본 연구에서는 원웨이 클러치의 핵심 부품인 Outer Support Ring의 복합 단조 공정을 개발하고, 시제품을 제작하여 평가하였다. 기존 공정 즉, 열간 단조와 MCT 가공 공정은 과대한 소재 절삭량과 가공 시간이 길다는 단점이 있다. 이를 극복하고자 열간 단조를 통하여 형상을 구현하고, 냉간 단조를 통하여 정밀한 부품을 성형하였다. 최소한의 가공만을 적용하는 복합 단조 공정을 개발하였다. 상용 소프트웨어인 Deform-3D를 이용하여 단조 해석을 수행하였다. 해석 결과를 바탕으로 열간 단조 및 냉간 단조 공정을 설계하였고, 실제 금형 및 시제품을 제작하였다. 제작한 시제품은 경도, 표면 조도, 내부 결함, 단류선 검사 등의 평가를 수행하였다. 평가결과 특이한 문제점은 발견되지 않았으며, 양산적용이 가능할 것으로 판단된다. 복합 단조를 통하여 열간 단조와 MCT 가공 공정 대비 약 27%의 소재를 절감할 수 있었다. 또한 제품 개당 생산 시간은 약 2.15배 단축되었다. 본 연구를 통하여 원가 절감이 가능한 공정 및 금형 설계 기술을 확립하였고, 이를 통하여 관련 자동차 부품 생산에도 긍정적인 효과가 있을 것으로 기대된다.
The forging process design and microstructure evolution for gas turbine disk of a Waspaloy is investigated in this study. Parameters related to deformation are die and preform geometry, and forging temperature of die and workpiece. Die and preform design are considered to reduce the forging load, and to avoid the forging defects. Blocker and finisher dies for multistage forging are designed and the initial billet geometry is determined. The control of hot forging parameters such as strain, strain rate and temperature also is important because the microstructure change in hot working affects the mechanical properties. The dynamic recrystallization evolution has been studied in the temperature range 900-$1200^{\circ}C$ and strain rate range 0.01-1.0s-1 using hot compression tests. Modeling equations are required represent the flow curve, recrystallized grain size, recrystallized volume fraction by various tests. In this study, we used to thermo-viscoplastic finite element modeling equation of DEFORM-2D to predict the microstructure change evolution during thermo-mechanical processing. The microstructure is updated during the entire thermal and deformation processes in forging.
Computer simulation of microstructure evolution during hot forging process is of great interest in recent years. Recrystallization model and grain growth model which use a phenomenological approach were summarized. The upsetting and cogging processes of waspaloy were simulated using $DEFORM^{TM}$ and the change in grain size were investigated in each deformation procedure.
In this study, the casting/forging process was applied in manufacturing a low control arm, in order to prove that application of casting/forging process to Al6061 is likely to get the effect of light weight compared with existing steel products and to reduce the cost of materials. Firstly, In order to set up the optimum casting condition of the forging material, Al6061, casting experiments were carried out by controlling pouring temperature of the aluminum for casting, mold temperature, and pouring time. $700^{\circ}C$ pouring temperature, $300^{\circ}C$ mold temperature and 10-second pouring time were taken into account as the optimum casting conditions. With respect to a hot forging test, it is practiced on the basis of a temperature of materials, strain rate, and reduction rate so as to observe each microstructure and examine strain-stress curve simultaneously; examine tensile test and hardness test; eventually set up the optimum hot forging condition. A hot forging test, tensile test, hardness experiment, and microstructure observation were carried out on condition of $70\%$ reduction rate, $500^{\circ}C$ temperature of materials, and 1 strain rate. As a result of those experiments, 330MPa tensile strength, $16.4\%$ elongation, and 122.8Hv hardness were recorded. In oder to get a sound preform which has no unfitting cavity and less flash, two preforms were proposed on the basis of volume rate of the final product; the optimum volume rate of preform for the low control arm was $115\%$. In conclusion, it is confirmed that using the forging material rather than casting materials in casting/forging process is likely to get more superior mechanical properties. Compared with Al6061, performed by means of general forging, moreover, cast/forged Al6061 can not only stimulate productivity by reducing production processes, but cut down the cost of materials by reusing forging scraps.
