[논문]원형 또는 사각 단면을 가지는 알루미늄 곡관 튜브제품의 열간금속압출굽힘가공

박대윤; 진인태

doi:10.5228/kspp.2004.13.8.663

원형 또는 사각 단면을 가지는 알루미늄 곡관 튜브제품의 열간금속압출굽힘가공
Hot Metal Extru-Bending Process for Curved Aluminum Tube Products with Circular or Rectangular Sections 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.13 no.8, 2004년, pp.663 - 670

박대윤 (부경대학교 대학원 기계공학과) , 진인태 (부경대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The bending phenomenon has been known to be occurred by the difference of velocity at the die exit. The difference of velocity at the die exit section can be obtained by the different velocity of billets through the multi-hole container. The difference of velocity at the die exit can be controlled by the two variables, the one of them is the different velocity of extrusion punch through the multi-hole container, the other is the difference of hole diameter of muliti-hole container. In this paper the difference of hole diameter is applied. So it can bend during extruding products because of the different amount of two billets when billets would be bonded in the porthole dies cavity. And the bending curvature can be controlled by the size of holes. The experiments with aluminum material for the curved tube product had been done for circular or rectangular curved tube section. The results of the experiments show that the curved tube product can be formed by the extru-bending process without the defects such as distortion of section and thickness change of wall of tube and folding and wrinkling. The curvature of product can be controlled by shape of cross section and the difference of billet diameters. And it is known that the bonding and extruding and bending process can be done simultaneously in the die cavity by the experiments that rectangular hollow curved tubes could be extruded by porthole dies with four different size billets made of aluminum material. And it shows that bending phenomenon can happen during extruding with for different billets from the analysis by DEFORM-3D.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

^⑺ 그러나 이때까지의 연구는 플라스티신 재료를 사용한 모사실험으로서 단면과 두께가 일정한 중공제품의 표면상의 굽힘 결함 없이 압출 할 수 있었고⁽³⁾ 또한 사각 단면과 원형단면을 가진 튜브 그리고, 핀 붙이 사각 단면을 가진 튜브와 핀 붙이 원형 단면을 가진 튜브 등 굽힘가공이 어려운 형태의 제품에 대해서 압출과 동시에 굽힐 수가 있었다.(4~5) 본 연구에서는 실제 금속 재료인 알루미늄6063 재료를 사용하여 압출굽힘 방법 중에서 상대직경 차이를 이용한 방법을 사용하여 제품의 결함 여부의 확인과 상대직경 차이의 의한 굽힘곡률의 변화와 단면 형상에 따른 굽힘곡률의 변화에 대해 알아보고 DEFORMY3D의 결과와 비교하고자 한다.

제안 방법

중공 제품을 압출과 동시에 굽히기 위하여 상대직경 차이가 있는 다구멍 콘테이너를 이용하여 네개의 환봉소재를 가지고 각각의 환봉소재중 대칭되는 환봉소재의 크기를 다르게 하여 챔버 내에 유입량의 차이로 인한 제품의 굽힘 압출을 확인할 수 있었다. 또 금속재료인 알루미늄 6063 재료를 사용한 압출굽힘 가공실험에 있어서 상대직경차이에 따른 곡률의 변화나 제품의 형상에 따른 곡률의 변화를 다음과 같이 확인 하였다.
10은 원형 및 사각형 경사형 플러그를 가진 다구멍 콘테이너의 전체적인 모양을 보여주고 있다. 정사각형과 직사각형의 경사형 플러그 부분은 금형과 마찬 가지로 등각표면을 가지게 하기 위해서 구리 재료를 사용하여 전극을 가공하여 형조 방전가공 하였다.
중공 제품을 압출과 동시에 굽히기 위하여 상대직경 차이가 있는 다구멍 콘테이너를 이용하여 네개의 환봉소재를 가지고 각각의 환봉소재중 대칭되는 환봉소재의 크기를 다르게 하여 챔버 내에 유입량의 차이로 인한 제품의 굽힘 압출을 확인할 수 있었다. 또 금속재료인 알루미늄 6063 재료를 사용한 압출굽힘 가공실험에 있어서 상대직경차이에 따른 곡률의 변화나 제품의 형상에 따른 곡률의 변화를 다음과 같이 확인 하였다.
플라스티신을 사용한 종래의 모의실험에서 얻은 결과를 바탕으로 실험 장치를 제작하고 금속 소재인 알루미늄6063 소재를 사용하여, 압출과 동시에 굽힘이 가능한 압출굽힘가공의 방법중의 하나인 상대직경차이를 이용한 방법으로 실험하였다. 중공 제품을 압출과 동시에 굽히기 위하여 상대직경 차이가 있는 다구멍 콘테이너를 이용하여 네개의 환봉소재를 가지고 각각의 환봉소재중 대칭되는 환봉소재의 크기를 다르게 하여 챔버 내에 유입량의 차이로 인한 제품의 굽힘 압출을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

Fig.2는 실험에 사용된 200ton 열간 압출굽힘기 로서 압출 하중과 압출 속도를 조절할 수 있는 다지형 펀치 제어 컨트롤 박스와 압출시 경사형 플러그를 가진 상대직경 차이가 있는 다구멍콘테이너의 온도 조절을 위한 온도 제어장치, 유압회로 장치 그리고 콘테이너에 삽입하기 전에 빌렛을 가열하는 전기로 등으로 구성되어있다.
5는 가로×세로가 각각 21mm인 정사각형 단면을 가지는 튜브제품의 압출굽힘실험에 사용된 금형을 보여주는 사진으로 금형의 입구부터 출구까지가 등각 표면으로 이루어진 경사형 구조의 압출금형이다. 금형의 재료는 STD61 종 재료를 사용하여 와이컷 가공하였고 외부에 압축링을 제작, 열박음하여 파손을 방지하였다. Fig.

