초록 ▼

최근에 금속분말 압축생형의 소성이론은 여러가지 한계조건과 압축생형의 인장시와 압축시의 비대칭 거동을 고려하며 전개되어 왔다. 항복함수에 관련되는 매개변수들은 실험적 또는 경험적으로 구하여지거나, 또는 기질재료의 기계적성질로 부터 얻어졌다. 이러한 방법으로 정의된 항복함수와 함께 유도된 유동법칙과 경계조건으로부터 이론적인 문제의 구성이 이루어진다. 또한 강소성재료의 사용을 전제로 유한요소법에 관한 이론적 식들이 정리되고 유한요소법 프로그램이 작성된다.금속분말의 압축문제는 평형방정식을 적용함으로서 시작이 된다. 비

최근에 금속분말 압축생형의 소성이론은 여러가지 한계조건과 압축생형의 인장시와 압축시의 비대칭 거동을 고려하며 전개되어 왔다. 항복함수에 관련되는 매개변수들은 실험적 또는 경험적으로 구하여지거나, 또는 기질재료의 기계적성질로 부터 얻어졌다. 이러한 방법으로 정의된 항복함수와 함께 유도된 유동법칙과 경계조건으로부터 이론적인 문제의 구성이 이루어진다. 또한 강소성재료의 사용을 전제로 유한요소법에 관한 이론적 식들이 정리되고 유한요소법 프로그램이 작성된다.금속분말의 압축문제는 평형방정식을 적용함으로서 시작이 된다. 비선형 강성행렬식으로 인하여 감쇄 뉴톤-랩슨 방법이 프로그램내에 도입되었다. 시뮬레이션에서 재료성질즉, 압축생형의 항복응력과 상대 밀도등은 각각의 요소내에서 일정하다고 가정하였다. 다이벽과 금속분말 사이의 마찰은 쿨롱마찰이 적용되는 것으로 묘사되었다. 이렇게 강소성유한요소법 프로그램을 사용하여 중실축 형태와 중공축 형태의 부품의 압축실험을 모의실험(시뮬레이션) 하여, 압축생형내의 상대밀도 분포와 다이 및 펀치에 작용하는 압력을 여러문헌에 나타난 실험결과와 비교한 결과 잘 일치함을 보였다. 1급 부품(단이 없는 형상의 부품)의 모의실험 결과는 금속분말의 압축성과 마찰에 의한 영향 등 금속분말의 압축에 관한매우 유용한 정보를 제공하였다. 또한, 강체로 묘사되는 다이를 사용하여 축대칭 형태의플랜지와 플랜지-허브 형상의 금속분말 압축에 대한 모의실험이 수행되었고, 최종적으로는세가지 서로 다른 치수의 플렌지 형상의 부품이 모의실험 되었다. 3급부품의 모의실험에서는 복동프레스를 이용한 압축공정이 수행되어, 각각의 펀치는 서로 다른 구동에 의하여각각의 레벨(단)을 일정한 밀도로 압축하도록 하였다. 같은 초기 형상에 대해 각기 다른펀치의 속도를 부여한 결과, 비록 초기 형상이 같을지라도 적절한 펀치속도의 조절로 인하여 상대밀도의 분포가 다르게 나타나므로, 각각의 펀치속도의 조정이 압축생형의 공정설계에 매우 중요한 요인으로 판명되었다. 중공축 형상의 펀치벽면에 작용하는 반경방향의 압력은 복동구동시스템에서는 펀치사이의 여유가 정확하게 컨트롤되어야 하기 때문에 시스템설계에서는 매우 중용한 정보가 된다.금속분말의 압축공정을 유한요소법에 의한 모의실험을 통하여 해석한 결과, 해석적으로 결과가 없는 금속분말의 압축공정에 유한요소법을 적용하여 해를 구하는 것은 매우 유용하고 중요할 것으로 생각된다. 또한, 본 연구에 사용된 프로그램에 금속성형분야에서 예비성형체 설계에 적용한느 후방추적기법을 도입함으로서 초기몰드형상설계에 유용하게 사용할수가 있을 것이다. 현재의 유한요소법 프로그램의 광범위한 사용을 위해 본 연구에 적용된 구리나 철 분말 이외의 금속분말 재료의 기계적성질을 규명하는 것도 매우 중요하리라생각된다. 또한, 금속분말 공정이 주로 합금을 형성시키는데 적용되므로 금속분말 혼합물의 압축시 변형거동을 연구/조사하는 것도 매우 유익하리라 생각된다.

