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문제 정의
- 4 공정은 플랜지 볼트를 최종 치수로 성형하기 위하여 헤드부와 플랜지부가 성형되는 트리밍 공정으로, 트리밍 공정 후 플라워 형상 결함이 발생하였다. 따라서 플라워 형상 결함이 발생한 플랜지 볼트의 냉간단조 공정과 동일한 조건으로 시뮬레이션 하였고, 플라워 형상 결함이 발생하는 원인을 분석하고자 하였다.
- 또한, 해석결과와 M10 플랜지 볼트의 플랜지 치수는 비교적 잘 일치하는 것으로 판단된다. 따라서 해석 결과를 바탕으로 플라워 형상 결함의 원인을 분석하고자 하였다.
- 본 논문에서는 유한요소법을 이용하여 플랜지 볼트에 발생한 플라워 형상 결함의 원인을 분석하고, 이를 개선하기 위해 냉간단조 금형의 설계방법을 제안하였다. 이를 위하여 상용 유한요소법을 이용하여 플랜지 볼트의 단조 공정을 시뮬레이션 하였으며, 이와 같은 조건으로 단조실험을 진행하였다.
- 본 논문에서는 플랜지 볼트의 플라워 형상 결함을 개선하기 위한 냉간단조 금형을 설계하였다. 이를 위해 DEFORM-3D를 이용하여 플라워 형상에 대한 원인분석 및 개선방안에 대한 시뮬레이션을 하였다.
- 플라워 형상 결함의 정도는 다양하지만 이를 수치적으로 나타낸 연구는 미미한 실정이다. 이에 본 연구에서는 플라워 형상 결함을 판단하는데 요구되는 주요 부분을 선정하고 플라워 형상 결함의 정도를 수치로 제시하고자 하였다.
- 직경이 21.6 mm인 M10 플랜지 볼트의 단조 시뮬레이션 결과를 바탕으로 플라워 형상 결함의 개선방안을 제시하고자 하였다. 기존의 4 공정에서 예비성형체 대각 부근의 플랜지부 체적이 부족하여 맞변과 대각 부근의 변형률 차이로 인해 플라워 형상 결함이 발생한 것을 확인하였다.
가설 설정
- 개선안의 변수 조건은 Figure 7와 같으며, 플라워 형상 결함을 개선하기 위하여 기존의 플랜지 볼트 단조 공정에서 3 공정의 예비성형체 헤드부 직경을 수정하였다. 3 공정의 예비성형체 헤드부 직경은 3 공정의 앞판에 의해 성형된다. 따라서 2 공정에서 앞판의 내경은 dp로 정의하였고, 앞판 내경에 따른 플라워 형상 결함의 개선 정도를 확인하기 위하여 dp를 변수로 적용하였다.
- 빌렛의 요소 수는 50,000개, 플랜지 볼트의 소재는 강소성체로 적용하였다. 또한, 단조 금형은 변형이 되지 않는 강체로 가정하였고, 전체 공정에 대해 마찰상수는 냉간단조 과정에서 소재와 금형 사이에 일정한 전단마찰이 작용한다고 가정하여 0.08로 적용하였다. 펀치 속도는 실제 단조 포머의 속도와 같은 200 mm/s로 적용하였고, 펀치의 소재는 WC이며, 금형의 소재는 STD61을 적용하였다.
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