KR101808574B1 - 선재를 신선하는 하이브리드 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선재를 신선하는 하이브리드 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 일방으로 인발력에 의해 인출되는 선재를 신선하는 하이브리드 장치에 있어서, 상기 선재가 통과하면서 인발되고, 전단에서 후단으로 배치될수록 직경이 감소하는 복수개의 다이(Die); 및 상기 다이의 사이에 한 쌍이 회전가능하게 배치되고, 상기 다이를 통과한 선재의 양측을 가압하여 상기 선재를 전방으로 밀어주는 공형 압연롤을 포함할 수 있다.

Description

선재를 신선하는 하이브리드 장치 및 방법{Hybrid apparatus and method for wire drawing}

본 발명은 선재를 신선하는 하이브리드 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신선공정의 사이에 공형 압연 공정을 삽입하여 선재에 걸리는 후방인장을 제거함으로써 선재의 단선 또는 층간분리 발생을 제거할 수 있는 선재를 신선하는 하이브리드 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상의 신선(伸線) 공정은 제철소 선재공장에서 생산된 선재(직경: 5.5mm) 제품을 인장력에 의해 연속적으로 다이(die)를 통과시켜 고객이 요구하는 직경(0.5mm~0.2mm)의 제품을 생산한다.

신선(伸線) 공정에서 원형단면의 소재(선재)가 인발(drawing) 공정을 연속적으로 거치면서 점차 단면적이 감소하고 소재 강도가 증가된 제품을 생산한다. 대표적인 신선재인 자동차 타이어의 스틸 코드(steel cord) 생산은 일반적으로 3번의 신선공정(1차:건식, 2차:건식, 3차:습식)을 거친다. 각 차수 마다 대략 10~12개의 다이(die)가 순차적으로 배열되어 있고 소재는 각 다이를 통해 인발된다.

도 1은 일반적인 신선공정을 보여주는 도면이다. 도 1은 일반적인 신선재를 생산하는 신선공정으로서 4-패스(pass) 신선공정을 도시한다. 선재(5)는 제1 다이(1), 제2 다이(2), 제3 다이(3) 및 제4 다이(4)를 통과하면서 소재 단면적이 줄어드는 반면 소재의 강도(strength)는 증가하게 된다.

도 2는 일반적인 신선공정에서 소재 단선의 원인을 설명하는 도면이다. 도 2는 인발용 다이 안쪽에서 소재가 소성변형이 되면서 소재 내부에서 3축 인장응력(tri-axial tensile stress)이 발생하면 단선으로 이어지는 도식도와 단선이 발생하는 과정에서 소재단면의 실제모습을 보여준다. 3축 인장응력이 발생하면 단선으로 이어지는 이유는 3축 인장 응력으로 인해 소재에 있는 미세한 크기의 비금속 게재물(nonmetallic inclusions)과 기지(matrix) 사이에서 기공이 생성, 성장 및 합체하여 거시적인 크기의 크랙(crack)으로 성장하기 때문이다.

따라서, 신선공정 중 미세한 제강공정에서부터 비금속 게재물(nonmetallic inclusions)을 최대한 억제하기 위한 많은 노력을 기울인다. 최근까지 선재제품의 비금속 게재물 존재는 최소화 되었지만 기존의 신선공정의 한계(3축 인장응력의 발생) 때문에 소재의 단선과 층간분리는 여전히 발생하고 있다.

도 3은 일반적인 신선공정에서 소재 내부에 걸리는 3축 인장응력 발생을 보인 도면이다. 도 3은 4-패스 신선공정에 직경 5.5mm의 선재가 들어가서 직경 4mm의 신선재가 나올 때 다이 안쪽의 소재 내부에 발생되는 3축 인장응력을 유한요소법(finite element method)을 사용하여 예측한 결과를 보인 것이다. 패스(pass), 즉 다이의 개수가 증가함에 따라 소재에 걸리는 후방인장(back tension)이 증가하게 되고 이로 인해 소재 내부에 3축 인장응력 발생이 증가한다. 다이 내부에서 소재의 1,2,3 방향 응력 중에서 3방향 응력, 즉 인발방향 응력이 가장 크고 3축 인장응력 크기에 지배적인 것을 알 수 있으며, 전단응력은 거의 생성되지 않는다.

