[학위논문]알루미늄 6110소재의 냉간다단단조 압출성에 미치는 열처리조건과 성형변수의 영향 Effects of Heat Treatment Conditions and Forming Variables on the Extrusion of Multi-stage Cold Forging of Aluminum 6110 Materials원문보기
최근 국제 환경 규제 및 연비 규제 강화에 따른 친환경 미래자동차 시장으로의 트렌드 변화가 빠르게 진행되고 있으며, 연비 효율과 함께 차량 경량화에 대한 관심이 집중되고 있다. 차량부품의 경량화를 위하여 스틸 소재를 알루미늄으로 대체하고 있는 상황이며, 주로 열간단조 및 냉간 프레스에 의해 생산되고 있으나 효율적 측면의 다양한 이슈들이 발생되고 있어 경쟁력 있는 제조공법의 연구가 요구되고 있다. 냉간다단단조는 스틸 위주의 제품군들이 생산되고 있으며, 고속의 빠른 생산속도와 상온성형이 이루어지는 특성상 알루미늄 소재 적용 시 마찰에 의한 성형 장애요소와 제품의 결함요인들이 발생하게 된다. 본 연구에서는 자동차 경량화 부품 소재로 주목받고 있는 알루미늄 6110 소재의 냉간다단단조 적용가능성과 고유의 성형 및 마찰특성을 분석하였다. 전⸳후방 ...
최근 국제 환경 규제 및 연비 규제 강화에 따른 친환경 미래자동차 시장으로의 트렌드 변화가 빠르게 진행되고 있으며, 연비 효율과 함께 차량 경량화에 대한 관심이 집중되고 있다. 차량부품의 경량화를 위하여 스틸 소재를 알루미늄으로 대체하고 있는 상황이며, 주로 열간단조 및 냉간 프레스에 의해 생산되고 있으나 효율적 측면의 다양한 이슈들이 발생되고 있어 경쟁력 있는 제조공법의 연구가 요구되고 있다. 냉간다단단조는 스틸 위주의 제품군들이 생산되고 있으며, 고속의 빠른 생산속도와 상온성형이 이루어지는 특성상 알루미늄 소재 적용 시 마찰에 의한 성형 장애요소와 제품의 결함요인들이 발생하게 된다. 본 연구에서는 자동차 경량화 부품 소재로 주목받고 있는 알루미늄 6110 소재의 냉간다단단조 적용가능성과 고유의 성형 및 마찰특성을 분석하였다. 전⸳후방 압출 성형과 업셋팅 공정까지 포함하고 있는 스티어링 부품인 Inner tie rod socket을 대상으로 유한요소 해석을 진행하였으며, 최대하중 68.2ton, 최대응력 253MPa의 결과를 도출하였다. 이는 기존 사용되어오던 SWCH25K 대비 절반 이하의 수준으로 냉간다단단조 수용 가능성을 검증하였다. 인장해석을 통하여 알루미늄 6110 고유의 임계파단계수 0.61을 도출하였으며, Inner tie rod socket의 압출공정의 데미지 분포인 0.12~0.23과 비교를 통하여 공정별 파단 발생 가능성을 사전에 검토하였다. Double Cup 전후방 압출시험과 냉간다단단조 고속마찰 모사시험 연구를 통하여 6110 소재의 어닐링, T4, T6의 열처리 특성에 따른 성형성을 분석하였으며, 어닐링 소재가 타 열처리 소재 대비 2배 이상의 우수한 성형 및 마찰특성 결과를 보여주었다. 냉간다단단조 성형의 주요 인자인 온도, 윤활, 속도의 조건 변화를 통하여 압출성형 변수들의 경향성을 분석하였으며, 온도 변수가 가장 큰 영향도를 보이는 것으로 나타났다. 온도는 성형성과 비례하였으며, 온도 103.8℃, 속도 10SPM, 70cSt의 점도 조건에서 가장 안정적인 압출성형이 이루어지는 것을 관찰하였다. 냉간다단단조의 마찰특성에 대한 실험을 진행하였으며, 속도, 윤활, 하중 인자들을 제어하여 결과를 비교하였다. 마찰특성의 경우 속도와 하중이 가장 큰 영향도를 보였으며, 속도의 경우 증가에 따라 마찰계수가 낮아지는 결과가 관찰되었으나 하중은 경향성 없이 특정 구간별 상이한 결과가 도출되었다. 실험에서 도출된 이상적 마찰조건은 가장 높은 인출속도인 700mm/min과 가장 낮은 하중인 300kgf에서 가장 우수한 0.053의 마찰계수가 관찰되었다. 본 연구에서 냉간다단단조의 알루미늄 6110 소재의 수용 가능성과 성형변수들의 영향도를 실험을 통하여 분석하였으며, 차별화된 실험방법으로 현실성 있는 최적화 조건을 제시하였다. 향후 다양한 경량소재들의 추가 연구를 통하여 극효율 냉간다단단조의 영역이 확대되고 글로벌 시장의 기술경쟁력을 확보할 것이라 기대해본다.
