KR930001002B1 - 금속의 소성 가공방법 및 그 장치 - Google Patents

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Description

금속의 소성 가공방법 및 그 장치

제1도는 제1 및 제2발명에 관한 금속의 소성가공방법을 실시하기 위하여 가장 적합한 압연가공을 하기 위한 소성가공장치의 개략적인 전체 구성도.

제2도는 마찬가지로 호습성 금속의 마찰저항선도.

제3도는 마찬가지로 협습성 금속의 마찰저항선도.

제4도는 마찬가지로 드로오잉하기 위한 소정가공장치의 개략도.

제5도는 마찬가지로 수분조정장치의 다른 실시예의 나타낸 구성도.

제6도는 제3 및 제4의 발명에 관한 금속 소성가공방법을 실시하기 위한 소성가공장치의 개략적인 전체 구성도.

제7도는 마찬가지로 로울슬립 방지에 관한 시간도표.

제8도는 종래의 금속 소성가공장치의 전체 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

5 : 피(被)가공금속 10, 70 : 수분조정유닛

50 : 로울슬립(roll slip) 검출수단 52 : 회전속도검출기

71 : 가습(加濕) 수단 73 : 습도설정기

75 : 제습(除濕)수단 76 : 온도조정기

V_r: 주속(周速) V_m: 이송속도

본 발명은 금속의 소성(塑性) 가공방법과 그 장치에 관한 것으로, 피가공 금속 표면의 수분조정을 함에 따라서 가공동력을 경감함과 동시에, 소성가공기계에 있어서의 압연로울의 슬립을 방지하여 고품질의 가공품을 얻을 수 있는 소성가공을 달성하였다.

철, 비철금속판 및 박(foil)의 제조에 있어서의 압연, 혹은 철, 비철 금속을 일정 형상으로 성형하는 드로오잉(drawing) 등과 같이 금속의 소성가공을 널리 실시하여 왔다.

그와 같은 금속의 소성가공방법의 한 예를 제8도에 따라서 설명한다. 제8도에 나타낸 소성가공은 피가공금속을 압연하여 그 박판을 제조하는 경우로서, 대향 배설된 압연로울(2), (2)을 지닌 소성가공기계로서의 압연기(1)와 동 압연기(1)의 입구측에 설치된 언코일러(3)와 그 출구측에 설치된 코일러(4)로 구성되었으며, 언코일러(3)에 감겨진 피압연재(피가공금속)인 금속판(5)을 연속적으로 압연기(1)에 공급하고, 압연기(1)에서 일정한 압연하중을 가하면서 압연하여, 압연된 박판(6)을 코일러(4)에 감도록 되어 있었다.

또, 이와 같은 금속의 압연가공을 할 경우에는 일정한 판두께, 품질, 생산량을 확보하기 위하여 일정한 압연하중, 이송속도(압연속도), 이송장력을 설정하여 왔다.

따라서, 금속판(5)을 일정한 압연속도하에 공급하면서 일정한 압연하중을 가압에 따라서 절반 이하의 두께로도 압연(소성) 가공할 수 있었다.

이와 같이 소성가공함에 있어서는 피가공금속에 커다란 가공가압력, 이송인장력 등의 동력을 가하기 때문에 그 동력을 가능한 한 작게 하는 것이 에너지 절약책으로서 중요하다. 또, 소성가공기계, 특히 가공공구의 수명이 길어짐과 직결될 뿐 아니라, 가공공정의 단축화라거나 설비 전체의 소형화 등을 도모함에 있어서도 중요한 기술적 사항으로 되어 있었다.

그러나, 종래의 소성가공방법과 그 장치는 다음과 같은 문제점을 지니고 있었다.

즉, 제8도에 나타낸 압연설비를 예로 상세히 설명하면, 압연한 다음의 판두께는 압연하중이나 이송인장력의 크기에 따라서 결정되지만, 압연속도 등의 조건을 동일하게 하고, 동일한 압연하중 등을 가하여도 반드시 일정한 판두께를 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다. 이때문에, 품질에 불균등이 생겨서 생산능률, 경제성이 저하하였다. 또, 동일한 압연후의 판두께를 얻으려면 압연하중 등을 설정 변경하지 않으면 아니되는 사태도 발생하였다. 이것은, 작업능률을 후퇴시킬 뿐 아니라 보다 큰 압연하중으로 하지 않으면 아니되는 경우에 있어서는 에너지 절약화에 반함과 동시에 압연로울의 단명화에 직결하므로 설비경제, 운용경제를 현저히 나쁘게 한다고 하는 결점이 있었다. 특히, 장시가의 연속운전중의 도중에서 변동하는 경우라거나, 날에 따라 변한다고 하는 부정현상이 발생한다고 하는 특이한 문제가 있고, 나아가서, 가공가압력과 이송인장력의 관계가 일의적으로 정할 수 없는 문제가 있어 운용의 실제에 비추어 그 해명과 실용성이 높은 소성가공방법과 그 장치의 개발이 강력히 요구되어 왔다.

또, 판두께는 주로 압연하중의 대소에 따라 결정되는 바, 생산성은 압연속도(이송속도)에 비례하지만, 각각을 따로따로 독립하여 임의로 결정한 것만으로는 일정한 품질로 생산할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 즉, 압연 속도를 일정하게 하였을 경우, 압연하중의 대소에 따라 압연개소에서의 마찰저항이 변동하여, 이른바 로울슬립을 발생하여 피가공금속의 표면에 슬립 손상이 나타나서 품질저하를 초래하였다. 이에 대하여, 압연유의 조정을 고려할 수 있으나, 이것은 신속히 적용할 수 있는지의 문제 등으로 보아 완전한 대응책이라고는 하기 어려웠다. 따라서, 압연속도의 조정으로 다급한 경우를 극복하는 방법을 채택할 수 있으나, 그 정량성이 명확하지 않기 때문에 조정작업 자체가 대단히 곤란하고, 또한, 압연속도를 저하시킨다고 하는 것은 생산성을 저하하게 되는 문제가 있었다.

