WO2014010904A1 - 연속 전단 변형을 이용한 성형 장치 및 성형 방법 - Google Patents

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WO
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metal material
rotation
die
shear deformation
deformation
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신영철
윤덕재
임성주
최호준
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Korea Institute of Industrial Technology KITECH
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Korea Institute of Industrial Technology KITECH
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    • B21C27/00—Containers for metal to be extruded

Definitions

  • the present invention relates to a molding apparatus and a molding method using a continuous shear deformation, and more particularly, to provide a new structure that can be extruded while applying a continuous shear deformation to the front of the material to reduce the molding load during extrusion and improve processability It relates to a molding apparatus and a molding method for making.
  • continuous shear deformation refers to a processing method that causes shear deformation of a metal material to improve the strength, ductility, and formability of the material.
  • ECAP Equal Channel Angular Pressing
  • ECAD Equal Channel Angular Drawing
  • ECAR Equal Channel Angular Rolling
  • a shear deformation apparatus known as an ECAP apparatus will be briefly described.
  • a metal mold having an inlet passageway and an outlet passageway having the same cross-sectional area and having an 'L' shape is usually provided. By pressing through the pressurizing device, the metal material is pushed out to the outlet side passage.
  • the cross-sectional area of the metal material remains unchanged, and thus it is possible to repeatedly process the metal material, and in the process of bending the metal material with 'L', a severe shear plasticity change may be applied to the material.
  • the grain size of the material can be refined to greatly strengthen the strength and improve the mechanical properties.
  • FIG. 1 is a diagram disclosed in Korean Laid-Open Patent Publication No. 2001-0103208, "Continuous Shear Deformation Apparatus", which is provided with a mold furnace (3) having a bent portion inside a mold (1) (2). The material 5 is placed in the mold, and the material 5 is pushed by the punch 4 to pass the mold 3.
  • the above-described conventional continuous shear deformation apparatus has the above-mentioned problems in terms of the structure of the device as it is, the thickness and length of the material is greatly limited, there is a problem that the continuous supply of the material is impossible.
  • another shear deformation processing method may include an extrusion with Monotonic Torsion (EMT) method, which is a process of twisting and extruding a metal material by rotating a die or a container in one direction. The extrusion process is performed while twisting the surface of the metal material discharged from the die.
  • EMT Monotonic Torsion
  • Figure 5 relates to the "torsional extrusion method of the material" of the Japanese Patent Laid-Open No. 2005-990 disclosed in the conventional torsional extrusion method described above, briefly look at fixing the container 3, the container ( 3) One side is rotatably coupled to the die (2) around the center of the rotation axis (a), the other side of the container (3) pusher to press the material (1) embedded in the container ( 4) Fit.
  • the die when the material embedded in the container starts the extrusion process with the pressing of the pusher, the die is rotated about the rotation axis at the same time, thereby applying a twist due to the die on the surface of the material to be extruded, thereby extruded
  • the surface grains of the material to be refined can be refined to increase the surface strength.
  • the above-described conventional technique causes shear deformation only on the surface portion of the material in contact with the inner surface of the die, so that shear deformation does not occur at the core portion of the material, thus making it difficult to improve the core strength of the material to be extruded. There was a problem that the overall strength of the product can not be improved.
  • the present invention has been made to solve the above problems, it is possible to improve the strength of the metal material by reducing the molding load by continuously transmitting the shear force by rotation to the front of the metal material inside the mold during extrusion molding An extrusion molding apparatus and a molding method are provided.
  • the present invention provides the following problem solving means to solve the above problems.
  • the container 10 including the metal material 50 therein, the ram 30 for pressing the metal material 50 from the rear, and the pressurized metal material 50 is processed to be extruded
  • the hole 24 is formed and includes a rotary die 20 which rotates in contact with the front of the metal material 50, the ram 30 is inserted in the rear of the metal material 50 is the metal material ( It includes a rotation preventing portion 32 to prevent the rotation of the 50, the rotating die 20 is a part of the deformation generating portion for transmitting a forming force by the rotation to the contact surface with the metal material 50 (protrusion) It provides an extrusion molding apparatus using a continuous shear deformation comprising a 22).
  • a container 10 including a metal material 50 therein, a ram 30 for pressing the metal material 50 from the rear, and a process in which the pressurized metal material 50 is extruded.
  • a fixed die 40 having a hole 24 formed therein, and a rotating die 20 receiving the fixed die 40 at a center thereof and rotating in contact with the front of the metal material 50.
  • 30 includes an anti-rotation part 32 inserted into the rear of the metal material 50 to prevent rotation of the metal material 50, and the rotary die 20 is partially protruded to be rotated. It provides an extrusion molding apparatus using a continuous shear deformation comprising a deformation generating portion 22 for transmitting a molding force to the contact surface with the metal material (50).
  • the deformation generating part 22 is composed of a plurality of protrusions which are spaced apart by a predetermined angle to extend in the radial direction from the processing hole 24, the protrusion is increased in width in the radial direction It features.
  • the anti-rotation portion 32 is characterized in that the protruding in a block form on one surface of the ram (30).
  • a container 10 including a metal material 50 therein, and a ram that presses the metal material 50 from the rear and rotates in contact with the rear of the metal material 50.
  • It can further provide an extrusion molding apparatus using a continuous shear deformation, characterized in that it comprises a rotation preventing portion (32).
