[논문]인발 선재의 반경 방향 변형률 분포 예측

이상곤; 황선광; 조용재

doi:10.14775/ksmpe.2019.18.9.100

[국내논문] 인발 선재의 반경 방향 변형률 분포 예측
Prediction of Radial Direction Strain in Drawn Wire 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.18 no.9, 2019년, pp.100 - 105

이상곤 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 황선광 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 조용재 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹)

Abstract ▼ AI-Helper

In wire drawing, aterial deformation is concentrated on the surface of the drawn wire because of surface contact with the drawing die. Therefore, strain varies from the center to the surface of the drawn wire. In this study, based on the upper bound method, an effective strain prediction method from the center to the surface of a drawn wire was proposed. Using the proposed method, the effective strain of the drawn wire was calculated verify the proposed prediction method, the predicted effective strain was compared with the result of finite element analysis.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

인발 시 소재의 반경방향 유효변형률 분포는 단면감소율, 다이 반각, 그리고 마찰에 영향을 받는다. 본 연구에서는 상계법을 적용하여 이러한 공정변수로 표현되는 예측모델을 제안하였다. 제안된 예측 모델을 이용하여 인발 공정 시 소재의 반경 방향 유효변형률을 평가하였다.
본 연구에서는 인발된 소재의 반경 방향 유효변 형률 예측 모델을 제안하였으며, 이를 통해 다음의 결론을 도출하였다.

제안 방법

1) 상계법을 이용하여 인발된 소재의 반경 방향 유효변형률 예측모델을 제안하였다. 제안된 모델을 이용하여 직경 5.
. 본 연구에서는 상계법을 이용하여 인발된 선재의 반경 방향 유효변형률 분포를 예측하였다. Fig.
본 연구에서는 제안된 변형률 예측 모델의 타당성을 검증하기 위하여 강소성 유한요소해석을 수행하여 반경 방향 유효변형률을 평가하였다. 유한요소해석은 DEFORM 2D로 수행되었으며, 초기 해석모델과 해석조건은 Fig.
본 연구에서는 제안된 변형률 예측 모델의 타당성을 검증하기 위하여 강소성 유한요소해석을 수행하여 반경 방향 유효변형률을 평가하였다. 유한요소해석은 DEFORM 2D로 수행되었으며, 초기 해석모델과 해석조건은 Fig. 3과 Table 3에 나타내었다. 적 용 소재는 AISI1080 고탄소강이며, 인발속도는 10.
본 연구에서는 상계법을 적용하여 이러한 공정변수로 표현되는 예측모델을 제안하였다. 제안된 예측 모델을 이용하여 인발 공정 시 소재의 반경 방향 유효변형률을 평가하였다. 또한, 예측된 유효 변형율의 타당성 검증을 위해 유한요소해석을 수행하였으며, 해석결과와 예측된 유효변형률을 비교하였다.

데이터처리

3) 예측모델의 타당성 검증을 위해 강소성 유한요소해석을 수행하였다. 해석결과 마찰을 고려한 경우 표면부의 변형률 차이는 고려하지 않은 경우 보다 상당히 낮은 약 0.
제안된 예측 모델을 이용하여 인발 공정 시 소재의 반경 방향 유효변형률을 평가하였다. 또한, 예측된 유효 변형율의 타당성 검증을 위해 유한요소해석을 수행하였으며, 해석결과와 예측된 유효변형률을 비교하였다.

이론/모형

소성가공 공정 해석을 위해 다양한 이론들이 활용되었으며 본 연구에서는 상계법 (upper bound method)를 이용하여 인발된 와이어의 반경 방향 유효변형률 분포를 예측하였다.

