KR102365296B1 - 금속을 반복하여 가공하는 방법 - Google Patents

금속을 반복하여 가공하는 방법 Download PDF

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김순태
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국방과학연구소
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Abstract

일 실시 예에 따른 금속 가공 방법은, X축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 X축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 X축 모서리 단조 단계; Y축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Y축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Y축 모서리 단조 단계; 및 Z축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Z축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Z축 모서리 단조 단계를 포함하고, 상기 X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계는 각각 2회씩 수행되고, 상기 X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계는 순으로 순차적으로 1회 수행된 다음, X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계 순으로 1회 수행될 수 있다.

Description

금속을 반복하여 가공하는 방법{METHOD FOR REPEATEDLY PROCESSING METAL}
아래의 설명은 금속을 반복하여 가공하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전체적으로 육면체 형상인 금속을 반복적으로 단조하여 치밀한 조직으로 가공하는 금속 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 금속의 특징은 내부의 미세조직이나 집합조직의 상태에 따라 달라진다. 예컨대, 조직이 미세할수록 또는 집합조직이 발달할수록 금속 재료의 강도나 경도나 내구성 등 기계적 또는 물리적 성질이 우수해질 수 있다.
따라서, 이러한 금속재료에 소성변형을 가하거나 열처리를 부가하여 내부 조직을 제어하는 것은 금속 가공에서 중요한 가공법들 중 하나이다.
한편, 압연, 압출, 인발 등의 가공 방법은 금속의 내부에 큰 소성변형 및 외형의 변화를 일으키기 때문에 추가적인 공정으로 구현할 수 있는 형상의 한계가 있다. 이러한, 변형상의 한계를 극복하고자 시료의 크기 변화 없이 소성변형을 부가하는 방법인 ECAP(Equal Channel Angular Pressing) 공정은 금속의 크기 변화 없이 반복적으로 강한 소성변형을 부가할 수 있다.
그러나, 이러한 공정 특성상 접촉 마찰로 인해 상당히 높은 응력을 필요로 하며, 금속재료의 시작부와 끝단부에는 균일한 변형을 얻을 수 없으며 시작부와 끝단부의 불균일 부분을 제거하여야 하기 때문에 공정 진행에 따라 재료의 손실이 크다는 문제점이 있었다.
일 실시 예의 목적은 금속이 균질한 극미세조직(homogeneous ultra-fine microstructure)을 갖게 할 수 있는 가공 방법을 제공하는 것이다.
구체적으로는, 일 실시 예의 목적은 앞서 언급한 문제점들을 해결할 수 있는 금속 가공 방법을 제공하는 것이며, 육면체 금속의 3축 방향의 모서리들을 각각 대각단조와 복귀 대각단조로 반복적으로 가공하여 금속 외부의 형상 변화를 최소화하면서도, 금속 내부에 균일한 변형을 부가하여 미세조직과 집합조직을 균일하게 제어할 수 있게 하는 금속 가공 방법을 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않음을 밝혀 둔다.
일 실시 예에 따른 금속 가공 방법은, X축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 X축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 X축 모서리 단조 단계; Y축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Y축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Y축 모서리 단조 단계; 및 Z축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Z축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Z축 모서리 단조 단계를 포함하고, 상기 X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계는 각각 2회씩 수행되고, 상기 X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계는 순으로 순차적으로 1회 수행된 다음, X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계 순으로 1회 수행될 수 있다.
상기 X축 모서리 단조 단계는, 제1 X축 모서리 단조 단계와, 상기 제1 X축 모서리 단조 단계 이후에 수행되는 제2 X축 모서리 단조 단계를 포함하고, 상기 제1 X축 모서리 단조 단계 및 제2 X축 모서리 단조 단계 각각은, X축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 X축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하는 X축 대각단조 단계; 및 상기 X축 대각단조 단계 이후에 수행되고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 X축 복귀 대각단조 단계를 포함할 수 있다.
상기 X축 대각단조 단계에서 가압되는 상기 2개의 X축 모서리는 각각, 상기 X축 복귀 대각단조 단계에서 평탄화되고, 상기 육면체 금속을 구성하는 6개의 면 중 어느 하나의 면의 중앙에 마련될 수 있다.
