Al-Mg-Si 합금 볼트 성형공정의 최적화에 관한 연구 = A Study on the Optimization of Forming Process for Al-Mg-Si Alloy Bolt
저자
발행사항
서울 : 국민대학교 대학원, 2010
학위논문사항
학위논문(석사)-- 국민대학교 대학원 : 기계설계학과 기계설계학전공 2010. 8
발행연도
2010
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
ⅳ, 65 p. ; 26cm
일반주기명
지도교수 :이용신
소장기관
Al-Mg-Si 합금은 경량 재료로서, 비강도가 우수하여 내 식성이 요구되는 구조 부품에 폭넓게 적용되고 있다. 그 중에서 Al합금의 체결용 볼트 성형은 여러 단계의 냉간 성형 과정으로 이루어지는 것이 일반적이다. Al합금은 냉간 성형이 어려운 소재이나, 볼트 성형 공정을 최적화 하여 성형성 을 향상시킬 수 있다면 공정의 단축을 통해 생산성을 높일 수 있다. 본 논문에서는 유한 요소법 을 이용하여 Al-Mg-Si 합금의 육각 플랜지(flange) 볼트의 냉간 성형 공정을 설계하고, 열처리 효과를 포함한 다양한 설계변수가 볼트 성형에 주는 영향을 분석하였다.
Al-Mg-Si 합금의 냉간 성형 성을 향상시키기 위해 풀림 처리를 실시하였다. 풀림 처리 전•후 소재의 상온 단축 압축시험을 통해 기계적 성질 변화를 관찰하였다. 풀림 처리 이후 소재는 강도는 낮아졌지만 성형 성이 향상 되었다. 기존 난 성형 성 소재의 육각 플랜지 볼트의 3~4단계 공정을 전방압출과 육각머리 업셋팅(upsetting)의 2단계 공정으로 단순화 하였다. 상용 유한요소 해석 프로그램을 이용하여 성형 성을 예측 하였으나, 육각머리 측면에서 과도한 변형에 의한 결함이 예측되었고 이는 볼트 성형 실험 결과와 일치하였다. 이러한 결함은 육각머리 형상에 의한 비대칭 변형과 연관된 것으로 사료된다. 육각머리의 형상을 변경하여 측면결함을 보완하였고, 예비 성형체 의 형상변화에 따라 플랜지의 결육(underfill) 정도가 향상되었다.
본 논문에서 제시된 열처리 효과와 육각머리 형상 및 예비성형 체 형상변화에 따른 성형 성을 예측하였다. 이를 기반으로 공정을 설계하는 기법은 난 성형 성 고강도 소재의 체결용 볼트의 성형 공정 설계와 생산에 응용할 수 있을 것으로 사료된다.
The Al-Mg-Si alloys are light weight materials and are widely used for structural parts requiring high corrosion resistance because of their outstanding specific strength. Forming of Aluminum alloy bolts among them consists of several cold forging processes. Although forging of aluminum alloy at room temperature is difficult, its forgeability could be improved by optimizing bolt forming processes. This paper deals with a design of Al-Mg-Si alloy’s hexagonal flange bolt with FE simulation and examine the effects of variable parameters such as heat treatment, shape of perform.
In order to improve the Al-Mg-Si cold formability, annealing is considered. In general, the material after annealing has lower strength and better formability than before heat treatment. The previous bolt forming process with hardly formable materials, which consisted of four steps, is simplified with two steps; forward extrusion and upsetting. The defects are detected at the side of bolt’s head, which are It is also predicted by FE simulation conducted before the experiments. These results reveal that the asymmetry shapes of bolt head result in those defects. By modifying the shapes of bolt head and preform, such defects can removed.
Finally it is concluded that the optimized bolt forming process with hardly formable materials such as Al-Mg-Si alloy could be obtained by using finite elements method.
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