KR101622395B1 - Metalworking process using severe shear deformation by repetitive torsion - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반복적 비틀림 소성가공법을 이용한 주조조직 파괴방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주조방법에 의해 제조된 금속소재에 있어서, 미세구조상 형성된 치밀한 주조조직을 비틀림 공정을 통해 일정 수준 와해시켜 결정립의 미세화를 구현함으로써, 금속소재 완제품을 제조함에 있어서 필요한 중간 가공공정인 압연공정의 공정수 및 공정설비의 규모를 축소할 수 있어 공정상 경제성을 이룩할 수 있다. The present invention relates to a method of breaking a casting structure using a repetitive torsion plastic forming method, and more particularly, to a method of breaking a casting structure by a twisting process in a metal material produced by a casting method, It is possible to reduce the scale of the rolling process and the scale of the process equipment, which are intermediate processes required for manufacturing the finished metal product, thereby achieving economic efficiency in the process.
Description
본 발명은 반복적 비틀림 소성가공법을 이용한 금속소재 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주조방법에 의해 제조된 금속소재에 있어서, 미세구조상 형성된 치밀한 주조조직을 비틀림 공정을 통해 일정 수준 와해시켜 결정립의 미세화를 구현함으로써, 금속소재 완제품을 제조함에 있어서 필요한 중간 가공공정인 압연공정의 공정수 및 공정설비의 규모를 축소할 수 있어 공정상 경제성을 이룩할 수 있다. The present invention relates to a method of processing a metal material using a repetitive torsion plastic forming method, and more particularly, to a method of machining a metal material produced by a casting method in which a dense casting structure formed on a microstructure is broken down to a certain level through a torsion process, It is possible to reduce the scale of the rolling process and the scale of the process equipment, which are intermediate processes required for manufacturing the finished metal product, thereby achieving economic efficiency in the process.
본 발명은 전단변형이 수직변형에 비하여 결정립 미세화에 유리하다는 점에 착안, 소재 내부에 전단변형을 가장 많이 일으킬 수 있는 비틀림(torsion)을 활용하여 금속소재의 주조조직을 파괴할 수 있는 방법의 개발에 관한 것이다.The present invention is focused on the fact that shear deformation is advantageous to grain refinement compared with vertical deformation, and development of a method capable of destroying casting structure of metal material by utilizing torsion which can cause most shear deformation inside the material .
금속소재의 경우 주조 후 소성가공 방법 중 압연 공정을 이용하여 소재의 주조조직을 파괴한 뒤 풀림 처리를 통해 강도 및 전도성을 확보하고 있다. 그러나 치밀한 주조조직은 가공을 어렵게 하므로 주조조직의 파괴를 위한 압연 공정을 반복적으로 수행하여야 가공이 용이해진다.In the case of metal materials, the casting structure of the material is broken by the rolling process during the post-casting process, and the strength and conductivity are ensured through the annealing process. However, since the dense casting structure is difficult to process, the rolling process for destroying the casting structure must be repeatedly performed to facilitate the processing.
그러나, 주조조직의 파괴를 위하여서는 압연공정이 일정 횟수 이상 반복되어 수행되어야 하며, 이 과정에서 금속소재의 디멘젼, 예를 들어 봉형소재의 경우 그 소재의 직경이 점차 감소되므로 디멘젼이 큰 제품을 제조하고자 할 경우 초기 주조재의 직경부터 커져야 하므로 주조라인의 변경이 불가피하고, 주조 라인의 변경이 여의치 않을 경우 디멘젼이 큰 제품의 제조가 용이하지 아니한 문제점이 있다.However, in order to break the casting structure, the rolling process must be repeatedly performed a predetermined number of times or more. In this process, the dimension of the metal material, for example, the diameter of the bar material is gradually decreased, The casting line must be changed from the diameter of the initial casting material. Therefore, if the casting line can not be changed, it is not easy to manufacture a product having a large dimension.
다른 한편에서, 이러한 문제점에 대응하여 압연공정을 줄이게 되면 디멘젼의 확보가 용이하다고 일견 볼 수는 있으나, 가공이 매우 어려워져 원하는 형상의 제품 생산이 불가능하다는 단점 또한 존재한다.On the other hand, if the rolling process is reduced in response to such a problem, it can be seen that it is easy to secure dimensions, but it is very difficult to process and there is a disadvantage that it is impossible to produce a desired shape product.