The hot forming process of a CAM for vessel engine was designed by finite element (FE) simulation and experimental analysis. An aim of process design was to achieve the near-net shaped CAM forgings by hot forging process. Based on the compression test results of the low alloy steel, deformation processing map was generated using the superposition approach between the dynamic materials model (DMM) and flow stability and/or instability criteria. From the processing map, the initial heating temperature was determined as $1200^{\circ}C$. FE analysis was simulated to predict the formation of rolling defects and deformed shape with different forging designs. Optimum process design suggested in this work was made by comparing with the CAM for vessel engine manufactured by actual forging process.
In this paper, the stress-strain curves of bearing steels at hot working conditions are obtained by hot compression test with a computer controlled servo-hydraulic Gleeble 3800 testing machine and elongations and reductions of area of the bearing steels are also obtained by hot tensile test with a Gleeble 1500 testing machine. Experiments are conducted under the various strain-rates and temperatures and their results are used to obtain the flow stress information. A rigid thermo-viscoplastic finite element method is applied to the multi-stage hot forging process in order to predict temperature distribution of workpiece. The experimental results and the analysis results are used to obtain an optimal hot forging condition.
Conventional hot forging and thixoforging of Al 7075 alloy have been compared with respect to microstructures, formability and hardness. Two distinctive temperature-strain rate ranges for hot forging of Al 7075 alloy were observed from the results of simple compression tests with strain rates of 10-3∼101 sec-1 in the temperatures between $250^{\circ}C$ and $500^{\circ}C.$ In the dynamic recovery range (low temperature-high strain rate range) multi-stage forging was necessary to form a complex shape part due to the lack of formability. In the high temperature-low strain rate range, in which dynamic recrystallization takes place a complex shaped park could be formed by single-stage forging. About 50% cold working in the SIMA process was necessary to get a fine and homogeneous microstructures. Microstructural study suggest that thixoforged Al 7075 part has fine grains and homogeneous microstructures. Its hardness number is almost same to that of conventional hot forged part after aging treatment.
In the stage of process design, many factors affecting tool life should be considered. Wear, Damage Accumulation and excessive die Stress are those. Most Engineer think wear and damage accumulation affection deeply to the cold forging dies and wear for the hot forging dies. In this report, the example that wear and stress distribution affect tool life in hot forging together will be introduced and the way to solve that problem using Finite Element Method.
The piston engine is an essential component in automobiles. Since the piston is used in a high temperature and high pressure environment, the piston needs to be manufactured to achieve high strength and high durability. In addition, cost reduction is also an important consideration. In conventional forging, an additional heat treatment after hot forging is necessary to ensure proper mechanical properties for heavy-duty engine pistons. The newly developed manufacturing method lowers production costs by saving manufacturing time and reduces energy consumption. The current paper describes the hot forging of an engine piston made from 38MnSiVS5 micro-alloyed steel using controlled cooling. The finite element analysis was used to check for possible problems and suitable press capacity. Hot forging experiments were then conducted on a 2500tons crank press to evaluate feasibility of the proposed material and process. To check the mechanical properties after hot forging, the forged specimens were tensile tested, and the microstructures were examined in order to compare the results with the conventionally forged material. The skirt region of the as-forged 38MnSiVS5 piston showed better material properties compared to the conventional material. In addition, the total production time was reduced by about 80% as compared to conventional forging.
A crank throw, which is one of the crankshaft part for a large diesel engine is manufactured by closed die forging or open die forging. For the purpose of improvement of productivity the open die forging is usually adopted these days. However it has disadvantage of low yield ratio compare to closed die forging. To overcome this problem, the material properties for hot top and bottom zones of ingot are investigated to utilize them to the product and a modified forging process to reduce the material loss of ingot body through forging analysis according to forging factors(a , R, Ø$\sub$B/, Ø$\sub$D/) is suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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