KR20110115401A - 연속전단변형 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20110115401A
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Abstract

본 발명은 연속전단변형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인금형을 통과하는 금속소재의 표면 뿐만 아니라 심부까지 결정립을 초미세화 가공하여 강도를 전면적으로 향상시킬 수 있도록 한 연속전단변형 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 장치에 있어서, 중앙에 편심홀이 회전축에 대하여 편심되게 형성되고, 메인금형 일방에 회전 가능하게 장착된 구동다이와; 중앙에 편심가공홀이 형성되어 상기 편심홀 내측에 편심되게 장착된 편심다이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따라, 금속소재가 메인금형에서 편심다이 내부로 가압 및 이동되는 과정에서 편심다이의 편심가공홀이 메인금형의 인출홀 주위를 공전하듯이 편심다이가 편심 회전하게 됨으로써, 금속소재의 표면은 물론 심부에 강한 전단소성변화를 가하게 되어 금속소재의 표면과 심부의 결정립을 초미세화시킬 수 있고, 이로 인해 금속소재의 표면과 심부의 강도를 강화시켜 소성변형 가공되는 금속소재의 전면적 강도를 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 연속적인 전단변형의 구현으로 인해 재료의 두께 및 길이에 제한을 받지 않으면서 전단 변형된 소재를 연속적으로 대량 생산할 수 있는 효과도 있다.

Description

연속전단변형 장치 및 그 방법{METHOD AND APPARATUS FOR EXTRUSION WITH MONOTONIC TORSION}
본 발명은 연속전단변형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인금형을 통과하는 금속소재의 표면 뿐만 아니라 심부까지 결정립을 초미세화 가공하여 금속소재의 강도를 전면적으로 향상시킬 수 있도록 한 연속전단변형 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연속전단변형은 금속 소재에 전단변형을 일으켜 소재의 강도, 연성 및 성형성 등을 향상시키는 가공법을 일컫는 것으로, 대표적으로 등통로 각압출법(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)과, 등통로 각인발법(Equal Channel Angular Drawing, ECAD) 및 등통로 각압연법(Equal Channel Angular Rolling, ECAR) 등을 들 수 있다.
이 중, ECAP장치로 알려진 전단변형장치에 대해 간단하게 설명하면, 통상 동일한 단면적을 갖는 입구측 통로와 출구측 통로를 'L'자 형으로 형성한 금형을 구비하고, 상기 입구측 통로에 금속 소재를 넣어 가압장치를 통해 가압함으로써, 금속 소재를 출구측 통로로 밀어내게 된다.
이처럼, 금속 소재를 밀어내는 가공을 하게 되면, 가공 후의 금속 소재 단면적은 변하지 않게 되므로 반복적인 가공이 가능하고, 또한 금속 소재가 'L'자로 꺽이는 과정에서 소재에 심한 전단소성변화를 가할 수 있으므로, 소재의 결정립을 미세화시켜 강도를 크게 강화시킬 수 있고, 기계적 성질을 개선하게 된다.
그러나, 이같은 ECAP장치는 한 번 소재를 밀어내고 나면 금형으로부터 가압장치를 빼낸 후 또 다른 금속 소재를 공급해야 함으로써, 가공작업이 번거로움은 물론 금속 소재를 연속적으로 공급하는 것이 실질적으로 불가능할 뿐만 아니라, 특히 전단변형이 가해지는 소재의 두께 및 길이가 크게 제한되는 문제가 있었다.
한편, 위와 같은 연속전단변형법의 종래에 개시된 기술들 중 몇 가지를 아래와 같이 살펴본다. 먼저 도 1은 국내 공개특허공보 공개번호 제2001-0103208호 "연속 전단변형장치"에 개시된 도면으로 간단하게 설명하면, 금형(1)(2) 내부에 굴곡부를 갖는 금형로(3)를 구비하고, 상기 금형 내부에 소재(5)를 넣어 구비하며, 이 소재(5)를 펀치(4)로 밀어내어 금형로(3)를 통과시킨다.