  • the present invention can provide an extrusion molding method using a continuous shear deformation, as an embodiment, a container 10 including a metal material 50 therein, and a ram for pressing the metal material 50 from the rear 30 and a processing hole 24 through which the pressurized metal material 50 is extruded, and an extrusion molding apparatus including a rotary die 20 rotating in contact with the front of the metal material 50 is used.
  • a plurality of protrusions are formed in the rotary die 20 spaced apart by a predetermined angle to extend in the radial direction from the processing hole 24, the protrusions
  • the metal material 50 is extruded through the processing hole 24 while transmitting a molding force by rotation to the contact surface with the metal material 50.
  • a container 10 including a metal material 50 therein, a ram 30 pressurizing the metal material 50 from the rear, and a processing hole through which the pressurized metal material 50 is extruded.
  • An extrusion molding apparatus includes a fixed die 40 having a 24 formed therein, and a rotating die 20 which receives the fixed die 40 at a center thereof and rotates in contact with the front of the metal material 50.
  • a plurality of protrusions are formed in the rotary die 20 spaced apart by a predetermined angle to extend in the radial direction from the processing hole 24, the protrusions
  • the metal material 50 is extruded through the processing hole 24 while transmitting a molding force by rotation to the contact surface with the metal material 50.
  • the shear force by rotation is continuously transmitted to the front of the metal material inside the mold to apply a strong shear plastic change not only to the surface of the metal material but also to the core, thereby providing crystal grains of the surface of the metal material and the core. It can be miniaturized, thereby enhancing the strength of the surface and the core of the metal material, thereby greatly improving the overall strength of the metal material subjected to plastic deformation processing.
  • the continuous shear deformation there is an effect that can continuously mass-produce the shear-deformed material without being limited to the thickness and length of the material.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a shear deformation apparatus according to the prior art
  • FIG. 2 is a front view of another shearing apparatus according to the prior art
  • FIG 3 is a front view showing the result of the test by the shear deformation apparatus according to Figure 2
  • Figure 4 is a side cross-sectional view of another draw type continuous shear deformation apparatus according to the prior art
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a torsional extrusion device which is extrusion processed by another torsional extrusion process according to the prior art
  • FIG. 6 is a perspective view of a metal material used in the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of an extrusion apparatus using a continuous shear deformation according to the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of the combined extrusion molding apparatus using a continuous shear deformation according to the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an extrusion molding apparatus using a continuous shear deformation according to the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an extrusion molding apparatus using a continuous shear deformation according to the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an extrusion molding apparatus using a continuous shear deformation according to the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of another embodiment of an extrusion molding apparatus using continuous shear deformation according to the present invention.
  • FIG. 13 is a view illustrating a contact relationship between a metal material and a rotating mold according to the present invention.
  • FIG 14 is a perspective view of a front die 60 according to another embodiment according to the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the present invention continuously transmits the shear force by rotation to the front of the metal material inside the mold during extrusion molding to apply a strong shear plastic change not only to the surface of the metal material but also to the core, thereby minimizing the crystal grains of the surface and core of the metal material.
  • the present invention provides an extrusion apparatus using continuous shear deformation, which can greatly enhance the overall strength of the metal material to be plastically deformed by strengthening the strength of the surface and the core of the metal material.
  • the container 10 including the metal material 50 therein, the ram 30 pressurizing the metal material 50 from the rear, and the pressurized metal material 50 are extruded.
  • the processing hole 24 is formed and includes a rotary die 20 to rotate in contact with the front of the metal material 50.
  • the ram 30 includes a rotation preventing portion 32 inserted into the rear of the metal material 50 to prevent rotation of the metal material 50.
  • the rotary die 20 includes a deformation generating part 22 in which a part of the rotary die 20 protrudes and transmits a molding force due to rotation to a contact surface with the metal material 50.
  • the processing hole 24 is formed in the center of the metal material 50, and most of the metal material 50 is pressurized by the rear ram 30 and the front rotary die 20 as shown in FIG. do. This is a molding method using the shear deformation described above.
  • the metal material is pressurized by the ram 30 at the rear to move forward, and the metal material in a portion away from the axis of the processing hole 24 is prevented from moving by the front rotary die 20. Due to the continuous pressurization, the direction of rotation is bent similar to the letter 'L' and in this process, the shear firing changes in the material.
  • the molding rod pressure
  • the metal material is bent into an 'L' shape generally in the mold, and thus a device such as a mold is often broken. do.
  • the present invention introduces a technique for reducing the forming rod as much as possible to reduce the area of contact between the die and the material. That is, as described above, most of the surface of the rotary die 20 is formed lower than the deformation generating portion by forming a plurality of deformation generating parts in the rotary die 20 to be in contact with the metal material 50. Do not contact the metal material 50. The drawing for this is as shown in FIG. In addition, the space between the metal material 50 and the rotary die 20 is spaced apart from each other, including FIG. 9, which is somewhat exaggerated to explain that the main contact occurs in the protruding deformation portion 22. will be.
  • the metal material 50 used for the present molding is used in cold or warm, and thus has a certain degree of rigidity, so that the above-mentioned means for solving the above problems can be applied.
  • the metal material when the metal material is continuously pressurized by the ram 30 while the rotary die 20 is stopped, the metal material is filled between the deformation generating parts so that there is no difference from general extrusion. Therefore, in the present invention, by rotating the rotary die 20, the deformation generating part is evenly distributed through the contact surface with the metal material 50 to distribute the molding force evenly throughout the material. Through this, the metal material can be prevented from filling in the low space between the deformation parts.
