선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 복합단조의 장점을 이용하여 Outer support ring의 공정을 개발하여 생산에 적용하고자 하였다.
제안 방법
- 2. 복합단조 해석을 수행하여, 성형 조건과 공정을 개발하였다. 해석결과, 열간단조의 경우 제품에 전반적으로 압축 응력이 고르게 발생하였다.
- 4. 열간단조, 냉간단조 금형 및 시제품을 제작하였다. 시제품 평가를 위하여 경도, 표면조도, 내부결함, 단류선 등을 검사를 하였다.
- CAE 해석을 통하여 열간단조 및 냉간단조 금형을 제작하였으며, 시제품을 생산하였다. Fig.
- Outer Support Ring 제작을 위한 공정설계를 진행하였다. 열간단조와 냉간단조로 나누어 공정을 진행하였으며, 복합단조 성형해석은 Deform-3D를 이용하였다[6].
- SEM 촬영은 절개한 시편에서 각각 3지점을 지정하여 촬영하였으며, 3000배율로 진행하였다. 시제품 내부에 50 μm 이상의 기공, 크랙과 같은 내부결함은 발견되지 않았다.
- Outer Support Ring의 복합단조 공정은 SAE 1541의 원자재를 가열로에서 약 1250℃로 가열하는 것으로 부터 시작된다. 가열된 원자재에 대하여 열간단조를 수행하고, 구상화소둔을 시행하였다. 구상화소둔의 조건은 Fig.
- 경도측정은 구상화소둔 과정을 거친 후, 로크웰 경도 시험 방법을 통하여 각 포인트에서 측정하였다. 평균 경도는 92.
- 내부결함 확인을 위하여 제작된 시제품을 절단하여 SEM을 촬영하였다. Fig.
- 제품에 피막처리를 거친 후에 냉간단조를 시행한다. 냉간단조 후 열처리(Quenching and Tempering)를 실시한다. 마지막으로 Shot blast를 통해 스케일을 제거한다.
- 12는 복합단조를 통하여 생산된 시제품의 단류선 측정결과를 보여주고 있다. 단류선 측정을 위하여 제품을 염산에 부식시켜 측정하였다. 단류선 분석결과, 내부적으로 심하게 접힌 곳이나 단류선이 끊긴 곳은 없었다.
- 또한, 냉간단조 시 에어포켓을 방지하기 위하여, 하부 금형 프로펠러 형성부에 에어홀을 가공하였다. 또한 제품의 냉간금형 미 안착 문제를 해결하기 위하여, 상부 금형 접촉면에 경사를 설계 변경하였다.
- 5 mm변경하였다. 또한, 냉간단조 시 에어포켓을 방지하기 위하여, 하부 금형 프로펠러 형성부에 에어홀을 가공하였다. 또한 제품의 냉간금형 미 안착 문제를 해결하기 위하여, 상부 금형 접촉면에 경사를 설계 변경하였다.
- 원웨이 클러치의 핵심부품인 Outer Support Ring의 복합단조 공정을 개발하였다. 성형해석을 통해 공정을 개발하고, 금형과 시제품을 제작 및 평가하였다. 본 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 열간단조, 냉간단조 금형 및 시제품을 제작하였다. 시제품 평가를 위하여 경도, 표면조도, 내부결함, 단류선 등을 검사를 하였다. 검사결과 특이점은 발견되지 않았으며, 제품 양산에 문제가 없을 것으로 판단된다.
- 열간단조와 냉간단조로 나누어 공정을 진행하였으며, 복합단조 성형해석은 Deform-3D를 이용하였다[6]. 열간단조 공정 해석은 약 64,000개의 계산격자를 적용하였으며, 소재를 금형에 안착시킨 후 상부 금형을 하강시키면서 해석을 진행하였다. 열간단조 금형의 모델은 Fig.
- 냉간단조 공정 해석은 약 96,000개의 계산 격자를 적용하였다. 열간단조와 마찬가지로 소재를 금형에 안착시킨 후 상부 금형을 하강시키면서 해석을 진행하였다. 냉간단조 금형은 Fig.
- 원웨이 클러치의 핵심부품인 Outer Support Ring의 복합단조 공정을 개발하였다. 성형해석을 통해 공정을 개발하고, 금형과 시제품을 제작 및 평가하였다.
- 이를 해결하기 위하여, 상부 금형 접촉면에 경사를 기존 12°에서 20°로 변경하여 문제를 해결하였다.
- 첫째는, 냉간성형 시 프로펠러 부에 에어포켓이 발생하였다. 이를 해결하기 위하여, 하부 금형 프로펠러 형성부에 에어홀을 가공하여 단조 시 체적 이동을 위한 공간을 확보하여 문제를 해결하였다. 둘째는, 열간단조품이 냉간금형 치수와 동등하여 금형 안착 시 문제가 발생하였다.