나아가서, 압연유를 일정하게 하여 압연하중과 압연속도의 관계에 있어서, 로울슬립을 방지하려 하면 마찰저항을 지나치게 크게 하기 쉽기 때문에, 그 이송장력을 크게 하지 않으면 아니된다. 동 이송장력의 증대는 압연하중과 마찬가지로 가공동력을 증대시키는 결과가 되므로 에너지절약에 반한다고 하는 문제도 유발하였다.

또, 이상의 관점으로부터 이론보다 경험으로 얻은 법칙에 기초하여 압연하중, 압연속도, 이송장력을 설정하는 것이나, 설정 자체에 상당한 숙련을 필요로 할 뿐 아니라, 상단한 숙련으로도 완전하지 않다고 하는 기술적 문제가 있었다. 즉, 그러한 설정치를 매일 변환시킨다던가, 때로는 단시간마다 변화시키지 않으면 로울슬립을 방지할 수 없다고 하는 미묘한 마찰저항의 변동이 생긴다고 하는 사실이다.

본 발명은 일정한 품질보장을 하면서 가공동력의 경감을 달성하며, 또한 생산능률이 좋은 금속의 소성가공방법과 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 많은 압연 등의 소성가공을 통하여 입수한 정보를 철저히 분석하면서 시험연구한 결과, 종래의 문제점이 피가공금속의 표면에 부착하는 수분의 다소에 기인한다는 사실, 및 그 부착수분의 다소와 마찰저항 특성은 일의적이 아닌 피가공금속의 성질에 따라서 현저히 다르다고 하는 기술적 사항을 규명하고, 이와같은 신규의 기술적 판단에 기초하여 피가공금속의 성질마다 그 표면에 부착하는 수분을 적극적으로 조정하여 가장 적합한 소성 가공을 하려 한다.

즉, 본 출원인의 시험연구에 의하면, 소성가공기계에 공급하는 피가공금속의 표면에는 그 보관장소의 기상조건이나 인적착오 등에 따라 수분이 부착하는 경우가 많고, 그 결과로서 소성가공부분에 있어서 윤활유제의 유성효과와의 관계에서 마찰저항 특성의 변화를 유발한다. 또, 이러한 현상은 저온의 실외에서 고온의 실내에 반입할 때나 실내의 상대습도 변화에 의하여 맺힌 미소입자의 물방울로 까지 적용되어 그 형태에 따라 미묘하게 변화한다는 것을 판명하였다. 나아가서, 금속에는 부착수분이 증대함에 따라서 상술한 마찰저항이 감소하는 성질(이하, 호습성이라고 한다)의 것과 부착수분이 증대함에 따라서 마찰저항이 증대하는 성질(이하, 혐습성이라고 한다)의 것, 나아가서, 하나 또는 여러개가 있는 부착수분 영역을 사이에 두고 호습성(好濕性)과 혐습성(嫌濕性)을 지닌 성질(이하, 양성이라고 한다)의 것이 있다고 하는 사실을 규명하고 있다.

또, 피가공금속의 표면에 부착한 수분의 다소는 피가공금속의 근방의 상대습도와의 관계로 부터 판단하여도 실용상 문제가 없다고 하는 부수적 기술사항도 판명하였다.

그리하여, 본 발명은 피가공금속의 전술한 성질을 판단하고, 그 판단결과에 따라서 부착수분을 조정한 다음에 소성가공을 함에 따라서 전술한 문제점을 해소하였다.

그러므로, 제1발명은 피가공금속의 성질이 호습성인지 혐습성인지 혹은 양성인지를 판단하고, 그 판단결과에 따라서 피가공금속에 가습 및/또는 제습하여 소성가공기계에 대한 피가공금속을 전술한 소성가공기계에 공급하여 소성가공을 하는 구성으로 하여 전술한 목적을 달성하였다.

또, 제2발명은 피가공금속의 표면에 가습하기 위한 가습수단 및/또는 제습하기 위한 제습수단을 포함하여 형성돈 수분조정유닛과, 동 수분조정유닛 다음에 설치되어 피가공금속에 소성가공을 하기 위한 소성가공기계 등을 구비한 구성으로 하여 전술한 목적을 달성하였다.

나아가서, 제3발명은 피가공금속의 부착수분과 마찰계수의 상관에 관한 성질을 판단하고, 그 판단결과에 기초하여 마찰계수가 증대하는 방향으로 피가공금속의 표면에 가습 또는 제습하며, 그런 다음 피가공금속을 소성가공하는 구성으로 하여 전술한 목적을 달성하였다.

또, 제4발명은 피가공금속의 이동속도를 검출하기 위한 이송속도검출기와 로울의 회전속도를 검출하기 위한 회전속도검출기를 포함하여 형성된 로울슬립 검출수단과 로울에 공급되기 전에 피가공금속의 표면에 가습하기 위한 가습수단 및/또는 제습하기 위한 제습수단을 포함하여 형성된 수분조정유닛 등을 구비하고, 전술한 피가공금속의 표면에 부착한 수분을 조정함에 따라서 로울슬립을 방지할 수 있도록 구성하여 전술한 목적을 달성하였다.

따라서, 제1발명에 의하면, 피가공금속이 호습성인지 혐습성인지 또는 양성인지를 판단하고, 그 판단결과에 따라서 수분조정공정 통과중에 호습성인 경우에는 가습하고, 혐습성인 경우에는 제습하며, 양성의 경우에는 마찰력이 작아지도록 가습 및/또는 제습함에 따라서 부착수분을 조정하고, 그런 다음 소성가공기계에 공급하므로 가공가압력이나 이송인장력 등의 소성가공동력을 현저히 경감할 수 있었다.

