KR20130009211A - Drawing dies for increasing the strength of metal and drawing method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신선 가공용 다이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 감면율은 동일하나 높은 변형률을 부여할 수 있는 신선 가공용 다이스 및 이를 이용한 신선 가공 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a die for drawing, and more particularly, to a die for drawing, and a drawing method using the same, which can give a high strain rate but having the same reduction rate.
신선 가공(Drawing)은 선재를, 각 부분(bell, approach, bearing, relief)의 각도(approach angle, die angle, relief angle)와 길이에 의해 정의되는 다이스(dies)에 통과시켜 원하는 치수로 감면시키는 것을 목적으로 한다. 신선 가공은 가공경화(strain hardening)를 통해서 최종 제품의 강도를 증가시킬 수 있다. Drawing allows the wire to be reduced to the desired dimensions by passing it through a die defined by the angle (approach angle, die angle, relief angle) and length of the bell, approach, bearing, and relief. For the purpose of Drawing can increase the strength of the final product through strain hardening.
가공경화를 통한 강도 증가를 위해서는 변형량이 큰 것이 바람직하다. 동일한 감면율에 큰 변형량을 가하게 되면 Hall-Petch 관계식에 따라 결정립 미세화를 통해 특별한 합금 첨가 없이 금속재료의 강도를 향상시킬 수 있기 때문이다. 소재의 비강도를 개선할 경우 1차적으로 부품 경량화를 통한 운송수단의 경량화를 이루고, 2차적으로 체결부위의 소형화로 구조물 전체를 소형화 및 경량화할 수 있다.In order to increase the strength through work hardening, it is preferable that the deformation amount is large. If a large amount of deformation is applied to the same reduction rate, it is possible to improve the strength of the metal material without the addition of special alloy through grain refinement according to the Hall-Petch relationship. When improving the specific strength of the material, the weight of the vehicle can be primarily reduced by lightening the parts, and the structure can be miniaturized and lightened by the smaller size of the fastening part.
그러나 필요한 선경이 제한되어 있어 변형을 부여하는데 한계가 있으므로, 기존 신선 공정과 동일한 감면율에서도 큰 변형량이 소재에 발생할 수 있는 신선 가공용 다이스가 요구된다. However, since the required wire diameter is limited and there is a limit to imparting deformation, a die for drawing processing that requires a large amount of deformation in a material even at the same reduction rate as the existing drawing process is required.
또한, 원형의 베어링 부분을 가지는 다이스를 사용하는 기존 신선의 경우는 원하는 치수를 얻기 위해 여러 패스를 거침에 따라 소재 중심부와 표면부의 변형차이가 발생한다는 문제가 있었다. In addition, in the case of the existing wire using a die having a circular bearing portion, there is a problem that the deformation difference occurs in the center of the material and the surface portion as a plurality of passes to obtain the desired dimensions.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 감면율은 동일하나 높은 변형률을 부여할 수 있는 신선 가공용 다이스 및 이를 이용한 신선 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a die for drawing and a drawing method using the same, which is capable of providing a high strain but having the same reduction rate.
본 발명에 따르면, 선재(wire rod)가 통과하는 어프로치부와 베어링부를 구비하는 신선 가공용 다이스(dies)에 있어서, 상기 베어링부의 관통 구멍의 단면 형상이 타원형인 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스가 제공된다. According to the present invention, in a drawing die having a approach portion and a bearing portion through which a wire rod passes, the cross-sectional shape of the through-hole of the bearing portion is elliptical. There is provided a die for drawing.
또한, 상기 어프로치부의 관통 구멍의 단면 형상이 타원형인 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스가 제공된다. In addition, there is provided a die for drawing a wire for improving the strength of the metal material, characterized in that the cross-sectional shape of the through-hole of the approach portion is elliptical.
또한, 본 발명에 의하면, 신선 가공용 다이스를 이용한 신선 가공방법에 있어서, 선재를 타원형 관통 구멍이 형성된 신선 가공용 다이스와 원형 관통 구멍이 형성된 신선 가공용 다이스에 번갈아가며 통과시키는 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스를 이용한 신선 가공방법이 제공된다. According to the present invention, in the drawing processing method using the drawing die, the wire material is alternately passed through the drawing die having an elliptical through hole and the drawing die having a circular through hole. There is provided a drawing process using a drawing die for improvement.
또한, 상기 신선 가공용 다이스의 베어링부의 관통 구멍이 타원형인 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스를 이용한 신선 가공방법이 제공된다. Further, a drawing processing method using a drawing processing die for improving the strength of a metal material, characterized in that the through hole of the bearing portion of the drawing die is elliptical.
