동력전달용 구동부품 중에는 중공 플랜지 형상이 많이 사용되고 있으며, 이의 고강도 경량화가 요구되기 때문에 단조에 의한 제품의 성형 방법이 많이 연구되고 있다. 중공 플랜지 형상을 갖는 부품의 제조 방법으로서는 중실 플랜지 형상으로 단조한 다음 내경부를 절삭가공하는 방법이 주로 사용되어 왔으나, 이는 재료 이용률이 매우 낮으므로 다른 제조 방법으로서는 중실 소재를 후방압출하여 중공 플랜지 형상으로 단조하는 방법 또는 중공의 초기소재를 업셋 또는 측방압출하여 중공 플랜지 형상으로 단조하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나 이와 같은 방법으로 중공 플랜지를 단조 성형할 경우 플랜지의 내부에 ...
동력전달용 구동부품 중에는 중공 플랜지 형상이 많이 사용되고 있으며, 이의 고강도 경량화가 요구되기 때문에 단조에 의한 제품의 성형 방법이 많이 연구되고 있다. 중공 플랜지 형상을 갖는 부품의 제조 방법으로서는 중실 플랜지 형상으로 단조한 다음 내경부를 절삭가공하는 방법이 주로 사용되어 왔으나, 이는 재료 이용률이 매우 낮으므로 다른 제조 방법으로서는 중실 소재를 후방압출하여 중공 플랜지 형상으로 단조하는 방법 또는 중공의 초기소재를 업셋 또는 측방압출하여 중공 플랜지 형상으로 단조하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나 이와 같은 방법으로 중공 플랜지를 단조 성형할 경우 플랜지의 내부에 폴딩과 같은 단조 결함이 발생하게 되므로 폴딩 결함이 발생하지 않는 한계 형상비를 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 중공 플랜지 형상을 갖는 기계부품의 단조법에 따른 한계 형상비에 관해 연구하였으며, 특히 중실 소재를 사용하여 중공 플랜지로 단조하는 방법(후방 압출법, 측-후방 압출법)과 중공 소재를 사용하여 플랜지를 성형하는 방법(업셋법, 측방 압출법) 등의 4가지 단조법을 제안하였다. 또한 각각의 단조 방법에 대해 납(lead)과 알루미늄(A1100)을 적용한 유한요소해석을 수행하여 단조 과정에서 발생할 수 있는 소재의 폴딩 결함에 대해 검토하고, 변형중 소재 내부에 발생하는 소성유동 형태와 단조하중 및 유효변형률 등을 비교 검토하였으며, 납과 알루미늄을 사용한 실험을 통해 이를 규명하였다. 또한 금형의 응력해석을 통해 금형 내부에 발생하는 응력분포와 응력 집중 현상 등을 고찰 하였다. 이 결과를 바탕으로 산업현장에서 경험에 의존하였던 공정 설계를 보다 효과적으로 개선하기 위한 최적의 단조법을 제시하였다. 본 연구에서 제안된 단조 방법 중에서 중공소재를 사용하여 측방 압출법으로 중공 플랜지를 단조하는 방법에 대해 연구를 보다 광범위하게 수행하였으며, 중공 소재의 외/내경비, 플랜지 높이의 비, 금형 코너부 반경 등으로 형상비를 정의하고 폴딩 결함 없이 단조하기 위한 중공 플랜지 형상비의 관계를 고찰하였다. 이를 위하여 대표적인 소재로 A1100을 선정하여 유한 요소 해석과 단조실험 결과를 비교 검토함으로써 폴딩결함 없이 중공 플랜지를 성형하기 위한 한계 형상비를 제시하였다.