상기 X축 대각단조 단계는, 상기 X축 방향으로 형성된 모서리 중 어느 하나의 모서리를 수용하고, 상기 X축 방향으로 형성된 모서리에 수직한 면의 변형을 제한하는 제1 금형에서 수행되고, 상기 X축 복귀 대각단조 단계는, 육각 기둥 금속의 일 측면을 지지하고, 상기 X축 방향으로 형성된 모서리에 수직한 면의 변형을 제한하는 제2 금형에서 수행될 수 있다.
상기 Y축 모서리 단조 단계는, 제1 Y축 모서리 단조 단계와, 상기 제1 Y축 모서리 단조 단계 이후에 수행되는 제2 Y축 모서리 단조 단계를 포함하고, 상기 제1 Y축 모서리 단조 단계 및 제2 Y축 모서리 단조 단계 각각은, Y축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Y축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하는 Y축 대각단조 단계; 및 상기 Y축 대각단조 단계 이후에 수행되고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Y축 복귀 대각단조 단계를 포함할 수 있다.
상기 Z축 모서리 단조 단계는, 제1 Z축 모서리 단조 단계와, 상기 제1 Z축 모서리 단조 단계 이후에 수행되는 제2 Z축 모서리 단조 단계를 포함하고, 상기 제1 Z축 모서리 단조 단계 및 제2 Z축 모서리 단조 단계 각각은, Z축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Z축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하는 Z축 대각단조 단계; 및 상기 Z축 대각단조 단계 이후에 수행되고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Z축 복귀 대각단조 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 금속을 가공하는 방법에 따르면, 대각단조와 복귀 대각단조를 반복하여 금속 외부의 형상 변화를 최소화하면서 금속 내부에 균일한 변형을 부가하여 미세조직과 집합조직을 균일하게 제어할 수 있고, 이를 통해 탄탈륨이나 구리 등 초미립 금속 재료의 제조를 가능하게 할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 효과는 이에 제한되지 않음을 밝혀 둔다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 육면체 금속을 가공하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 육면체 금속을 가공하는 방법을 보다 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 1의 금속 가공 방법에 따른 금속의 가공 단계의 일부분을 단계적으로 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 3에 이어서, 도 1의 금속 가공 방법의 나머지 단계들을 단계적으로 나타내는 개념도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 금속 가공 방법에 적용되는 제1 금형의 X축 대각단조 이전 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 금속 가공 방법에 적용되는 제1 금형의 X축 대각단조 이후 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 금속 가공 방법에 적용되는 제2 금형의 X축 복귀 대각단조 이전 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 금속 가공 방법에 적용되는 제2 금형의 X축 복귀 대각단조 이후 상태를 나타내는 사시도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시 예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시 예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부된 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시 예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 금속을 가공하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 금속 가공 방법은, X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계를 포함할 수 있다. X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계는 각각 2회씩 수행될 수 있다. X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계는 두 번의 사이클(cycle)을 이루면 수행될 수 있다. 다시 말하면, X축 모서리 단조 단계(S1-1), Y축 모서리 단조 단계(S2-1) 및 Z축 모서리 단조 단계(S3-1)가 순차적으로 1회 수행된 후, 이어서 X축 모서리 단조 단계(S1-2), Y축 모서리 단조 단계(S2-2) 및 Z축 모서리 단조 단계(S3-2)가 다시 1회 수행될 수 있다.
여기서, 가공의 대상이 되는 육면체 금속은, 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, X축 방향으로 4개의 모서리(E11, E12, E13, E14)가 형성되고, Y축 방향으로 4개 모서리(E21, E22, E23, E24)가 형성되고, Z축 방향으로 4개의 모서리(E31, E32, E33, E34)가 형성되는 전체적으로 육면체 형상을 갖는 육면체 금속(1)일 수 있다. 여기서, 육면체 금속(1)은 도면에 도시된 형상에 제한되지 않으며, 각종 크기 및 비율을 가는 다양한 형태와 크기로 구성될 수 있음을 밝혀 둔다. 육면체 금속(1)은 예를 들어 그 재질이 탄탈륨 또는 구리 등일 수 있다.