그러나, 상기한 종래의 연속 전단변형장치는 장치 구조 특성상 위에서 언급한 문제점을 그대로 갖고 있어, 소재의 두께 및 길이가 크게 제한되고, 소재의 연속 공급이 불가능한 문제가 있었다.
또한, 상기한 종래 기술 이 외에도 공지된 기술들 중 대부분이 위와 같은 문제점을 갖고 있는 바, 다른 종래 기술들을 간단하게 살펴보면 도 2와 도 3은 국내 공개특허공보 공개번호 제2005-0045469호 "균일 전단 변형 장치 및 전단 변형 방법"에 개재된 도면으로, 동일한 단면적을 갖는 입구측 통로(2)와 출구측 통로(4)가 'ㄴ'자 형으로 교차하는 금형(1)과, 상기 입구측 통로(2)에 소재(3)를 넣어 가압하여 출구측 통로(4)로 밀어내는 가압장치(도시 생략)로 구성된다.
상기한 도 2와 도 3에서 도시한 장치와 유사한 종래 기술로, 도 4에 도시한 바와 같이 국내 등록특허공보 제10-0778763호의 "한 개의 공전롤을 갖는 인발형 연속 전단변형장치"에도 도시되어 있으며, 또한 국내 등록특허공보 등록번호 제10-0756433호의 "이송압연을 이용한 고강도 금속 판재의 제조방법" 등 다수가 출원된 바 있다.
한편, 상기한 전단변형 가공법 이 외에 또 다른 전단변형 가공법으로 비틀림압출법(Extrusion with Monotonic Torsion, EMT)을 들 수 있는데, 이는 다이 또는 컨테이너를 한 방향으로 회전시켜 금속소재를 비틀면서 압출하는 가공법으로, 다이에서 배출되는 금속소재의 표면을 비틀면서 압출 가공하게 된다.
이에, 도 5는 상기한 종래의 비틀림압출법이 개시된 일본 공개특허공보 공개번호 특개2005-990호의 "재료의 비틀림 압출 가공법"에 대한 것으로, 간단하게 살펴보면 컨테이너(3)를 고정시키고, 상기 컨테이너(3) 일측에는 중앙의 회전축(a)을 중심으로 다이스(2)를 회전 가능하게 결합하며, 상기 컨테이너(3) 타측에는 상기 컨테이너(3)에 내장되는 재료(1)를 가압할 수 있도록 푸셔(4)를 장착한다.
즉, 푸셔의 가압과 함께 컨테이너에 내장된 재료가 압출 가공을 시작하게 되면, 이와 동시에 다이스가 회전축을 중심으로 회전하게 됨으로써, 압출 가공되는 재료의 표면에 다이스로 인해 비틀림을 가하게 되고, 이로 인해 압출되는 재료의 표면결정립을 미세화시켜 표면 강도를 높일 수 있게 된다.
그러나, 상기한 종래 기술은 다이스 내측면에 접하는 재료의 표면 부분에만 전단변형이 발생하게 됨으로써, 재료의 심부에는 전단변형이 이루어지지 않게 되며, 이에 따라 압출 가공되는 재료의 심부 강도를 향상시키에는 어려움이 있어 제품의 강도를 전면적으로 향상시킬 수 없는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제2001-0103208호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제2005-0045469호 일본 공개특허공보 공개번호 특개2005-990호 미국 특허 제5737959호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제0756433호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제0778763호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제2008-0046393호
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 메인금형을 통과하는 금속소재의 표면뿐만 아니라 심부까지 전면적인 결정립 미세화 가공을 통해서 금속소재의 강도를 향상시킬 수 있고 금속재료의 크기와 길이에 제한을 받지 않도록 한 연속전단변형 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연속전단변형 장치는, 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 장치에 있어서, 중앙에 편심홀이 회전축에 대하여 편심되게 형성되고, 메인금형 일방에 회전 가능하게 장착된 구동다이와; 중앙에 편심가공홀이 형성되어 상기 편심홀 내측에 편심되게 장착된 편심다이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 구동다이 일방에는 중앙에 가공홀이 형성된 보조다이를 더 설치 가능하다.
