선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 금형에 직접 냉각수를 분사하는 냉각방식과 금형에 구멍을 뚫어 냉각수를 순환시키는 냉각방식의 이상적인 두 가지 방법에 대해 해석을 수행하고 제안된 금형수명평가 방 법(8)으로 자동차 축제품의 열간단조금형에 대해 수명평가에 적용하여 열간단조금형의 주수명 감소 요인을 파악하였다.
제안 방법
- 금형에 직접 분사하면서 냉각시키는 방법은 성형이 계속될수록 금형 온도는 계속 상승하여 결국 열연화 현상으로 인해 금형이 손상된다. 냉각방법에 따른 금형수명평가를 위해 직접 스프레이 분사형 냉각방식과 냉각홀을 이용한 냉각방식을 비교하였다. 이때 냉각홀은 3개, 냉각 홀 의 지름은 20mm 그리고 냉각홀과 표면과의 거리는 금형 폭과 금형 강도를 고려하여 30mm로 하였다.
- 또한 성형길이가 길어 펀치코너부와 고온 소재와으 긴 접촉 시간으로 펀치코너부에서 열연화가 일어나 펀치 수명이 매우 짧다. 따라서 금형 곡률부(Point 1, 2)와 펀치 코너부(Point 3)에 대하여 공정설계에 따라 금형수명평가를 수행하였다. Table 1에 성형해석 조건을 나타 내었다.
- 이러한 템퍼링 영향에 의한 경도 하락은 성형 과정에서 나타나는 반복적인 열영향에 의한 금 형경도의 하락과 동일한 특성을 나타내므로 금형의 경도를 시간과 온도의 함수로 표현할 수 있다. 따라서 열간단조 금형의 소성변형에 대한 금형수명 평가를 위해 고온에 의한 경도변화를 평가할 수 있는 템퍼링 파라메타(M)를 적용하였다.(1)
- 이 값들을 한계값들과 비교하여 한 공정에 대한 금형의 수명을 평가하였다. 마멸 깊이가 허용값보다 작고, 경도값이 한계 값이 상이면 금형의 형상을 마멸된 형상으로 변경하여 다시마멸 해석을 수행하고 금형의 수명을 예측 하였다.
- Ne 스텝번호, σp은 수직 응력, *는 미끄럼 속도, A f는 시간증 분 그리고 k는 재료와 접촉 조건에 의존하는 상수로서 고온마멸실험을 통해 구해진다. 먼저 제품의 성형 해석을 통하여 금형면에 작용하는 압력과 소재의 유동속도 그리고 금형의 온도분포를 구하고 다음으로 마멸 및 열연화 실험을 통하여 얻은 허용 마멸량 및 한계고온 경도 값을 수정 마멸 모델식(3)에 대입하여 마멸 해석을 수행하였다. 해석 결과를 통해 1회성형 공정 동안 금형의 마멸 깊 이를 계산하고 이 마멸깊이에 해당하는 경도값을 예측하였다.
- 본 연구에서는 금형 냉각법에 따른 열 간단조 금 형의 수명 향상을 위하여 소성변형과 연삭마멸 에 의한 수명평가 방법을 제시하였고, 제시된 수 명 평가 방법을 이용하여 소성변형과 마멸에 대한 수명 감소 요인을 금형냉각 방법에 따라 분석하였다. 그 결과 냉각흘을 이용한 냉각방식이 직접 분사 냉각 방식보다 금형수명 향상에 효과적임을 알 수 있었고, 직접 분사 냉각 방식의 경우 금형곡률부 온도가 높은 곳에서 금형열연 화로 인해 수명이 현저히 감소하였다.
- 소성변형에 대한 금형수명평가를 위하여 템퍼링 파라메타에서 템퍼링 시간을 성형 중금형 강도가 열연화에 의해 항복강도에 도달할 때까지의 경도 유지시간 4로 바꾸어식(1)과 같이 나타내어 금형수명을 평가 하였다.