또, 제2발명에 의하면, 수분조정유닛에 있어서 가습수단을 작동시켜 피가공금속의 표면에 가습 및/또는 제습수단을 작동시켜 피가공금속의 표면으로부터 제습하여 그 부착수분의 다소를 조정할 수 있다. 그리고, 나중에 설치한 소성가공기계에 공급하면 작은 동력하에서 소성가공할 수 있다.

나아가서, 제3발명에 의하면, 피가공금속의 표면에 부착한 수분과 소성가공기계에 대한 마찰저항, 즉, 마찰계수와의 상관에 간한 피가공금속의 성질을 판단하고, 동 판단결과에 기초하여 미리 또는 가공중에 피가공금속의 표면에 그 마찰계수가 증대하는 방향으로 가습 또는 제습하여 그 수분량을 조정하고, 그런 다음에 피가공금속을 소성가공하면 로울슬립은 방지되어 슬립손상이 없는 고품질의 제품을 얻는 소성가공을 할 수 있다. 또, 피가공금속의 이송속도를 저하시키는 일이 없이 로울슬립을 방지할 수 있기 때문에 생산능률을 높일 수 있다.

또, 제4발명에 의하면, 로울슬립 검출수단에 의하여 피가공금속의 이송속도와 로울의 회전속도(주속) 등으로 부터 로울슬립을 검출하였을 때에는 자동 또는 수동으로 수분조정유닛의 가습수단 및/또는 제습수단을 작동시켜 피가공금속의 표면수분을 조정하면 가공하중 및 이송속도에 변화를 줌이없이 마찰계수를 조정할 수 있기 때문에 로울슬립을 방지할 수 있었다.

다음에, 제1 및 제2의 발명에 관한 금속의 소성가공방법과 그 장치의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

본 발명에 관한 실시예는 제1도에 도해하였으며, 앞에서 나온 제8도에 나타낸 압연설비와 같은 소성가공기계(압연설비)를 채용하고 있다. 따라서, 제8도에 나타낸 압연설비의 각 구성요소와 동일한 것에 대하여는 동일한 부호를 붙힘과 동시에 그 설명을 간략 또는 생략한다.

제1도에서, 금속의 소성가공장치는 소성가공기계인 압연기(1)와 이것에 끼워넣은 수분조정유닛(10) 등으로 구성되어 있다.

동 수분조정유닛(10)은 피가공금속(5)의 앞뒷면의 수분을 조정하는 수분조정공정을 형성하는 것으로, 본 실시예에서는 가습과 제습을 하기 위한 가습수단(11)과 제습수단(21)과 이것을 전환구동하는 구동제어수단(31) 등으로 구성되어 있다. 그리고, 가습수단(11)은 압연기(1)에 공급되기 직전의 피가공금속(5)의 앞뒷면을 둘러싼 조정실(41)에 설치된 평균입자지름 5~6μm의 물방울을 발생(분무)하는 초음파 가습기로 형성되어 있다. 한편, 제습수단(21)은 조정실(41)내에 분무된 물방울을 결로(結露) 회수할 수 있도록 형성되어 있다.

또, 구동제어수단(31)은 습도설정기(33)와 전환수단으로서의 전환스위치(34)를 포함 구성되었으며, 습도 설정기(33)와 조정실(41)내에 설치된 센서(32)를 입력으로 하여 전환스위치(34)를 개재하여 가습수단(11)과 제습수단(21)을 전환제어하는 것으로 조정실(41)내의 상대습도를 제어하려는 것이다.

따라서, 압연기(1)에 공급되는 피가공금속(5)의 이송속도 등을 감안하고, 또한 피가공금속(5)의 성질에 따라서 습도설정기(33)를 일정한 상대습도로 하도록 그 값을 설정하면, 가습수단(11)과 제습수단(21)을 적당히 제어하여 조정실(41)내의 상대습도를 일정하게 유지할 수 있다. 물론, 상대습도를 제어하는 것은 미리 결정된 피가공금속 (5)의 앞뒷면의 수분을 간접적으로 조정하게 된다.

다음에, 본 실시예의 작용과 함께 소성가공방법에 대하여 설명한다.

피가공금속(5)의 마찰저항 특성이 호습성, 혐습성, 혹은 양성의 어느것에 속하는가를 판단한다. 단, 나중에 설명하는 시험 I 과 같이 미리 대상으로 하는 금속에 대하여 분명하게 하여 두는 것이 작업능률상 바람직하다.

언코일러(3)로 부터 끌어낸 피가공금속(5)의 선단을 조정실(41), 압연기(1)를 통하여 코일러(4)에 설정함과 동시에 구동제어수단(31)의 습도설정기(33)를 조작하여 상기한 판단결과에 기초한 피가공금속(5)의 성질에 비추어 압연실내온도 등도 감안하면서 조정실(41)내의 상대습도를 설정한다.

코일러(4), 소성가공기계로서의 압연기(1)를 시동하면 언코일러(3)로 부터 풀려나온 피가공금속(5)은 조정실(41)내에 안내된다. 이러한 경우, 수분조정유닛(10)에 의하여, 조정실(41)내에 설치된 센서(32)와 습도 설정기(33)의 출력신호를 비교하면서 가습수단(11)과 제습수단(21)을 적당히 전환제어하여 조정실(41)내의 상대습도가 설정치에 제어되어 있다. 따라서, 피가공금속(5)의 앞뒷면에서는 그 상대습도와 금속온도의 관계로서 정하는 수분이 부착되고 또는 제거된다. 그 다음에 압연기(1)에 공급되면 피가공금속(5)은 일정한 두께로 압연된다. 이러한 경우, 피가공금속(5)의 앞뒷면은 일정한 수분으로 되어 있으므로 압연로울(2), (2)에의 가공하중에 변동을 초래하지 않아서 고품질의 소성가공을 달성할 수 있음과 동시에 압연로울(2), (2)과 피가공금속 (5)의 마찰저항이 최소로 되어 있으므로 코일러(4)에서의 이송인장력을 최소로 할 수 있기 때문에 결과적으로 가공동력을 비약적으로 경감할 수 있다. 다음에, 그 구체적 예를 시험결과에 기초하여 설명한다.