성능/효과

2) 마찰영향을 고려한 수정된 예측모델을 제안하 였으며, 수정된 모델을 적용한 결과 중심부와 표면부의 변형률 차이는 약 0.05286이었다.
04%, 다이 반각은 6°이다. 계산 결과에서 알 수 있듯이, 중심부와 표면부의 변형률 차이가 0.000137로 매우 적음을 알 수 있다. 본 연구에서는 식(9)에서 알 수 있듯이 기존 상계법의 경우 마찰 영향을 고려할 수 있는 항이 없기 때문인 것으로 판단하였다.
2는 식(9)과 식(11)로 계산된 변형 값을 비교한 그래프를 나타낸 것이다. 계산결과에서 알 수 있듯이 마찰을 고려한 경우 중심부와 표면부의 변형률 차이는 약 0.05286이었다. 또한, 두 경우의 표면부 변형률 차이는 약 0.
05326이었다. 따라서, 마찰이 고려된 경우 중심부와 표면부의 변형률 차가 상대적으로 높으며, 변형률은 포물선 형태의 분포를 나타냄을 알 수 있다.
따라서, 상계법과 마찰을 고려한 변형률 예측 모 델을 이용하여 인발된 소재의 반경 방향 변형률을 효과적으로 예측할 수 있음을 알 수 있다.
식(9)로부터 단면 감소율이 증가할수록 유효변형률이 증가하며, 유효변형률은 소재 중심부에서 표면으로 갈수록 높아지지만, 다이반각이 작은 경에 에는 거의 일정한 값을 나타낸다. 또한 다이반각이 증가하면 유효변형률도 증가하며, 특히 소재 표면에서 상대적으로 많이 증가함을 알 수 있다.
1) 상계법을 이용하여 인발된 소재의 반경 방향 유효변형률 예측모델을 제안하였다. 제안된 모델을 이용하여 직경 5.5 mm인 초기 소재를 단면 감소율 약 26%를 적용하여 직경 4.73mm 로 인발한 후 변형 률을 계산한 결과, 중심부와 표면부의 변형률 차이는 약 0.000137로 거의 차이가 없음을 알 수 있었다.
3591이었다. 해석결과 다이와 직접적인 접촉으로 인해 표면부의 유효변형률이 중심부보다 높았으며, 특히 표면부와 가까워질수록 변형률 증가량이 높음을 알 수 있다.

후속연구

현재까지 대부분 인발된 소재의 변형량 분포는 유한요소해석을 이용한 수치해석적 방법으로 평가되고 있다^[14,15]. 따라서 중심부에서부터 표면까지의 변형량을 이론적으로 계산할 수 있다면 소재의 불균일한 변형량을 효과적으로 예측할 수 있을 것이다.
본 연구결과를 토대로 향후 다단 인발공정에 적용하기 위한 추가적인 연구와 제안된 모델의 효과적인 실험적 검증을 위한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인발공정이란 무엇인가	대표적인 소성가공 공정 중 하나인 인발공정은길이가 긴 초기 봉재(bar) 혹은 선재(wire)를 한 개혹은 여러 개의 다이를 통과시켜 요구 단면 및 치수를 가진 제품을 제조하는 공정이다[1~4]. 소재가 다이를 통과하면 직경이 감소하게 되며 인발공정 시 ,다이를 통과하는 소재의 경우 다이와 접촉되는 표면부에 상대적으로 많은 변형이 발생된다.
	인발공정 시 유효변형률(effective strain) 분포는 어떠한 변수에 의존하는가	인발공정 시 유효변형률(effective strain) 분포는 다이 반각, 단면 감소율 등 인발 공정변수에 의존한다. 소성가공 공정 해석을 위해 다양한 이론들이 활용되었으며 본 연구에서는 상계법 (upper bound method)를 이용하여 인발된 와이어의 반경 방향 유효변형률 분포를 예측하였다.
	인발공정 시 표면부 변형량의 차이는 어떠한 영향을 끼치는가	이로 인해 중심부와 표면부의 변형량 차이가 발생하게 된다. 이러한 불균일한 변형은 최종 인발된 제품에 과도한 잔류응력을 발생시키는 등 기계적 성질에 악영향을 미친다[5~9]. 최근까지 다양한 인발관련 연구들이 수행되었으나[10~12], 변형량 분포에 대한 이론적 연구는 거의 수행되지 않았다[13].

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