KR100856097B1 - Production method by means of liquid forging and hot shaping - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주조 공학에 관한 것으로, 자동차 휠(wheel) 혹은 그 부품 같은 복잡한 모양을 한 제품의 물리적 특성 및 성능 특성을 향상시키기 위해 사용된다. 가공된 복잡한 모양의 제품은, 특히 열간단조의 자동차 휠는 경제적으로 효율적이지 않다. 따라서 현 단계에서는 자동차 휠과 같은 유형의 부품을 연속 생산하는 데 있어 주로 주조 방법이 전 세계적으로 이용된다. 그러나 명확하고 현대적인 주조 방법이 존재하지 않으므로, 열간단조로 생산된 부품들은 주조 방법으로 생산된 제품들을 질적인 면에서 훨씬 능가한다. 따라서 주조로 제조할 때, 그 제품의 물리적 특성 및 성능 특성을 향상시키는 문제는 당면한 과제가 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 압력 처리와 결합된 액압 프레스 작업이 이용되었다. 발명의 과제는 다양한 부품의 횡단면의 높낮이에 있어 큰 차이를 가진, 특히 자동차 휠과 같이 중앙 부분 및 상대적으로 얇은 주변부 형상을 가진 복잡한 모양의 제품, 혹은 액압 프레스 작업과 열 변형 결합을 이용하여 제조할 때 용탕을 붓는 지점(melt pouring point)으로부터 멀리 높낮이를 가진 제품의 질을 향상시키는 데 있다. 이러한 방법은 적어도 핵심적인 부품의 질을 열간 단조 작업의 수준까지 향상시킬 수 있다. 또한 발명의 과제는 부가적인 방법을 도입함으로써 제품의 질을 향상시키는 데 있다. 발명의 부가적인 과제로는 기술적인 공정을 단순화함으로써 방법의 경제성을 높이는 것이다. 이러한 과제들은 압력 하에서의 금속 혹은 합금의 결정화(crystallization)와 열 소성(plastic) 변형을 포함하는, 액압 프레스 작업 및 열 변형을 이용하는 제품 제조 방법으로 달성된다. 그러한 방법은 다음과 같은 점에서 차이를 보인다 : 부품의 가변성(variable) 횡단면 영역을 가지거나 금속 혹은 합금을 붓는 지점(melt pouring point)으로부터 멀리 떨어진 주변(peripheral) 부분을 가진 복잡한 모양의 제품 제조시에 결정화(crystallization) 압력 수치는 P로 결정되고, 변형 속도와 온도는 각각 ε와 T이다. 여기서, P, ε 와 T - 주어진 금속 혹은 합금에 있어, 초소성(superplasticity) 상태에서의 소성 변형 프로세스 매개변수들이다. 여기서 수치 P까지의 압력은 용탕의 반사판(mirror, reflector)에 상형(上型, punch)을 제공하는 순간으로부터, 최소 횡단면을 가진 그리고/혹은 용탕의 붓기 지점(melt pouring point)으로부터 보다 멀리 떨어진 부분에서 결정화가 나타날 때까지 시간 t 동안 일어난다. 이 때, 프레스의 온도는 두 가지 조건 중에 선택한다. 첫 번째로 초소성 상태에서 소성 변형을 보장하는 조건, 두 번째로 시간 t 동안 액체 상태에서 금속 혹은 합금의 보존을 보장해 주는 용탕의 온도를 고려한 조건이 있다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to casting engineering, and is used to improve physical and performance characteristics of complex shaped products such as automobile wheels or parts thereof. Intricately shaped products, especially hot forged car wheels, are not economically efficient. Therefore, at this stage, casting is mainly used worldwide for the continuous production of parts of the same type as automobile wheels. However, since no clear and modern casting method exists, the parts produced by hot forging far outperform the products produced by the casting method in quality. Therefore, when manufacturing by casting, the problem of improving the physical and performance characteristics of the product is a challenge. To solve this problem, a hydraulic press operation combined with pressure treatment was used. The object of the invention is to produce a complex shaped product with a large difference in the cross-sectional height of various parts, in particular a central part and a relatively thin peripheral shape, such as an automobile wheel, or a hydraulic press operation and thermal deformation coupling. This is to improve the quality of the product, which is high and low away from the melt pouring point. This approach can at least improve the quality of critical components to the level of hot forging operations. It is also an object of the invention to improve the quality of the product by introducing additional methods. An additional task of the invention is to increase the economics of the method by simplifying the technical process. These challenges are achieved with hydraulic press operations and product manufacturing methods using thermal deformation, including crystallization and thermal plastic deformation of metals or alloys under pressure. Such methods differ in the following ways: in the manufacture of complex shaped products with variable cross-sectional areas of the part or with peripheral parts away from the metal or alloy pouring point. The crystallization pressure value at is determined by P, and the strain rate and temperature are ε and T, respectively. Where P, ε and T-are the plastic deformation process parameters in the superplasticity state for a given metal or alloy. The pressure up to the value P here is the part with the smallest cross section and / or further away from the melt pouring point from the moment of providing an upper punch to the mirror's reflector. At time t until crystallization appears. At this time, the temperature of the press is selected from two conditions. First, there are conditions to ensure plastic deformation in the superplastic state, and secondly, to consider the temperature of the melt to ensure the preservation of the metal or alloy in the liquid state for a time t.
단조, 열간성형, 압연, 용탕단조, 자동차휠 Forging, Hot Forming, Rolling, Squeeze Forging, Automobile Wheel
Description
본 발명은 주조 공학에 관한 것으로, 자동차 휠 혹은 그 부품 등 복잡한 형상 부품 제작에 있어 물리적 특성 및 생산성을 향상시키기 위한 것이다. 복잡한 형상의 제품, 특히 자동차 휠 등의 열간 단조품 제조는 경제적으로 효율적이지 않다. 따라서 현재 자동차 휠과 같은 부품들은 주로 주조 방법에 의해 생산된다. 그러나, 모든 것을 만족시키는 주조 방법은 존재하지 않으며, 열간단조에 의해 생산된 부품이 품질면에 있어 월등히 우수하다. 따라서 부품의 주조 가공시 부품의 물리적 특성과 성능 수준을 향상시키는 문제는 매우 중요한 것이다. 이 문제를 해결하기 위해서 열간성형 방법과 결합하여 이루어지는 용탕단조 방법이 이용된다.BACKGROUND OF THE
용융된 금속을 금형에 넣는 것과 용융된 금속이 응고 상태가 될 때까지 냉각시키는 것, 그리고 가압주조법과 소성 가공의 결합 방법은 잘 알려져 있다[1]. 이때 냉각 과정에서 금속을 통과하는 초음파의 파동 속도를 조절하면서 초음파로 금 속을 가공한다. 가압은 실온에서 주어진 금속에 초음파 파동의 전파가 약 0.85-0.95의 속도에 이를 때 이루어진다.Putting molten metal into a mold, cooling the molten metal until it solidifies, and a combination of pressure casting and plastic working are well known [1]. At this time, the metal is processed with ultrasonic waves while controlling the wave speed of ultrasonic waves passing through the metal during the cooling process. Pressurization occurs when the propagation of the ultrasonic waves to a given metal at room temperature reaches a rate of about 0.85-0.95.
압력에 의한 금속의 가공은 변형력이 최소일 때 이루어지며, 이것은 금속을 통과하는 초음파의 통과 속도에 따라 결정된다. 이 방법에서는 물질의 밀도에 따른 초음파 전파 속도 변화의 물리적 효과가 이용된다. 그런데, 밀도는 물질의 온도에 따라 달라진다. 용융된 금속의 냉각 시 액체 상(phase)은 계속적으로 고체 상으로 변화되고, 결정구조가 형성되기 시작한다. 재료의 밀도는 증가하고, 초음파 파동의 통과 속도는 증가된다.The processing of the metal by pressure occurs when the strain force is minimal, which is determined by the speed of passage of the ultrasonic waves through the metal. In this method, the physical effect of the change of the ultrasonic propagation velocity with the density of the substance is used. However, the density depends on the temperature of the material. Upon cooling of the molten metal, the liquid phase continuously changes to a solid phase and crystal structures begin to form. The density of the material increases, and the passage speed of the ultrasonic wave increases.
열 소성 변형 반제품에 있어 최적 시기는 초음파 파동의 통과 속도가 실온에서 0.85-0.95 일 때이다.The optimal time for thermoplastic semifinished products is when the pass rate of the ultrasonic wave is 0.85-0.95 at room temperature.