아울러, 압연공정을 반복적으로 수행하기 위해서는 충분한 규모의 압연롤러가 연속상태로 병렬배치되어야 하며, 따라서 설비의 규모가 커져, 비용적, 공간적 부담이 발생되는 문제점이 있다. In addition, in order to repeatedly perform the rolling process, rolling rollers of a sufficient size must be arranged in parallel in a continuous state, thus increasing the size of the equipment, resulting in a cost and a space burden.
한편, 금속소재의 직경 감소없이 대변형을 일으킬 수 있는 방법으로 등통로각압축(ECAP, Equal Channel Angular Pressing) 공정이 제안된 바 있으나 압축공정의 한계점인 연속 작업의 수행이 불가능하고, 이를 개선하기 위하여 회전롤을 이용하여 소재를 빨아들인 후 90도, 140도의 굴곡을 지닌 채널을 통과시켜 소재에 전단변형을 가하는 방법인 ECAP Conform 공정이 제안되었으나 비대칭 변형(최종소재의 상/하 변형율이 다르게 분포되어 균질하지 않음), 소재표면의 박리, 소재의 휘어짐으로 인한 문제점이 있으며, 인발공정을 응용한 것으로서, 인발 금형을 직렬로 연결하되 각 단계의 출구 위치를 동일선상에 놓지 않는 방법으로서, 각 단계의 출구와 다음 단계의 입구 사이에서 소재를 꺾는 공정인 AAD (Accumulative Angular Drawing)의 경우에도 소재의 직경감소, 소재의 휘어짐 및 인발금형 출구의 불균일한 마모가 발생하여 금형의 수명을 단축하는 문제점이 있다. 따라서 직경의 감소없이 연속적으로 소성가공이 가능하면서 중심축 대칭으로 균일한 변형을 가할 수 있으며, 공정상 경제성을 도모할 수 있는 기술적 해결방안이 필요하다.On the other hand, the Equal Channel Angular Pressing (ECAP) process has been proposed as a method that can cause large deformation without reducing the diameter of the metal material, but it is impossible to carry out the continuous operation which is the limit of the compression process, ECAP Conforming process, which is a method of applying shear deformation to the material through a 90 ° and 140 ° bending channel after sucking the material using a rotating roll, has been proposed, but the asymmetric deformation (the top / This method is applied to the drawing process. It is a method of connecting the drawing molds in series and not leaving the exit positions of the respective steps on the same line. In the case of Accumulative Angular Drawing (AAD), which is a process of folding the material between the exit of the next stage and the entrance of the next stage, Uneven wear of the load and the exit of the drawing die occurs, which shortens the life of the mold. Therefore, there is a need for a technological solution that can perform continuous plastic working without decreasing the diameter, can achieve uniform deformation with center axis symmetry, and can be economically viable in the process.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 압연, 인발, 압출과 같은 금속소재 가공방법의 경우 대변형을 일으키기 위해서 가공공정을 반복적으로 수행하여야 하여 소재 직경의 감소가 필연적으로 수반되었으나, 비틀림을 이용한 공정의 경우 예를 들어 봉형상의 금속소재에 있어서 직경의 변화없이 원하는 만큼의 소성변형을 일으킬 수 있어 주조 후 최종제품까지의 제조과정 중에 직경감소를 최대한 줄이도록 하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.DISCLOSURE Technical Problem Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the conventional art, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a metal material, such as rolling, drawing and extrusion, However, in the case of a process using a twist, for example, it is possible to cause a plastic deformation as much as desired without changing the diameter in a bar-shaped metal material, thereby reducing the diameter reduction during the manufacturing process to the final product after casting as much as possible SUMMARY OF THE INVENTION
또한, 가공공정을 다단 압연 공정과 연결할 경우, 비틀림 공정이 압연공정을 대체할 수 있어 결과적으로 압연공정수를 축소하여 압연에 필요한 작업공간 및 설비규모를 절감할 수 있도록 하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.In addition, when the machining process is connected to the multi-stage rolling process, it is possible to reduce the number of rolling processes, thereby reducing the work space and equipment size required for rolling, as a result of the twisting process being a substitute for the rolling process. .
