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일정한 단면을 가지며 길이가 긴 제품은 주로 다단 형상압연을 통해 제조된다. 형상압연에서는 소재가 다수의 형상을 가지는 롤을 통과하여 압연되며 이 때 단면의 변화가 점진적으로 유도되어야 형상이 결함 없이 만들어 질 수 있다. 따라서 형상압연 공정 설계 시 적절한 롤 형상을 설계하는 것이 중요하다. 각종 봉재, 채널강, I-빔, H-빔, 앵글, 레일 등과 같은 크기가 큰 열간 압연 구조재의 경우 오랜 경험으로 그 설계 방법이 대부분 정형화 되어 있다. 최근 소비자의 요구에 따라 다양한 제품이 제조되며 단면이 복잡한 부품에 대한 수요가 늘어나고 있지만 이러한 제품에 대한 체계적인 설계 방법이 없기 때문에 주로 설계자의 경험에 따라 롤 형상 설계가 수행되고 있다. 그로 인해 새로운 제품을 개발하기 위해 많은 시행착오가 발생되며 제품 생산 단가가 높아지는 단점이 있
다. 따라서 본 연구에서는 임의의 형상에 대한 형상압연 공정 설계 시 중간 롤 형상 설계에 대한 새로운 설계 방법을 제안하였다.
형상압연 공정의 중간 롤 형상 설계를 위해, ...

일정한 단면을 가지며 길이가 긴 제품은 주로 다단 형상압연을 통해 제조된다. 형상압연에서는 소재가 다수의 형상을 가지는 롤을 통과하여 압연되며 이 때 단면의 변화가 점진적으로 유도되어야 형상이 결함 없이 만들어 질 수 있다. 따라서 형상압연 공정 설계 시 적절한 롤 형상을 설계하는 것이 중요하다. 각종 봉재, 채널강, I-빔, H-빔, 앵글, 레일 등과 같은 크기가 큰 열간 압연 구조재의 경우 오랜 경험으로 그 설계 방법이 대부분 정형화 되어 있다. 최근 소비자의 요구에 따라 다양한 제품이 제조되며 단면이 복잡한 부품에 대한 수요가 늘어나고 있지만 이러한 제품에 대한 체계적인 설계 방법이 없기 때문에 주로 설계자의 경험에 따라 롤 형상 설계가 수행되고 있다. 그로 인해 새로운 제품을 개발하기 위해 많은 시행착오가 발생되며 제품 생산 단가가 높아지는 단점이 있
다. 따라서 본 연구에서는 임의의 형상에 대한 형상압연 공정 설계 시 중간 롤 형상 설계에 대한 새로운 설계 방법을 제안하였다.
형상압연 공정의 중간 롤 형상 설계를 위해, 인발 공정 설계에 활용되는 가상금형법을 도입하였다. 가상 금형이란 초기 형상과 최종형상을 연결하는 가상 금형을 구성한 후 패스 수에 따라 가상 금형을 절단하여 임의의 형상을 얻어 중간 패스의 형상을 설계하는 방법이다. 이러한 가상 금형을 롤 형상 설계에 적용하기 위해서 연신 계수를 분석하였다. 형상압연에서 소재는 롤 형상에 따라 각 위치에서 연신 계수가 다르며 이에 따라 연신, 폭퍼짐 등의 금속 유동이 변하게 된다. 이러한 형상압연의 금속 유동을 고려하기 위하여 연신 계수를 분석하여 초기 형상과 최종 형상을 연결하는 가상 금형을 구성하였다.
가상 금형으로부터 중간 롤 형상을 설계하기 위해 등하중 패스 설계를 수행하였다. 등하중 패스는 각 패스 별 압연 하중이 일정하도록 패스를 설계하는 방법으로서 각 패스 롤의 마모를 최소화하고 최적의 단면감소율을 얻을 수 있는 장점이 있다. 형상압연에서의 롤 하중을 계산하기 위하여 등가구형환산법 및 A.Geleji의 수식을 활용하였고, 오차를 보정하기 위하여 보정계수를 도입하여 수식을 보정하였다.
본 연구에서 제안한 가상 롤 설계법의 유효성을 검증하기 위하여 C형 형상을 가지는 와이어의 제조를 위한 다단 형상압연 공정설계를 수행하였다. 설계된 롤 형상에 대한 검증을 위해 유한요소해석을 수행하였고, 유한요소해석 결과를 통해 각 패스 별 형상과 제품 형상을 비교하였다. 먼저, 원형의 초기 형상과 최종 형상을 연결하는 가상 금형으로부터 등하중 패스 설계를 통해 롤 형상을 설계하였다. 위 설계안에 대한 유한요소해석 결과 최종 패스에서 0.54 %의 미충만이 발생되었다. 이러한 미충만을 개선하기 위해 미충만 부위의 형상을 일정량 확대시킨 예비 형상을 활용하여 가상 금형을 구성하였고, 등하중 패스 설계를 통해 롤 형상을 설계하였다. 유한요소해석 결과 마지막 패스에서 제품 형상을 만족하는 것을 확인할 수 있었다. C형 와이어의 제품 형상의 경우 제품 형상의 기하학적 특성으로 인해 초기 형상이 원형인 것보다 평압연을 실시하여 높이가 낮고
폭이 큰 형상을 초기형상으로 설정하는 것이 유리하다. 따라서 초기 형상을 평압연 형상으로 가정하여 가상 롤 설계법을 적용하였다. 유한요소해석 결과 최종 패스에서 과충만이 발생하였다. 과충만을 개선하기 위해 초기 선경을 감소시켜 기존 설계안에 대하여 해석을 수행하였고, 최종 제품 형상을 만족하였다.

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