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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 陳哲圭
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 경남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
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단조 가공법은 가장 오래된 금속성형법 중의 하나로 다른 가공법에 비해 생산성이 우수하고 고품질과 저렴하다는 장점이 있다. 단조는 국내에서 자동차산업의 발달로 그 부품의 수요가 증대하고 있으며 관련부품의 대량생산과 더불어 원가를 절감하고 강도를 향상시킬 수 있는 제조방법으로 앞으로도 점차 확대 적용될 수 있는 소성가공법이다. 특히 자동차용 자동변속기를 비롯한 동력전달 구동부품은 고강도와 경량화가 요구되므로 단조 가공법이 널리 사용되고 있다. 이러한 단조 가공법은 대량생산과 경제성을 위해 절삭 가공여유를 최소화해야 하므로 보다 정밀한 성형을 위한 금형설계와 단조 공정을 필요로 한다. 단조 비율(forging ratio)의 최적생산의 보장과 절삭 가공여유를 최소화하기 위해서는 정밀 성형 열간 단조법이 필요하다. 또한 금속 흐름 패턴, 단조 결함 및 성형 하중과 같은 일부 매개 변수를 고려하여 블로커 및 피니셔 형상을 제안하고, 블로커 및 피니셔 금형은 해석에서 얻은 가장 적합한 형상을 선택하여 금형설계와 최적의 열간 단조 공정의 검증이 된다면 열간 단조 기술 분야에 도움이 될 것이다.
본 연구에서는 금형산업에서 경험에 의존하였던 성형공정설계를 보다 효과적으로 개선하기 위한 원 웨이 클러치 이너 레이스의 성형체 SCr420HB 소재를 800～1200℃, 0.001～10 /s의 온도 및 변형률 속도 범위에서 고압압축시험하여 유동응력선도를 도출하였다.
금형제작을 위한 최적조건의 설정을 위해 유한요소해석 프로그램인 DEFORM를 사용하여 열간 단조시의 단조 성형에 의한 임계손상계수 값의 변화와 단조 공정중 온도, 변형률, 변형 속도의 변화, 최적의 단류선, 성형 하중, 단조결함이 발생되지 않는 조건을 도출하였다. 도출된 결과를 바탕으로 성형 금형은 코너부 반경, 발구배, 편심, 소재 겹침, 금형내 소재 부족(material shortage) 등을 고려한 업셋팅, 블로커, 피니셔의 단조 공정도를 제안하여 블로커 및 피니셔 금형을 제시하였다. 금형설계는 편심이 최소로 형성되는 반 밀폐단조 공정 방식으로 열탄성 변형량과 가공여유를 고려한 이너 레이스 성형용 금형은 열간 단조용 금형소재인 STD61을 사용하였고, 48～51 HRC의 로크웰 경도를 갖도록 열처리(Q/T)를 하여 금형을 제작하였다. 열간 단조는 성형 하중의 분산을 위해 소재를 업셋팅, 블로커, 피니셔 공정의 3단계 예비성형을 거쳤다. 시제품은 플래시 제거 트리밍 공정 없이 단조 되었으며, 시제품을 가지고 기계적 성질, 미세조직, 표면결함, 경도, 단류선 등의 상관관계를 고찰하였다.
단조품의 기계가공 부분을 최소화된 반 밀폐단조 금형은 설계변수의 상형과 하형 금형 설계 값이 기존의 방식보다 가공공정 수와 시간이 단축되는 설계가 되어 공정 축소와 성형 하중 최소화 되었다. 절삭가공 대비 치수정도는 피니셔에서 진원도, 편심도, 평행도는 0.5 mm 공차 범위에 있었고, 성형품의 절삭 가공 여유 치수는 편측 1 mm로 제품 완성에 특이점 없이 가공되었다.
시제품의 노드 포인트의 경도는 (101.4～102.7) HRB로 측정되었다. 기존 단조품 대비 재료 회수율은 약 19% 향상, 제품 생산시간은 약 50% 향상되는 것으로 분석되었다. 시제품은 업셋팅, 블로커, 피니셔의 공정으로 성형된 후, 피어싱을 거쳐 단차가 있는 다단 중공 형상인 이너 레이스로 제작되어 열간 단조 분야에 적용하여도 유용할 것으로 판단되며 뿌리산업인 금형산업에 경쟁력이 확보될 것으로 기대된다.