또한, 비틀림에 의한 소재내부의 변형에너지 축적으로 인해 후속 풀림(또는 균질화) 열처리 공정 중 상대적으로 낮은 온도 또는 짧은 시간에 풀림(또는 균질화) 처리가 가능하도록 하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to enable annealing (or homogenization) treatment at a relatively low temperature or in a short time during a subsequent annealing process due to strain energy accumulation in the material due to twist.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 주조된 금속소재를 가공하는 방법에 있어서, 상기 금속소재는 압연 공정을 수행하기 이전에 비틀림 공정을 수행함으로써, 금속소재의 내부 그레인 구조가 변형되도록 하여, 압연 공정의 횟수 또는 압연 공정 소요시간을 절감하는 것을 특징으로 하는 반복적 비틀림 소성가공법을 이용한 금속소재 가공방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of processing a cast metal material, wherein the metal material is subjected to a twisting process prior to performing the rolling process so that the internal grain structure of the metal material is deformed, And the number of times of the rolling process or the time required for the rolling process is reduced, thereby providing a method of processing a metal material using the repeated torsion plastic working method.
상기 금속소재는 봉형상 또는 관체인 것이 바람직하다.Preferably, the metal material is a rod or tube.
상기 비틀림 공정은 일방향으로의 비틀림 이후 반대방향으로의 비틀림을 수행하여 비틀림 방향이 교번하여 수행되도록 하는 것이 바람직하다.Preferably, the twisting step is performed in a direction opposite to the direction after twisting in one direction so that the twisting direction is alternately performed.
상기 비틀림 공정에서 비틀림 각도는 0.18도/mm 내지 파단발생 전단계인 넥킹(Necking) 현상 발생 직전까지인 것이 바람직하다. In the twisting process, the twist angle is preferably in the range of 0.18 degrees / mm to just before the occurrence of necking, which is a pre-fracture occurrence step.
상기 비틀림 공정에서 비틀림 횟수는 1회 내지 10회이며, 비틀림 각도가 증가될수록 비틀림 횟수는 감소되도록 하는 것이 바람직하다.In the twisting process, the number of times of twist is one to ten, and it is preferable that the number of twist decreases as the twist angle is increased.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 금속소재의 가공공정에 비틀림 공정을 도입하였으며, 비틀림을 이용한 공정의 경우 예를 들어 봉형상의 금속소재에 있어서 직경의 변화없이 원하는 만큼의 소성변형을 일으킬 수 있어 주조 후 최종제품까지의 제조과정 중에 직경감소를 최대한 줄이도록 하는 작용효과가 기대된다.According to the present invention as described above, a twisting process is introduced in the processing of a metal material, and in the case of a process using a twist, for example, in a rod-like metal material, plastic deformation can be generated as desired without changing the diameter, It is anticipated that the effect of reducing the diameter reduction during the manufacturing process to the final product is minimized.
또한, 가공공정을 다단 압연 공정과 연결할 경우, 비틀림 공정이 압연공정을 대체할 수 있어 결과적으로 압연공정수를 축소하여 압연에 필요한 작업공간 및 설비규모를 절감할 수 있다.In addition, when the machining process is connected to the multi-stage rolling process, the torsional process can be substituted for the rolling process, and as a result, the number of rolling processes can be reduced, thereby reducing the work space and facility size required for rolling.
또한, 비틀림 공정을 수행함에도 불구하고, 금속소재의 표면에 발생되는 결함을 최소화할 수 있어 상품화에 장애가 되지 않도록 하는 작용효과가 기대된다.In addition, although the twisting process is performed, defects occurring on the surface of the metal material can be minimized, so that an action effect of preventing commercialization is expected.
또한, 일정 수준의 비틀림 각도 및 횟수에 의하여 금속소재의 가공경화를 유도하여 최종 제품의 경도향상에도 이바지할 수 있다.Further, it is possible to induce work hardening of the metal material by a certain degree of twist angle and number of times, thereby contributing to improvement of the hardness of the final product.
또한, 비틀림에 의한 소재내부의 변형에너지 축적으로 인해 후속 풀림(또는 균질화) 열처리 공정 중 상대적으로 낮은 온도 또는 짧은 시간에 풀림(또는 균질화) 처리 효과를 얻을 수 있다.Further, due to the accumulation of strain energy in the material due to the twist, the effect of annealing (or homogenizing) at a relatively low temperature or in a short time during the subsequent annealing process can be obtained.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의하여 수행되는 금속소재의 비틀림 공정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의하여 비틀림 공정이 5회 수행된 금속소재의 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의하여 비틀림 공정이 수행된 금속소재를 일방향 비틀림 공정을 수행한 것과 비틀림 공정을 수행하지 않은 것과 비교하여 나타낸 사진이다.