그리고, 상기 구동다이와 편심다이 사이에는 베어링을 더 설치 가능하다.
한편, 본 발명의 연속전단변형 방법은, 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서, 메인금형 전방에 장착된 구동다이가 회전됨과 동시에 상기 구동다이 내측에 편심되게 장착된 편심다이가 상기 구동다이와 함께 편심 회전되면서 상기 편심다이 중앙의 편심가공홀을 통해 금속소재를 소성변형 가공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 연속전단변형 방법은, 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서, 메인금형 전방에 장착된 구동다이가 회전됨과 동시에 상기 구동다이 내측에 편심되게 장착된 편심다이가 상기 구동다이와 함께 편심 회전되면서 상기 편심다이 중앙의 편심가공홀을 통해 금속소재를 전단소성변형 가공하고, 상기 소성변형 가공되는 금속소재를 보조다이 중앙의 가공홀을 통해 다시 소성변형 가공하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 또 다른 연속전단변형 방법은, 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서, 메인금형 전방에 장착된 구동다이가 회전됨과 동시에 상기 구동다이 내측에 편심되게 장착된 편심다이가 상기 구동다이와 함께 편심 회전하되, 편심다이와 구동다이 사이에 장착된 베어링에 의해 편심다이의 자전은 제한하면서 편심다이 중앙의 편심가공홀을 통해 금속소재를 소성변형 가공하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 연속전단변형 방법은, 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서, 메인금형 전방에 장착된 구동다이가 회전됨과 동시에 상기 구동다이 내측에 편심되게 장착된 편심다이가 상기 구동다이와 함께 편심 회전하되, 편심다이와 구동다이 사이에 장착된 베어링에 의해 편심다이의 자전은 제한하면서 편심다이 중앙의 편심가공홀을 통해 금속소재를 소성변형 가공하고, 상기 소성변형 가공되는 금속소재를 보조다이 중앙의 가공홀을 통해 다시 소성변형 가공하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 금속소재가 메인금형에서 편심다이 내부로 가압 및 이동되는 과정에서 편심다이의 편심가공홀이 메인금형의 인출홀 주위를 공전하듯이 편심다이가 편심 회전하게 됨으로써, 금속소재의 표면은 물론 심부에 강한 전단소성변화를 가하게 되어 금속소재의 표면과 심부의 결정립을 초미세화시킬 수 있고, 이로 인해 금속소재의 표면과 심부의 강도를 강화시켜 소성변형 가공되는 금속소재의 전면적 강도를 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 연속적인 전단변형의 구현으로 인해 재료의 두께 및 길이에 제한을 받지 않으면서 전단 변형된 소재를 연속적으로 대량 생산할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 전단변형장치를 도시한 개략도,
도 2는 다른 종래 기술에 의한 전단변형장치의 정면도,
도 3은 도 2에 의한 전단변형장치를 통해 시험한 결과를 나타낸 정면도,
도 4는 또 다른 종래 기술에 의한 인발형 연속 전단변형장치의 측단면도,
도 5는 또 다른 종래 기술에 의한 비틀림압출 가공법에 의해 압출 가공되는 비틀림 압출장치의 개략 단면도,
도 6은 본 발명에 의한 연속전단변형 장치의 제1실시예를 개략적으로 나타낸 정단면도,
도 7은 본 발명에 의한 연속전단변형 장치의 제2실시예를 개략적으로 나타낸 정단면도,
도 8a, 8b, 8c는 도 6과 도 7에 도시된 연속전단변형 장치의 구동다이 및 편심다이의 작동관계를 나타낸 측단면도,
도 9는 본 발명에 의한 연속전단변형 장치의 제3실시예를 개략적으로 나타낸 정단면도,
도 10은 본 발명에 의한 연속전단변형 장치의 제4실시예를 개략적으로 나타낸 정단면도,
도 11a, 11b, 11c는 도 9와 도 10에 도시된 연속전단변형 장치의 구동다이 및 편심다이의 작동관계를 나타낸 측단면도.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6 내지 도 11c는 본 발명의 연속전단변형 장치에 대해 도시한 것으로, 제1실시예 내지 제3실시예로 구성된다.
