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.
The service life of tools in metal forming process is to a large extent limited by wear, fatigue fracture and plastic deformation. In warm forging processes wear is the predominant factor for operating lives of tools. To predict tool life by wear, Archard's wear model is generally applied. Usually hardness of die is considered to be a function of temperature in Archard's wear model. But hardness of die is a function of not only temperature but also operating time of die. To consider softening of die by repeated operations, it is necessary to express hardness of dies by a function of temperatures and operating time. By experiment of reheating of dies, die softening curves were obtained. Finally modified Archard's wear model in which hardness of die was expressed as a function of main tempering curve was proposed.
The service life of tools in metal forming process is to a large extent limited by wear, fatigue fracture and plastic deformation. In elevated temperature forming processes wear is the predominant factor for tool operating life. To predict tool life by wear Achard's model is generally applied. Usually hardness of die is considered to be a function of temperature. But hardness of die is a function of not only tem-perature but also operating time of die. To consider softening of die by repeated operation it is necessary to express hardness of die by a function of a function of temperature and time. By experiment of reheating of die softening curve was obtained and applied to suggest modified Archard's Model in which hardness is a function of main tempering curve.
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.
Hot forging is widely used in the manufacturing of automotive component. The mechanical, thermal load and thermal softening which is happened by the high temperature die in hot forging. Tool life of hot forging decreases considerably due to the softening of the surface layer of a tool caused by a high thermal load and long contact time between the tool and workpieces. The service life of tools in hot forging process is to a large extent limited by wear, heat crack, plastic deformation. These are one of the main factors affecting die accuracy and tool life. It is desired to predict tool life by developing life prediction method by FE-simulation. Lots of researches have been done into the life prediction of cold forming die, and the results of those researches were trustworthy, but there have been little applications of hot forming die. That is because hot forming process has many factors influencing tool life, and there was not accurate in-process data. In this research, life prediction of hot forming die by wear analysis and plastic deformation has been carried out. To predict tool life, by experiment of tempering of die, tempering curve was obtained and hardness express a function of main tempering curve.
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.
프레스금형의 부품 중에서 펀치와 다이플레이트를 제작하는 방법은 공작기계만을 사용하여 제작하는 경우와 공작기계와 와이어 컷 방전가공기(W-EDM)를 병행 사용하는 경우가 있다. 그런데 공작기계만을 사용하여 제작 할 때는 금형수명(Die Life)이 200만-230만 스트로크였는데 와이어 컷 방전가공기를 사용한 제작에서는 70만-80만 스트로크에서 금형수명을 다하고 있다. 이것은 W-EDM후에 발생되는 가공변질층으로 예측되므로 W-EDM전과 W-EDM후의 가공면에 대한 SEM촬영을 실시하여 가공변질층의 발생여부를 확인하고 이에 대한 제거방법을 연구하고자 하였다.
There are several effective factors to influence die life in the warm forging process. For instance process design die design and die materials etc This study presented heat treatment method which could improve toughness and wear resistance simultaneously in high temperature to apply high speed tool steels like SKH51 to die material for warm forging process. To verify the feasibility of application of heat treatment method mentioned above wear test was performed under the condition of constant time in 40$0^{\circ}C$ Wear coefficient was examined to search a relation between wear amount and time for each material and heat treatment method in 30, 60, and 130 minutes. To quantify the toughness-behavior between room and high temperature impact test was performed and heat fatigue test also fulfilled to compare with the resistance of heat check in room, 200, 400, and $600^{\circ}C$ temperature. On the basis of experimental results mentioned above high speed tool steel was applied to verify appropriateness of newly proposed heat treatment method for die of rotor pole used in automobile alternator. As a result die life of high speed tool steel applied newly proposed heat treatment is longer than that of STD61.
This paper describes about the estimation method of die lift by wear and plastic deformation in hot forging process. The thermal load and the thermal softening are happened by the high temperature in hot forging process. Tool lift decreases considerably due to the softening of the surface layer of a tool caused by high thermal load and long contact time between tool and billet. Also, tool life is to a large extent limited by wear, heat crack and plastic deformation in hot forging process. Above all, the main factors which affects die accuracy and tool lift are wear and the plastic deformation of a die. The new developed technique for predicting tool life applied to estimate the production quantity for a spindle component and these techniques assist to improve the tool life in hot forging process.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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