[논문]Al3003 12셀 컨덴서 튜브의 압출을 위한 공정해석 및 금형설계

이상호; 이정민; 조형호; 조훈; 김문배; 김병민

문제 정의

초기 소재가 챔버를 채우고난 이후 맨드릴과 베어링 부의 사이를 빠져 나와제품이 생산된다. 따라서 본 연구에서의 해석은 빌렛이 다이-맨드릴 부를 빠져 나올 때까지 수행하였다. 즉, 브릿지 부와 챔버를 지나 맨드릴과 다이 베어링부에서 접합하기 전까지의 비정상상태를 지나 정상상태로 들어갈 때까지 수행하였다.
본 연구에서는 제품의 치수정밀도에 큰 영향을주는 맨드릴에 대하여 강도해석을 수행하였다. Fig.
본 연구에서는 A13003 컨덴서 튜브 압출 금형개발을 위해 우선 직접 압출 공정을 위한 성형 및금형 강도해석을 수행하였으며, 압출실험을 통하여 검증하였다. 이상의 개발 과정에서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구는 A13003 빌렛을 사용하여 요구품질을 만족하는 컨덴서 튜브 생산을 위한 압출 금형을 개발하고자 한다. 그리고 A13OO₃ 소재에 대하여 압출공정의 유한요소해석을 수행하여 가공소요력 및데드메탈 영역 (Dead met이 zone)과 접합압력 (Welding pressure) 등을 확인하였다.

가설 설정

설정하였다. 마찰상수(m)는 무윤활의 열간 압출 시 일반적으로사용되 는 0.6 으로 가정 하였다.3
9 는 접합면에서의 수직 면압을 나타내는 그림이다. 접합부위는 그림에서 나타나는 접합면 (Welding plane)에서 소재의 접합이 이루어진다고 가정하였다. 접합 부위의 수직면압을 통하여 접합력을 평가하였다.

제안 방법

한다. 그리고 A13OO₃ 소재에 대하여 압출공정의 유한요소해석을 수행하여 가공소요력 및데드메탈 영역 (Dead met이 zone)과 접합압력 (Welding pressure) 등을 확인하였다. 또한 금형의 제작 및 A13003 컨덴서 튜브의 압출실험을 수행하였다.
그리고 A13OO₃ 소재에 대하여 압출공정의 유한요소해석을 수행하여 가공소요력 및데드메탈 영역 (Dead met이 zone)과 접합압력 (Welding pressure) 등을 확인하였다. 또한 금형의 제작 및 A13003 컨덴서 튜브의 압출실험을 수행하였다.
2mm 이다. 목표 치수와 요구 공차를 만족하기 위하여 압출금형을 설계하였다.
금형의 포트흘 개수 및 위치는 컨덴서 튜브의좌우 대칭인 단면 형상을 고려하여 압출시 소재가 챔버내에서 베어링 부를 통과 할 때 접합면이 정가운데 수평으로 위치하도록 설계하였다. 그리고 빌렛의 유동을 적 절히 구속시키기 위해 Fig.
2(a)-A 에서 처럼 포트흘 내부에 단차를 두어 배치하였다. 챔버 높이는 5mm 로 설계 하였고, 챔버 바닥면은 챔버 내부를 채우는 빌렛의 유동을 좋게 하고 맨드릴 양 끝단의 빌렛이 마지막으로 맨드릴을 충진하도록 하기 위해 반 리본형상으로 설계하였다. LIP 의 경우, 빌렛의 0>152mm (6 inch)과 컨테이너직경 158mm 을 고려하여 외경을 0>250mm, 길이는 75mm로 결정하였다.
나타낸다. 압출 금형 및 제품의 형상을 고려하여 1/4 의 형상으로 유한 요소 해석을 수행하였다. 빌렛의 소재는 A13003 합금을 사용하였고, 금형 소재는 맨드릴은 초경합금(WC)을 사용하였으며, 나머지 금형의 경우에는 열간 금형강인 AISI H-13 을 사용하였다.
(충진 순서 ①-> ② - ③) 소재가 맨드릴치 형부에서 거의 동시에 채워지게 되어 치형부의변형은 크게 없을 것으로 예상된다. 그리고 이는강도해석을 통하여 확인하였다.
접합부위는 그림에서 나타나는 접합면 (Welding plane)에서 소재의 접합이 이루어진다고 가정하였다. 접합 부위의 수직면압을 통하여 접합력을 평가하였다. 중공형 압출제품에 있어서 접합압력이 너무 작은 경우 접합 부위에서 결함으로나타난다.
10 은 맨드릴 부의 강도해석을 위한 경계조건을 나타내는 그림이다. 금형의 형상을 고려하여 대칭면(Symmetricplane)을 설정하였다.
따라서 금형 형상 수정으로 인하여 금형의소성 변형은 일으키 지 않고 1250 ton 용량의 압출기에서 압출이 가능한 공정 조건을 찾고 이 때의 금형의 강도해석을 수행하였다. Fig.
12는 기존의 금형과 재설계된 금형의 챔버 바닥 도면을 나타낸 그림이다. 소재의 유동을 높여 낮은 접합압력을 높이고 압출하중을 낮추기 위하여 기존의 금형의챔버 바닥부 곡률반경을 3 인 것을 3.5 로 수정하였다. Table 2는 챔버 곡률과 램 속도(Ram speed)에 따른 출구부 온도, 접합압력 그리고 압출하중을 나타낸다.
따라서 성형 해석을 통하여 압출기의 용량에 적합한 하중을 가지는 Case 를 찾고 금형의 강도해석을 통하여 금형의 소성변형여부를 판단하였다. Case 4 의 조건 챔버 바닥부 곡률반경 3.
그리하여 위의 결과와 같이 챔버 바닥부 곡률을 변경하여 다공형 컨덴서 튜브용 압출 금형을 다시 제작하였다. 재설계된 금형을 통하여 압출공정을 수행한 결과, 금형의 파손을 수반하지 않고 Fig.

