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유한요소해석을 이용한 알루미늄분말단조 피스톤 성형해석에 관한 연구
A Study of the FEM Forming Analysis of the Al Power Forging Piston 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.34 no.10, 2010년, pp.1543 - 1548  

김호윤 (한국과학기술정보연구원) ,  박철우 (한국과학기술정보연구원) ,  김현일 (한국과학기술정보연구원) ,  박경서 (한국과학기술정보연구원) ,  김영호 (부산대학교 기계공학부) ,  조호성 (부산대학교 정밀기계대학원)

초록
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분말단조 공정은 정형의 자동차부품을 제작하는데 널리 이용되고 있다. 분말야금이란 금속 원료 분말을 사용하여 원하는 제품의 형태로 성형을 한 다음 적정온도에서 소결하여 필요한 금속 제품을 제조하는 기술을 말한다. 본 연구에서는 자동차 엔진의 경량화를 위한 피스톤 제작에 관한 것이다. 분말단조로 제작 되어진 엔진 피스톤의 특성을 유한요소해석을 통해서 알아보겠다. 유한요소해석은 DEFORM/3D 를 이용해서 성형성을 평가하도록 하겠다. 성형온도, 구배각도, 마찰계수의 변화에 따른 피스톤의 성형성을 알아보겠다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Powder metallurgy processes are used to form Net-Shape products and have been widely used in the production of automobile parts to improve its manufacture productivity. Powder-forging technology is being developed rapidly because of its economic merits and because of the possibility of reducing the ...

주제어

#유한요소해석   #분말단조   #피스톤  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 금형의 성형온도는 250℃ 이며, 예비성형체의 성형온도는 Table 3 과 같다. 단조 이후의 제품의 기계적 특성을 알아보았다. 인장강도와 경도 값은 예비성형체의 온도가 낮을 수 록 높은 값을 보이고 있음을 알 수 있다.
  • 본 연구에서는 기초적 실험과 소결에 의한 분말단조 피스톤을 제작해 보았다. FEM 시뮬레이션에 의한 소결체의 변형거동 특성을 해석해 보았다.
  • 본 연구에서는 자동차 엔진의 경량화를 위한 피스톤 제작에 관한 것이다. 일반적인 주조성형이 아닌 분말 야금기술을 이용해서 피스톤을 제작해 보겠다.
  • 일반적인 주조성형이 아닌 분말 야금기술을 이용해서 피스톤을 제작해 보겠다. 분말단조로 제작되어 진 엔진 피스톤의 특성을 유한요소해석을 통해서 알아보겠다. 분말단조법을 이용해서 2 행정 사이클에 사용되는 피스톤을 제작 할 것이며, 유한요소해석은 DEFORM/3D를 이용해서 성형성을 평가하도록 하겠다.
  • 분말단조법을 이용해서 2 행정 사이클에 사용되는 피스톤을 제작 할 것이며, 유한요소해석은 DEFORM/3D를 이용해서 성형성을 평가하도록 하겠다. 성형온도, 구배각도, 마찰계수의 변화에 따른 피스톤의 성형성을 알아보겠다.
  • 압분체 성형 이후 분말단조의 성형공정을 해석하기 위한 모델로 균일한 재료의 연속체모델(homogeneous continuum)을 적용하는 것이다. 분말 금속은 단조공정 시 재료의 항복상태를 가장 잘 설명할 수 있는 적절한 항복함수를 검증하고 유동법칙에 의하여 구성방정식을 구성한 후 이를 이산화하여 유한요소해석 프로그램을 구현한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
분말야금법의 장점은 무엇인가? (2) 분말야금이란 금속 원료 분말을 사용하여 원하는 제품의 형태로 성형을 한 다음 적정온도에서 소결 하여 필요한 금속 제품을 제조하는 기술을 말한다. 분말야금법의 최대 장점은 원료 분말을 금형내에서 압축에 의해서 최종제품의 형태(Net shape)가 갖추어지므로 기계가공을 대폭 줄일 수 있는 이점이 있다.(3,4)
소결 공정이란 무엇인가? 성형된 제품의 입자들을 높은 열(녹는점 이하 온도)과 환원분위기에서 금속입자들을 결합(bonding) 시키는 공정이다. 윤활제등은 제거되어짐과 동시에 형상을 유지하고 합금분말의 확산 및 제품을 단단하게 만드는 중요한 공정이다. 본 연구에서 적용한 소결 조건들이 Table 1 에 나타나있다.
분말야금이란 무엇인가? (1) 자동차의 연비 개선 대책은 엔진, 구동 계의 효율향상, 주행저항 절감, 경량화 등이 있으나 엔진 효율 향상은 기술적으로 거의 한계에 도달하여 대폭적인 효율 향상은 어려운 실정이다. (2) 분말야금이란 금속 원료 분말을 사용하여 원하는 제품의 형태로 성형을 한 다음 적정온도에서 소결 하여 필요한 금속 제품을 제조하는 기술을 말한다. 분말야금법의 최대 장점은 원료 분말을 금형내에서 압축에 의해서 최종제품의 형태(Net shape)가 갖추어지므로 기계가공을 대폭 줄일 수 있는 이점이 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Kim, J. S. and Kim, K. T., 1998, "Densification Behavior of Mixed Metal Powders under Cold Compaction,” Trans. Of the KSME A, Vol. 22, No. 8, pp. 1553-1565. 

