[논문]분말압분 조건 개선에 따른 모터 코어용 연자성체의 특성 향상

차현록; 이규석; 윤철호; 정태욱; 김형모; 김정철

문제 정의

따라서 본 논문에서는 떼기 압력 저감을 위해서 일반적으로 사용되는 분말 윤활제 이외에 금형 윤활제를 이용하여 빼기 압력 저감 방안에 대해서 고찰 하였다. 고찰된 윤활제는 고체 윤활제와 액체 윤활제의 적용을 검토 하였으며 액체 윤활제는 저점도 윤활제와 고점도 윤활제를 검토 하였다.
따라서 본 연구는 연자성체의 실용화에 가장 큰 난재인 강도 특성을 개선코자 하였으며, 이를 연자성체의 강도 및 자기적 특성에 영향을 주는 인자를 규명 코자 하였으며, 최적 제어 방법을 통해 강도 향상 및 자기적 특성 개선을 이루고자 하였다.
따라서 현재 보다 높은 강도 특성을 구현 하기 위해서는 가압력을 높이는 방법이 유일임을 알 수 있었으며, 본 논문에서는 가압력을 높일 수 있는 방법과 가압력이 다른 특성에 미치는 영향을 분석하였다.
그림 3에서 보듯이 가압력이 높을수록 높은 강도 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 본 논문에서는 700Mpa, 800Mpa, 900Mpa압력으로 각각 가압 하였을 때의 특성을 분석하였다. 가압력이 높을수록 강도 특성은 향상되었다.
본 논문은 연자성체의 강도에 영향을 미치는 인자가 열처리 조건, 분말윤활제의 함량, 가압력에 의해서 결정되어지는 것을 보였으며 특히 가압력에 의한 강도 특성이 기계적, 자기적 특성향상에 매우 중요한 인자임을 밝혔다. 또한 이러한 가압력을 높이기 위해서는 빼기 압력 저감이 필수적며 이를 위해서 고체 윤활제와 고점도 액체 윤활제, 저점도 액체 윤활제의 빼기 압력 특성에 대해서 각각 고찰 하였으며, 저점도 액체 윤활제에서 떼기 압력 저감에 탁월한 효과가 있음을 알 수 있었다.

제안 방법

따라서 본 논문에서는 떼기 압력 저감을 위해서 일반적으로 사용되는 분말 윤활제 이외에 금형 윤활제를 이용하여 빼기 압력 저감 방안에 대해서 고찰 하였다. 고찰된 윤활제는 고체 윤활제와 액체 윤활제의 적용을 검토 하였으며 액체 윤활제는 저점도 윤활제와 고점도 윤활제를 검토 하였다. 검토 결과 고체 윤활제는 입자 Size가 커서 작업성이 매우 좋지 않고 금형 벽면에 엉겨 붙어 다이와 펀치에 끼어 윤활 작용을 전혀 하지 못해 고려에서 제외하고 액체 윤활제의 특성만을 검토 하였다.
그림 10은 동일 떼기 조건 즉 현재 윤활제를 적용하지 않고 금형의 손상이 없는 수준에서의 철손값을 의미 한다. 구체적으로 윤활제(#) : 20 Ton, Si-spray : 20 Ton, WD40: 30Ton으로 가압했을 때의 철 손값을 비교 한 것이다. 이는 동일한 빼기 조건이라는 점에서 동등한 시각으로 비교한 것이다.
그림 2는 분말 윤활제의 첨가량에 따른 강도 특성을 보였다. 분말 윤활제의 양은 0 ~ 3Wt%까지 증가 시키면서 강도특성을 분석 하였다. 분석 결과 윤활제의 첨가량이 0.

