[논문]냉간 압연에서 압하력 분포 예측 - Part II : 적용 및 검증

남승연; 황상무

doi:10.5228/kstp.2019.28.4.197

[국내논문] 냉간 압연에서 압하력 분포 예측 - Part II : 적용 및 검증
Prediction of Roll Force Profile in Cold Rolling - Part II : Application and Validation 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.28 no.4, 2019년, pp.197 - 202

남승연 (포항공과대학교 기계공학과) , 황상무

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a precise mathematical model for the prediction of the variation of the roll force across a strip in cold rolling. It further describes the deformation characteristics of the strip using a 3-D finite element method. The different features of hot rolling and cold rolling through a 3-D finite element method are shown. The predicted roll force profile and tension profile are verified through comparison with the prediction from a 3-D finite element method.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1 Classification of the deformation zones appearing in the strip being rolled, predicted from FE simulation of hot strip rolling [1]. Process conditions are, strip width = 1000 mm, entry thickness = 44.67 mm, exit thickness = 24.14 mm, roll radius = 403.22 mm
$Fig. 2 Distribution of <TEX>$\dot{{\varepsilon}}$</TEX><sub>xz</sub> component of the plastic strain rate tensor, predicted from FE simulation of cold rolling. Note that plastic deformation occurs not only in the bite zone but also in the pre and post deformation zones. Process conditions are described as case 3 in Table 2$ 그림 Fig. 2 Distribution of $\dot{{\varepsilon}}$_xz component of the plastic strain rate tensor, predicted from FE simulation of cold rolling. Note that plastic deformation occurs not only in the bite zone but also in the pre and post deformation zones. Process conditions are described as case 3 in Table 2
그림 Fig. 3 The front tension profile (----) and the residual stress profile (━). Process conditions are described as case 2 in Table 1. For the strip material, plain carbon steel is assumed, with the strip temperature being 1200℃. The flow stress characteristics are from Misaka [3]
그림 Fig. 4 Distribution of τ_xz predicted from FE simulation of hot rolling. Note that +x direction is opposite to the rolling direction and +z direction goes from the plane of symmetry to the strip edge. Each colour represents initial z coordinate of the material particle traveling along the rolling direction. For the process conditions, see case 1 in Table 1
그림 Fig. 5 Distribution of τ_xz predicted from FE simulation of cold rolling. Note that +x direction is opposite to the rolling direction and +z direction goes from the plane of symmetry to the strip edge. Each colour represents initial z coordinate of the material particle traveling along the rolling direction. For the process conditions, see case 4 in Table 2
그림 Fig. 6 Variation of lateral spread after rolling, due to the elastic recovery occurring in the post deformation zone. The red line represents case 1 (hot strip rolling) in Table 1 and the green line represents case 1 (cold rolling) in Table 2
그림 Fig. 7 τ_xz distributions, predicted from FE simulation of cold rolling. For the process conditions, see case 1 in Table 2
그림 Fig. 8 Roll force profiles, ━ prediction from the model, ---- prediction from FEM. For the process conditions, see each case in Table 2
그림 Fig. 9 Front tension profiles, ━ prediction from the model, ---- prediction from FEM. For the process conditions, see each case in Table 2
표 Table 1 Process conditions for hot rolling
표 Table 2 Process conditions for cold rolling
그림 Fig. 10 Back tension profiles, ━ prediction from the model, ---- prediction from FEM. For the process conditions, see each case in Table 2
그림 Fig. 11 𝜔(x) – 𝜔(0) at roll exit, ━ prediction from the model, ---- prediction from FEM. For the process conditions, see case 1 in Table 2
그림 Fig. 12 𝜔(x) – 𝜔(0) at roll exit, ━ prediction from the model, ---- prediction from FEM. For the process conditions, see case 2 in Table 2
그림 Fig. 13 𝜔(x) – 𝜔(0) at roll exit, ━ prediction from the model, ---- prediction from FEM. For the process conditions, see case 4 in Table 2

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 Part I에서 제시된 수식 모델을 적용하여 압하력 분포와 전, 후방장력 분포를 계산하고 유한요소해석 결과와의 비교를 통해 검증해 보았다. 검증에 필요한 유한요소해석의 경우 최소 한 달에서 최대 두 달 정도의 시간이 소요되었지만 제안된 수식 모델은 단지 0.
‘냉간압연에서 압하력분포 예측 – Part I : 수식 모델 개발’에서 그 자세한 내용을 소개하였다. 본 논문에서는 유한요소해석을 통해 냉연의 판 변형 특성을 설명하고, Part I에서 소개한 수식 모델을 유한요소해석 결과와 비교를 통해 그 타당성을 검증하고자 한다.