  • the portion where the machining hole 24 meets the inner surface of the rotary die 20 is formed with a curved portion 25 for smooth flow.
  • the continuous machining portion 23 is formed continuously, and after passing a predetermined length, the diameter is increased through the inclined portion 26 to reduce the friction force.
  • the core of the present invention is to transmit the rotational force to the front of the metal material and induce the flow of the material by using the rotary die 20, the presence of the deformation generating unit 22 is the main feature.
  • Deformation generation portion 22 is composed of a plurality of protrusions which are spaced apart by a predetermined angle extending in the radial direction from the processing hole 24, the protrusion is characterized in that its width increases toward the radial direction. This is to cause a contact surface in proportion to the area increases in the radial direction.
  • Such deformation generating portion 22 preferably has a slightly gentle protrusion so as to deform while applying pressure to the surface of the material by rotation.
  • the predetermined angle is determined according to the number of deformation generating units 22. For example, when three deformation generating units 22 are used as shown in the figure, it is necessary to be spaced at 120 degree intervals, and when four are used, it is necessary to be spaced at intervals of 90 degrees.
  • the processing used in the present invention can be applied in warm or cold, it is to form the anti-rotation part 32 in the portion where the ram 30 and the metal material 50 contact in order to prevent the metal material from performing a rigid rotational motion. desirable.
  • the anti-rotation part 32 is preferably provided to be formed before being inserted into the container 10 for molding, it is also possible to be formed naturally in the process by pressing.
  • Rotation prevention portion 32 is characterized in that the protruding in a block form on one surface of the ram (30).
  • the anti-rotation part 32 may be any shape as long as it can prevent the rotation of the metal material 50 about the rotation axis of the rotary die 20.
  • the present invention differs from the torsional extrusion methods disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2005-990 to 2005-992. That is, the rotation of the rotary die 20 in the present invention is not intended to simultaneously give the shear deformation due to the torsion to the extruded portion, but to continuously rotate the deformation generating portion to reduce the contact surface of the die and the front surface of the metal material It is to be understood that this is to reduce the molding load. Through this, in addition to reducing the contact area, it generates a flow of rotation in the metal material inside the unextruded container, thereby increasing the formability by preventing the forming rod, which is a problem in the 'L' shaped shear deformation process, generally increases. In addition, it is to be understood that in order to improve the rigidity by applying shear deformation to the metal material before extrusion.
  • the present invention may simultaneously provide an effect of removing dead metal zones generated at the boundary portion of the container 10 and the rotary die 20, that is, the corner portion of the 'L' shape.
  • such a dead metal zone may be necessary when machining aluminum or magnesium.
  • impurities continue to accumulate in the dead metal zone because the flow of metal material is stagnant, and these impurities are left in the dead metal zone and pure metal can be extruded through the processing hole. .
  • the front of the metal material is provided instead of the fixed die die 60 instead of the rotating die.
  • the front die 60 has a rotation preventing portion 28 to prevent the rigid rotational movement of the metal material.
  • the container 10 including the metal material 50 therein, the ram 30 that presses the metal material 50 from the rear and rotates in contact with the rear of the metal material 50, and the pressed metal material
  • the die 50 includes a front die 60 formed with a processing hole 24 to be extruded, and the ram 30 is partially protruded to transmit molding force due to rotation to a contact surface with the metal material 50.
  • the deformation generating unit 22, the front die 60 is inserted into the front of the metal material 50 is characterized in that it comprises a rotation preventing portion 32 to prevent the rotation of the metal material 50 An extrusion molding apparatus using shear deformation may be further provided.
  • This structure has the effect of reducing the molding load, while forming a dead metal zone.
  • the rotary die 20 in front of the metal material 50 separately. That is, the processing hole 44 is formed in the center of the fixed die 40.
  • the center of the rotary die 20 provides a structure in which the fixed die 40 can be located.
  • the rotary die 20 has a structure that rotates by receiving external power, and the fixed die 40 is fixed so as not to rotate. Bearings and the like may be located at the boundary between the rotary die 20 and the fixed die 40.
  • the deformation generator 22 is formed radially only in the rotary die 20. In the case of using such a structure, it is possible to reduce the frictional force with the metal material in the extruded processing portion (23). In addition, it is possible to prevent rotation of the extruded material being molded. Through this structure, it can be understood that the present invention is completely different from the existing Japanese Patent Laid-Open Nos. 2005-990 to 2005-992.
  • the processing unit 23 to be extruded continuously rotates with respect to the raw material as described above the processing unit 23 is formed in the rotary die 20, and the rotary die 20 is rotated. Friction force is continuously generated between the processing unit 23 and the extruded metal material.
  • the rotating die 20 rotates smoothly through a member such as a bearing at the boundary with the fixed die 40, and the frictional force between the extruded metal materials is small because the processing unit does not rotate. do. Therefore, when using such a structure, there is an advantage that the molding load can be further reduced.
  • the container 10 including the metal material 50 therein, the ram 30 for pressing the metal material 50 from the rear, and the processing hole 24 through which the pressed metal material 50 is extruded.
  • the ram 30 is a metal material ( It is inserted into the rear of the 50 to prevent the rotation of the rotation of the metal material 50 includes a rotation preventing portion 32, the rotating die 20 is a part protruded to form a molding force by the rotation with the metal material 50
  • the present invention can provide an extrusion molding method using a continuous shear deformation, as an embodiment, a container 10 including a metal material 50 therein, and a ram for pressing the metal material 50 from the rear ( 30) and a plastic deformation using an extrusion molding apparatus including a processing hole 24 through which the pressurized metal material 50 is extruded, and a rotating die 20 rotating in contact with the front of the metal material 50.