성능/효과

본 논문에서는 700Mpa, 800Mpa, 900Mpa압력으로 각각 가압 하였을 때의 특성을 분석하였다. 가압력이 높을수록 강도 특성은 향상되었다. 따라서 강도의 향상을 위해서는 적절한 열처리 온도와 적절한 분말 윤활제량의 첨가 그리고 가압력을 높이는 것이 필요로 됨을 알 수 있었다.
고찰된 윤활제는 고체 윤활제와 액체 윤활제의 적용을 검토 하였으며 액체 윤활제는 저점도 윤활제와 고점도 윤활제를 검토 하였다. 검토 결과 고체 윤활제는 입자 Size가 커서 작업성이 매우 좋지 않고 금형 벽면에 엉겨 붙어 다이와 펀치에 끼어 윤활 작용을 전혀 하지 못해 고려에서 제외하고 액체 윤활제의 특성만을 검토 하였다. 그림 9는 고점도 액체 윤활제 (Si-spray)와 저점도 액체 윤활제 (WD4O) 그리고 윤활제를 전혀 사용하지 않았을 때의 빼기 압력에 대해서 고찰한 결과 이다.
그림에서 보듯이 가압력이 높아 질수록 밀도가 증대 되는 것을 알 수 있다. 높은 힘으로 가압하여 성형 할수록 밀도가 높아 짐을 알 수 있었다. 그림 5는 가압력과 철손 특성을 고찰한 그림이다.
따라서 가압력이 높아지면 기계적인 강도 특성이 증가 돨 뿐만 아니라 자기적 특성인 철손 또한 좋아 짐을 알 수 있었다. 따라서 가압력을 높여서 성형을 실시하면 기계적, 자기적 성질이 모두 상승되므로 연자성체의 특성향상에 큰 효과가 있음을 알 수 있었다. 그러나 그림 6에서 보는 바와 같이 가압력이 증가됨에 따라서 빼기 압력이 증가 되는 것을 되는 것을 알 수 있다.
그림에서 보듯이 가압력이 높아지면 철손 또한 감소 됨을 알 수 있였다. 따라서 가압력이 높아지면 기계적인 강도 특성이 증가 돨 뿐만 아니라 자기적 특성인 철손 또한 좋아 짐을 알 수 있었다. 따라서 가압력을 높여서 성형을 실시하면 기계적, 자기적 성질이 모두 상승되므로 연자성체의 특성향상에 큰 효과가 있음을 알 수 있었다.
가압력이 높을수록 강도 특성은 향상되었다. 따라서 강도의 향상을 위해서는 적절한 열처리 온도와 적절한 분말 윤활제량의 첨가 그리고 가압력을 높이는 것이 필요로 됨을 알 수 있었다. 그러나 열처리 조건 확립과 윤활제량 조절에 의한 강도 향상은 그림L 2에서 보듯 일정한 최적 값이 존재 하게 된다.
또한 이러한 가압력을 높이기 위해서는 빼기 압력 저감이 필수적며 이를 위해서 고체 윤활제와 고점도 액체 윤활제, 저점도 액체 윤활제의 빼기 압력 특성에 대해서 각각 고찰 하였으며, 저점도 액체 윤활제에서 떼기 압력 저감에 탁월한 효과가 있음을 알 수 있었다. 따라서 연자성체를 이용한 모터 코어 제작에 있어서 금형의 취약형태는 피할 수 없는 전제 조건인데 이러한 취약 형태에서도 높은 강도를 낼 수 있는 빼기 압력 저감 방안을 마련 향하 연자성체의 모터 코어 실용화에 폭넓은 이용을 할 수 있을 것으로 사료 된다.
분말 윤활제의 양은 0 ~ 3Wt%까지 증가 시키면서 강도특성을 분석 하였다. 분석 결과 윤활제의 첨가량이 0.8Wt%까지는 일정한 강도를 유지 하다가 그 보다 높은 분말 윤활제를 첨가 시 급격히 강도가 저하됨을 알 수 있었다.
연자성체의 강도 특성에 영향을 주는 인자분석을 실시하였으며 그 중 열처리 온도, 윤활제의 첨가량, 가압 하중이 강도 특성에 큰 영향을 줌을 알 수 있었다. 그림 1 은 열처리온도에 따른 강도 특성을 보여주고 있다.
그러나 고점도 액체 윤활제를 적용할 경우 (Si-spray)를 적용할 경우는 빼기 압력의 저감이 #의 없는 것으로 나타났다. 이를 볼 때 저점도 액체 윤활제는 빼기 압력 저감에 매우 큰 효과가 있음을 알 수 있었다. 그림 10은 동일 떼기 조건 즉 현재 윤활제를 적용하지 않고 금형의 손상이 없는 수준에서의 철손값을 의미 한다.
뿐만 아니라 강도 특성 역시 윤활제를 적용하지 않았을 때 314MPa에서 335MPa로 약 5%이상의 강도가 증대 되었다. 이를 통해서 볼 때 절적할 금형 윤활제 적용을 통해서 빼기 압력을 대폭적으로 저감 할 수 있었으며 이를 통해서 가압력 상승을 이룰수 있었고, 높아 진가 압력은 다시 기계적 강도 특성을 상승시켰고, 낮은 철손 특성을 얻을 수 있게 하였음을 실증 하였다.
표에서 보듯이 저점도 액체 윤활제 적용 전후에 빼기압력은 3.2Ton - 2.0 Ton으로 대폭 저감됨을 알 수 있었고, 동일 떼기 압력 (2.0Ton)이하의 뗴기 압력을 얻을 수 있는 성형 조건에서 비교한 결과 액체 윤활제를 적용하여 철손 특성을 낮춘 경우는 윤활제를 적용 하지 않았을 때 12.5W/kg에서 저점도 액체 윤활제를 통한 빼기압력 저감을 통해서 10.825W/kg으로 대폭 저감 할 수 있었다. 뿐만 아니라 강도 특성 역시 윤활제를 적용하지 않았을 때 314MPa에서 335MPa로 약 5%이상의 강도가 증대 되었다.

후속연구

또한 이러한 가압력을 높이기 위해서는 빼기 압력 저감이 필수적며 이를 위해서 고체 윤활제와 고점도 액체 윤활제, 저점도 액체 윤활제의 빼기 압력 특성에 대해서 각각 고찰 하였으며, 저점도 액체 윤활제에서 떼기 압력 저감에 탁월한 효과가 있음을 알 수 있었다. 따라서 연자성체를 이용한 모터 코어 제작에 있어서 금형의 취약형태는 피할 수 없는 전제 조건인데 이러한 취약 형태에서도 높은 강도를 낼 수 있는 빼기 압력 저감 방안을 마련 향하 연자성체의 모터 코어 실용화에 폭넓은 이용을 할 수 있을 것으로 사료 된다.

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