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(부산대학교, 부산대학교 대학원)

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Kim Byung Min
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다단 이형인발 공정은 길이가 긴 임의의 일정한 단면을 가지는 제품 제조 시 사용되며, 부드러운 표면과 높은 치수 정밀도의 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다. 최근에는 반도체, 디스플레이 제조장비, IT 제조 및 검사장비, 공작기계와 산업기계, 그리고 정밀 측정기기, 자동차 제조 관련 장비 등 복잡한 형상을 가진 제품에 대해서도 다단 이형인발 공정이 적용되고 있다. 일반적으로 원형의 단면을 가진 초기소재로부터 복잡한 단면형상을 가진 제품을 생산하기 위해서 중간다이의 단면형상의 설계가 필요하며, 설계된 형상은 제품의 치수정밀도에 큰 영향을 미치기 때문에 적절한 중간다이의 단면형상의 설계가 중요하다.
다단 이형인발 공정에서 중간다이의 단면형상을 설계하는 기존의 방법으로
인발 공정변수의 최적화를 통한 제품 형상 치수정밀도의 향상에 관한 연구가 수행되었고, 전기장 해석을 통해 도출되는 등전위선을 이용한 중간다이의 단면형상 설계에 관한 연구가 수행되었으며 가상금형설계법에 관한 연구 또한 수행되었다. 하지만 복잡한 형상을 가지는 제품에 대한 이형인발 공정에서 상이한 변형량은 미충진 결함의 발생 원인이 된다. 또한, 기존의 설계방법은 복잡한 단면형상을 가진 제품의 중간단면형상을 설계하기 위해 선행해석이 필요하다.
따라서, 본 연구에서는 미충진 결함의 발생원인을 분석하고, 그 결과를 응용하여 미충진 결함을 개선할 수 있는 중간다이의 단면형상을 선행해석 없이 제품의 형상적 정보만을 이용하여 설계할 수 있는 설계방법을 제시하였다.
미충진 결함은 소재의 반경방향의 유동속도와 관련이 있으며, 제품의 단면형상의 윤곽을 따라 생성되는 상이한 다이반각으로 인해 동일한 미소변형구간 내에서 소재의 반경방향의 유동속도가 달라짐을 확인하였다. 분석한 내용을 바탕으로 다이 오프셋을 이용하여 마지막 패스에서 소재의 변형량이 균일하도록 중간다이의 단면형상을 설계하는 방법을 제시하고 이형인발 공정으로 제조되는 대표적인 제품인 크로스 롤러 가이드 와 볼 스플라인의 형상에 제시된 설계방법을 적용하였다.
제시된 다이 오프셋 법으로 설계된 형상의 타당성을 검증하기 위하여 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석결과로부터 도출된 소재의 단면적과 목표형상의 단면적으로 계산되는 미충진율을 이용하여 제품의 치수정밀도를 평가하였고 변형구간내 소재의 반경방향의 유동속도를 측정하였다. 다이 오프셋 법으로 설계된 경우, 마지막 패스에서 다이반각에 따른 반경방향의 소재유동속도의 편차가 기존의 방법에 비해 작은 것을 확인하였다. 수행된 유한요소해석조건에 근거하여 제안된 설계법을 검증하기 위해 크로스 롤러가이드와 볼 스플라인 형상에 대한 다단 이형인발 실험을 수행하였다. 그 결과, 다단 이형인발 공정의 패스 수가 정해지면 다이 오프셋 법을 이용하여 제품의 단면형상의 정보로부터 중간다이 단면형상의 설계가 용이하다.
#중간다이설계 #다이포프셋

목차

  1. 1. INTRODUCTION 1
    1.1 Research background 1
    1.2 Related research trend 2
    1.3 Contents of research 4
    2. DESIGN METHOD FOR INTERMEDIATE DIE IN SHAPE DRAWING PROCESS 7
    2.1 Die offset method (DOM) for corner filling 7
    2.1.1 Outline of DOM 7
    2.1.2 Design method using DOM 10
    2.2 Application of DOM 12
    2.2.1 Application of DOM for crossroller guide 12
    2.2.2 Application of DOM forball spline 14
    3. FE-SIMULATION FOR VERIFYING DIE OFFSET METHOD 16
    3.1 FE-simulationforcross roller guide 16
    3.1.1 Condition of FE-simulation 16
    3.1.2 FE-simulationresults and discussion 17
    3.2 FE-simulationforball spline 18
    3.2.1 Condition of FE-simulation 18
    3.2.2 FE-simulationresults and discussion 19
    4. EXPERIMENTS OF SHAPE DRAWING PROCESS 21
    4.1 Experiments for cross roller guide 21
    4.1.1 Condition of experiment 21
    4.1.2 Experimental results and discussion 22
    4.2 Experiments for ball spline 23
    4.2.1 Condition of experiment 23
    4.2.2 Experimental results and discussion 23
    5. CONCLUSIONS 25
    REFERENCES 27
    TABLES 30
    FIGURES 34
    요약문 (Summary in Korean) 65

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