  • a processing method a plurality of protrusions are formed in the rotary die 20 spaced apart by a predetermined angle to extend radially from the processing hole 24, and the protrusions are rotated on the contact surface with the metal material 50 by rotation. It is characterized in that the metal material 50 is extruded through the processing hole 24 while transmitting the molding force.
  • the container 10 including the metal material 50 therein, the ram 30 pressurizing the metal material 50 from the rear, and the processing hole 24 through which the pressurized metal material 50 is extruded.
  • Plastic deformation processing using an extrusion molding apparatus including a fixed die 40, which is formed, and a rotating die 20 which receives the fixed die 40 at its center and rotates in contact with the front of the metal material 50.
  • a plurality of protrusions are formed in the rotary die 20 to be spaced apart by a predetermined angle and extend in a radial direction from the processing hole 24, and the protrusions are rotated on the contact surface with the metal material 50. It is characterized in that the metal material 50 is extruded through the processing hole 24 while transmitting the molding force.

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Description

연속 전단 변형을 이용한 성형 장치 및 성형 방법
본 발명은 연속 전단 변형을 이용한 성형 장치 및 성형 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 소재의 전방에 연속 전단 변형을 가하면서 압출할 수 있는 새로운 구조를 제공함으로써 압출시 성형 하중을 감소시키고 가공성을 향상시키기 위한 성형 장치 및 성형 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.
<선행 특허 문헌>
대한민국 공개특허공보 공개번호 제2001-0103208호
대한민국 공개특허공보 공개번호 제2005-0045469호
일본 공개특허공보 공개번호 특개2005-990호
일본 공개특허공보 공개번호 특개2005-992호
미국 특허 제5737959호
대한민국 등록특허공보 등록번호 제0756433호
대한민국 등록특허공보 등록번호 제0778763호
대한민국 공개특허공보 공개번호 제2008-0046393호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 압출 성형시 금형 내부의 금속소재의 전방에 회전에 의한 전단력을 연속적으로 전달하여 금속 소재의 강도를 향상시킬 수 있고, 성형 하중을 감소시킬 수 있는 압출 성형 장치 및 성형 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.
일실시예로서, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되고 상기 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하고, 상기 램(30)은 상기 금속소재(50)의 후방에 삽입되어 상기 금속소재(50)의 회전을 방지하는 회전방지부(32)를 포함하고, 상기 회전다이(20)는 일부가 돌출 형성되어 회전에 의한 성형력을 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 전달시키는 변형발생부(22)를 포함하는 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치를 제공한다.
다른 실시예로서, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되는 고정다이(40)와, 상기 고정다이(40)를 중심에 수용하고 상기 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하고, 상기 램(30)은 상기 금속소재(50)의 후방에 삽입되어 상기 금속소재(50)의 회전을 방지하는 회전방지부(32)를 포함하고, 상기 회전다이(20)는 일부가 돌출 형성되어 회전에 의한 성형력을 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 전달시키는 변형발생부(22)를 포함하는 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치를 제공한다.
이 경우, 상기 변형발생부(22)는 소정의 각도만큼 이격되어 상기 가공홀(24)로부터 반경 방향으로 연장 형성되는 복수의 돌출부로 구성되고, 상기 돌출부는 반경 방향으로 갈수록 그 폭이 증가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전방지부(32)는 상기 램(30)의 일면에 블럭 형태로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하고 상기 금속소재(50)의 후방과 접촉하여 회전하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되는 전방다이(60)를 포함하고, 상기 램(30)은 일부가 돌출 형성되어 회전에 의한 성형력을 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 전달시키는 변형발생부(22)를 포함하고, 상기 전방다이(60)는 상기 금속소재(50)의 전방에 삽입되어 상기 금속소재(50)의 회전을 방지하는 회전방지부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치를 더 제공할 수 있다.
본 발명은 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 방법을 제공할 수 있는데, 그 실시예로서, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되고 상기 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하는 압출 성형 장치를 이용하여 연속 전단 변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서, 상기 회전다이(20)에 소정의 각도만큼 이격되어 상기 가공홀(24)로부터 반경 방향으로 연장 형성되는 복수의 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부가 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 회전에 의한 성형력을 전달하면서 상기 금속소재(50)를 상기 가공홀(24)을 통해 압출시키는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서는, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되는 고정다이(40)와, 상기 고정다이(40)를 중심에 수용하고 상기 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하는 압출 성형 장치를 이용하여 연속 전단 변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서, 상기 회전다이(20)에 소정의 각도만큼 이격되어 상기 가공홀(24)로부터 반경 방향으로 연장 형성되는 복수의 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부가 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 회전에 의한 성형력을 전달하면서 상기 금속소재(50)를 상기 가공홀(24)을 통해 압출시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 압출 성형시 금형 내부의 금속소재의 전방에 회전에 의한 전단력을 연속적으로 전달하여 금속소재의 표면은 물론 심부에 강한 전단 소성변화를 가하게 되어 금속소재의 표면과 심부의 결정립을 초미세화시킬 수 있고, 이로 인해 금속 소재의 표면과 심부의 강도를 강화시켜 소성변형 가공되는 금속소재의 전면적 강도를 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 연속적인 전단변형의 구현으로 인해 재료의 두께 및 길이에 제한을 받지 않으면서 전단 변형된 소재를 연속적으로 대량 생산할 수 있는 효과가 있다. 특히, 압출시 성형 하중을 크게 감소시키는 효과가 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 사용되는 금속소재의 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치의 분해 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치의 결합 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치의 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치의 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치의 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치의 다른 실시예의 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 금속소재와 회전금형 간의 접촉 관계를 설명하는 도면.
