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링 압연공정은 두꺼운 링의 직경을 늘리면서 단면적을 감소시키는 공정으로 균질한 원주방향의 유동을 갖는 이음매 없는 링 형상 구조의 점진적 특수 성형법이다. 링 블랭크가 구동롤과 맨드렐 및 상∙하 축롤 사이에 위치하고, 링의 두께 및 높이 방향으로 맨드렐과 상부 축롤의 압하와 구동롤의 회전운동에 의해 링의 직경은 단면적은 감소된다.
링 블랭크의 ...

링 압연공정은 두꺼운 링의 직경을 늘리면서 단면적을 감소시키는 공정으로 균질한 원주방향의 유동을 갖는 이음매 없는 링 형상 구조의 점진적 특수 성형법이다. 링 블랭크가 구동롤과 맨드렐 및 상∙하 축롤 사이에 위치하고, 링의 두께 및 높이 방향으로 맨드렐과 상부 축롤의 압하와 구동롤의 회전운동에 의해 링의 직경은 단면적은 감소된다.
링 블랭크의 곡률반경은 가공 중에 연속적으로 변화하며, 맨드렐과 상부축롤의 비대칭적인 구동방법에 의하여 공정 제어가 매우 어렵다. 이로 인해 새로운 형상의 링 제품의 제조 시 작업자의 경험과 판단에 의존함으로써 높은 초기 비용과 생산 시간이 소요되고 최종 제품의 치수정밀도 및 기계적 특성의 신뢰성 확보가 어렵다.
맨드렐의 이송속도는 링의 퍼짐을 변화시켜 피쉬테일 결함을 유도하여 링의 확장에 영향을 미친다. 이로 인해 최종 제품의 치수정밀도를 하락시키고 더 나아가 링의 미세조직의 비균질성 및 크랙 발생을 촉진시키다.
본 연구의 목적은 링 압연공정의 대표적인 형상결함인 어미현상을 최소화하는 공정을 설계하기 위해 수행되었다. 이를 위해 이중과정 수평식 링 압연공정에서 각 롤의 움직임을 제어하기 위하여 수학적 모델을 제시하였으며, 평면변형-압입공정의 슬립라인장을 기반으로 한 적합 성형영역을 정의하였다. 제안된 수학적 모델 및 적합성형영역의 유효성은 사각 단면의 대형 링 압연공정의 해석 및 실험을 통해 검증되었다.
링 압연공정의 안정성과 최종 링 제품의 진원도를 향상시키기 위한 센터링 롤의 위치 제어 및 유압 방법을 개발하였다. 센터링 롤은 링 외경증가속도, 링 압연장비의 기하학적인 조건 및 실시간으로 가변되는 각, α를 기반으로 한 수식모델을 통해 제어된다. 제안된 제어 방법의 유효성은 유한요소해석 및 실험을 통해 검증되었다.
마지막으로 본 연구에서는 이형 단면의 링 제품을 성형하기 위한 롤 및 초기 링 블랭크 형상을 설계 방법을 제안하였다. 먼저, 링 단면의 형상에 따라 평명 링 압연, 1단 형상 링 압연 및 다단 형상 링 압연공정으로 분류된다. 분류 기준은 이형 단면 및 대칭 면의 유무와 개수, 대칭축의 방향 및 압연비 등이 있다. 형상 링 압연공정시 롤 및 초기 링 블랭크 설계는 균일한 볼륨 분포, 최대 압연비와 체적일정법칙 등에 의해 이루어진다. 제안된 설계 방법은 내외면에 형상을 가진 굴삭기 아이들러 림 및 외면에 형상을 가진 웰딩 넥 플랜지를 성형하기 위한 유한요소해석 및 실험을 통해 검증되었다.
이상의 연구결과들을 실제 링 생산공정에 적용할 경우, 현대 대부분 현장 작업자의 노하우에 의존하는 평명 및 형상 링 압연공정에 대하여 정량적인 분석이 가능할 뿐만 아니라, 체계적인 공정설계를 통하여 링 제품의 품질 및 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있을 것이다.