고상(phase)의 느린 속도는 충분하지 않으며, 이 때문에 주어진 형태의 제품을 생산하는 것은 불가능하다. 속도가 빠른 경우, 재료는 완전히 굳어진 것에 가까우며, 따라서 주물의 결함과 제품 품질의 저하를 가져온다.The slow speed of the solid phase is not enough, which makes it impossible to produce a given type of product. At high speeds, the material is close to being completely hardened, resulting in casting defects and degradation of product quality.
제안된 방법의 장점은 높은 정확성을 가지고, 반제품 품질의 보다 기술적인 소성-고체와 액체 상태에서 전체 결정구조의 성질과 응력변화에 의해 금속조직의 결정립 형성-시점을 결정할 수 있다는 것이다.The advantage of the proposed method is that it has a high degree of accuracy and can determine the grain formation time of the metal structure by the change of the properties and the stress of the whole crystal structure in the solid state and the liquid state of more technical plasticity.
이 외에도, 주조한 반제품의 결정구조가 냉각된 물체의 강도를 얻지 못한 시기에 주조 반제품의 열 변형 실행, 액화 프로세스, 그리고 부서지기 쉬운 금속 합금과 비금속 상(phase)의, 결정립계 모양에 따른 형성 및 분리는 완전하게 이루어지지 않고, 결과적으로 결정립 전체의 소성에 있어 현존하는 차이는 없으며, 그 결 정립계들을 결정화 과정에서 활성 간섭처럼 검토할 필요가 있다. 또한 가공 제품의 특성을 향상시킬 필요가 있다. In addition, when the crystal structure of the cast semifinished product fails to obtain the strength of the cooled object, the thermal deformation of the cast semifinished product, the liquefaction process, and the formation of grain boundary shapes of brittle metal alloys and nonmetal phases and Separation is not complete, and consequently, there are no existing differences in the firing of the whole grain, and the grain boundaries need to be considered as active interference during the crystallization process. There is also a need to improve the properties of processed products.
이러한 결론은, 첫째 외부 압력의 영향 하에 결정화되는 금속 내 수지상정의 1차 및 2차 가지의 파괴를 야기시키는 액상의 필요한 전환이 이루어지고, 이것은 자체적으로 균일한 미세 구조의 형성을 촉진한다는 사실에 근거한다. This conclusion is based on the fact that, firstly, the necessary conversion of the liquid phase is made, which leads to the destruction of the primary and secondary branches of the dendrite in the metal which is crystallized under the influence of external pressure, which in itself promotes the formation of a uniform microstructure. do.
두 번째로 수지상정 구조에 필요한 액상을 밀어 넣는 것은 소낭 용매제 주입으로 그 성장증가를 가속화하는데 도움이 되며, 핀홀 수축(pinhole shrinkage)등의 원인을 제거하면서 미세 조직을 형성할 능력을 촉진시킨다.Secondly, pushing the liquid phase needed for dendritic structure helps to speed up the growth by injecting vesicle solvents and promotes the ability to form microstructures while eliminating the causes of pinhole shrinkage.
그러나, 이 방법은 이행의 복잡성에서 차이를 보이며, 그 외에도 단면 영역에 있어 큰 폭을 갖는 제품, 즉 그 결과로 여러 영역에서 냉각 속도가 다른 제품의 제조시에는 사용될 수 없다.However, this method differs in the complexity of the implementation, and in addition, it cannot be used in the manufacture of products having large widths in the cross-sectional area, that is, products having different cooling rates in different regions.
그와 함께 미세 조직의 형성과 가스홀, 수축 원인 제거를 고려하지 않더라도 제품에는 열간단조 부품의 물성에 이를 만큼 물리적 특성의 향상이 일어나지 않는다.At the same time, even without considering the formation of microstructures, elimination of gas holes and the cause of shrinkage, the product does not improve physical properties as much as the properties of hot forged parts.
용탕단조의 잘 알려진 방법은[2] 금형에 용탕을 주입하는 것, 압력 하에서 용탕을 응고시켜 결정화하는 것 그리고 높아진 압력 하에서 최종적 형태를 형성하는 것을 포함한다.Known methods of forging include [2] injecting molten metal into the mold, solidifying the molten metal under pressure, and forming the final form under elevated pressure.
소성 변형이 ε≥0.7...0.8 에 이를 때까지 주조의 응고 영역으로의 금속의 눌러 찍는 작업과 함께, 높아진 압력은 사전에 응고가 끝난 금속의 결정화를 국소적 일부분으로 만들어 버린다.In addition to pressing the metal into the solidification zone of the casting until the plastic strain reaches ε ≥ 0.7... 0.8, the elevated pressure causes the crystallization of the previously solidified metal to become a local part.
이 방법은 다음과 같은 형태로 진행된다. 금형에 용액을 정해진 양만큼을 넣는다. 4개의 상형(上型)으로 압력을 가하고, 이 압력 하에서 부품을 75~80% 고체 상이 형성되기에 충분한 시간 동안 유지시킨다. 그런 다음 하나의 상형에 압력을 증가시키면서, 그 압력 하에서 주어진 상형의 hε 크기로 차후의 위치 이동이 일어난다. 이때 다른 상형들은 강제적으로 최초 상태로 환원된다. 이러한 상형 하에 있는 영역에서 소성 변형 ε≥0.7...0.8이 관찰된다.This method takes the following form: Add a fixed amount of solution to the mold. Pressure is applied to the four phases and under this pressure the parts are held for a time sufficient to form a 75 to 80% solid phase. Then, with increasing pressure on one glyph, a subsequent positional shift occurs under that pressure to the size of hε of the given glyph. Other pictographs are then forcibly reduced to their original state. In the region under this phase, plastic deformation ε ≥ 0.7 ... 0.8 is observed.
부품의 부분별로 미미한 소성 변형이 일어난 영역에서 기계적 특성의 향상은 중요한 의미를 지닌다.Improvements in mechanical properties have significant implications in areas where minor plastic deformation occurs in parts of components.
이 방법은 보스(boss)와 리브(rib)를 가진 프레임 유형의 부품 제작을 위해서 예정되었으나 단면 영역에 있어 큰 폭을 갖고 있으므로, 그로 인하여 여러 부분에서 경화 속도가 다른 형상의 부품의 제작시 이용될 수 없다. 특히, 이러한 형상의 부품에는 두꺼운 중앙 부분을 가지면서, 주변부 형상(outer flange)이 얇은 자동차 휠이 해당된다.This method is intended for the fabrication of frame-type parts with bosses and ribs, but has a large width in the cross-sectional area, so that it can be used in the manufacture of parts with different cure rates in different parts. Can not. In particular, such a shape corresponds to an automobile wheel having a thick central portion and having a thin outer flange.
응고시 결정화와 소성 변형 과정을 동시 진행시키며 유압 프레스의 가압작업을 이용한 제품의 제조 방법은 잘 알려져 있다[3].It is well known to manufacture a product by pressurizing a hydraulic press simultaneously with crystallization and plastic deformation during coagulation [3] .
금속 주형에서 높은 압력과 빠른 냉각이 작용할 때, 합금에서 용해된 가스들이 고체와 액체내에 남게 되고, 액화 프로세스의 발달 단계가 단축됨에 따라, 합금의 일체성이 높아진다. 수축 증기는 액체 합금에 의해 가득 차게 된다. 결과적으로 주조는 미세한 결정화 구조를 가지며, 또한 높은 물리적 메커니즘 특성을 가지면서 밀도 높게 이루어진다.When high pressure and fast cooling are applied in the metal mold, dissolved gases in the alloy remain in the solid and liquid, and as the developmental stage of the liquefaction process is shortened, the integrity of the alloy is increased. Shrink steam is filled by the liquid alloy. As a result, the casting has a fine crystallization structure and is also dense with high physical mechanism properties.
주조의 구조는 프로세스의 기술적 매개 변수에 달려있다. 중요 단계에서 주형으로 용탕을 부을 때 프레스-주형의 온도는 주조시 결정 속도를 결정짓고, 결과적으로 결정립의 평균 크기와 형태를 결정짓는다. 냉각된 프레스-주형으로 부을 때, 주조의 모든 단면으로 파급될 수 있는 수지상 구조가 형성된다.The structure of the casting depends on the technical parameters of the process. When pouring molten metal into the mold in critical steps, the temperature of the press-mould determines the crystallization rate during casting, which in turn determines the average size and shape of the grains. When poured into a cooled press-mould, a dendritic structure is formed that can spread to all cross sections of the casting.
