[논문]다구찌법을 활용한 헤딩공정설계 최적화 연구

황준; 원진환

doi:10.6111/jkcgct.2023.33.6.216

[국내논문] 다구찌법을 활용한 헤딩공정설계 최적화 연구
A study on the cold heading process design optimization by taguchi method 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.33 no.6, 2023년, pp.216 - 225

황준 (한국교통대학교 항공‧기계설계학과) , 원진환 (한국교통대학교 대학원 항공.기계설계학과)

초록
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본 연구에서는 냉간 헤딩 공정에서 성형하중과 펀치 금형의 마모 감소를 통한 펀치 수명 증대를 위해 헤딩용 펀치 형상 최적설계를 수행하였다. 기존 생산에 사용되는 냉간 헤딩 펀치와 성형공정에 대한 유한요소해석 시뮬레이션을 통해 성형하중과 유동 특성 분석, 펀치금형에 집중되는 유효응력 및 마모량에 대하여 분석하였으며, 이를 통해 금형 마모와 밀접한 주요 설계인자를 확인하였다. 펀치금형의 최적설계 변수로서는 펀치 금형 포인트각(Point angle), 에지 반경값(Corner radius), 펀치소재재종(die material type), 마찰계수(friction coefficient) 등의 4가지 변수를 대상으로 4인자 3수준 인자 및 변수 수준을 설정하고, 성형해석 시뮬레이션과 다구찌법을 활용하여 설계인자별 영향도를 분석하여 최적의 최적설계 인자를 결정하였다. 본 연구를 통해 얻어진 최적설계변수를 적용하여 냉간 헤딩용 펀치 최적설계 시뮬레이션 결과, 각 펀치에 발생하는 최대유효응력은 최대 8.9 % 감소 효과를, 최대 펀치 마모 깊이는 37 % 감소 효과를, 성형하중은 평균 20% 수준 의 감소효과를 얻을 수 있었다. 현재, 소성 성형제품군이 적용되는 자동차, 건설 플랜트사에서 요구되는 고품질에 대응하면서도 적정 제조원가 절감을 위한 성형성 개선을 위한 성형공정개발 및 금형설계의 최적화가 지속적으로 필요하며, 향후 연구 결과를 현업에 적용하여 제품 성형성 개선 및 금형수명 증대 관리를 위한 기술자료로 활용하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the finite element analysis and die design change of cold heading punching process to increase the cold forging tool life and reduce the tool wear and stress concentration. Through this study, the optimization of punch tool design has been studied by an analysis of tool stress and wear distribution to improve the tool life. Plastic deformation analysis was carried out in order to understand the cold heading process between tool and workpiece stress distribution. Cold heading punch die design was set up to each process with different four types analysis progressing, the cold heading punch dies shapes with combination of point angle and punch edge corner radius shapes of cold forging dies, punch die material properties and frictional coefficient. The design parameters of point angle and corner radius of punch die geometry, die material properties and frictional coefficient were selected to apply optimization with the DoE (design of experiment) and Taguchi method. DoE and Taguchi method was performed to optimize the cold heading punch die design parameters optimization for bolt head cold forging process, it was possible to expect an reduce the cold heading punch die wear to the 37 % compared with current using cold heading punch in the shop floor.

주제어

표/그림 (25)

그림 Fig. 1. Cold heading punch and precision bolt & screw [1].
그림 Fig. 2. The critical defects of cold heading punch [1].
그림 Fig. 3. Cold heading punch M30PT design.
그림 Fig. 4. Initial product configuration of cold heading process for simulation.
그림 Fig. 5. Forging analysis stage modeling for cold heading process.
표 Table 1 Mechanical properties of cold heading process simulation
그림 Fig. 6. Analysis results of cold heading punch stress (a) and die wear distribution (b).
그림 Fig. 7. Stress concentration analysis of bolt cold heading process.
표 Table 2 Design parameters and analysis results of current cold heading punch
그림 Fig. 8. Effective stress distribution analysis for 9 different of cold heading punch designs.
표 Table 3 Chemical composition of the punch material
표 Table 4 Design parameter for design of experiment
표 Table 5 Orthogonal array table for each element of L₉(3⁴)
그림 Fig. 9. Comparison of die forging load with 9 different cold heading punch shape designs.
그림 Fig. 10. Configuration of mesh generation of top die (cold heading punch) wear simulation.
표 Table 6 S/N ration analysis L₉(3⁴) for cold heading punch stress
표 Table 7 ANOVA table of cold heading punch stress analysis
표 Table 8 Calculated optimal design values for cold heading punch stress reduction
표 Table 9 Finite element analysis conditions for cold heading punch wear analysis
그림 Fig. 11. Wear analysis of cold heading punch.
표 Table 10 S/N ration analysis L₉(3⁴) for cold heading punch wear
표 Table 11 ANOVA table of cold heading punch wear analysis
표 Table 12 Calculated optimal design values for cold heading punch stress reduction
그림 Fig. 12. Analysis results of effective stress and wear distribution of compromised optimal punch design for cold heading process.
표 Table 13 Compromised optimal design parameters for cold heading punch

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DEFORM 3-D Ver10.1.2 User Manual, (2010).

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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