도 14는 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 전방다이(60)의 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 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. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 압출 성형시 금형 내부의 금속소재의 전방에 회전에 의한 전단력을 연속적으로 전달하여 금속소재의 표면은 물론 심부에 강한 전단 소성변화를 가하게 되어 금속소재의 표면과 심부의 결정립을 초미세화시킬 수 있고, 이로 인해 금속 소재의 표면과 심부의 강도를 강화시켜 소성변형 가공되는 금속소재의 전면적 강도를 크게 향상시킬 수 있는 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 압출 성형 장치를 이용하는 경우, 연속적인 전단변형의 구현으로 인해 재료의 두께 및 길이에 제한을 받지 않으면서 전단 변형된 소재를 연속적으로 대량 생산할 수 있는 효과가 있고, 특히, 압출시 성형 하중을 크게 감소시키는 효과가 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되고 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함한다.
램(30)은 금속소재(50)의 후방에 삽입되어 금속소재(50)의 회전을 방지하는 회전방지부(32)를 포함한다.
회전다이(20)는 일부가 돌출 형성되어 회전에 의한 성형력을 금속소재(50)와의 접촉면에 전달시키는 변형발생부(22)를 포함한다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 압출 성형 장치의 동작 원리를 보다 구체적으로 도시하고 있다.
가공홀(24)은 금속소재(50)의 중심부에 형성되어 있고, 금속소재(50)의 대부분은 도 9에 도시된 바와 같이 후방의 램(30)과 전방의 회전다이(20)에 의해 가압된다. 이는 앞에서 설명한 전단변형을 이용한 성형법을 응용한 것이다.
금속소재는 후방의 램(30)에 의해 가압되어 전방으로 이동하다가, 가공홀(24)의 축으로부터 멀어지는 부분의 금속소재들은 전방의 회전다이(20)에 의해 이동이 방해된다. 계속적인 후방의 가압으로 인해 진행방향이 'L'자와 유사하게 꺽이게 되고 이러한 과정에서 소재에 전단소성변화가 발생하게 된다.
다만, 이러한 전단소성변화가 일어나기 위해서는 금형 내부에서 전반적으로 금속 소재가 'L'자형으로 꺽이게 되기 때문에 성형 로드(압력)가 증가하게 되고, 이러한 이유로 금형 등의 장치가 파손되는 문제가 종종 발생하게 된다.
본 발명에서는 이러한 성형 로드를 감소시키기 위한 방안으로서, 다이와 소재간 접촉하는 면적을 최대한 줄이는 기술을 도입하고 있다. 즉, 앞에서 설명한 바와 같이, 회전다이(20)에 복수 개의 변형발생부를 돌출 형성시켜 금속소재(50)와 접촉될 수 있도록 함으로써 변형발생부에 비해 낮게 형성되는 회전다이(20)의 대부분의 면이 금속소재(50)에 접촉하지 않도록 한다. 이에 대한 도면은 도 13에 도시하고 있는 바와 같다. 또한, 도 9를 포함하여 금속소재(50)와 회전다이(20) 사이의 공간을 이격되어 표시하였는데, 이는 돌출된 변형발생부(22)에서 주된 접촉이 일어나는 것을 설명하기 위하여 다소 과장되게 표시한 것이다.
본 성형에 사용되는 금속소재(50)는 냉간 또는 온간에서 사용되는 것으로서 어느 정도 강성을 가지고 있는 상태이므로 위와 같은 과제의 해결 수단이 적용될 수 있다.
다만, 회전다이(20)가 정지한 상태에서 계속적으로 램(30)에 의하여 금속소재가 가압되는 경우에는 변형발생부의 사이에도 금속소재가 채워지게 되어 일반의 압출과 차이가 없게 된다. 따라서, 본 발명에서는 회전다이(20)를 회전시킴으로써 변형발생부가 금속소재(50)와의 접촉면을 계속적으로 회전을 통해 성형력을 소재 전면에 고르게 분포시키는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 금속소재가 변형발생부 사이의 낮은 공간에 채워지는 것을 방지할 수 있다.
이는 변형발생부가 금속소재의 면의 일부와 접촉한 상태에서, 그 접촉한 면을 연속적으로 변화시켜가면서 회전되므로 성형력을 고르게 분포시킴으로써 성형하중을 감소시킴과 동시에 소재의 유동을 강제로 발생시키는 효과를 제공한다.
또한, 회전력을 통해 소재에 계속적인 전단 변형을 유발시킴으로써 소재 내부의 강도를 향상시키는 효과도 함께 얻을 수 있는 장점이 있다.
가공홀(24)이 회전다이(20)의 내면과 만나는 부분은 원활한 유동흐름을 위해 곡면부(25)가 형성되어 있다. 이에 연속되어 직선의 가공부(23)가 형성되어 있고, 소정의 길이를 지난 후에는 경사부(26)를 통해 직경이 증가되도록 하여 마찰력을 감소시키는 구조이다.
본 발명의 핵심은 회전다이(20)를 이용하여 금속소재의 전방에 회전력을 전달하고 소재의 유동을 유발시키는 것에 있으므로, 변형발생부(22)의 존재를 주요 특징으로 한다.