결정립의 열 교환 조건과 냉각 파라미터의 변경 결과, 또한, 결정립에 대한 상형의 물리적 압축 결과, 프레스 압력의 상승은(그 밖에 다른 것은 동일한 조건에서) 주조 조직을 변화시킨다. 응고된 결정체의 프레스 작업시 결정화의 부가적으로 새로운 결정립을 형성하면서 부분적으로 부서지며, 이러한 현상은 집중적 변형의 영역에서 보다 강하게 나타난다.As a result of changing the heat exchange conditions and cooling parameters of the grains, and also as a result of the physical compression of the upper mold against the grains, an increase in press pressure (others under the same conditions) changes the casting structure. In the press working of the solidified crystals, it is partially broken, forming additional new grains of crystallization, and this phenomenon is stronger in the area of intensive deformation.
이 방법은 두 단계로 이루어져 있다. 첫 번째 단계에서는 흑연의 주형, 세라믹의 주형 혹은 내열강이나 합금으로 만든 주철제 주형에 용해물을 넣는다. 여기에 서 용탕은 주변 전체에 외피가 형성될 때까지 냉각된다. 또한 이 주형에서 한 가지 유형이 아닌 결합체인, 고상체와 액상체로 형성된 고체-액체 반제품을 압착 위치로 운반한다. 두 번째 단계에서 고체-액체 반제품을 프레스에 넣고 성형시킨다.This method consists of two steps. In the first step, the melt is added to a mold of graphite, a mold of ceramic, or a cast iron mold made of heat-resistant steel or alloy. Here, the molten metal is cooled until the outer shell is formed throughout. It also transports solid-liquid semi-finished products, formed from solids and liquids, not one type of binder in this mold, to the crimping position. In the second step, the solid-liquid semifinished product is placed in a press and shaped.
고체-액체 반제품의 외층 온도는 해당 합금에 있어 뜨거운 주형의 온도와 일치하는 반면, 고체 외피와 액체 중심 부분의 온도는 합금의 고형화 온도와 일치한다. 결정 전면의 이동 속도는 주위 환경에 대한 외피와 주조물 주형을 통해 일어나는 열 전달의 집중도 및 주입시 용탕의 온도에 달려있다.The temperature of the outer layer of the solid-liquid semifinished product corresponds to the temperature of the hot mold for the alloy, while the temperature of the solid shell and the liquid core portion is consistent with the solidification temperature of the alloy. The rate of movement of the crystal front depends on the concentration of heat transfer that takes place through the shell and casting mold to the surrounding environment and the temperature of the melt during injection.
이 방법은 제품 구조에 있어 매우 간단한 공정으로 만들어졌다. 자동차 휠과 같은 복잡한 단면 제품을 위해 중간의 고체 액체 반제품을 얻는 것은 불가능하며, 매우 얇은 주변 부분에서의 결정화 때문에 이후의 소성 변형은 매우 빠르게 진행되고 짧은 시간 동안 전체 주변부 즉, outer flange 부분에 미치게 된다. 만약 보다 많은 하중을 받는(하물차) 자동차 휠 유형의 제품이라면, outer flange 부분(주변부)의 물리적 특성을 향상시킬 필요가 있다.This method is made with a very simple process in product structure. It is not possible to obtain intermediate solid liquid semifinished products for complex cross-section products such as automobile wheels, and due to crystallization in very thin peripheral parts, the subsequent plastic deformation proceeds very fast and spans the entire peripheral part, i.e. outer flange part, for a short time. . If the car wheel type is more heavily loaded, it is necessary to improve the physical characteristics of the outer flange part.
본 발명의 목표는, 용탕단조와 열간성형을 결합시킨 방법을 이용해 제조할 때, 지나치게 폭이 큰 단면을 가진, 특히 두꺼운 중앙 부분을 가지면서 , 상대적으로 outer flange부 형상이 얇은 자동차 휠 또는 용탕주입 지점으로부터 멀리 떨어진 부분을 가진 복잡한 모양의 제품 질을 향상시키는 것이다. 이때 열간단조의 수준까지 품질을 향상시킬 수 있으며, 적어도 제품의 중요한 부분의 품질을 향상시 킬 수 있다.An object of the present invention is to inject a car wheel or molten metal having a relatively outer flange portion shape with an excessively wide cross section, particularly a thick central portion, when manufactured by a method in which molten forging and hot forming are combined. To improve product quality of complex shape with parts far away from the point. At this time, the quality can be improved to the level of hot forging, and at least the quality of important parts of the product can be improved.
또한 본 발명의 과제로써 이 방법을 부가적으로 이용함으로 얻어지는 제품 품질의 향상을 들 수 있다.In addition, the problem of the present invention is the improvement of product quality obtained by additionally using this method.
본 발명의 부가적인 과제는 기술적 적용을 단순화함으로써 이 방법의 경제성을 향상시키는 것이다.An additional object of the present invention is to improve the economics of this method by simplifying the technical application.
이러한 과제는 압력 하에서의 금속 혹은 합금의 결정화와 열 소성 변형을 포함하는 용탕단조와 열간성형을 이용하는 제품 제조 방법으로 해결된다. 그것은 다음과 같은 점에서 차이를 보인다 : 큰 폭을 가진 단면을 가지거나 금속 혹은 합금 주입 지점로부터 멀리 떨어진 outer flange부를 가진 복잡한 모양의 제품 제조시에 결정화 압력 수치는 약 P로 결정되고, 변형 속도와 온도는 각각 ε와 T이다. 여기서, P, ε 와 T 는 주어진 금속 혹은 합금에 있어, 초소성 상태에서의 소성 변형 프로세스 파라미터들이다. 여기서 수치 P까지의 압력은 용탕의 표면에 펀치(punch)로 압력을 가하는 순간부터 최소 단면을 가진, 그리고/혹은 용탕주입 지점으로부터 보다 멀리 떨어진 부분에서 결정화가 나타날 때까지 시간 t 동안 일어난다. 이때, 단조의 온도를 두 가지 조건 중에 선택한다. 첫 번째로 초소성 상태에서 소성 변형을 보장하는 조건, 두 번째로 시간 t 동안 금속 혹은 합금이 액체 상태를 유지하는 용탕의 온도를 고려한 조건이 있다.This problem is solved by a method of manufacturing a product using hot forging and hot forging that includes crystallization and thermoplastic deformation of a metal or alloy under pressure. It differs in the following points: In the manufacture of complex shaped products with large cross sections or with outer flanges away from metal or alloy injection points, the crystallization pressure value is determined to be approximately P, The temperatures are ε and T, respectively. Where P, ε and T are the plastic deformation process parameters in the superplastic state for a given metal or alloy. The pressure up to the value P here occurs from the moment punching the surface of the melt to the time t until crystallization occurs at the part with the smallest cross section and / or further away from the melt injection point. At this time, the temperature of forging is selected from two conditions. Firstly, there are conditions that ensure plastic deformation in the superplastic state, and secondly, conditions that take into account the temperature of the melt in which the metal or alloy remains liquid for a time t.
주어진 과제는 다음과 같이 결정된다, 만약:The task given is determined as follows:
- 방법의 실현시 인터벌 10-4- 10-2sc-1에서 변형, 속도를 보장해 주는 유압 프레스를 이용한다. 주어진 인터벌에서 속도가 크면 클수록 변형 온도보다 압력은 높게 결정된다.In the realization of the method, use a hydraulic press to guarantee deformation and speed at intervals 10 -4-10 -2 sc -1 . The greater the velocity at a given interval, the higher the pressure above the strain temperature.
- 주어진 속도시 비연속성 같은 이상과 재결정 형성 이후의 변형을 없애기 위해 필수적인, 소성 변형을 보장하는, 60초 이상의 시간 동안 압력을 가하며 유지시킨다.Pressure is maintained for at least 60 seconds, which ensures plastic deformation, which is necessary to eliminate anomalies such as discontinuity and deformation after recrystallization at a given speed.
- 폭이 큰 단면을 가진 제품을 제조할 때, 용해온도는 금속 혹은 합금의 결정화 시간은 변형속도가 최소가 되도록 용해온도를 낮춘다.-In the manufacture of products with wide cross-sections, the melting temperature is lowered so that the crystallization time of the metal or alloy is minimal.
