WO2023234663A1 - 마그네슘 합금 성형품 및 그 성형 장치 - Google Patents

마그네슘 합금 성형품 및 그 성형 장치 Download PDF

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WO2023234663A1
WO2023234663A1 PCT/KR2023/007345 KR2023007345W WO2023234663A1 WO 2023234663 A1 WO2023234663 A1 WO 2023234663A1 KR 2023007345 W KR2023007345 W KR 2023007345W WO 2023234663 A1 WO2023234663 A1 WO 2023234663A1
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processed
magnesium alloy
unit
roller
support unit
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PCT/KR2023/007345
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English (en)
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Inventor
양경선
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매시브랩 주식회사
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    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B53/00—Golf clubs
    • A63B53/12—Metallic shafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C33/00—Feeding extrusion presses with metal to be extruded ; Loading the dummy block
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D13/00—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form
    • B21D13/04—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form by rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • B21D3/02—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts by rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/02—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work
    • B24B5/04—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding cylindrical surfaces externally
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon

Definitions

  • the present invention relates to magnesium alloy molded articles and their forming devices.
  • Magnesium alloy is a lightweight metal material with low density among available structural materials, and is a material that is in the spotlight due to its excellent properties such as high specific strength, machinability, and vibration absorption ability. In addition, it can be used for special purposes by adjusting the alloy ratio to suit each application field, so research is being actively conducted to utilize it in various fields.
  • magnesium alloy has relatively low mechanical properties, and many efforts are being made to improve the strength and ductility of magnesium alloy processed materials through various methods.
  • Patent number Republic of Korea Patent Publication No. 2002-0040562 (Publication date: May 30, 2002.)
  • the present invention was made to solve the above-described technical problem, and the purpose of the present invention is to provide a magnesium alloy molded article and a molding device for the same.
  • a magnesium alloy forming device according to an embodiment of the present invention
  • a support unit rotatably supporting the processing object
  • At least one heater module that is detachably included on the outer peripheral surface of the object to be processed and heats the object to be processed;
  • a rotating part that is included to face the support unit and rotates the object to be processed supported by the support unit
  • It may include at least one roller unit that moves along the axial direction of the object to be processed and rotates along the outer peripheral surface of the object to be processed and applies pressure to the object to be processed.
  • the roller unit the roller unit
  • the object to be processed may have a predetermined slope.
  • the roller unit the roller unit
  • It may further include a roller moving unit that performs at least one of advancing and retreating along the axial direction of the object to be processed.
  • the roller unit the roller unit
  • It may further include a roller rotating unit that rotates the roller unit along the outer peripheral surface of the object to be processed.
  • a correction unit inserted into the processing object to correct shaking may be further included.
  • it may further include a heater that heats the object to be processed to a predetermined temperature.
  • a magnesium alloy molded product according to an embodiment of the present invention is formed by forming a processing object heated to a predetermined temperature using a magnesium alloy molding device,
  • the magnesium alloy forming device The magnesium alloy forming device
  • a support unit rotatably supporting the object to be processed
  • At least one heater module that is detachably included on the outer peripheral surface of the object to be processed and heats the object to be processed;
  • a rotating part that is included to face the support unit and rotates the object to be processed supported by the support unit
  • It may include at least one roller unit that moves along the axial direction of the object to be processed and rotates along the outer peripheral surface of the object to be processed and applies pressure to the object to be processed.
  • the predetermined temperature may be 200°C to 450°C.
  • the rotation speed of the rotating part may be 300 to 1200 rpm.
  • the moving speed of the roller unit in the axial direction of the object to be processed may be 2 to 14 mm/s.
  • the molding amount in the diameter direction of the object to be processed may be 0.05 to 1.5 mm.
  • a magnesium alloy forming device for forming a magnesium alloy can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnesium alloy forming device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a magnesium alloy forming device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a cross-section of an extruded magnesium alloy
  • Figure 4 is a cross-section of a magnesium alloy molded product obtained by cold forming an extruded magnesium alloy
  • Figure 5 is a cross-section of a magnesium alloy molded product obtained by hot forming the extruded magnesium alloy
  • Figure 6 is a perspective view of a magnesium alloy molded product formed by a magnesium alloy molding device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a schematic configuration diagram of a magnesium alloy molding device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a magnesium alloy molding device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an extruded magnesium alloy
  • Figure 4 is a cross-section of a magnesium alloy molded product obtained by cold forming an extruded magnesium alloy
  • Figure 5 is a cross-section of a magnesium alloy molded product obtained by hot forming an extruded magnesium alloy
  • Figure 6 is a cross-section of a magnesium alloy molded product obtained by hot forming an extruded magnesium alloy.
  • This is a perspective view of a magnesium alloy molded product formed by a magnesium alloy molding device according to an embodiment of the invention.
