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2017 한국소성가공학회 춘계학술대회 논문 발표

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AFDEX 개발팀은 2017 한국소성가공학회 춘계학술대회에서 아래의 논문들을 발표할 예정이다. 논문의 대부분은 AFDEX_V17R01에서 제공하는 신기능들과 이와 관련된 전문지식을 주제로 하고 있다.

 

 

 

2017  한국소성가공학회 춘계학술대회

1

 기존 연성파괴 이론에 의한 세브론 크랙의 예측 가능성과 한계

2

 쉘노징 공정 중 발생한 선단부 파단의 원인

3

 열간단조 중 발생한 공기 갇힘의 영향

4

 볼조인트케이스 열간단조용 프리폼의 제조를 위한 크로스롤링 공정의 실용적 설계

5

요크 자동다단 정밀냉간단조 공정의 스프링 백 해석 및 검증

6

 냉간압출공정의 정밀유한요소해석 및 수치적 문제에 관한 연구

7

 미세조직예측을 위한 소재 정보의 획득을 위한 실용적 기법

8

 단조 후 소재 절삭에 따른 탄성회복 변형의 유한요소예측

9

 최적 사면체요소망을 이용한 링롤링 공정의 유한요소해석

10

 금형변형 및 소재온도의 연계해석이 결과에 미치는 영향에 관한 정량적 분석

11

 비축대징 제품의 냉간단조에서 원형 구멍 성형 시의 진원도에 관한 연구

 

  

 

1. 기존 연성파괴 이론에 의한 셰브론 크랙의 예측 가능성과 한계


대부분의 연구자들이 Cockcroft-Latham 손상도 이론을 사용하고 있다. 그러나 이론을 개방압출의 셰브론 크랙의 생성 예측에 적용해 보면, 그림 (a)에서 보는 바와 같이 실험과 차이가 있다. 그림 (b) 초기의 손상도 상태를 크게 달리하여 강제적으로 실험과 유사한 결과가 나오도록 것이며, 이로부터 Cockcroft-Latham 손상도 모델의 부적절성을 강조하고 있다. 손상도 모델의 문제는 압축변형의 영향을 무시한 것에서 연유한다.

 


 

 

 

  

2. 냉간 쉘노징 공정 발생한 파단 현상의 규명


일반적으로 냉간단조 파단이 발생하면, 연성파괴로 간주하는 경향이 있다. 연구에서는 노징 공정에서 심한 압축변형 후에 소재가 출구를 통과하는 순간에 발생하는 취성 파괴를 소개한다. 탄소성 유한요소법을 통하여 스프링백 이후에 최대 주응력이 재료의 항복강도보다 높게 된다. , 유효응력은 유동응력보다 작아 탄성영역에 속한다. 재료는 주응력 방향에 수직한 방향으로 파단된다.


 

  






3. 열간단조 발생한 공기 갇힘의 영향


주위가 높은 압력으로 막힌 공기갇힘 현상은 결함을 발생시키게 된다. 아래 그림은 축대칭 단조공정 공기갇힘 현상으로 발생한 결함의 발생 과정을 예측한 것이다. 공기갇힘 현상을 예측하기 위해서 필요한 것은 공기 압축률과 발생 압력의 함수 관계이다. 해석 과정에서 내부 압력이 주위의 금형 압력보다 커지면, 자동적으로 내부 압력을 금형 압력을 초과하지 않도록 떨어뜨려 주어야 한다. 그림 (a) (b) 공기 갇힘에 의해 발생한 결함의 실험 예측 결과를 비교하고 있다.

 





 

 

4. 볼조인트 소켓 열간단조 공정의 최적화 설계


볼조인트케이스의 열간단조용 최적 프리폼을 제안한 것으로 크로스웨지롤링을 이용하여 초기소재의 중간 부위의 소재량을 줄인 것이다. 이를 통하여 금형의 최대응력이 40% 감소하였다. 아래 그림은 해석결과와 실험결과를 비교하고 있다.

  







5.  자동다단 정밀냉간단조 공정의 스프링 해석 검증


아래의 그림은 요크 자동다단 정밀냉간단조공정을 탄소성 유한요소법을 이용하여 언로딩 공정을 해석하여 얻은 스프링백 양의 예측치와 실측치를 비교한 결과이다. 실측치는 0.58 mm 반면, 예측치는 0.50 mm 나타났다. 결과는 스프링백 양의 예측치가 정량적 의미를 갖는다는 사실을 말해준다.