변형발생부(22)는 소정의 각도만큼 이격되어 가공홀(24)로부터 반경 방향으로 연장 형성되는 복수의 돌출부로 구성되고, 상기 돌출부는 반경 방향으로 갈수록 그 폭이 증가하는 것을 특징으로 한다. 이는 반경방향으로 갈수록 그 면적이 증가하기 때문에 이에 비례하여 접촉면이 발생하도록 하기 위함이다. 이러한 변형발생부(22)는 회전에 의해 소재의 면에 압력을 가하면서 변형을 시킬 수 있도록 다소 완만한 형상의 돌출부를 갖는 것이 바람직하다.
소정의 각도는 변형발생부(22)의 개수에 따라 정해진다. 예를 들어, 도면과 같이 변형발생부(22)가 3개 사용되는 경우에는 120도 간격으로 이격되는 것이 필요하고, 4개 사용되는 경우에는 90도 간격으로 이격되는 것이 필요하다.
다만, 회전다이(20)의 회전에 의해 컨테이너(10) 내부의 금속소재(50)가 전체적으로 회전을 하는 경우에는 본 발명에 의한 효과를 달성할 수 없는 문제가 있다. 본 발명에서 사용되는 가공은 온간 또는 냉간에서 적용될 수 있기 때문에 금속소재가 강체 회전 운동을 하지 않도록 하기 위해 램(30)과 금속소재(50)가 접하는 부위에는 회전방지부(32)를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 회전방지부(32)는 성형을 위하여 컨테이너(10) 내부에 삽입되기 전에 형성된 채로 제공되는 것이 바람직하나, 가압에 의한 공정시에 자연스럽게 형성될 수 있도록 하는 것도 가능하다.
회전방지부(32)는 램(30)의 일면에 블럭 형태로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 한다. 회전방지부(32)는 회전다이(20)의 회전축을 중심으로 하여 금속소재(50)의 회전을 방지할 수 있는 형상이라면 어느 것이라도 가능하다.
본 발명은 기존의 일본 공개특허 제2005-990호 내지 제2005-992호에 개시된 비틀림 압출 성형법과는 차이가 있음을 이해하여야 한다. 즉, 본 발명에서 회전다이(20)가 회전하는 것은 압출되는 부분에 비틀림에 의한 전단변형을 동시에 주기 위한 것이 아니라, 금속소재의 전면과 다이의 접촉면을 감소시키기 위하여 변형발생부를 두어 계속적으로 회전시켜 성형하중을 감소시키기 위함임을 이해하여야 한다. 이를 통해 접촉면적을 감소시키는 것 이외에도 압출되지 않은 컨테이너 내부의 금속소재에 회전에 의한 유동을 발생시켜 일반적으로 'L'자형의 전단변형가공법에서 문제가 되는 성형 로드가 커지는 것을 방지하여 성형성을 높이고, 아울러 압출되기 전의 금속소재에 전단변형을 가하여 강성을 향상시키기 위함임을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명은 이러한 구조로 인해 컨테이너(10)와 회전다이(20)의 경계 부분, 즉 'L'자형의 코너 부분에서 발생하게 되는 dead metal zone을 제거하는 효과를 동시에 제공할 수 있다.
다만, 이러한 dead metal zone은 알루미늄 또는 마그네슘 가공시에는 필요한 경우가 존재한다. 예를 들어, 일반적으로 전단변형가공시 dead metal zone에는 금속소재의 유동이 정체되기 때문에 불순물이 계속적으로 누적되는데, 이러한 불순물을 dead metal zone에 남기고 가공홀을 통해서는 순수한 금속이 압출될 수 있도록 한다.
따라서 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 11에서와 같이 램을 후방에서 회전하면서 금속소재를 가압시키고, 금속소재의 전방에는 회전다이 대신 고정된 전방다이(60)를 제공한다. 특히, 전방다이(60)에는 회전방지부(28)를 두어 금속소재의 강체 회전 운동을 방지하게 된다.
즉, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하고 금속소재(50)의 후방과 접촉하여 회전하는 램(30)과, 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되는 전방다이(60)를 포함하고, 램(30)은 일부가 돌출 형성되어 회전에 의한 성형력을 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 전달시키는 변형발생부(22)를 포함하고, 전방다이(60)는 금속소재(50)의 전방에 삽입되어 금속소재(50)의 회전을 방지하는 회전방지부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치를 더 제공할 수 있다.
이러한 구조를 통해 dead metal zone을 형성하면서도, 성형 하중만을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 도 12에 도시된 바와 같이, 금속소재(50)의 전방에 고정다이(40)와, 회전다이(20)를 구분하여 제공하는 것도 가능하다. 즉, 고정다이(40)의 중심에 가공홀(44)을 형성한다. 회전다이(20)의 중심에는 고정다이(40)가 위치할 수 있는 구조를 제공한다. 회전다이(20)는 외부 동력을 전달받아 회전하는 구조이고, 고정다이(40)는 회전하지 않도록 고정시킨다. 회전다이(20)와 고정다이(40)의 경계부에는 베어링 등이 위치할 수 있다.
이 경우, 변형발생부(22)는 회전다이(20)에만 반경방향으로 형성된다. 이러한 구조를 이용하는 경우에는 압출성형되는 가공부(23)에서 금속소재와의 마찰력을 감소시킬수 있다. 또한, 성형되어 나오는 압출재의 회전을 방지시킬 수 있다. 이러한 구조를 통해 본 발명은 기존의 일본 공개특허 제2005-990호 내지 제2005-992호와 전혀 다른 것임을 이해할 수 있다.
