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유한요소법을 이용한 SCM435 Bolt의 성형 공정에 관한 해석 및 공정 개선 방안
Plan on the Analysis and Improvement of the Molding process of SCM435 bolt by use of the Finite Element Method 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.13 no.11, 2012년, pp.4950 - 4955  

안교철 (가천대학교 건축설비공학과) ,  최취경 (가천대학교 건축공학과)

초록
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볼트의 제작 공정은 연속적인 단조 작업에 의해서 완성되는데 각 공정의 기술적, 경제적인 성공은 적절한 공정설계와 각 작업에 필요한 금형 설계에서 좌우된다. 본 연구에서는 다단 공정에 의해서 이루어지는 SCM435 볼트의 성형과정 중에서 1, 2단계의 성형을 유한요소법을 이용하여 해석하여 합리적인 공정이 이루어지도록 개선 방향을 제시하고자 하며 유한요소법을 이용하여 해석한 1, 2단계의 공정은 축대칭이 성립되므로 소재의 변형 형상이 공정에서 기대했던 치수를 만족할 수 있었으며 소재에 형성된 단류선이 전 공정을 통하여 부드럽게 연속적으로 형성됨을 알 수 있었으므로 소재의 성형 뿐 아니라 내부의 결함도 없을 것으로 예상되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A bolt manufacturing process is completed with continuous forging. Technical and economical success of each process will depend on the appropriate process design and metal mold design for each procedure. This study aims to analyze the moldings of first and second steps among the multi-step molding p...

주제어

#Finite element method   #Molding   #Forging   #Metal mold  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 다단 공정에 의해서 이루어지는 SCM435(Torsion bar) bolt의 성형과정 중에서 1, 2단계의 성형을 유한요소 package 중 하나인 AFDEX-2D를 이용하여 공정을 해석하며[2] 소재의 변형 형상이나 표면상태의 타당성을 검토하여 적절한 개선방안과 합리적인 공정이 이루어지도록 개선 방향을 제시하고자 한다.

가설 설정

  • 냉간 단조 시뮬레이션에 필요한 소재의 변형 저항은 σ=a(b+e)C인 형태로 가정하고, 이 식의 상수 a, b, c를 구하기 위하여 단조용 소재의 인장시험을 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Bolt의 성형공정의 단계를 설명하시오. Bolt의 성형공정은 그림1과 같이 1단계에서는 초기 소재의 머리부 예비성형과 몸통부의 압출공정을, 2단계에서는 머리부 2차성형을, 3단계에서는 6각 머리부의 성형을 하고 마지막 4단계에서는 머리부 4차 성형과 몸통부의 압출공정을 실시하여 최종 제품을 성형한다.
냉간 단조에 의해 성형되는 부품은 어떤 작업에 의해 완성되는가? 냉간 단조에 의해 성형되는 부품은 원 소재로부터 최종 형상으로 제작되기까지 연속적인 단조작업에 의해서 완성되며, 각 공정의 기술적, 경제적 성공은 적절한 공정 설계와 각 작업에 필요한 금형설계에서 좌우된다.[1] 과거에는 공정설계를 위해서 여러 가지 근사적 방법들이 시도되어서 성형력, 소재의 변형형상, 단류선 등을 추정하였다.
유한요소법을 이용한 SCM435 Bolt의 성형 공정에 관한 해석 및 공정 개선 방안 연구의 결과는? 1. 유한요소법으로 해석한 1, 2단계 공정은 축대칭이 성립되므로 소재의 변형 형상이 공정에서 기대 했던 치수를 만족할 수 있었다. 2. 소재에 형성된 단류선이 전 공정을 통하여 부드럽게 연속적으로 형성됨을 알 수 있었으므로, 소재 성형 뿐만 아니라 내부의 결함도 없을 것으로 예상되었다. 3. 접촉압력은 다이의 형상 변화가 큰 곳에서 큰 값을 나타내었는데, 이는 다이에서 단면감소부, 펀치에서 소재와 다이의 접촉이 끝나는 부분에서의 노치 현상으로 인한 응력집중 현상 때문으로 판단된다. 4. 기존의 1단, 2단계 공정에서 2단계에서 시행한 압출공정을 4단계로 옮기고 2단계와 3단계 공정에서는 머리 부분 성형만 이루어지도록 공정을 약간 수정하면 좀 더 원활한 성형이 이루어 질 수 있을 것으로 판단된다.
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참고문헌 (5)

  1. Cold Forging Data sheet, "Tool steel dies for the cold forging of steel", ISME, No. 70003, 1970. 

  2. S. Kobayashi, S. Oh, T. Altan, "Metal Forming and the Finite Element Method, Oxford University Press, London, 1994, 12. 

  3. J. L. Frater, "Application of finite element methods to the design of prestressed tooling", J. Master. Shaping Technol. 7, pp.49-55, 1989. 

    상세보기 crossref

  4. J. P Domblesky, "Computer Simuiation and Die Stress Analysis", Fastener Technology International, Dec, 1998, p.40-42. 

  5. AFDEX User's Manual 1, 2, 3; CUBICTEK, 1998. 

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