부싱은 주로 자동차의 샤시, 차체, 엔진, 변속기 등과 상호 유격 조정 및 부품을 고정하고, 진동을 흡수하는 기능을 하는 부품으로, 그 기능을 위해 플랜지 형상의 용접부와 유격을 조절하기 위한 몸통부, 부품을 고정하기 위한 나사부가 있는 기계요소로 자동차의 등과 같은 다양한 기계장치에 사용된다. 이러한 부싱은 정밀도와 대량생산이 요구되어 다단냉간단조와 ...
부싱은 주로 자동차의 샤시, 차체, 엔진, 변속기 등과 상호 유격 조정 및 부품을 고정하고, 진동을 흡수하는 기능을 하는 부품으로, 그 기능을 위해 플랜지 형상의 용접부와 유격을 조절하기 위한 몸통부, 부품을 고정하기 위한 나사부가 있는 기계요소로 자동차의 등과 같은 다양한 기계장치에 사용된다. 이러한 부싱은 정밀도와 대량생산이 요구되어 다단냉간단조와 기계가공, 고무조립 등의 복합공정을 통해 제조된다. 다단냉간단조로 제조 시 소재의 유동응력과 파단 한계 및 공극을 고려하지 않은 설계는 나사부 내경의 겹침 및 크랙과 내, 외부에 결함을 발생시킬 수 있다. 지금까지 이러한 철강 소재 부싱의 결함을 예측하고 개선하는 활발한 연구가 이루어지고 있다. 하지만 진동을 흡수하기 위해 철강 소재 부싱에 고무를 결합하여 사용되는 부싱은 지속적인 차량의 진동과 온도 변화로 인한 경화 현상으로 인해 그 기능이 저하되는 결함이 발생하는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 논문에서는 연비규제 및 전기차 개발에 따른 경량화 부품 수요 충족과 철강 소재 대비 진동 흡수 기능이 뛰어난 Al6082 알루미늄 합금 소재를 이용한 엔진마운트 부싱에 대한 연구를 하여 결함을 예측하고, 예방 가능한 방법을 제시하고자 하였다. Al6082 알루미늄 합금을 사용한 엔진마운트 부싱의 다단냉간단조에서 볼 수 있는 나사부 내경 끝단부의 겹침과 크랙에 대해 DEFORM 2D, 3D를 이용하여 유한요소해석을 하였다. Al6082 알루미늄 합금 소재의 유동응력과 파단 한계를 유한요소해석으로 구하고 다단냉간단조 설계의 타당성을 검증하였으며, 실험 결과와 비교하여 결함을 제거할 수 있는 설계안을 제시하였다. 그리고 링 압축시험을 통해 마찰 상수를 구하여 다단냉간단조 시 마찰력을 감소시킬 수 있는 단조 가공유를 제안하고, 금형 수명 확보를 위한 금형의 최적 설계안을 제시하였다. 또한, 최종 제품의 강도를 확보하기 위해 용체화, 시효처리 조건에 대해서도 해석과 실험을 통한 최적 조건을 제시하였다.
이러한 연구를 통해 다음과 같은 결론이 내려졌다. 1. 변경된 6단 냉간단조 공정설계의 유한요소해석 결과 공극을 제거한 6단 냉간단조 설계가 변형률, 손상값 및 성형 하중이 가장 낮아 엔진마운트 부싱의 다단냉간단조에 적용하는 것이 바람직하다. 2. 공극을 제거한 6단 냉간단조 공정설계 시편에서는 겹침 또는 크랙이 발생 되지 않았음을 알 수 있었으며 이는 유한요소해석 결과와도 잘 일치하였다. 따라서 내경 성형 깊이가 50mm 이상일 경우에는 펀치 핀 길이와 성형 깊이를 일치시켜 공극을 제거하는 것이 겹침 및 크랙 예방에 좋다. 3. 다단냉간단조 시 내경 성형 깊이가 50mm 이상일 때 펀치 핀 에어홀을 상, 중, 하 3곳에 적용하고 리밍 공정을 추가하는 것이 나사 정도를 확보 하는데 바람직하다. 4. Al6082 합금 소재의 엔진마운트 부싱 다단냉간단조에서는 금형에 작용하는 면압이 크지 않기 때문에 응력에 따른 금형 수명 저하는 크지 않을 것으로 판단되었으며 2차, 3차 죔량이 클 경우 보강링에 작용하는 응력이 476MPa에서 517MPa로 41MPa 증가될 수 있으므로 죔량을 0.3% 수준으로 설계하는 것이 금형 수명 확보에 유리하다. 5. 엔진마운트 부싱을 2,550,000개 이상 생산하였으나 금형 파손은 없었으며 금형의 수명 예측 결과와 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 따라서 Al6082 합금 엔진마운트 부싱의 냉간단조 금형의 수명은 무한대에 가까워 금형 파손에 대한 문제는 발생하지 않을 것이며 금형의 응력 예측과 이에 따른 금형수명 계산 방법은 단조금형 설계시 매우 유용할 것이다.
