KR101210889B1 - Severe plastic deformation system and method for working wire rod using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 강소성 가공장치 및 이것을 이용한 선재의 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 머리붙이 스터드 등 머리를 갖는 기계요소를 가공하기 위한 강소성 가공장치 및 이것을 이용한 선재의 가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rigid plastic working apparatus and a method for processing a wire rod using the same, and more particularly, to a rigid plastic working apparatus for processing a mechanical element having a head such as a head stud and a method for processing a wire rod using the same.
금속소재의 소성가공은 단조(Forging), 압연(Rolling), 압출(Extrusion), 인발(Drawing), 전조(Form rolling) 등 매우 다양하게 실시되고 있다. 선재(Wire rod)는 압출, 업세팅(Upsetting), 헤딩(Heading) 등에 의하여 머리를 갖는 다양한 기계요소(Mechanical elements), 예를 들어 스터드(Stud), 볼트(Bolt), 핀(Pin), 리벳(Rivet), 키(Key), 샤프트(Shaft) 등으로 제조되고 있다.Plastic processing of metal materials is performed in various ways such as forging, rolling, extrusion, drawing, and form rolling. Wire rods are made of various mechanical elements with heads by extrusion, upsetting, heading, etc., for example studs, bolts, pins, rivets. (Rivet), a key (Key), a shaft (Shaft), etc. are manufactured.
한편, 선재의 결정립 미세화(Grain refinement)는 강도, 인성 및 성형성의 향상, 낮은 열전도도, 초가소성(Superplasticity), 경량화 등 우수한 기계적 성질을 보유하는 특징이 있다. 강소성 가공(Severe plastic deformation)은 선재에 큰 소성변형을 가하여 초미세 결정립의 금속소재를 제조하는 방법이다. 선재를 초미세결정 또는 나노결정 미세조직으로 제조하기 위한 강소성 가공은 등통로각압축(Equal channel angular pressing, ECAP)과 등통로각신선(Equal channel angular drawing, ECAD)으로 구분되고 있다. ECAP은 선재를 일정한 각도로 꺾여 있는 다이스(Dies)의 채널(Channel)에 통과시키면서 선재에 전단변형을 가하여 가공한다. 따라서 선재의 결정립을 미세화하여 제조할 수 있다.Meanwhile, grain refinement of wire rods is characterized by having excellent mechanical properties such as improved strength, toughness and formability, low thermal conductivity, superplasticity, and weight reduction. Severe plastic deformation is a method of producing ultra-fine grain metal materials by applying large plastic deformation to wire rods. Rigid-fiber processing for producing wire rods into ultrafine or nanocrystalline microstructures is divided into equal channel angular pressing (ECAP) and equal channel angular drawing (ECAD). ECAP is processed by shearing wires while passing them through channels of dies that are bent at an angle. Therefore, the grains of the wire rod can be refined and manufactured.
그런데 상기한 바와 같은 ECAP는 선재의 공급과 배출에 많은 제한을 받기 때문에 머리붙이 스터드(Headed stud) 등 머리를 갖는 기계요소의 제조에 채택하지 못하고 있다. However, as described above, the ECAP is limited to supply and discharge of wire rods, and thus, the ECAP has not been adopted for the production of headed mechanical elements such as headed studs.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 머리를 갖는 기계요소를 ECAP를 포함하는 다공정에 의하여 제조할 수 있는 강소성 가공장치 및 이것을 이용한 선재의 가공방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention, a rigid plastic processing apparatus that can manufacture a machine element having a head by a multi-step including ECAP and a wire rod processing method using the same In providing.
본 발명의 다른 목적은, ECAP에 의하여 기계요소의 결정립을 미세화하여 강성을 향상시킬 수 있는 강소성 가공장치 및 이것을 이용한 선재의 가공방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a rigid plastic working apparatus capable of improving the rigidity by miniaturizing the grains of the machine element by ECAP and a method of processing the wire rod using the same.