  • the magnesium alloy molding device 100 includes a support unit 110 that rotatably supports the object 10 to be processed, the support unit 110 facing the support unit, and the magnesium alloy molding device 100 being rotatable in the support unit 110.
  • a rotating part 120 that rotates the object to be processed 10 supported, at least one heater module 140 that is detachably included on the outer peripheral surface of the object to be processed 10 and heats the object to be processed 10, and the processing It may include at least one roller unit 130 that moves along the axial direction of the object 10 and rotates along the outer peripheral surface of the object 10 to apply pressure to the object 10, and the roller The unit 130 may rotate with a predetermined inclination relative to the object 10 to be processed.
  • the molded length of the roller unit 130 may be 1000 mm.
  • the object to be processed 10 may preferably be a magnesium pipe formed by extruding a magnesium billet.
  • the object to be processed 10 may be supported by the support unit 110 and rotated by the rotating unit 120 .
  • One side of the object to be processed 10 may be coupled to the rotating part 120 and the other side may be supported by the support unit 110, and the object to be processed 10 coupled to the rotating part 120 by rotation of the rotating part 120 ) can be rotated.
  • the support unit 110 is configured to provide pressure to resist longitudinal expansion of the object 10 while processing the processing area of the object 10 by the roller unit 130 .
  • the object to be processed 10 undergoes plastic deformation during processing, thereby increasing its length. At this time, the support unit 110 may provide pressure to resist expansion of the object 10 in the longitudinal direction.
  • the physical properties such as elongation and hardness of each object 10 to be processed may vary, so the amount of expansion during processing may vary, and the support unit 110 provides pressure to resist the longitudinal expansion of the object 10 to be processed during processing.
  • the object to be processed 10 can maintain a constant length, and as a result, the length of the object 10 to be processed can be maintained the same after molding.
  • the roller unit 130 rotates along the outer peripheral surface of the object to be processed 10 and applies pressure to the object to be processed 10 to form the object 10 .
  • the roller unit 130 rotates along the outer peripheral surface of the processing object 10 and can move along the axial direction of the processing object 10, and changes the molding amount that determines the cross-sectional area of the processing object 10 according to the user's selection. and pressure can be applied.
  • the magnesium alloy molded product may be formed in various shapes, such as tapered or waved.
  • the diameter of the roller unit 130 may have a predetermined length, and may preferably be 20 to 300 mm.
  • the roller unit 130 may be inclined at a predetermined angle, and the shape of the object 10 to be processed may be formed in various ways depending on the inclination.
  • the angle of inclination may be determined according to the selection of a person skilled in the art.
  • the rotation unit 120 may include a rotation drive shaft for rotating the rotation unit, and the rotation drive shaft may be rotated by a drive motor.
  • the driving motor may include, but is not limited to, a stepping motor.
  • the roller unit 130 is an element that pressurizes the processing area of the processing object 10 for processing, and may be, for example, fastened to a tool holder (not shown).
  • the roller unit 130 is rotatably included in the magnesium alloy molding apparatus 100 and thus can rotate due to frictional force when pressure is applied to the object to be processed 10 for processing the object.
  • the magnesium alloy molding device 100 may be configured to move the object 10 to be processed 10 in the axial direction (left-right direction in FIG. 1 ) and the radial direction (up-down direction in FIG. 1 ) for processing.
  • the roller unit 130 may be a roller that directly contacts the object to be processed 10 in order to deform the object 10 to be processed.
  • a plurality of roller units 130 are provided, and they may be disposed above and below, respectively, based on the height at which the processing object 10 is located.
  • the roller moving portion may be arranged to advance or retreat along the horizontal direction toward the support portion 110.
  • the adjustment link (not shown) is linked to the movement of the roller moving part to adjust the position of the roller unit 130 so that the roller unit 130 approaches the central axis of the pressing object 10 or moves away from it.
  • the roller moving unit may be configured to advance or retract the roller unit 130 along the horizontal direction of the object 10 to be processed.
  • the roller moving part may be composed of a cylinder or a servomotor arranged along the horizontal direction, but is not limited to this.
  • the roller unit 130 may further include a roller rotating part (not shown) that rotates along the outer peripheral surface of the object 10 to be processed.
  • the object to be processed (10) rotates about the longitudinal axis, and the roller unit 30 presses the outer surface of the rotating object to be processed (10), forming the desired tapered machining area of the object to be processed (10). It can be processed into shapes.
  • the support unit 110 or the rotating unit 120 may further include a correction unit (not shown) that corrects rotation of the processing object 10 or shaking that occurs during processing.
  • the correction part may preferably be included as a mandrel.
  • the correction unit is inserted inside the object 10 to be processed and corrects the shaking caused by rotation or processing, thereby reducing the occurrence of errors in molding caused by shaking and thereby increasing the reliability of molding.