 

  

 

 

 

 

 

6. 냉간압출공정의 정밀유한요소해석 수치적 문제에 관한 연구


아래 그림은 개방 압출공정을 나타낸다. 개방압출공정에서 한계 단면감소율은 특히 샤프트류의 자동다단 정밀냉간단조에서 매우 중요하다. 압출공정은 형상에 비하여 수치해석 상으로 비교적 난해한 문제이다. 단면감소율의 영향이 절대적이며, 이것은 최상위 최하위에 위치한 금형과 접촉한 절점이 이것을 결정하기 때문이며, 해석 중에 값은 지속적으로 변한다. 연구에서는 한계 단면감소율의 결정을 목표로 금형을 강체 또는 탄성체로 모델링하고, 소재를 강소성체 또는 탄소성체로 간주하여 만들어진 4개의 조합에 대한 수치적 특성을 연구한 것이다. 연구 결과는 실용적임은 물론이고 관련 기술자 연구자들에게 적용 이론에 관한 영감을 주는데 매우 효과적이다

 

   

 

 

 

 

 

7. 미세조직예측을 위한 소재 정보의 획득을 위한 실용적 기법


그림 (a)는 이미 알려진 소재의 물성치를 이용하여 결정립의 크기를 예측한 것이다. 그림 (b)는 그림 (a)를 AFDEX-HyperSTUDY의 최적화기능을 활용해 획득된 소재의 물성치를 이용하여 결정립의 크기를 예측한 결과이다. 두 결과는 공학적으로 동일하다. 그림 (a)를 결정립의 크기 분포가 실험적으로 획득된 것이라고 간주하면, 전술한 그림 (b)의 방법을 통해 소재 물성치 획득이 난해한 미세구조 해석에서 결정립의 크기를 경제적으로 획득할 수 있다. 

 

 






8. 냉간단조품의 절삭에 의한 변형량의 유한요소해석


그림 (a) 탄소성 유한요소법을 이용한 잔류응력 우하부의 모서리 각도를 예측하는 목적으로 사용된 사각형요소망이다. 그림 (b) 하부를 고정시킨 상태에서 상부를 기계가공으로 제거한 스프링백 해석을 실시하는데 사용한 요소망이다. 실험결과와 해석결과를 비교한 결과, 모서리 각도의 변화량이 각각 0.18°와 0.14°를 기록하였다. 정도의 정확도는 유의미한 것으로 판단된다.


 

 

 

 

 

  

9. 최적 사면체요소망을 이용한 링롤링 공정의 유한요소해석


링롤링 공정은 대표적인 점진성형 공정으로 계산시간 정확도의 양면에서 개선점이 여전히 남아 있다. 문제의 해결에 있어 요소망의 중요성을 재차 강조할 필요가 없다. 연구에서는 링롤링 공정에 최적합한 요소망, 접촉조건을 반영한 환상 조밀요소망을 제안하였으며, 아래 그림에서 보는 바와 같은 적용 예제를 통하여 효과를 확인하였다.

 


 

 

 

 

 

 

10. 금형변형 소재온도의 연계해석이 결과에 미치는 영향에 관한 정량적 분석


스크롤 단조는 비교적 온도 금형의 변형에 따른 영향이 문제이다. 따라서 소재 금형 모델의 영향을 검토하기에 적합한 문제이다. 아래 그림에서 보는 바와 같이 소재를 강점소성 또는 강열점소성으로 간주하고 금형을 강체 또는 탄성체로 간주하여 얻은 가지의 경우에 대하여 금형의 파괴를 유발하는 응력을 계산하여 정량적으로 비교하였다. 결과는 응용 기술자들에게 이론의 영향에 관한 직관을 갖도록 하는데 도움이 것이다.

 


 

 

 

 

 

11. 비축대징 제품의 냉간단조에서 원형 구멍 성형 시의 진원도에 관한 연구

 

아래의 그림은 핀치요크 냉간단조 공정 발생한 후방압출에 따른 내경의 비진원도의 발생 원인을 규명한 것이다. 탄소성 유한요소법을 이용하여 스프링백 등의 영향도 고려되었으나, 타원 형상의 발생의 근본적 원인은 소성유동에 기인하며, 소재와 금형 간의 초기 접촉 거리의 최적화를 통하여 해결될 있다. 정밀단조 시뮬레이션 기술이 예비형상의 최적설계에 크게 기여할 있는 사례이다. 타원도에 관한 예측치와 실험치는 각각 1.03 1.038 정량적인 의미를 갖는다.

 


 

 

 

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