대상 데이터

컨덴서 튜브를 직접압출 방식으로 제조하기 위해서 압출성, 가공성, 내식성, 브레이징성 등의 기계적, 물리적 성능이 우수한 A13000 계열 알루미늄합금 빌렛이 사용된다.
4 는 압출 성 형 해석을 위하여 금형과 빌렛 형상을 유한요소격자를 나타낸다. 해석에 사용된 빌렛의 유한요소 격자는총 80000 개 이다.
압출 해석 시 빌렛은 열연성 모델로, 금형은전부 변형을 수반하지 않는 강체로 설정하였다. 마찰상수(m)는 무윤활의 열간 압출 시 일반적으로사용되 는 0.
압출 금형 및 제품의 형상을 고려하여 1/4 의 형상으로 유한 요소 해석을 수행하였다. 빌렛의 소재는 A13003 합금을 사용하였고, 금형 소재는 맨드릴은 초경합금(WC)을 사용하였으며, 나머지 금형의 경우에는 열간 금형강인 AISI H-13 을 사용하였다. 초기 금형의 온도와 빌렛의 온도는 450으로 설정하였다.

이론/모형

압출 공정해석은 강소성 유한요소 프로그램인 DEFORM 3D 을 사용하였다. Fig.
2mm/s 로 설정하였다. 압출방식은 무윤활 직접압출방식을 사용하였다. Fig.

성능/효과

중공형 압출제품에 있어서 접합압력이 너무 작은 경우 접합 부위에서 결함으로나타난다. 본 연구에서의 소재 접합압력은 62-110 Mpa 분포로 소재의 항복강도(41.4 MPa)의 1.49 ~ 2.66 배 이상의 분포를 보였다. 베어링 부에서 소재의 항복강도의 2.
66 배 이상의 분포를 보였다. 베어링 부에서 소재의 항복강도의 2.66-5 배 가량으로 비교적 높게 나타났으나 중심부에서 소재의 항복강도의 1.49 ~ 1.8 배로 베어링 부 보다 낮은 접합 압력 분포를 가지는 것을 확인할 수 있다. 해석 결과에서 접합압력은 소재 항복강도보다 1.
제작하였다. 재설계된 금형을 통하여 압출공정을 수행한 결과, 금형의 파손을 수반하지 않고 Fig. 18 과 같이 양호한 단면 및 표면의 상태를 가지는 A13OO₃ 컨덴서 튜브를 생산할 수 있었다.
(1) 수정 전 금형의 압출 가공소요력이 1300ton 으로 압출기 용량을 초과하여 압출이 불가능할 것으로 예상되어 챔버 바닥 곡률 6° 에서 7° 로 수정하여 압출 가공소요력 990ton 으로 예상되어 압출 가능한 조건을 예측할 수 있었다.
(2) 포트홀 압출에서 소재의 접합부위의 수직압력분포가 소재의 항복강도 41.4Mpa 의 1.49~2.66 배에 이른다. 따라서 압출제품은 충분한 접합강도를 가질 것으로 예상된다.
(3) 맨드릴 치형부의 강도해석결과, 초기 압출시변형이 거의 없는 것으로 나타나 강도적으로 안전하지만 연속공정에 있어서 맨드릴 치형부의 파손의 위험이 예상된다.
(4) 기존의 압출금형을 챔버 바닥부 곡률반경을 3 에서 3.5 로 재설계하였을 경우, 성형해석 후 금형강도해석을 수행한 결과, 빌렛 초기온도 510℃ 금형 초기온도 5000, 램 속도 0.2mm/s 가 가장 양호한 것으로 나타났다.
(5) 압출실험을 수행한 결과 기존의 금형으로 연속공정을 수행할 경우 맨드릴 치형부의 파손이 발행하는 것을 확인하였으며, 챔버 바닥부 곡률반경을 3.5 로 수정하였을 경우, 치수공차를 만족하는 압출제품을 생산할 수 있었다.

후속연구

그림에서 나타나듯이 압출하중은 최대 하중 1300 ton 으로 나타났다. 그러나 본 연구에 적용될 압출기 최대 하중값이 1250 ton 인 것을 생각해 볼 때 기존의 압출 금형에서 압출이 불가능할 것으로 예상된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] Al3003 12셀 컨덴서 튜브의 압출을 위한 공정해석 및 금형설계
Process Analysis and Die Design for Al3003 Condenser Tube Extrusion with 12 Cell 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] Al3003 12셀 컨덴서 튜브의 압출을 위한 공정해석 및 금형설계 Process Analysis and Die Design for Al3003 Condenser Tube Extrusion with 12 Cell 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이상호 (128) 김병민 (277)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] Al3003 12셀 컨덴서 튜브의 압출을 위한 공정해석 및 금형설계
Process Analysis and Die Design for Al3003 Condenser Tube Extrusion with 12 Cell 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문