본 연구에서는 금형산업에서 경험에 의존하였던 성형공정설계를 보다 효과적으로 개선하기 위한 원 웨이 클러치 이너 레이스의 성형체 SCr420HB 소재를 800～1200℃, 0.001～10 /s의 온도 및 변형률 속도 범위에서 고압압축시험하여 유동응력선도를 도출하였다.
금형제작을 위한 최적조건의 설정을 위해 유한요소해석 프로그램인 DEFORM를 사용하여 열간 단조시의 단조 성형에 의한 임계손상계수 값의 변화와 단조 공정중 온도, 변형률, 변형 속도의 변화, 최적의 단류선, 성형 하중, 단조결함이 발생되지 않는 조건을 도출하였다. 도출된 결과를 바탕으로 성형 금형은 코너부 반경, 발구배, 편심, 소재 겹침, 금형내 소재 부족(material shortage) 등을 고려한 업셋팅, 블로커, 피니셔의 단조 공정도를 제안하여 블로커 및 피니셔 금형을 제시하였다. 금형설계는 편심이 최소로 형성되는 반 밀폐단조 공정 방식으로 열탄성 변형량과 가공여유를 고려한 이너 레이스 성형용 금형은 열간 단조용 금형소재인 STD61을 사용하였고, 48～51 HRC의 로크웰 경도를 갖도록 열처리(Q/T)를 하여 금형을 제작하였다. 열간 단조는 성형 하중의 분산을 위해 소재를 업셋팅, 블로커, 피니셔 공정의 3단계 예비성형을 거쳤다. 시제품은 플래시 제거 트리밍 공정 없이 단조 되었으며, 시제품을 가지고 기계적 성질, 미세조직, 표면결함, 경도, 단류선 등의 상관관계를 고찰하였다.
단조품의 기계가공 부분을 최소화된 반 밀폐단조 금형은 설계변수의 상형과 하형 금형 설계 값이 기존의 방식보다 가공공정 수와 시간이 단축되는 설계가 되어 공정 축소와 성형 하중 최소화 되었다. 절삭가공 대비 치수정도는 피니셔에서 진원도, 편심도, 평행도는 0.5 mm 공차 범위에 있었고, 성형품의 절삭 가공 여유 치수는 편측 1 mm로 제품 완성에 특이점 없이 가공되었다.
시제품의 노드 포인트의 경도는 (101.4～102.7) HRB로 측정되었다. 기존 단조품 대비 재료 회수율은 약 19% 향상, 제품 생산시간은 약 50% 향상되는 것으로 분석되었다. 시제품은 업셋팅, 블로커, 피니셔의 공정으로 성형된 후, 피어싱을 거쳐 단차가 있는 다단 중공 형상인 이너 레이스로 제작되어 열간 단조 분야에 적용하여도 유용할 것으로 판단되며 뿌리산업인 금형산업에 경쟁력이 확보될 것으로 기대된다.
목차
제 1 장 서론 1제 1 절 연구 배경 및 필요성 1제 2 절 국내외 연구동향 3제 3 절 연구 목표 53.1 연구 제품 53.2 연구 내용 8제 2 장 이론적 배경 10제 1 절 금형재의 온도에 대한 물리적 성질 101.1 유동 응력과 온도의 관계 101.2 응력-온도-수명 곡면 13제 2 절 단조 성형을 위한 강소성 유한요소해석 17제 3 장 성형공정과 금형설계 및 소재 실험 19제 1 절 단조품 성형공정 및 금형설계 191.1 성형 공정설계 191.2 금형설계 21제 2 절 단조품 소재 특성 분석 242.1 소재 실험 26제 4 장 성형공정의 결함 예측 해석 31제 1 절 성형결함 예측 해석 311.1 성형조건 및 해석 311.2 트리밍, 편심 성형 해석 46제 2 절 성형공정과 금형설계 및 해석 522.1 성형공정 및 금형설계 522.2 성형조건 및 해석 고찰 582.3 피어싱 임계손상계수 해석 67제 5 장 실험 결과 및 고찰 71제 1 절 금형제작 및 시제품 열간 단조 711.1 금형 열처리 711.2 시제품 열간 단조 73제 2 절 시제품 기계적 특성 분석 762.1 미세조직 검사 및 표면결함 분석 772.2 경도시험 792.3 단류선 분석 83제 3 절 시제품 분석 및 고찰 843.1 단조품 정밀도 843.2 절삭여유와 재료 회수율 89제 6 장 결론 92참고 문헌 94ABSTRACT 100
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