도 6 및 도 8a, 8b, 8c는 본 발명에 의한 연속전단변형 장치의 제1실시예에 대해 도시한 것으로, 고정 설치된 메인금형(10) 중앙에 인출홀(12)을 형성하고, 상기 인출홀(12)을 통해 금속소재를 압출 또는 인발하면서 인출할 수 있도록 상기 메인금형(10) 내부에 금속소재를 내장 구비하며, 상기 메인금형(10) 일측에는 상기 금속소재를 구동다이(20) 방향으로 가압할 수 있도록 유압실린더(도시생략) 등에 연결된 스템(도시생략)을 장착한다.
그리고, 상기 메인금형(10) 전방에는 구동다이(20)를 동력전달수단에 의해 가상의 회전축(a)을 중심으로 회전 가능하게 설치하고, 상기 구동다이(20) 중앙에는 상기 회전축(a)에 대하여 편심되도록 편심홀(22)을 관통 형성한다.
아울러, 상기 편심홀(22) 내측에는 상기 구동다이(20)와 함께 회전할 수 있도록 편심다이(30)를 장착하고, 상기 편심다이(30) 중앙에는 메인금형(10)의 인출홀(12)에서 인출되는 금속소재를 소성변형 가공하도록 편심가공홀(32)이 형성된다.
이때, 상기 편심홀(22) 중앙에는 가상의 편심축(b)이 형성되므로, 상기 회전축(a)과 편심축(b)의 거리만큼 편심가공홀(32)이 인출홀(12) 주위를 공전하듯 회전하게 되는 것이다.
도 7과 도 8a, 8b, 8c는 본 발명에 의한 연속전단변형 장치의 제2실시예에 대해 도시한 것으로, 고정 설치된 메인금형(10) 중앙에 인출홀(12)을 형성하고, 상기 인출홀(12)을 통해 금속소재를 압출 또는 인발하면서 인출할 수 있도록 상기 메인금형(10) 내부에 금속소재를 내장 구비하며, 상기 메인금형(10) 일측에는 상기 금속소재를 구동다이(20) 방향으로 가압할 수 있도록 유압실린더 등에 연결된 스템을 장착한다.
그리고, 상기 메인금형(10) 전방에는 구동다이(20)를 동력전달수단에 의해 가상의 회전축(a)을 중심으로 회전 가능하게 설치하고, 상기 구동다이(20) 중앙에는 상기 회전축(a)에 대하여 편심되도록 편심홀(22)을 관통 형성한다.
아울러, 상기 편심홀(22) 내측에는 상기 구동다이(20)와 함께 회전할 수 있도록 편심다이(30)를 장착하고, 상기 편심다이(30) 중앙에는 구동다이(20)의 가공홀(42)에서 압출 또는 인발되는 금속소재를 소성변형 가공하도록 편심가공홀(32)이 형성된다.
이때, 상기 편심홀(22) 중앙에는 가상의 편심축(b)이 형성되므로, 상기 회전축(a)과 편심축(b)의 거리만큼 편심가공홀(32)이 가공홀(42) 주위를 공전하듯 회전하게 되는 것이다.
그리고, 상기 구동다이(20) 전방에는 보조다이(40)를 고정 장착하고, 상기 보조다이(40) 중앙에는 상기 편심가공홀(32)을 통해 소성변형 가공되는 금속소재를 다시 소성변형 가공하도록 가공홀(42)이 형성된다.
