건식 박판 금속 성형을 위한 휘발성 윤활제의 분사 특성 연구

Abstract

본 논문에서는 액체 이산화탄소(CO2)의 윤활 성능에 대한 연구를 위해 다양한 마이크로 홀 형상(Confusor, Straight, Diffuser)을 가진 적층 제조된 노즐의 분사 특성 분석이 수행되었다. 분사 과정에서 액체 CO2 는 Joule-Thomson 효과로 인해 분사 노즐 출구에서 드라이 아이스로 전환된 후 대기압 및 대기 온도 조건에서 기체로 증발한다. 분사 노즐 출구에서 생성된 드라이 아이스는 성형 소재와 금형을 분리해주는 역할로 윤활을 함과 동시에 기화하는 과정에서 열을 흡수하여 소재를 냉각시키게 된다. 실험 결과는 액체 CO2 의 윤활 및 냉각이 마이크로 홀 형상에 크게 의존하는 것이 확인되었다. 특히, confusor 형상의 마이크로 홀은 straight, diffuser 형상보다 분사 폭 및 드라이 아이스 생성 면적이 크다는 결과가 나타났다. 냉각 속도 또한 confusor 형상의 마이크로 홀에서 나오는 분사 및 드라이 아이스 면적이 가열된 시트의 냉각에 효과적인 냉각을 기여하며, AA6061-T6 의 고용체 처리를 위한 냉각 속도인 -66 ℃/s 보다 2.24 배 높은 냉각 속도를 보였다. 본 연구는 마이크로 홀 형상을 최적화함으로써 액체 CO2 의 윤활 및 냉각 성능이 쉽게 향상될 수 있음을 증명되었다.