도 4는 비틀림 공정을 수행하기 전과 수행한 후의 금속소재의 주조조직의 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 금속소재를 비틀림 각도와 비틀림 횟수에 따른 경도변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 금속소재의 비틀림 각도와 비틀림 횟수를 변수로 하여 금속소재의 위치별 경도변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의하여 비틀림 공정과 압연공정을 동시에 수행하는 설비를 기존의 압연공정만으로 구성된 설비와 비교하여 나타낸 도면이다.1 is a schematic view showing a twisting process of a metal material performed according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a photograph of a metal material subjected to a twisting process five times according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a photograph showing a metal material on which a twist process is performed according to an embodiment of the present invention, in comparison with a one-way twist process and a twist process.
FIG. 4 is a scanning electron microscope photograph showing changes in the casting structure of the metal material before and after the twisting process. FIG.
FIG. 5 is a graph showing changes in hardness of a metal material manufactured according to an embodiment of the present invention in accordance with the twist angle and the number of twists.
FIG. 6 is a graph showing changes in hardness of a metal material according to the twist angle and the number of twist times of the metal material manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing an apparatus for simultaneously performing a torsional process and a rolling process according to an embodiment of the present invention, in comparison with a facility constituted by a conventional rolling process alone.
이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면과 바람직한 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.
본 발명에서는 주조 후 최종제품을 생성하는 과정에서 수반되는 가공공정을 최소화하여 공정의 경제성을 이룩함과 동시에 제품 제작 단가를 낮추고, 규격에 따른 제품의 스펙트럼을 넓히도록 하기 위하여 가공공정 중 금속소재의 비틀림 공정을 도입함으로써, 금속소재의 치밀한 주조조직을 용이하게 붕괴시켜 가공성을 개선하는 방법을 제안하였다. 본 발명은 비틀림 공정과 금속소재의 가공공정을 결합하여 새로운 공정을 도출하였다는 점에 특징이 있으며, 이러한 공정상 개선점은 금속소재의 생산에 있어서 다양한 유용성을 제공한다.In the present invention, in order to minimize the processing steps involved in the process of producing the final product after casting to achieve economical efficiency of the process, to lower the production cost of the product, and to broaden the spectrum of the product according to the standard, By introducing a twisting process, a method of easily collapsing a dense casting structure of a metal material to improve workability has been proposed. The present invention is characterized in that a new process is derived by combining a torsional process and a metal material processing process, and such process improvements provide various usability in the production of metal materials.
금속소재를 비틀면, 주조과정으로부터 형성된 치밀한 내부 조직이 파괴되어 미세 그레인이 생성됨과 동시에 항복강도, 인장/압축강도, 경도, 연신율, 전기전도도, 표면거칠기, 피로수명, 내부식성과 같은 금속소재의 물성상 변화가 다양하게 이루어진다.When the metal material is twisted, the dense inner structure formed from the casting process is destroyed to produce fine grains, and at the same time, the properties of the metal material such as yield strength, tensile / compressive strength, hardness, elongation, electric conductivity, surface roughness, fatigue life, The phase change is made variously.
한편, 금속소재를 비트는 각도가 클수록 한번에 많은 변형을 가할 수 있으나, 과도한 변형으로 인해 금속소재가 파단될 수 있으므로 본 발명에서는 과도한 변형이 이루어지지 않도록 특정각도 이내에서 비틀면서 좌/우 방향으로 번갈아가면서 반복적으로 비틀어 줌으로써 금속 조직내 주조조직의 파괴에 따른 미세 그레인의 생성량은 증대시키면서도 과도한 변형이 초래하는 궁극적 파괴는 방지하도록 하였다. However, since the metal material may be broken due to excessive deformation, in the present invention, the metal material is alternately twisted within a specific angle to the left / right direction so as not to cause excessive deformation. It is possible to prevent the ultimate destruction caused by excessive deformation while increasing the amount of fine grains generated due to the destruction of the cast structure in the metal structure.
