부분 열처리된 볼 스크류 교정을 위한 스트로크 결정 전략 :Strategy for determining stroke in partially heat-treated ball screw straightening

신지현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신지현 (한국항공대학교, 한국항공대학교 일반대학원)

지도교수: 윤해성

발행연도: 2023

저작권: 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2023

부분 열처리된 볼 스크류의 진직도 교정을 위한 전략 제시

신지현 , 김상원 , 윤희찬 외 1명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2023.07 학술대회자료

열처리된 볼 스크류의 진직도 교정을 위한 가압길이 결정 전략

신지현 , 김상원 , 윤해성 한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집 2023.04 학술대회자료

부분 열처리된 볼 스크류 교정을 위한 스트로크 결정 전략

신지현 항공우주및기계공학과 2023.01 학위논문

2022

볼 스크류의 형상 및 물성에 따른 진직도 교정 스트로크 결정 모델

신지현 , 문홍만 , 김상원 외 1명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2022.12 학술대회자료

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볼 스크류는 피로 강도의 향상을 위해 유도 경화를 통한 표면 열처리를 실시한다. 그러나 열처리 과정 중 볼 스크류에는 필연적으로 열변형이 발생하여 진직도가 감소하며, 이는 곧 전체 장비의 정확도 및 효율 저하로 이어진다. 그러므로 3점 혹은 4점 굽힘을 통한 가압으로 인위적인 소성 변형을 발생시켜 이러한 변형을 제거하는 과정이 필수적이며, 이를 진직도 교정이라 한다.
그러나 열처리에 의해 볼 스크류는 내·외부가 서로 다른 기계적 물성치를 지니게 되며, 이에 따라 적절한 교정 스트로크 결정에 큰 어려움이 따른다. 부정확한 교정 스트로크는 생산성의 저하로 이어짐에도 불구하고, 현재 볼 스크류의 진직도 교정은 명확한 스트로크 결정 절차 없이 작업자의 경험에 의존하고 있다.
본 연구에서는 더욱 정밀한 교정을 위한 스트로크 결정 전략 및 교정 프로세스를 제시한다. 다양한 기하학적 형상과 열처리 깊이를 갖는 볼 스크류를 3점 굽힘 실험을 실시하였다. 전체 단면적에 대한 열처리된 단면적의 비율과 열처리된 단면적의 절댓값이 소성 변형에 큰 영향을 미침을 확인하였으며, 실험 결과와 반응 표면법을 활용하여 소성 변형을 예측하기 위한 경험적(empirical) 모델을 제시하였다. 모델의 확장을 위해 이중 재료를 가지는 볼 스크류의 가압 시나리오를 모델링하고, 유한요소해석을 실시하여 해석과 실험이 유사한 특성을 나타냄을 확인하였다.
볼 스크류의 정확한 프로파일 측정을 위한 새로운 측정 방식 및 교정 프로세스를 제시하였다. 기존 측정 방식인 점 측정 방식의 문제점인 센서의 설치 위치에 의한 오차 영향을 무시할 수 있는 횡 측정 방식을 제안하였다. 현장 적용을 위해 두 가지 측정 방식을 결합하여 더욱 빠르고 정확한 프로파일을 획득할 수 있어 현장 적용에 용이한 측정 방식을 제시하였다.
실험 결과를 바탕으로 볼 스크류의 진직도 교정 프로세스를 제시하고, 실험을 통해 이의 유효성을 검증하였다. 본 연구를 통해 더욱 정밀하고 효과적인 진직도 교정을 실시할 수 있으리라 기대한다.

To enhance the fatigue strength, ball screws undergo surface heat treatment through induction hardening. However, during the heat treatment process, inevitable thermal deformation occurs in the ball screw, resulting in a decrease in straightness, which subsequently leads to a reduction in overall equipment accuracy and efficiency. Therefore, it is essential to generate artificial plastic deformation through three-point or four-point bending to eliminate such deformation, and this process is known as straightening.
However, due to the heat treatment, the ball screw acquires different mechanical properties between its inner and outer regions, posing significant challenges in determining the appropriate stroke. Despite the decrease in productivity caused by inaccurate strokes, the current straightening of ball screws relies heavily on the experience of the operator without clear procedures for determining the stroke.
In this study, we propose a stroke determination strategy and straightening process for more precise straightening. Three-point bending experiments were conducted on ball screws with various geometric shapes and heat-treatment depths. It was observed that the ratio of the heat-treated cross-sectional area to the total cross-sectional area and the absolute value of the heat-treated cross-sectional area significantly influenced plastic deformation. Experimental results were used to develop an empirical model for predicting plastic deformation using response surface methodology. To extend the model, a scenario of ball screws with multiple materials was modeled, and finite element analysis was performed, confirming the convergence of analysis and experimental characteristics.
A new measurement method for acquire accurate profile of ball screws were presented. A longitudinal measurement method was proposed to overcome the limitations of existing measurement methods, which are affected by sensor placement errors. For practical application, a combined approach of two measurement methods was suggested to obtain faster and more accurate profiles, providing a measurement method suitable for field applications.
An effective straightening process was also presented, and its validity was demonstrated through experiments. This study is expected to enable a more precise and efficient ball screw production process.

#3-point bending #Ball screw #Plastic deformation #Straightening #Strategy

제1장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목표 및 방법 3
제2장 실험 설계 4
2.1 실험 장비 4
2.2 변수 및 실험 조건 5
2.3 유한요소해석을 통한 모델 확장 7
제3장 소성 변형 예측 모델 9
3.1 볼 스크류의 소성 변형 거동 9
3.2 소성 변형 예측 모델 13
3.3 그 외의 변수 17
제4장 교정 전략 20
4.1 프로파일 측정 20
4.1.1 횡 측정 방식 21
4.1.2 보상 방안 22
4.2 진직도 교정 전략 24
제5장 결 론 26
참 고 문 헌 27
ABSTRACT 30

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