도 9 및 도 11a, 11b, 11c는 본 발명에 의한 연속전단변형 장치의 제3실시예에 대해 도시한 것으로, 고정 설치된 메인금형(10) 중앙에 인출홀(12)을 형성하고, 상기 인출홀(12)을 통해 금속소재를 압출 또는 인발하면서 인출할 수 있도록 상기 메인금형(10) 내부에 금속소재를 내장 구비하며, 상기 메인금형(10) 일측에는 상기 금속소재를 구동다이(20) 방향으로 가압할 수 있도록 유압실린더 등에 연결된 스템을 장착한다.
그리고, 상기 메인금형(10) 전방에는 구동다이(20)를 동력전달수단에 의해 가상의 회전축(a)을 중심으로 회전 가능하게 설치하고, 상기 구동다이(20) 중앙에는 상기 회전축(a)에 대하여 편심되도록 편심홀(22)을 관통 형성한다.
아울러, 상기 편심홀(22) 내측에는 편심다이(30)를 장착하고, 상기 편심다이(30) 중앙에는 메인금형(10)의 인출홀(12)에서 인출되는 금속소재를 소성변형 가공하도록 편심가공홀(32)이 형성된다.
이때, 상기 구동다이(20) 내주면과 편심다이(30) 외주면 사이에는 베어링(25)을 더 장착하여 구동다이(20)의 회전시 편심다이(30)가 자전 회전하는 것을 제한하도록 구성한다.
또한, 상기 편심홀(22) 중앙에는 가상의 편심축(b)이 형성되므로, 상기 회전축(a)과 편심축(b)의 거리만큼 편심가공홀(32)이 가공홀(42) 주위를 공전하듯 회전하게 되는 것이다.
도 10과 도 11a, 11b, 11c는 본 발명에 의한 연속전단변형 장치의 제4실시예에 대해 도시한 것으로, 고정 설치된 메인금형(10) 중앙에 인출홀(12)을 형성하고, 상기 인출홀(12)을 통해 금속소재를 압출 또는 인발하면서 인출할 수 있도록 상기 메인금형(10) 내부에 금속소재를 내장 구비하며, 상기 메인금형(10) 일측에는 상기 금속소재를 구동다이(20) 방향으로 가압할 수 있도록 유압실린더 등에 연결된 스템을 장착한다.
그리고, 상기 메인금형(10) 전방에는 구동다이(20)를 동력전달수단에 의해 가상의 회전축(a)을 중심으로 회전 가능하게 설치하고, 상기 구동다이(20) 중앙에는 상기 회전축(a)에 대하여 편심되도록 편심홀(22)을 관통 형성한다.
아울러, 상기 편심홀(22) 내측에는 편심다이(30)를 장착하고, 상기 편심다이(30) 중앙에는 메인금형(10)의 인출홀(12)에서 인출되는 금속소재를 소성변형 가공하도록 편심가공홀(32)이 형성된다.
이때, 상기 구동다이(20) 내주면과 편심다이(30) 외주면 사이에는 베어링(25)을 더 장착하여 구동다이(20)의 회전시 편심다이(30)가 자전 회전하는 것을 제한하도록 구성한다.
또한, 상기 편심홀(22) 중앙에는 가상의 편심축(b)이 형성되므로, 상기 회전축(a)과 편심축(b)의 거리만큼 편심가공홀(32)이 가공홀(42) 주위를 공전하듯 회전하게 되는 것이다.
그리고, 상기 구동다이(20) 전방에는 보조다이(40)를 고정 장착하고, 상기 보조다이(40) 중앙에는 상기 편심가공홀(32)을 통해 소성변형 가공되는 금속소재를 다시 소성변형 가공하도록 가공홀(42)이 형성된다.