＜시험 I＞

피가공금속(5)마다의 마찰저항 특성을 바우덴·레벤 마찰시험기(마찰 부분은 진동자 시험용의 3/16인치의 강구(鋼球)로 하였다)를 사용하여 확인하였다. 더우기, 마찰속도 10.0mm/sec(피가공금속(5)과의 상대속도), 스트로우크 11mm, 하중 1kg의 시험조건으로 하고, 시험유는 광유(鑛油)(점도 2.0st/40℃)에 7%wt.라울릴(laurly) 알코올(A 종류라고 하자) 또는 부틸스테아린산염(B 종류라고 하자)을 용해한 것, 그렇지 않으면 유지(C 종류라고 하자)의 3종에 대하여 비교하였다.

그 결과를 호습성의 금속에 대하여 표 1와 제2도에 나타내었다.

[표 1]

표 1에 나타낸 바와 같이, 각 시료유마다 마찰력의 절대치는 변동하지만 시험재료의 표면에 부착한 수분량이 많을수록, 즉, 온도가 일정한 경우에 있어서의 조정실(41)내의 상대습도가 높을수록 어느 시험재료에 있어서나 그 마찰력(마찰저항)이 작다. 이러한 사실은, 제2도에 예시한 제1종 아연판에 대한 특성선도로 부터 더욱 명확하게 된다. 더우기, 그와 같은 호습성에 속하는 것으로는, 상기한 금속외에도 널리 아연 및 아연합금, 니켈 및 니켈합금 등이 포함되며, 또 마찰저항 특성은 시험재료의 표면상태에 따라 다르기 때문에 이질(異質)금속에, 예를들면 아연도금을 하였을 경우에도 호습성에 속한다고 말할 수 있다.

한편, 혐습성의 금속에 대하여 표 2 및 제3도에 나타내었다.

[표 2]

표 2에서 명백한 바와 같이, 전술한 표 1와 마찬가지로 시료유의 종별에 따라서 마찰력의 절대치는 변동하지만, 시험재료의 표면은 부착한 수분량이 많을수록, 즉, 상온에 있어서의 조정실(41)내의 상대습도가 높을수록 어느 시험재료에 있어서도 그 마찰력(마찰저항)이 크다. 이러한 사실은, 예를들면 제3도에 알루미늄판에 대한 특성으로 부터도 명백한다. 더우기, 이와 같은 혐습성에 속하는 것으로는, 예컨대, 상기한 알루미늄에 대한 알루미늄합금과 같이 상기한 시험재료와 마찬가지의 각 합금, 나아가서 티탄, 티탄합금 등임을 확인하였다. 또, 시료유 C종에 대한 데이터는 생략하였다.

＜시험 II＞

상술한 시험 I에 기초하여 호습성이라고 판단된 아연합금으로서의 황동판 (C2680P 0재 …1.0mm^t×50mm^w)을 피가공금속(5)으로 소성가공으로서의 압연시험을 하였다.

시험조건

압 연 기… 4단 가역식 압연기((주) 다이니 요시다기넹덱고오쇼 제품)

압연로울 40mmø×20mm^L

압연조건… 압연속도 100mm/min

전방장력 5kg/mm²

후방장력 5kg/mm²

감 압 률 40%

(압연후 판두께 0.72mm)

압연유…다프니로울오일 CU-50(이데미쓰 고오상(주) 제품)

표면상태…수분조정유닛(10)을 작동시켜 조정실(41)내에서 피가공금속(5)의 앞뒷면에 가습수단(11)인 초음파 가습기로부터 발생된 평균입자지름 5.7μm의 물방울을 직접적으로 응축부착(전술한 시험 I에 있어서의 상대습도 100% 상당)시킨 경우(상태 ①), 또, 비교검토를 위한 조정실(41)내의 상대습도를 45%로 하였을 경우(상태 ②)와, 상기한 초음파 가습기 대신에 공기 분무기로 발생된 평균입자지름 42.9μm의 응축수를 부착시켰을 경우(상태 ③)를 합쳐서 시험하였다.

더우기, 상기한 각 입자지름은 MALVERN INSTRUMENTS PARTICLE SIZER(Malvern Instrumemts사 제품)로 계측하였다.

[표 3]

이상의 결과로 부터 명백한 바와 같이, 45%의 상대습도로 한 상태 ②에 있어서의 코일러(4)에 대한 동력을 100으로 하였을 때에, 피가공금속(5)의 앞뒷면에 수분을 부착시켰을 경우에는 상태 ①,③은 다함께 그 동력을 10% 경감할 수 있었다. 나아가서, 상기한 감압률 40%의 압연을 함에 압연하중은 약 14% 삭감할 수 있었다. 이러한 이유는 반드시 명확하지 않으나, 압연로울(2),(2)에 있어서의 윤활효과가 작용한 것이라고 추정할 수 있다. 그뿐아니라, 마찬가지로 피가공금속(5)의 표면에 부착시킨 물방울의 입자지름은 작을수록 압연후의 표면품질이 양호하고, 같은 조건하에 있어서의 그후의 시험에서는 30μm이하의 입자지름일 때에는 상기한 상태 ①의 경우와 마찬가지로 양호한 완성작업을 할 수 있음을 확인하였다. 또, 수분조정유닛(10), 특히 가습수단(11)의 경제성, 입수취급성 등을 고려하면, 호습성 금속인 경우 조정실(41)내에서의 상대습도를 60%이상으로 하면 상태 ①,③과 같이 피가공금속(5)의 표면에 반드시 직접적으로 물방울을 분무부착시키지 않아도 상태 ①,②와 마찬가지 마무리작업과 가공동력의 경감을 할 수 있었다.

