The cold forging process induces material deformation in an enclosed space, generating a very high forging load. Therefore, it is mainly designed as a multi-stage process, and fatigue failure occurs in forging die due to cyclic load. Studies have been conducted previously to quantitatively predict the fatigue limit of cold forging dies, however, there was a limit to field application due to the large error range and the need for expert intervention. To solve this problem, we conducted a study on the introduction of a real-time forging load measurement technology and an automated system for quantitative prediction of die life cycle. As a result, it was possible to reduce the error range of the quantitative prediction of die life cycle to within ±7%, and it became possible to use the die life cycle calculation algorithm into an automated system.
프레스금형 제작 시 사용목적에 맞는 적합한 소재선택과 빠른 가공방법에 대한 연구는 금형제작시간을 줄이고 금형원가를 절감하는데 절대적으로 필요한 연구분야이다. 특히 장수명 프레스금형을 개발하기 위해선 열에 대한 고찰이 반드시 이루어져야 한다. 일반적으로 프레스금형의 주요부품 소재로는 Cr, W계 저합금 공구강, 고탄소 고크롬강, 고속도강 등 냉간 금형용 합금공구강이 많이 쓰이고 있다. 프레스금형부품을 가공하는 데는 주로 공작기계와 와이어 컷 방전가공을 사용하고 있다. 가공공정에 따라 금형부품의 가공시간 및 수명이 많은 차이가 난다. 밀링가공과 연삭가공으로 제작된 부품의 경우 제작시간과 비용은 많이 드는데 비해 금형의 수명이 길고 밀링가공과 와이어 컷 방전가공을 사용하면 제작시간과 비용은 절감되는 반면 금형수명은 줄어드는 현상이 나타난다. 따라서 본 연구에선 가공시간과 비용이 절감되는 가공방법으로 열처리를 사용하여 금형의 사용수명을 향상시키는 방법에 대해 고찰하고자 한다. 밀링가공-연삭가공, 밀링가공-와이어 컷 방전가공, 밀링가공-와이어 컷-고온템퍼링, 3가지 가공방법으로 시편을 제작하여 가공표면과 중심부를 SEM, EDS분석 및 표면조도분석으로 문제점을 고찰하였고 밀링가공-와이어 컷 방전가공-고온템퍼링의 가공방법으로 밀링가공-연삭가공과 동일한 금형의 수명을 만드는 방법을 도출하였다.
In the current study, a method was proposed to quantitatively predict the wear and fatigue life of a shearing die in order to determine an effective replacement period for the die. The shearing die model of a retainer manufacturing process was used for the proposed method of quantitative life prediction. The retainer is produced through shearing steps, such as piercing and notching. The shearing die of the retainer is carefully controlled because the dimensional accuracy of the retainer is critical. The fatigue life for the shearing die was predicted using ANSYS considering S-N curves of STD11 and Gerber’s equation. The wear life for the shearing die was predicted using DEFORM-3D considering the Archard’s wear model. Experimental shearing of the retainer was conducted to verify the effectiveness of the proposed method for predicting die life. The fatigue failure of the shearing die was macroscopically measured. The wear depth was measured using a 3D coordinate measuring machine. The results showed that the wear and fatigue life in the FE analysis agree well with the experimental results.
In the die casting process, the flow of liquid metal has significant influence on the quality of casting products and die life. For the optimal process design of front housing part of aircon compressor, various analyses were performed in this study by using computer simulation code, MAGMAsoft. The simulation has been focused on the molten metal behaviors during the filling and solidification stages for the sound casting products. Two cases of casting design that have different types of gating system are considered in the analysis. The potential sites where the casting defects may occur is examined by computer simulation and an improved design process is proposed. Also the effect of partial squeeze on the quality of casting products is considered and the optimal time lag after filling process is determined. For the die-stability, the effect of operational parameters such as die temperature, heat cycle and spot cooling on the die life has also been analyzed.
In hot closed-die forging the load increases rapidly near the final stage. Preforming operation is important to both the sound final forging and die-service life. In this study, the material flows during preforming and final forging are investigated. The physical modeling with Plasticine as a model material showed clear flow patterns. The forging process were numerically simulated by the finite element method with the isothermal and the non-isothermal models. The flow patten of the isothermal simulation showed good agreements with the experiments. Temperature changes and pressure distributions on the die surfaces during one cycle of the forging process were obtained from the non-isothermal simulation. High pressure and temperature were developed at certain areas of the die surfaces. It was concluded that those areas usually coincide with each other and should be distributed by the preforming operations to enhance the die life.
