한국산학기술학회논문지 (Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society)

  • 제16권2호
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  • Pages.952-962
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  • 2015
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  • 1975-4701(pISSN)
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  • 2288-4688(eISSN)
한국산학기술학회 (The Korea Academia-Industrial cooperation Society)
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외경이 큰 환형 부품의 다중형상 열간 링 롤링 공정의 개발

Development of the hot ring rolling processes for multilayered ring parts with a large outer diameter

  • 김경률 (경북대학교 대학원(한호개발)) ;
  • 김영석 (경북대학교 기계공학부)
  • Kim, Kyung-Ryool (Graduate School, Kyungpook National University(Hanho)) ;
  • Kim, Young-Suk (School of Mechanical Engineering, Kyungpook National University)
  • 투고 : 2014.08.20
  • 심사 : 2015.02.12
  • 발행 : 2015.02.28
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초록

열간 링 롤링 공법은 열간단조 후의 잠열을 이용하기 때문에 가공 부하가 적고 최종 환형제품에 가까운 제품을 제조하는 장점이 있다. 본 연구에서는 열간 링 롤링 공법에 의한 대형 직경의 환형 부품의 다중형상 링 제조를 목표로 AFDEX2D 및 AFDEX3D/HEXA/RING 시뮬레이터(simulator)를 이용하여 열간 단조공정부터 링 롤링 공정까지 연계된 공정을 유한요소 해석하였다. 또한 링 롤링공정의 유한요소해석 시간을 줄이기 위해 소성변형이 일어나고 있는 영역에서만 요소망을 조밀하게 재구성하는 이중요소 시스템을 적용하였다. 이 유한요소해석 결과를 바탕으로 실제 공정을 설계하고 실험하여 개발된 제품이 품질 규격을 만족하는지를 확인하였다. 또한 링 롤링 실험 완성품을 통하여 부품의 품질수준 및 공정능력을 평가하였다. 그 결과, 개발된 환형 부품은 40%의 투입재료 감소과 최종 제품의 원소재 회수율이 24% 증가하였다. 또한 링 롤링 제품은 내, 외경의 진원도가 0.5mm로 우수하였으며 공정능력 분석결과 외경 Cpk 1.49, 내경 Cpk 0.85를 확보하여 환형 부품의 다중 형상 열간 링 롤링 공정의 최적화를 실현하였다.

In this study, multilayered rings with a large outer diameter have been developed using a hot ring rolling process. The ring rolling process has been analyzed by rigid plastic finite element analyses (FEA) using the AFDEX2D and AFDEX3D/HEXA/RING simulators, where the finite element meshes received severe plastic deformation are remeshed into a fine mesh-size using a dual-mesh system. According to the simulated results, the design variables of the multilayered rings were determined and real tests were conducted to check the validity of the simulation results. By adopting the hot ring rolling process, the input weight of raw materials was reduced by 40% against the conventional hot forging process and that the recovery rate was increased by 24%. The measurement of the averaged roundness was satisfied within 0.5 mm for both the inner and outer diameters. Moreover, the hot ring rolling processes yielded 1.49 Cpk for the outer-diameter and 0.84 Cpk 0.84 for the inner-diameter.