따라서, 3축 인장응력은 소재의 단선 또는 층간분리 발생의 직접적인 원인이 된다. 한편, 신선공정에서 소재의 단선 또는 층간분리 발생을 억제하기 위해 신선공정 중간에 소재를 열처리하는 공정을 거치게 하여 소재의 연성을 증가시켜 단선 또는 층간분리 발생을 억제할 수 있다.

하지만, 신선공정에서 몇 차례 추가되는 소재의 열처리는 생산비용 증대를 유발하기 때문에 현장에서는 각 패스의 감면율(reduction ratio)을 줄이고자 노력하고 있다. 그러나, 감면율 감소는 패스 수의 증가로 바로 이어지며 이는 생산단가를 증대시키는 문제를 발생시킨다.

일반적인 신선공정에서 자주 발생하는 소재의 단선 또는 소재 내부 층간분리 발생을 제거하기 위해서 일반적인 신선공정에서 소재 내부결함(internal defect) 발생에 영향을 주는 인자(parameter)를 조사하였다. 대표적인 인자 5가지는 다음과 같다. i) 단면 감소율이 작을수록, ⅱ) 다이 반각(semi-angle)이 클수록, iii) 마찰계수가 클수록, iv) 가공경화가 적을수록, v) 후방인장(back tension)이 클수록 소재 내부결함 발생가능성이 증대된다.

여기에서 후방인장은 소재가 다이에 삽입될 때, 즉 인발될 때 발생하는 저항으로 다이 안쪽 소재가 소성변형이 될 때 인장응력 발생에 큰 영향을 미친다. 위의 다섯 인자 중에서 i), ii), iii) 번은 언제라도 쉽게 조정이 가능하고 실제 조업현장에서 적절하게 제어하고 있다. 또한 iv) 번은 실제 조업현장에서 다이와 다이 중간에 몇 개의 열처리 공정을 추가하여 소재의 가공경화를 줄여주고 있다. 하지만, v) 번을 해결할 실제적인 방법이 없는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2007-0117948호(2007.12.13 공개)

본 발명은 선재의 신선공정 시 인발 공정의 사이에 공형 압연 공정을 삽입하여 선재에 걸리는 후방인장을 제거함으로써 선재의 단선 또는 층간분리 발생을 제거할 수 있는 신선을 할 때 단선 및 층간분리 발생가능성을 감소시키는 선재를 신선하는 하이브리드 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예시에 따르면, 본 발명에 의한 선재를 신선하는 하이브리드 장치는 일방으로 인발력에 의해 인출되는 선재를 신선하는 하이브리드 장치에 있어서, 상기 선재가 통과하면서 인발되고, 전단에서 후단으로 배치될수록 직경이 감소하는 복수개의 다이(Die); 및 상기 다이의 사이에 한 쌍이 회전 가능하게 배치되고, 상기 다이를 통과한 선재의 양측을 가압하여 상기 선재를 전방으로 밀어주는 공형 압연롤을 포함할 수 있다.

상기 공형 압연롤의 직경은 상기 선재의 직경의 5~50배일 수 있다.

상기 공형 압연롤은, 상기 선재가 통과하는 단면이 타원형인 타원형 공형 압연롤; 및 상기 선재가 통과하는 단면이 원형인 원형 공형 압연롤을 포함할 수 있다.

상기 타원형 공형 압연롤은 상기 원형 공형 압연롤보다 전단에 배치되어 상기 선재는 상기 타원형 공형 압연롤을 통과한 후 상기 원형 공형 압연롤을 통과하면서 압연될 수 있다.

