소성가공이란 원재료를 소성변형(Plastic deformation)을 통해서 고체의 제품을 만드는 가공법이다. 가공중에 물체의 질량과 체적에는 크게 변화가 없다. 소성 가공중 주응력이 어떻게 작용하느냐에 따라서 소성가공을 여러가지로 분류하고 있다. 즉, Metal Forming은 다음과 같이 분류할 수 있다. 1) Compound Forming에는, Rolling, Free forming, Die forming, Stamping, Pressing 2) Tension compression forming에는, Drawing, Deep-drawing, Rimming, Spinning, Bulge forming 3) Tension forming에는 Lengthening, Widning, Deepening 4) Bending에는 Bending with linear tool motion, Bending with rotary tool motion 5) Thrust forming에는 Swaging, Twisting이 있다.
본 연구에서는 전자기 성형법에 의한 원통형상의 가공재의 자유 확관성형 가 공에 대해서 유한요소해석법을 이용한 변형 및 응력해석을 수행하였다. 탄소성 재료 모형을 확장하여 변형 경화율이 변형률 및 변형률 속도의 지배를 받는 변형률 속도 종 속 탄소성 재료 모형을 도입하였고, 1차 제하 이후까지 포함하여 고속 성형시 변형률 속도 효과에 의해 발생하는 현상들에 대해서 연구하였다.결과의 비교 및 논의를 위 하여, 해석대상과 성형조건, 그리고 가공재에 작용하는 자기압력은 Suzuki의 것과 동 일한 것을 사용하였다.
Tensile deformation behavior with different strain rate was investigated. $Zr_{56.2}Ti_{13.8}Nb_{5.0}Cu_{6.9}Ni_{5.6}Be_{12.5}$ (bulk metallic glass alloy possessed crystal phase which was called $\beta$-phase of dendrite shape, mean size of $20{\sim}30{\mu}m$ and occupied 25% of the total volume) was used in this study. Maximum tensile strength was obtained as 1.74Gpa at strain rate of $10^2/s$ and minimum strength was found to be 1.6GPa at $10^{-1}/s$. And then, maximum plastic deformation occurred at the strain rate of $5{\times}10^{-2}/s$ and represented 1.75%, though minimum plastic deformation showed 0%. In the specific range of strain rate, relatively higher plastic deformation and lower ultimate tensile strength were found with lots of shear bands. The fractographical observation after tensile test indicated that vein like pattern on the fracture surface was well developed especially in the above range of strain rate.
본 연구에서는 하이드로포밍 공정을 적용한 엔진크레들 제품에 대해 최종 제품의 강도를 평가하고자 하였다. 먼저 적용 판재인 370과 440 소재에 대해 인장시험을 수행하여 소재의 경도와 강도의 상관관계를 분석하여 경도와 강도의 변환식을 도출하였다. 그런 다음 예비굽힘, 예비성형, 최종성형된 제품의 각 공정에 따른 유효변형률을 측정하고 같은 위치에서의 경도를 측정하였다. 측정된 경도는 앞서 도출한 경도와 강도의 변환식에 대입하여 각 공정을 마친 제품의 강도를 예측하고 결국 하이드로포밍된 엔진 크레들 제품의 유효변형률에 따른 강도를 예측식을 실험으로 도출하였다. 그 결과 예비굽힘, 예비성형, 최종성형을 마친 엔진 크레들 제품에 대해 유효변형률이 $24{\sim}72%$로 변하였고 이때 HF370의 경우에는 유동응력값이 $375{\sim}500MPa$로 증가하여 원소재에 비해 성형 후 $25{\sim}66%$의 강도증가량을 보였고, HF440의 경우에는 $470{\sim}565MPa$로 증가하여, 원소재에 비해 $17{\sim}41%$로 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 이와 같은 변화값을 이용하여 유효변형률과 강도의 상관관계를 도출하였다.
Micro-electronics를 핵으로 하는 기술혁신의 물결이 눈부시고, 우리 주변의 일상생활이 하루가 다르게 변해 가고 있다. Leading-edge technology, high technology, advanced technology 등으로 호칭되는 일군의 새로운 기술의 절대적 level이 현재 어디에 위치해 있는지 확인 조차 하기 어렵고 첨단기술 제품의 성능에 넋을 잃을 지경이 지만 고려청자나 이조백자에 대해서는 현재의 기술을 가지고도 그 재현이 곤란하다. 이와 같이 시차의 이중성 속에서 제품의 부가가치를 높이고 생산성을 올리기 위해서는 가공기술의 고도화를 가하지 않으면 안된다. 어떤 소재를 설계된 모양대로 변화시키는 일련의 과정을 가공이라 한다면 이에는 변형가공(주조, 소성가공), 부가가공(용접), 제거가공(절삭, 연삭)등을 생각할 수 있으며 이들 사이의 가공정도의 개략치는 다음과 같다. (그림.1 가공공정에 따른 가공정도) 공작물에 요구되는 가공정도는 시대의 변천과 더불어 level up되고 이를 위한 기술 개발이 부단히 이어오고 있다. 1960-70 년대의 생산가공 기술은 .mu. m 단위인 $10^{-5}$--$10^{-6}$m의 범위의 가공정도를 생산 line으로 실현하는 것이 중점 개발 목표였다. 그러나, 현재는 $10^{-5}$--$10^{-7}$m를 목표로 한 submicron 가공정도 실용기에 들어서고 있다.