본 발명의 또 다른 목적은, 다단 성형기의 연속 공정에 의하여 제조할 수 있는 강소성 가공장치 및 이것을 이용한 선재의 가공방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a rigid plastic working apparatus which can be manufactured by a continuous process of a multi-stage molding machine and a method for processing wire rods using the same.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, ECAP유닛에 의하여 선재를 전단변형시켜 제1 예비가공품으로 가공하는 ECAP 단계와; 제1 예비가공품을 압출유닛에 의하여 압출하여 머리를 갖는 제2 예비가공품으로 가공하는 압출 단계와; 제2 예비가공품을 업세팅유닛에 의하여 업세팅하여 머리를 갖는 제3 예비가공품으로 가공하는 단계와; 제3 예비가공품을 제1 헤딩유닛에 의하여 1차 헤딩하여 머리를 갖는 기계요소로 가공하는 1차 헤딩 단계를 포함하는 강소성 가공방법에 있다.A feature of the present invention for achieving the above object is the ECAP step of shearing the wire rod by the ECAP unit to process the first pre-processed product; Extruding the first prefabricated article by an extrusion unit to process the second prefabricated article having a head; Upsetting the second pre-processed article by the upsetting unit to process the third pre-processed article having a head; In the rigid plastic processing method comprising a first heading step of processing the third pre-processed product by the first heading unit to the first heading machine element having a head.
본 발명의 다른 특징은, 선재를 전단변형시켜 제1 예비가공품으로 가공하기 위한 ECAP유닛과; ECAP유닛의 하류에 배치되어 있고, 제1 예비가공품을 압출하여 머리를 갖는 제2 예비가공품으로 가공하기 위한 압출유닛과; 압출유닛의 하류에 배치되어 있으며, 제2 예비가공품을 업세팅하여 머리를 갖는 제3 예비가공품으로 가공하기 위한 업세팅유닛과; 업세팅유닛의 하류에 배치되어 있고, 제3 예비가공품을 1차 헤딩하여 머리를 갖는 기계요소로 가공하기 위한 1차 헤딩기를 포함하는 강소성 가공장치에 있다. Another feature of the present invention, ECAP unit for processing the first pre-work by shearing the wire rod; An extrusion unit, disposed downstream of the ECAP unit, for extruding the first pre-processed product into a second pre-processed product having a head; An upsetting unit disposed downstream of the extrusion unit and configured to upset the second prefabricated product to process into a third prefabricated product having a head; It is disposed downstream of the upsetting unit, and comprises a primary heading machine for primary heading the third pre-processed part into a headed mechanical element.
본 발명에 따른 강소성 가공장치 및 이것을 이용한 선재의 가공방법은 머리붙이 스터드 및 볼트 등 머리를 갖는 기계요소를 ECAP를 포함하는 다공정에 의하여 제조할 수 있고, ECAP에 의하여 기계요소의 결정립을 미세화시켜 강성을 향상시킬 수 있다. 다단 성형기의 연속 공정에 의하여 제조할 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The rigid plastic processing apparatus and the method of processing the wire rod using the same according to the present invention can manufacture a machine element having a head such as a head stud and a bolt by a multi-step including an ECAP, and by minimizing the grain size of the machine element by the ECAP Stiffness can be improved. Since it can manufacture by the continuous process of a multistage molding machine, there exists an effect which can improve productivity.
도 1은 본 발명에 따른 강소성 가공장치 및 이것을 이용한 선재의 가공방법의 제1 실시예를 설명하기 위하여 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 강소성 가공장치의 제1 실시예에서 ECAP장치를 설명하기 위하여 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제1 실시예에 의하여 제조된 실시예1과 비교예의 예비가공품들과 완성품을 나타낸 사진들,
도 4a와 4b는 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제1 실시예에서 선재와 제1 예비가공품의 미세조직을 투과전자현미경에 의하여 촬영한 사진들,
도 5는 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제1 실시예에 의하여 제조된 실시예1과 비교예의 완성품에서 머리, 목과 몸통의 미세조직을 투과전자현미경에 의하여 촬영한 사진들,
도 6은 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제1 실시예에 의하여 제조된 실시예1과 비교예의 완성품에 대한 진변형률-진응력 선도이다.