상기 타원형 공형 압연롤이 형성하는 타원형 단면은 다음의 수학식을 만족하도록 설계될 수 있다.

[수학식 1]

H=(1-R)*D1*0.9

W=(1-R)*D1*1.15

(H: 타원형 단면의 높이, R: 평균 단면 감면율, D1: 1패스 인발 후 선재의 직경, W: 타원형 단면의 폭을 나타내며, 수학식 1은 R이 5~25%인 범위 내에서 유효함)

상기 선재의 속도 대비 타원형 공형 압연롤의 속도는 상기 선재의 속도 대비 원형 공형 압연롤의 속도와 동일하도록 설계될 수 있다.

상기 공형 압연롤의 마찰계수 μ는 0.125 이하이고, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ는 1.225 이상일 수 있다.

상기 공형 압연롤의 마찰계수 μ는 0.075 이상 0.125 이하이고, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ는 1.075 이상 1.225 이하일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 선재를 신선하는 하이브리드 방법은 일방으로 인발력에 의해 인출되는 선재를 신선하는 하이브리드 방법에 있어서, 복수개의 다이를 상기 선재가 통과하면서 직경이 감소되는 복수의 인발 단계; 및 상기 다이의 사이에 배치된 한 쌍의 공형 압연롤을 통과하면서 상기 선재의 양측을 가압하여 상기 선재를 전방으로 밀어주는 공형 압연 단계를 포함할 수 있다.

상기 공형 압연 단계는, 상기 선재가 통과하는 단면이 타원형인 타원형 공형 압연 단계; 및 상기 선재가 통과하는 단면이 원형인 원형 공형 압연 단계를 포함할 수 있다.

상기 타원형 공형 압연 단계에서 형성되는 타원형 단면은 다음의 수학식을 만족하도록 설계될 수 있다.

[수학식 1]

H=(1-R)*D1*0.9

W=(1-R)*D1*1.15

(H: 타원형 단면의 높이, R: 평균 단면 감면율, D1: 1패스 인발 후 선재의 직경, W: 타원형 단면의 폭을 나타내며, 수학식 1은 R이 5~25%인 범위 내에서 유효함)

상기 공형 압연롤의 마찰계수 μ는 0.125 이하이고, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ는 1.225 이상일 수 있다.

상기 공형 압연롤의 마찰계수 μ는 0.075 이상 0.125 이하이고, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ는 1.075 이상 1.225 이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선재의 신선공정 시 인발 공정의 사이에 공형 압연 공정을 삽입하여 선재에 걸리는 후방인장을 제거함으로써 선재의 단선 또는 층간분리 발생을 제거할 수 있다.

도 1은 일반적인 신선공정을 보여주는 도면.
도 2는 일반적인 신선공정에서 소재 단선의 원인을 설명하는 도면.
도 3은 일반적인 신선공정에서 소재 내부에 걸리는 3축 인장응력 발생을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 장치를 보인 도면.
도 5는 일반적인 신선공정과 본 발명의 일 실시예에 따른 신선공정에서의 3축 인장응력의 크기를 비교한 도면.
도 6은 선재의 신선공정에 따른 구성요소에서의 단면을 각각 표시한 도면.
도 7은 타원형 공형 압연롤에서의 선재 단면을 보인 도면.
도 8은 원형 공형 압연롤에서의 선재 단면을 보인 도면.
도 9는 선재 및 공형 압연롤의 속도를 표시한 도면.
도 10은 공형 압연롤의 마찰계수와 선재속도 대비 공형 압연롤 속도의 관계를 보인 도면.
도 11 및 12는 신선공정의 조업 권장 영역을 표시한 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 의한 선재를 신선하는 하이브리드 장치 및 방법의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 장치를 보인 도면이고, 도 5는 일반적인 신선공정과 본 발명의 일 실시예에 따른 신선공정에서의 3축 인장응력의 크기를 비교한 도면이다.