성능/효과

(1) 정사각형 단면을 가진 제품의 경우에 상대직경 차이가 2mm, 4mm인 경우의 실험의 결과에서 4mm인 경우에 있어서 더 많이 굽어짐을 알 수 있었다.
(2) 단면감소율이 같을 때 단면 형상에 따라 정사각형 단면일 때의 경우와 직사각형 단면일 경우에 직사각형의 경우가 더 많이 굽어짐을 알 수 있었다.
(3) 실제 실험에 사용된 금형과 다구멍 콘테이너의 크기와 같은 크기로 모델링 하여 DEF0RM-3D를 이용한 압출굽힘 유한요소 해석에서도 실제 실험과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
그리고 종래의 모의 실험결과에서처럼^(1~7) 실제 알루미늄을 이용한 압출 에서도 제품의 결함 없이 압출과 동시에 굽힘을 발생시킬 수 있음을 확인 할 수 있었고 대칭되는 좌우 2개의 소재의 직경의 차이에 따라 굽힘곡률을 조정 할 수 있음을 알 수 있었다. 그리고 가공하고자 하는 제품의 형상에 따라서 굽힘곡률이 달라짐을 알 수 있었다.
그리고 가공하고자 하는 제품의 형상에 따라서 굽힘곡률이 달라짐을 알 수 있었다. 따라서 알루미늄6063 소재를 사용하여 압출 굽힘 실험을 체계적으로 실행하게 되면 얻고자 하는 굽힘 곡률과 사용되는 좌우 두 개의 대칭되는 빌렛의 직경차이와의 상관관계를 얻을 수 있게 됨을 알 수 있었다.
이상과 같은 결과로서 압출과 동시에 굽힘을 발생시키는 굽힘 원리 중의 하나인 소재들의 크기를 조절함으로써 금속소재의 일종인 알루미늄을 소재로 한 금속곡관을 얻을 수 있었다. 그리고 종래의 모의 실험결과에서처럼^(1~7) 실제 알루미늄을 이용한 압출 에서도 제품의 결함 없이 압출과 동시에 굽힘을 발생시킬 수 있음을 확인 할 수 있었고 대칭되는 좌우 2개의 소재의 직경의 차이에 따라 굽힘곡률을 조정 할 수 있음을 알 수 있었다.

참고문헌 (13)

진인태, 1995, '원형제품의 압출가공시 제품의 굽힘현상에 관한 연구' 부산공업대학교논문집,제37집, pp. 371-380
진인태, 최재찬, 1997, '사각형 단면의 편심압출시 제품의 굽힘현상에 관한 연구', 한국소성가공학회지, Vol.6,No.1, pp. 46-52
박대윤, 진인태, 2001,'다지형 압출펀치의 상대이동속도 차이에 의한 금속 곡관의 열간금속압출굽힘가공에 관한 연구', 한국소성가공학회 2001춘계학술대회논문집, pp.102-105
김민규, 박중원, 진인태, 2001, '핀이 부착된 금속곡관제품의 열간압출 굽힘가공에 관한 연구', 한국소성가공학회 2001 추계학술대회논문집, pp.204-207
박대윤, 윤선홍, 진인태, 2001, '사각단면 금속곡관제품의 열간압출 굽힘가공에 관한 연구', 한국소성가공학회 2001추계학술대회논문집, pp. 212-215
김민규, 진인태, 정영득, 하만경, 2001, '포트홀 다이를 이용한 중공튜브 압출 제품의 다이챔버 형상에 따른 결합력에 대한 연구', 한국소성가공학회 2001춘계학술대회논문집, pp. 110-114
박대윤, 진인태, 2002, '열간금속 압출 굽힘기를 이용한 금속곡관의 압출굽힘가공에 관한연구', 한국소성가공학회지, Vol. 11. No.3, pp. 262-268

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박대윤, 진인태, 2003, 알루미늄 중공 곡관제품의 열간압출굽힘가공', 한국소성가공학회 2003 춘계학술대회논문집, pp. 359-362
박대윤, 진인태, 2003, '사각단면을 가지는 알루미늄 튜브제품의 압출굽힘가공', 한국소성가공학회 2003 추계학술대회논문집, pp. 285-288
Mansfield, Eric Harold, 1989, 'The bending and stretching of plate'
Gillanders, John, 1984, 'Pipe and tube bending manual'
T. Sheppard, 1999, 'Extrusion of Aluminum Alloys',Kluwer Academic Publishers
Pradip K. Saha, 2000, 'Aluminum Extrusion Technology', ASM International

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