- 열간축대칭 제품을 성형하기 위해 각 공정에서 제품의 각 단을 성형하는 공정 설계로서 엎세팅 공정에서는 열간단조품의 첫째단을 성형하고, 예비성형 공정에서는 둘째단을 성형하고 마지막 최종 공정에서는 최종 제품 치수를 성형하는 공정으로 설계하여 상용유한요소해석 프로그램인 DEFORM 을 이용한 성형해석을 수행하였다. Fig.
- 해석 결과를 통해 1회성형 공정 동안 금형의 마멸 깊 이를 계산하고 이 마멸깊이에 해당하는 경도값을 예측하였다. 이 값들을 한계값들과 비교하여 한 공정에 대한 금형의 수명을 평가하였다. 마멸 깊이가 허용값보다 작고, 경도값이 한계 값이 상이면 금형의 형상을 마멸된 형상으로 변경하여 다시마멸 해석을 수행하고 금형의 수명을 예측 하였다.
- 냉각방법에 따른 금형수명평가를 위해 직접 스프레이 분사형 냉각방식과 냉각홀을 이용한 냉각방식을 비교하였다. 이때 냉각홀은 3개, 냉각 홀 의 지름은 20mm 그리고 냉각홀과 표면과의 거리는 금형 폭과 금형 강도를 고려하여 30mm로 하였다. 직접 스프레이 분사형 및 냉각홀을 이용한 냉각 방식에 따른 초기 성형에서 온도분포와 최종 성형단계에서 온도분포를 Fig.
- 최종 금형의 마멸 깊이를 허용 마멸 깊이로 나누어 생산개수를 평가하였다. 이상에서 제시한 마멸에 대한 금형수명평가 방법을 정리하면 Fig.
- 먼저 제품의 성형 해석을 통하여 금형면에 작용하는 압력과 소재의 유동속도 그리고 금형의 온도분포를 구하고 다음으로 마멸 및 열연화 실험을 통하여 얻은 허용 마멸량 및 한계고온 경도 값을 수정 마멸 모델식(3)에 대입하여 마멸 해석을 수행하였다. 해석 결과를 통해 1회성형 공정 동안 금형의 마멸 깊 이를 계산하고 이 마멸깊이에 해당하는 경도값을 예측하였다. 이 값들을 한계값들과 비교하여 한 공정에 대한 금형의 수명을 평가하였다.
대상 데이터
- 4와 같이 예비엎세팅(pre-upsetting) 공정, 예비성형(preform) 공정, 피니쉬(finisher) 공정의 3단계로서 실제 현장에서 제조되고 있다.UJ7) 본 제품의 특징은 높이가 320mm, 최대직경이 130mm이고, 긴 압출부를 가지고 있다. 외경이 3단으로 이루어져 있으며, 7'계가공을 최소화할 수 있도록 밀폐단조로 성형도기 때문에 일반적인 단조에 비해 각 단의 곡률부라운드의 치수정밀도가 상당히 중요하다.
- 본 연구에서 제시된 수 명 예측기법의 적용을 위해 금형수명에 가장 큰 영향을 주는 금형곡률 부(point 1, 2)와 펀치코너부를 가진 Fig. 3과 같은 열간단조 제품을 선정하였다. 본 연구의 대상 제품은 열간축대칭 제품이며, Fig.
- 3과 같은 열간단조 제품을 선정하였다. 본 연구의 대상 제품은 열간축대칭 제품이며, Fig. 4와 같이 예비엎세팅(pre-upsetting) 공정, 예비성형(preform) 공정, 피니쉬(finisher) 공정의 3단계로서 실제 현장에서 제조되고 있다.UJ7) 본 제품의 특징은 높이가 320mm, 최대직경이 130mm이고, 긴 압출부를 가지고 있다.