이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 하이브리드 장치는 일방으로 인발력에 의해 인출되는 선재의 신선을 위한 하이브리드 장치에 있어서, 상기 선재(50)가 통과하면서 인발되고, 전단에서 후단으로 배치될수록 직경이 감소하는 복수개의 다이(10,20); 및 상기 다이(10,20)의 사이에 한 쌍이 회전가능하게 배치되고, 상기 다이(10,20)를 통과한 선재(50)의 양측을 가압하여 상기 선재(50)를 전방으로 밀어주는 공형 압연롤(30,40)을 포함할 수 있다.

다이(10,20)는 복수개가 도 4에서와 같이 소정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 도 4에서는 다이(10,20) 2개가 배치되는 것으로 도시하였으나, 최종적으로 인발되는 선재의 직경에 따라 3개 이상이 배치될 수도 있다. 선재(50)는 이와 같이 배치된 다이(10,20)를 인발력에 의해 인발되면서 통과하게 되고, 각각의 다이(10,20)를 통과할 때마다 감면율에 따라 직경이 줄어들게 된다. 참고로, 다이(10,20)는 제1 다이(10) 및 상기 제1 다이(20)보다 상대적으로 직경이 작고 후단에 배치되는 제2 다이(20)를 포함한다.

한편, 다이(10,20)의 사이에는 공형 압연롤(30,40)이 배치되는데, 본 실시예에서 공형 압연롤(30,40)의 직경은 선재(50)의 직경의 5~50배일 수 있다. 이는 공형 압연롤(30,40)의 직경이 선재(50)의 직경의 5배보다 작을 경우 선재(50)와 공형 압연롤(30,40)의 접촉 각도가 커져 선재(50)가 잘 맞물리지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 공형 압연롤(30,40)의 직경이 선재(50)의 직경의 50배보다 클 경우 공형 압연롤(30,40)의 회전에 필요한 토크가 커져 가공효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

다음으로, 공형 압연롤(30,40)은, 선재(50)가 통과하는 단면이 타원형인 타원형 공형 압연롤(30); 및 선재(50)가 통과하는 단면이 원형인 원형 공형 압연롤(40)을 포함할 수 있다. 참고로, 타원형 공형 압연롤(30)의 표면에 형성된 홈은 타원형 홈(32), 원형 공형 압연롤(40)의 표면에 형성된 홈은 원형 홈(42)이라고 표시한다.

본 실시예에서 다이(10,20)에서 수행되는 인발공정의 사이에 공형 압연공정을 배치한 이유는 다음과 같다. 롤에 의한 공형 압연공정은 롤 사이에서 소재가 소성변형될 때 롤의 축방향으로 폭퍼짐(spreading)이 허용되기 때문에 소재 내부에 3축 인장응력이 발생하지 않게 된다. 또한, 롤의 속도를 적절히 조정하면 공형 압연공정 다음에 배치된 다이에서 인발되는 소재에 항상 발생하는 후방장력을 제거할 수 있다. 이상의 신선공정은 롤을 구동시키기 위한 동력원이 존재하면 상기 동력원에서 제공하는 인발력에 의해 선재가 일방으로 인출되면서 신선공정이 이루어진다. 그리고, 롤의 속도는 각 다이에서의 소재 인발속도와 동조되어야 하며, 각 다이에서의 소재 속도는 질량유속이 일정하다는 조건에서 쉽게 구할 수 있다.

도 5를 참조하면, 일반적인 신선공정과 본 발명의 일 실시예에 따른 신선공정에서의 3축 인장응력의 크기를 유한요소모사(finite element simulation)한 결과를 보여주고 있다.