최근 국제 환경 규제 및 연비 규제 강화에 따른 친환경 미래자동차 시장으로의 트렌드 변화가 빠르게 진행되고 있으며, 연비 효율과 함께 차량 경량화에 대한 관심이 집중되고 있다. 차량부품의 경량화를 위하여 스틸 소재를 알루미늄으로 대체하고 있는 상황이며, 주로 열간단조 및 냉간 프레스에 의해 생산되고 있으나 효율적 측면의 다양한 이슈들이 발생되고 있어 경쟁력 있는 제조공법의 연구가 요구되고 있다. 냉간다단단조는 스틸 위주의 제품군들이 생산되고 있으며, 고속의 빠른 생산속도와 상온성형이 이루어지는 특성상 알루미늄 소재 적용 시 마찰에 의한 성형 장애요소와 제품의 결함요인들이 발생하게 된다. 본 연구에서는 자동차 경량화 부품 소재로 주목받고 있는 알루미늄 6110 소재의 냉간다단단조 적용가능성과 고유의 성형 및 마찰특성을 분석하였다. 전⸳후방 압출 성형과 업셋팅 공정까지 포함하고 있는 스티어링 부품인 Inner tie rod socket을 대상으로 유한요소 해석을 진행하였으며, 최대하중 68.2ton, 최대응력 253MPa의 결과를 도출하였다. 이는 기존 사용되어오던 SWCH25K 대비 절반 이하의 수준으로 냉간다단단조 수용 가능성을 검증하였다. 인장해석을 통하여 알루미늄 6110 고유의 임계파단계수 0.61을 도출하였으며, Inner tie rod socket의 압출공정의 데미지 분포인 0.12~0.23과 비교를 통하여 공정별 파단 발생 가능성을 사전에 검토하였다. Double Cup 전후방 압출시험과 냉간다단단조 고속마찰 모사시험 연구를 통하여 6110 소재의 어닐링, T4, T6의 열처리 특성에 따른 성형성을 분석하였으며, 어닐링 소재가 타 열처리 소재 대비 2배 이상의 우수한 성형 및 마찰특성 결과를 보여주었다. 냉간다단단조 성형의 주요 인자인 온도, 윤활, 속도의 조건 변화를 통하여 압출성형 변수들의 경향성을 분석하였으며, 온도 변수가 가장 큰 영향도를 보이는 것으로 나타났다. 온도는 성형성과 비례하였으며, 온도 103.8℃, 속도 10SPM, 70cSt의 점도 조건에서 가장 안정적인 압출성형이 이루어지는 것을 관찰하였다. 냉간다단단조의 마찰특성에 대한 실험을 진행하였으며, 속도, 윤활, 하중 인자들을 제어하여 결과를 비교하였다. 마찰특성의 경우 속도와 하중이 가장 큰 영향도를 보였으며, 속도의 경우 증가에 따라 마찰계수가 낮아지는 결과가 관찰되었으나 하중은 경향성 없이 특정 구간별 상이한 결과가 도출되었다. 실험에서 도출된 이상적 마찰조건은 가장 높은 인출속도인 700mm/min과 가장 낮은 하중인 300kgf에서 가장 우수한 0.053의 마찰계수가 관찰되었다. 본 연구에서 냉간다단단조의 알루미늄 6110 소재의 수용 가능성과 성형변수들의 영향도를 실험을 통하여 분석하였으며, 차별화된 실험방법으로 현실성 있는 최적화 조건을 제시하였다. 향후 다양한 경량소재들의 추가 연구를 통하여 극효율 냉간다단단조의 영역이 확대되고 글로벌 시장의 기술경쟁력을 확보할 것이라 기대해본다.