- 축 방향에서 면적을 따라 전개되는 주변부 즉 outer flange를 갖는 컵 형태의 제품을 제조할 때 후방압출공법을 사용한다. 여기서, 후방압출공법(Backward Extrusion)이란 널리 알려진 바와 같이 소재에 상형을 가압시 소재의 성형이 상형가압 반대방향으로 성형되는 것을 의미한다.-The back extrusion method is used to produce cup-shaped products with periphery or outer flanges that extend along the area in the axial direction. Here, the backward extrusion method (Backward Extrusion) means that the molding of the material is molded in the opposite direction of the upper mold pressing when the upper mold is pressed on the material as is widely known.
- 자동차 휠과 같이 중앙에 구멍이 있는 제품의 제조시, 구멍 부분에 기술적인 연결재 - 나중에 중앙의 구멍이 마무리되면 기계적 가공을 이용해서 제거될 - 를 남겨 놓는다In the manufacture of products with a central hole, such as a car wheel, a technical connector is left in the hole, which will later be removed by mechanical machining when the central hole is finished.
- 초소성 상태에서 코어의 부가적인 부분적 소성 변형을 행한다. 이때 코어의 두께는 그러한 변형이 가능하도록 보장해 주는 것을 선택한다.Additional partial plastic deformation of the core in the superplastic state. The thickness of the core is then chosen to ensure that such deformation is possible.
- 상형을 직접 코어로 사용한다. 즉, 본 발명에서 금형은 프레싱을 행하는 상형과 용탕이 담겨져 있는 하형으로 구성되는데, 상기 상형에 코어를 형성하여 프레싱함으로서 상형을 코어로 사용하게 되는 것이다.-Use pictograph directly as core. That is, in the present invention, the mold is composed of an upper mold for pressing and a lower mold containing molten metal, and the upper mold is used as the core by forming and pressing a core on the upper mold.
- 연결재를 알루미늄 합금으로 만들어진 삽입재(insert:휠의 중앙 구멍을 만들기 위해 용탕이 들어가지 못하도록 하는 용탕차단을 위한부품)를 코어로 사용한다.-The connecting material is made of an aluminum alloy (insert: melt-blocking element which prevents the melt from entering to make the center hole of the wheel) as the core.
- 강철로 만들어진 삽입재를 코어로 사용한다.-Inserts made of steel are used as cores.
- 자동차 휠과 같은 주변부 즉 outer flange를 가진 제품의 제조시, 초소성 상태에서 압연용 롤러 공구로 상기 outer flange 부분에 부가적인 스피닝을 실시한다.In the manufacture of products with peripheral flanges such as automobile wheels, i.e., outer flanges, additional spinning is performed on the outer flange portion with a rolling roller tool in a superplastic state.
- 부가적인 가열 없이 용탕단조 후에 곧바로 소성변형을 실시한다.Perform plastic deformation immediately after forging without additional heating.
- 이형제의 성분비는 다음과 같다 : 파라핀 - 20%, 흑연 - 10%, 등유 - 70%The component ratios of the release agent are as follows: paraffin-20%, graphite-10%, kerosene-70%
- 언더컷을 갖는 전개되는 원주 부분이 있는 제품의 제조시, 분할금형을 이용하며, 완제품은 제품의 표시된 부분의 표면을 제거한 후에 프레스로 부터 꺼낸다.-In the manufacture of products with developed circumferential parts with undercuts, split molds are used, and the finished product is removed from the press after removing the surface of the marked part of the product.
위에서 언급했듯이 큰 폭의 단면을 가진, 혹은 용탕을 붓는 장소로부터 멀리 떨어진, 주변부 즉, outer flange 부분을 갖고 있는 제품에서 잘 알려진 기술 등급의 분석시에 혹은 이 두가지 팩터들이 중요한 의미를 가지고 있을 때, 결정화의 진행은 시간상 일치하지 않는다. 이 외에도 언급된 부품들에서 결정화는 매우 빨리 진행된다As mentioned above, in the analysis of well-known technical grades in products with large cross-sections or away from the place of pouring, with the periphery, ie the outer flange, or when these two factors have important implications, The progress of crystallization is inconsistent in time. In addition, the crystallization proceeds very quickly in the parts mentioned.
제시된 기술적인 방법을 사용함으로써 큰 단면을 가지거나 금속 또는 합금을 붓는 장소에서 가까이 위치하는 제품의 부속품들에서, 상대적으로 작은 단면을 가지거나 주입 장소에서 먼 제품의 부속품등에서 액상이 존재할 때, 향후 순수한 소성변형과정으로 이동하는, 압력하에서 결정화와 결합된 소성변형 과정이 진행된다. By using the proposed technical method, in the case of parts of a product having a large cross section or located close to the place where the metal or alloy is poured, when a liquid phase is present in the part of a product having a relatively small cross section or far from the injection site, pure The plastic deformation process combined with crystallization under pressure proceeds to the plastic deformation process.
[3]과 유사하게 높은 압력 P와 주형에서 이루어지는 빠른 냉각의 작용하에서 [3]으로 유추해 보면, 액화 프로세스 전개 단계의 단축 결과, 합금에서 전파되는 가스는 용액에서 남게 되고, 합금의 일체성이 향상된다. 수축된 증기들은 용융된 합금에 의해 강제적으로 가득 차게 된다. 주조 결과, 작은 결정체 구조와 높은 물리적 특성을 가진 밀도 높은 제품을 얻게 된다. [3] In analogy to look at it analogy to [3] under the action of rapid cooling takes place in the high pressure P with the template, the speed results of the liquefaction process development step, the gas that is propagated in the alloy is left in the solution, the integrity of the alloy Is improved. The contracted vapors are forced to fill by the molten alloy. The casting results in a dense product with a small crystal structure and high physical properties.
열 교환 조건의 변화와 결정화의 열역학 파라미터들의 변화 결과, 또한 결정체에 대한 상형의 물리적 작용 결과, 프레스 작업의 높은 압력은 주물 구조를 조밀화된 미세조직으로 만든다. 응고되는 주물의 압착시, 결정체들은 결정화의 부가적으로 새로운 결정립을 형성하면서 부분적으로 부서진다; Changes in heat exchange conditions and changes in thermodynamic parameters of crystallization, as well as the physical action of the phases on the crystals, and the high pressure of the press operation, make the casting structure densified microstructure. Upon compaction of the solidified casting, the crystals crumble partially, forming additional new grains of crystallization;
한편, [3] 논문과는 달리 초소성 모드에 부합하는 발명에서 그러나 압력 P, 변형 속도 ε와 온도 T의 특정 파라미터들의 발명에 대한 [3] 논문과는 달리, 내부 외력의 이완으로 이루어지는 조직의 향상과 차후에 이루어지는 분쇄화를 포함하는, 새로운 예상치 못한 결과는 초소성의 각각의 상태에 대해 보다 일체성 있는 Si 미세 입자 및 금속 합금의 할당과 재결정화 프로세스를 보장해 준다. 새로운 예상치 못한 결과는 초소성 상태에서 일어나는 주조와 변형의 프로세스 단위 기술 순환의 결합과 관련된다. 전통적으로 초소성 변형에 있어 사전에 이루어지는 최초 반제품에서의, 특히 주조 반제품에서의 충분한 노동 집약적인 구조 준비가 필요하다. 일정한 P, ε, T 이고 구조가 양호할 때 초소성 상태에서의 소성 변형은 가스 수축 발생원인을 완벽하게 제거한다.On the other hand, unlike the [3] paper, in contrast to the superplastic mode, but unlike the [3] paper on the invention of certain parameters of pressure P, strain rate ε and temperature T, New unexpected results, including improvement and subsequent grinding, result in more integral Si for each state of superplasticity. It ensures the allocation and recrystallization process of fine particles and metal alloys. New unexpected results relate to the combination of process unit technology cycles of casting and deformation in the superplastic state. Traditionally, superplastic deformation requires sufficient labor-intensive structural preparation in the first semifinished product, in particular in cast semifinished products. When the constant P, ε, T and the structure are good, plastic deformation in the superplastic state completely eliminates the cause of gas shrinkage.
결과적으로 제품의 대부분에서 물리적 특성 수준의 향상과 열간단조 제품에 있어 본래 수준에 이를 때까지 성능 특성의 수준 향상이 일어난다.As a result, in most of the products, the improvement in the level of physical properties and the level of performance characteristics occur until the original level is achieved for hot forged products.