예를 들어, X축 모서리 단조 단계(는 육면체 금속(1)의 X축 방향으로 형성된 4개의 모서리(E11, E12, E13, E14)들을 가압하는 단계일 수 있다. Y축 모서리 단조 단계는 육면체 금속(1)의 Y축 방향으로 형성된 4개의 모서리(E21, E22, E23, E24)들을 가압하는 단계일 수 있다. Z축 모서리 단조 단계는 육면체 금속(1)의 Z축 방향으로 형성된 4개의 모서리(E31, E32, E33, E34)들을 가압하는 단계일 수 있다.
도 2는 도 1의 육면체 금속을 가공하는 방법을 보다 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, X축 모서리 단조 단계는 제1 X축 모서리 단조 단계(S1-1) 및 제2 X축 모서리 단조 단계(S1-2)를 포함할 수 있다. 제1 X축 모서리 단조 단계(S1-1)는 제1 X축 대각단조 단계(S11)와 제1 X축 복귀 대각단조 단계(S12)를 포함하고, 제2 X축 모서리 단조 단계(S1-2)는 제2 X축 대각단조 단계(S13)와 제2 X축 복귀 대각단조 단계(S14)를 포함할 수 있다.
제1 X축 대각단조 단계(S11)와, 제2 X축 대각단조 단계(S13)는 제1 금형(M1, 도 5 참조)을 통해 수행될 수 있고, 제1 X축 복귀 대각단조 단계(S12)와, 제2 X축 복귀 대각단조 단계(S14)는 제2 금형(M2, 도 7 참조)을 이용하여 이루어질 수 있다.
Y축 모서리 단조 단계는 제1 Y축 모서리 단조 단계(S2-1) 및 제2 Y축 모서리 단조 단계(S2-2)를 포함할 수 있다. 제1 Y축 모서리 단조 단계(S2-1)는 제1 Y축 대각단조 단계(S21)와 제1 Y축 복귀 대각단조 단계(S22)를 포함하고, 제2 Y축 모서리 단조 단계(S2-2)는 제2 Y축 대각단조 단계(S23)와 제2 Y축 복귀 대각단조 단계(S24)를 포함할 수 있다.
제1 Y축 대각단조 단계(S21)와, 제2 Y축 대각단조 단계(S23)는 제1 금형(M1, 도 5 참조)을 통해 수행될 수 있고, 제1 Y축 복귀 대각단조 단계(S22)와, 제2 Y축 복귀 대각단조 단계(S24)는 제2 금형(M2, 도 7 참조)을 이용하여 이루어질 수 있다.
Z축 모서리 단조 단계(S3)는 제1 Z축 모서리 단조 단계(S3-1) 및 제2 Z축 모서리 단조 단계(S3-2)를 포함할 수 있다. 제1 Z축 모서리 단조 단계(S3-1)는 제1 Z축 대각단조 단계(S31)와 제1 Z축 복귀 대각단조 단계(S32)를 포함하고, 제2 Z축 모서리 단조 단계(S3-2)는 제2 Z축 대각단조 단계(S33)와 제2 Z축 복귀 대각단조 단계(S34)를 포함할 수 있다.
제1 Z축 대각단조 단계(S31)와, 제2 Z축 대각단조 단계(S33)는 제1 금형(M1, 도 5 참조)을 통해 수행될 수 있고, 제1 Z축 복귀 대각단조 단계(S32)와, 제2 Z축 복귀 대각단조 단계(S34)는 제2 금형(M2, 도 7 참조)을 이용하여 이루어질 수 있다.
도 3은 도 1의 금속 가공 방법에 따른 금속의 가공 단계의 일부분을 단계적으로 나타내는 개념도이고, 도 4는 도 3에 이어서, 도 1의 금속 가공 방법의 나머지 단계들을 단계적으로 나타내는 개념도이다.