여기서, 상기한 제1,2,3,4실시예에서 설명된 동력전달수단은 구동다이(20) 외주면을 따라 기어를 형성하고, 상기 기어와 맞물리도록 다른 기어를 설치하되, 상기 다른 기어에 모터 및 감속기 등을 연결 설치하여 구동다이(20)를 회전 구동시킨다. 이때, 상기한 동력전달수단은 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 일예시에 불과한 것으로, 상기한 기어 대신에 이와 동일 또는 유사한 동력 전달력을 갖는 다른 동력전달수단이 사용될 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 상기한 구동다이(20)가 편심가공홀(32)의 편심 회전에 따른 소성변형 가공을 위해 회전하는 것으로 설명 및 도시하고 있으나, 상기 구동다이(20)가 회전하지 않고 좌우로 진동하도록 구성할 수 있고, 이와 같은 구성을 통해서도 금속소재를 소성변형 가공할 수 있다.
아울러, 상기한 제1,2,3,4실시예에서 설명된 유압실린더 및 스템 등의 구성은 본 발명의 이해 및 편의를 위해 설명한 구성에 불과한 것으로, 상기한 구성 이 외에도 압출소재의 가압 및 압출이 가능한 다른 구성으로 대체할 수 있으며, 이와 같은 구성 역시 본 발명의 구성에 포함됨은 자명하다 할 것이다.
또한, 본 발명에서는 구성의 설명 편의상 연속전단변형 가공 후 금속소재의 단면적이 작아지는 압출 및 인발 가공을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아닌 것으로, 최초 투입되는 금속소재의 단면 형상을 인출홀, 편심가공홀 및/또는 가공홀의 단면 형상과 동일하게 형성하여 금속소재의 단면적 크기는 감소시키지 않으면서 금속소재를 소성변형 가공할 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예 1.
메인금형(10) 내부에 금속소재를 밀어 넣고 스템을 통해 구동다이(20) 측으로 가압한다.
이처럼, 금속소재의 가압이 이루어지게 되면, 메인금형(10)의 인출홀(12)에서 인출 가공되는 금속소재가 구동다이(20) 측으로 인입되고, 이와 함께 도 6 및 도 8a, 8b, 8c와 같이 구동다이(20)가 동력전달수단에 의해 회전함과 동시에 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착된 편심다이(30)는 상기 구동다이(20)와 함께 회전된다.
이때, 상기 편심다이(30)는 상기 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착됨으로써, 편심다이(30) 중앙에 형성된 편심가공홀(32)이 마치 메인금형(10) 중앙에 형성된 인출홀(12) 주위를 따라 공전하듯이 편심되어 자전 회전하게 된다.
따라서, 편심가공홀(32)을 통해 소성변형 가공되는 금속소재의 가공 단면 형상은 그대로 유지한 채, 금속소재의 표면과 함께 금속소재의 심부 부분의 위치를 계속적으로 변경하면서 소성변형 가공함으로써, 금속소재의 표면은 물론 심부를 비틀림 가공할 수 있게 된다.
실시예 2.
메인금형(10) 내부에 금속소재를 밀어 넣고 스템을 통해 구동다이(20) 측으로 가압한다.
이처럼, 금속소재의 가압이 이루어지게 되면, 메인금형(10)의 인출홀(12)에서 인출 가공되는 금속소재가 구동다이(20) 측으로 인입되고, 이와 함께 도 7 및 도 8a, 8b, 8c와 같이 구동다이(20)가 동력전달수단에 의해 회전함과 동시에 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착된 편심다이(30)는 상기 구동다이(20)와 함께 회전된다.
이때, 상기 편심다이(30)는 상기 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착됨으로써, 편심다이(30) 중앙에 형성된 편심가공홀(32)이 마치 메인금형(10) 중앙에 형성된 인출홀(12) 주위를 따라 공전하듯이 편심되어 자전 회전하게 된다.
따라서, 편심가공홀(32)을 통해 소성변형 가공되는 금속소재의 가공 단면 형상은 그대로 유지한 채, 금속소재의 표면과 함께 금속소재의 심부 부분의 위치를 계속적으로 변경하면서 소성변형 가공함으로써, 금속소재의 표면은 물론 심부를 비틀림 가공할 수 있게 된다.
이 후, 편심가공홀(32)에서 소성변형 가공되는 금속소재는 보조다이(40) 내측의 가공홀(42) 내부로 가압되면서, 상기 가공홀(42)을 통해 다시 소성변형 가공된다.