＜시험 III＞

피가공금속(5)이 혐습성인 알루미늄합금의 판재를 상기한 시험 II의 경우와 마찬가지 상태로 하였다. 조정실(41)내의 상대습도를 45%와 100%로 하였으나, 그 결과는 상기한 시험 II의 경우와 마찬가지로 마찰저항(마찰력)의 증감에 비례적으로 이동용 동력을 경감할 수 있음과 동시에 압연하중도 상대습도가 낮을수록 약 15% 범위내에서 경감시킬 수 있었다. 더우기, 설비구성과 가공동력 경감을 도모하려면 혐습성의 경우 상대습도를 50% 이하로 하는 것이 바람직하다.

제4도에는 본 발명이 드로오잉 형식의 소성가공을 하는 경우의 실시예를 나타내고 있다. 동 실시예에 있어서의 소성가공기계는 위주형(上型)(8)과 아래주형(下型)으로 된 프레스기계(1)로 구성되었으며, 피가공금속(5)인 평판조(平板條)의 블랭크 (blank)를 도면에 나타낸 바와같이 컵으로 드로오잉 한다. 본 실시예에 의하면, 제1실시예의 경우에 있어서의 이송동력과 압연하중으로 된 가공동력이 프레스동력과 대응되어, 그 결과는 제1실시예의 경우와 대략 마찬가지의 비율로 호습성 및 혐습성의 금속이 다함께 가공동력의 경감을 할 수 있고, 또한 표면상태도 양호하게 되었다. 더우기, 프레스가공게 있어서는 일반적으로 가공동력경감의 경우에, 표면에 윤활층을 설치한 원재료로부터 블랭킹(blanking)으로 피가공금속인 블랭크를 형성하고 있으나, 그 측면에는 자연 그대로의 바탕이 나타나게 되고, 그렇기 때문에 가공형태에 따라서는 반드시 가공동력의 경가모가 품질보장이 충분하다고 할 수 없는 문제가 있었으나, 본 실시예에 의하면 그 바탕에 따른 수분조정을 할 수 있기 때문에 특히 유효하다고 할 수 있다. 더우기, 수분조정유닛(10)은 제1실시예의 경우와 마찬가지것으로 하였다.

따라서, 이상의 실시예에 의하면, 설명이 간소하기 때문에 제1실시예에 대하여 집중적으로 설명하면, 피가공금속(5)의 마찰저항 특성에 따라 그 앞뒷면의 수분조정을 적당히 함에 따라서 가공동력이 경감을 할 수 있으므로 에너지 절약에 크게 공헌할 수 있음과 동시에 가공공구의 수명연장, 나아가서는 가공공저으이 단축, 간략화도 달성할 수 있다.

또, 피가공금속(5)의 앞(뒤)면의 수분조정은 동력경감 뿐 아니라, 소성 가공후의 표면상태를 양호하게 하는 본래적 목적을 달성한다고 하는 뛰어난 효과를 지닌다. 특히, 가공용 윤활유와 성질을 달리하는 수분의 증감이 윤활유와 서로 어울려서 상승적 효과를 성취하므로, 그와같은 관점을 고려하여 윤활유의 선정을 하면 더한층의 가공동력 경감과 품질향상을 기대할 수 있다. 바꾸어 말하면, 일정한 윤활유를 이용하여도 그 수분조정에 의하여 가공동력이 경감을 할 수 있다.

나아가서, 피가공금속(5)의 호습성, 혐습성에도 불구하고 소성가공전에 그 수분조정을 하면 좋으므로 구조가 간단하여 취급하기 용이한 기존의 서비에도 도입할 수 있다.

더우기, 이상의 실시예에 의하면, 수분조정유닛(10)은 가습수단(11)과 제습수단(21)을 포함 형성된 조정실(41)내의 상대습도를 제어하는 구성으로 하였으나, 요컨대, 소성가공전에 피가공금속(5)의 표면의 수분조정을 할 수 있으면 되므로, 예컨대, 제5도에 나타낸 바와같이 가습수단(11)을 초음파 가습기에 한정하지 않고, 일반적인 분무기(11)등으로 형성하여도 좋고, 그렇지 않으면 또 피가공금속의 온도를 내려서 응축수의 부착을 촉진하는 방법이라도 좋다. 또, 제습수단(21)은 열풍으로 분무할 수 있는 각종 히이터(21')나 소둔로(annealing furnace) 등으로 형성하여도 좋다. 더우기, 제5도에서 35는 전환스위치, 36은 분무량 설정기 및 37은 온도설정기이다.

다음에, 제3 및 제4발명에 관한 금속의 소성가공방법과 그 장치의 실시예에 대하여 제6도를 참조하면서 설명하는바, 이미 설명한 실시예의 구성과 실질적으로 동일하거나 동등한 부분에 대하여는 동일부호를 사용하여 설명을 생략 또는 간략히 하였다.

본 실시예의 금속소성 가공장치는 전체구성을 나타낸 제6도에서 볼수 있는 바와같이, 언코일러(3), 압연기(1), 코일러(4)를 포함 형성된 압연설비와 로울슬립검출수단(50)과 구동제어수단(60)과 수분조정장치(70)등으로 구성되어 있다.

그런데, 로울슬립검출수단(50)은 압연로울(2),(2)과 피가공금속(5)의 상대속도의 차이를 검출하여 로울슬립을 검출하려 하는 것으로, 피가공금속(5)에 밀접되도록 스프링(49)으로 가압된 피동로울러(48)에 연락된 회전센서(43)와 동 회전센서(43)로 부터의 출력신호에서 피가공금속(5)의 이송속도를 검출하는 이송속도검출기(54)와 압연기(1)의 한편의 압연로울(2),(2)에 연결된 회전센서(42)와 동 회전센서(42)로 부터의 출력신호를 소정처리하여 압연로울(2), (2)의 주속, 즉, 회전속도를 검출하는 회전속도검출기 (52)와 양 검출기(52), (54)에 접속된 슬립검출회로(55)와 현재의 로울슬립갑을 표시하기 위한 미이터(57)와 로울슬립값이 소정치로 되었을 때에 외부로 슬립신호를 출력시키기 위한 그 소정치를 설정하는 설정기(56)등으로 구성되어 있다. 여기에서, 로울슬립값이라 함은 압연로울(2),(2)의 주속(Vr)에 대한 피가공금속(5)의 이송속도(Vm)와의 비(Vr/Vm)를 뜻한다. 따라서, 본 실시예에서는 로울슬립값을 정량적으로 판독하는 것도 소정치로 되었을 때에 나중에 설명하는 구동제어수단(60)에 전기신호를 출력할 수도 있다. 더우기, 스프링(49)으로 가압된 안내로울러(48)는 피동로울러 (48)에 대치 배설되어 있다.