이 경우 각도외에도 비틀림 반복횟수를 조절하여 필요한 수준의 변형을 달성할 수 있는 것은 물론 한쪽방향으로 비틀었을 때 소재의 표면에 대각선으로 발생하는 주름 및 오렌지필(orange peel)을 피할 수 있어 표면품질이 확연히 개선된다. 즉, 비틀림 공정을 수행한 후 압연공정을 거쳐 최종 금속제품을 제조하더라도 형상의 왜곡 등 품질에 영향을 미칠 수 있는 표면 결함을 피할 수 있다.
In this case, besides the angle, it is possible to achieve the necessary level of deformation by adjusting the number of torsion repeats, as well as avoid wrinkles and orange peel which occur diagonally on the surface of the material when twisted in one direction, It is obviously improved. That is, even if the final metal product is manufactured through the rolling process after performing the torsion process, surface defects that may affect quality such as shape distortion can be avoided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의하여 수행되는 금속소재의 비틀림 공정을 나타내는 모식도이다. 1 is a schematic view showing a twisting process of a metal material performed according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명은 예를 들어 봉형 금속소재의 양 단부를 고정하고 일방향으로 회전한 후, 다시 반대방향으로 회전함으로써 회전방향을 교번하여 비틀림 공정을 수행하며, 비틀림 공정이 반복 수행되는 경우에는 주기적 패턴을 가지고 수행하게 된다. As shown in the drawings, the present invention can be applied to a case where, for example, both end portions of a rod-like metal material are fixed and rotated in one direction and then rotated in the opposite direction to perform a twisting process by alternately rotating directions, In a periodic pattern.
이로써, 금속소재 내부의 치밀한 주조조직을 파괴하여 조직내에 미세 그레인을 다수 생성시킬 수 있으며, 가공성이 용이해진다. 다만, 비틀림 가공공정에 의하여 소성변형이 수반될 때, 가공경화가 일어나므로, 경도가 확보되며, 따라서 최종제품의 기계적 물성이 저하되지 아니한다.As a result, a dense casting structure inside the metal material can be destroyed, and a large number of fine grains can be generated in the structure, and the workability is facilitated. However, when plastic deformation is accompanied by plastic deformation by the twisting process, work hardening occurs, so that the hardness is secured and the mechanical properties of the final product are not deteriorated.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의하여 비틀림 공정이 5회 수행된 금속소재의 사진을 나타낸 것이다. FIG. 2 is a photograph of a metal material subjected to a twisting process five times according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 금속소재에 대하여 비틀림 공정을 수행하였음에도 불구하고, 표면에는 주름이나 오렌지필이 발생되지 않았음을 알 수 있다. As shown, it can be seen that no wrinkles or orange peel was generated on the surface despite the twisting process performed on the metal material.
이를 비틀림 공정 수행전 및 일방향으로 비틀림 공정을 수행한 금속소재와 비교하여 나타낸 사진인 도 3으로부터도 확인할 수 있다. It can also be seen from FIG. 3, which is a photograph of the metal material before and after the twisting process in which the twist process is performed in one direction.
따라서, 본 발명에 의하면, 표면 결함이 거의 없는 금속소재 최종 제품을 생산할 수 있으며, 특히 디멘젼이 큰 제품을 생산할 수 있어 종래의 생산 시스템을 대체할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to produce a final product of a metal material having little surface defects, and in particular, it is possible to produce a product having a large dimension, which can replace the conventional production system.
도 4는 비틀림 공정을 수행하기 전과 수행한 후의 금속소재의 주조조직의 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도시된 바와 같이, 비틀림 공정을 수행한 결과 금속소재의 치밀한 주조조직이 파괴되어, 미세한 그레인(결정립)이 생성된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 그레인간 전단변형이 가능해지며 압연, 인발 등 금속소재의 가공이 보다 용이해지는 것이다. FIG. 4 is a scanning electron microscope photograph showing changes in the casting structure of the metal material before and after the twisting process. FIG. As shown in FIG. 5, as a result of performing the twisting process, it is confirmed that the dense cast structure of the metal material is broken and fine grains (crystal grains) are produced. Accordingly, the Griessen shear deformation becomes possible, and the processing of metal materials such as rolling and drawing becomes easier.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 금속소재를 비틀림 각도와 비틀림 횟수에 따른 경도변화를 그래프로 나타낸 것이다.FIG. 5 is a graph showing changes in hardness of a metal material manufactured according to an embodiment of the present invention in accordance with the twist angle and the number of twists.