도 7은 본 발명에 따른 강소성 가공장치 및 이것을 이용한 선재의 가공방법의 제2 실시예를 설명하기 위하여 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제2 실시예에 의한 실시예2의 예비가공품의 예비가공품들과 완성품을 나타낸 사진들이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing for explaining a first embodiment of a rigid plastic working apparatus and a method for processing a wire rod using the same according to the present invention;
2 is a cross-sectional view for explaining the ECAP apparatus in the first embodiment of a rigid plastic working apparatus according to the present invention;
Figure 3 is a photograph showing the pre-processed products and the finished product of Example 1 and Comparative Example manufactured by the first embodiment of the rigid plastic processing method according to the present invention,
4a and 4b are photographs taken by transmission electron microscope of the microstructure of the wire rod and the first prefabricated product in the first embodiment of the rigid plastic working method according to the present invention,
5 is a photograph taken by a transmission electron microscope of the microstructure of the head, neck and torso in the finished product of Example 1 and Comparative Example manufactured by the first embodiment of the Jiangsu processing method according to the present invention,
6 is a true strain-true stress diagram for the finished product of Example 1 and Comparative Example manufactured by the first embodiment of the rigid plastic processing method according to the present invention.
7 is a view showing a second embodiment of a rigid plastic working apparatus according to the present invention and a wire rod processing method using the same;
8 is photographs showing the pre-processed products and the finished product of the pre-processed product of Example 2 according to the second embodiment of the rigid plastic processing method according to the present invention.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명에 따른 강소성 가공장치 및 이것을 이용한 선재의 가공방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of a rigid plastic working apparatus according to the present invention and a method for processing a wire rod using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제1 실시예는 선재(10)의 절단(Cutting, S10), ECAP(S20), 압출(Extrusion, S30), 업세팅(Upsetting, S40), 1차 헤딩(Heading, S50)과 2차 헤딩(S60)의 단계를 거쳐 완성품(60)을 제조한다.First, referring to Figure 1, the first embodiment of the rigid plastic processing method according to the present invention is cutting (Sutting), SCAP, ECAP (S20), Extrusion (S30), Upsetting (Upsetting) of the
본 발명에 따른 강소성 가공장치의 절단유닛(100)은 선재(10)를 소정 길이로 절단한다. 절단유닛(100)에 의하여 절단된 선재(10)는 이른 바 블랭크소재(Blank workpiece)이다. 압출유닛(300)은 다이(302)와 펀치(304)를 가지며, ECAP유닛(200)에 의하여 제조한 제1 예비가공품(20)을 제2 예비가공품(30)으로 압출한다. 제2 예비가공품(30)의 일단에 머리(32)가 형성되어 있다. 업세팅유닛(400)은 다이(402)와 펀치(404)를 가지며, 제2 예비가공품(30)을 축 방향으로 압축하여 길이를 짧게 하면서 단면을 크게 하여 제3 예비가공품(40)을 제조한다. 제3 예비가공품(40)의 일단에 머리(42)가 형성되어 있다.The
제1 헤딩유닛(500)은 다이(502)와 펀치(504)를 가지며, 제3 예비가공품(40)의 머리(42)를 헤딩하여 기계요소(50)의 머리(52)를 제조한다. 제2 헤딩유닛(600)은 다이(602)와 펀치(604)로 구성되어 있으며, 제5 예비가공품(50)의 머리(52)를 헤딩하여 완성품(60)의 머리(62)와 플랜지(Flange: 64)를 제조한다. 본 실시예에 있어서 2차 헤딩(S60)에 의한 플랜지(64)의 성형은 삭제될 수 있다. 이 경우, 머리(52)를 갖는 기계요소(50)가 완제품으로 된다. The
본 발명에 따른 강소성 가공장치의 절단유닛(100), ECAP유닛(200), 압출유닛(300), 업세팅유닛(400), 제1 헤딩유닛(500)과 제2 헤딩유닛(600)은 다단 성형기(Multi-stage former) 또는 다공정 프레스머신(Multi-process press machine)에 설치되어 선재(10)를 완성품(60)으로 가공한다. 다단 성형기는 길이가 긴 소재의 절단 및 다단 성형을 하는 트랜스퍼식 자동 단조기이다.