- 냉간단조 금형은 초경과 SKH-51 재질을 이용하여 제작하였다. 초기의 금형을 이용한 시제품에서 두 가지 문제점이 발생하여 금형설계 일부를 수정하였다. 첫째는, 냉간성형 시 프로펠러 부에 에어포켓이 발생하였다.
- 최종 시제품에 대한 경도를 측정하였다. 측정 위치는 임의의 지점을 지정하여 5회 측정하였다.
- 표면조도 측정은 INSIA AF장비를 사용하였으며, Area Scan 방식으로 1 mm2를 2 μm 간격으로 측정하였다.
대상 데이터
- 냉간단조 공정 해석은 약 96,000개의 계산 격자를 적용하였다. 열간단조와 마찬가지로 소재를 금형에 안착시킨 후 상부 금형을 하강시키면서 해석을 진행하였다.
- 11은 냉간단조 금형과 시제품을 보여주고 있다. 냉간단조 금형은 초경과 SKH-51 재질을 이용하여 제작하였다. 초기의 금형을 이용한 시제품에서 두 가지 문제점이 발생하여 금형설계 일부를 수정하였다.
- 9는 열간단조 금형과 시제품을 보여주고 있다. 열간단조 금형은 SKD-61 재질을 이용하여 제작하였다. 열간단조 시 공기 미 배출 및 공정 이송 간 흔들림으로 인하여 소외경부 겹칩이 발생하였다.
이론/모형
- Outer support ring은 단조가공법을 이용하여 제작을 한다. 단조가공법은 가장 오래된 소성가공법의 하나로 산업의 발전과 더불어 전 세계적으로 사용되고 있다.
- 측정 위치는 임의의 지점을 지정하여 5회 측정하였다. 시험은 KS B0806(금속 재료의 로크웰 경도시험 방법)으로 측정하였다. 평균 경도는 약 109.
- Outer Support Ring 제작을 위한 공정설계를 진행하였다. 열간단조와 냉간단조로 나누어 공정을 진행하였으며, 복합단조 성형해석은 Deform-3D를 이용하였다[6]. 열간단조 공정 해석은 약 64,000개의 계산격자를 적용하였으며, 소재를 금형에 안착시킨 후 상부 금형을 하강시키면서 해석을 진행하였다.
성능/효과
- 1. Outer Support Ring의 복합단조 공정 개발로 인하여 기존의 방식보다 가공공정수와 시간이 대폭 저감되었다. 복합단조 공정 개발로 인하여 열간 + MCT 가공 대비 약 27% 소재를 절감하였으며, 제품 개당 생산시간은 약 2.
- 3. 열간단조 시 소외경 부 겹칩이 발생하여, 금형의 소외경 부 치수를 2.5 mm변경하였다. 또한, 냉간단조 시 에어포켓을 방지하기 위하여, 하부 금형 프로펠러 형성부에 에어홀을 가공하였다.
- 반면에 복합단조 공정에서는 냉간단조를 통하여 소재를 정밀 성형하기 때문에 가공공정이 삭제 또는 축소된다. 가공 공정이 삭제되어 본 연구의 대상이 되는 제품의 개당 생산시간이 약 2.15배 단축되었으며, 소재가 약 27% 감소되었다.
- 이를 해결하기 위하여, 하부 금형 프로펠러 형성부에 에어홀을 가공하여 단조 시 체적 이동을 위한 공간을 확보하여 문제를 해결하였다. 둘째는, 열간단조품이 냉간금형 치수와 동등하여 금형 안착 시 문제가 발생하였다. 이를 해결하기 위하여, 상부 금형 접촉면에 경사를 기존 12°에서 20°로 변경하여 문제를 해결하였다.
- Outer Support Ring의 복합단조 공정 개발로 인하여 기존의 방식보다 가공공정수와 시간이 대폭 저감되었다. 복합단조 공정 개발로 인하여 열간 + MCT 가공 대비 약 27% 소재를 절감하였으며, 제품 개당 생산시간은 약 2.15배 단축되었다.
- 53 HRB로 측정되었다. 열간단조 후 제품에 경도가 고르게 분포하는 것을 확인하였으며, 특이점 없이 제품이 생산되었다. Fig.
- 시험은 KS B0806(금속 재료의 로크웰 경도시험 방법)으로 측정하였다. 평균 경도는 약 109.2 HRB로 측정되었으며, 제품의 요구값을 만족하였다. Fig.
- 를 2 μm 간격으로 측정하였다. 평균표면조도는 0.43 Ra로 목표로 하였던 1.5 Ra 보다 낮은 것을 확인하였다. Table 1은 표면조도 측정값을 보여주고 있다.
후속연구
- 본 연구를 통하여 개발된 복합단조 공정은 타 부품에도 적용이 가능한 기술로서, 타 부품에 적용 시 소재절감과 공정수 축소 등의 효과를 획득할 수 있을 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.