도시된 바와 같이, 기존의 압연과 비틀림 공정의 주조조직 파괴효과를 가공경화에 의한 경도값 증가를 통해 비교했을 때 소재 중심의 경도는 비틀림 각도에 비례하고, 외곽의 경도는 비틀림 각도와 비틀림 횟수에 의해 동시에 영향을 받는다. As shown in the figure, when the fracture effect of the casting structure of the rolling and torsion process is compared with the increase of the hardness value by the work hardening, the hardness of the center of the material is proportional to the twist angle and the hardness of the outer edge is in the twist angle and twist frequency Are influenced by the same time.
소재 중심의 경도는 비틀림 각도가 증가하면 그에 비례하여 증가하였으며, 소재 외곽의 경도는 비틀림 각도가 증가하면서 증가되나, 다시 비틀림 각도가 감소하더라도 비틀림 횟수가 증가하는 경우 경도가 증가하는 경향을 보였다. 보다 자세하게는, 소재 외곽의 경도는 비틀림 각도 30도의 경우에는 270도의 경우에 비하여 비틀림 횟수가 더 많음에도 불구하고 경도가 더 작았으나, 270도 보다 180도로 비틀림 각도가 줄어든 경우, 이와 같이 비틀림 각도가 줄어들었음에도 불구하고 비틀림 횟수가 더 많으므로 경도값이 증가하였다. 요컨대, 비틀림 각도는 일정 수준 이상이어야 하며, 비틀림 횟수가 많더라도 비틀림 각도가 일정 수준 이하의 경우라면 경도값 향상에 기여하기 어려움을 알 수 있다. The hardness at the center of the material increased in proportion to the increase in the twist angle, and the hardness at the outer edge of the material increased as the twist angle increased, but the hardness tended to increase when the twist angle increased. More specifically, in the case of a twist angle of 30 degrees, the hardness of the outer periphery of the material is smaller than that of 270 degrees although the number of twists is larger. However, when the twist angle is reduced by 180 degrees from 270 degrees, The hardness value was increased because the number of torsion was larger. In short, the twist angle should be higher than a certain level, and even if the number of twist is large, it is difficult to contribute to the improvement of the hardness value if the twist angle is below a certain level.
따라서, 바람직한 비틀림 각도는 0.18도/mm ~ 파단 전단계인 넥킹(Necking) 현상 발생 직전까지의 범위이다. 파단이 일어나서는 안되며, 그렇다고 상기 각도 미만으로 비틀림을 주는 경우 소성 변형량 적어 결정립 미세화 효과 없으므로, 위 범위에서 그 임계적 의의가 있다. Therefore, the preferable twist angle ranges from 0.18 degrees / mm to just before the occurrence of the necking phenomenon before the breakage. The fracture should not occur. However, when twisting is performed at less than the above-mentioned angle, since there is no effect of grain refinement due to a small amount of plastic deformation, there is a critical significance in the above range.
상기 비틀림 공정에서 비틀림 횟수는 최소 1회 내지 10회이며, 비틀림 각도와 반복횟수는 서로 독립된 변수이나 생산자가 원하는 특정한 누적변형량이 있을 경우 비틀림 각도가 증가될수록 비틀림 횟수는 감소되도록 하여 최종 변형량을 달성할 수 있고, 공정 중에 비틀림 각도와 반복횟수의 다양한 조합을 통해 해당소재에 적합한 공정조건을 도출할 수도 있다.In the twisting process, the number of twists is at least 1 to 10, and when the twist angle and the number of repetitions are independent of each other, or when there is a specific cumulative deformation amount desired by the producer, the twist frequency is decreased as the twist angle is increased, And process conditions suitable for the material may be derived through various combinations of twist angles and repetition times during the process.
여기서, 상기 비틀림 반복 횟수의 상한을 초과하는 경우에는 강도향상이 수렴하여 더 이상 의미가 없으며, 상기 비틀림 반복 횟수의 하한 미만인 경우 비틀림을 부여한 후 반대방향으로 완전히 회복되지 않은 상황이므로 표면에 주름 결함이 남고, 변형량 적어 결정립 미세화 효과 없으므로 위 비틀림 반복 횟수는 위 범위에서 그 임계적 의의가 있다.If the upper limit of the number of torsion repetitions is exceeded, the improvement of strength is no longer meaningful. If the torsion is repeated below the lower limit of the number of torsion repetitions, the twist is not fully recovered in the opposite direction after the twist is applied. Since there is no residual grain refinement effect due to the small amount of deformation, the number of times of twisting torsion is critical in the above range.