  • the magnesium alloy molding device may further include a heater module 140 that heats the object 10 to be processed to a predetermined temperature.
  • At least one heater module 140 may be included in the form of a detachable cover along the outer peripheral surface of the object to be processed 10, and is mounted at a position requiring heating among the plurality of heater modules 140 according to the molding direction or molding position. (140) can be selectively driven.
  • the heater module 140 is included to overcome limitations in molding direction. Forward, backward, and reciprocating directions can be performed depending on the forming direction method. Additionally, as a reciprocating stroke becomes possible, performance and productivity can be improved compared to a single stroke.
  • the object to be processed may be heated to a predetermined temperature including the heater module 140, and the predetermined temperature may be 100°C to 500°C, and preferably 200°C to 450°C. Below 100°C, the ductility of the magnesium alloy is low, resulting in poor processability and formability, and above a certain level, the physical properties of the magnesium alloy itself may change and defects are likely to occur, so it is heated to 200°C to 450°C.
  • the use of temperature controllers and actuators can be advantageous for process-dependent operation, improved equipment use convenience, and small-quantity production of a variety of products.
  • a magnesium alloy molded product includes the steps of extruding a magnesium alloy billet into a pipe with a predetermined strength, heat treating the extruded magnesium alloy, forming the heat-treated magnesium alloy at a predetermined temperature in a magnesium alloy molding device, and forming the magnesium alloy. It may be formed by coating the magnesium alloy molded product and painting the coated magnesium alloy molded product.
  • a magnesium alloy billet can be extruded into a pipe shape with a predetermined strength, and preferably the extruded magnesium alloy pipe can have a strength of 350 MPa.
  • Extrusion is a process used to create objects with a fixed cross-sectional profile. The extrusion process can also increase the strength of the material.
  • the magnesium alloy material formed by extrusion may be formed in a tubular shape, and the length of the magnesium alloy pipe may preferably be 800 mm and the diameter may be 9.5 mm.
  • extrusion is performed without preheating the die, material peeling may easily appear, and even if the die is preheated before extrusion, it is advisable to adjust the ram speed or perform extrusion without delay to prevent excessive cooling of the die during extrusion. You can. If preheating of the die is difficult or the ram speed is too low, the billet temperature may continue to drop, increasing the extrusion load and causing material peeling. The higher the extrusion ratio, the finer the microstructure and improved strength, but this may be inversely proportional to the elongation rate. If the extrusion ratio is too low, the strength may be too low, differences in microstructure may occur in each part of the magnesium alloy extruded material, and many rough and large crystal grains may be present, resulting in non-uniform manufacturing.
  • Magnesium alloys include AZ-based alloys with Al and Zn as main additive elements, AM-based alloys with Al and Mn as main additive elements, ZK-based alloys with Zr and Zn as main additive elements, and Al and rare earth elements as main additive elements. These include, but are not limited to, AE-based alloys, WE-based alloys with Y and rare earths as the main addition elements, and alloys with Li as the main addition elements.
  • the extruded magnesium alloy pipe may be heat treated.
  • the extruded magnesium alloy pipe can be heat treated, and the tensile strength of the magnesium alloy pipe can be increased through heat treatment.
  • the increased tensile strength may preferably be approximately 10%.
  • It may include a molding step of molding the heat-treated magnesium alloy.
  • forming may be possible only in a predetermined temperature range.
  • the predetermined temperature may be 200°C to 450°C.
  • a molding process suitable for the magnesium alloy molded article of the present invention can be formed by a predetermined RPM, a predetermined feed rate, and a predetermined molding amount.
  • the feed speed is a speed at which the roller unit moves along the axial direction of the object to be processed, and the forming amount may mean a forming amount of the diameter of the pore object.
  • the predetermined RPM may be 300 to 1200
  • the predetermined feed speed may be 2 to 10 mm/s
  • the predetermined molding amount may be 0.02 mm to 10 mm, but are not limited thereto.
  • the rotation speed of the rotating part may be 300 to 1200 RPM, but is not limited thereto.
  • the roller unit 130 can advance or retreat along the axial direction of the magnesium pipe, rotate the outer circumference, and apply pressure to the magnesium pipe to form it.
  • the molding amount that determines the cross-sectional area of the processing object 10 can be changed and pressure can be applied.
  • the magnesium alloy molded article formed in the forming step may be coated in the coating and painting step, and may be painted after coating to form a magnesium alloy molded article.
  • FIG. 4 is a cross-section of a magnesium alloy molded product that has not been processed after extruding the magnesium alloy of Example 1
  • Figure 5 is a cross-section of a magnesium alloy molded product that has undergone cold forming processing during the magnesium alloy molding process of Example 2
  • Figure 6 is This is a cross-section of a magnesium alloy molded product subjected to hot forming during the magnesium alloy molding process of Example 3.
