초록 ▼

1.연구개발의 목적 및 중요성-단조공정의 개선 및 소재의 결함 방지를 위해서는 금형의 설계 및 가공에 대한 연구가 필수적이며, 최근에는 컴퓨터의 발전과 더불어 CAN/CAM/CAE를 이용하여 금형의 설계 및 가공에 이르기까지 효율적으로 행할 수 있는 연구가 진행 중이다. 일반적으로 밀폐형 단조에 이용되는 금형은 그 형상이 복잡할 수록 금형은 연삭(Grinding)하거나 래핑(Lapping)하는데 많은 시간과 비용이 소요된다. 이렇게 제작된 금형을 이용하여 현자에서 단조실험한 결과 제품의 불량이나 심지어 금형의 파손등이 일어난다면 금

1.연구개발의 목적 및 중요성-단조공정의 개선 및 소재의 결함 방지를 위해서는 금형의 설계 및 가공에 대한 연구가 필수적이며, 최근에는 컴퓨터의 발전과 더불어 CAN/CAM/CAE를 이용하여 금형의 설계 및 가공에 이르기까지 효율적으로 행할 수 있는 연구가 진행 중이다. 일반적으로 밀폐형 단조에 이용되는 금형은 그 형상이 복잡할 수록 금형은 연삭(Grinding)하거나 래핑(Lapping)하는데 많은 시간과 비용이 소요된다. 이렇게 제작된 금형을 이용하여 현자에서 단조실험한 결과 제품의 불량이나 심지어 금형의 파손등이 일어난다면 금형 제작에 소요된 시간과 비용의 손실을 가져오게 된다. 따라서 최근에는 컴퓨터에서 금형을 마음대로 바꾸어 시뮬레이션 해 본 후에 원하는 제품의 성형이 가능할 때 실제로 금형을 제작함으로써 금형의 설계 및 가공 시행 착오를 최대한 줄이도록하는 연구가 활발히 진행중이다. 컴퓨터 시뮬레이션을 진행하는데 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 방법중 하나가 유한요소법(Finite element method. FEM)이다. 유한요소법의 장점은 단조 공정 중에 소재의 변형 유동, 성형하중, 변형도 또는 변형도율의 분포,응력분포 등을 얻을 수 있으며 이러한 계산 결과들은 단조공정 및 금형 설계에 매우 중요하다. 그러나 지금까지 연구된 이론적인 배경은 대부분 금형이 강체라는 가정을 하고 있는 단점을 갖고 있다. 이러한 가정은 상황에 따라 받아들일 수 있는 가정이긴 하지만 금형 설계의 개선을 위한 금형의 탄성변형 해석에는 문제가 있다. 따라서 본 연구의 목적은 금형의 변형을 계산하여 금형 설계에 반영시킬 수 있는 연구를 수행하였다. 2.연구개발의 내용 및 범위- 본 연구에서는 복잡한 형상을 갖는 3차원 단조 공정에 대하여 효율적인 수치해석 방법인 유한요소법을 바탕으로 산업적으로 유용한 정밀단조 공정들을 해석하고 이에 대한 금형의 탄성변형량을 계산하는 방법을 개발한다. 지금까지 연구된 대부분의 단조공정 해석[1-7]에 대한 이론적인 배경은 금형이 강체라는 가정을 하고있는 단점을 갖고있다. 이러한 가정은 상황에 따라 받아들일 수 있는 가정이긴 하지만 금형 설계의 개선을 위한 금형의 탄성변형 해석에는 문제가 있다. 금형의 탄성해석은 금형의 변형을 금형설계에 반영시킬 수 있어야 한다. 그러나 금형과 소재를 함께 풀 수 있는 만족할만한 이론을 개발하기는 매우 어렵다. 왜냐하면 3차원 변혀에 대한 두 물체 사이에 마찰이 존재하는 접촉 처리 방법[7-11]에 대한 적절한 이론개발이 매우 어렵기 때문이다. 그러므로 비정상 상태의 금속 성형 공정에 대한 탄성 해석은 변형의 마지막 단계에 대한 정보를 사용하는 방법이 간단하다. 금형의 탄성 해석을 위하여 이전의 해석[11-13]은 소재의 결점과 금형의 결점이 일치되게 설계하여 해석하였으나 이러한 해석 방법은 조재의 변형 모양이 불규칙적으로 변하는 3차원 비-정상 상태 문제에서는 실질적으로 불가능하다. 그러므로 금형과 소재사이에 불규칙적으로 절점이 이루어 졌을때 소재로 부터 얻어진 데이타를 어떻게 금형으로 전달할 수 있는가에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구를 통해 금형과 조재간의 상관 관계를 체계적으로 연구 하고자 한다. 3. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의 -본 연구를 통해 축대칭 및 평면 변형에 대한 유한요소 프로그램을 임의의 곡면 형상에 대한 해석에 환벽을 기할 수 있었으며, 복잡한 3차원 냉간단조 공정에 대한 이론적인 바탕을 통해 3차원 전산화 프로그램을 개발하고 이를 선택한 예제 즉, 평치차(Spur gear)단조와 베벨치차(Bevel gear)단조 공정에 적용시켜 완벽한 결과를 얻을 수 있었으며 또한 금형에 발생되는 응력집중 및 탄성변형량을 계산하여 금형 설계에 대한 중요한 데이타를 제공할 수 있었다. 본연구를 통해 해석한 베벨치차 및 평치차 제품은 산업적으로 중요한 기계요소이며 고도의 정밀도를 요하는 제품들이다. 또한 경제적으로도 부가가치가 높은 산업 요소이므로 3차원 단조에?? 있겠다. 따라서 본 연구의 결과는 정밀 냉각 단조 산업체에 발생되는 단조 공정 및 금형 설계의 애로사항을 지원할 수 있으리라 기대된다.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...7
• 제 2 장 냉간 단조 금형의 탄성 해석을 위한 유한 요소별...10
• 제 3 장 단조 금형의 탄성 변형 및 응력햇거에 대한 응용 예...33
• 제 4 장 결 론...67
• 참고문헌...69
• 감사의 글...71