다른 한편으로 볼 때, 금속소재 중심부 경도의 경우, 외곽에 비해 가공경화 정도가 상대적으로 작으나, 그 차이는 비틀림 각도를 증가시켜 이를 감소시킬 수 있으며, 1 ~ 2단 압연을 후속공정으로 연결할 경우 비틀림에 의해 경화된 외곽부보다 경화 정도가 미미한 중심부가 압연과정 중 강도가 낮은 중심부에 변형이 집중되어 중심부의 경도를 증가시킬 수 있다.On the other hand, in the case of the hardness of the central portion of the metal material, the degree of work hardening is relatively small compared to the outer periphery, but the difference can be reduced by increasing the twist angle, and when one or two stages of rolling is connected to a subsequent process, It is possible to increase the hardness of the center portion by concentrating the deformation at the center portion with low strength during the rolling process.
단, 비틀림 공정만으로 압연공정을 모두 대체한다기 보다는 비틀림 공정 후 1 ~ 2단 정도의 압연공정만을 추가하여도 중심부의 경도 증가, 표면품질 개선, 직경 치수 정밀도 향상 등의 목적을 달성할 수 있다. However, instead of replacing all the rolling processes only by the twisting process, the purpose of increasing the hardness of the central portion, improving the surface quality, and improving the dimensional accuracy of the diameter can be attained by adding only one or two stages of rolling process after the twisting process.
기존의 압연공정과 비틀림 공정에 의해 금속소재를 가공하고, 금속소재의 내부중심과 외부의 경도값을 비교하여 아래의 표와 같이 나타내었다.The metal material is processed by the conventional rolling process and the torsion process, and the inner center and outer hardness values of the metal material are compared and shown in the table below.
위 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 압연공정을 반복한 결과 금속소재의 직경이 20Φ로부터 16.7Φ로 변경되었을 때의 외곽의 경도값은 20Φ의 직경을 유지한 상태에서 비틀림 공정을 수행하였을 때, 180도, 5회 반복한 경우에서의 외곽의 경도값과 동일하였으므로, 실질적으로 금속제품의 직경을 줄일 필요없이 필요한 경도값을 달성할 수 있으며, 따라서 대구경의 상용화 가능한 제품의 생산이 가능해진다. 여기서, 비틀림 각도 증가시 외부와 내부의 경도 차이를 감소시킬 수 있고, 후속압연 1 ~ 2단계 추가로 중심부 경도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 내부와 외부간의 큰 경도차이가 충분히 완충될 수 있는 것이다. As can be seen from the above table, when the rolling process is repeated, when the diameter of the metal material is changed from 20Φ to 16.7Φ, the hardness value of the outer periphery is 180 Is the same as the hardness value of the outer periphery in the case of repeating five times, it is possible to achieve the required hardness value without substantially reducing the diameter of the metal product, and thus it becomes possible to produce a commercial product with a large diameter. Here, when the twist angle increases, the difference in hardness between the outside and the inside can be reduced, and the hardness of the center can be increased by one or two steps of the subsequent rolling. Therefore, a large hardness difference between the inside and the outside can be sufficiently buffered.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 금속소재의 비틀림 각도와 비틀림 횟수를 변수로 하여 금속소재의 위치별 경도변화를 그래프로 나타낸 것이다.FIG. 6 is a graph showing changes in hardness of a metal material according to the twist angle and the number of twist times of the metal material manufactured according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 모든 비틀림 각도에 있어서, 측정지점이 금속소재의 중심부로부터 외곽부로 갈수록 비틀림 횟수가 증가할때 큰 폭으로 경도가 증가함을 알 수 있다.As shown in the figure, it can be seen that, at all twist angles, the hardness increases greatly when the measuring point increases from the central portion of the metal material to the outer portion, and the number of twist increases.
