Kalpakjian 기계공작법 Ch.13 문제풀이(압연)

13.17 평판압연은 후판과 박판의 두께를 줄인다. 그럼 단순히 재료를 잡아당기는 과정만으로도 두께를 줄일 수 있는데 이 방법이 합당한지를 설명하라.

 

잡아당기는 것만으로는 합당한 공정이 될 수 있을 것 같지만 여러가지 중대한 한계점이 이에 관련되어 있다. 압연과 비교해보면 다음과 같다.

(a)   잡아당기는 공정은 배치 공정이며 압연처럼 연속공정이 될 수 없다.

(b)   두께 감소가 평판의 네킹에 의해 제한된다. 이는 가경경화지수 n 에 관계된다.

(c)   평판이 늘어남에 따라 표면이 오렌지-필 효과로 거칠게 되고 두께와 폭을 조절하기가 힘들어진다.

(d)   평판을 잡아당기기 위해서는 양 끝단에 클램프와 같은 장치가 필요한데, 이는 평판에 자국을 남기거나 찢어짐을 유발한다.

(e)   고온에서 연성이 작은 재질을 신장시키는데 큰 어려움이 있다.

 

13.20 압하력을 줄일 수 있는 방법을 열거하고 설명하라.

압하력을 줄일 수 있는 방법은 다음과 같다.

 

(a)   작은 반경의 롤을 사용한다.

(b)   패스 당 압하율을 줄인다.

(c)   마찰을 줄인다.

(d)   판재의 온도를 증가시킨다.

(e)   전/후방 장력을 가한다.

 

13.21 압연 중 판재에 전방, 후방장력을 적용하는 방법을 서술하고 이 장력들을 어떻게 제어할지 설명하라.

 

전방장력은 압연기의 테이크업릴으로 조정할 수 있다. 테이크업릴의 토크를 더 크게 하거나 회전속도를 더 크게 함으로써 전방장력을 증가시킬 수 있다.

후방장력은 페이오프릴으로 조정할 수 있다. 페이오프릴의 제동토크를 증가시키거나 회전속도를 감소시켜서 후방장력을 가할 수 있다.

 

13.22 평판압연에서의 제품에 크라운이 발생하지 않도록 하기 위한 일반적인 방법으로 무엇이 있는가?

 

평판 압연에서 제품이 크라운이 발생하지 않도록 하는 방법, 즉 폭 방향으로 두께가 일정하게 하는 방법은 여러가지가 있다.

(a)   크라운 된 롤을 사용한다.

(b)   큰 백업 롤을 사용해서 작업롤의 탄성 변형을 줄인다.

(c)   작업롤 롤 축에 교정 모멘트를 가한다.

(d)   강성이 높은 재질의 롤을 사용한다.

 

13.24

롤 편평화 현상을 감소시킬 수 있는 방법들을 기술하고 이 현상을 중리기 위해 롤 재료의 어떠한 성질을 증가시켜야 하는가?

 

롤편평화는 다음의 방법으로 감소시킬 수 있다.

(a)  패스당 압하율을 줄인다.

(b)  마찰을 줄인다.

(c)  롤의 강성을 증가시킨다. (예를 들어, 카바이드와 같은 탄성계수가 큰 재질을 사용하여 제작한다.)

롤편평화는 원형롤의 단면이 탄성변형되는 것으로 이는 롤 간극에서 접촉길이를 넓게 만든다. 따라서 롤의 탄성계수를 증대시켜야 한다.

 

13.25 평판압연에서의 폭퍼짐 현상이 (a) 재료의 두께에 대한 폭 비가 작을수록, (b) 마찰력이 작을수록, (c) 소재 두께에 대한 롤 반지름의 비가 작을수록 증가하는 이유를 기술하라.

 

이러한 변수들을 모두 기본적으로 롤과 평판 사이의 접촉면적의 종횡비를 변화시켜서 평판의 폭방향 마찰 저항에 영향을 주기 때문이다. (14.16문제  해설 참조)

 

13.32 (a) 너무 고속에서 압연하는 경우와 (b) 너무 저속에서 압연하는 경우 발생할 수 있는 결과들을 서술하라.

 

두가지 모두 각각 장단점이 있다. 고속으로 압연하는 경우에는 생산성이 높은 장점이 있으나 그에 못지 않은 단점도 있다.

- 동반되는 윤활유 유막 두께가 커지면서 마찰을 감소시키고, 롤이 공작물을 미끄러지도록 만든다. 이는 공작물 표면을 손상시킬 수 있다.

- 고속으로 회전하는 두꺼운 유막은 오렌지-필 효과를 나타내게 하거나 표면을 거칠게 만든다.