초기 선재(5)의 직경은 5.5mm이고, 4개의 패스를 거쳐 인출된 선재(5)의 패스를 거쳐 나온 직경은 4.0mm이다. 각 패스의 감면율은 15%(인입 시 직경 대비)이다. 유한요소 해석 결과를 보면 일반적인 신선공정에서 2,3,4패스를 통과하는 소재에서 3축 인장응력이 발생하는 것을 알 수 있다. 즉, 선재(5)에 걸리는 후방인장의 영향으로 3축 인장응력 크기가 계속해서 높아지는 것을 볼 수 있다.

반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 신선공정에서는 인발공정 사이에 배치된 공형 압연공정이 선재(50)에 걸리는 후방인장을 제거하여 선재(50) 내부에서 3축 인장응력이 발생하지 않는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 제시된 공형 압연공정에 의해 선재(50)에서 3축 인장응력이 발생되는 것을 방지하여 단선 또는 층간분리를 방지할 수 있다. 선재(50)를 생산할 때 일반적인 수준의 제강공정관리(게재물)를 실시하더라도 선재(50)의 단선 또는 층간분리 발생 가능성을 제거할 수 있다.

도 6은 선재의 신선공정에 따른 구성요소에서의 단면을 각각 표시한 도면이다. 이를 참조하면, 선재(50)의 초기 직경은 D1, 제1 다이(10)를 통과한 선재(50)의 직경은 D2, 공형 압연롤(30,40)을 통과한 이후의 직경은 D3, 제2 다이(20)를 통과한 선재(50)의 직경은 D4라고 정의한다. 그리고, 타원형 공형 압연롤(30)을 통과한 선재(50)의 높이는 H, 폭은 W라고 정의한다.

타원형 공형 압연롤(30)을 통과한 선재(50)의 단면은 도 7에 잘 도시되어 있다. 이를 참조하면, 한 쌍의 타원형 공형 압연롤(30)이 형성하는 단면 형상은 납작한 타원형이다. 따라서, 타원형 공형 압연롤(30)을 통과한 선재(50)는 도 7에서와 같이 높이가 작아지고 폭은 커지는 단면 형상을 가진다.

다음으로, 원형 공형 압연롤(40)을 통과한 선재(50)의 단면은 도 8에 잘 도시되어 있다. 이를 참조하면, 한 쌍의 원형 공형 압연롤(40)이 형성하는 단면 형상은 원형이다. 따라서, 원형 공형 압연롤(40)을 통과한 선재(50)는 도 8에서와 같이 높이는 커지고 폭은 작아지는 단면 형상을 가진다.

이상에서 정의한 계수를 바탕으로 타원형 공형 압연롤(30)의 바람직한 설계를 위한 수학식은 다음과 같다.

[수학식 1]

H=(1-R)*D1*0.9

W=(1-R)*D1*1.15

(H: 타원형 단면의 높이, R: 평균 단면 감면율, D1: 1패스 인발 후 선재의 직경, W: 타원형 단면의 폭을 나타내며, 수학식 1은 R이 5~25%인 범위 내에서 유효함)

평균 단면 감면율(R)이 5~25%인 범위 내에서는 타원형 공형 압연롤(30)의 단면이 상기 수학식 1을 만족시킬 경우 선재(50)가 공형 압연되는 과정에서 잘 맞물리지 못하거나 회전에 필요한 토크가 커져 가공효율이 떨어지는 문제를 방지할 수 있다.

도 9는 선재 및 공형 압연롤의 속도를 표시한 도면이다. 이를 참조하면, 공형 압연롤(30,40)의 적정 속도를 정할 때에는 공형 압연롤(30,40)의 절대적인 표면속도는 중요하기 않고, 선재속도 대비 롤의 표면속도가 중요하다. 여기에서, V1은 제2 다이(20)를 통과한 선재(50)의 속도, V2는 원형 공형 압연롤(40)을 통과한 선재(50)의 속도, V3는 타원형 공형 압연롤(30)을 통과한 선재(50)의 속도, V4는 제1 다이(10)를 통과한 선재(50)의 속도, V5는 초기 선재(50)의 속도, U1은 원형 공형 압연롤(40)의 회전속도, U2는 타원형 공형 압연롤(30)의 회전속도이다.