도 3 및 도 4에서 패턴 없이 도시된 면은 설명의 편의를 위해서, 패턴 없이 도시된 것이지 반드시 서로 동일한 면이라는 의미가 아님을 밝혀 둔다. 예를 들어, 단계(S11) 및 단게(S12)에서 패턴 없이 도시된 면은 서로 동일한 면이나, 단계(S12) 및 단계(S13)에서 패턴 없이 도시된 면은 서로 상이한 면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 X축 대각단조 단계(S11)는 왼쪽 가장 위쪽에 도시된 그림과 같이, 육면체 금속(1)의 X1축 방향의 모서리(E11, E12, E13, E14) 중 대각선 방향으로 배치되는 2개의 모서리(E11, E13)를 가압하여 왼쪽 위에서 두 번째 그림과 같이, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)으로 단조하는 단계일 수 있다. 여기서 '대각선 방향'으로 배치된다는 것은, 육면체 금속(1)의 중심을 기준으로 서로 반대편에 배치되는 것을 의미한다. 제1 X축 대각단조 단계(S11)는 X1축과 수직인 제1 면(F1)의 변형을 제한하는 제1 금형(M1)을 이용하여 수행될 수 있다(도 5 참조). 따라서, 제1 면(F1)의 변형이 제한되기 때문에, 모서리(E11, E13)가 가압되면 제1 면(F1)과 수직인 제2 면(F2) 및 제3 면(F3)으로 변형이 유도되어, 제2 면(F2) 및 제3 면(F3)으로 이루어지는 돌출부가 형성될 수 있다.
이어서, 제1 X축 복귀 대각단조 단계(S12)는, 왼쪽 위에서 세 번째 그림처럼, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)을 상대적으로 90도 회전시켜서, 4개의 4축 방향의 모서리(E11, E12, E13, E14) 중 나머지 2개의 모서리(E12, E14)가 마련된 돌출부를 가압하여, 왼쪽 위에서 네 번째 그림처럼, 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원하는 단계일 수 있다. 이 때, 제1 X축 복귀 대각단조 단계(S12)는 제1 면(F1)의 변형하는 제한하는 제2 금형(M2)을 이용할 있다(도 7 참조). 따라서, 제1 면(F1)의 변형이 제한되기 때문에 돌출부가 가압되면 최초의 형태와 유사한 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원될 수 있다.
도 3의 왼쪽 위에서 네 번째 그림처럼, 비록 최초의 형태와 유사하지만 내부적으로는 미세조직이 더 미세화되어 기계적 또는 물질적 성능이 향상될 수 있다. 제1 X축 복귀 대각단조 단계(S12) 이후에, 단조된 육면체 금속(1)의 제1 면(F1)과 수직인 제2 면(F2)의 내부에 나머지 최초 모서리(E11, E12)가 압착되어 평탄화될 수 있다. 다시 말하면, 제1 X축 대각단조 단계(S11)에서 가압되는 2개의 모서리(E11, E12)는 제1 X축 복귀 대각단조 단계(S12) 이후에 육면체 금속을 구성하는 6개의 면 중 일 면에 중앙에 위치할 수 있다.
제1 Y축 대각단조 단계(S21)는 도 3의 가운데 위에서 첫 번째 그림처럼, 육면체 금속(1)의 Y1축 방향의 모서리(E21, E22, E23, E24) 중 대각선 방향으로 배치되는 2개의 모서리(E21, E23)를 가압하여 도 3의 가운데 위에서 두 번째 그림과 같이, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)으로 단조하는 단계일 수 있다. 제1 Y축 대각단조 단계(S21)는 Y1축과 수직인 제2 면(F2')의 변형을 제한하는 제1 금형(M1)을 이용하여 수행될 수 있다(도 5 참조). 따라서, 제2 면(F2')의 변형이 제한되기 때문에, 모서리(E21, E23)가 가압되면 제2 면(F2')과 수직인 제1 면 및 제3 면(F3')으로 변형이 유도되어, 제1 면 및 제3 면(F3')으로 이루어지는 돌출부가 형성될 수 있다.