즉, 편심다이(30)의 편심 회전으로 인해 편심가공홀(32)이 마치 가공홀(42) 주위를 따라 공전하듯이 편심되어 자전 회전함으로써, 금속소재의 표면은 물론 금속소재의 심부 위치를 계속적으로 변경하면서 소성변형 가공된 금속소재를 다시 소성변형 가공할 수 있고, 이로 인해 금속소재를 비틀림시켜 연속전단변형 가공할 수 있는 것이다.
실시예 3.
메인금형(10) 내부에 금속소재를 밀어 넣고 스템을 통해 구동다이(20) 측으로 가압한다.
이처럼, 금속소재의 가압이 이루어지게 되면, 메인금형(10)의 인출홀(12)에서 인출 가공되는 금속소재가 구동다이(20) 측으로 인입되고, 이와 함께 도 9 및 도 11a, 11b, 11c와 같이 구동다이(20)가 동력전달수단에 의해 회전함과 동시에 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착된 편심다이(30)는 상기 구동다이(20)와 함께 회전된다.
이때, 상기 편심다이(30)는 상기 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착됨으로써, 편심다이(30) 중앙에 형성된 편심가공홀(32)이 마치 메인금형(10) 중앙에 형성된 인출홀(12) 또는 가공홀(42) 주위를 따라 공전하듯이 회전하게 된다.
다만, 상기 편심다이(30)와 구동다이(20) 사이에 설치된 베어링(25)으로 인해 편심다이(30)는 자전 회전이 극도로 제한되면서 그 내측의 편심가공홀(32)을 통해 금속소재를 소성변형 가공하게 된다.
따라서, 편심가공홀(32)을 통해 소성변형 가공되는 금속소재의 가공 단면 형상은 그대로 유지한 채, 금속소재의 표면과 함께 금속소재의 심부 부분의 위치를 계속적으로 변경하면서 소성변형 가공함으로써, 금속소재의 표면은 물론 심부를 전단변형 가공할 수 있게 된다.
실시예 4.
메인금형(10) 내부에 금속소재를 밀어 넣고 스템을 통해 구동다이(20) 측으로 가압한다.
이처럼, 금속소재의 가압이 이루어지게 되면, 메인금형(10)의 인출홀(12)에서 인출 가공되는 금속소재가 구동다이(20) 측으로 인입되고, 이와 함께 도 10 및 도 11a, 11b, 11c와 같이 구동다이(20)가 동력전달수단에 의해 회전함과 동시에 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착된 편심다이(30)는 상기 구동다이(20)와 함께 회전된다.
이때, 상기 편심다이(30)는 상기 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착됨으로써, 편심다이(30) 중앙에 형성된 편심가공홀(32)이 마치 메인금형(10) 중앙에 형성된 인출홀(12) 또는 가공홀(42) 주위를 따라 공전하듯이 회전하게 된다.
다만, 상기 편심다이(30)와 구동다이(20) 사이에 설치된 베어링(25)으로 인해 편심다이(30)는 자전 회전이 극도로 제한되면서 그 내측의 편심가공홀(32)을 통해 금속소재를 소성변형 가공하게 된다.
따라서, 편심가공홀(32)을 통해 소성변형 가공되는 금속소재의 가공 단면 형상은 그대로 유지한 채, 금속소재의 표면과 함께 금속소재의 심부 부분의 위치를 계속적으로 변경하면서 소성변형 가공함으로써, 금속소재의 표면은 물론 심부를 전단변형 가공할 수 있게 된다.
이 후, 편심가공홀(32)에서 소성변형 가공되는 금속소재는 보조다이(40) 내측의 가공홀(42) 내부로 가압되면서, 상기 가공홀(42)을 통해 다시 소성변형 가공된다.
