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문제 정의
- 장력은 냉간압연에서 압연하중에 영향을 미치는 중요한 공정변수이다. 따라서 장력이 엣지 크랙의 진전에 대한 영향을 분석하기 위해 압연공정에서의 장력의 변화에 따른 초기 엣지 크랙 크기의 변화를 확인하였다.
- 본 연구에서는 공정조건이 엣지 크랙의 진전에 대한 영향에 대해 연구하였다. 실제 공정에서 발생하는 엣지 크랙과 동일한 형상과 크기를 해석에 적용하였다.
- 본 연구에서는 냉간압연에서 엣지 크랙의 진전에 대해 해석을 수행하여 압연조건이 엣지 크랙의 진전에 대한 영향을 알아보았다. 초기 두께가 2.
- 따라서 본 해석에 의해 엣지 크랙 진전을 예측함에 있어 타당함을 확인하였다. 본 연구에서는 해석을 통해 압연 공정조건에 따라서 엣지 크랙 진전에 대한 영향을 분석하였다.
제안 방법
- (1) 초기 엣지 크랙 크기에 따라서 압연후 엣지 크랙 진전에 대한 영향을 분석하였다. 폭 방향 엣지 크랙 크기가 감소 또는 압연 방향 엣지 크랙 크기가 증가할수록 절판의 가능성이 줄어든다.
- (3) 장력은 전·후방장력으로 나누어 엣지 크랙의 진전에 대해 해석하였다. 장력이 커지면서 압연 방향과 폭 방향에서 모두 진전을 하였고 압연 방향과 폭 방향에서 진전율은 모두 미소하게 커진다.
- 공정조건에서 전방장력은 195.28MPa 로 고정하고 후방장력은 실제 사용한 장력 142.14MPa 의 90%, 95%, 105%, 110%의 크기에 대해 해석을 진행하였다.
- 공정조건에서 후방장력은 142.14MPa 로 고정하고 전방장력은 실제 사용한 장력인 195.28MPa 의 90%, 95%, 105%, 110%의 크기에 대해 해석을 진행하였다.
- 압연공정조건에 따라서 엣지 크랙의 진전 에 대하여 분석하였다. 그리고 해석과 실험결과를 비교하여 해석결과의 타당성을 입증하였다.
- 따라서 초기 엣지 크랙 크기는 1패스에서 발생된 엣지 크랙 크기를 참고하여 압연방향 1mm, 폭 방향 2.5mm로 설정하였다.
- 0mm 로 변화를 주었다. 설정된 크랙의 크기에 따라서 압연후 폭 방향 및 압연 방향 크랙의 진전을 비교해보았다.
- 본 연구에서는 공정조건이 엣지 크랙의 진전에 대한 영향에 대해 연구하였다. 실제 공정에서 발생하는 엣지 크랙과 동일한 형상과 크기를 해석에 적용하였다. 압연공정조건에 따라서 엣지 크랙의 진전 에 대하여 분석하였다.
- 실제 공정에서 발생하는 엣지 크랙과 동일한 형상과 크기를 해석에 적용하였다. 압연공정조건에 따라서 엣지 크랙의 진전 에 대하여 분석하였다. 그리고 해석과 실험결과를 비교하여 해석결과의 타당성을 입증하였다.
- 압하율은 압연공정에서 중요한 공정변수 하나로서 압하율이 엣지 크랙의 진전에 대한 영향을 알아보았다. 초기 엣지 크랙의 크기를 압연 방향에서 1mm, 폭 방향에서 2.
- 엣지 크랙의 진전율(Propagation ratio)을 분석하기 위해 폭 방향에서 엣지 크랙 크기는 모두 2.5mm설정하고 압연 방향에서의 엣지 크랙의 크기는 각각 0.5mm, 1mm, 1.5mm로 설정하여 해석을 진행하였다.
- 1 에서의 실공정에서 발생되는 엣지 크랙을 참고하여 해석에서 초기 엣지 크랙의 크기와 형상을 설정하였다. 엣지 크랙의 진전을 분석하기 위하여 1 패스(pass) 압연 후 발생된 엣지 크랙의 크기로 해석을 진행하였다. 해석의 편의를 위해 1/4 모델로 해석을 진행하였다.
- 4 는 압연 방향에서 초기 엣지 크랙 크기의 변화에 따른 압연후 엣지 크랙 크기 변화를 나타낸 그래프이다. 초기 엣지 크랙에 대해 압연후 압연 방향과 폭 방향에서의 엣지 크랙의 크기에 대해 비교해보았다. Fig.
- 해석시 임계손상치는 수식(1)에서와 같으며 인장실험과 해석을 비교하여 도출하였다. 본 논문에서 사용된 소재는 전기강판으로 식 (2)에 유동응력식을 나타내었다.
- 해석의 타당성을 검증하기 위하여 실험과 CAE 해석결과를 비교하였다. 실험에서는 1 패스 에서 발생한 엣지 크랙에 대해 Table 1 에서와 같은 패스스케줄로 2 패스 압연을 진행하였다.
대상 데이터
- 해석시 임계손상치는 수식(1)에서와 같으며 인장실험과 해석을 비교하여 도출하였다. 본 논문에서 사용된 소재는 전기강판으로 식 (2)에 유동응력식을 나타내었다.
- 실험에서는 1 패스 에서 발생한 엣지 크랙에 대해 Table 1 에서와 같은 패스스케줄로 2 패스 압연을 진행하였다. 소재는 플라스티신(Plasticine)재료로서 강과 유동 특성이 매우 유사하여 본 실험에서 사용하였다[11]. 플라스티신의 변형저항식은 식(3)과 같다.
