[논문]초경 다단 다이를 적용한 냉간 압조용 인발 선재 제조

박동환; 현경환; 이명준

doi:10.5228/kstp.2020.29.2.97

초경 다단 다이를 적용한 냉간 압조용 인발 선재 제조
Fabrication of Drawing Wire for Cold Rolling Mill using Tungsten Carbide Multi-Stage Dies 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.29 no.2, 2020년, pp.97 - 102

박동환 (경북하이브리드부품연구원) , 현경환 (인하대학교 금속재료공정공학과) , 이명준 ((주)우신스틸)

Abstract ▼ AI-Helper

Wire drawing is a metalworking process used to reduce the cross-section of a wire by pulling the wire through multi-stage drawing dies. The aim of this study is to fabricate a drawing wire using 2 stage drawing process. The finite element analysis of wire drawing was conducted to validate the efficiency of the designed process and the experiment was performed to validate the designed wire drawing process using 2 stage tungsten carbide die. Dry lubricant with powder was applied for producing a wire of desired diameter. Finally, a drawing wire using 2 stage die for cold rolling mill was developed.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1 Dimensions of 2 stage drawing die
그림 Fig. 2 2 stage drawing die and die housing
그림 Fig. 3 Simulation model of 2 stage drawing die
표 Table 1 Simulation conditions
그림 Fig. 4 Effective plastic strain according to friction coefficient
그림 Fig. 6 Effective plastic strain according to friction coefficient
그림 Fig. 5 Temperature distribution according to friction coefficient
그림 Fig. 7 Temperature distribution according to friction coefficient
그림 Fig. 8 Wire drawing apparatus
그림 Fig. 9 2 stage die in the wire drawing apparatus
그림 Fig. 10 Wire diameter measurement equipment
표 Table 2 Measurement results of wire diameter
그림 Fig. 11 Monitoring system for measuring wire diameter

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 냉간 압조용 인발 다이를 다단으로 적용하여 선재를 인발하여 원하는 직경의 선재로 생산하고자 한다. 냉간 압조용 인발 신선기는 선재 피딩을 위해 3단계의 예비교정기로 구성되어 있으며, 신선 윤활제가 선재에 도포되어 인발 다이를 통과하면서 원하는 직경의 선재가 생산된다.

제안 방법

2단 초경 다이를 제작하여 냉간 압조용 선재 생산을 위해 인발 실험을 수행하였다. 인발 신선기의 생산속도는 60m/min으로 설정하고, 파우더로 구성된 건식 윤활제를 도포하여 상온에서 실시하였다.
냉간 압조용 인발 신선기는 선재를 원하는 직경의 선재로 인발하는 장비로서 선재 피딩을 위해 3 단계의 예비교정기가 구성되어 있으며, 압조용 파우더로 구성된 신선 윤활제가 선재에 도포되어 인발 다이를 통과시키면서 원하는 직경의 선재를 생산한다. 기존 냉간 압조용 인발 신선기는 1개의 인발 다이가 사용되어 선재를 생산하는 과정에서 인발 다이와 선재 간의 접촉 압력과 미끄럼 운동에 의해 마찰과 마모가 발생되어 이를 개선하기 위하여 초경합금 소재를 적용하여 2단 인발 다이로 설계하였다. 즉, 선재 인발가공에서 선경 편차와 굴곡 등의 불량 개선과 고수명의 다단 다이를 구현하기 위하여 초경합금 소재를 적용하여 2단 초경 다이를 설계하였다.

대상 데이터

인발 신선기의 생산속도는 60m/min으로 설정하고, 파우더로 구성된 건식 윤활제를 도포하여 상온에서 실시하였다. 선재의 시제품 생산에 사용된 재료는 45F-SA2P로 1차 다이를 이용해 1차 성형한 후 2차 다이로 2차 성형을 진행하였다. 인발 실험으로 선재를 생산하여 선재의 정밀도를 평가하였다.

이론/모형

9 원소재를 압조용 파우더인 건식 윤활제로 윤활하여 1차 다이 와 2차 다이를 통과시켜 인발 선재를 완성할 수 있도록 설계하였다. Simufact Forming S/W를 활용하여 인발해석을 수행하였다. 냉간 압조용 선재의 응력과 변형률, 영률 등의 물성은 인장실험 데이터를 사용하였다.

성능/효과

(1) 2단 선재 인발을 위하여 초경 2단 다이와 다이 하우징, 선재 직경 측정 시스템을 설계 제작하고, 선재 인발해석을 수행하여 냉간 압조용 인발 선재를 생산할 수 있었다.
(2) 2단 초경 다이는 선재 직경 Ø 7.5를 적용하고, 인발해석은 마찰계수에 따라 변화되는 유효응력과 유효변형률, 온도 등을 확인하여 최적의 초경 2단 다이를 1차 다이 각도 18°, 2차 다이 각도 14°로 설계되었으며, 이 때 평균 속도 60m/min로 생산하였다.
(3) 선재 직경 측정 시스템은 선재의 직경과 길이를 실시간으로 측정한 후 데이터로 받아들여 네트워크 시스템으로 현장 모니터링을 실시하여 실용성을 검증하였다.
(4) 2단 초경 다이를 적용하여 선경 편차 정밀도와 선경 동심도가 우수함을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인발(drawing)은 무엇인가?	일반적으로 인발(drawing)은 길이가 긴 봉재나 선재를 인발 다이에 통과시킨 후 잡아 당겨서 소재의 단면적을 감소시키는 가공 방법이다. 압출은 소재에 압축력이 작용하나, 인발은 인발 다이를 통과시킨 소재에 인장력이 작용한다[1-5].
	기존 냉간 압조용 인발 다이의 불량 원인은?	냉간 압조용 인발 신선기는 선재 피딩을 위해 3단계의 예비교정기로 구성되어 있으며,신선 윤활제가 선재에 도포되어 인발 다이를 통과하면서 원하는 직경의 선재가 생산된다. 기존 냉간 압조용 인발 다이는 1개의 초경 다이가 사용되어 선재를 생산하는 과정에서 인발 다이와 선재 간의 접촉 압력과 미끄럼 운동에 의해 마찰과 마모가 발생되어 인발 후 선재는 선경 편차와 굴곡 등의 불량이 발생되고 있다. 이를 해결하기 위해 2단 초경 다이를 적용하였다.
	다단 다이에 윤활제를 사용했을 때 기대되는 효과는?	소재와 다이 간의 마찰이 크고 단면감소율이 클 때 인발력이 크므로 이를 감소하기 위하여 다이의 재질, 형상 및 치수가 중요하다. 윤활은 다이와 선재 사이의 마찰을 줄여 다이의 수명을 길게 하고 제품의 표면 상태를 좋게 하며 인발력을 감소시키며 냉각효과도 있다. 판재 드로잉 성형과 달리 인발 가공은 길이가 긴 단면 형상을 가지는 봉재 및 선재를 생산하는 가공이다.

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