  • a magnesium alloy extruded material was manufactured by extruding a magnesium alloy casting billet. Afterwards, the magnesium alloy extruded material was cut and processed to produce a specimen for compression testing, and the specimen corresponding to FIG. 4 was manufactured.
  • a magnesium alloy extruded material was manufactured by extruding the same magnesium alloy casting billet as in Example 1.
  • the magnesium alloy extruded material was molded and processed, and cold forming was performed.
  • the magnesium alloy molded product was then cut and processed to produce a compression test specimen, and the specimen corresponding to FIG. 5 was manufactured.
  • a magnesium alloy extruded material was manufactured by extruding the same magnesium alloy casting billet as in Example 1. Afterwards, the magnesium alloy extruded material was molded and processed under temperature conditions of 150 to 300 degrees during the molding process. Afterwards, the magnesium alloy molded product was cut and processed to produce a specimen for compression testing to produce the specimen corresponding to FIG. 6. did

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가공 대상체를 회전 가능하게 지지하는 지지 유닛， 상기 가공 대상체 외주면에 착탈 가능하게 포함되어 상기 가공 대상체를 가열하는 적어도 하나 이상의 히터모듈, 상기 지지 유닛에 대향하여 포함되고 상기 지지 유닛에 지지된 상기 가공 대상체를 회전시키는 회전부 및 상기 가공 대상체의 축방향을 따라 이동 및 상기 가공 대상체의 외주면을 따라 회전하며 상기 가공 대상체에 압력을 가압하는 적어도 하나 이상의 롤러 유닛을 포함하는 마그네슘 합금 성형품 및 이의 가공 장치를 제공할 수 있다. [대표도] 도 1

Description

마그네슘 합금 성형품 및 그 성형 장치
본 발명은 마그네슘 합금 성형품 및 그 성형 장치에 관한 것이다.
마그네슘은 합금은 사용 가능한 구조용 소재 중 밀도가 낮은 경량 금속 소재이면서, 높은 비강도와 더불어 기계 가공성, 진동 흡수능과 같은 우수한 특성으로 인해 각광받고 있는 재료이다. 또한, 각 적용 분야에 맞게 합금 비율을 조절하여 특수한 목적으로도 사용할 수 있어서 다양한 분야에 활용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
하지만 마그네슘 합금은 비교적 낮은 기계적 물성을 가지고 있어, 다양한 방법을 통해 마그네슘 합금 가공재의 강도와 연성을 향상시키고자 많은 노력들이 진행 중이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허번호) 대한민국 공개특허공보 제2002-0040562호(공개일자: 2002년 05월 30일.)
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 목적이 마그네슘 합금 성형품 및 그 성형 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 성형 장치는,
가공 대상체를 회전 가능하게 지지하는 지지 유닛;
상기 가공 대상체 외주면에 착탈 가능하게 포함되어 상기 가공 대상체를 가열하는 적어도 하나 이상의 히터모듈;
상기 지지 유닛에 대향하여 포함되고 상기 지지 유닛에 지지된 상기 가공 대상체를 회전시키는 회전부; 및
상기 가공 대상체의 축방향을 따라 이동 및 상기 가공 대상체의 외주면을 따라 회전하며 상기 가공 대상체에 압력을 가압하는 적어도 하나 이상의 롤러 유닛;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 롤러 유닛은,
상기 가공 대상체에 소정의 기울기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 롤러 유닛은,
상기 가공 대상체의 축방향을 따라 전진 및 후퇴 중 적어도 하나 이상을 수행하는 롤러 이동부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 롤러 유닛은,
가공 대상체의 외주면을 따라 상기 롤러 유닛을 회전시키는 롤러 회전부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가공 대상체에 삽입되어 흔들림을 보정하는 보정부;가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가공 대상체를 소정의 온도로 가열하는 히터;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 성형품은, 소정의 온도로 가열된 가공 대상체를 마그네슘 합금 성형 장치에 의해 성형되고,
상기 마그네슘 합금 성형 장치는,
상기 가공 대상체를 회전 가능하게 지지하는 지지 유닛;
상기 가공 대상체 외주면에 착탈 가능하게 포함되어 상기 가공 대상체를 가열하는 적어도 하나 이상의 히터모듈;
상기 지지 유닛에 대향하여 포함되고 상기 지지 유닛에 지지된 상기 가공 대상체를 회전시키는 회전부; 및
상기 가공 대상체의 축방향을 따라 이동 및 상기 가공 대상체의 외주면을 따라 회전하며 상기 가공 대상체에 압력을 가압하는 적어도 하나 이상의 롤러 유닛;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소정의 온도는 200℃ 내지 450℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회전부의 회전 속도는 300 내지 1200rpm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가공 대상체의 축 방향으로의 상기 롤러 유닛의 이동 속도는 2 내지 14mm/s일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가공 대상체 직경 방향의 성형량은 0.05 내지 1.5mm 일 수 있다.