이러한 장점들은 모든 제품에 적용된다. 그러나 단면의 높낮이 차이를 미리 계산할 필요가 있는 제품이 존재한다. 이러한 경우에, 최대 단면 및 주조에 일반적 인 최대 입자 크기(보다 긴 결정화로 인한)를 가진 곳에서 가스 수축 근원의 단점들을 완전히 제거할 수 없다. 그들을 제거하는 기술적 방법은 아래에 나와 있다.These advantages apply to all products. However, there are products that need to calculate the height difference of the cross section in advance. In this case, the shortcomings of the gas shrinkage source cannot be completely eliminated where the largest cross section and the largest particle size typical of the casting (due to longer crystallization) are eliminated. The technical method of removing them is shown below.
이상과 같은 본 발명에 의해 용탕단조와 열간성형을 결합시킨 방법을 이용해 제조할 때, 지나치게 폭이 큰 단면을 가진, 특히 두꺼운 중앙 부분을 가지면서 , 상대적으로 outer flange부 형상이 얇은 자동차 휠 또는 용탕주입 지점으로부터 멀리 떨어진 부분을 가진 복잡한 모양의 제품 질을 향상시키는 것이다. 이때 열간단조의 수준까지 품질을 향상시킬 수 있으며, 적어도 제품의 중요한 부분의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, when manufactured by the method of combining hot forging and hot forming, an automobile wheel or a molten metal having a relatively outer flange portion having a particularly large central section with an excessively wide cross section, To improve the quality of complex shaped products with parts far away from the injection point. At this time, the quality can be improved to the level of hot forging, and at least there is an effect of improving the quality of an important part of the product.
본 발명의 핵심이 아래에 부가적으로 서술되어 있으며, 구체화되어 전개된다.The core of the present invention is further described below and is embodied and evolved.
변형의 필수적인 속도와 속도에 의한 변형 가능성은 여러 가지 금속과 합금으로 만들어진 다양한 제품의 제조시 유압 프레스의 이용을 보장해 준다.The essential speed of deformation and the possibility of deformation by speed ensure the use of hydraulic presses in the manufacture of various products made of different metals and alloys.
변형 시간(압력을 받고 있던)에 있어 배로 증가된 변형 속도는 수축 과정 보완을 위해 필요한 변형 정도를 보장해 준다.The doubling strain rate over strain time (under pressure) ensures the degree of strain needed to compensate for the shrinkage process.
그러나 직접적으로 변형 제곱값을 부여하는 것은, 제품의 단면도의 복잡하고 여러 부품들의 결정화 시간이 차이를 보이기 때문에 불가능하다. 따라서 압력을 받 는 시간을 60초 이상으로 정하는 것이 합당하다. 금속과 합금의 소성 변형과 수축 과정의 보완으로 인해, 부형은 이 시간동안 어떤 값으로 변환된다.However, it is not possible to directly give the strain squared value because of the complexity of the cross-section of the product and the crystallization time of the different parts. Therefore, it is reasonable to set the pressure time to 60 seconds or more. Due to the complementary plastic deformation and shrinkage of metals and alloys, the excitation is converted to some value during this time.
큰 폭의 차이가 있는 단면을 가지고 있는 제품의 제조시, 금속 혹은 합금의 결정화 시간 동안 최소 차이를 보장하는 값으로 용해물 온도를 낮출 것을 권장한다. 물론, 압축 온도를 고려하면서 금속이나 합금을 액체 상태로 압력 t 시간 동안 보존한다. 본 발명의 구체적인 실행의 예, 특히 직경 12인치의 자동차 휠 제조시의 예를 서술한다.In the manufacture of products with largely different cross-sections, it is recommended to lower the melt temperature to a value that ensures a minimum difference during the crystallization time of the metal or alloy. Of course, the metal or alloy is preserved in the liquid state for a pressure t while taking into account the compression temperature. Examples of specific implementations of the invention are described, particularly in the manufacture of automotive wheels with a diameter of 12 inches.
용탕의 온도는 690-720℃이다. 용탕이 이보다 높은 온도일 때에는 휠 중심부인 허브(hub)의 균열이 관찰된다. 이때 스탬프의 온도는 390℃ 이상이어야 한다. 스탬프 온도가 더 낮을 때의 시간 t 동안 금속은 액상을 유지할 수 없다.The temperature of the melt is 690-720 ° C. When the molten metal is at a higher temperature, cracking of the hub, which is the wheel center, is observed. At this time, the temperature of the stamp should be more than 390 ℃. During the time t when the stamp temperature is lower, the metal cannot retain the liquid phase.
후방압출 공법에서 용탕단조는 다음과 같은 몇가지 우수성을 갖는다.In the back extrusion process, molten metal forging has several advantages.
- 압력 하에서 주물을 하는 것보다 주입되는 금속의 경로가 몇 배 더 짧다. 이로 인해 금속은 자체 유동성 손실이 훨씬 더 줄어든다.The path of metal injected is several times shorter than casting under pressure. This results in a much smaller loss of fluidity of the metal itself.
- 금속을 압축 성형할 때 공기를 취하기 위한 조건이 존재하지 않는다. 왜냐하면 금속은 이때 주입되는 금속의 전체 양과 같은 공기의 양을 밀어내면서 개방된 틀에 부어지기 때문이다.There is no condition to take air when compression molding metals. This is because the metal is poured into an open mold, pushing out the amount of air equal to the total amount of metal injected.
압축 방법으로 주형을 만들 때 와류생성 조건 및 그로 인해 야기되는 유체역학적 압력의 유실 조건, 즉, 금속이 주형의 외곽을 충진하는 것을 방해하는 원인은 없어진다. 즉, 깊고 얇은 공간에서, 금속은 정면 충격 없이 금형의 벽과 평행으로 위를 향해 움직인다.When the mold is made by the compression method, there are no vortexing conditions and the resulting loss of hydrodynamic pressure, i.e. the cause that prevents the metal from filling the outside of the mold. That is, in a deep and thin space, the metal moves upwards parallel to the wall of the mold without frontal impact.
후방압출공법을 포함하여, 중앙의 구멍을 가지는 제품 제조시 주형 설비의 단순화를 위해 나중에 기계적 가공으로 제거될 코어를 구멍이 있는 곳에 남겨 놓는 것은 목적 달성을 위해 필요하다. 상기 코어로 금속을 이용하는 것은 이익을 가져온다. 즉 금속 혹은 합금의 구조를 향상시키기 위해 결정화 과정에서 가장 불리한 조건에 있게 되는 제품의 중앙 부품에서 기공을 제거하는 목적으로 이용될 수 있다. 이때 상기 코어를 상형으로 사용할 수 있다. 다시 말해서 상기 상형에 코어를 형성하여 사용한다는 것이다. 그러나 특히 효과적인 것은 중간의 삽입물을 지나 연결재에 압력을 가하는 것이다. 이때 주요 금속 혹은 합금이 비연속 결정시 발생되도록 하면서, 삽입되는 재료를 중앙 부분에서 프레스 작업 처리한다. 그런 후에 삽입된 것을 물리적 가공을 이용하여 제거하였다. 삽입물은 알루미늄 합금 혹은 강철로 만들어진다.In the manufacture of products with a central hole, it is necessary to achieve the purpose to leave the core where the hole is to be removed later by mechanical machining in a hole, including the back extrusion process. The use of metal as the core is beneficial. In other words, it can be used for the purpose of removing pores in the central part of the product to be in the most adverse conditions during the crystallization process to improve the structure of the metal or alloy. In this case, the core may be used as an upper mold. In other words, a core is formed on the upper mold. Particularly effective, however, is to press the connecting material past the intermediate insert. In this case, the inserted material is pressed in the central portion while the main metal or alloy is generated during discontinuous determination. The insert was then removed using physical processing. Inserts are made of aluminum alloy or steel.
롤러 형태의 압연용 공구를 이용하면 주변부 즉 outer flange의 부가적인 국부적 변형을 일으킬 수 있다. 이때, 부가적인 가열 없이 주요 변형 후에 곧바로 압연용 공구로 냉간 소성가공하는 것이 경제적이다. 냉간 소성 번형은 향후의 구조 향상 뿐 아니라 향후의 형태 형성에도 영향을 준다. 이때 주요 방법을 이용해서 보다 단순한 형태의 중간 반제품을 얻게 된다.The use of a rolling tool in the form of a roller can cause additional local deformation of the periphery, ie the outer flange. At this time, it is economical to cold-roll with a tool for rolling immediately after major deformation without additional heating. Cold calcination affects not only future structural improvements but also future shape formation. The main method is used to obtain intermediate semifinished products in a simpler form.