도 2의 (a)~(d)를 참조하면, 선재(10)의 전단변형을 위한 ECAP 장치(200)는 하우징(210), 슬라이딩다이(Sliding die: 220), 어퍼다이(Upper die: 230), 스프링(240)과 킥아웃핀(Kick-out pin: 250)으로 구성되어 있다. 하우징(210)은 입구(212)가 형성되어 있는 보어(Bore: 214)를 갖는다. 슬라이딩다이(220)는 보어(214)에 슬라이딩되도록 장착되어 있다. 슬라이딩다이(220)의 중앙에 선재(10)의 삽입을 위한 보어(222)가 형성되어 있다. 슬라이딩다이(220)의 상면에 보어(222)로부터 선재(10)의 전단변형을 위한 제1 채널(224)이 형성되어 있다. 어퍼다이(230)의 하면에 선재(10)의 전단변형을 위하여 제1 채널(224)과 정합되도록 제2 채널(232)이 형성되어 있다. 어퍼다이(230)는 다단성형기의 램(Ram) 등에 장착되어 슬라이딩다이(220)에 대하여 승강된다. 스프링(240)은 탄성복원력에 의하여 슬라이딩다이(220)를 입구(214)쪽으로 편향(Bias)시키도록 하우징(210)의 보어(212)에 장착되어 있다. 스프링(240)은 압축코일스프링으로 구성되어 있다. 킥아웃핀(250)은 보어(222)에 끼워져 있다. Referring to FIGS. 2A to 2D, the
도 2의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 슬라이딩다이(220)와 어퍼다이(230)의 다이 오프닝(Die opening) 상태에서 슬라이딩다이(220)의 상면은 입구(214)에 정렬되어 있고, 킥아웃핀(250)의 상단은 슬라이딩다이(220)의 상면에 정렬되어 있다. 선재(10)는 트랜스퍼피더(Transfer feeder), 그리핑유닛(Gripping unit)에 의하여 붙잡혀 킥아웃핀(250)의 상단에 정렬된다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 선재(10)는 절단기에 의하여 소정의 길이로 절단되어 있는 이른 바 블랭크소재(Blank workpiece)이다. As shown in FIG. 2A, the upper surface of the
도 2의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 어퍼다이(230)가 하강되어 제1 채널(224)과 제2 채널(232)이 정합되는 슬라이딩다이(220)와 어퍼다이(230)의 다이 클로징(Die closing) 상태에서 선재(10)는 어퍼다이(230)에 의하여 가압되면서 보어(222)에 삽입된다. 선재(10)의 삽입에 의하여 킥아웃핀(250)은 핀액추에이터(Pin actuator), 예를 들어 에어실린더의 구동에 의하여 후퇴된다.As shown in FIG. 2B, the
도 2의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 어퍼다이(230)가 하강되어 하우징(210)의 보어(212)에 진입되면서 슬라이딩다이(220)를 가압한다. 슬라이딩다이(220)는 보어(212)를 따라 하강되면서 스프링(240)을 압축시킨다. 슬라이딩다이(220)의 하강에 의하여 선재(10)는 제1 채널(224)과 제2 채널(232)로 이송되면서 전단변형되어 제1 예비가공품(20)으로 가공된다. As illustrated in FIG. 2C, the
도 2의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이, 어퍼다이(230)가 상승되어 다이 오프닝 상태가 되면, 스프링(240)의 탄성복원력에 의하여 슬라이딩다이(220)가 상승된다. 킥아웃핀(250)은 핀액추에이터의 구동에 의하여 전진되어 제1 채널(224)로부터 제1 예비가공품(20)을 이젝팅(Ejecting)시킨다.As shown in (d) of FIG. 2, when the
도 3에 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제1 실시예의 절단, ECAP, 압출, 업세팅, 1차 헤딩과 2차 헤딩에 의하여 얻은 선재, 제1 내지 제 5예비가공품과 완성품의 사진을 나타냈다. 도 3에서 비교예는 절단, 압출, 업세팅, 1차 헤딩과 2차 헤딩에 의하여 얻은 선재, 예비가공품들과 완성품의 사진이다. 실시예1과 비교예에서 완성품의 가공은 다단성형기(제품명: HBPF-530SS, 제조사 한국 효동기계공업(주)과 일본 (주)사카무라(HyoDong & Sakamura))에 의하여 실시하였다. 다단성형기의 생산속도는 30rpm으로 설정하였으며, 공정 중 마찰에 의한 소재와 다이의 소착을 방지하기 위해 냉간단조용 윤활유(제품명: Renoform 356H, 제조사: 한국훅스(Fuchs)윤활유(주))를 사용하였다. 