따라서, 금속소재의 외곽부의 경도를 증가시키기 위해서는 적절한 수준의 비틀림 횟수를 확보할 필요가 있다. 다만, 비틀림 횟수가 너무 많으면 금속소재 파괴의 문제점이 있으므로, 지나치게 횟수를 높이는 것은 바람직하지 않다. Therefore, in order to increase the hardness of the outer portion of the metal material, it is necessary to secure a proper number of twist times. However, if the number of twist is too large, there is a problem of breaking of the metal material, so it is not preferable to increase the number of times.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의하여 비틀림 공정과 압연공정을 동시에 수행하는 설비를 기존의 압연공정만으로 구성된 설비와 비교하여 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a view showing an apparatus for simultaneously performing a torsional process and a rolling process according to an embodiment of the present invention, in comparison with a facility constituted by a conventional rolling process alone.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의하는 경우에는 설비규모가 상대적으로 작은 비틀림 공정을 압연라인 전에 도입함으로써 압연공정을 크게 줄일 수 있으며, 따라서 설비부담을 줄일 수 있고, 공정혁신을 가져올 수 있다. As shown in the drawings, in the present invention, the rolling process can be greatly reduced by introducing a torsion process having a relatively small installation size before the rolling line, thereby reducing the installation burden and bringing about process innovation.
Claims (5)
상기 금속소재는 압연 공정을 수행하기 이전에 비틀림 공정을 수행함으로써, 금속소재의 내부 그레인 구조가 변형되도록 하여, 압연 공정의 횟수 또는 압연 공정 소요시간을 절감하며,
상기 비틀림 공정은 일방향으로의 비틀림 이후 반대방향으로의 비틀림을 수행하여 비틀림 방향이 교번하여 수행되도록 하되, 각 방향에 대한 비틀림 각도 또는 횟수는 서로 대칭의 관계가 되도록 하고,
상기 비틀림 공정에서 비틀림 각도는 0.18도/mm 내지 파단발생 전단계인 넥킹(Necking) 현상 발생 직전까지 이며,
상기 비틀림 공정에서 비틀림 횟수는 1회 내지 10회이며, 비틀림 각도가 증가될수록 비틀림 횟수는 감소되도록 하고,
비틀림 횟수 1회의 기준은 최초 금속소재를 제1방향으로 소정각도 비튼 후 다시 제2방향으로 소정각도 비틀고, 이후 다시 제2방향으로 소정각도 비튼 후 다시 제1방향으로 소정각도 비트는 것이며, 상기 제1방향과 제2방향은 서로 반대방향으로서 소정각도는 동일각도이고,
상기 비틀림 공정은 금속소재에 있어서 직경의 변화없이 원하는 만큼의 소성변형을 일으킬 수 있어 압연공정의 횟수를 줄일 수 있으며, 주조 후 최종제품까지의 제조과정 중에 반복되는 압연공정으로부터 수반되는 직경감소를 줄이도록 하는 동시에 비틀림으로부터 표면에 발생될 수 있는 결함을 줄이는 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 반복적 비틀림 소성가공법을 이용한 금속소재 가공방법..A method of processing a cast metal material,
The metal material may be subjected to a twisting process before the rolling process so that the internal grain structure of the metal material is deformed to reduce the number of times of the rolling process or the time required for the rolling process,
The twisting process is performed such that twisting in one direction is followed by twisting in the opposite direction so that twisting directions are alternately performed so that the twisting angle or number of times in each direction is symmetrical with each other,
In the twisting process, the twist angle is from 0.18 degrees / mm to just before a necking phenomenon occurs,
In the twisting process, the number of twists is one to ten, and the number of twists decreases as the twist angle increases,
The reference of the number of times of twisting is one in which the first metal material is twisted by a predetermined angle in the first direction, then is twisted by a predetermined angle in the second direction, then is further twisted by a predetermined angle in the second direction, The first direction and the second direction are opposite to each other, and the predetermined angle is the same angle,
The twisting process can reduce the number of rolling processes by reducing the diameter of the metal material to a desired extent without changing the diameter, thereby reducing the diameter reduction caused by the repeated rolling process during the manufacturing process to the final product after casting And a method of processing a metal material by using a repetitive torsion plastic forming method, wherein the method is used for reducing defects that may be generated on the surface from twisting.
상기 금속소재는 봉형상 또는 관체인 것을 특징으로 하는 반복적 비틀림 소성가공법을 이용한 금속소재 가공방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal material is a rod or a tube.
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