본 발명에 따르면 마그네슘 합금을 성형하는 마그네슘 합금 성형 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 알루미늄 소재를 대체할 수 있는 기계적 물성을 확보하고 신뢰성이 높은 마그네슘 합금 성형품을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 성형 장치의 개략적인 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 성형 장치의 개략적인 단면도이고,
도 3은 압출된 마그네슘 합금의 단면이고,
도 4는 압출된 마그네슘 합금을 냉간 성형 가공을 수행한 마그네슘 합금 성형품의 단면이고,
도 5는 압출된 마그네슘 합금을 열간 성형 가공을 수행한 마그네슘 합금 성형품의 단면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 성형 장치에 의해 성형된 마그네슘 합금 성형품의 사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 성형품 및 이의 성형 장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분 야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 성형 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 성형 장치의 개략적인 단면도이고, 도 3은 압출된 마그네슘 합금의 단면이고, 도 4는 압출된 마그네슘 합금을 냉간 성형 가공을 수행한 마그네슘 합금 성형품의 단면이고, 도 5는 압출된 마그네슘 합금을 열간 성형 가공을 수행한 마그네슘 합금 성형품의 단면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금 성형 장치에 의해 성형된 마그네슘 합금 성형품의 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 따르면, 마그네슘 합금 성형 장치(100)는 가공 대상체(10)를 회전 가능하게 지지하는 지지 유닛(110), 상기 지지 유닛에 대향하여 포함되고 상기 지지 유닛(110)에 회전 가능하게 지지된 상기 가공 대상체(10)를 회전시키는 회전부(120), 상기 가공 대상체(10) 외주면에 착탈 가능하게 포함되어 상기 가공 대상체(10)를 가열하는 적어도 하나 이상의 히터모듈(140) 및 상기 가공 대상체(10)의 축방향을 따라 이동 및 상기 가공 대상체(10)의 외주면을 따라 회전하며 상기 가공 대상체(10)에 압력을 가압하는 적어도 하나 이상의 롤러 유닛(130)을 포함할 수 있고, 상기 롤러 유닛(130)은, 상기 가공 대상체(10)에 소정의 기울기를 가지고 회전할 수 있다. 상기 롤러 유닛(130)의 성형길이는 1000mm 일 수 있다. 가공 대상체(10)는 바람직하게 마그네슘 빌렛이 압출되어 형성된 마그네슘 파이프일 수 있다.
가공 대상체(10)는 지지 유닛(110)에 의해 지지되어 회전부(120)에 의해 회전될 수 있다. 가공 대상체(10)의 일측면은 회전부(120)에 결합되고 타측면은 지지 유닛(110)에 의해 지지될 수 있고, 회전부(120)의 회전에 의해 회전부(120)에 결합된 가공 대상체(10)가 회전될 수 있다. 지지 유닛(110)은 롤러 유닛(130)에 의해 가공 대상체(10)의 가공 영역의 가공이 진행되는 중에 가공 대상체(10)의 길이방향 확장에 저항하는 압력을 제공하도록 구성된다. 가공 대상체(10)는 가공 진행 중 소성 변형을 겪게 되고, 그에 의해 길이가 늘어나게 되는데, 이때 지지 유닛(110)이 가공 대상체(10)의 길이방향의 확장에 저항하는 압력을 제공할 수 있다. 가공 대상체(10) 별로 연신율, 경도 등의 물리적 성질이 달라 가공 중 늘어나는 양이 달라질 수 있고, 지지 유닛(110)이 가공 중 가공 대상체(10)의 길이방향 확장에 저항하는 압력을 제공함으로써 가공 중 가공 대상체(10)가 일정한 길이를 유지할 수 있게 되며 이에 의해 성형 후 가공 대상체(10)의 길이를 동일하게 유지할 수 있다.
롤러 유닛(130)은 가공 대상체(10)의 외주면을 따라 회전하며 가공 대상체(10)에 압력을 가하여 성형할 수 있다. 롤러 유닛(130)은 가공 대상체(10)의 외주면을 따라 회전하며 가공 대상체(10)의 축방향을 따라 이동할 수 있고, 사용자의 선택에 따라 가공 대상체(10)의 단면적을 결정하는 성형량을 변경하며 압력을 가할 수 있다. 롤러 유닛(130)이 가공 대상체(10)의 축방향을 따라 이동함에 따라 마그네슘 합금 성형품의 형상을 테이퍼 및 웨이브 등 다양하게 형성될 수 있다. 롤러 유닛(130)의 직경은 소정의 길이로 포함될 수 있고, 바람직하게는 20 내지 300mm일 수 있다.