선재는 알루미늄 합금 AA6061-T6을 인발하여 지름 10.0 mm로 교정한 후 사용하였다.Figure 3 shows a picture of the wire rod obtained by cutting, ECAP, extrusion, upsetting, primary heading and secondary heading, the first to fifth pre-processed products and the finished product of the first embodiment of the rigid processing method according to the present invention. In FIG. 3, the comparative example is a photograph of wires, pre-processed products and finished products obtained by cutting, extruding, upsetting, primary heading and secondary heading. Processing of the finished product in Example 1 and Comparative Example was carried out by a multi-stage molding machine (product name: HBPF-530SS, manufacturer Korea Hyodong Machinery Co., Ltd. and Japan Sakamura (HyoDong & Sakamura)). The production speed of the multi-stage molding machine was set to 30 rpm, and cold forging lubricating oil (product name: Renoform 356H, manufacturer: Fuchs Lubricant Co., Ltd.) was used to prevent seizure of material and die due to friction during the process. . The wire rod was used after drawing aluminum alloy AA6061-T6 and calibrating it to a diameter of 10.0 mm.
도 4a와 4b는 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제1 실시예에서 선재와 제1 예비가공품의 미세조직을 투과전자현미경에 의하여 촬영한 사진들을 나타낸다. 도 4a와 도 4b를 참조하면, 선재는 결정립 내부에 전위의 발생을 찾아보기 힘들고, 결정립에 석출물이 고르게 분포되어 있음을 알 수 있다. ECAP을 거친 제1 예비가공품의 경우 지점3은 ECAP 중 전단변형을 거치지 않아 선재와 유사한 미세조직을 보이지만, 결정립 내부에 전위가 다소 발생하였음을 알 수 있다. ECAP 중 전단변형영역을 거친 예비가공품의 지점1, 2의 미세조직에서는 전단방향으로 연신된 아결정립으로 이루어진 전단변형대 조직과 아결정립계에 많은 양의 전위가 관찰되고, 전단변형대의 폭이 1㎛ 이하로 미세화되었음을 알 수 있다.4A and 4B show photographs taken by transmission electron microscope of the microstructure of the wire rod and the first prefabricated product in the first embodiment of the rigid plastic working method according to the present invention. Referring to FIGS. 4A and 4B, it is difficult to find the occurrence of dislocations in the grains, and it can be seen that precipitates are evenly distributed in the grains. In the case of the first prefabricated product that has undergone the ECAP, point 3 shows a microstructure similar to the wire rod without undergoing the shear deformation of the ECAP, but it can be seen that the dislocation is somewhat generated inside the grains. In the microstructures of points 1 and 2 of the prefabricated product that passed through the shear deformation region of the ECAP, a large amount of dislocations were observed in the shear deformation zone structure composed of the sub-crystalline grains stretched in the shear direction and in the grain boundary, and the width of the shear deformation zone was 1 μm. It can be seen that the micronized below.