주형의 표면을 깨끗하게 위해 주형에 기름 즉 이형제를 도포할 필요가 있다. 상기 이형제를 칠하는 것은 금속의 용접으로부터 주형의 표면을 보호하고, 주괴(鑄塊)의 냉각을 늦추며, 무엇보다도 부가적으로 동일축 구조의 형성을 촉진시킨다. 또한 주괴 냉각 속도가 상대적으로 느린 것은 압력하의 결정화 연구 이행을 보 다 촉진시킨다. 이용되는 이형제의 성분은 금속 혹은 합금의 집합체 상태를 고려하여 최적으로 선택한다.In order to clean the surface of the mold, it is necessary to apply oil, ie a release agent, to the mold. Applying the release agent protects the surface of the mold from welding of the metal, slows the cooling of the ingot, and most of all additionally promotes the formation of a coaxial structure. In addition, the relatively slow ingot cooling rate facilitates the implementation of crystallization studies under pressure. The component of the release agent used is optimally selected in consideration of the aggregate state of the metal or alloy.
복잡한 모양의 표면을 가진 제품의 제조시 주형으로부터 제품을 취출할 때 어려움을 겪게 된다. 그러한 경우에 분할 금형, 예를 들어 주형에 직접적으로 들어가는 부분이 분할되는 형식(partition insert type)으로 만드는 것이 제품취출에 용이하다 . Difficulties arise when taking the product out of the mold in the manufacture of products with complex shaped surfaces. In such a case, it is easy to take out a part mold, for example, a partition insert type that directly enters the mold.
발명의 실시예:Embodiment of the invention:
합금 A356.2로 만들어진, 직경 12, 17 그리고 22.5 인치의 자동차 휠 제조 방법을 예로 들었다. 자동차 휠이 단면 폭에 있어 큰 차이를 가지며 주변부 즉, outer flange 부분을 가진 복잡한 모양의 제품인 만큼, 이러한 방법들은 발명의 가능성을 보다 명확하게 보여준다. 제시된 예들은, 다른 금속과 합금을 이용하는 다른 복잡한 제품의 제조 방법등, 발명 실행의 모든 경우를 설명할 수 있는 것은 아니다.An example is a method for manufacturing automotive wheels 12, 17 and 22.5 inches in diameter made of alloy A356.2. As automotive wheels have a great difference in cross-sectional width and are complex shaped products with a periphery, i.e., an outer flange portion, these methods show the possibility of the invention more clearly. The examples presented are not intended to illustrate all cases of implementation of the invention, such as methods for producing other complex products using other metals and alloys.
예를 위한 개괄적 사항: Outline for example:
설비 이용. 작업에서는 다음과 같은 설비가 이용되었다 : 유압 프레스, 용해로 Use of facilities. In operation, the following equipment was used: hydraulic presses, furnaces
프레스Press
프레스의 특성:Characteristics of the press:
제조사 - 러시아Manufacturer-Russia
최대 하중 - 630톤Maximum load-630 tons
녹아웃(Knock-out:제품을 금형틀에서 취출하는 장치) 최대 하중 - 63톤Knock-out Maximum load-63 tons
녹아웃(Knock-out:제품을 금형틀에서 취출하는 장치) 직경 - 320mmKnock-out diameter-320mm
오픈하이트(Open height:프레스의 위아래 최대간격) - 1775mm, (횡목간 넓이)Open height (maximum distance from top to bottom of press)-1775mm, (width of crosswood)
셧하이트(Shut height:프레스의 위아래 최소간격) - 975mm,Shut height (minimum spacing above and below the press)-975 mm,
볼스터(Bolster:금형 받침대) 크기 - 1250×1250mmBoulster size-1250 × 1250mm
용해로.Melting furnace.
알루미늄 합금의 용해를 위해 사전에 정비되어 있으며, 팬이 있는 차양이 설치되어 있다. 용해로의 용량은 250kg이며, 동력은 90kbt, 생산성은 75kg/h이다.It is preliminarily maintained for the dissolution of the aluminum alloy, and a sunshade with a fan is installed. The furnace has a capacity of 250 kg, power 90 kbps and productivity 75 kg / h.
재료. 알루미늄 합금 A356.2 (6.5-7.5)%Si, (0.2-0.4)%Mg, 0.15%Ti, 0.08%Fe, 0.01-0.04%Sr, 나머지는 Al이다. A356.2의 공급 - 16kg 중량의 주철괴. 합금의 한 가지 부품은 카멘스크-우랄 알루미늄 공장(러시아)에서 생산된 것이며, 다른 부품은 ASA(공동출원인)의 제품이다. 합금 A356.2의 구조는, 공급 상태에서 알루미늄과 공정혼합물(eutectic mixture) 규소의 일부분을 근거로 수지상 결정(dendrite) 알(egg) 경계에 따라 분포된 합금 성분들의 용액으로 이루어진다(도 2). material. Aluminum alloy A356.2 (6.5-7.5)% Si, (0.2-0.4)% Mg, 0.15% Ti, 0.08% Fe, 0.01-0.04% Sr, the remainder is Al. Supply of A356.2-cast iron bars weighing 16 kg. One part of the alloy is produced at the Kamensk-Ural Aluminum Plant (Russia) and the other part is a product of the ASA. The structure of alloy A356.2 consists of a solution of alloying components distributed along dendrite grain boundaries based on a portion of aluminum and eutectic mixture silicon in the feed state (FIG. 2).
용해물의 제조. 16 킬로그램 주철의 용해 전에, 용해로 도가니에 보다 더 빽빽하게 넣기 위해 주철을 분쇄하였다. 금속이 액체 상태에로 바뀐 후에 금속을 정 제하였다. 이를 위해서 용해물의 온도를 730℃의 정제 온도까지 높인다. 그 온도는 용해물로 가라앉은 니켈크롬-알루멜(alumel) 열 증기에 의해 조절된다. 사전에 합금을 도가니에(가라앉은) 4-5시간 동안 놓아둔다. 이때 그 표면에는 그물망(skimmer)으로 제거되는, 1mm까지의 두꺼운 박막이 형성된다. 그런 다음, 물기 없이 깨끗한 염화아연 GOST 4529-78으로 합금을 정제한다. 계산된 소금의 양을 직경 75mm, 길이 100mm 그리고 원통형 부분에 직경 8mm 구멍 40개를 가지고 있는 “종모양”의 잔에 있는 종이 봉지에 넣는다. 이때, “종모양 잔”의 작업 부분에는 특수 염료 처리를 하지 않는다. 그런 다음 “종모양 잔”을 용해물에 넣고, 그것을 도가니 바닥에 놓는다. Preparation of lysates . Prior to dissolving 16 kilograms of cast iron, the cast iron was ground to place it more densely in the furnace crucible. The metal was purified after the metal changed to the liquid state. To this end, the temperature of the melt is raised to a purification temperature of 730 ° C. The temperature is controlled by nickel chromium-alumel thermal steam that has settled into the melt. The alloy is left in the crucible for 4-5 hours beforehand. At this time, a thin film of up to 1 mm is formed on the surface of which is removed by a skimmer. The alloy is then purified with clean, dry zinc chloride GOST 4529-78. The calculated amount of salt is placed in a paper bag in a “bell-shaped” glass with a diameter of 75 mm, a length of 100 mm and 40 holes of 8 mm in diameter in the cylindrical part. At this time, no special dye is applied to the working part of the “bell shaped glass”. Then put the “bell shaped glass” into the melt and place it on the bottom of the crucible.
집중적인 가스 분리와 쇠찌꺼기 형성의 “끓음” 과정이 시작된다. 정제는 집중적인 가스의 분리가 중지된 후에 끝난다. 정제 시간은 10분이다. 정제 후, 나누기 전에 용해물을 30분 동안 용해로에 놓아 둔다. 형성된 쇠찌꺼기는 용해물 표면으로부터 그물망(skimmer)에 의해 제거되고, 용탕의 표면은 깨끗하게 남게 된다.The "boiling" process of intensive gas separation and debris formation begins. Purification ends after the intensive separation of gases has ceased. Purification time is 10 minutes. After purification, the lysate is left in the furnace for 30 minutes before splitting. The dregs formed are removed from the melt surface by a skimmer and the surface of the melt remains clean.
