[논문]단강품 기공의 압착성 향상을 위한 레이디얼 단련변수의 영향

최호준; 최석우; 윤덕재; 정진호; 백동규; 최성규; 박훈재; 임성주

[국내논문] 단강품 기공의 압착성 향상을 위한 레이디얼 단련변수의 영향
Effect of Radial Parameters in Cogging Process on Void Closure for Large Forged Products 원문보기

최호준 (한국생산기술연구원) , 최석우 (한국생산기술연구원) , 윤덕재 (한국생산기술연구원) , 정진호 (한국기계연구원 부설 재료연구소) , 백동규 ((주)케이에스피) , 최성규 ((주)케이에스피) , 박훈재 (한국생산기술연구원) , 임성주 (한국생산기술연구원)

This paper deals with the effect of radial parameters in cogging process such as reduction in height (Rh) and rotational angle ($\theta$) of a billet on a void closure for large forged products. Usually closing and consolidation of internal void defects in a ingot is a vital matter when utilized as large forged products, using a press with limited capacity and the sizes of the ingots becoming larger. Consequently, it is important to develop cogging process for improvement of internal soundness without a void defect and cost reduction by solid forging alone with limited press capacity. For experiments of cogging process, hydraulic press with a capacity of 800 ton was used together with a small manipulator which was made for rotation and overlapping of a billet. Size of a void was categorized into two types; $\emptyset$ 6.0 mm and $\emptyset$ 9.0 mm to investigate the change of closing and consolidation of void defects existed in the large ingot during the cogging process. Also open void and closed void in the ingot were tackled to show the differentiation of closing process of internal voids with respect to void sizes. In this paper systematic configuration for closing process of void defects were expressed based on this experiment results in the cogging process.

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문제 정의

물론 제품에 따라 소정의 단조비를 요구하는 것들도 존재하므로 이것을 위해서도 업세팅 및 코깅 공정이 필요하다고 하겠다. 그러나 일부 기공들은 외부로 노출되어 표면에 나타날 수 있으며 이러한 기공을 개기 공이라 칭하고 소재 내부에 존재하는 기공을 폐기 공이라 하여 기공을 두 가지로 분류하고 이것들의 폐쇄과정을 분석하여 차이점을 단련공정 실험을 통해 알아보고자 하였다.
본 논문에서는 코깅공정에서 반경방향에 관련한 공정변수들 즉, 압하량, 기공형태, 소재 회전각도 등에 관하여 다루었으며, 이들 변수가 기공폐쇄에 미치는 영향을 분석하였다.
speed) 등이 있다. 이 중에서도 본 논문에서는 기공의 압착에 가장 많은 영향을 미친다고 알려져 있는, 소재의 반지름 또는 반경 방향으로 변형을 가하는 변수들인 압하량 및 소재회전각도, 금형 겹침이 기공의 압착성에 미치는 영향에 대하여 분석해보고자 하였다.

제안 방법

3 (b)의 경우는 기 공크기가 0 9.0 mm 인 경우로써, (a)의 경우처 럼 20%, 30%, 40%, 50% 의 압하율을 적용하고 소재를 90° 회전시켜 각각의 압하율을 소재에 다시 부여하였다. 기공의 크기는 대형 잉곳의 직경 대비 약 9% 정도의 기공을 대별하는 경우로 일상적으로 대형 주조 잉곳 제조과정에서 많이 발생할 수 있는 크기의 것이다.
4 가지의 압하량, 두 개의 기공크기 및 소재 의원위치(0°) 및 90°회전의 레이디얼 단련변수들에 변화에 따라 머니퓰레이터를 이용하여 코깅공정 실험을 수행하였다.
기공압착을 위한 중요 변수 중에 하나인 금형폭비는 실험의 효율성을 위하여 0.8 로 고정하였으며, 압하량은 소재의 표면크랙이 발생하지 않는 범위에서 4 가지로 나누어 실험하였다. Fig.
실제 대형 잉곳의 단련공정(upsetting & cogging process)을 위해서도 지게차에보조 장치를 설치하여 잉곳을 다루던지 또는 자동화 장치로써 대형 머니퓰레이터(manipulator)를 사용한다. 따라서 본 실험에서도 레이디얼 단련변수인 압하량, 금형 겹침 및 엇갈리기, 소재의 회전 등을 위하여 800 ton 유압 서보 프레스의 크기에 부합하도록 머니퓰레이터를 설계하여 제작하였고 이를 위한 설계도면과 제작한 정면도 사진을 Fig. 2에 나타내었다.
레이디얼 단련변수의 기공압착에 대한 영향올알아보기 위한 실험용 소재(billet)로 AISI 1020을사용하였으며' 소재의 중심부에 기공을 대신하여 지름 0 6.0과 0 9.0 mm 의 두 가지 로 정 하여 가공하였으며, 개기공(open void)에 따른 실험은 대기 중에 노출된 상태로, 폐기공(closed void)에 따른 실험은 기공의 노출부위를 용접하고 기공의 가공 부위로부터 진공을 만들어 입구를 폐쇄하였다.

성능/효과

(1) 기공폐쇄는 압하량의 증가에 따라 비례하여 확산기구에 의한 접합이 발생하며, 소재가 90 회전함에 따라서도 기공압착의 과정이 진행되고 있음을 알 수 있었다.
(2) 기공의 크기에 따라 압착효과의 차이는 적으나, 기공의 압착효율을 향상시키는 패스스케줄 (pathschedule)을 결정하는 방향을 제시하였다.
(3) 개기공인 경우, 압하율 20-40% 을 소재에 부가하게 되면 표면에서 가까운 부분의 기공은 압착되지 않으며, 표면에서 멀어짐에 따라 내부에 존재하는 기공과 같은 압착과정을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

0 mm 인 경우의 압하율 30% 일 때는 소재의 90° 회전에도 기공 압착이 다시 넓어지지 않았다. 물론 이 경우에 있어서 기공압착을 통해두 개의 계면이 접합되어 있다고 판단하기에는 사진만으로 부족하므로 조직상태 등의 좀 더 상세한 분석들이 이루어져야 할 것으로 판단된다. 압하율 40% 인 경우의 행정-하중곡선은 기공 0 6.

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