도 5는 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제1 실시예에 의하여 제조된 실시예1의 완성품과 비교예의 완성품에서 머리, 목과 몸통의 미세조직을 투과전자현미경에 의하여 촬영한 사진들을 나타낸다. 도 5를 보면, 실시예1과 비교예의 완성품의 머리에서는 소재에 가해진 변형이 적은 것을 알 수 있다. 또한, 투과전자현미경의 제한시야전자회절(Selected area electron diffraction)을 통하여 고경각립계 결정립 발달이 관찰되지 않았음을 알 수 있다. 5 shows photographs taken by transmission electron microscopy of the microstructure of the head, neck and torso in the finished product of Example 1 and the finished product of Comparative Example manufactured by the first embodiment of the rigid plastic processing method according to the present invention. 5, it can be seen that the deformation applied to the material is less in the head of the finished product of Example 1 and Comparative Example. In addition, it can be seen that the development of hard grain boundary grains was not observed through the selected area electron diffraction of the transmission electron microscope.
완성품의 목과 몸통에서는 결정립의 발달이 크게 달라짐을 알 수 있는 데, 압출의 경우 전단변형에 의한 변형대 조직이 관찰되지 않는 대신 결정립이 일정 방향으로 연신되었음을 파악할 수 있다. 실시예1의 완성품은 목과 몸통에서 모두 전단변형에 의한 전단변형대 조직이 관찰되었고, ECAP 이후 압출에 의하여 변형대의 폭이 더욱 좁아져 약 500nm 이하임을 알 수 있다. 특히, ECAP 이후 압출 시 실시예1의 완성품의 목 부위까지 충분한 전단변형이 유지되어 비교예의 완성품에 비하여 결정립이 미세화되고, 결정립의 간격이 좁혀져 실시예1의 완성품의 강도가 더욱 향상되었음을 알 수 있다. 제한시야전자회절을 통하여 실시예1의 완성품의 목과 몸통에서 링패턴(Ring patten)이 나타나며, 실시예1의 완성품은 비교예의 완성품보다 링패턴이 발달하였음을 알 수 있다.In the neck and torso of the finished product, it can be seen that the development of crystal grains is greatly different. In the case of extrusion, the deformation zone due to shear deformation is not observed, but the grains are stretched in a certain direction. In the finished product of Example 1, the shear strain band structure was observed in both the neck and the body by the shear strain, and the width of the strain band was narrowed further by the extrusion after ECAP, so that it was about 500 nm or less. In particular, when the extrusion after the ECAP sufficient shear deformation is maintained up to the neck of the finished product of Example 1, the crystal grains are finer than the finished product of the Comparative Example, the interval between the crystal grains is narrowed it can be seen that the strength of the finished product of Example 1 further improved . Through the limited field electron diffraction, a ring pattern appears in the neck and torso of the finished product of Example 1, and it can be seen that the finished pattern of Example 1 has developed a ring pattern than the finished product of the comparative example.
도 6은 실시예1의 완성품과 비교예의 완성품에 대한 진변형률(True strain)과 진응력(True stress)(MPa)의 관계를 나타내는 선도이다. 도 6의 진변형률-진응력 선도를 보면, 선재의 연신율은 약 10.4%로서 일반적인 냉간단조용 저탄소강에 비해 낮은 연신율을 보임을 알 수 있다. 실시예1과 비교예 모두 선재에 비하여 연신율이 감소함을 알 수 있다. 실시예1의 연신율은 7.5%로 비교예의 연신율 7.2% 보다 다소 높음을 알 수 있다. 선재의 최대 인장강도는 약 388MPa이지만 실시예1은 ECAP 및 압출 이후 460MPa까지 상승하여 약 19% 증가함을 알 수 있다. 이것은 비교예의 433MPa 보다 27MPa 높은 값이다. 6 is a diagram showing the relationship between true strain and true stress (MPa) for the finished product of Example 1 and the finished product of Comparative Example. Referring to the true strain-true stress diagram of FIG. 6, the elongation of the wire rod is about 10.4%, which shows a lower elongation than that of a low carbon steel for general cold forging. In Example 1 and Comparative Example, it can be seen that the elongation is reduced compared to the wire rod. The elongation of Example 1 is 7.5%, which is somewhat higher than the elongation of 7.2% of the comparative example. Although the maximum tensile strength of the wire rod is about 388 MPa, it can be seen that Example 1 is increased to about 460 MPa after ECAP and extrusion to increase about 19%. This value is 27 MPa higher than 433 MPa of the comparative example.