5번의 용해 뒤에 다음과 같은 사실이 입증되었다. “종모양” 잔에 생긴 구멍이 증가되었다. 10번의 용해가 끝난 후, 구멍의 많은 부분은 최초 직경 8mm이던 것이 직경 10mm까지 증가되었다. 사용 도구-“종모양 잔”, 그물망(skimmer), 열 증기의 덮개에 알루미늄 합금이 고착되는 것이 관찰되었다. 고착된 금속을 제거할 목적으로 매 용해가 끝날 때마다 이것들을 70℃의 NaOH 10% 용액에 담근다.After five dissolutions the following facts were demonstrated: Holes in the “bell shaped” cups increased. After 10 dissolutions, many of the holes increased from 10 mm in diameter to 8 mm in diameter. The use of aluminum alloys on the cover of the tool- “bell cup”, skimmer and thermal vapor was observed. At the end of every dissolution, they are immersed in a 70% NaOH solution at 70 ° C for the purpose of removing the stuck metal.
치공구에 알루미늄 합금의 고착을 방지하기 위해서 다음과 같은 성분의 이형제로 바꾸었다. :In order to prevent the aluminum alloy from sticking to the tool, the mold was changed to the following release agent. :
흑연 - 25%Graphite-25%
액체 유리 - 5%,Liquid glass-5%,
물 - 70%.Water-70%.
바꾼 후에는 단지 “종모양 잔”에서만 고착이 관찰되었다.After the change, sticking was observed only in the "bell shaped cup."
정제시 염화아연을 용해로에 들어간 합금의 순도에 따라 양을 달리하여 용해물에 넣었다. 만약 주철이 합금으로 이루어졌다면, 소금의 양은 합금 용량의 0.1%이다. 만약 주철 50%와 용해 가공 50%라면, 0.15%이며, 100% 용해 가공 이용시에는 용해물에 들어가는 소금의 양은 0.2%까지면 충분하다.During purification, zinc chloride was added to the melt in varying amounts depending on the purity of the alloy in the melting furnace. If the cast iron consists of an alloy, the amount of salt is 0.1% of the alloy capacity. If 50% cast iron and 50% melt processing, it is 0.15%, and when using 100% melting processing, the amount of salt in the melt is sufficient to 0.2%.
쇳물 바가지를 이용하여 용해로 도가니로부터 가공된 용해물을 꺼냈다. 그 용해물의 작업 부분은 티탄 합금으로 제조되었다. 쇳물 바가지는 위에서 언급된 성분의 염료로 사전에 칠하였다. 쇳물 바가지에 있는 용해물의 용량은 17kg이다.The processed lysate was taken out of the melting furnace crucible using the brine gourd. The working part of the melt was made of titanium alloy. The salt gourd was pre-painted with a dye of the abovementioned ingredients. The capacity of the melt in the salt gourd is 17 kg.
이형제 . 제품의 깨끗한 표면을 얻기 위해서는 주형에 이형제의 도포가 필수적이다. Release agent . Application of a release agent to the mold is essential to obtain a clean surface of the product.
이형제의 성분 : 흑연 - 20%, 파라핀 - 10%, 등유 - 70%.Components of Mold Release Agent: Graphite-20%, Paraffin-10%, Kerosene-70%.
분무기, 부드러운 붓 혹은 헝겊, 약간 스며들게 한 도포 기구(greaser)를 이용하여 이형제를 바른다.Apply release agent using sprayer, soft brush or rag, slightly soaked greaser.
이형제의 모든 잉여분과 구석에 발생하는 도포제의 퇴적은 제품 외부의 기포성 구멍을 만들 수 있다.Deposition of the coating agent in all excesses and corners of the release agent can create bubble pores outside the product.
금속에 칠하는 것은 액체를 이루는 도형제의 완전한 소실 후에 이루어졌다.Painting on the metal took place after the complete disappearance of the liquid foam.
이용된 방법 - 코어를 이용한 후방압출 . 프레스 기구(도 1)는 주조 프레스 (도 1에는 나오지 않음)의 상단 칸막이에 있는 하단 판석을 통해 강화된 상형(1), 삽입재(3; inset)와 이젝터(Ejector)(4)가 위치하고 있는 홀더(2)로 구성되어 있다. 휠의 스코크(spoke)와 림(rim) 외면 부분의 모양 형성은 하형에 의해 이루어지고, 리브(rib)는 절단용 삽입재와 부형에 의해 이루어지며, 스포크(spoke)와 림(rim)의 내부는 상형에 의해 이루어진다. Method used- Back extrusion with core . The press mechanism (FIG. 1) is located with a reinforced upper mold (1), insert (3; inset) and ejector (4) located through the bottom slab in the upper partition of the casting press (not shown in FIG. 1). It consists of the
가공된 제품의 제거는 측면과 상단을 향한 삽입재의 전위(轉位)를 통해 이루어지며, 그 다음 작용은 하형에서 일어난다.Removal of the processed product takes place through the dislocation of the insert towards the side and top, and the next action takes place in the lower mold.
실시예 1. 직경 12인치의 휠 제조. Example 1. Preparation of wheels 12 inches in diameter.
방법은 가압력이 400톤일 때 수행되었다. 이 때 압력 P는 4.4kg/mm2이다.The method was performed when the pressing force was 400 tons. At this time, the pressure P is 4.4 kg / mm 2 .
주형예열을 위해 놋쇠로 덮힌 관(管)형 전기 원형 가열기(TEN)가 이용되었다.A brazed tubular electric circular heater (TEN) was used for mold preheating.
주형의 온도 T는 450-460℃에서 유지되었다.The temperature T of the mold was maintained at 450-460 ° C.
이동의 순차성.Sequence of movement.
상형의 상승, 삽입재의 개방. 안에 물질이 없을 때, 주형 내부 표면의 시각에 의한(visual) 조절.Elevation of the upper mold, opening of the insert. Visual control of the mold inner surface when no material is present.
이형제의 칠. 붓을 이용하여 이형제를 주형 표면에 칠했다. 이형제의 소실.7 release of release agent. The release agent was applied to the mold surface using a brush. Loss of release agent.
공기에 의한 주형의 세정.Cleaning of the mold by air.
용탕 채우기. 용탕의 온도는 690℃.Fill the melt. The temperature of the molten metal is 690 degreeC.
용탕을 용해로로부터 떠내고, 용탕을 티타늄 합금 BT6로 만들어진 쇳물 바가 지를 이용하여 주형에 수동으로 채워 넣었다.The molten metal was removed from the furnace and the molten metal was manually filled into the mold using a salt bar bag made of titanium alloy BT6.
용탕을 주형에 넣은 후 압력을 시작하기까지의 시간 간격은 20초이다.The time interval between pouring the molten metal into the mold and starting the pressure is 20 seconds.
상형을 중단 없이 두 단계에 걸쳐 제거한다.: 빈 공간에서 200mm, 그런 다음 주형의 결합 전까지 작업과정에서 약 470mm 내렸다. 아래쪽 까지 상형 전체 이동시간은 11초이다. 주형의 결합 후에 400톤까지의 압력은 4초 동안 발생하였다.The upper part is removed in two steps without interruption: 200 mm in the empty space, then about 470 mm in the process until the mold is joined. Total travel time to the bottom is 11 seconds. After joining the mold, pressures of up to 400 tons occurred for 4 seconds.
첨가된 400톤의 힘 아래에서 60초간 둔다.Leave for 60 seconds under the added 400 tons of force.
여러 부품의 단면 영역을 고려한 응고 속도는 10-2 - 10-4sc-1 인터벌에서 제조 시간동안 변화된다. 여기서 sc-1의 단위는 온도당 응고속도(s/c)를 일컫는다.Solidification rate considering the cross-sectional area of the various components is 10-2 - 10-4 is changed during the preparation time in the sc -1 intervals. Where the unit of sc -1 is Refers to the rate of solidification per temperature (s / c).
부품의 질은 외부 표면과 단면 면적에 있는 균열과 증기의 존재란 것을 시각적으로 평가함으로써 결정된다.The quality of the part is determined by visually assessing the presence of cracks and vapors on the outer surface and cross-sectional area.
직경 12인치인 휠의 모습은 도 3에 있다.The appearance of a wheel 12 inches in diameter is in FIG. 3.
횡단면에 있는 휠의 미세 구조는 도 4에 있다.The microstructure of the wheel in the cross section is in FIG. 4.