이때, U2/V3, U1/V2가 각각 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도라고 정의할 수 있으며, U2/V3=U1/V2를 만족시키면 안정적인 조업이 가능하다.

도 10은 공형 압연롤의 마찰계수와 선재속도 대비 공형 압연롤 속도의 관계를 보인 도면이다. 이를 참조하면, 본 도면은 실험계획법(DOE)에 입각하여 마찰계수와 선재속도 대비 롤속도에 따른 선재의 3축 응력을 나타낸 것이다.

도 10의 등고선도 내에서 최대 3축 응력이 인장응력이면 (+)이고 선재(50) 내부 결함 가능성이 있다고 판단되며, 최대 3축 응력이 압축응력이면 (-)이고 선재(50) 내부 결함이 상쇄된다고 판단된다. 따라서, 최대 3축 응력이 압축응력인 영역에서 조업 시 층간분리의 가능성은 없다고 할 수 있다.

참고로, 공형 압연롤의 마찰계수는 μ이고, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도는 γ(U2/V3, U1/V2)이라고 표시한다.

도 11 및 12는 신선공정의 조업 권장 영역을 표시한 도면이다. 먼저 도 11을 참조하면, 조업 권장 영역은 마찰계수 μ가 0.125 이하인 것이 바람직하다. 만약에 마찰계수가 0.125를 초과하는 경우 선재(50) 표면의 품질이 하락하는 문제가 있다. 또한, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ가 1.225 이상인 것이 바람직하다. 만약에 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도가 1.225를 초과하는 경우 패스당 감면율이 떨어지는 문제가 있다.

도 11에 도시된 조업 권장 영역은 도 12에 도시된 조업 권장 영역에 비하여 보다 확실한 영역을 나타내나, 작업자가 제어 영역을 직접 계산해야 하는 번거로움이 있다.

다음으로 도 12를 참조하면, 조업 권장 영역은 마찰계수 μ가 0.075 이상 0.125 이하이고 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ는 1.075 이상 1.225 이하인 것이 바람직하다. 만약에 마찰계수가 0.125를 초과하는 경우 선재(50) 표면의 품질이 하락하고, 0.075 미만인 경우 공형 압연롤(30,40)이 선재(50)를 충분히 밀어주지 못해 3축 인장응력이 발생하는 문제가 있다. 또한, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ가 1.075 이상 1.225 이하인 것이 바람직하다. 만약에 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도가 1.225를 초과하는 경우 패스당 감면율이 떨어지고, 1.075 미만인 경우 선재(50)의 반대방향으로 당기는 힘이 발생하여 3축 인장응력이 발생하는 문제가 있다.

도 12에 도시된 조업 권장 영역은 비교적 좁고 3축 응력이 0을 약간 넘는 부분이 존재하지만 작업자가 쉽게 조업영역을 결정할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 살펴본 하이브리드 장치는 도 4에서 2개의 다이(10,20) 사이에 공형 압연롤(30,40)이 배치되는 것만 도시하였으나, 다이는 복수개가 설치될 수 있고 그 사이마다 공형 압연롤(30,40)이 배치되어 공형 압연공정을 수행할 수 있다. 즉, 인발 -> 타원형 공형 압연 -> 원형 공형 압연 -> 인발 -> 타원형 공형 압연 -> 원형 공형 압연 -> 인발과 같은 신선공정이 반복하여 진행될 수 있는 것이다.