동력전달용 구동부품 중에는 중공 플랜지 형상이 많이 사용되고 있으며, 이의 고강도 경량화가 요구되기 때문에 단조에 의한 제품의 성형 방법이 많이 연구되고 있다. 중공 플랜지 형상을 갖는 부품의 제조 방법으로서는 중실 플랜지 형상으로 단조한 다음 내경부를 절삭가공하는 방법이 주로 사용되어 왔으나, 이는 재료 이용률이 매우 낮으므로 다른 제조 방법으로서는 중실 소재를 후방압출하여 중공 플랜지 형상으로 단조하는 방법 또는 중공의 초기소재를 업셋 또는 측방압출하여 중공 플랜지 형상으로 단조하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나 이와 같은 방법으로 중공 플랜지를 단조 성형할 경우 플랜지의 내부에 폴딩과 같은 단조 결함이 발생하게 되므로 폴딩 결함이 발생하지 않는 한계 형상비를 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 중공 플랜지 형상을 갖는 기계부품의 단조법에 따른 한계 형상비에 관해 연구하였으며, 특히 중실 소재를 사용하여 중공 플랜지로 단조하는 방법(후방 압출법, 측-후방 압출법)과 중공 소재를 사용하여 플랜지를 성형하는 방법(업셋법, 측방 압출법) 등의 4가지 단조법을 제안하였다. 또한 각각의 단조 방법에 대해 납(lead)과 알루미늄(A1100)을 적용한 유한요소해석을 수행하여 단조 과정에서 발생할 수 있는 소재의 폴딩 결함에 대해 검토하고, 변형중 소재 내부에 발생하는 소성유동 형태와 단조하중 및 유효변형률 등을 비교 검토하였으며, 납과 알루미늄을 사용한 실험을 통해 이를 규명하였다. 또한 금형의 응력해석을 통해 금형 내부에 발생하는 응력분포와 응력 집중 현상 등을 고찰 하였다. 이 결과를 바탕으로 산업현장에서 경험에 의존하였던 공정 설계를 보다 효과적으로 개선하기 위한 최적의 단조법을 제시하였다. 본 연구에서 제안된 단조 방법 중에서 중공소재를 사용하여 측방 압출법으로 중공 플랜지를 단조하는 방법에 대해 연구를 보다 광범위하게 수행하였으며, 중공 소재의 외/내경비, 플랜지 높이의 비, 금형 코너부 반경 등으로 형상비를 정의하고 폴딩 결함 없이 단조하기 위한 중공 플랜지 형상비의 관계를 고찰하였다. 이를 위하여 대표적인 소재로 A1100을 선정하여 유한 요소 해석과 단조실험 결과를 비교 검토함으로써 폴딩결함 없이 중공 플랜지를 성형하기 위한 한계 형상비를 제시하였다.
Traditional forging of a hollow flange-shaped product has been applied to forge a solid flange product from a solid billet and then to machine the hollow in that. In a case, a hollow flange-shaped product can be directly made by backward-extruding from a solid billet. In this study, four types of fo...
Traditional forging of a hollow flange-shaped product has been applied to forge a solid flange product from a solid billet and then to machine the hollow in that. In a case, a hollow flange-shaped product can be directly made by backward-extruding from a solid billet. In this study, four types of forging methods were suggested for manufacture of the hollow flange-shaped product. Rigid-plastic finite element simulations for each of these forging methods were carried out to investigate folding defects, metal flow patterns, effective strains and forging loads. Die stress analyses for each of these forging methods were also carried out to investigate stress distributions in the forging dies. Experimental works using lead and A1100 were carried out to prove the finite element simulation results. And then the optimal forging method for manufacture of the hollow flange-shaped product was suggested. In the side-extrusion method using a hollow billet, the ratio of flange thickness to hollow tube thickness was selected to investigate forging defect, like folding, according to the ratio of outer to inner diameter of the hollow billet, the ratio of flange width to hollow tube thickness, and the die corner radius. Limiting aspect ratios for the forging of hollow flange-shaped products without any folding defects were suggested and commented upon.
Traditional forging of a hollow flange-shaped product has been applied to forge a solid flange product from a solid billet and then to machine the hollow in that. In a case, a hollow flange-shaped product can be directly made by backward-extruding from a solid billet. In this study, four types of forging methods were suggested for manufacture of the hollow flange-shaped product. Rigid-plastic finite element simulations for each of these forging methods were carried out to investigate folding defects, metal flow patterns, effective strains and forging loads. Die stress analyses for each of these forging methods were also carried out to investigate stress distributions in the forging dies. Experimental works using lead and A1100 were carried out to prove the finite element simulation results. And then the optimal forging method for manufacture of the hollow flange-shaped product was suggested. In the side-extrusion method using a hollow billet, the ratio of flange thickness to hollow tube thickness was selected to investigate forging defect, like folding, according to the ratio of outer to inner diameter of the hollow billet, the ratio of flange width to hollow tube thickness, and the die corner radius. Limiting aspect ratios for the forging of hollow flange-shaped products without any folding defects were suggested and commented upon.
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