Various surface treatments and thin film coating processes on the surface of injection die steel have been developed to extend the life. Most of previous studies were mainly focused on investigating the wear and static bonding behavior of thin films. In this study complex surface treatments of DLC coating combined with ion nitriding were applied to increase fatigue life and wear resistance. Ion nitriding, DLC coating, and DLC coating following nitriding on the surface of Fe-3.0Ni-0.7Cr-1.4Mn-X steel were investigated to uncover the beneficial effect which is applicable to injection die. The effect of various surface treatments and coating conditions on high cycle fatigue resistance was studied. Surface morphology change during fatigue tests were observed with AFM. Fatigue life of the die steel increased by 10 to 1,000 times at the various level of stress amplitudes in the condition of DLC coating following the ion nitriding for 3 hrs comparing with the only DLC coated condition.
Because of the low melting temperature of solder, each temperature cycle initiates an irrecoverable creep deformation at the solder interconnection which connects the package body with the PCB. The crack starts and propagates from the position where the creep deformation is maximized. This work has tried to compare and analyze the thermal fatigue life of solder interconnection which is affected by the lead material, the size of die pad, chip thickness, and interface delamination of 48-Pin TSOP under the temperature cycle ($0^{\circ}C$~1$25^{\circ}C$). The crack initiation position and thermal fatigue life which are calculated by using FEA method are well matched with the results of experiments. The thermal Fatigue life of copper lead frame is extended around 3.6 times longer than that of alloy 42 lead frame. It is maximized when the chip size is matched with the length of the lead. It tends to be extended as the thickness of chip got thinner. As the interfacial delamination between die pad and EMC is increased, the thermal fatigue life tends to decrease in the beginning of delamination, and increase after the delamination grew after 45% of the length of die pad.
자동차의 A.C 제너레이터(alternating current generator) 부품으로 사용되는 로터폴(rotor pole)을 가공할 때는 트랜스퍼온간단조금형(transfer warm forging die)으로 성형한다. 소재를 온간가공 영역으로 가열한 후 즉시 금형안으로 이송시켜 제1스테이지(1st stage)에서 업세팅가공(upsetting work)하고 제2스테이지(2nd stage)로 이송하여 측방압출(lateral extrusion)가공을 한다. 이때 측방압출 스테이지의 금형에서 다이블록(die block), 다이부싱(die bushing), 센터펀치(center punch), 사이드펀치(side punch)의 접촉면이 압출시의 과혹(過酷)한 조건에 견디지 못하여 쉽게 마멸(abrasion)되어 금형수명(die life)을 단축시키고 있다. 이 때문에 생산량 감소로 인한 납기지연, 금형의 수리보수시간 과다, 제품의 정밀도 저하 등의 문제점이 발생되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 금형재질 선정과 열처리 작업 싸이클 개선, 방전가공시의 트러블 해소, 핵심부품의 구조변경 등을 연구하여 금형수명을 40~50% 연장 하고자 하였다.
Window roller housings are durable because high-quality source materials such as stainless steel is used in making them. After a series of precise structure analysis, their design is optimized. They are subject to repetitive driving tests of more 100,000 times, durability tests, impact resistance tests, corrosion tests and others. For a long time, gaps often occur in press molded products owing to serious squareness deformation and flatness deformation of them. Severe burrs in press molded products require frequent grinding, which leads to short life cycle and rough or unreliable movement of assembled roller housing, which, in turn, causes product defects. This study focuses on developing measures to resolve existing defects and to improve lifespan of dies by designing and making a window roller shearing die.
The carburising surface modification treatment of the die steel has been used for improving wear resistance and heat cycle strength of the die and preventing a pitting on the surface because the carbides are forming in the matrix during carburising. Generally, the hot forging die was used after quenching-tempering treatment or nitriding after quenching-tempering treatment. The nitriding after carburising on the surface of a hot die steel and a wear resistance die steels was suggested by SOUCHARD, JACQUOT. and BUVRON. This surface modification treatment improved the adhesive and abrasive wear resistance and friction coefficient. The process was introduced to the forging die of stainless steel, titanium alloy steel, alloy and medium carbon steel and the physical properties of the die after the treatment were improved. The surface hardening treatment of the nitriding, the carburising, the boriding, and TD process were used to improved the life time of the forging die. Also, the coating process of PVD, CVD and PCVD were used and the hard chromium plating was occasionally used. Therefore, this study analyzed the effects of the carburising time and the conditions of nitriding on STD61 steel. The case depth, the surface hardness, the forming carbide size and shape during overcarburising process on the die steel were also examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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