이어서, 제1 Y축 복귀 대각단조 단계(S24)는, 도 3의 가운데 위에서 세 번째 그림처럼, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)을 상대적으로 90도 회전시켜서, 4개의 축 방향의 모서리(E21, E22, E23, E24) 중 나머지 2개의 모서리(E26, E28)이 마련된 돌출부를 가압하여, 가운데 위에서 네 번째 그림처럼, 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원하는 단계일 수 있다. 이 때, 제1 Y축 복귀 대각단조 단계(S24)는 제2 면(F2')의 변형하는 제한하는 제2 금형(M2)을 이용할 있다(도 7 참조). 따라서, 제2 면(F2')의 변형이 제한되기 때문에 돌출부가 가압되면 최초의 형태와 유사한 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원될 수 있다.
제1 Y축 복귀 대각단조 단계(S24)를 거친 뒤, 육면체 금속은 도 3의 가운데 위에서 네 번째 그림처럼, 최초의 형태와 유사한 형태를 가질 수 있는 것은 물론이고, 내부적으로는 미세조직이 더 미세화되어 기계적 및 물리적 성능이 향상되기 때문에, 변형율을 최소화하여 조직의 손상을 방지할 수 있다.
이어서, 제1 Z축 대각단조 단계(S31)는 도 3의 오른쪽 가장 위쪽에 도시된 그림과 같이, 육면체 금속(1)의 Z1축 방향의 모서리(E31, E32, E33, E34) 중 대각선 방향으로 배치되는 2개의 모서리(E31, E33)를 가압하여 도 3의 오른쪽 위에서 두 번째 그림과 같이, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)으로 단조하는 단계일 수 있다. 제1 Z축 대각단조 단계(S31)는 Z1축과 수직인 제3 면(F3")의 변형을 제한하는 제1 금형(M1)을 이용하여 수행될 수 있다(도 5 참조). 따라서, 제3 면(F3")의 변형이 제한되기 때문에, 모서리(E31, E33)가 가압되면 제3 면(F3")과 수직인 제1 면(F1") 및 제2 면으로 변형이 유도되어, 제1 면(F1") 및 제2 면으로 이루어지는 돌출부가 형성될 수 있다.
이어서, 제1 Z축 복귀 대각단조 단계(S32)는, 도 3의 오른쪽 위에서 세 번째 그림처럼, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)을 상대적으로 90도 회전시켜서, 4개의 4축 방향의 모서리(E31, E32, E33, E34) 중 나머지 2개의 모서리(E32, E34)가 마련된 돌출부를 가압하여, 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원하는 단계일 수 있다. 이 때, 제1 Z축 복귀 대각단조 단계(S32)는 제3 면(F3")의 변형하는 제한하는 제2 금형(M2)을 이용할 있다(도 7 참조). 따라서, 제3 면(F3")의 변형이 제한되기 때문에 돌출부가 가압되면 최초의 형태와 유사한 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원될 수 있다.
도 3의 오른쪽 위에서 네 번째 그림처럼, 비록 최초의 형태와 유사하지만 내부적으로는 미세조직이 더 미세화되어 기계적 또는 물질적 성능이 향상될 수 있다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 X축 대각단조 단계(S13)는 왼쪽 위에서 첫 번째 그림처럼, 육면체 금속(1)의 X2축 방향의 모서리(E15, E16, E17, E18) 중 대각선 방향으로 배치되는 2개의 모서리(E15, E17)를 가압하여 가운데 위에서 두 번째 그림과 같이, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)으로 단조하는 단계일 수 있다. 여기서, X2축은 X1축과 상이한 축을 의미함을 밝혀 둔다. 제2 X축 대각단조 단계(S13)는 X2축과 수직인 제1 면(f1)의 변형을 제한하는 제1 금형(M1)을 이용하여 수행될 수 있다(도 5 참조). 따라서, 제1 면(f1)의 변형이 제한되기 때문에, 모서리(E15, E17)가 가압되면 제1 면(f1)과 수직인 제2 면(f2) 및 제3 면(f3)으로 변형이 유도되어, 제2 면(f2) 및 제3 면(f3)으로 이루어지는 돌출부가 형성될 수 있다.