또한, 상기 신선 가공용 다이스의 어프로치부의 관통 구멍이 타원형인 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스를 이용한 신선 가공방법이 제공된다. In addition, there is provided a drawing processing method using a drawing processing die for improving the strength of a metal material, characterized in that the through hole of the approach portion of the drawing die is oval.
본 발명의 신선 가공용 다이스에 의하면, 종래의 원형 신선 가공용 다이스를 사용할 때와 비교할 때, 최종 선경이 동일하더라도, 누적된 변형률 값을 크게 증가시킬 수 있다. 따라서 종래의 원형 신선 가공용 다이스를 사용할 때에 비해서 가공경화에 의한 강도향상 효과가 크다. 또한, 소재 중심부와 표면부의 변형률 차이도 최소화할 수 있다. According to the drawing die of this invention, compared with the case of using the conventional round drawing die, even if a final wire diameter is the same, the accumulated strain value can be increased significantly. Therefore, compared with the case of using the conventional circular drawing die | dye, the effect of strength improvement by hardening is large. In addition, it is possible to minimize the difference in strain between the material center and the surface portion.
도 1은 본 발명의 신선 가공용 다이스의 일실시예의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 신선 가공용 다이스의 평면도이다.
도 3은 10패스 신선 공정시 패스별 신선 가공용 다이스 베어링부의 관통구멍의 단면 형상을 나타낸 도면이다.
도 4와 5는 거리 및 패스에 따른 유효변형률을 나타낸다.
도 6은 패스에 따른 평균변형률을 나타낸다.1 is a cross-sectional view of an embodiment of the die for drawing wire of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the die for wire drawing shown in FIG. 1. FIG.
3 is a view showing a cross-sectional shape of the through-hole of the die bearing portion for drawing by each pass during the 10-pass drawing process.
4 and 5 show the effective strain according to distance and path.
6 shows the average strain along the pass.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.
다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, and the like of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
본 발명은 신선 가공시에 종래의 방법과 비교할 때 선경의 변화는 없지만, 높은 변형량을 부여하기 위해서 고안된 것으로, 여러 번의 신선을 거쳐 제조되는 경우에 한번 이상 높은 변형량을 부여하기 위한 것이다. 본 발명은 다이스의 베어링부의 관통구멍의 단면이 타원형이 되도록 형성하여, 높은 변형력을 부여하고자 하는 것이다.The present invention has no change in wire diameter as compared with the conventional method at the time of drawing, but is designed to give a high amount of deformation, and is intended to give a high amount of deformation more than once when manufactured through several times of drawing. The present invention is to form a cross section of the through-hole of the bearing portion of the die to be elliptical, to provide a high deformation force.
도 1은 본 발명의 신선 가공용 다이스의 일실시예의 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 신선 가공용 다이스의 평면도이다. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of the die for drawing wire of the present invention, Figure 2 is a plan view of the die for drawing wire shown in FIG.
도 1을 참고하면, 본 발명의 신선 가공용 다이스(10)는 벨(bell, 1)부, 어프로치(approach, 2)부, 베어링(bearing, 3)부 및 릴리프(relief, 4)부를 포함한다. 선재가 진입하는 벨부(1)는 어프로치 각(approach angle)을 이루도록 경사지며, 어프로치부(2)는 다이각(die angle)을 이루도록 경사진다. Referring to FIG. 1, the die for
도 2를 참고하면, 본 발명의 신선 가공용 다이스(10)는 베어링부(3)의 관통구멍(5)이 타원형을 이룬다. 타원형 관통구멍(5)의 면적은 종래의 다이스의 베어링부의 원형 관통구멍의 면적과 동일하다. 신선 전후의 감면율은 동일해야 하기 때문이다. 따라서 타원형의 장축의 길이는 종래의 원형의 지름에 비해서 길고, 단축의 길이는 지름에 비해서 짧다. 어프로치부(2)는 적어도 베어링부(3)와 연결되는 부분은 단면의 형상이 타원형을 이룬다. Referring to FIG. 2, in the drawing die 10 of the present invention, the through-
다음으로, 본 발명에 따른 신선 가공용 다이스를 이용한 신선 가공방법에 대해서 설명한다. Next, the wire drawing method using the die for wire drawing which concerns on this invention is demonstrated.
본 발명에 따른 신선 가공용 다이스를 이용한 신선 가공방법은 본 발명에 따른 신선 가공용 다이스를 이용한 패스와 종래의 원형 관통구멍이 형성된 베어링부를 구비한 신선 가공용 다이스를 이용한 패스를 교대로 진행하는 방법으로 진행된다. The drawing processing method using the drawing die according to the present invention is carried out by a method of alternately proceeding a pass using the drawing die according to the present invention and a pass using a drawing die having a bearing portion having a conventional circular through hole. .
