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육각볼트 헤드 단조를 위한 분할금형설계
A Split Die Design for Forging of Hexagonal Bolt Head 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.19 no.5, 2020년, pp.91 - 97  

추연근 (충북대학교 대학원 기계공학과) ,  조해용 (충북대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A split-die design for the cold forging of symmetric parts such as those having a hexagonal cross-section is presented in this paper. Parts with a hexagonal cross-section, such as bolt heads and nuts, should be forged with a die that has a hexagonal-shaped hole. A split type die is required to mitig...

주제어

#냉간단조   #금형설계   #비축대칭   #유한요소해석   #보강링  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 정6각단면을 가진 단조금형의 분할방법에 대하여 수식화 및 유한요소해석을 통하여 최적의 금형분할방법에 대하여 연구하고자 하였다. 또한 다양한 금형분할법을 통하여 금형수명을 향상시킬 수 있음을 확인하고자 하였다.
  • 본 논문에서는 정6각단면을 가진 단조금형의 분할방법에 대하여 수식화 및 유한요소해석을 통하여 최적의 금형분할방법에 대하여 연구하고자 하였다. 또한 다양한 금형분할법을 통하여 금형수명을 향상시킬 수 있음을 확인하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 정6각형구조를 가진 부품의 단조금형수명향상을 위하여 금형분할방법을 설계하고 비교분석을 하였다. 일반적인 원형분할법과 정+각형분할법에 대한 유한요소해석 및 수식적 접근을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

  • 또한 열박음하여 발생되는 외압(Po)은 평면상태에서 외부원형-내부6각인 경우와 외부6각-내부6각인 경우를 비교하기 위하여 각 분할금형의 단면을 그림으로 나타내었다. 사다리꼴 형상인 경우 외압으로부터 중심부로 향하는 합성력은 동일하다고 가정한다. 또한 중심부에서의 각도는 60°, 중심축에서부터 금형내벽의 6각형의 대각거리를 r1 금형끝단까지의 거리 r2가 같다고 설정하고, 외압 ﷐P﷐o﷐에 의해 걸리는 힘은 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
단조공정이 무엇인가 단조공정은 대표적인 소성가공공정중의 하나로서 품질과 생산성이 우수하고 경제적인 가공법으로 알려져 있다[1]. 특히 자동차를 비롯한 다양한 기계공업분야에서 대량생산의 요구에 따라 단조공법을 주로 사용하고 있으며 대표적인 예로 볼트 너트와 , 같은 다양한 체결요소들이 있다.
파손원인 분석은 어떤식으로 하는가? 파손원인을 분석하기 위해 3차원 설계 프로그램인 CATIA로 금형을 모델링을 하였고 상용 유한요소해석 프로그램인 DEFORM-3D를 이용하여 단조성형 및 금형응력해석을 하였다. 해석 경계조건에서 냉간 공정이므로 금형과 빌렛의 온도는 상온인 20°C를 적용하였고 소성변형 과정에서의 발열과 금형과의 열전달은 무시하였다.
금형응력해석에 따른 결과는? 두 가지의 분할설계 금형의 응력해석 결과에서 소재로부터 발생되는 금형응력의 최대치는 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 따라서 성형과정에서 금형에 작용하는 내압은 동일한 것으로 판단된다. 그러나 응력의 분포를 비교하여 볼 경우 사다리꼴로 분할한 금형에서 응력집중이 완화된 것을 확인할 수 있다. Fig. 9(a)에서 원통형상으로 인하여 금형내벽의 모서리에 응력이 집중되어 있는 것을 볼 수 있다. 즉 내압에 의한 굽힙으로 인하여 응력이 집중되어 있는 것으로 알 수 있다. 반면에 Fig. 9(b)에서 분할금형은 사다리꼴 형상으로 설계되어 있어 응력 분포가 상대적으로 균일한 것을 확인할 수 있다. 즉 내압으로부터 발생되는 힘을 보강링으로 균일하게 전달함을 알 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. An, S. C., Lee, G., Kim, S. Y., Im, Y. T., "Elastic Analysis of Cold Extrusion Die Set with Stress Ring", Journal of The Korean Society For Technology of Plasticity, Vol. 11, No. 4, pp 355-362, 2002. 

  2. Suh, D. Y., Lee, M. C., Joun, M. S., "Elastic Finite Element Analysis of the Cold Forging Dies Prestressed by Shrinkage Rings", Journal of The Korean Society For Technology of Plasticity, Vol. 7, pp 347-353, 1998. 

  3. Park, J. H., Cho, J. M., Baek, J. H., Joun, M. S., "Improved die life in crankshaft hot forging by finite element method", Journal of The Korean Society For Technology of Plasticity, Vol. 10, pp 107-708, 2019. 

  4. Kwon, H. H., Moon, K. J., Song, S. E., "Forging Process Analysis of the Multi-forging Die for the Unified Universal Pipe Joint of the Intermediate Shaft", Journal of The Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 19, No. 1, pp 33-41, 2010. 

  5. Jung, T. W., Kim, S. W., Lee, Y. S., Hoon, M. Y., Nam, J. H., "A Study on the Split Die to Prevent Stress Concentration under Cold Former Forging Process", Korean Society for Precision Engineering, Vol. 5, pp, 249-250, 2010. 

  6. Lee, Y. S., Lee, D. K., Lee, J. H., "A Study on the Experimental and Theoretical Analysis About the Elastic of Die for Cold Forging", Journal of the Korean Society For Technology of Plasticity, Vol. 11, No. 2, pp. 171-178, 2002. 

  7. Ku, T. W., Kang, B. S., "Tool design for inner race cold forging with skew-type cross ball grooves," Journal of Materials Processing Technology, Vol. 214, No. 8, pp. 1482-1502, 2014. 

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