선박의 곡외판은 냉간가공과 열간가공(선상가열) 과정을 거쳐 제작된다. 선상가열의 자동화 및 기계화에 대한 연구가 다양하게 수행되어 오고 있다. 특히 가열조건과 잔류 변형 사이의 관계규명은 자동화 및 기계화를 위한 주요 요소로 생각된다. 본 연구는 그러한 관계를 규명하기 위하여 일련의 체계적인 과정을 제시하고 관계식을 제안하였다. 선상가열에 의한 변형은 3차원 열탄소성 변형현상으로 정식화될 수 있으며, 열탄소성 변형현상을 유한요소해석을 이용하여 다양한 가열조건에 대한 수치해석을 수행하였다. 유한요소법의 유용성을 검증하기 위하여 실험을 수행하였고 그 유용성을 확인하였다 변형관계식에 사용된 입력변수는 차원해석을 통하여 선정하였다. 유한요소법을 이용하여 얻어진 결과를 활용하여 선상가열에 의한 변형관계식을 추정하기 위하여 다변수해석과 다차원 보관과정을 예시하였다. 일련의 과정을 통하여 본 연구는 선상가열의 가열조건과 잔류 변형 사이의 관계식을 선정하기 위한 방법을 제안하였다.
콩 가공식품인 두유, 두부, 비지에서 유전자변형 콩에 삽입된 epsps 유전자의 검출과 정량을 위해 정성과 정량 PCR 방법을 수행하였다. 두유, 두부, 비지에서 유전자변형 콩의 검출은 삽입된 epsps 유전자의 증폭이 크기가 121bp와 330bp가 생성될 수 있는 두 종류의 primer들을 이용하여 0.01%까지 확인하였다. 정량방법은 1, 3, 5%의 유전자변형 콩이 포함된 시료들을 실시간 PCR을 사용하여 유의성 있는 결과를 얻었다. 이러한 결과들은 실시간 PCR 방법을 사용하여 가공식품 내에서 정량적으로 유전자변형 콩을 정량하는데 적용될 수 있음을 보였다.
최근까지 발표된 유한 요소법을 이용한 압연 해석 관련 주요 논문들을 정리해 보면 다음과 같다. Li와 Kobayashil는 강소성 유한 요소법(rigidplastic finite element method)을 여러가지 마찰조건에 대하여 해석하였다. 이때 압연롤은 강체 (rigid body)로 시편은 가공경화(workhardening)를 동반한 강소성체로 모델링하였다. Hwang과 Kobayashi는 강소성 유한 요소법을 이용한 평면 변형 압연에서 재료 손실을 최소화하는 예비 성형체(preform)의 설계에 대한 연구를 수행하였다. 이 경우에도 역시 압연롤은 강체로 시편은 가공 경화를 동반한 강소성체와 완전 소성체로 모델링 되었으나, 고착(sticking) 마찰 조건에 대해서만 해석을 수행하였다. Mori와 Osak- ada 그리고 Oda는 약간 압축성이 있는 재료의 평면 변형 압연에 대하여 연구하였다. 이때 압연롤은 강체로 시편은 가공 경화를 동반한 강소성체로 모델링 되었으며 경계 면에서는 Coulomb 마찰을 고려하였다. 이밖에도 오일러(Eulerian) 수식화를 이용한 Dawson과 Thompson, Berman의 해석 결과가 있으며, 또 폭 방향의 변형까지를 고려한 Li와 Kobayashi, Mori와 Osakada의 3차원 해석 결과가 있다.
본 연구에서는 절삭 가공시 공구가 받는 절삭력과 칩-공구 사이에서 발생하는 절삭온도에 의한 공구의 변형을 예측하였다. 3D CAD를 이용하여 공구를 모델링 하였으며 절삭력과 절삭온도를 하중조건으로 부여하여 유한요소해석을 수행하였다. 하중조건으로 사용한 절삭력과 절삭온도는 절삭이론을 이용한 절삭력 모델을 사용하여 예측하였으며 실험을 통해 모델의 타당성을 검증하였다. 그러므로 본 연구는 절삭조건과 재료 물성치 그리고 공구 형상만을 알면 이에 따른 절삭력 성분 및 절삭온도 둥을 얻을 수 있고, 이를 이용하여 절삭 가공시 발생하는 공구의 변형을 예측할 수 있다.
Electromagnetic forming (EMF) simulations consider 3-dimensionally coupled electromagnetic-mechanical phenomenon using LS-DYNA, therefore the calculation cost is normally expensive. In this study, a sensitivity analysis in regard to the simulation variables affecting the calculation time was carried out. The EMF experiments were conducted to form an elliptically protruding shape on a high-strength steel sheet, and it was predicted using LS-DYNA simulation. In this particular EMF simulation case, the effect of several simulation variables, viz., element size, contact condition, EM-time step interval, and re-calculation number of the EM matrices, on the shape of elliptical protrusion and the total calculation time was analyzed. As a result, reasonable values of the simulation variables between the simulation precision and calculation time were proposed, and the EMF experiments with respect to the charging voltages were successfully predicted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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