분할 다이 설계는 실험실 규모 ECAP에 매우 중요합니다. 주로 시편 회수를 위해 공구를 물리적으로 분해할 수 있기 때문입니다. 구리 가공에 관련된 극심한 압력과 마찰을 고려할 때, 분할 구성은 가공 후 시편을 강제로 빼낼 필요성을 없애 시편과 값비싼 공구강 다이 모두의 손상을 방지합니다.
등각 채널 각도 압축(ECAP) 중에 발생하는 엄청난 마찰은 종종 재료가 채널 내부에 끼이게 만듭니다. 분할 다이 설계는 압출 공정과 추출 공정을 분리하여 시편 무결성을 보장하고 공구의 수명을 크게 연장함으로써 이 문제를 해결합니다.
ECAP의 기계적 과제 해결
높은 압출 압력 관리
ECAP는 심각한 소성 변형을 유도하기 위해 구리를 날카롭게 각진 채널을 통과시키는 것을 포함합니다. 이 과정은 극도로 높은 내부 압력을 발생시킵니다.
분할 다이는 스트로크 중에 이 압력을 견딜 수 있을 만큼 견고해야 하지만, 하중이 제거되면 분리될 수 있어야 합니다. 이러한 이중 기능을 통해 연구원들은 구리 변형에 필요한 강렬한 힘을 영구적으로 공구 내부에 고정시키지 않고 처리할 수 있습니다.
마찰 및 달라붙음 극복
마찰은 ECAP의 주요 적입니다. 높은 하중에서 구리는 채널 벽에 달라붙는 경향이 있습니다.
고체 다이에서 끼인 시편을 추출하려면 상당한 힘이 필요하며, 이는 종종 끼임을 악화시킵니다. 분할 구조는 이 장벽을 완전히 제거하여 작업자가 공구를 열고 추출에 저항하는 마찰을 우회할 수 있도록 합니다.
시편 및 공구 무결성 보장
2차 표면 손상 방지
실험실 규모 ECAP의 주요 목표는 종종 재료의 미세 구조 또는 기계적 특성을 분석하는 것입니다.
후방 압출 또는 이젝터 펀치를 사용하여 고체 다이에서 시편을 강제로 빼내는 것은 종종 긁힘, 흠집 또는 변형을 유발합니다. 다이를 분할하면 시편을 들어내기만 하면 되므로 정확한 야금 분석을 위해 표면 품질을 보존할 수 있습니다.
다이 서비스 수명 연장
ECAP 다이는 일반적으로 고경도 공구강으로 가공됩니다. 내구성이 뛰어나지만 이러한 재료는 인장 응력이나 부적절한 하중 하에서 부서지기 쉬울 수 있습니다.
고체 채널에서 끼인 시편을 반복적으로 강제로 빼내는 것은 마모를 증가시키고 다이가 균열될 위험을 높입니다. 분할 설계는 언로딩 단계에서 공구에 가해지는 기계적 응력을 줄여 고정밀 가공에 대한 투자를 보호합니다.
운영 고려 사항 및 유지보수
유지보수 및 윤활 용이
성공적인 ECAP 통과를 위해서는 일관된 윤활이 필수적입니다.
분할 다이는 내부 채널에 완전히 접근할 수 있습니다. 이를 통해 이물질을 철저히 청소하고 패스 사이에 정확하게 재윤활할 수 있어 일관된 가공 조건을 보장하고 겹침 위험을 줄입니다.
절충안 이해
분할 다이는 회수에 더 우수하지만 관리해야 하는 운영 단계가 도입됩니다.
- 분해 시간: 매번 패스 후에 다이를 볼트로 풀거나 클램핑 해제해야 합니다. 이는 연속 압출 방법에 비해 총 사이클 시간을 증가시킵니다.
- 구조적 밀폐: 다이가 분할되어 있으므로 고압 압출 스트로크 중에 열리는 것을 방지하기 위해 외부 밀폐(예: 중장비 슬리브 또는 볼트)에 전적으로 의존합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
구리 ECAP용 공구를 설계하거나 선택할 때 분할 설계는 일반적으로 실험실 성공을 위한 표준입니다.
- 시편 품질이 주요 초점인 경우: 분할 다이를 사용하여 현미경 및 경도 시험을 위해 시편 표면이 깨끗하게 유지되도록 합니다.
- 공구 수명이 주요 초점인 경우: 분할 설계를 사용하여 끼인 빌렛을 배출하는 것과 관련된 과도한 마모 및 잠재적 균열을 방지합니다.
분할 다이 설계는 ECAP를 고위험 기계적 싸움에서 반복 가능하고 제어된 과학적 프로세스로 변화시킵니다.
요약 표:
| 기능 | 분할 다이 설계 | 고체 다이 설계 |
|---|---|---|
| 시편 회수 | 수동 분해 (안전) | 강제 배출 (손상 위험) |
| 마찰 관리 | 추출과 압출 분리 | 시편이 끼일 위험 높음 |
| 표면 품질 | 미세 구조/마감 보존 | 긁힘 및 흠집 위험 높음 |
| 공구 수명 | 언로딩 중 응력 감소 | 균열 및 마모 위험 높음 |
| 유지보수 | 쉬운 청소 및 윤활 | 내부 채널 접근 어려움 |
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참고문헌
- Paula Cibely Alves Flausino, Paulo Roberto Cetlin. The Structural Refinement of Commercial‐Purity Copper Processed by Equal Channel Angular Pressing with Low Strain Amplitude. DOI: 10.1002/adem.202501058
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