도 3은 10패스 신선 공정시 패스별 신선 가공용 다이스 베어링부 관통구멍의 단면 형상을 나타낸 도면이다. 홀수 번째 패스의 경우에는 관통구멍의 단면적이 점점 줄어드는 본 발명에 따른 신선 가공용 다이스를 사용하며, 짝수 번째 패스의 경우에는 관통구멍의 단면적이 점점 줄어드는 종래의 신선 가공용 다이스를 사용한다.3 is a view showing a cross-sectional shape of the die bearing portion through-holes for drawing-by-pass during the 10-pass drawing process. In the case of the odd-numbered pass, the die for drawing processing according to the present invention in which the cross-sectional area of the through-hole is gradually reduced is used, and in the case of the even-numbered pass, the die for conventional drawing is used in which the cross-sectional area of the through-hole is gradually reduced.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명한다. Hereinafter, the Example of this invention is described in detail.
[실시예][Example]
초기 선경은 13㎜이며, 단면적이 132.73㎟인 0.1중량% 탄소 합금강을 10 패스 신선 공정을 이용하여 가공하였다. 1 패스 신선 공정은 상기 선경을 갖는 탄소 합금강을 본 발명의 타원형 다이스를 이용하여 진행하였다. 1 패스 신선 공정 후 선재의 단면은 장축 13.5㎜, 단축 10.02㎜이며, 단면적이 106.19㎟ (감면율 20%)인 타원형이 되었다. 2 패스 신선 공정은 1 패스 신선을 거친 소재를 종래의 원형 다이스를 이용하여 진행하였다. 2 패스 신선 공정 후 선재의 단면은 지름 10.40mm이며, 단면적이 84.95㎟(감면율 20%)인 원형이 되었다. 상기 방법을 반복하여, 10 패스까지 신선 공정을 진행하였다. 10패스를 거친 최종 선재의 단면은 지름이 4.26㎜이며, 단면적은 14.25㎟인 원형이다. The initial wire diameter was 13 mm, and 0.1 weight% carbon alloy steel whose cross section was 132.73 mm <2> was processed using the 10-pass drawing process. The one-pass drawing process advanced the carbon alloy steel which has the said wire diameter using the elliptical dice of this invention. The cross section of the wire rod after 1 pass drawing process was 13.5 mm long axis, 10.02 mm short axis, and became an ellipse with a cross section of 106.19 mm <2> (20% reduction rate). In the two-pass drawing process, the raw material which passed the one-pass drawing was advanced using the conventional circular die. After the two-pass drawing process, the cross section of the wire rod was 10.40 mm in diameter, and a circle having a cross section of 84.95 mm 2 (20% reduction) was obtained. The method was repeated and the drawing process was advanced to 10 passes. The cross section of the final wire rod after 10 passes is 4.26 mm in diameter and circular in cross section of 14.25 mm2.
[비교예][Comparative Example]
초기 선경은 13㎜인 0.1중량% 탄소 합금강을 종래의 10 패스 신선 공정을 이용하여 가공하였다. 1 패스 신선 공정은 상기 선경을 갖는 탄소 합금강을 종래의 원형 다이스를 이용하여 진행하였다. 1 패스 신선 공정 후 선재의 단면은 지름11.63㎜이며, 단면적이 106.19㎟ (감면율 20%)인 원형이 되었다. 2 패스 신선 공정은 1 패스 신선을 거친 소재를 종래의 원형 다이스를 이용하여 진행하였다. 2 패스 신선 공정 후 선재의 단면은 지름 10.40mm이며, 단면적이 84.95㎟(감면율 20%)인 원형이 되었다. 상기 방법을 반복하여, 10 패스까지 신선 공정을 진행하였다. 10패스를 거친 최종 선재의 단면은 실시예와 동일하게 지름이 4.26㎜이며, 단면적은 14.25㎟인 원형이다.0.1 wt% carbon alloy steel whose initial wire diameter was 13 mm was processed using the conventional 10 pass drawing process. The one-pass drawing process advanced the carbon alloy steel which has the said wire diameter using the conventional circular dice. After the one-pass drawing process, the cross section of the wire rod was 11.63 mm in diameter, and a circle having a cross section of 106.19 mm 2 (20% reduction) was obtained. In the two-pass drawing process, the raw material which passed the one-pass drawing was advanced using the conventional circular die. After the two-pass drawing process, the cross section of the wire rod was 10.40 mm in diameter, and a circle having a cross section of 84.95 mm 2 (20% reduction) was obtained. The method was repeated and the drawing process was advanced to 10 passes. The cross section of the final wire rod after 10 passes was circular, having a diameter of 4.26 mm and a cross-sectional area of 14.25
실시예와 비교예에서 각 패스 후 지름 또는 장단축의 길이 및 단면적은 아래의 표 1과 같다. The length and cross-sectional area of the diameter or long and short axis after each pass in the Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
실시예와 비교예의 변형량을 FEM 해석 코드를 이용하여 분석한 결과를 각각 도 4와 도 5에 나타내었다. 가장 아래에 도시된 그래프는 1 패스 후를 나타내며, 가장 위에 도시된 그래프는 10 패스 후를 나타낸다. 도 4의 거리는 홀수 패스의 경우에는 장축 한쪽 끝점에서부터의 거리를 나타내고, 짝수 패스의 경우에는 선재의 단면 둘레 위의 한 점에서부터의 거리를 나타낸다. 도 5의 거리는 선재의 단면 둘레 위의 한 점에서부터의 거리를 나타낸다. 4 and 5 show the results of analyzing the deformation amounts of the examples and the comparative examples using the FEM analysis code. The graph shown at the bottom represents one pass and the graph at the top represents ten passes. The distance in FIG. 4 represents the distance from one end of the long axis in the case of odd paths, and the distance from one point on the circumference of the wire rod in the case of even paths. The distance in FIG. 5 represents the distance from a point on the circumference of the wire rod.