제안 방법

따라서 판의 중앙에 대한 상대적인 폭방향 소성변형률 분포 즉, ω(x) - ω(0)에 대해 조사하였다.
01초 만에 계산을 완료할 수 있기 때문에 실용적이라고 할 수 있다. 제안된 수식모델을 검증하기 위한 유한요소해석은 냉간 압연의 조건을 따르며, 롤 출구 측에서의 판 크라운(crown)이 양수, 음수, 없는 경우에 대해 시행되었다. 냉간 압연에서의 유한요소해석 결과는 압연방향 Γ_xz분포가 열간 압연과는 다른 경향성을 보여주고 있으며, 폭퍼짐 또한 롤 출구 측에서 떨어진 영역에서 측정되어야 한다는 것을 보여주고 있다.

성능/효과

그러나 근사 모델임을 감안한다면 허용 가능한 오차라고 할 수 있고, 그래프의 경향성을 파악했을 때 모델과 유한요소해석의 결과가 잘 맞는 것을 확인할 수 있었다.
냉간 압연에서의 유한요소해석 결과는 압연방향 Γxz 분포가 열간 압연과는 다른 경향성을 보여주고 있으며, 폭퍼짐 또한 롤 출구 측에서 떨어진 영역에서 측정되어야 한다는 것을 보여주고 있다.
8은 다양한 판 크라운(strip crown)에 대해 수식 모델과 유한요소해석의 압하력 분포를 보여주고 있다. 롤 출구 측에서의 판 크라운(strip crown)이 양수일 때, 유한요소해석을 통해 얻은 압하력 분포와 모델이 예측한 결과가 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
13에서 알 수 있듯이 예측된 결과가 유한요소해석의 결과와 유사한 경향성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 무엇보다도 모든 경우에서 그래프의 경향성은 일치하는 것을 확인할 수 있고, 이는 현재 수식 모델을 롤 출구 측 쪽 정상상태에서의 잔류응력과 판의 평탄도를 예측하는데 사용할 수 있다는 것을 의미한다.
특히, 롤 출구 측에서의 판 크라운(strip crown)이 없는 경우에 압하력 분포 및 전, 후방장력의 결과는 확연히 유한요소해석 결과와 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다.

후속연구

그 이유는 폭방향 소성변형률 예측에 초점을 맞춘 모델이 아니라 압하력 및 전, 후방장력 분포를 예측하기 위한 모델이기 때문이며, 3장에서 언급된 I₀²/(I _preI)을 조정한다면 유한요소해석과 유사한 폭방향 소성변형률 예측 결과를 얻을 수 있을 것이다. 또한, 현재 수식 모델의 예측 정확도를 높이기 위해 탄성, 소성변형에 대한 더 자세한 정보가 필요하며, 이 목적을 달성하기 위해서는 아주 정밀한 유한요소해석을 수행해야 할 것이다. 이를 통해 냉연에서의 탄성, 소성 변형의 특성을 이해하고, 수식화하여 현재 모델을 개선할 수 있을 것이다.
또한, 현재 수식 모델의 예측 정확도를 높이기 위해 탄성, 소성변형에 대한 더 자세한 정보가 필요하며, 이 목적을 달성하기 위해서는 아주 정밀한 유한요소해석을 수행해야 할 것이다. 이를 통해 냉연에서의 탄성, 소성 변형의 특성을 이해하고, 수식화하여 현재 모델을 개선할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	압하력 분포를 정밀하게 예측하는 것이 왜 중요한가?	냉간압연에서 압연 후 발생하는 잔류응력뿐만 아니라 웨이브 형성을 예측하기 위해서는 바이트존(bite zone)에서의 압하력 분포를 정밀하게 예측하는 것이 아주 중요하다. 압연의 복잡한 3차원적인 탄성, 소성 변형 특성을 이해하기 위해서 유한요소해석이 수행된다.
	후방영역, 바이트존(bite zone), 전방영역이 관찰되는 조건은?	아주 작은 폭을 가지는 하나의 긴 조각이 평면 형조건을 따른다고 했을 때, 두께방향으로의 변수의 변화가 없다면, 확연히 구분되는 후방영역, 바이트존(bite zone), 전방영역이 관찰될 것이다. 그러나 넓은 폭을 가지는 판이 압연된다면 Fig.
	7개의 영역이 존재하는 이유는 무엇인가?	1에 보이는 것처럼 확연한 7개의 영역이 존재하게 된다. 이것은 압연방향의 속도와 폭방향의 속도의 상호적인 관계가 작용하기 때문이다. 결과적으로, 압연 후 롤 출구 측에서 폭방향 소성변형률의 분포가 나타나게 된다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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