다음으로 수분조정유닛(70)은, 전술한 실시예와 대략 마찬가지로 피가공금속 (5) 표면의 수분을 제습하는 히이터로 형성된 제습수단(75)과 그 표면에 수분을 부착시켜서 가습하는 초음파 물방울 발생기로 형성된 가습수단(71)과, 제습수단(75)인 히이터의 온도조정기(76) 및 온도설정기(77)와, 가습수단(71)의 분무량을 조정 설정하는 습도조정기(72) 및 습도설정기(73)로 구성되어 있다. 여기에서, 가습수단(71)은 평균입자지름이 5~6μm의 물방울을 발생하여 피가공금속(5)의 표면에 직접 부착하도록 하는 것으로, 이른바, 상대습도를 100% 상당하게 한다. 더우기, 가습수단(71)은 가습효율을 향상시키기 위한 대략 밀폐상의 조정실(41)내에 설치되어 있다.

또, 구동제어수단(60)은 가습수단(71)(습도조정기(72))용의 스위치(61)와 제습수단(75)(온도조정기(76))용의 스위치(62)와 슬립검출회로(55)로부터의 입력신호와 전환스위치(64)의 전환지령에 기초하여 스위치(61) 또는 스위치(62)를 ON-OFF 제어하여 각 수단(71), (75)을 구동하기 위한 전환구동회로(63)등으로 형성되어 있다.

다음에, 동 실시예의 작용에 대하여 설명한다.

미리 피가공금속(5)의 성질이 호습성인지 혐습성인지를 판단(상세한 것에 대하여는 시험 I에서 설명한)하여, 혐습성의 경우에는 가습수단(71)에 의하여 압연개소에 있어서의 마찰저항, 즉, 마찰계수를 증대시키며, 호습성의 경우에는 제습수단(75)에 의하여 마찰저항(마찰계수)을 증대시키도록 구동 제어수단(60)의 전환스위치(64)를 전환조작한다. 또, 소성가공하여야 할 피가공금속(5)의 성질 및 정도등에 대응한 수분량을 확보할 수 있도록 습도설정기(73), 온도설정기(77)를 일정한 값으로 설정한다. 나아가서, 로울슬립검출수단(50)의 설정기(56)에서 품질보장상 허용되는 슬립값(Vr/ Vm)을 설정하여 둔다. 본 실시예에서는 피가공금속(5)에 따라서 0.9~1.05사이의 수치로 설정하도록 한다.

그리고, 언코일러(3)로부터 끌어낸 피가공금속(5)의 선단을 수분조정유닛 (70), 압연기(1)를 통하여 코일러(4)에 세트함과 동시에 압연비등에 따라 압연하중과 이송속도를 조정하여 전체를 시동한다. 정상시에 있어서는, 전술한 바와같이 설정한 슬립값의 수치 이하의 값으로 되므로 로울슬립검출수단(50)으로부터는 슬립신호가 출력되지 않으므로, 그 결과 구동제어수단(60)은 수분조정유닛(70)을 구동시키는 일은 없다.

한편, 초기 또는 가공 도중에 있어서 압연하중, 이중속도, 혹은 대기상대습도의 변동등에 따라 피가공금속(5)의 표면부착수분이 증감하였을 경우 등의 제원인에 의하여 압연개소에서의 마찰계수가 저하하여 이송속도(Vm)보다도 구동로울(2),(2)의 주속(Vr)이 한층 빨라지는 상태(Vr/Vm) 설정치(0.9~1.05)), 즉, 로울슬립이 발생하면 구동제어수단(60)의 전환구동회로(63)는 로울슬립검출수단(50)의 슬립검출회로(55 )로 부터 슬립신호를 받아서 전환스위치(64)로 전환되어 있었던 스위치(61) 또는 (62)를 ON으로 하고, 습도조정기(72) 또는 온도조정기(76)를 구동한다.

그 결과, 가습수단(71) 또는 제습수단(75)에 의하여 피가공금속(5)의 표면의 수분을 조정하여, 어느 경우에도 그 마찰계수를 증대하도록 작용한다. 그 결과 슬립이 방지된다.

따라서, 동 실시예에 의하면 사전 또는 도중에 피가공금속(5)의 표면 부착 수분량을 조정함에 따라서 압연부분에서의 마찰계수를 변화시킬 수 있으므로, 이송속도(압연속도)를 저하시키는 일이 없이 로울슬립을 방지하여 슬립상처가 없는 고품질의 소성가공을 달성할 수 있다.

또, 수분조정유닛(70)은 구동제어수단(60)을 개재하여 로울슬립검출수단(50)의 검출결과에 기초하여 작동하도록 구성되어 있기 때문에 자동적으로 로울슬립을 발생시키지 않도록 작용하여 생산능률을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또, 미이터(57)를 감시함에 따라서 치명적인 슬립상처를 발생시켜 버리기 이전에 수동조작하여 그 발생을 미연에 방지하는 것도 가능하기 때문에, 이러한 점으로부터도 신속한 작업과 고품질 보장을 달성할 수 있다. 나아가서, 수분조정유닛(70)은 가습수단(71)과 제습수단(75)의 쌍방이 설치되어 있기 때문에, 호습성, 혐습성 혹은 양성의 피가공금속(5)이라도 마찰계수를 증대시킬 수 있으므로 금속적응성을 대단히 크게 할 수 있다. 한편에 있어서, 기술적 근거는 반드시 명확하지 않으나 압연유와 성질을 달리하는 수분의 증감이 그 압연유(윤활유)와 서로 어울려서 상승적 효과를 발휘하여 압연하중을 경감하여도 일정한 판두계를 얻을 수 있다고 하는 효과도 확인할 수 있었다.