이어서, 제2 X축 복귀 대각단조 단계(S14)는, 도 4의 왼쪽 위에서 세 번째 그림처럼, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)을 상대적으로 90도 회전시켜서, 4개의 4축 방향의 모서리(E15, E16, E17, E18) 중 나머지 2개의 모서리(E16, E18)이 마련된 돌출부를 가압하여, 도 4의 왼쪽 위에서 네 번째 그림처럼, 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원하는 단계일 수 있다. 이 때, 제2 X축 복귀 대각단조 단계(S14)는 제1 면(F1)의 변형하는 제한하는 제2 금형(M2)을 이용할 있다(도 7 참조). 따라서, 제1 면(F1)의 변형이 제한되기 때문에 돌출부가 가압되면 최초의 형태와 유사한 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원될 수 있다.
제2 X축 복귀 대각단조 단계(S14)를 거친 뒤, 육면체 금속은 도 4의 왼쪽 위에서 네 번째 그림처럼, 최초의 형태와 유사한 형태를 가질 수 있는 것은 물론이고, 내부적으로는 미세조직이 더 미세화되어 기계적 및 물리적 성능이 향상될 수 있다.
이어서, 제2 Y축 대각단조 단계(S23)는 도 4의 가운데 가장 위쪽에 도시된 그림과 같이, 육면체 금속(1)의 Y2축 방향의 모서리(E25, E26, E27, E28) 중 대각선 방향으로 배치되는 2개의 모서리(E25, E27)를 가압하여, 도 4의 가운데 위에서 두 번째 그림과 같이, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)으로 단조하는 단계일 수 있다. 여기서, Y2축은 Y1축과 상이한 축임을 밝혀 둔다. 제2 Y축 대각단조 단계(S23)는 Y2축과 수직인 제2 면(f2')의 변형을 제한하는 제1 금형(M1)을 이용하여 수행될 수 있다(도 5 참조). 따라서, 제2 면(f2')의 변형이 제한되기 때문에, 모서리(E25, E27)가 가압되면 제2 면(f2')과 수직인 제1 면 및 제3 면(f3')으로 변형이 유도되어, 제1 면 및 제3 면(f3')으로 이루어지는 돌출부가 형성될 수 있다.
이어서, 제2 Y축 복귀 대각단조 단계(S24)는, 도 4의 가운데 위에서 세 번째 그림처럼, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)을 상대적으로 90도 회전시켜서, 4개의 Y2축 방향의 모서리(E25, E26, E27, E28) 중 나머지 2개의 모서리(E26, E28)가 마련된 돌출부를 가압하여, 도 4의 가운데 위에서 네 번째 그림처럼, 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원하는 단계일 수 있다. 제2 Y축 대각단조 단계(S24)를 거침으로 인해, 2개의 모서리(E26, E28) 각각은 육각 기둥 금속(2)의 모서리가 아닌 일 측면에 중앙부에 위치한다. 이 때, 제2 Y축 복귀 대각단조 단계(S24)는 제2 면(f2')의 변형하는 제한하는 제2 금형(M2)을 이용할 있다(도 7 참조). 따라서, 제2 면(f2')의 변형이 제한되기 때문에 돌출부가 가압되면 최초의 형태와 유사한 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원될 수 있다.
도 4의 가운데 위에서 네 번째 그림처럼, 비록 최초의 형태와 유사하지만 내부적으로는 미세조직이 더 미세화되어 기계적 또는 물질적 성능이 향상될 수 있다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 Z축 대각단조 단계(S33)는 오른쪽 위에서 첫 번째 그림처럼, 육면체 금속(1)의 Z1축 방향의 모서리(E35, E36, E37, E38) 중 대각선 방향으로 배치되는 2개의 모서리(E35, E37)를 가압하여 가운데 위에서 두 번째 그림과 같이, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)으로 단조하는 단계일 수 있다. 제2 Z축 대각 단조 단계(S33)는 Y2축과 수직인 제3 면(f3")의 변형을 제한하는 제1 금형(M1)을 이용하여 수행될 수 있다(도 5 참조). 따라서, 제3 면(f3")의 변형이 제한되기 때문에, 모서리(E35, E37)가 가압되면 제3 면(f3")과 수직인 제1 면(f1") 및 제2 면으로 변형이 유도되어, 제1 면(f1") 및 제2 면으로 이루어지는 돌출부가 형성될 수 있다.