상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 제1 다이 2 : 제2 다이
3 : 제3 다이 4 : 제4 다이
5 : 선재
10 : 제1 다이 20 : 제2 다이
30 : 타원형 공형 압연롤 32 : 타원형 홈
40 : 원형 공형 압연롤 42 : 원형 홈
50 : 선재

Claims (13)

1. 일방으로 인발력에 의해 인출되는 선재를 신선하는 하이브리드 장치에 있어서,
   상기 선재가 통과하면서 인발되고, 전단에서 후단으로 배치될수록 직경이 감소하는 복수개의 다이(Die); 및
   상기 다이의 사이에 한 쌍이 회전가능하게 배치되고, 상기 다이를 통과한 선재의 양측을 가압하여 상기 선재를 전방으로 밀어주는 공형 압연롤을 포함하고,
   상기 공형 압연롤은,
   상기 선재가 통과하는 단면이 타원형인 타원형 공형 압연롤; 및
   상기 선재가 통과하는 단면이 원형인 원형 공형 압연롤을 포함하며,
   상기 선재의 속도 대비 타원형 공형 압연롤의 속도는 상기 선재의 속도 대비 원형 공형 압연롤의 속도와 동일하도록 설계되고,
   상기 공형 압연롤의 마찰계수 μ는 0.075 이상 0.125 이하이고, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ는 1.075 이상 1.225 이하이며,
   상기 타원형 공형 압연롤이 형성하는 타원형 단면은 다음의 수학식을 만족하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 선재를 신선하는 하이브리드 장치.
   [수학식 1]
   H=(1-R)*D1*0.9
   W=(1-R)*D1*1.15
   (H: 타원형 단면의 높이, R: 평균 단면 감면율, D1: 1패스 인발 후 선재의 직경, W: 타원형 단면의 폭을 나타내며, 수학식 1은 R이 5~25%인 범위 내에서 유효함)
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공형 압연롤의 직경은 상기 선재의 직경의 5~50배인 것을 특징으로 하는 선재를 신선하는 하이브리드 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 타원형 공형 압연롤은 상기 원형 공형 압연롤보다 전단에 배치되어 상기 선재는 상기 타원형 공형 압연롤을 통과한 후 상기 원형 공형 압연롤을 통과하면서 압연되는 것을 특징으로 하는 선재를 신선하는 하이브리드 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 일방으로 인발력에 의해 인출되는 선재를 신선하는 하이브리드 방법에 있어서,
   복수개의 다이를 상기 선재가 통과하면서 직경이 감소되는 복수의 인발 단계; 및
   상기 다이의 사이에 배치된 한 쌍의 공형 압연롤을 통과하면서 상기 선재의 양측을 가압하여 상기 선재를 전방으로 밀어주는 공형 압연 단계를 포함하고,
   상기 공형 압연 단계는,
   상기 선재가 통과하는 단면이 타원형인 타원형 공형 압연 단계; 및
   상기 선재가 통과하는 단면이 원형인 원형 공형 압연 단계를 포함하며,
   상기 선재의 속도 대비 타원형 공형 압연롤의 속도는 상기 선재의 속도 대비 원형 공형 압연롤의 속도와 동일하도록 설계되고,
   상기 공형 압연롤의 마찰계수 μ는 0.075 이상 0.125 이하이고, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ는 1.075 이상 1.225 이하이며,
   상기 타원형 공형 압연 단계에서 형성되는 타원형 단면은 다음의 수학식을 만족하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 선재를 신선하는 하이브리드 방법.
   [수학식 1]
   H=(1-R)*D1*0.9
   W=(1-R)*D1*1.15
   (H: 타원형 단면의 높이, R: 평균 단면 감면율, D1: 1패스 인발 후 선재의 직경, W: 타원형 단면의 폭을 나타내며, 수학식 1은 R이 10~25%인 범위 내에서 유효함)
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12. 제 9 항에 있어서,
    상기 공형 압연롤의 마찰계수 μ는 0.125 이하이고, 선재 속도 대비 공형 압연롤 속도 γ는 1.225 이상인 것을 특징으로 하는 선재를 신선하는 하이브리드 방법.
13. 삭제

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