  2. Hur, M. D., Jang, G. B. and Kang, S. S., 1999, "A Study on the strength and Fatigue Behavior of Automobile Powder Material,” Trans. Of the KSME A, Vol. 23, No. 2, pp. 230-237. 

  3. Park, J. J., 1993, "A Yield Function for Sintered Porous Metals,” Trans. Of the KSME A, Vol. 17, No. 5, pp. 115-1122. 

  4. Cho, J. R., Joo, Y. S. and Kim, Y. H., 2000, "Characteristic Analysis of Powder Forging Processes for Engine Pistons by Finite Element Analysis,” Trans. Of the KSME A, Vol. 24, No. 8, pp. 2042-2049. 

  5. Jang, D. H. and Hwang, B. B., 1998, "Friction Effect on the Powdered Metal Compaction,” J. of the Korean Society for Technology of Plasticity, Vol. 7, No. 2, pp. 114-126. 

  6. Hwang, B. B. and Kobayashi, S., 1990, "Deformation Characterization of Powdered Metals in Compaction,” Int. J. Mach. Tools Manufacture, Vol. 31, No. 1 pp. 123-127. 

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  7. Hwang, B. B. and Kobayashi, S., 1994, "Application of the Finite Element Method to Powdered Metal Compaction Process of Multilevel Flanged Parts,” Int. J. Mach. Tools Manufacture, Vol. 34, No. 3, pp. 424-426. 

  8. Park, J. O., Park, C. W. and Kim, Y. H., 2001, "A Study on the Powder Forging of Aluminum Alloy Pistons,” Int. J. of the Korean Society of Precision Engineering, Vol.3 No.4, pp. 69-74. 

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  9. Doraivelu, S. M., Gegel, H. L., Gunasekera, J. S., Malas, J. C., Morgan, J. T. and Thomas, J. F., 2001, "A New Yield Function for Compressible P/M Materials,” Private Communication. 

  10. Shima, S. and Oyan, M., 1976, "Plasticity Theory for Porous Metals,” Int. J. Mech. Sci., Vol. 18, pp. 285-291. 

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  11. Altan, T., 2005, Cold and Hot Forging Fundamentals and Applications, The Materials Information Society, ASM, USA. 

  12. Duggirala, R. and Shivpuri, R., 1992, "Effects of Processing Parameters in P/M Steel Forging on Part Properties,” Journal of Materials Engineering and Performance, Vol.1, pp. 505-516. 

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  13. Jang, H. S., 1997, The Handbook of Advanced Aluminum Technology, Han Lim Won Publishing Co. Ltd, KOREA, pp. 671-825. 

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