이어서, 제2 Z축 복귀 대각단조 단계(S34)는, 도 4의 오른쪽 위에서 세 번째 그림처럼, 전체적으로 육각 기둥 금속(2)을 상대적으로 90도 회전시켜서, 4개의 4축 방향의 모서리(E35, E36, E37, E38) 중 나머지 2개의 모서리(E36, E38)이 마련된 돌출부를 가압하여, 도 4의 오른쪽 위에서 네 번째 그림처럼, 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원하는 단계일 수 있다. 이 때, 제2 Z축 복귀 대각단조 단계(S34)는 제3 면(f3")의 변형하는 제한하는 제2 금형(M2)을 이용할 있다(도 7 참조). 따라서, 제3 면(f3")의 변형이 제한되기 때문에 돌출부가 가압되면 최초의 형태와 유사한 전체적으로 육면체 금속(1)으로 복원될 수 있다.
제2 Z축 복귀 대각단조 단계(S34)를 거친 뒤, 육면체 금속은 도 4의 오른쪽 위에서 네 번째 그림처럼, 최초의 형태와 유사한 형태를 가질 수 있는 것은 물론이고, 내부적으로는 미세조직이 더 미세화되어 기계적 및 물리적 성능이 향상될 수 있다.
상기 단계들을 통해, 최초 육면체 금속의 Z2축과 수직인 제3 면(f3")의 변형을 제한하는 Z축 모서리 단조 단계(S3)를 마칠 수 있다. 여기서, Z2축은 Z1축과 상이한 축임을 밝혀 둔다.
이로써, 육면체 금속은 외부의 형상 변화를 최소화하면서 금속 내부에 균일한 변형을 부가하여, 미세조직과 집합조직을 균일하게 제어할 수 있고, 이를 통해서 탄탈륨이나 구리 등 초미세립 금속 재료의 제조를 가능하게 할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 금속 가공 방법에 적용되는 제1 금형의 X축 대각단조 이전 상태를 나타내는 사시도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 금속 가공 방법에 적용되는 제1 금형의 X축 대각단조 이후 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 금형(M1)은, 어느 한 방향의 면의 변형을 제한할 수 있도록 서로 마주하는 2개의 내측면을 갖는 수용부(A)를 포함하는 수용 지그(10)와, 수용부(A)의 하방에 형성되고 육면체 금속(1)과 접촉되는 부분을 기준으로 서로 대칭을 이루는 제1 오목 경사면(C1) 및 제2 오목 경사면(C2)이 형성되는 하측 파트(20)와, 하측 파트(20)에 가까워지는 방향 또는 하측 파트(20)로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 가능하게 구비되고 육면체 금속(1)과 접촉되는 부분을 기준으로 서로 대칭을 이루는 제3 오목 경사면(C3) 및 제4 오목 경사면(C4)이 형성되는 상측 파트(30)를 포함할 수 있다.
제1 금형(M1)을 이용할 경우, X축 대각단조 단계, Y축 대각단조 단계 및 Z축 대각단조 단계에서, 육면체 금속(1)을 수용부(A)에 투입하여 모서리가 하측 파트(20)에 접촉하도록, 육면체 금속(1)을 하측 파트(20)에 안착시킨 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 상측 파트(30)를 이용하여 육면체 금속(1)을 가압하여 육각 기둥 금속(2)으로 가공할 수 있다. 이처럼, 제1 금형(M1)을 이용하여 대각단조가 가능하고, 대각 단조는 조직의 변형을 최소화하면서 조직을 미세화할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 금속 가공 방법에 적용되는 제2 금형의 X축 복귀 대각단조 이전 상태를 나타내는 사시도이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 금속 가공 방법에 적용되는 제2 금형의 X축 복귀 대각단조 이후 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 금형(M2)은, 어느 한 방향의 면의 변형을 제한할 수 있도록 서로 마주하는 2개의 내측면을 갖는 수용부(B)를 포함하는 수용 지그(40)와, 수용부(B)의 하방에 형성되고 육각 기둥 금속(2)의 하측면과 접촉하는 접촉면에 제1 평면(P1)이 형성되는 하측 파트(50)와, 수용부(B)의 상방에 형성되고 하측 파트(50)에 가까워지는 방향 및 하측 파트(50)로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 가능하게 구비되고 육각 기둥 금속(2)과 접촉하는 접촉면에 제2 평면(P2)이 형성되는 상측 파트(60)를 포함할 수 있다.
