[논문]대형마찰용접을 이용한 로타샤프트 제조공정개발

정호승; 이낙규; 박희천; 최성규; 조종래

doi:10.5228/kspp.2007.16.4.266

대형마찰용접을 이용한 로타샤프트 제조공정개발
Development of Rotor Shaft Manufacturing Process using a Large Friction Welding 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.16 no.4 = no.94, 2007년, pp.266 - 270

정호승 (부산대학교 기계기술연구소) , 이낙규 (한국생산기술연구원 디지털성형공정팀) , 박희천 ((주)케이에스피 기술연구소) , 최성규 ((주)케이에스피 기술연구소) , 조종래 (한국해양대학교 기계정보공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Inertia welding is a solid-state welding process in which butt welds in materials are made in bar and in ring form at the joint face, and energy required for welding is obtained from a rotating flywheel. The stored energy is converted to frictional heat at the interface under axial load. The quality of the welded joint depends on many parameters, including axial force, initial revolution speed and energy, amount of upset, working time, and residual stresses in the joint. Inertia welding was conducted to make the large rotor shaft for low speed marine diesel engine, alloy steel for shaft of 140mm. Due to material characteristics, such as, thermal conductivity and high temperature flow stress, on the two sides of the weld interface, modeling is crucial in determining the optimal weld parameters. FE simulation is performed by the commercial code DEFORM-2D. A good agreement between the predicted and actual welded shape is observed. It is expected that modeling will significantly reduce the number of experimental trials needed to determine the weld parameters.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

디젤엔진용 로타 샤프트 마찰용접공정에 대한 열점 소성 유한요소해석을 수행하여 다양한 공정변수들이 열간형단조 공정과 마찰용접 공정에 미치는 상관관계에 대한 연구를 수행하였다.

제안 방법

(1) SFCMV1 소재를 이용하여 선박용 대형 디젤엔진 터보차져의 부품인 로타샤프트(0 140mm)에 대하여 열점소성 유한요소법을 이용하여 마찰용접 공정해석을 수행하였다. 1차 가압력이 상대적으로 큰 경우 압하량이 많으며, 공정시간은 짧아진다.
(2) 로타샤프트 마찰용접 공정변수에 대한 성 형조건 한계 및 범위를 확인하였으며 실제 플랜지와 샤프트를 이용하여 대형마찰용접을 이용하여 시제품을 제작하였다.
따라서 대변형해석에 사용되는 상용 프로그램 DEFORM-2D를 이용하여 열점소성 유한요소해석을 수행하였다. 관성마찰용접을 하기 위해서는 플라이휠 에너지, 1차 가압력, 2차 가압력에 대한 공정변수들의 조건을 알아야 하므로 Table 1에서 제시된 플라이휠 에너지, 1차 가압력, 2차 가압력 등의 다양한 공정변수들의 조건을 사용하여 마찰공정해석을 하였다. 소재의 물리적 특성인 열전달계수, 고온유동응력은 온도에 따른 물성치를 적용하였으며 Table 2는 열전달해석에 사용된 경계 조건들을 나타낸다.
요구된다. 따라서 대변형해석에 사용되는 상용 프로그램 DEFORM-2D를 이용하여 열점소성 유한요소해석을 수행하였다. 관성마찰용접을 하기 위해서는 플라이휠 에너지, 1차 가압력, 2차 가압력에 대한 공정변수들의 조건을 알아야 하므로 Table 1에서 제시된 플라이휠 에너지, 1차 가압력, 2차 가압력 등의 다양한 공정변수들의 조건을 사용하여 마찰공정해석을 하였다.
제작하였다. 또한 실제작한 플랜지와 샤프트를 이용하여 해석에서 구한 마찰용접 공정변수를 이용하여 대형마찰용접을 이용하여 시제품을 제작하였다. Fig.
두 부분의 크기가 너무 다름을 알 수 있다. 플랜지부 열간형단조를 위해서 금형 형상과 초기 소재형상을 설계하였으며 이를 바탕으로 성형성과 하중 예측을 하였다.

대상 데이터

직경이 620mm 인 플랜지를 열간형단조를 하여 시제품을 제작하였다. 또한 실제작한 플랜지와 샤프트를 이용하여 해석에서 구한 마찰용접 공정변수를 이용하여 대형마찰용접을 이용하여 시제품을 제작하였다.
해석에 사용된 소재의 직경은 140mm 이며 마찰 부위의 형상이 원통형이므로 축대칭으로 해석하였다. 본 연구에 사용된 소재의 화학조성은 Table 3 에 나타내었다.
로타 샤프트는 플랜지부와 샤프트 부로 구성되어 있다. 현재 해석하고자 하는 로타 샤프트의 플랜지부의 직경은 620mm이고 샤프트 부의 직경은 140mm이다. 두 부분의 크기가 너무 다름을 알 수 있다.

성능/효과

직경 620mm인 플랜지부 열간형단조 해석 결과로부터 설계된 소재형상과 크기가 설계된 금형에 의해 한번의 공정으로 성형이 됨을 확인할 수 있었다.
1(b)는 열간단조공정 후 유효 변형률을 나타낸다. 플랜지 직경과 샤프트 직경이 매우 크기 때문에 균일한 유효변형률이 발생하지는 않았지만 성형 가능성은 확인할 수 있었다. Fig.

참고문헌 (8)

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상세보기
김의환, 민택기, 2001, 인코넬 합금과 스테인레스 강의 마찰용접 특성 연구, 한국공작기계학회논문집, 제10권, 제2호, pp. 73-78

원문보기 상세보기
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박희천, 정호승, 조종래, 이낙규, 오중석, 한명섭, 2005, 이종재료 마찰용접에 의한 초내열합금 대형 배기밸브 스핀들 개발, 한국마린엔지니어링학회지, 제29권, 제8호, pp. 891-898

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