롤러 유닛(130)은 소정의 각도로 기울어질 수 있고, 기울기에 따라 가공 대상체(10)의 형상이 다양하게 형성될 수 있다. 기울기의 각도는 당업자의 선택에 따라 결정될 수 있다.
회전부(120)는 회전부를 회전시키기 위한 회전 구동축을 포함할 수 있고, 회전 구동축은 구동 모터에 의해 회전할 수 있다. 예를 들어, 구동 모터는 스테핑 모터 등으로 포함될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
롤러 유닛(130)은 가공을 위해 가공 대상체(10)의 가공 영역을 가압하는 요소이며, 예를 들어, 툴 홀더(미도시)에 체결될 수 있다. 롤러 유닛(130)은 마그네슘 합금 성형 장치(100)에 회전 가능하게 포함됨으로써 가공 대상체의 가공을 위해 가공 대상체(10)에 압력을 가하는 경우 마찰력에 의해 회전할 수 있게 된다. 마그네슘 합금 성형 장치(100)는 가공을 위해 가공 대상체(10)의 축방향(도 1에서 좌우 방향) 및 반경방향(도 1에서 상하 방향)으로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다.
롤러 유닛(130)은 가공 대상체(1O)의 변형을 위해 가공 대상체(10)에 직접 접촉되는 롤러일 수 있다. 롤러 유닛(130)은 복수 개로 구비되고, 이들은 가공 대상체(1O)이 위치한 높이를 기준으로 상측, 및 하측에 각각 배치될 수 있다. 롤러 이동부는 지지부(110)를 향해 수평 방향을 따라 전진하거나 후퇴하도록 배치될 수 있다. 조절 링크(미도시)는 롤러 이동부의 이동에 연동되어 롤러 유닛(130)이 가압 대상체(1O)의 중심축을 향해 접근하거나 그로부터 멀어지도록 롤러 유닛(130)의 위치를 조절할 수 있다. 롤러 이동부는 가공 대상체(10)의 수평 방향을 따라 롤러 유닛(130)을 전진시키거나 그 반대로 후퇴시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 롤러 이동부는 수평 방향을 따라 배치된 실린더 또는 서보모터로 구성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
롤러 유닛(130)이 가공 대상체(10)의 외주면을 따라 회전시키는 롤러 회전부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
회전부(120)이 회전하면서 가공 대상체(10)가 길이방향 축을 중심으로 회전하며 롤러 유닛(30)이 회전하는 가공 대상체(10)의 외면을 가압하여 가공 대상체(10)의 가공 영역을 테이퍼진 원하는 형상으로 가공할 수 있다.
지지 유닛(110) 또는 회전부(120)는 가공 대상체(10)의 회전 또는 가공간 발생하는 흔들림을 보정하는 보정부(미도시)가 더 포함될 수 있다. 보정부는 바람직하게 맨드릴(mandrel)로 포함될 수 있다. 보정부는 가공 대상체(10) 내부에 삽입되어 회전 또는 가공에 의해 발생하는 흔들림을 보정하여 흔들림에 의해 발생하는 성형의 오차의 발생을 감소시킬 수 있고 그에 따라 성형의 신뢰도를 상승시킬 수 있다.
마그네슘 합금 성형 장치는 가공 대상체(10)를 소정의 온도로 가열하는 히터모듈(140)를 더 포함할 수 있다. 히터모듈(140)은 가공 대상체(10) 외주면을 따라 탈착 가능한 덮개 형태로 적어도 하나 이상 포함될 수 있고, 성형 방향 또는 성형 위치에 따라 복수의 히터모듈(140) 중 가열이 필요한 위치에 장착된 히터모듈(140)을 선택적으로 구동할 수 있다. 히터모듈(140)이 포함되어 성형 방향성의 한계를 극복할 수 있다. 성형 방향 방식에 따른 포워드(forward), 백워드(backward) 및 왕복 방향이 진행될 수 있다. 또한, 왕복행정이 가능해짐에 따라 단일 행정 대비 성능 및 생산성이 향상될 수 있다. 히터모듈(140)을 포함하여 가공 대상체를 소정의 온도로 가열할 수 있고, 소정의 온도는 100℃ 내지 500℃일 수 있고, 바람직하게는 200℃ 내지 450℃ 일 수 있다. 100℃이하에서는 마그네슘 합금의 연성이 낮아 가공성 및 성형성이 떨어지고, 일정 이상에서는 마그네슘 합금 자체의 물성에 변화를 줄 수 있고, 결함이 생기기 쉽기 때문에 200℃내지 450℃로 가열하도록 한다. 또한, 온도 컨트롤러 및 액추에이터 사용으로 공정에 따른 작동, 장비 사용 편의성 향상 및 다품종 소량생산에 유리할 수 있다.