제2 금형(M2)을 이용할 경우, X축 복귀 대각단조 단계, Y축 복귀 대각단조 단계 및 Z축 복귀 대각단조 단계에서, 육각 기둥 금속(2)을 수용부(B)에 투입하여 하측 파트(50)에 상에 안착시킨 다음, 상측 파트(60)를 이용하여 육각 기둥 금속(2)을 가압하여 육면체 금속(1)으로 복원 가공할 수 있다. 제2 금형(M2)을 이용하여 복귀 대각단조가 가능하고, 복귀 대각단조는 조직의 변형을 최소화하면서 조직을 미세화할 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (6)

  1. 육면체 금속을 가공하는 방법에 있어서,
    X축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 X축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 X축 모서리 단조 단계;
    Y축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Y축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Y축 모서리 단조 단계; 및
    Z축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Z축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Z축 모서리 단조 단계를 포함하고,
    상기 X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계는 각각 2회씩 수행되고,
    상기 X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계는 순차적으로 1회 수행되고, 그 다음에, X축 모서리 단조 단계, Y축 모서리 단조 단계 및 Z축 모서리 단조 단계가 순차적으로 1회 수행되고,
    상기 X축 모서리 단조 단계는, 제1 X축 모서리 단조 단계와, 상기 제1 X축 모서리 단조 단계 이후에 수행되는 제2 X축 모서리 단조 단계를 포함하고,
    상기 제1 X축 모서리 단조 단계 및 제2 X축 모서리 단조 단계 각각은,
    X축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 X축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하는 X축 대각단조 단계; 및
    상기 X축 대각단조 단계 이후에 수행되고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 X축 복귀 대각단조 단계를 포함하는 금속 가공 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 X축 대각단조 단계에서 가압되는 상기 2개의 X축 모서리는 각각, 상기 X축 복귀 대각단조 단계에서 평탄화되고, 상기 육면체 금속을 구성하는 6개의 면 중 어느 하나의 면의 중앙에 마련되는 금속 가공 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 X축 대각단조 단계는, 상기 X축 방향으로 형성된 모서리 중 어느 하나의 모서리를 수용하고, 상기 X축 방향으로 형성된 모서리에 수직한 면의 변형을 제한하는 제1 금형에서 수행되고,
    상기 X축 복귀 대각단조 단계는, 육각 기둥 금속의 일 측면을 지지하고, 상기 X축 방향으로 형성된 모서리에 수직한 면의 변형을 제한하는 제2 금형에서 수행되는 금속 가공 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 Y축 모서리 단조 단계는, 제1 Y축 모서리 단조 단계와, 상기 제1 Y축 모서리 단조 단계 이후에 수행되는 제2 Y축 모서리 단조 단계를 포함하고,
    상기 제1 Y축 모서리 단조 단계 및 제2 Y축 모서리 단조 단계 각각은,
    Y축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Y축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하는 Y축 대각 단조단계; 및
    상기 Y축 대각단조 단계 이후에 수행되고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Y축 복귀 대각단조 단계를 포함하는 금속 가공 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 Z축 모서리 단조 단계는, 제1 Z축 모서리 단조 단계와, 상기 제1 Z축 모서리 단조 단계 이후에 수행되는 제2 Z축 모서리 단조 단계를 포함하고,
    상기 제1 Z축 모서리 단조 단계 및 제2 Z축 모서리 단조 단계 각각은,
    Z축 방향으로 형성된 모서리들 중 상기 육면체 금속의 중심을 기준으로 서로 반대편에 마련되는 2개의 Z축 모서리를 가압하여, 상기 육면체 금속을 육각 기둥 금속으로 가공하는 Z축 대각단조 단계; 및
    상기 Z축 대각단조 단계 이후에 수행되고, 상기 육각 기둥 금속을 다시 육면체 금속으로 복원시키는 Z축 복귀 대각단조 단계를 포함하는 금속 가공 방법.
  6. 삭제
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