대형 강괴의 업셋팅 공정은 주조 조직의 방향성을 없애고, 코깅작업의 효율을 향상시키기 위한 충분한 단조비를 확보하기 위하여 필요한 공정이다. 공정에 영향을 주는 인자로써 상부 금형의 형상을 변화시켜 가면서 해석을 수행하였다. 극단적인 긴 파이프성 기공의 변형거동과 중심부에서 높이에 따른 원형기공의 닫힘거동 및 압하율과 기공폐쇄 정도를 관찰하였다. 충분한 단조비를 얻고 기공의 닫힘 및 압착을 이루기 위한 적절한 압셋팅 다이의 선택 및 업셋팅 공정을 예측하여 공정개선에 기여하고자 한다.
The predictive equation of void-closure was developed to evaluate void crush ratio with respect to the process variables in the cogging process of a large round bar. The comprehensive finite element analysis with the process variables such as reduction ratio and die width ratio was carried out. The predictive equation of void-closure for cogging process was established on the basis of the regression analysis with the extensive FE analysis results and verified by comparing the predicted results with FEA results with various forging passes.
The anisotropy in coefficient of thermal expansion (CTE) between the in-plane and out-of-plane of 3-dimensional thick composite structures induces residual stresses and the large void content due to insufficient compaction of fabric composites, which results in low interlaminar strengths. In order to reduce the through thickness CTE and the void content, in this work, carbon fabric phenolic laminates were compacted by pressure generated by autoclave and a compressive jig, from which the through-thickness CTEs and the void contents were measured. From the measurement, it was found that the through-thickness CTE and the void content had different characteristics from ordinary composites due to gas produced during the cure reaction of phenolic resin.
본 연구에서는 업셋팅의 변형해석 및 온도해석(열전달 해석)을 비연계 방식으 로 동시에 해석하고 실제 공정에 가깝게 접근하는 축대칭 열점소성 유한요소 프로그램 을 이용하여, 시뮬레이션에 의해 공정을 해석하여 불량감소 및 원가절감을 위해 단조 공정을 개선하는 것이다. 업셋팅공정의 연구에 있어서는 대형강괴의 주 불량요인인 기공의 소멸을 위한 공정방안을 연구하는데 있다.
The studies for internal void closure have been conducted experimentally and numerically for open die forging. The FEM analysis is performed to investigate the deformation behavior of some internal voids in cast ingots during two upsetting stages. The calculated results of void closure behavior are compared with the measured results before and after upsetting. The shapes and sizes of each internal void are scanned by the X-ray scanner. From this result, the criteria for deformation amounts effect on the void closure can be investigated by the types of void. Closed voids could be compressed and eliminated after forging when the applied deformation amounts were larger than the critical effective strains. On the other hand, open voids could not be compressed and removed.
In this work, the closing behavior of cylindrical-shaped voids was experimentally investigated according to various parameters such as reduction ratio in height, initial void size and billet rotation during hot open die forging process. The reduction ratio in height, number of path, and billet rotation were chosen as key process parameters which influence the void closing behavior including the change of void shape and size. On the other hand, values of die overlapping and die width ratio were set to be constant. Void closing behavior was estimated by microscopic observation. Based on the observations, it was confirmed that application of billet rotation is more efficient to eliminate the void with less reduction ratio in height. The experimental results obtained from this study could be helpful to establish the optimum path schedule of open die forging process.
RFI 공정은 진공백 내부에 섬유 매트와 수지 필름을 적층하여 성형하는 OoA 공정이다. 외부에서 따로 주입되는 수지가 없기 때문에 수지 필름의 양이 섬유가 필요로 하는 양보다 적은 경우 복합재 내부에 기공 결함이 발생하며 기계적 물성이 저하된다. 이러한 이유로 제작한 복합재를 실용화하기 위해서 비파괴검사를 이용한 기공예측이 필수적으로 요구된다. 따라서 본 연구에서는 RFI 공정에서 비파괴검사 시 기준으로 사용할 수 있는 표준 기공률 시편을 제조하는 방법을 제시하였다. 표준 기공률 시편 제작 방법으로 수지 필름 두께를 조절하는 방법을 사용하였으며, 목표 기공률별 수지 필름 두께를 설정하기 위한 방법으로 섬유 압착 실험을 제시하였다. 수지 필름 두께 조절을 통하여 0%, 2%, 4%의 목표 기공률 패널을 제작했고 비파괴시험과 기공률 측정을 통하여 기공률에 따른 비파괴검사 신호 감쇠를 측정했다. 또한 인장, 면내전단, 숏빔, 압축 시편의 신호 감쇠를 통하여 기공률을 추정하였고, 기공률에 따른 기계적 물성을 평가하였다.