부싱은 주로 자동차의 샤시, 차체, 엔진, 변속기 등과 상호 유격 조정 및 부품을 고정하고, 진동을 흡수하는 기능을 하는 부품으로, 그 기능을 위해 플랜지 형상의 용접부와 유격을 조절하기 위한 몸통부, 부품을 고정하기 위한 나사부가 있는 기계요소로 자동차의 등과 같은 다양한 기계장치에 사용된다. 이러한 부싱은 정밀도와 대량생산이 요구되어 다단냉간단조와 기계가공, 고무조립 등의 복합공정을 통해 제조된다. 다단냉간단조로 제조 시 소재의 유동응력과 파단 한계 및 공극을 고려하지 않은 설계는 나사부 내경의 겹침 및 크랙과 내, 외부에 결함을 발생시킬 수 있다. 지금까지 이러한 철강 소재 부싱의 결함을 예측하고 개선하는 활발한 연구가 이루어지고 있다. 하지만 진동을 흡수하기 위해 철강 소재 부싱에 고무를 결합하여 사용되는 부싱은 지속적인 차량의 진동과 온도 변화로 인한 경화 현상으로 인해 그 기능이 저하되는 결함이 발생하는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 논문에서는 연비규제 및 전기차 개발에 따른 경량화 부품 수요 충족과 철강 소재 대비 진동 흡수 기능이 뛰어난 Al6082 알루미늄 합금 소재를 이용한 엔진마운트 부싱에 대한 연구를 하여 결함을 예측하고, 예방 가능한 방법을 제시하고자 하였다. Al6082 알루미늄 합금을 사용한 엔진마운트 부싱의 다단냉간단조에서 볼 수 있는 나사부 내경 끝단부의 겹침과 크랙에 대해 DEFORM 2D, 3D를 이용하여 유한요소해석을 하였다. Al6082 알루미늄 합금 소재의 유동응력과 파단 한계를 유한요소해석으로 구하고 다단냉간단조 설계의 타당성을 검증하였으며, 실험 결과와 비교하여 결함을 제거할 수 있는 설계안을 제시하였다. 그리고 링 압축시험을 통해 마찰 상수를 구하여 다단냉간단조 시 마찰력을 감소시킬 수 있는 단조 가공유를 제안하고, 금형 수명 확보를 위한 금형의 최적 설계안을 제시하였다. 또한, 최종 제품의 강도를 확보하기 위해 용체화, 시효처리 조건에 대해서도 해석과 실험을 통한 최적 조건을 제시하였다.
이러한 연구를 통해 다음과 같은 결론이 내려졌다. 1. 변경된 6단 냉간단조 공정설계의 유한요소해석 결과 공극을 제거한 6단 냉간단조 설계가 변형률, 손상값 및 성형 하중이 가장 낮아 엔진마운트 부싱의 다단냉간단조에 적용하는 것이 바람직하다. 2. 공극을 제거한 6단 냉간단조 공정설계 시편에서는 겹침 또는 크랙이 발생 되지 않았음을 알 수 있었으며 이는 유한요소해석 결과와도 잘 일치하였다. 따라서 내경 성형 깊이가 50mm 이상일 경우에는 펀치 핀 길이와 성형 깊이를 일치시켜 공극을 제거하는 것이 겹침 및 크랙 예방에 좋다. 3. 다단냉간단조 시 내경 성형 깊이가 50mm 이상일 때 펀치 핀 에어홀을 상, 중, 하 3곳에 적용하고 리밍 공정을 추가하는 것이 나사 정도를 확보 하는데 바람직하다. 4. Al6082 합금 소재의 엔진마운트 부싱 다단냉간단조에서는 금형에 작용하는 면압이 크지 않기 때문에 응력에 따른 금형 수명 저하는 크지 않을 것으로 판단되었으며 2차, 3차 죔량이 클 경우 보강링에 작용하는 응력이 476MPa에서 517MPa로 41MPa 증가될 수 있으므로 죔량을 0.3% 수준으로 설계하는 것이 금형 수명 확보에 유리하다. 5. 엔진마운트 부싱을 2,550,000개 이상 생산하였으나 금형 파손은 없었으며 금형의 수명 예측 결과와 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 따라서 Al6082 합금 엔진마운트 부싱의 냉간단조 금형의 수명은 무한대에 가까워 금형 파손에 대한 문제는 발생하지 않을 것이며 금형의 응력 예측과 이에 따른 금형수명 계산 방법은 단조금형 설계시 매우 유용할 것이다.
A bushing is a component that adjusts the clearance and fixes parts and absorbs vibrations, mainly for the chassis, body, engine, transmission of an automobile. To serve such functions, this mechanical element involves a flange-shaped welding part, a body part to adjust the clearance, and a threaded...