마그네슘 합금 성형품은 마그네슘 합금 빌렛을 소정의 강도를 가진 파이프로 압출하는 단계, 압출된 상기 마그네슘 합금을 열처리하는 단계, 열처리된 상기 마그네슘 합금을 마그네슘 합금 성형 장치에서 기결정된 온도에서 성형하는 단계, 성형된 상기 마그네슘 합금 성형품을 코팅하는 단계 및 코팅된 상기 마그네슘 합금 성형품을 도장하는 단계에 의해 형성될 수 있다.
압출 단계
마그네슘 합금 빌렛을 압출하는 단계를 포함할 수 있다. 마그네슘 합금 빌렛을 소정의 강도를 가진 파이프 형태로 압출할 수 있고, 바람직하게 압출된 마그네슘 합금 파이프는 350MPa의 강도를 가질 수 있다. 압출성형은 고정 단면 윤곽의 물체를 만들기 위해 사용하는 공정으로 압출 공정은 물질의 강도를 높일 수도 있다. 압출되어 형성된 마그네슘 합금제는 파이프 형태의 관형으로 형성될 수 있고, 마그네슘 합금 파이프의 길이는 바람직하게는 800mm일 수 있고, 직경은 9.5mm일 수 있다.
다이(Dies)의 예열 없이 압출 수행할 경우 소재 낌 현상이 쉽게 나타날 수 있고, 압출 전 다이를 예열하더라도 압출 중 다이의 과도한 냉각이 발생하지 않게 램 속도를 조정하거나 지체 없이 압출을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 다이의 예열이 어렵거나 램 속도가 너무 낮을 경우 빌렛 온도가 지속적으로 저하되어 압출 하중이 높아지고 소재 낌 현상이 나타날 수 있다. 압출비가 높을수록 미세조직이 미세화되어 강도가 향상될 수 있으나 연신율과 반비례 관계일 수 있다. 압출비가 너무 낮으면 강도가 너무 낮아지거나 마그네슘 합금 압출재의 부위별 미세조직의 차이가 발생하고 거칠고 큰 결정립이 다수 존재하여 불균일하게 제조될 수 있다.
마그네슘 합금은 Al과 Zn을 주 첨가 원소로 하는 AZ계 합금, Al과 Mn을 주 첨가 원소로 하는 AM계 합금, Zr과 Zn을 주 첨가 원소로 하는 ZK계 합금, Al과 희토류를 주 첨가 원소로 하는 AE계 합금, Y과 희토류를 주 첨가 원소로 하는 WE계 합금, Li을 주 첨가 원소로 하는 합금 등이 포함되며 이 예들만으로 한정되는 것은 아니다.
열처리 단계
압출된 마그네슘 합금 파이프는 열처리하는 단계일 수 있다. 압출 단계에서 압출된 마그네슘 합금 파이프는 열처리될 수 있고, 열처리를 통하여 마그네슘 합금 파이프의 인장강도를 증가시킬 수 있다. 증가된 인장강도는 바람직하게 대략 10%일 수 있다.
성형 단계
열처리된 마그네슘 합금을 성형하는 성형 단계를 포함할 수 있다. 마그네슘 합금 파이프를 성형하기 위해서는 기결정된 온도 구간에서만 성형이 가능할 수 있다. 바람직하게 기결정된 온도는 200℃ 내지 450℃ 일 수 있다. 본원발명의 마그네슘 합금 성형품에 적합한 성형공정은 기결정된 RPM, 기결정된 피드속도 및 기결정된 성형량에 의해 형성될 수 있다. 상기 피드 속도는 롤러 유닛이 상기 가공 대상체의 축방향을 따라 이동하는 속도이고, 상기 성형량은 상기 기공 대상체의 직경의 성형량을 의미할 수 있다. 바람직하게 기결정된 RPM은 300 내지 1200, 기결정된 피드속도는 2 내지 10mm/s 및 기결정된 성형량은 0.02mm 내지 10mm일 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.
실시예를 들어, 회전부의 회전속도는 300 내지 1200RPM일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 롤러 유닛(130)은 마그네슘 파이프의 축 방향을 따라 전진 또는 후퇴할 수 있고, 외주면을 회전하며 마그네슘 파이프에 압력을 가하여 성형할 수 있다. 사용자의 선택에 따라 가공 대상체(10)의 단면적을 결정하는 성형량을 변경하며 압력을 가할 수 있다.
코팅 도장 단계
상기 성형 단계에서 성형된 상기 마그네슘 합금 성형품은 코팅 도장 단계에서 코팅될 수 있고, 코팅 후 도장되어 마그네슘 합금 성형품이 형성될 수 있다.