즉, 앞에서 설명한 바와 같이 압출성형되는 가공부(23)가 소재에 대하여 계속적으로 회전하는 실시예에서는 가공부(23)가 회전다이(20)에 형성되어 있어, 회전다이(20)의 회전에 의해 가공부(23)와 압출되는 금속소재 간에는 마찰력이 지속적으로 발생한다.
하지만, 도 12와 같은 실시예에서는 회전다이(20)는 고정다이(40)와의 경계부분에서 베어링 등의 부재를 통해 원활하게 회전하게 되고, 가공부는 회전하지 않기 때문에 압출되는 금속소재 간의 마찰력이 작게 된다. 따라서, 이러한 구조를 이용하는 경우에는 성형 하중을 더욱더 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
보다 구체적으로, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되는 고정다이(40)와, 고정다이(40)를 중심에 수용하고 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하고, 램(30)은 금속소재(50)의 후방에 삽입되어 금속소재(50)의 회전을 방지하는 회전방지부(32)를 포함하고, 회전다이(20)는 일부가 돌출 형성되어 회전에 의한 성형력을 금속소재(50)와의 접촉면에 전달시키는 변형발생부(22)를 포함하는 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 장치를 제공한다.
본 발명은 연속 전단 변형을 이용한 압출 성형 방법을 제공할 수 있는데, 그 실시예로서, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되고 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하는 압출 성형 장치를 이용하여 소성변형 가공하는 방법에 있어서, 회전다이(20)에 소정의 각도만큼 이격되어 가공홀(24)로부터 반경 방향으로 연장 형성되는 복수의 돌출부를 형성하고, 돌출부가 금속소재(50)와의 접촉면에 회전에 의한 성형력을 전달하면서 금속소재(50)를 가공홀(24)을 통해 압출시키는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서는, 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되는 고정다이(40)와, 고정다이(40)를 중심에 수용하고 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하는 압출 성형 장치를 이용하여 소성변형 가공하는 방법에 있어서, 회전다이(20)에 소정의 각도만큼 이격되어 가공홀(24)로부터 반경 방향으로 연장 형성되는 복수의 돌출부를 형성하고, 돌출부가 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 회전에 의한 성형력을 전달하면서 금속소재(50)를 가공홀(24)을 통해 압출시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양한 조합을 통해 당업자에 의해 응용이 가능하다.
10 : 컨테이너
20 : 회전다이
30 : 램
40 : 고정다이
50 : 금속소재

Claims (7)

  1. 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되고 상기 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하고,
    상기 램(30)은 상기 금속소재(50)의 후방에 삽입되어 상기 금속소재(50)의 회전을 방지하는 회전방지부(32)를 포함하고,
    상기 회전다이(20)는 일부가 돌출 형성되어 회전에 의한 성형력을 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 전달시키는 변형발생부(22)를 포함하는,
    연속 전단 변형을 이용한 성형 장치.
  2. 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되는 고정다이(40)와, 상기 고정다이(40)를 중심에 수용하고 상기 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하고,
    상기 램(30)은 상기 금속소재(50)의 후방에 삽입되어 상기 금속소재(50)의 회전을 방지하는 회전방지부(32)를 포함하고,
    상기 회전다이(20)는 일부가 돌출 형성되어 회전에 의한 성형력을 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 전달시키는 변형발생부(22)를 포함하는,
    연속 전단 변형을 이용한 성형 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 변형발생부(22)는 소정의 각도만큼 이격되어 상기 가공홀(24)로부터 반경 방향으로 연장 형성되는 복수의 돌출부로 구성되고, 상기 돌출부는 반경 방향으로 갈수록 그 폭이 증가하는 것을 특징으로 하는,
    연속 전단 변형을 이용한 성형 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 회전방지부(32)는 상기 램(30)의 일면에 블럭 형태로 돌출되어 형성되는,
    연속 전단 변형을 이용한 성형 장치.
  5. 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하고 상기 금속소재(50)의 후방과 접촉하여 회전하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되는 전방다이(60)를 포함하고,
    상기 램(30)은 일부가 돌출 형성되어 회전에 의한 성형력을 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 전달시키는 변형발생부(22)를 포함하고,
    상기 전방다이(60)는 상기 금속소재(50)의 전방에 삽입되어 상기 금속소재(50)의 회전을 방지하는 회전방지부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연속 전단 변형을 이용한 성형 장치.
  6. 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되고 상기 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하는 압출 성형 장치를 이용하여 연속 전단 변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서,
    상기 회전다이(20)에 소정의 각도만큼 이격되어 상기 가공홀(24)로부터 반경 방향으로 연장 형성되는 복수의 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부가 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 회전에 의한 성형력을 전달하면서 상기 금속소재(50)를 상기 가공홀(24)을 통해 압출시키는 것을 특징으로 하는,
    연속 전단 변형을 이용한 성형 방법.