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참고문헌

  1. R. Bolin, Ring rolling, ASM Handbook, Vol. 14A, Metalworking; Bulk Forming, ASM Int., Materials Park, OH 44073-0002(2005), pp. 136-155, 2005.
  2. M.H. Akcan, Analysis of profiled ring rolling, MS thesis, Atilim University, 2009
  3. H.Y. You, "A study on the forming conditions of a forging piston by using the finite element simulation and the taguchi method, J. Korea Academia-Industrial Coop. Soc., Vol.13, No.5, pp1990-1995, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.5.1990
  4. M. S. Joun, H. K. Moon, J. M. Park, J. H. Chung, C. N. Park, "Three dimensional rigid-plastic finite element analysis of a ring rolling process", Int. J. Mech. Tools and Manuf., Vol. 40, pp.81-93, 2001.
  5. K. Sawamiphakdi, P. M. Pauskar, D. G. Jin, G. D. Lahoti, "Ring rolling process modelling using explicit finite element analysis", Proc. 7th ICTP, pp. 28-31, 2002.
  6. P. M. Pauskar, K. Sawamiphakdi, D. Q. Jin, "Static implicit vs. dynamic explicit finite element analysis for ring rolling process modeling", NUMIFORM 2004, pp. 412-417, 2004.
  7. E. Doege, M. Aboutor, "Simulation of ring rolling process", Adv. Tech. Plast., Vol. 2, Stuttgart, pp. 817-824, 1987.
  8. N. S. Kim, S. Machida, S. Kobayashi, "Ring rolling process simulation by the three dimensional finite element method", Int. J. Mech. Sci., Vol. 30, pp. 569-577, 1990.
  9. D. Y. Yang, K. H. Kim, J. B. Hawkyard, "Simulation of T-section profile ring rolling by the 3-D rigid-plastic finite element method", Int. J. Mech. Sci., Vol. 33, pp. 541-550, 1991. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/0020-7403(91)90016-V
  10. S. Hamzah, B. Stahlberg, "A study of pore closure in the manufacturing of heavy rings", J. Mater. Proc. Tech., Vol. 84, pp. 25-37, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0924-0136(98)00075-2
  11. C. L. Xie, X. H. Dong, S. J. Li, and S. H. Huang, Rigid-viscoplastic dynamic explicit FEA of the ring rolling process, Int. J. Mech. Tools and Manu., Vol. 40, pp. 81-93, 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0890-6955(99)00043-7
  12. B.S. Kim, I.S. Choi, M.H. Choi, G.M. Lee, M.S. Joun, "Finite element analysis of a hot profile ring rolling process of the ball bearing outer race", J. Korean Soc. Manuf. Proc. Eng., Vol.11, No.6, pp. 164-168, 2012.
  13. D. Davey, M. J. Ward, "The practicalities of ring rolling simulation for profiled rings", J. Mater. Proc. Tech., Vol. 125-126, pp. 619-625, 2002 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00356-4
  14. K. Davey, M. J. Ward, "A practical method for finite element ring rolling simulation using the ALE flow formulation", Int. J. Mech. Sci., Vol. 44, pp. 165-190, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0020-7403(01)00080-7
  15. Y. S. Ko, H. J. Yoon, N. S. Kim, "Prediction of spread and contact region in ring rolling process using rigid-plastic finite element method", Trans. Korean Soc. Mech. A, Vol. 26, pp. 2670-2677, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.3795/KSME-A.2002.26.12.2670
  16. A.Parvizi, K. Abrinia, M. Hamedi "An analytical approach to ring rolling using modified slab method", Adv. Mater. Research, Vol.383-390, pp.4634-4641, 2012.
  17. S. W. Koo, J. C. Lee, S. J. Yoon, N. S. Kim, "Analysis of aluminum ring rolling process using thermorigid-plastic finite element", Trans. Korean Soc. Mech. A. Vol. 27, pp. 815-822, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.3795/KSME-A.2003.27.5.815
  18. H. K. Moon, M. S. Joun, J. H. Chung, C. N. Park, "Prediction of defect formation in ring rolling by the three-dimensional rigid-plastic finite element method", Trans. Korean Soc. Mech. A, Vol. 28, pp. 1492-1499, 2004 DOI: http://dx.doi.org/10.3795/KSME-A.2004.28.10.1492
  19. B.S. Kim, E.J. Kim, K.R. Kim, M.H. Choi, M.S. Joun, "Finite element analysis of warm or hot ring rolling processes for small and medium size rings with profile in the inner or outer diameter", Proc. Fall Conf. KSTP, pp. 322-32, 2013.
  20. B. S. Kim, H. K. Moon, E. Z. Kim, M. H. Choi, M. S. Joun, "A dual-mesh approach to ring-rolling simulations with emphasis on remeshing", J. Manuf. Proc., Vol.15, No.4, pp. 635-643, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jmapro.2013.05.002