<실시예>
마그네슘 합금재를 열처리하여 마그네슘 합금 성형품을 제조하였다. 도 4는 실시예 1의 마그네슘 합금 압출 후 처리가 진행되지 않은 마그네슘 합금 성형품의 단면이고, 도 5는 실시예 2의 마그네슘 합금 성형 가공시 냉간 성형 가공을 진행한 마그네슘 합금 성형품의 단면, 도 6은 실시예 3의 마그네슘 합금 성형 가공시 열간 성형 가공을 수행한 마그네슘 합금 성형품의 단면이다.
<실시예 1>
마그네슘 합금 주조 빌렛을 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다. 이후에 상기 마그네슘 합금 압출재를 절삭 가공하여 압축시험용 시편을 제작하여 도 4에 해당되는 시편을 제조하였다.
< 실시예 2>
실시예 1과 동일한 마그네슘 합금 주조 빌렛을 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다. 마그네슘 합금 압출재를 성형 가공하되, 냉간 성형 가공을 실시하여 이후에 상기 마그네슘 합금 성형품을 절삭 가공하여 압축시험용 시편을 제작하여 도 5에 해당되는 시편을 제조하였다
<실시예 3 시편>
실시예 1과 동일한 마그네슘 합금 주조 빌렛을 압출하여 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다. 이후에 상기 마그네슘 합금 압출재를 성형 가공하되, 성형 가공시 150 내지 300도 온도 조건하에 성형 가공을 실시하였고, 이후에 마그네슘 합금 성형품을 절삭 가공하여 압축시험용 시편을 제작하여 도 6에 해당되는 시편을 제조하였다
본 발명의 실시예가 반드시 상술한 일 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
[부호의 설명]
10: 가공 대상체
100: 마그네슘 합금 성형 장치
110: 지지 유닛
120: 회전부
130: 롤러 유닛
140: 히터 모듈

Claims (11)

  1. 가공 대상체를 회전 가능하게 지지하는 지지 유닛;
    상기 가공 대상체 외주면에 착탈 가능하게 포함되어 상기 가공 대상체를 가열하는 적어도 하나 이상의 히터모듈;
    상기 지지 유닛에 대향하여 포함되고 상기 지지 유닛에 지지된 상기 가공 대상체를 회전시키는 회전부; 및
    상기 가공 대상체의 축방향을 따라 이동 및 상기 가공 대상체의 외주면을 따라 회전하며 상기 가공 대상체에 압력을 가압하는 적어도 하나 이상의 롤러 유닛;를 포함하는, 마그네슘 합금 성형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤러 유닛은,
    상기 가공 대상체에 소정의 기울기를 가지는, 마그네슘 합금 성형 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤러 유닛은,
    상기 가공 대상체의 축방향을 따라 전진 및 후퇴 중 적어도 하나 이상을 수행하는 롤러 이동부;를 더 포함하는, 마그네슘 합금 성형 장치.
  4. 제 1 항에 있어서.
    상기 롤러 유닛은,
    가공 대상체의 외주면을 따라 상기 롤러 유닛을 회전시키는 롤러 회전부;를 더 포함하는, 마그네슘 합금 성형 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공 대상체에 삽입되어 흔들림을 보정하는 보정부;가 더 포함되는, 마그네슘 합금 성형 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공 대상체를 소정의 온도로 가열하는 히터;를 더 포함하는, 마그네슘 합금 성형 장치
  7. 소정의 온도로 가열된 가공 대상체를 마그네슘 합금 성형 장치에 의해 성형되고,
    상기 마그네슘 합금 성형 장치는,
    상기 가공 대상체를 회전 가능하게 지지하는 지지 유닛;
    상기 가공 대상체 외주면에 착탈 가능하게 포함되어 상기 가공 대상체를 가열하는 적어도 하나 이상의 히터모듈;
    상기 지지 유닛에 대향하여 포함되고 상기 지지 유닛에 지지된 상기 가공 대상체를 회전시키는 회전부; 및
    상기 가공 대상체의 축방향을 따라 이동 및 상기 가공 대상체의 외주면을 따라 회전하며 상기 가공 대상체에 압력을 가압하는 적어도 하나 이상의 롤러 유닛;를 포함하는, 마그네슘 합금 성형품.
  8. 제 7항에 있어서
    상기 소정의 온도는 200℃ 내지 450℃인, 마그네슘 합금 성형품.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전부의 회전 속도는 300 내지 1200rpm인, 마그네슘 합금 성형품.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 가공 대상체의 축 방향으로의 상기 롤러 유닛의 이동 속도는 2 내지 14mm/s인, 마그네슘 합금 성형품.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 가공 대상체 직경 방향의 성형량은 0.05 내지 1.5mm인, 마그네슘 합금 성형품.
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