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기어 치형의 미성형 구간 최소화를 위한 배압 냉간 단조 성형 해석
Back-pressure cold forging analysis to minimize non-forming area of gear teeth 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.7, 2016년, pp.256 - 262  

이용우 (에스톡 컨설팅그룹) ,  김장훈 (에스톡 컨설팅그룹) ,  권종호 (신한대학교 자동차공학과)

초록
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본 연구에서는 자동차 자동변속기의 핵심 부품인 아웃풋 허브리액션 허브의 치형 미성형 구간의 최소화를 위한 배압 냉간 단조 성형 공법에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 변위제어해석으로 펀치 하중 및 슬리브 배압력을 도출하였고, 도출된 하중 및 배압력을 이용한 하중제어해석을 수행하여 상호 검증을 하였다. 변위제어해석과 하중제어해석이 유사한 경향을 보였으며, 아웃풋 허브와 리액션 허브의 미성형 구간을 기준 이하로 만족시키기 위한 펀치 하중과 슬리브 배압력을 구하였다. 리액션 허브의 펀치 하중이 아웃풋 허브 보다 큰 이유는 상부 치형 가공 시 리액션 허브의 단면감소율이 아웃풋 허브 보다 크기 때문인 것으로 판단되며, 슬리브 배압력이 아웃풋허브와 리액션 허브에서 차이가 나는 것 또한 슬리브 단면적의 차이에 기인한 것으로 판단된다. 본 연구에서 제시한 배압 냉간 단조 성형 해석 과정과 결과를 적용한 실제 치형 가공의 미성형 구간 결과와 비교하여 검증 평가하였으며, 치형 제품의 품질 개선 및 생산성 향상을 위해 요구되는 성형가공 조건을 도출하는데 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study performed the back-pressure cold forging analysis to minimize the non-forming area of gear teeth for the output hub and reaction hub in automatic transmission. Two important factors of the back-pressure cold forging process, the load of the punch and the backup force applied to the sleeve...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 변속기용 허브 단조품을 생산하기 위한 배압 냉간 단조(back-pressure cold forging) 성형기법에 대한 연구를 수행하였다. Deform-3D를 이용한 냉간 단조 성형 유한요소해석을 통해 1.

가설 설정

  • 치형이 성형될 때 미성형 구간의 길이는 소재의 충진 정도에 영향을 받고, 충진 정도에 따라 Punch와 Sleeve에 걸리는 반력의 거동이 달라지므로, Fig. 6에 나타나는 변곡점을 충진 시 소재 거동이 달라지는 특이점(singularity)으로 가정할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자동변속기에 사용되는 주요 부품은 무엇이 있는가? 자동변속기에 사용되는 주요 부품인 아웃풋 허브(output hub), 리액션 허브(reaction hub), 허브 클러치(hub clutch) 등의 치형 제품들은 대부분 쉐이빙(shaving), 호빙(hobbing)과 같은 절삭가공과 전조(threading), 단조(forging) 등의 소성가공을 병행하여 제조되고 있다. 절삭가공 치형의 경우 제품의 단류선 파괴로 인한 강도 저하가 일어나는 반면에, 단조 성형된 치형은 소재가 연속적으로 형성되기 때문에 강도적인 측면에서 절삭가공보다 장점이 있다.
자동변속기에 사용되는 치형 제품은 어떻게 제조되고 있는가? 자동변속기에 사용되는 주요 부품인 아웃풋 허브(output hub), 리액션 허브(reaction hub), 허브 클러치(hub clutch) 등의 치형 제품들은 대부분 쉐이빙(shaving), 호빙(hobbing)과 같은 절삭가공과 전조(threading), 단조(forging) 등의 소성가공을 병행하여 제조되고 있다. 절삭가공 치형의 경우 제품의 단류선 파괴로 인한 강도 저하가 일어나는 반면에, 단조 성형된 치형은 소재가 연속적으로 형성되기 때문에 강도적인 측면에서 절삭가공보다 장점이 있다.
절삭가공 치형 중 판재를 이용하는 Roll(Flow) Forming 방법을 사용할 경우 제조 원가가 상승하는 이유는 무엇인가? 절삭가공 치형의 경우 제품의 단류선 파괴로 인한 강도 저하가 일어나는 반면에, 단조 성형된 치형은 소재가 연속적으로 형성되기 때문에 강도적인 측면에서 절삭가공보다 장점이 있다. 또한 판재를 이용하는 Roll(Flow) Forming 방법은 일체형으로 가공하기가 어려워서 제조 원가가 상승하게 된다.
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참고문헌 (8)

  1. C. B. Wang, S. J. Lim and Y. B. Park, "Effect of the design parameter for internal spline forming using the tube", Journal of the Korean Society for Technology of Plasticity, Vol. 15, No. 7, pp. 512-517. 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.5228/KSPP.2006.15.7.512 

  2. H. Y. Cho, Y. T. Kim, K. W. Kim and W. J. Kim, "Finite Element Analysis for Multi-stage Forging Process Design of bolt with Non-axisymmetric Washer Cam", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 32, No. 4, pp. 585-595, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.5916/jkosme.2008.32.4.585 

  3. J. H. Lee, Y. S. Lee and J. J. Park, "Dimensional Accuracies of cold-forged spur gear", Journal of the Korean Society for Technology of Plasticity, Vol 5, No. 2, pp. 115-121, 1996. 

  4. G. J. Kang, J. Kim, B. S. Kang, "Numerical and Experimental Evaluation for Elastic Deformation of a Cold Forging Tool and Workpiece for a Sleeve Cam of an Automobile Start Motor", J. Eng. Manuf., Vol. 222, No. 2, pp. 217-224, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1243/09544054JEM929 

  5. Y. S. Lee, Y. N. Kwon, J. H. Lee, T. Ishikawa, "Experimental and Finite Element Analysis to Predict the Dimensional Changes of a Cold-Forged Spur Gear", Proc. IMechE., Vol. 220, pp. 1051-1057, 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1243/09544054JEM295 

  6. Deform-3D, Deform-3D Tutorial, SFTC Inc., 2010. 

  7. http://www.matweb.com/ 

  8. J. H. Lee, "A study on the Deformation Characteristics of Forward and Backward Can Extrusion Process Using a Hollow-Shaft", Master's Thesis, Inha University, Graduate School of Education, Incheon, Republic of Korea, pp. 30-37, 2005. 

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