나아가서 또, 피가공금속(5)의 호습성, 혐습성에도 불구하고 소성가공전에 그 수분조정을 하면 좋기 때문에 구조가 간단하여 취급하기 용이한 기존의 설비에도 도입할 수 있다.

＜시험 IV＞

본 장치를 사용하여, 전술한 시험 I과 동일한 조건에서 호습성 및 혐습성의 각 금속에 대하여 압연을 하였던바, 그 결과는 전술한 표 1 및 표 2와 함께 제2도 및 제3도에 나타낸 것과 동일한 결과를 얻었다.

＜시험 V＞

아연합금으로서의 황동판(C2680P 0재…1.0mm^t×50mm^w)을 피가공금속(5)으로 소성가공으로서의 압연시험을 하였다.

시험조건

압연기…4단 가역식 압연기((주) 제2요시다기넹덱 고오쇼 제품)

압연로울 40mmø×200mm^L

압연조건…압연속도 100mm/min

전방장력 5kg/mm²

후방장력 5kg/mm²

감압률 40%

(압연후 판두께 72mm)

압연유…다프니로울오일 CU-50(이데미쓰 고오상(주)제품)

표면상태…언코일러(11)로부터 송출된 피가공금속(1)의 표면이 주위대기의 상대습도 70%(20℃)에 닿으면서 압연기(12)에 공급되도록 하였다. 단, 수분조정장치 (40)는 동작하지 않게 하였다.

제7도에 나타낸 바와 같이, 시간(T₁)에 있어서 로울슬립검출수단(50)의 미이터 (57)로 슬립값(Vr/Vm)이 0.95를 초과하였음을 확인하였으므로 제습수단(74)인 히이터를 시간(T₂)에서 작동시켜 피가공금속(5)의 앞뒷면에 약 80℃의 열풍을 분무하여 수분을 제거하였다. 그 결과, 시간(T₂)을 경과할때보다 슬립값이 강하하기 시작하여, 시간(T₄)에서 0.95로 복귀하여 안정하였다. 이때, 슬립상처는 소멸하였다. 더우기, 시간(T₁)과 (T₄)사이는 피가공금속(5)의 이송길이로 10m에 상당하는 시간은 약 6초이었다.

＜시험 VI＞

혐습성이라고 판단된 알루미늄판(A5052PH 16재…1.2mm^t×50mm^w)을 피가공금속(5)으로서 압연시험을 하였다. 압연기(1), 압연조건은 시험 V의 경우와 동일하나, 전방장력과 후방장력은 각기 3kg/mm²로 하였다. 또, 압연유는 다프니로울오일 AL-38(이데미쓰고오상(주)제품)을 사용하였다.

표면상태…언코일러(3)에서 송출된 피가공금속(5)의 표면이 주위대기(압연실내)의 상대습도 45%(23℃)에서 닿으면서 압연기(1)에 공급되도록 하였다.

제7도에 나타낸 바와 같이, 시간(T₁)에 있어서 미이터(57)로 슬립값(Vr/Vm)이 0.91을 초과하였음을 확인하였으므로 습도설정기(73)를 최대눈금(물방울 발생량 최대)으로 하여 가습수단(71)을 시간(T₅)에 있어서 작동시켜 피가공금속(5)의 앞뒷면에 가습수단(71)인 초음파 가습기로부터 발생된 평균입자지름 5.7μm의 물방울을 직접 부착시켰던 결과, 시간(T)으로부터 슬립값을 강하하여 시간(T₇)에서 슬립값이 일정한 0.91에서 안정시킬 수 있었다.

더우기, 시가노간계는 시험 V인 경우와 마찬가지이지만 제6도에서 볼 수 있는 바와 같이, 가습수단(71)의 편이 제습수단(75)보다 압연기(1)측에 설치되어 있는 관계에서 응답이 빠르다.

더우기, 이와 같은 시험에 있어서도 전술한 각 입자지름은 MALVERN INS TRUMENTS PARTICLE SIZER(Malvern Instruments사 제품)에 의하여 계측하였다.

이상의 각 실시예에 있어서는 대상으로 하는 피가공금속(5)의 종류나 월간 생산공정 등으로부터 호습성 또는 혐습성의 금속을 집중적으로 가공하는 경우에는 가습수단(11), (71)만으로 수분조정유닛(10), (70)을 형성하여도 좋다. 또, 수분조정유닛(10), (70)은 피가공금속(5)의 표면의 부착수분을 조정할 수 있으면 되므로, 각 수단(11), (21), (71), (75)의 구체적 형식, 기종 등은 한정되지 않으며, 또, 전술한 수분조정유닛(70)은 제1도에 있어서의 수분조정유닛(10)을 사용하여도 좋다.

나아가서, 수분조정유닛(70)은 로울슬립검출수단(50)으로부터의 슬립신호를 받은 구동제어수단(60)에 의하여 자동적으로 ON-OFF제어되는 것으로 하였으나, 슬립신호의 크기에 따라서 각 설정기(73), (77)의 설정량을 제어하도록 형성할 수도 있다. 한편, 구동제어수단(60)을 생략하여, 전술한 시험 V, VI으로 나타낸 바와 같이, 로울슬립검출수단(50)에 의하여 검출후에 수분조정유닛(70)을 수동으로 작동, 정지시키는 경우에도 본 발명은 적용된다. 이와 같이, 본 발명을 구성하는 회전센서(42), (43), 슬립검출회로(55)등등의 형태는 임의로 선택할 수 있다.