Abstract ▼

In the present study, a plasticity theory of powdered metalcompacts has been developed by considering limiting conditions and asymmetric behaviorof powdered metal compacts in tension and compression. The parameters involved inthe yield function were obtained empirically or from the base metal

In the present study, a plasticity theory of powdered metalcompacts has been developed by considering limiting conditions and asymmetric behaviorof powdered metal compacts in tension and compression. The parameters involved inthe yield function were obtained empirically or from the base metal properties. Usingthe defined yield function, theoretical formulations of the problem were developed fromderived flow rules and boundary conditions. Using the rigid-plastic material approach,the finite element equations were derived from theoretical formulations and into theFEM program.The metal-powder compaction problem was first analyzed by solving theequilibrium equations. Due to the nonlinearity of the stiffness equation, the dampedNewton-Raphson method was employed. During simulation, material properties, suchas yield stress and relative density of compacts, have been assumed to be uniformwithin each element. Friction between the die-wall and the powder was representedby Coulomb's law. Using the developed rigid-plastic program, several simulations wereperformed for the compaction processes of solid cylinders and cylindrical rings. Goodagreement between FEM simulation results and experimental data was observed interms of relative density distribution and pressure exerted on the die-wall and punches.As a whole, compaction of single-level components is very important since it canprovide useful information about metal powder under compaction such as compressibility,friction, etc. Further investigation of the rigid-die compaction of axi-symmetric flangeand flange-hub shape has been performed. Three different final geometries of flangeand flange-hub shapes were compacted. A combined operation was employed tosimulate the compaction processes of three-level parts. Individual punches were usedto compress each level for uniform density. With the same initial mold shape, twopunch speeds were used. The simulation results showed that proper determination ofeach punch speed is very important in designing a compaction process since theresulting density distributions are quite different from each other, even if the initial moldshapes are the same. The information on radial pressure exerted on the tubularpunches can be very useful in designing combined operational tooling system, sinceclearances between punches should be closely controlled. In conclusion of the finiteelement analyses on powdered-metal compaction processes, it can be said that theapplication of the finite element method in powdered-metal compaction will become moreimportant, especially for those problem which as yet have no analytical solutions. Thedeveloped program also can be used for designing an initial mold shape by employingthe backward-tracing scheme, which has been used for preform design in the metalforming area. Further investigations are required to find material properties of metalpowders other than copper and iron under compaction for extensive use of the presentfinite element program. Also, the deformation behavior of a metal powder mixtureunder compaction should be investigated, since P/M processes are often used foralloying.

목차 Contents

• 1. 서론...9
• 2. 연구방법 및 이론...10
• 2.1 소성이론 정립...10
• 2.2 유한요소 프로그래밍...12
• 2.3 경계 조건(Boundary Condition)...15
• 3. 1급 및 2급 부품 실험...15
• 3.1 상대밀도의 분포...16
• 3.2 작용하중-행정거리의 관계...17
• 3.3 다이압의 분포...18
• 3.4 성형체의 길이대 직경비와 다른 설계변수와의 관계...19
• 4. 해석 결과의 고찰...20
• 4.1 상대밀도의 분포 고찰...20
• 4.2 작용하중-행정거리의 관계 고찰...20
• 4.3 다이압의 분포 고찰...21
• 4.4 높이대 직경비와 압렬전달률과의 관계 고찰...21
• 5. 3급 부품의 해석...21
• 5.1 도 입...21
• 5.2 Problem Description...22
• 5.3 Compaction of Flanged Cylinders...22
• 5.4 Compaction of Hollow Flanged Cylinders...26
• 6. 4급 부품의 해석...29
• 6.1 4급 부품의 압축성형...29
• 7. 결론...33
• 8. 참고문헌...34
• 연구수행관련 논문발표목록서...36
• 자체평가서...37