A bushing is a component that adjusts the clearance and fixes parts and absorbs vibrations, mainly for the chassis, body, engine, transmission of an automobile. To serve such functions, this mechanical element involves a flange-shaped welding part, a body part to adjust the clearance, and a threaded part to fix a part, being used for various mechanical systems like automobiles. A bushing requires dimensional accuracy and mass production system through complex processes such as multi-stage cold forging, machining, and rubber assembly. In multi-stage cold forging, a design without taking into account the flow stress of a material, a fracture limit and a void during production, may cause foldings and cracks in the bore of a threaded part, internal and external defects. This thesis is expected to predict defects and suggest preventable methods by conducting a research on engine mount bushings made of aluminum alloy Al6082 excellent in meeting fuel economy regulations, lightweight requirements of electric vehicle development, and absorbing vibrations compared with steel materials and engine mount bushing meets the demand for lightweight parts due to fuel economy regulations and electric vehicle development. Finite element analysis was applied using DEFORM-2D and 3D for foldings and cracks of the bore at the end of a threaded part of engine mount bushing made of aluminum alloy Al6082 observed in the multi-stage cold forging process. Through finite element analysis, the flow stress and fracture limit of aluminum alloy of Al6082 were obtained, and the feasibility of a multi-stage cold forging design was verified, and design plan to eliminate defects was proposed by comparing with test results. The following conclusions have been derived from this research, 1. Analyzed results of the finite element of the modified 6-stage cold forging process design, the 6-stage cold forging design without voids has the lowest strain, damage value and molding load, so it is desirable to apply it to the multistage cold forging of engine mount bushings. 2. It was found that no folding or cracking occurred in produced part from the 6-stage cold forging process design after removing the void. This finding agreed with finite element analysis results. Therefore, when the inner diameter forging depth is 50mm or more, it is good to remove the voids by matching the length of the punch pin and the forging depth to prevent folding and cracks. 3. In multi-stage cold forging, when the inner diameter forming depth is 50mm or more, it is desirable to apply a punch pin air hole at 3 places of upper, middle, and lower 3 places and to add a reaming process to secure the screw accuracy. 4. As surface pressure acting on the die in the multistage cold forging for engine mount bushings made of aluminum alloy of Al6082 is not serious, it is considered that possibility of reducing die life time shortening due to stress would not be high. However, if the second and third shrinking amounts are big, reinforcement ring stress could increase by 41 MPa (from 476 MPa to 517 MPa). Therefore, it is advantageous to design the shrinking amount at a level of 0.3% for stable die life. 5. There was no die breakage even after producing engine mount bushings more than 2,550,000 pcs, well agreeing with the estimation of die life. Therefore, the life of cold forging dies is close to infinity, and thus there will be no die breakage. Stress estimation in dies and the ensuing calculation method of die life will be very useful when designing forging dies.
A bushing is a component that adjusts the clearance and fixes parts and absorbs vibrations, mainly for the chassis, body, engine, transmission of an automobile. To serve such functions, this mechanical element involves a flange-shaped welding part, a body part to adjust the clearance, and a threaded part to fix a part, being used for various mechanical systems like automobiles. A bushing requires dimensional accuracy and mass production system through complex processes such as multi-stage cold forging, machining, and rubber assembly. In multi-stage cold forging, a design without taking into account the flow stress of a material, a fracture limit and a void during production, may cause foldings and cracks in the bore of a threaded part, internal and external defects. This thesis is expected to predict defects and suggest preventable methods by conducting a research on engine mount bushings made of aluminum alloy Al6082 excellent in meeting fuel economy regulations, lightweight requirements of electric vehicle development, and absorbing vibrations compared with steel materials and engine mount bushing meets the demand for lightweight parts due to fuel economy regulations and electric vehicle development. Finite element analysis was applied using DEFORM-2D and 3D for foldings and cracks of the bore at the end of a threaded part of engine mount bushing made of aluminum alloy Al6082 observed in the multi-stage cold forging process. Through finite element analysis, the flow stress and fracture limit of aluminum alloy of Al6082 were obtained, and the feasibility of a multi-stage cold forging design was verified, and design plan to eliminate defects was proposed by comparing with test results. The following conclusions have been derived from this research, 1. Analyzed results of the finite element of the modified 6-stage cold forging process design, the 6-stage cold forging design without voids has the lowest strain, damage value and molding load, so it is desirable to apply it to the multistage cold forging of engine mount bushings. 2. It was found that no folding or cracking occurred in produced part from the 6-stage cold forging process design after removing the void. This finding agreed with finite element analysis results. Therefore, when the inner diameter forging depth is 50mm or more, it is good to remove the voids by matching the length of the punch pin and the forging depth to prevent folding and cracks. 3. In multi-stage cold forging, when the inner diameter forming depth is 50mm or more, it is desirable to apply a punch pin air hole at 3 places of upper, middle, and lower 3 places and to add a reaming process to secure the screw accuracy. 4. As surface pressure acting on the die in the multistage cold forging for engine mount bushings made of aluminum alloy of Al6082 is not serious, it is considered that possibility of reducing die life time shortening due to stress would not be high. However, if the second and third shrinking amounts are big, reinforcement ring stress could increase by 41 MPa (from 476 MPa to 517 MPa). Therefore, it is advantageous to design the shrinking amount at a level of 0.3% for stable die life. 5. There was no die breakage even after producing engine mount bushings more than 2,550,000 pcs, well agreeing with the estimation of die life. Therefore, the life of cold forging dies is close to infinity, and thus there will be no die breakage. Stress estimation in dies and the ensuing calculation method of die life will be very useful when designing forging dies.
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