- 소재의 탄성계수는 210MPa 이고 푸아송비는 0.3이고 롤의 반지름은 200mm 이다.
데이터처리
- 본 전기강판 냉간압연에서의 엣지 크랙은 압연 공정 중에 진전을 하게 된다. 공정조건이 전기강판의 엣지 크랙진전에 대한 영향을 알아보기 위해 유한요소해석을 실시하여 비교 검토하였으며 실험과 유한요소해석을 수행하여 비교하여 해석 결과의 신뢰성을 입증하였다. 그 결과를 간단히 요약하면 다음과 같다.
이론/모형
- 해석은 강소성 유한요소 프로그램인 DEFORM 3D 를 사용하였고 해석에서 사용한 수식은 Cockcroft & Latham 식으로 다음과 같다[10].
성능/효과
- (2) 압하율의 경우, 압하율이 증가함에 따라서 폭 방향 및 압연 방향으로의 엣지 크랙의 진전이 증가하는 것으로 나타났다. 압하율이 증가하면서 엣지부의 변형이 더 커지고 엣지 크랙은 더 성장하게 되며 압연방향에서 변형율은 폭 방향에서 변형율보다 크므로 압연방향에서 더 많이 진전을 하게 된다.
- Fig. 8(a)에서 압연 방향에서 압하율이 클수록 엣지 크랙은 많이 진전하고 진전율 또한 증가하는 것을 알 수 있다. Fig.
- Fig. 12(a)에서와 같이 폭 방향에서 엣지 크랙은 2.5mm 에서 2.859mm, 2.857mm, 2.860mm, 2.860mm 로 진전하였고 진전율은 14.36%, 14.28%, 14.40%, 14.40%로 전방장력이 증가함에 따라 진전율은 미세하게 증가하는 경향을 보여주었다. Fig.
- Fig. 6(a)의 결과에서 초기 폭 방향 엣지 크랙 크기가 증가함에 따라 압연후 폭 방향 엣지 크랙 크기는 증가하고 진전율 또한 소폭으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. Fig.
- Fig. 4(a)의 폭 방향으로 초기 엣지 크랙 크기가 증가함에 따라서 엣지 크랙 진전량은 감소하는 것으로 나타났으며, 진전율 또한 감소하였다. Fig.
- Fig. 12(b)에서 엣지 크랙은 1mm 에서 압연 방향에서 3.632mm, 3.645mm, 3.647mm, 3.646mm 로 진전을 하였고 진전율은 263.2%, 264.5%, 264.7%, 264.6%로 미소하게 증가하는 경향을 보였다. 전방장력이 증가하면서 압연 방향에서 크게 진전을 하였다.
- 결과에서 보는 바와 같이 폭 방향 엣지 크랙이 증가함에 따라서 폭 방향과 압연 방향 엣지 크랙 모두 증가하는 것으로 나타났고 진전율 또한 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 초기 폭 방향 엣지 크랙이 클수록 엣지 크랙의 진전을 증가시키는 것을 알 수 있다.
- 2 와 Table 2 는 해석과 실험에서 발생된 엣지 크랙의 진전을 비교한 결과이다. 결과에서 해석과 실험은 거의 일치한 형상을 보여주며 엣지 크랙의 크기 또한 실험결과와 거의 일치함을 알 수 있다. 따라서 본 해석에 의해 엣지 크랙 진전을 예측함에 있어 타당함을 확인하였다.
- 결과에서 해석과 실험은 거의 일치한 형상을 보여주며 엣지 크랙의 크기 또한 실험결과와 거의 일치함을 알 수 있다. 따라서 본 해석에 의해 엣지 크랙 진전을 예측함에 있어 타당함을 확인하였다. 본 연구에서는 해석을 통해 압연 공정조건에 따라서 엣지 크랙 진전에 대한 영향을 분석하였다.
- 4(b)는 초기 엣지 크랙의 크기 변화에 따른 압연후 엣지 크랙의 압연 방향 변화를 나타낸다. 압연 방향 초기 엣지 크랙 크기가 증가할수록 압연후 압연방향 엣지 크랙 크기는 증가하였지만, 진전율은 감소하는 것으로 나타났다.
- 7 에서는 압하율의 변화에 따른 압연 전후 엣지 크랙의 크기를 비교하여 나타낸 그림이다. 압하율이 증가함에 따라서 엣지 크랙의 크기는 폭 방향 및 압연 방향으로 모두 증가하였다. Fig.
- 8(b)에서 폭 방향에서 압하율이 클수록 엣지 크랙은 많이 진전을 하고 진전율 또한 증가한다. 압하율이 클수록 엣지 크랙은 압연 방향에서 폭 방향보다 더 많이 진전을 하였고 진전율 또한 압연 방향에서 더욱 많이 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
- 3 은 초기 압연 방향 엣지 크랙의 변화에 따른 압연 전후 엣지 크랙 크기를 비교한 그림이다. 엣지 크랙 크기는 압연방향의 엣지 크랙 크기가 증가함에 따라서 압연후 엣지 크랙은 증가하는 것으로 나타났다.
- 1%차이를 보이면서 진전율에 대한 영향은 미세하다는 것을 알 수 있다. 후방장력이 커지면서 엣지 크랙의 진전율은 폭 방향보다 압연 방향에서 더 큰 영향을 주 는 것으로 나타났다. 이것은 소재가 냉간압연을 하면서 롤과 소재 사이의 마찰력으로 인해 압연방향에서의 유동이 훨씬 크기 때문일 것이다.
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