.41로 일반 철강금속과 달라 횡방향의 퍼짐과 수직방향의 신율이 많은 시험압연과 압하조절에서 특이한 그리고 많은 경험과 연구가 필요한 가공생산 방법이다.
즉, 티타늄은 철이나 비철재료와는 달리 원하는 형태로 가공하기 위한 기술적인 어려움이 많아 설비와 설계 기술 및 생산방법 등에서 많은 시행착오와 경험이 요구되고 있는 실정이다. 이는 티타늄의 강도, 경도 그리고 상하 압하에 의한 변형 과 횡방의 늘어남이 다르기 때문에 가공정도(압하율)에 회수와 압하배분이 재료의 규격 및 모양에 따라 현격한 차이가 있어 가공의 표준화가 어렵려운 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 티타늄으로 된 밴드 형태를 갖는 성형품을 제조함에 있어 가공의 자유도를 높일 수 있도록 하여 고품질을 갖는 띠 형태의 성형품 양산을 가능할 수 있게 한 티타늄 이형압면체 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 이형압면체 제조방법은 장방형상의 선재 형태로 제공되는 티타늄으로 된 모재를 상호 간격을 두고 배치되는 두 개 이상의 롤러로 구비되는 압연기를 통과시키는 것에 의해 단면적을 감소되게 소성 변형하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 압연기는 상·하 간격을 두고 배치되는 것에 의해 이들 사이를 통과하는 모재에 대해 두께가 감소되게 압연을 실시하는 한쌍의 롤러로 구성되는 2단 압연기인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 압연기는 상·하·좌·우 방향으로 롤러가 배치되고 이들 사이에 모재가 통과되는 것에 의해 단면적이 감소되게 압연을 실시하는 4개의 롤러로 구성되는 4면 가공 압연기인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 2단 압연기는 성형품의 단면 모서리가 둥글게 소성 변형될 수 있게 모서리 부분이 곡면 가공된 장방형상의 성형홈이 형성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 2단 압연기에서 상롤러는 모재가 접촉되는 대상면에 내측으로 곡면 가공되는 곡면 성형홈이 형성되고, 하롤러는 모재가 접촉되는 대상면에 사각 성형홈이 형성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 압연기는 냉간 압연으로 수행되는 것에 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 티타늄 이형압면체 제조방법의 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 티타늄 이형압면체 제조방법에서 상·하로 배치된 2단 압연기에 의해 두께가 감소되어 변형되는 모재를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 티타늄 이형압면체 제조방법에서 모재의 사면으로 배치되어 압연을 실시하는 4면 가공 압연기를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 티타늄 이형압면체 제조방법에서 평재성형 금형을 나타낸 도면이다.
이에 나타내 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 밴드 형태의 티타늄 이형압면체 제조방법은 장방형상의 선재 형태로 제공되는 티타늄으로 된 모재를 압연공정을 통해 단면적에 변형을 가하는 소성변형을 통해 실시된다.
즉, 본 발명은 상호 일정한 간격을 두고 배치되는 두 개 이상의 롤러로 구비되는 압연기를 구비하고, 이 압연기의 롤러 사이를 모재가 통과되게 함으로써 다양한 형태로의 소성변형을 가능하게 하는 것이다.
먼저, 본 발명에서의 압연기는 변태점 이상에서 행하는 열간압연과 달리 큰 하중을 견디는 강인한 압연설비와 정밀도를 필요로 하기 때문에 적절한 압하장치와 기타 유도설비 등을 필요로 한다. 특히, 티타늄을 롤 압하 상태에서 변형속도의 변화와 항복강도에 큰 변화를 가져오게 되므로 티타늄의 특이한 압축항복 응력과 전단항복 응력 관계에서 오는 변수에서 가공정도를 적정 압하율로 롤러 간격을 조절 가동시킬 수 있도록 설계단계에서 충분히 고려되어야 한다.
도 1은 상·하 일정한 간격을 두고 배치되는 것에 의해 이들 사이를 통과하는 모재(m)에 대해 두께가 감소되게 압연을 실시하는 한쌍의 롤러로 구성되는 2단 압연기(10)를 나타낸 것이다.
이때 상기 2단 압연기(10)를 구성하는 상·하 롤러(11,12)는 도시하지는 않았으나 모터 등과 같은 구동원에 의해 회전 가능하게 구비되며, 상기 2단 압연기(10)를 구성하는 상·하 롤러(11,12)는 그 간격이 티타늄으로 된 모재(m)의 두께가 감소될 수 있게 모재(m)의 두께에 비해 짧은 간격을 갖도록 설정된다.
즉, 상기 2단 압연기(10)는 일측에서 티타늄으로 된 모재(m)를 진입시키면 압연에 의해 모재(m)의 두께가 감소된다. 여기서 상기 압연은 통상 회전하고 있는 한 쌍의 원기둥체인 롤 사이의 틈에 금속소재를 넣고 롤의 압력으로 소재의 길이를 늘려 단면적을 축소시키는 금속가공법의 일종으로서 금속재료에 적당한 힘을 가하면 파괴되지 않고 영구변형을 일으키는 성질(소성)이 있음을 이용한 것이다.
도 2는 4면 가공 압연기(20)를 나타낸 것으로서, 이때의 상기 4면 가공 압연기(20)는 티타늄으로 된 모재(m)를 상·하·좌·우 방면에서 가압을 실시할 수 있도록 롤러(21,22,23,24)가 배치되는 구조이다.