즉, 편심다이(30)의 편심 회전으로 인해 편심가공홀(32)이 마치 가공홀(42) 주위를 따라 공전하듯이 편심되어 회전함으로써, 금속소재의 표면은 물론 금속소재의 심부 위치를 계속적으로 변경하면서 소성변형 가공된 금속소재를 다시 소성변형 가공할 수 있고, 이로 인해 금속소재를 연속전단변형 가공할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 연속전단변형 장치 및 그 방법은 금속소재의 표면과 심부에 강한 전단소성변화를 가하게 되어 금속소재의 표면과 심부의 결정립을 초미세화시킬 수 있고, 이로 인해 금속소재의 표면과 심부의 강도를 강화시켜 소성변형 가공되는 금속소재의 전면적 강도를 크게 향상시킬 수 있고, 연속적인 전단변형의 구현으로 인해 재료의 두께 및 길이에 제한을 받지 않으면서 전단 변형된 소재를 연속적으로 대량 생산할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 메인금형 12 : 인출홀
20 : 구동다이 22 : 편심홀
25 : 베어링 30 : 편심다이
32 : 편심가공홀 40 : 보조다이
42 : 가공홀 a : 회전축
b : 편심축

Claims (7)

  1. 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 장치에 있어서,
    중앙에 편심홀(22)이 회전축(a)에 대하여 편심되게 형성되고, 메인금형(10) 일방에 회전 가능하게 장착된 구동다이(20)와;
    중앙에 편심가공홀(32)이 형성되어 상기 편심홀(22) 내측에 편심되게 장착된 편심다이(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속전단변형 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 구동다이(20) 일방에는 중앙에 가공홀(42)이 형성된 보조다이(40)를 더 설치 가능한 것을 특징으로 하는 연속전단변형 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 구동다이(20)와 편심다이(30) 사이에는 베어링(25)을 더 설치 가능한 것을 특징으로 하는 연속전단변형 장치.
  4. 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서,
    메인금형(10) 전방에 장착된 구동다이(20)가 회전됨과 동시에 상기 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착된 편심다이(30)가 상기 구동다이(20)와 함께 편심 회전되면서 상기 편심다이(30) 중앙의 편심가공홀(32)을 통해 금속소재를 소성변형 가공하는 것을 특징으로 하는 연속전단변형 방법.
  5. 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서,
    메인금형(10) 전방에 장착된 구동다이(20)가 회전됨과 동시에 상기 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착된 편심다이(30)가 상기 구동다이(20)와 함께 편심 회전되면서 상기 편심다이(30) 중앙의 편심가공홀(32)을 통해 금속소재를 전단소성변형 가공하고, 상기 소성변형 가공되는 금속소재를 보조다이(40) 중앙의 가공홀(42)을 통해 다시 소성변형 가공하는 것을 특징으로 하는 연속전단변형 방법.
  6. 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서,
    메인금형(10) 전방에 장착된 구동다이(20)가 회전됨과 동시에 상기 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착된 편심다이(30)가 상기 구동다이(20)와 함께 편심 회전하되, 편심다이(30)와 구동다이(20) 사이에 장착된 베어링(25)에 의해 편심다이(30)의 자전은 제한하면서 편심다이(30) 중앙의 편심가공홀(32)을 통해 금속소재를 소성변형 가공하는 것을 특징으로 하는 연속전단변형 방법.
  7. 메인금형 내부에 금속소재를 밀어 넣어 가압함으로써 상기 금속소재에 전단변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서,
    메인금형(10) 전방에 장착된 구동다이(20)가 회전됨과 동시에 상기 구동다이(20) 내측에 편심되게 장착된 편심다이(30)가 상기 구동다이(20)와 함께 편심 회전하되, 편심다이(30)와 구동다이(20) 사이에 장착된 베어링(25)에 의해 편심다이(30)의 자전은 제한하면서 편심다이(30) 중앙의 편심가공홀(32)을 통해 금속소재를 소성변형 가공하고, 상기 소성변형 가공되는 금속소재를 보조다이(40) 중앙의 가공홀(42)을 통해 다시 소성변형 가공하는 것을 특징으로 하는 연속전단변형 방법.
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