  7. 내부에 금속소재(50)를 포함하는 컨테이너(10)와, 상기 금속소재(50)를 후방으로부터 가압하는 램(30)과, 상기 가압된 금속소재(50)가 압출되는 가공홀(24)이 형성되는 고정다이(40)와, 상기 고정다이(40)를 중심에 수용하고 상기 금속소재(50)의 전방과 접촉하여 회전하는 회전다이(20)를 포함하는 압출 성형 장치를 이용하여 연속 전단 변형을 일으켜 소성변형 가공하는 방법에 있어서,
    상기 회전다이(20)에 소정의 각도만큼 이격되어 상기 가공홀(24)로부터 반경 방향으로 연장 형성되는 복수의 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부가 상기 금속소재(50)와의 접촉면에 회전에 의한 성형력을 전달하면서 상기 금속소재(50)를 상기 가공홀(24)을 통해 압출시키는 것을 특징으로 하는,
    연속 전단 변형을 이용한 성형 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2821156A1 (de) * 2013-07-04 2015-01-07 Karlsruher Institut für Technologie Vorrichtung und Verfahren zur Umformung von Bauteilen aus Metallwerkstoffen
CN108097733A (zh) * 2018-01-22 2018-06-01 中国科学院金属研究所 一种可实现多方向剪切的挤扭复合加工模具与方法
CN115889486A (zh) * 2022-12-09 2023-04-04 哈尔滨理工大学 一种回转动模调控的连续变截面型材挤压成形装置及方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11383280B2 (en) 2013-03-22 2022-07-12 Battelle Memorial Institute Devices and methods for performing shear-assisted extrusion, extrusion feedstocks, extrusion processes, and methods for preparing metal sheets
US12551946B2 (en) 2013-03-22 2026-02-17 Battelle Memorial Institute Devices and methods for performing shear-assisted extrusion and extrusion processes
US20210379638A1 (en) 2013-03-22 2021-12-09 Battelle Memorial Institute Devices and Methods for Performing Shear-Assisted Extrusion and Extrusion Processes
US12365027B2 (en) 2013-03-22 2025-07-22 Battelle Memorial Institute High speed shear-assisted extrusion
US12186791B2 (en) 2013-03-22 2025-01-07 Battelle Memorial Institute Devices and methods for performing shear-assisted extrusion and extrusion processes
US11045851B2 (en) 2013-03-22 2021-06-29 Battelle Memorial Institute Method for Forming Hollow Profile Non-Circular Extrusions Using Shear Assisted Processing and Extrusion (ShAPE)
US10695811B2 (en) 2013-03-22 2020-06-30 Battelle Memorial Institute Functionally graded coatings and claddings
US12403516B2 (en) 2013-03-22 2025-09-02 Battelle Memorial Institute Shape processes, feedstock materials, conductive materials and/or assemblies
CN104815864B (zh) * 2015-05-05 2016-08-17 太原理工大学 一种高性能镁合金板材的挤压加工方法
US11396139B2 (en) 2019-05-22 2022-07-26 The Regents Of The University Of Michigan High-speed polymer-to-metal direct joining system and method
EP4034316B1 (en) * 2019-09-27 2026-03-11 Battelle Memorial Institute Shape processes
US12318861B2 (en) 2020-01-02 2025-06-03 The Regents Of The University Of Michigan Methods of joining dissimilar metals without detrimental intermetallic compounds
US11890788B2 (en) 2020-05-20 2024-02-06 The Regents Of The University Of Michigan Methods and process for producing polymer-metal hybrid components bonded by C—O-M bonds
WO2023043839A1 (en) 2021-09-15 2023-03-23 Battelle Memorial Institute Shear-assisted extrusion assemblies and methods
CN115283474B (zh) * 2022-10-08 2023-01-24 中北大学 一种高性能板坯均匀正挤压控制成形模具

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005000992A (ja) * 2003-05-16 2005-01-06 Susumu Mizunuma 材料の偏熱ねじり押出し法
JP2008194749A (ja) * 2007-02-08 2008-08-28 Susumu Mizunuma ひずみ分布制御ねじり押出し法
JP2009090359A (ja) * 2007-10-11 2009-04-30 Osaka Prefecture Univ ねじり前方押出し装置およびねじり前方押出し法
JP4305151B2 (ja) * 2003-05-16 2009-07-29 晋 水沼 材料のねじり押出し加工法
KR20110115401A (ko) * 2010-04-15 2011-10-21 한국생산기술연구원 연속전단변형 장치 및 그 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005000992A (ja) * 2003-05-16 2005-01-06 Susumu Mizunuma 材料の偏熱ねじり押出し法
JP4305151B2 (ja) * 2003-05-16 2009-07-29 晋 水沼 材料のねじり押出し加工法
JP2008194749A (ja) * 2007-02-08 2008-08-28 Susumu Mizunuma ひずみ分布制御ねじり押出し法
JP2009090359A (ja) * 2007-10-11 2009-04-30 Osaka Prefecture Univ ねじり前方押出し装置およびねじり前方押出し法
KR20110115401A (ko) * 2010-04-15 2011-10-21 한국생산기술연구원 연속전단변형 장치 및 그 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2821156A1 (de) * 2013-07-04 2015-01-07 Karlsruher Institut für Technologie Vorrichtung und Verfahren zur Umformung von Bauteilen aus Metallwerkstoffen
CN108097733A (zh) * 2018-01-22 2018-06-01 中国科学院金属研究所 一种可实现多方向剪切的挤扭复合加工模具与方法
CN108097733B (zh) * 2018-01-22 2023-07-21 中国科学院金属研究所 一种可实现多方向剪切的挤扭复合加工模具与方法
CN115889486A (zh) * 2022-12-09 2023-04-04 哈尔滨理工大学 一种回转动模调控的连续变截面型材挤压成形装置及方法

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