도 4와 5에 알 수 있듯이, 비교예에 비해 실시예의 신선이 그 중심부와 표층부에서 모두 높은 유효 변형률 분포를 보이며, 비교예의 경우에는 표면과 중심부의 유효 변형률 차이가 패스 수가 증가할수록 커지는 경향을 보인다. 실시예의 경우에는 표면과 중심부의 유효 변형률 차이가 비교예에 비해서 작다. 즉 실시예의 경우 좀 더 균일한 분포를 보인다. 이는 소재 중심부와 표층부에 균일한 변형량을 부여할 수 있다는 것을 의미한다.As can be seen in Figures 4 and 5, compared to the comparative example, the freshness of the example shows a higher effective strain distribution at both the center and the surface layer portion, and in the case of the comparative example, the effective strain difference between the surface and the central portion tends to increase as the number of passes increases. . In the case of the Example, the difference in effective strain between the surface and the central portion is smaller than that of the comparative example. In other words, the embodiment shows a more uniform distribution. This means that a uniform amount of deformation can be given to the material center and the surface layer portion.
도 6은 패스에 따른 평균변형률을 나타낸다. 비교예의 경우에는 10패스 후 2.61의 평균변형률을 보인 반면, 실시예의 경우에는 3.12의 평균변형률을 보여 약 20% 정도 변형률이 증가하였다. 실시예의 경우 8패스 후 평균변형률이 2.54이므로, 종래의 변형률을 얻기 위해서는 8패스만 진행하여도 된다는 것을 알 수 있다. 6 shows the average strain along the pass. In the comparative example, the average strain was 2.61 after 10 passes, while in the example, the average strain was 3.12, which increased the strain by about 20%. In the case of the embodiment, since the average strain after 8 passes is 2.54, it can be seen that only 8 passes may be performed to obtain the conventional strain.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다. While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, it is usually in the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.
1: 벨부 2: 어프로치부
3: 베어링 4: 릴리프부
5: 관통구멍 10: 신선 가공용 다이스1: Bell part 2: Approach part
3: bearing 4: relief part
5: through-hole 10: die for drawing
Claims (5)
상기 베어링부의 관통 구멍의 단면 형상이 타원형인 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스.In the die for drawing, which has an approach portion and a bearing portion through which a wire rod passes,
The die for drawing a wire for improving the strength of a metal material, characterized in that the cross-sectional shape of the through-hole of the bearing portion is elliptical.
상기 어프로치부의 관통 구멍의 단면 형상이 타원형인 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스.The method of claim 1,
The die for drawing a wire for improving the strength of a metal material, characterized in that the cross-sectional shape of the through-hole of the approach portion is elliptical.
선재를 타원형 관통 구멍이 형성된 신선 가공용 다이스와 원형 관통 구멍이 형성된 신선 가공용 다이스에 번갈아가며 통과시키는 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스를 이용한 신선 가공방법. In the drawing processing method using the drawing die,
A wire processing method using a wire processing die for improving the strength of a metal material, characterized in that the wire rod is alternately passed through the wire drawing die with an elliptical through hole and the die for forming a circular through hole.
상기 신선 가공용 다이스의 베어링부의 관통 구멍이 타원형인 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스를 이용한 신선 가공방법.The method of claim 3,
The through-hole of the bearing portion of the die for drawing, the drawing processing method using the drawing die for improving the strength of the metal material, characterized in that the oval.
상기 신선 가공용 다이스의 어프로치부의 관통 구멍이 타원형인 것을 특징으로 하는 금속재료의 강도향상을 위한 신선 가공용 다이스를 이용한 신선 가공방법.5. The method of claim 4,
And a through-hole of the approach portion of the die for drawing is oval.
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