[논문]튜브 스웨이징 공정의 유한요소해석

김민철; 엄재근; 임성주; 최호준; 전만수

doi:10.5228/kstp.2012.21.3.160

튜브 스웨이징 공정의 유한요소해석
Finite Element Analysis of Tube Swaging 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.21 no.3, 2012년, pp.160 - 163

김민철 (경상대학교 일반대학원 기계공학과) , 엄재근 ((사)경상대 수송기계부품기술혁신센터) , 임성주 (한국생산기술연구원) , 최호준 (한국생산기술연구원) , 전만수 (경상대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a new approach to finite element analysis for tube swaging is presented. An analysis model is developed with emphasis on the pusher that imposes back pressure in order to keep the workpiece from slipping along the die-workpiece interface especially when tapered dies are used. A rigid-plastic finite element method is employed. The approach is to simulate the tube swaging process and the results are compared quantitatively with predictions, showing close agreement with each other.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

특히 경사진 금형으로 타격을 가할 때, 역학적 균형을 이루기 위하여 소재에 적절한 하중 조건의 부과가 필수적이다. 본 논문에서는 경사진 금형을 사용하는 역학적 불균형 상태의 스웨이징 공정 해석을 위한 해석모델을 제시하고 이를 원형-원형 스웨이징 공정(round-to-round swaging process) 해석에 적용함으로써 그 타당성을 검토하고자 한다.
본 논문에서는 스웨이징 공정의 유한요소해석 모델을 제시하였으며, 적용 예제로 원형-원형 튜브 스웨이징 공정에 대한 유한요소해석이 이루어졌다. 금형에 의하여 소재에 부과된 소성변형에 따른 소재의 후진을 반영하기 위하여 강성을 지닌 후미금형을 사용하였다.
금형에 의하여 소재에 부과된 소성변형에 따른 소재의 후진을 반영하기 위하여 강성을 지닌 후미금형을 사용하였다. 이 후미금형은 소재의 강체운동뿐만 아니라 소재의 후진에 기인한 미는 힘을 부과하는 목적으로 사용하였다.

가설 설정

스웨이징은 비교적 고속으로 이루어지지만 가속도의 영향을 무시하였으며, 재료는 강소성의 성질을 지녔고 von Mises 항복이론과 관련 유동법칙을 따르는 것으로 가정하였다.

제안 방법

실제의 공정에서는 금형은 회전하면서 동시에 반경방향으로의 왕복운동을할 수 있지만, 해석모델에서는 금형의 회전운동을 소재의 회전운동으로 대신하도록 하였다. 즉, 회전하는 금형을 기준으로 삼아서 다른 요소들의 상대 운동을 고려하였다. 그리고 소재를 적절한 길이만큼 자르되, 소재의 후미에 소재의 길이방향으로의 운동 제어 목적의 후미금형을 위치시켰다.

이론/모형

본 논문에서는 스웨이징 공정의 유한요소해석 모델을 제시하였으며, 적용 예제로 원형-원형 튜브 스웨이징 공정에 대한 유한요소해석이 이루어졌다. 금형에 의하여 소재에 부과된 소성변형에 따른 소재의 후진을 반영하기 위하여 강성을 지닌 후미금형을 사용하였다. 이 후미금형은 소재의 강체운동뿐만 아니라 소재의 후진에 기인한 미는 힘을 부과하는 목적으로 사용하였다.
앞 절에서 제안된 해석모델을 평가하기 위하여 Lim 등[3,4]이 실험적으로 연구한 원형-원형 공정에 대한 유한요소해석을 AFDEX 3D [10]를 사용하여 실시하였다.

성능/효과

7의 해석결과의 내경에 주름이 잡혀진 것을 확인할 수 있는데, 이 역시 실험에서 나타난 것이다. 결론적으로 해석결과는 실험결과를 매우 잘 반영하는 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스웨이징 공정은 무엇에 유리한가?	스웨이징(swaging) 공정[1]은 봉재, 튜브, 와이어 등의 단면 형상을 변화시켜서 여러 가지 형태의 제품을 생산하는 비절삭 금속성형 공정이다. 스웨이징 공정은 원형, 사각형, 테이퍼 등의 형상을 갖는 제품의 대량생산 및 경제적 생산에 매우 유리하다.
	스웨이징 공정이란 무엇인가?	스웨이징(swaging) 공정[1]은 봉재, 튜브, 와이어 등의 단면 형상을 변화시켜서 여러 가지 형태의 제품을 생산하는 비절삭 금속성형 공정이다. 스웨이징 공정은 원형, 사각형, 테이퍼 등의 형상을 갖는 제품의 대량생산 및 경제적 생산에 매우 유리하다.
	실험에 의존한 스웨이징 공정 개발의 어떤 문제점을 해결하기 위해 유한요소법을 이용한 공정 시뮬레이션 기술이 연구되었는가?	이러한 실험에 의존한 스웨이징 공정의 개발은 스웨이징 공정의 역학적 및 기구학적 배경이 비교적 복잡하기 때문에 필연적으로 다수의 시행착오를 동반한다. 이러한 문제의 해결을 위하여 유한요소법을 이용한 공정 시뮬레이션 기술이 소수의 연구자들에 의하여 연구되었다.

참고문헌 (10)

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MFRC, 2010, AFDEX, http://www.afdex.com

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