RFI 공정은 수지 점도에 제한이 없어 매우 두꺼운 구조물에도 적용이 가능하다. 수지필름 두께를 설정할 때 수지필름의 두께가 얇은 경우 미함침 구간이 발생하여 기계적 물성이 저하되고, 수지필름 두께가 두꺼운 경우 필요이상의 여분 수지가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 RFI 공정에서 수지필름 두께 설정을 위한 방법을 제시하였다. 적정 수지필름 두께를 설정하는 방법으로 섬유압착거동 시험을 제시하였고, 제시된 방법의 검증을 위해 숏빔전단강도시험, 압축시험, 기공률 측정을 통해 복합재 물성을 평가하였다. 복합재 물성 평가 결과, 섬유압착거동시험 결과를 바탕으로 적정 수준의 수지필름 두께를 찾을 수 있었다.
2 상 유동장에 놓인 열 교환기 튜브에 작용하는 점성 감쇠비와 압착막 감쇠비를 예측하기 위한 해석 모델이 개발되었다. 열 교환기 튜브에 작용하는 유동유발진동을 해석하기 위하여 감쇠에 대한 정보가 요구된다. 열 교환기 튜브에서 가장 중요한 에너지 소산 기구는 튜브와 지지물과 같은 구조물과 액체 사이의 동적 작용에 연계되어 있다. 본 모델은 1997 년 발표된 근사모델에 근거하고 부가질량계수를 고려하여 개발되었다. 어림적 해석모델은 동심환 내에서 진동하는 내부 실린더에 작용하는 수력학적 힘을 계산하기 위하여 개발되었다. 점성력을 포함한 수동력은 높고 혹은 낮은 진동 레이놀드 수에 따라 개발된 두 가지 모델을 사용하여 각각 계산할 수 있다. 관군과 지지대에서의 상당 직경과 침투깊이는 관군에 작용하는 점성 감쇠력과 지지대에서의 압착막 감쇠력을 각각 계산하는데 매우 중요한 변수이다. 2 상 유동의 기공률을 계산하기 위하여 균질모델이 사용되었다. 본 모델을 검증하기 위하여, 모델의 해석결과는 기존의 이론으로 구한 결과와 비교하였다. 본 모델을 사용하여 점성 감쇠비와 압착막 감쇠비를 어림적으로 구할 수 있음을 보였다.
Experiments and numerical simulations of the incremental upsetting test were carried out to investigate void closure behavior and mechanical characteristic of a 1.5wt%C ultra-high carbon steel. The experimental results showed that the voids become quickly smaller as the reduction ratio increases. The simulation results confirmed this behavior and indicated that the voids were completely closed at a reduction ratio of about 40~45% during incremental upsetting. After the completion of the incremental upsetting tests, the process of diffusion bonding was employed to heal the closed voids in the deformed specimens. To check the appropriate temperature for diffusion bonding, deformed specimens were kept at 800, 900, 1000 and $1100^{\circ}C$ for an hour. In order to investigate the effect of holding time for diffusion bonding at $1100^{\circ}C$, specimens were kept at 10, 20, 30, 40, 50 and 60minutes in the furnace. A distinction between closed and healed voids was clearly established using microstructural observations. In addition, subsequent tensile tests demonstrated that complete healing of a closed void was achieved for diffusion bonding temperatures in the range $900{\sim}1100^{\circ}C$ with a holding time larger than 1 hour.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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