Recently, the trend toward the eco-friendly future automobile market is rapidly changing due to the strengthening of international environmental regulations and fuel economy regulations. In particular, the increase in vehicle weight caused by the increase in electric vehicle battery capacity further...
Recently, the trend toward the eco-friendly future automobile market is rapidly changing due to the strengthening of international environmental regulations and fuel economy regulations. In particular, the increase in vehicle weight caused by the increase in electric vehicle battery capacity further accelerates the research on lightweight parts. In order to make vehicle components lighter, steel materials are replaced with aluminum, and are mainly produced by hot forging and cold pressing. As this leads to the irrationality of the manufacturing process by the multi-process and the loss of raw materials by the overflow, the research was conducted on the characteristics and process characteristics of the hard aluminum for cold for efficient production. Cold forging is mainly made of steel, and because of its fast production speed and room temperature molding, when an aluminum material is applied, molding obstacles and product defects occur. This study analyzed the applicability and inherent molding characteristics of 6110 material, which is representative aluminum applied to automotive steering parts, for the application of aluminum material for cold forging. Finite element analysis was performed on Inner tie rod socket, which includes front and rear extrusion molding and upsetting processes to analyze flow stress, molding load, flow flow, and damage values, and a comparative database was constructed to predict breakage of material by predicting material critical fracture. Through the research on the front and rear extrusion of Double Cup and the high-speed friction simulation test for cold forging, moldability of 6110 materials, T4 and T6 heat treatment characteristics was confirmed, and the molding excellence of annealing materials was confirmed. In addition, factors (temperature, pressure, speed, load) that could affect molding between cold forging processes were set to analyze the mutual influence, and the optimization conditions of extrusion and friction conditions were derived. The influence of temperature characteristics played the greatest role in the extrusion conditions of cold forging, and it was analyzed in the order of molding speed and lubrication viscosity. Even in the case of friction characteristics, the temperature causes the material to soften and thus improves formability, but it is judged that proper molding heat control is required because it acts as a defect element by the sintering of the mold and material within a certain high temperature range. Consequently, the acceptability of a 6110 aluminum material of cold forging was confirmed, and optimization conditions that could be immediately applied to the field were presented as a differentiated experimental method. Through further research on various lightweight materials in the future, it is expected that the ultra-efficient cold forging will be expanded and technological competitiveness in the global market will be established.
Recently, the trend toward the eco-friendly future automobile market is rapidly changing due to the strengthening of international environmental regulations and fuel economy regulations. In particular, the increase in vehicle weight caused by the increase in electric vehicle battery capacity further accelerates the research on lightweight parts. In order to make vehicle components lighter, steel materials are replaced with aluminum, and are mainly produced by hot forging and cold pressing. As this leads to the irrationality of the manufacturing process by the multi-process and the loss of raw materials by the overflow, the research was conducted on the characteristics and process characteristics of the hard aluminum for cold for efficient production. Cold forging is mainly made of steel, and because of its fast production speed and room temperature molding, when an aluminum material is applied, molding obstacles and product defects occur. This study analyzed the applicability and inherent molding characteristics of 6110 material, which is representative aluminum applied to automotive steering parts, for the application of aluminum material for cold forging. Finite element analysis was performed on Inner tie rod socket, which includes front and rear extrusion molding and upsetting processes to analyze flow stress, molding load, flow flow, and damage values, and a comparative database was constructed to predict breakage of material by predicting material critical fracture. Through the research on the front and rear extrusion of Double Cup and the high-speed friction simulation test for cold forging, moldability of 6110 materials, T4 and T6 heat treatment characteristics was confirmed, and the molding excellence of annealing materials was confirmed. In addition, factors (temperature, pressure, speed, load) that could affect molding between cold forging processes were set to analyze the mutual influence, and the optimization conditions of extrusion and friction conditions were derived. The influence of temperature characteristics played the greatest role in the extrusion conditions of cold forging, and it was analyzed in the order of molding speed and lubrication viscosity. Even in the case of friction characteristics, the temperature causes the material to soften and thus improves formability, but it is judged that proper molding heat control is required because it acts as a defect element by the sintering of the mold and material within a certain high temperature range. Consequently, the acceptability of a 6110 aluminum material of cold forging was confirmed, and optimization conditions that could be immediately applied to the field were presented as a differentiated experimental method. Through further research on various lightweight materials in the future, it is expected that the ultra-efficient cold forging will be expanded and technological competitiveness in the global market will be established.
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