- 고속에서는 채터가 발생할 수 있으므로 표면정도를 저하시키거나 공정을 진행하지 못하게 할 수 있다.

- 롤을 움직이는 동력과도 관련하여 회전속도의 제한이 있다.

 

저속으로 압연하는 경우, 평판이 롤에 의해 연마가 되어 표면 거칠기가 향상되는 장점이 있다. 하지만 너무 저속의 압연을 다음과 같은 문제점이 있다.

- 생산성이 낮게 되고 그에 따라 가격이 올라갈 것이다.

- 충분하게 두꺼운 유막이 발달하지 못하여 공작물을 작업대로 옮기는데 공작물이 손상을 입어 표면거칠기가 나빠질 수 있다.

- 평판이 롤과 접촉하기 전에 과도하게 냉각된다. 긴 빌렛이 천천히 압연되어 주변 환경으로부터 열을 빼앗기거나 롤 컨테이어를 통해 열이 전도되기 때문이다.

 

13.35 전방미끄럼이 음의 값을 가질 수 있는가? 왜 그런지 설명하라.

 

전방미끄럼이 음의 값을 가진 수 있다. 하지만, 전방 장력이 큰 경우에만 가능하다. 전방 장력이 충분히 커서 롤이 미끄러지는 경우를 고려해보자. 살짝 낮은 전방 장력으로 공작물은 롤의 속도보다 낮은 속도를 갖게 된다. 이런 경우 전방미끄럼이 음의 값을 갖게 된다. 만일 전방장력이나 후방장력이 없으면 전방미끄럼은 음의 값을 가질 수 없다.

 

13.(구 6.19) 한 패스 당 작은 압하율보다 큰 압하율을 적용하는 기술적, 경제적 이유를 서술하라.

 

경제적으로 제품의 제작 공정에 들어가는 공정의 수를 낮추는 것이 항상 이익이다. 롤당 패스의 수를 낮추는 것은 필요한 공정의 수를 줄일 수 있어서 효과적이다. 이는 최종 제품의 두께를 얻는 데 걸리는 생산시간을 줄이도록 한다. 물론 패스 당 큰 압하율은 반드시 고려해야 한다.

 

13.(구 6.21) 평판압연에서 작은 반경의 롤을 사용할 때의 장점과 한계점을 기술하여라.

 

평판에서 작은 롤을 사용할 때의 장점은 다음과 같다.

(a)  공작물 표면에 압축응력을 형성시킨다.

(b)  압하력이 적게 요구된다.

(c)  에너지가 적게 요구된다.

(d)  폭퍼짐이 적다.

(e)  작은 반경의 롤은 교체하거나 수리할 때 적은 비용이 소모된다.

단점은 다음과 같다.

(a)  롤의 변형이 크기 때문에 백업롤이 필요할 수 있다.

(b)  가능한 압하량이 적다.

13.(구6.26) 그림 6.3에서 마찰이 증가함에 따라 중립점이 롤 간극 입구 방향으로 이동하는 이유를 설명하라.

 

이 상황을 가시적으로 보는 가장 좋은 방법은 두 가지 극한 조건을 고려하는 것이다. 먼저 롤과 평판 사이의 마칠이 없다고 가정하자. 이 경우 롤을 평판을 미끄러지고 중립점(노-슬립)은 출구 밖으로 나가게 된다. 반면 마찰이 매우 큰 경우를 가정하면, 롤은 평판을 잡아당기려 한다. 이 경우에는, 중립점이 롤 간극의 입구로 이동하는 경향을 볼 수 있다.

 

13.(구 6.29) 압연은 연속단조 공정으로 설명되기도 한다. 이 설명이 합당한지 서술하시오.

 

합당한 표현이다. 블록을 얇은 단면으로 단조하는 상황을 고려해보자. 공정 단계의 수가 증가함에 따라 공정을 결국 박판을 압연하는 것과 비슷해진다.

 

13.(구 6.30) 티타늄 카바이드는 센쥐미어 압연기의 작업롤로 사용되는 반면 다른 압연기에는 일반적으로 사용하지 않는 이유를 적절한 식으로 설명하라.

 

센쥐미어 압연기에서 티타늄 카바이드를 사용하는 주된 이유는 티타늄 카바이드가 탄성계수가 매우 높아서 편평화가 잘 나타나지 않는다. 이 설명은 P.299의 Eq. (6.48)을 따른 것이다. 티타늄 카바이드는 다른 롤에 사용하지 않는데, 그 이유는 다른 롤들이 사이즈가 크고 티타늄 카바이드 롤의 가격이 비싸기 때문이다.