나아가서, 전술한 시험 V, VI에 있어서는, 효과를 현저히 표시하기 위하여 호습성의 경우에는 시험 I 에서 나타낸 상대습도가 30% 이하로 되도록 한 값으로 하고, 한편, 혐습성의 경우에는 상대습도가 100% 상당으로 되도록 물방울을 부착시켰으나, 그 조정정도는 로울슬립이 방지되고, 또한 후방장력등 가공동력이 증대하지 않는 값으로 조정하도록 수분조정유닛(70) 등을 구성하는 것이 바람직하다.

나아가서 또, 호습성 또는 혐습성에 속하는 금속은 상술한 개시범위에 한정하는 것은 아니다. 이러한 의미에서, 어떤 상대습도를 경계로 한편이 호습성(혐습성), 다른편이 혐습성(호습성)인 것과 같이, 하나 또는 여러개의 어떤 부착수분영역을 사이에 두고 호습성과 혐습성을 지닌 이른바 양성의 금속에 대하여도 본 발명은 적용할 수 있다.

물론, 금속의 소성가공방법 및 그 장치는 아연가공을 하는 것에 대하여 개시하였으나, 로울슬립이 문제가 되는 구조의 것이라면 박판제조, 형강제조등등의 다른 형태의 소성가공 및 그 장치에도 본 발명은 그대로 적용할 수 있다.

나아가서, 소성가공으로서는 압연가공과 드로오잉을 예시하였으나, 드로오잉, 압출, 추출 등도 포함된다.

본 발명은 이상에서 설명한 바와 같이, 피가공금속의 표면부착수분을 조정함에 따라서 고품질을 보장하면서, 가공동력을 경감할 수 있음과 동시에 마찰계수를 변경하여 로울슬립을 방지할 수 있다고 하는 뛰어난 효과를 지니고 있었다.

Claims (13)

1. 피가공금속(5)의 성질이 호습성인지, 혐습성인지를 판단하여, 그 피가공금속 (5)을 소성가공함에 있어서, 상기 판단결과에 따라서 피가공금속(5)에 가습 또는 제습하여 소성가공기계에 대한 마찰저항특성을 개선하기 위한 수분조정공정을 통과시키고, 그런 다음에 피가공금속을 전술한 소성가공기계에 공급하여 소성가공을 하도록 한 것을 특징으로 하는 금속의 소성가공방법.
2. 제1항에 있어서, 전술한 수분조정공정이 피가공금속(5)의 성질이 호흡성인 경우에는 가습하고, 혐습성인 경우에는 제습하며, 양성인 경우에는 마찰저항이 최소로되도록 가습 또는 제습하는 것으로 되어 있음을 특징으로 하는 금속의 소성가공방법.
3. 피가공금속(5)의 표면에 가습하기 위한 가습수단과 제습하기 위한 제습수단을 둘다 또는 둘중하나를 포함하여 형성된 수분조정유닛(70)과, 이 수분 조정유닛(70)의 뒤에 설치되어 피가공금속에 소성가공을 하기 위한 소성가공기계 등을 구비한 것을 특징으로 하는 금속 소성가공장치.
4. 제3항에 있어서, 수분조정유닛(70)이 가습수단(71)과 제습수단(75)과 이것들 수단을 전환 사용하기 위한 전환수단을 포함 형성하고 있음을 특징으로 하는 금속의 소성가공장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 가습수단이 30μm이하의 입자지름의 물방울을 피가공금속의 표면에 부착할 수 있도록 형성되어 있을 특징으로 하는 금속의 소성가공장치.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 가습수단이 피가공금속(5)의 표면근방의 상대습도를 60% 이상으로 유지할 수 있도록 형성되어 있음을 특징으로 하는 금속의 소성가공장치.
7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 계습수단이 전술한 피가공금속(5)의 표면 에 열풍을 분무할 수 있도록 형성되어 있음을 특징으로 하는 금속의 소성가공장치.
8. 제3항 또는 제4항에 있어서, 제습수단(75)이 피가공금속(5)의 표면 근방의 상대습도를 50% 이하로 유지할 수 있도록 형성되어 있음을 특징으로 하는 금속의 소성가공장치.
9. 피가공금속(5)의 부착수분과 마찰계수의 상관에 관한 성질을 판단하고, 그 판단결과에 따라서 마찰계수가 증대하는 방향으로 피가공금속의 표면에 가습 또는 제습하여, 피가공금속(5)을 소성가공하도록 한 것을 특징으로 하는 금속의 소성가공방법.
10. 제9항에 있어서, 피가공금속(5)의 표면에는 가습 또는 제습이 마찰계수를 전술한 소성가공시에 로울슬립을 방지할 수 있음을 충분한 값이 되도록 할 수 있음을 특징으로 하는 금속의 소성가공방법.
11. 제10항에 있어서, 피가공금속(5)의 표면으로의 가습 또는 제습이 전술한 소성가공을 하는 로울의 회전속도와 피가공금속의 이송속도도로부터 판단한 로울슬립값이 소정치를 초과하였을 때에 자동적으로 할 수 있음을 특징으로 하는 금속의 소성가공방법.
12. 피가공금속의 이송속도를 검출하기 위한 이송속도검출기와 로울의 회전속도를 검출하기 위한 회전속도검출기(53)를 포함하여 양 검출기로부터의 출력신호에 따라서 러울슬립을 검출할 수 있도록 형성된 로울슬립검출수단(50)과 로울에 공급되기 전에 피가공금속(5)의 표면에 가습하기 위한 가습수단과 제습하기 위한 제습수단을 둘다 또는 둘중 하나를 포함하여 형성된 수분조정유닛(70)을 구비하여 피가공금속(5)의 표면에 부착한 수분을 조정하에 따라서 로울슬립을 방지할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 금속의 소성가공장치.
13. 제12항에 있어서, 수분조정장치(70)가 로울슬립검출수단(50)으로부터의 검출신호에 따라서 자동구동되도록 구성되어 있음을 특징으로 하는 금속의 소성가공장치.

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