튜브 그루브 변형 저감을 위한 확관 공정 및 확관볼 형상 최적화에 관한 연구 :Study on the Optimization of Expansion Process and Expansion Ball Shape for Tube Groove Deformation Reduction

신인철

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신인철 (부산대학교, 부산대학교 대학원)

지도교수: 박성훈

발행연도: 2018

저작권: 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

튜브 그루브 변형 저감을 위한 확관 공정 및 확관볼 형상 최적화에 관한 연구

신인철 기계공학부 2018.01 학위논문

2017

튜브 확관 공정 중 발생하는 튜브의 내부 그루브 변형을 감소시키기 위한 확관볼 설계

신인철 , 김홍성 , 박성훈 대한기계학회 춘추학술대회 2017.11 학술대회자료

확관성형 시 발생하는 튜브 내부 그루브 높이 변화를 감소시키기 위한 홈 형상의 그루브를 가진 확관볼 설계

신인철 , 김한종 , 박성훈 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2017.05 학술대회자료

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핀-튜브 형태의 열교환기 확관 공정에서, 확관 공정 변수와 확관볼 형상에 의해서 발생하는 튜브 내부 그루브의 변형과 소착 및 확관력은 열전달 효율과 확관 장비의 수명에 영향을 미친다. 따라서 본 연구의 목적은 확관 성능에 크게 영향을 주는 공정 변수들 및 확관볼 형상 관련 설계 변수들을 선정하고, 이 변수들이 확관 성능에 작용하는 역할을 실험과 해석으로 분석하는 것이다. 또한 튜브 내부 그루브의 소착 지점을 파악하고 소착 발생을 정량화하기 위하여 확관력의 미분 값을 이용하는 새로운 방법을 제시하였다. 우선, 알루미늄 튜브의 확관 실험을 통하여, 윤활유를 사용하였을 때, 윤활유의 점도가 높을 때 그리고 윤활유가 확관볼에 고여 있게 할 수 있는 윤활유 홈이 확관볼에 있을 때, 확관력이 더 낮게 발생하였다. 또한 실험 결과로부터 튜브 내부 그루브의 소착 양과 관련이 있는 확관력 미분 값의 표준편차 량과 확관력의 크기가 서로 비례함을 알 수 있었다. 확관볼 형상이 확관력 및 튜브 내부 그루브의 변형에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 총 7 Type의 확관볼 모델을 사용하여서 구리 튜브의 확관 해석을 수행하였다. 그 결과, 확관볼과 튜브의 마찰면적 증가에 관계되는 형상 설계 변수들은 확관력 및 튜브 내부 그루브 변형의 증감에 영향을 미치고, 확관볼과 튜브의 접촉 부분의 곡률 반경 정도는 그루브의 변형 감소에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 향후, 본 연구에서 조사한 확관 형상 관련 설계 변수들의 영향을 바탕으로, 설계 변수 최적화를 수행하여서 확관 성능을 극대화 시키는 연구를 수행하고자 한다.

In the fin-tube heat exchanger expansion process, the tube inner groove deformations, adhesion, and expansion force caused by the expansion process variables and the expansion ball shape have an influence on the efficiency of heat transfer and the lifetime of the expansion equipment. Therefore, the objective of this study to select the process variables with a large influence on the expansion performance and the design variables related to the expansion ball shape and to analyze the role of these variables in affecting the expansion performance through experiments and numerical analyses. Moreover, a new method that uses the expansion force rate is proposed to determine the tube inner grove’s adhesion points and quantify the amount of the adhesion occurrence. The Al tube expansion experiments showed that the expansion force was lower when using a lubricant with a high viscosity and when the expansion ball had a lubricant groove such that the lubricant could be in the expansion ball. The experimental results also showed that the amount of the tube inner groove’s adhesion and the related expansion force rate value’s standard deviation were proportional to the magnitude of the expansion force. A Cu tube expansion analysis was performed to investigate the influence of the expansion ball shape on the expansion force and the tube inner grove’s deformation by using seven types of expansion ball models. The shape design variables related to the increase in the frictional areas of both the expansion ball and the tube influenced the increase and decrease of the expansion force and the tube inner groove deformation. Furthermore, the degree of the curvature radius of the contact parts between the expansion ball and the tube influenced the decrease in the expansion force, and the increase in the ratio of radial expansion force to axial expansion force led to the decrease in the tube inner groove deformation. In future study, we plan to perform an optimization of the design variables and a maximization of the expansion performance during the tube expansion process.

#튜브확관성형 #미세그루브튜브 #확관볼

제 1 장. 서론 …………………………………………………………………………………·1
1.1 연구의 배경…………………………………………………………………………1
1.2 연구 동향……………………………………………………………………………3
1.2.1 핀-튜브 열교환기 확관 공정 변수…………………………………………3
1.2.2 핀-튜브 열교환기용 확관볼 ………………………………………………‥4
1.3 연구 목표 및 내용 ·………………………………………………………………·5
제 2 장. 이론적 배경 …………………………………………………………………………6
2.1 핀-튜브 열교환기의 제조 공정 …………………………………………………6
2.2 튜브 내부 그루브의 변형…………………………………………………………·8
제 3 장. 확관 실험 방법과 해석 방법 ……………………………………………………·11
3.1 확관 실험 및 해석에 사용된 재료 및 물성 …………………………………‥11
3.2 확관 장치 구성 ·…………………………………………………………………····13
3.3 튜브 확관 실험 ··…………………………………………………………………···15
3.4 일원배치 분산분석 ………………………………………………………………···16
3.5 확관볼 형상 모델링 ·………………………………………………………………·19
3.6 튜브 확관 해석 모델 ……………………………………………………………···24
제 4 장. 결과 및 토의 ·………………………………………………………………………···29
4.1 확관 공정 변수와 확관볼 형상이 확관력에 미치는 영향 분석 ……………··29
4.2 수축 확관과 무수축 확관의 차이점 분석………………………………………···33
4.3 튜브 그루브의 변형에 확관볼 설계 변수가 작용하는 역할 분석…………····35
제 5 장. 결론 ·……………………………………………·············…………………………··43
참고 문헌 ·············…………………………………………………····……………………·····44
ABSTRACT ·············…………………………………………………····…………………······47

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