A Study on the Process of Tube Spinning for the Titanium Alloy

티타늄 합금재의 튜브 스피닝 공정해석

Studies for tube spin forming have been implemented restrictively compared to spinning process, because of the complex of deformation mechanism. Especially there were not many studies by using FEM(Finite Element Method) for overcoming restriction of upper bound method. In this paper, the tube spinning process is analyzed to produce cylindrical body made by titanium alloy. In analysis, processing parameters was obtained by using upper bound method to consider material properties of titanium alloy and finite element analysis was implemented to investigate the flatness and the elongation of the titanium alloy workpiece by using ABAQUS code. The independent variables are ; material properties of workpiece, angles of roller, reduction of diameter. Three variables, two angles of roller and reduction of diameter are optimized by using the upper bound method. In this method, we can estimate the workable power, working force and reduction of diameter, and also the flatness and the elongation of workpiece by the finite elements analysis using ABAQUS/standard. The results indicates that these variables play a critical factors of spinning process for the titanium alloy and the optimum values of these variables.

튜브 스피닝 성형에 대한 연구는 전통적 스피닝 공정에 비해 본질적으로 변형의 메카니즘이 보다 복잡한데 기인하여 이론 덴 해석 연구가 국한적으로 이루어져 왔다. 특히, 상계법을 이용한 해석의 제한성을 극복하기 위한 유한요소법을 이용한 연구는 아직 소수에 그치고 있는 실정이다. 본 연구에서는 티타늄 합금을 재료로 사용한 용기의 튜브 스피닝 공정을 상계법과 유한요소법을 이용하여 조사하였다. 해석에 있어 티타늄합금의 성형특성을 고려하여 상계법을 통해 공정변수가 설정되었으며, 유한요소해석 code인 ABAQUS를 사용하여 티타늄 합금재의 신장량과 편평도를 얻었다. 해석에 사용된 독립변수들은 로울러의 전 ·후방각도와 가공깊이, Feed rate이며 이 변수들은 유한요소법과 상계 해법을 통하여 최적화된다. 이 해석법에서 우리는 스피닝 가공의 가공동력과 힘 그리고 지름의 감소 율윽 얻을 수 있고, 또한 유한요소해석에 의해서 가공재의 편평도와 신장량도 구할 수 있다. 그 결과로부터 정해진 변수들이 티타늄 합금의 스피닝 공정에 있어서 중요한 요소임을 알 수 있으며, 그 변수들의 최적값을 얻을 수 있다.