[논문]역추적 기법을 활용한 중공형 LM-Guide Rail의 맨드렐 인발 금형 설계

김병민; 김상현; 이경훈

doi:10.5228/kstp.2017.26.5.300

역추적 기법을 활용한 중공형 LM-Guide Rail의 맨드렐 인발 금형 설계
Die Design in Mandrel Drawing by using Backward Tracing Scheme: A Case for Hollow Linear Motion Guide Rail 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.26 no.5, 2017년, pp.300 - 305

김병민 (부산대학교 기계공학부) , 김상현 (동국제강 중앙기술연구소 봉형강 연구팀) , 이경훈

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a design method for an intermediate die was developed to manufacture a hollow linear motion guide rail in mandrel drawing process based on virtual die method and backward tracing scheme. FE simulations and mandrel drawing experiments using Mn55Cr carbon steel were performed to prove the effectiveness of the proposed design method. Results of FE simulations and experiments showed that the proposed design method could lead to drawn products with sound shape and the highest dimensional precision.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 중공형 리니어 모션 가이드 레일제조를 위한 맨드렐 인발 공정의 중간 금형 설계법을 제안하였으며, 다음의 결론을 도출하였다.
본 연구의 목적은 중공형 리니어 모션 가이드 레일을 제조하기 위한 다단 이형인발 공정 시 중간 금형을 설계하는 것이다. 기존 3패스의 튜브 싱킹 공정을 대체할 수 있는 2패스의 맨드렐 인발 공정 설계를 위하여 역추적 기법(backward tracing scheme)을 이용하였다.

제안 방법

(2) 제안된 중간 금형 설계법의 타당성을 검증하기 위하여 유한요소해석 및 맨드렐 인발 실험을 수행하였다. 성형된 리니어 모션 가이드 레일의 최대 치수오차를 평가한 결과, 허용공차 ±0.
1) 가상금형법을 통해 설계된 금형을 이용하여 1^st튜브 싱킹 및 2^nd 맨드렐 인발 공정에 대한 예비 성형해석을 수행한다. 성형된 제품의 치수 오차 및 내부형상을 확인한다.
4는 예비 인발공정의 해석 모델을 나타낸 것이다. 1^st 패스 튜브 싱킹 금형의 단면형상은 가상금형법을 적용해 설계되었으며, 2^nd 패스에서의 맨드렐 및 금형 형상은 개발목표 형상을 기준으로 설계되었다. Fig.
20이다. 둘레비를 최소화하기 위하여 1^st 패스 성형된 중간재 내부 표면과 2^nd 패스 맨드렐이 접촉되는 시점(t_enhanced.)까지 역추적 기법을 수행하였다. 그 결과 둘레비가 1.
제안된 중간 금형 설계법 및 성형해석 결과의 타당성을 검증하기 위하여 중공형 리니어 모션 가이드 레일 제조를 위한 맨드렐 인발 실험을 수행하였다. 사용된 소재는 Mn55Cr강이며, 직경, 두께 및 길이는 각각 34.

대상 데이터

중간 금형 형상 설계법의 유효성을 검증하기 위해 상용 유한요소해석 S/W인 DEFORM-3D를 이용하여 3차원 성형해석을 수행하였다. 사용된 소재는 Mn55Cr강이며, 유동응력식은 아래 식 (1)과 같다.
제안된 중간 금형 설계법 및 성형해석 결과의 타당성을 검증하기 위하여 중공형 리니어 모션 가이드 레일 제조를 위한 맨드렐 인발 실험을 수행하였다. 사용된 소재는 Mn55Cr강이며, 직경, 두께 및 길이는 각각 34.70mm, 3.5mm와 800mm였다.

데이터처리

1^st 패스에서 관재를 튜브 싱킹 공정으로 이형 인발한 후, 2^nd 패스에서는 인발재의 내부 형상을 제어하기 위한 맨드렐 인발 공정을 적용하여 제품을 성형하였다. 제안된 공정 설계안에 대하여 다단 성형해석 및 맨드렐 인발 실험을 통해 그 타당성을 검증하였다.
중간 금형 형상 설계법의 유효성을 검증하기 위해 상용 유한요소해석 S/W인 DEFORM-3D를 이용하여 3차원 성형해석을 수행하였다. 사용된 소재는 Mn55Cr강이며, 유동응력식은 아래 식 (1)과 같다.

이론/모형

(1) 중공형 인발 제품의 중간 다이스 단면형상을설계하기 위해 가상금형법 및 역추적 기법이 적용되었다. 중간재 내부와 맨드렐의 둘레비를 감소시켜 중공형 리니어 모션 가이드 레일의 내부 형상을 제어하였다.
본 연구의 목적은 중공형 리니어 모션 가이드 레일을 제조하기 위한 다단 이형인발 공정 시 중간 금형을 설계하는 것이다. 기존 3패스의 튜브 싱킹 공정을 대체할 수 있는 2패스의 맨드렐 인발 공정 설계를 위하여 역추적 기법(backward tracing scheme)을 이용하였다. 1^st 패스에서 관재를 튜브 싱킹 공정으로 이형 인발한 후, 2^nd 패스에서는 인발재의 내부 형상을 제어하기 위한 맨드렐 인발 공정을 적용하여 제품을 성형하였다.

성능/효과

(2) 제안된 중간 금형 설계법의 타당성을 검증하기 위하여 유한요소해석 및 맨드렐 인발 실험을 수행하였다. 성형된 리니어 모션 가이드 레일의 최대 치수오차를 평가한 결과, 허용공차 ±0.05mm 미만으로 나타났고 내부 형상 제어가 우수하였다.
또한 내측 하단부의 형상 결함도 완화되었다. 역추적 기법을 이용한 중간 금형 설계법이 맨드렐 인발 공정 설계에 유효함을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	맨드렐 인발 공정이란 무엇인가	맨드렐 인발 공정은 일정한 단면형상을 가지면서 길이가 긴 중공형 기계부품을 제조할 수 있는 소성가공 공정이다. 대표적인 중공형 인발 제품인 리니어 모션 가이드 레일(LM-guide rail)은 Fig.
	리니어 모션 가이드 레일은 어디에 사용되며 요구사항은 무엇인가	대표적인 중공형 인발 제품인 리니어 모션 가이드 레일(LM-guide rail)은 Fig. 1에 나타낸 것과 같이 자동차, 반도체, 디스플레이 제조장비는 물론 공작기계, 정밀 측정기기 등의 직선운동부의 핵심부품으로 사용되며 높은 정밀도가 요구된다[1,14,15].

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