직경 12인치인 휠의 허브와 림(rim)에서 합금 A356.2의 미세 구조는 다양하며, 림(rim) 부위의 Si 성분은 보다 균일하게 분포된다.At the hub and rim of a wheel 12 inches in diameter, the microstructure of alloy A356.2 varies, with the Si component at the rim being more evenly distributed.
삽입재 없이 제조된 휠의 물리적 특성은 표 1에 나와 있다.The physical properties of wheels made without inserts are shown in Table 1.
미세 구조와 물리적 특성을 연구하기 위해 견본 단면 도식을 도 6에 나타내었다. 상기 도 6에서 No.1 내지 No.5는 시료의 채취부위를 나타낸다.Sample cross-sectional schematics are shown in FIG. 6 to study the microstructure and physical properties. In FIG. 6, Nos. 1 to 5 show sampling portions of the sample.
휠의 림(rim)을 허브(hub)와 비교했을 때, 보다 단일하고 입자가 작은 미세 구조를 가지고 있다. 이것은 보다 높은 내구성 수준과 림(rim)에서의 소성 특성의 원인이 된다.When the rim of the wheel is compared to the hub, it has a finer structure with a smaller single particle. This results in higher durability levels and plastic properties at the rim.
실시예 2. 직경 17인치의 휠 제조.Example 2. Preparation of wheels 17 inches in diameter.
이동의 순차성과 상태는 실시예 1과 같다. 실시예 1과 실시예 2와의 차이점은 다음과 같다.:The sequence and state of movement are the same as in Example 1. The difference between Example 1 and Example 2 is as follows:
가압력은 400톤.The pressing force is 400 tons.
압력하에서의 유지 시간은 80초.The holding time under pressure is 80 seconds.
용탕의 온도 - 700-710℃.The temperature of the melt-700-710 ° C.
스탬프의 온도 - 410-420℃.Temperature of the stamp-410-420 ° C.
직경 17인치의 제조된 휠 모습은 도 7에 나와 있다.A manufactured wheel figure 17 inches in diameter is shown in FIG. 7.
림(rim), 휠 스포크(spoke) 그리고 허브(hub)으로부터의 A356.2 합금의 미세 구조는 도 8에 나와 있다.The microstructure of the A356.2 alloy from the rim, wheel spokes and hub is shown in FIG. 8.
삽입재 없이 제조된 휠의 기계적 특성이 표 2에 나와 있다.The mechanical properties of wheels made without inserts are shown in Table 2.
미세 구조와 기계적 특성을 연구하기 위하여 시료의 채취부위를 도 6에 나타내었다.In order to study the microstructure and mechanical properties, the sampling region of the sample is shown in FIG. 6.
실시예 3.Example 3.
이동의 순차성과 상태는 실시예 1과 같다. 강철로 만든 삽입재의 도움으로 휠 - 기술적 연결재의 중앙 부품 변형 작업이 진행되었다는 점에서 차이를 보인다.The sequence and state of movement are the same as in Example 1. The difference lies in the fact that the transformation of the central part of the wheel-technical connection was carried out with the help of inserts made of steel.
중앙 부분의 변형은 온도 420℃, 가압력 160톤, 평균 속도 10-2sc-1 일 때 이루어졌다. 언급된 작업이 끝난 후의 휠 모습은 도 9에 나와있다. 이로부터 알 수 있듯이 탕구는 휠의 중앙 부분으로 압력을 받게 된다. 코어를 가진 탕구를 물리적 가공을 통해 완전히 제거하였다.Deformation of the central part took place at a temperature of 420 ° C, a press force of 160 tons, and an average speed of 10 -2 sc -1 . The wheel appearance after the end of the mentioned operation is shown in FIG. 9. As can be seen from this, the ball is pressurized to the center portion of the wheel. The ball with the core was completely removed through physical processing.
강철 삽입재와 함께 제조된, 직경 17인치 휠의 물리적 특성은 표 3에 나와 있다.Physical properties of a 17 inch diameter wheel made with steel inserts are shown in Table 3.
주 : 휠의 다른 부품들에 대한 물리적 특성은 표 1에 나와 있다.Note: The physical properties of the different parts of the wheel are shown in Table 1.
실시예 4. 직경 22.5인치 휠의 제조. 이동의 순차성과 상태는 실시예 1과 같다. 실시예 1과 실시예 4와의 차이점은 다음과 같다.:Example 4 Preparation of a 22.5 Inch Wheel Diameter. The sequence and state of movement are the same as in Example 1. The difference between Example 1 and Example 4 is as follows:
가압력은 1600톤.The pressing force is 1600 tons.
압력하에서의 유지 시간은 150초.The holding time under pressure is 150 seconds.
온도 - 710-720℃.Temperature-710-720 ° C.
금형의 온도 - 390-420℃.Mold temperature-390-420 ° C.
이때 중간 반제품을 얻을 수 있는데, 거기에는 휠의 중앙 부분인 허브(hub)와 스포크(spoke) 부분이 형성되어 있고, 림(rim)의 나머지 부분 밑을 향한 돌출부가 형성되었다.At this point, an intermediate semifinished product can be obtained, in which a hub and a spoke part, which are the central part of the wheel, are formed, and a protrusion is formed below the rest of the rim.
그 이후에는, 림(rim)의 추출과 함께 뜨거운 압연용 기구 돌출의 부분적 변형이 이루어졌다. 또한 반제품은 냉각과 별도의 가열 없이 마무리 공정에 들어갔다. 변형 속도 10-1- 10-2sc-1로 압연용 기구를 외부 측면에서 한가지 측면으로 제조한다.Subsequently, partial deformation of the hot rolling tool protrusion was made with extraction of the rim. The semifinished product also entered the finishing process without cooling and no additional heating. With a strain rate of 10 −1 −10 −2 sc −1 , the tool for rolling is made from one side to the outside.
주요참고문헌:Key References:
1. A.c. CCCP 445522, B22D 27/12, 1974년1. A.c. CCCP 445522, B22D 27/12, 1974
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도 1. 본 발명의 방법을 실행하기 위한 프레스의 외부 모습(사진)1. External view (photo) of a press for carrying out the method of the invention
(1:상형, 2:하형, 3:인서트 삽입부, 4:이젝터) (1: upper type, 2: lower type, 3: insert insert, 4: ejector)
도 2. (주괴) 운반 상태에서 합금 A356.2의 미세조직을 도시한 도면(150배 확대)Figure 2 shows the microstructure of alloy A356.2 in the (ingot) transport state (150x magnification).
a) 러시아산(産)a) Russian
b) 두바이산(産)b) Mount Dubai
도 3. 전술된 방식으로 제조된 직경 12인치 휠의 외부 모습(사진)3. Exterior view (photo) of a 12 inch diameter wheel made in the manner described above
도 4. 직경 12인치 휠의 기계적 가공 전의 단면 미세 구조4. Cross-sectional microstructure before mechanical machining of a 12 inch diameter wheel
도 5. 직경 12인치 휠에 있는 합금 A356.2의 미세 구조 (150배 확대)5. Microstructure of Alloy A356.2 on a 12 inch diameter wheel (150x magnification)
a) 주물의 가장자리(rim)에서a) at the rim of the casting
b) 허브(hub)부에서b) in the hub section
도 6. 구조 연구와 기계적 실험을 위한 시료의 채취부위Figure 6. Sample collection site for structural studies and mechanical experiments
(No 1, 2, 3, 4, 5는 견본의 체취부위를 나타낸 것이다) (No 1, 2, 3, 4, 5 indicates the body odor of the specimen)
도 7. 기계적 가공 전에 서술된 방법에 따라 가공된 직경 17인치 휠의 외부 모습(사진).7. Exterior view (photo) of a 17 inch diameter wheel processed according to the method described before mechanical machining.
도 8. 직경 17인치 휠에서의 합금 A356.2 미세 구조 (150배 확대)8.Aluminum A356.2 microstructure on 17 inch diameter wheels (150x magnification)
a) 주물의 가장자리(rim)에서a) at the rim of the casting
b) 휠 스포크(spoke)에서b) on wheel spokes
c) 허브(hub)에서c) on the hub
도 9. 합금 삽입을 이용하여 가공된, 직경 17인치 휠의 기계적 가공 전 횡단 면 미세 구조9. Cross-sectional microstructure before mechanical machining of 17 inch diameter wheels machined using alloy inserts.
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