이론/모형
- 열 간 단조금형 마멸계산에는 두 물체의 접촉 시 마멸 깊이를 수치적으로 계산할 수 있는 Archa -rd마멸 모델을 적용하였고 열간단조 금형의 수명평가를 위해 시간과 온도에 따른 금형의 고온에서 경도 변화와 표면층의 마멸량 증가에 따른 깊이 방향의 경도 변화를 고려한 수정 마멸 모델 식(3)은 다음과 같다.
성능/효과
- 본 연구에서는 금형 냉각법에 따른 열 간단조 금 형의 수명 향상을 위하여 소성변형과 연삭마멸 에 의한 수명평가 방법을 제시하였고, 제시된 수 명 평가 방법을 이용하여 소성변형과 마멸에 대한 수명 감소 요인을 금형냉각 방법에 따라 분석하였다. 그 결과 냉각흘을 이용한 냉각방식이 직접 분사 냉각 방식보다 금형수명 향상에 효과적임을 알 수 있었고, 직접 분사 냉각 방식의 경우 금형곡률부 온도가 높은 곳에서 금형열연 화로 인해 수명이 현저히 감소하였다. 제시된 금 형 수명 평가 방법은 열간성형 공정의 금형수 명 향상을 위한 공정 및 금형설계 시 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
- 4는 현재 작업 중인 스핀들 부품의 각단을 고려한 공정 순서도 이다. 성형해석 결과 예비성형 공정 게 비해 최종 공정에서 변형률이 크게 나타나 금형에 큰 변형저항을 가하게 되고, 특히 Fig. 5 에서 와 같이 금형곡률부 와 펀치코너부에서 국부적인 잔류응력의 집중 및 변형률이 집중적으로 작용하여 제품의 표면 결함 및 강도 저하를 야기키는 것으로 나타났다.
- 직접 스프레이 분사형 냉각 방식과 냉각홀을 이용한 냉각 방식에 따른 금형수명평가를 한 결과 소성변형에 대한 금형수명평가 측면에서 :, = 냉각 흘을 이용한 방식이 직접 스프레이 분사형 냉각 방식보다 향상되었다. 직접 분사 냉각 방식에서는 금형곡률부 온도가 높은 곳에서 수, 경이 현저히 감소하였고, 마멸에 대한 금형수명평 가에서도 냉각흘을 이용한 냉각방식에서는 금형수명이 직접 스프레이 분사형 냉각 방식에서 보다 향상되었다. 냉각홀을 이용한 냉각 방식에서는 금형의 초기예열 온도에 근접하게 지속적으로 금형온도를 유지해주면서 금형수명을 향상 시켰다.
- 직접 스프레이 분사형 냉각 방식과 냉각홀을 이용한 냉각 방식에 따른 금형수명평가를 한 결과 소성변형에 대한 금형수명평가 측면에서 :, = 냉각 흘을 이용한 방식이 직접 스프레이 분사형 냉각 방식보다 향상되었다. 직접 분사 냉각 방식에서는 금형곡률부 온도가 높은 곳에서 수, 경이 현저히 감소하였고, 마멸에 대한 금형수명평 가에서도 냉각흘을 이용한 냉각방식에서는 금형수명이 직접 스프레이 분사형 냉각 방식에서 보다 향상되었다.
- 8에 나타내었다. 직접 스프레이 분사형 냉각 방식에 비해 냉각홀을 이용한 냉각 방식에서는 금형 표면온도 하락이 소재 표면 온도 하락에 영향을 주어 변형저항이 증가되어 금형에 작용하는 절점력은 다소 증가하였고, 곡률부에서 속도분포는 작게 나타났다.(Fig.
후속연구
- 그 결과 냉각흘을 이용한 냉각방식이 직접 분사 냉각 방식보다 금형수명 향상에 효과적임을 알 수 있었고, 직접 분사 냉각 방식의 경우 금형곡률부 온도가 높은 곳에서 금형열연 화로 인해 수명이 현저히 감소하였다. 제시된 금 형 수명 평가 방법은 열간성형 공정의 금형수 명 향상을 위한 공정 및 금형설계 시 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.