즉, 상기 4면 가공 압연기(20)는 크게 상·하로 배치되는 상·하 롤러(21,22)와 좌·우측에 배치되는 좌·우 롤러(23,24) 구성되며, 이들 상·하·좌·우 롤러(21,22,23,24)는 도시하지는 않았으나 구동원에 의해 회전 가능하게 설치된다.
이러한 4면 가공 압연기(20)는 장방형상을 갖는 모재(m)에 대해 4면에서 롤러(21,22,23,24)로 가압을 하여 압연을 실시하여 결과적으로 모재(m)의 단면적을 전체적으로 감소되게 한다.
도 3은 2단 압연기(10)의 다른 형태를 나타낸 것으로서, 도면에서 보는 바와 같이 상·하 롤러(11,12)로 구성되는 구조이다.
이러한, 2단 압연기(10)는 소성변형되는 성형품의 단면 모서리가 둥글게 가공될 수 있도록 모재(m)가 접촉되는 상·하 롤러(11,12)의 접촉면에 성형홈(13,14)이 형성된 것으로서, 이때의 상기 성형홈(13,14)은 모서리 부분이 곡면 가공되면서 전체적으로 장방형상을 갖도록 형성된다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 상기 상·하 롤러(11,12)는 성형품(13,14)의 단면 모서리가 둥글게 성형되면서 장방형상을 갖도록 하기 위하여 각각 사각 형상을 가지면서 모서리 부분에 모깍기가 된 상·하 성형홈(13,14)이 형성되는 구조이다.
즉, 도 3에서 캐리바(caliber) 형태로 상하 롤러에서 나타낸 약도이며, 장방형의 제품 모양이며 사각 코너 각도가 주언진 용도에 0.1mm 의 오차 범위로 자유자재로 선형 가공되어야 한다. 이런 상태의 가공은 피압연제품의 규격(예 2.0x12mm)은 티타늄 선 소재를 사용한다. 특히 네방향의 코너각도를 원하는 규격대로 생산하기엔 티타늄과 같은 재료의 소성변형은 많은 시험압연을 거쳐서 이루어지고 재료는 가공경화현상이 있을 때는 특수열처리 방법 즉, 무산화상태의 진공과 같은 조건에서 지정된 온도와 가열 냉각속도 및 유지상태를 철저한 조건에서 표준화가 되어야 한다.
도 4는 2단 압연기(10)의 또 다른 형태를 나타낸 것으로서, 도면에서 보는 바와 같이, 상·하 롤러(11,12) 구성되는 구조이다.
이러한, 2단 압연기(10)에서 상롤러는 모재(m)가 접촉되는 대상면에 내측으로 곡면 가공되는 곡면 성형홈이 형성되고, 하롤러는 모재(m)가 접촉되는 대상면에 사각 성형홈이 형성되는 구조이다.
한편, 상기 도 1 내지 도 4에서의 압연기는 상온에서 즉, 냉간압연으로 실시되며, 모재는 여러 차례 반복적으로 압연기를 통과하는 것에 의해 소성 변형되는 것이 바람직하다.
또한, 압연 중에 소재와 롤이 접촉하는 넓이는 롤 지름 및 압하량이 클수록 크며, 이 접촉면적과 롤, 소재 사이의 마찰계수 및 소재의 변형저항(항복응력) 등이 클수록 큰 압연압력이 필요하다. 압연 도중에 롤의 변형을 방지하기 위하여 모재에 직접 접촉하는 롤(작업롤)을 보강하기 위해, 모재와 반대 쪽에 각각 지지롤을 배치하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 티타늄 이형압면체 제조방법은 티타늄으로 된 모재를 상온에서 다양한 형틀을 갖는 압연기를 반복 통과시키는 것에 의해 원하는 형상으로의 소성 변형이 가능하므로 산업상 대단히 유용한 효과를 제공한다.
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- 장방형상의 선재 형태로 제공되는 티타늄으로 된 모재를 상호 간격을 두고 배치되는 두 개 이상의 롤러로 구비되며, 상·하 간격을 두고 배치되는 것에 의해 이들 사이를 통과하는 모재에 대해 두께가 감소되게 압연을 실시하는 한쌍의 롤러로 구성되는 2단 압연기인를 통과시키는 것에 의해 단면적을 감소되게 소성 변형하는 것을 특징으로 하는 티타늄 이형압면체 제조방법에 있어서,상기 2단 압연기는 성형품의 단면 모서리가 둥글게 소성 변형될 수 있게 모서리 부분이 곡면 가공된 장방형상의 성형홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 티타늄 이형압면체 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 2단 압연기에서 상롤러는 모재가 접촉되는 대상면에 내측으로 곡면 가공되는 곡면 성형홈이 형성되고, 하롤러는 모재가 접촉되는 대상면에 사각 성형홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 티타늄 이형압면체 제조방법.
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| KR1020060008735A KR100718071B1 (ko) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | 티타늄 이형압면체 제조방법 |
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| KR (1) | KR100718071B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011115402A3 (ko) * | 2010-03-18 | 2012-02-23 | 강릉원주대학교 산학협력단 | 비대칭 압연장치, 비대칭 압연방법 및 이를 이용하여 제조된 압연재 |
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- 2006-01-27 KR KR1020060008735A patent/KR100718071B1/ko active IP Right Grant
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