이와 같이 실시예1의 경우 비교예에 비하여 연신율의 감소 없이 완성품의 강도를 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, ECAP는 선재 단면의 감소가 없어 ECAP의 반복이 가능하므로, ECAP의 공정 회수를 증강시킬 경우 완성품의 인장강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 한편, 투과전자현미경을 통한 미세조직 측정 중 미세한 석출물이 조직에 고르게 분포되어 있음을 통해 실시예1의 강도 향상은 결정립 미세화와 석출경화에 의한 강도 향상임을 파악할 수 있다.As such, it can be seen that in Example 1, the strength of the finished product can be increased without decreasing the elongation as compared with the comparative example. In addition, since the ECAP can be repeated ECAP without reducing the wire cross-section, when increasing the number of processes of the ECAP it can further improve the tensile strength of the finished product. On the other hand, it can be understood that the strength improvement of Example 1 is due to the finer grains and the precipitation hardening through the fine precipitates evenly distributed in the tissue during the measurement of the microstructure through the transmission electron microscope.
도 7에 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제2 실시예는 선재(10)의 절단(S10), 1차 ECAP(S22), 2차 ECAP(S24), 압출(S30), 업세팅(S40), 1차 헤딩(S50)과 2차 헤딩(S60)의 단계를 거쳐 완성품(60)을 제조한다. 제1 및 제2 실시예의 강소성 가공방법의 절단(S10), 압출(S30), 업세팅(S40), 1차 헤딩(S50), 2차 헤딩(S60)과 동일하다. 제2 실시예의 강소성 가공방법의 1차 및 2차 ECAP(S22, S24)는 제1 실시예의 강소성 가공방법의 ECAP(S20)를 2회 반복해서 실시하는 것이다. 강소성 가공장치의 제2 실시예는 제1 및 제2 ECAP유닛(200a, 200b)을 가지며, 제1 및 제2 ECAP유닛(200a, 200b)의 구성과 작용은 앞에서 설명한 ECAP유닛(200)과 동일하다.7 shows a second embodiment of a rigid plastic working method according to the present invention. Referring to Figure 7, the second embodiment of the rigid steel processing method according to the present invention is cut (S10), primary ECAP (S22), secondary ECAP (S24), extrusion (S30), upsetting of the wire rod 10 (S40), through the steps of the first heading (S50) and the second heading (S60) to produce a finished product (60). The cutting (S10), extrusion (S30), upsetting (S40), the first heading (S50), the second heading (S60) of the rigid plastic working method of the first and second embodiments. The primary and secondary ECAPs (S22, S24) of the rigid plastic working method of the second embodiment are to repeatedly perform the ECAP (S20) of the rigid plastic working method of the first embodiment twice. The second embodiment of the rigid plastic processing apparatus has the first and
1차 ECAP(S22)을 거친 예비가공품은 길이 방향에 대하여 양단 부근에 필렛(Fillet)이 형성된다. 이러한 필렛은 완성품의 성형 공정 중에 제거되지 않고 머리 부근에 잔류되면서 미채움이 원인이 될 수 있다. 즉, 절단된 선재의 끝단이 원기둥 형상을 가질 경우, 최종 머리붙이 스터드 또는 볼트의 머리 부근에서 미채움이 발생될 수 있다. In the prefabricated product having passed through the primary ECAP (S22), fillets are formed near both ends with respect to the longitudinal direction. Such fillets may be left unattended during the molding process of the finished product and may cause unfilling. That is, when the end of the cut wire has a cylindrical shape, filling may occur in the vicinity of the head of the final head stud or bolt.
본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제2 실시예에서는 1차 및 2차 ECAP(S22, 24)를 실시함으로써, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 2차 ECAP 이후 예비가공품의 끝단이 원기둥 형상으로 형성된 것을 확인할 수 있다. 따라서 완성품의 머리 부근의 미채움을 방지할 수 있다. In the second embodiment of the rigid plastic processing method according to the present invention by performing the primary and secondary ECAP (S22, 24), the end of the pre-processed product after the secondary ECAP is formed in a cylindrical shape as shown in FIG. You can check it. Therefore, it is possible to prevent the unfilledness near the head of the finished product.
도 8에 본 발명에 따른 강소성 가공방법의 제2 실시예의 절단, 1차 ECAP, 2차 ECAP, 압출, 업세팅, 1차 헤딩과 2차 헤딩에 의하여 얻은 선재, 예비가공품들과 완성품의 사진을 나타냈다. 도 8의 사진을 보면, 실시예2의 완성품은 머리 부근의 미채움 및 플랜지의 결함이 없는 것을 확인할 수 있다. 8 is a photograph of wire rods, pre-processed products and finished products obtained by cutting, primary ECAP, secondary ECAP, extrusion, upsetting, primary heading and secondary heading in a second embodiment of a rigid plastic working method according to the present invention. Indicated. Looking at the photograph of FIG. 8, it can be confirmed that the finished product of Example 2 is free of unfilled and flange defects near the head.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments described above are merely illustrative of the preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, those skilled in the art within the spirit and claims of the present invention It will be understood that various changes, modifications, or substitutions may be made thereto, and such embodiments are to be understood as being within the scope of the present invention.
10: 선재 50: 머리붙이 기계요소
100: 절단유닛 200: ECAP유닛
200a: 제1 ECAP유닛 200b: 제2 ECAP유닛
210: 하우징 220: 슬라이딩다이
230: 어퍼다이 240: 스프링
250: 킥아웃핀 300: 압출유닛
400: 업세팅유닛 500: 제1 헤딩유닛
600: 제2 헤딩유닛10: wire rod 50: heading machine element
100: cutting unit 200: ECAP unit
200a:
210: housing 220: sliding die
230: upper die 240: spring
250: kickout pin 300: extrusion unit
400: upsetting unit 500: first heading unit
600: second heading unit
Claims (6)
상기 제1 예비가공품을 압출유닛에 의하여 압출하여 머리를 갖는 제2 예비가공품으로 가공하는 압출 단계와;
상기 제2 예비가공품을 업세팅유닛에 의하여 업세팅하여 머리를 갖는 제3 예비가공품으로 가공하는 단계와;
상기 제3 예비가공품을 제1 헤딩유닛에 의하여 1차 헤딩하여 머리를 갖는 기계요소로 가공하는 1차 헤딩 단계를 포함하는 강소성 가공방법.An ECAP step of shearing the wire rod by the ECAP unit to process the first pre-processed product;
An extrusion step of extruding the first preprocessed product by an extrusion unit into a second preprocessed product having a head;
Upsetting the second pre-processed article by an upsetting unit to process the third pre-processed article with a head;
And a first heading step of processing the third pre-processed product first by means of a first heading unit into a mechanical element having a head.
상기 ECAP유닛의 하류에 배치되어 있고, 상기 제1 예비가공품을 압출하여 머리를 갖는 제2 예비가공품으로 가공하기 위한 압출유닛과;
상기 압출유닛의 하류에 배치되어 있으며, 상기 제2 예비가공품을 업세팅하여 머리를 갖는 제3 예비가공품으로 가공하기 위한 업세팅유닛과;
상기 업세팅유닛의 하류에 배치되어 있고, 상기 제3 예비가공품을 1차 헤딩하여 머리를 갖는 기계요소로 가공하기 위한 1차 헤딩기를 포함하는 강소성 가공장치.An ECAP unit for shearing the wire rod and processing it into a first pre-processed product;
An extrusion unit, disposed downstream of the ECAP unit, for extruding the first pre-processed product into a second pre-processed product having a head;
An upsetting unit disposed downstream of the extrusion unit and configured to upset the second preprocessed product to a third preprocessed product having a head;
And a primary heading machine disposed downstream of the upsetting unit, the primary heading machine for primary heading the third pre-processed product into a machined element having a head.
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