• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.395-399
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• 2017

자동차에 사용되는 LPI 연료필터 하우징 제품은 기존 다이캐스팅 공정에서 냉간 단조 공정으로 개발하여 경량화 및 내구성을 향상하였다. 하지만 T자형 단조 형상이기 때문에 제품을 생산하였을 경우 제품의 싱크 문제가 발생하게 된다. 이로 인해 제품의 후처리 가공 문제가 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 개선하기 위해 성형 해석 시뮬레이션을 이용해 문제를 예측하고 개선방안에 대해 연구했다. 성형 해석 시뮬레이션을 이용하여 문제를 개선하기 위해 완전 성형이 가능한 최적 블랭크의 부피를 결정하였다. 그리고 최적의 블랭크 부피에 맞춰 성형 해석 시뮬레이션을 수행하였고 싱크 현상을 가시화했다. 싱크 현상을 개선하기 위해 냉간 단조 공정 진행 시 싱크 부 밑 부분에 패드를 받침으로 싱크 현상을 개선하였다. 적정한 패드력을 구하기 위해 파라미터 스터디를 진행하였고, 적정한 패드력으로 공정 진행 시 싱크 문제를 개선하였다. 그리고 실제 산업 현장에 적용하여 싱크 문제 개선에 대한 검증을 수행했다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.434-441
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• 2016

마찰교반용접은 소재와 용접 툴 간의 마찰열에 의해 접합되는 고상접합 공정이다. 용접 시 발생하는 입열량에 따라 용접부의 건전성이 결정된다. 과도한 입열량은 산화물 및 기공결함의 원인이 되며, 불충분한 입열량은 터널결함 등의 문제점이 발생한다. 따라서 마찰교반용접부 중심에서의 온도 이력을 파악하는 것은 건전성을 판단하는 데 있어 매우 중요한 연구이다. 본 연구에서는 마그네슘 합금소재에 대한 마찰교반용접부의 온도분포 특성을 평가하였다. 이를 위해 유한요소해석을 통한 마찰교반용접부의 유동장 및 온도분포를 예측하였다. 유한요소해석을 위해 용접 툴 형상 간소화, 마찰 조건 선정 등 선행 해석을 수행하고 최적조건을 도출하였다. 또한, 해석모델의 검증을 위해 마그네슘 합금의 맞대기 마찰교반용접 시 용접부 중앙에서의 온도를 측정하였다. 유한요소해석 결과 마찰교반용접부의 온도에 영향을 미치는 주요변수의 기여도는 회전속도가 이송속도보다 더 높은 것으로 판단된다. 또한, 용접부 중심에서의 실측 온도와 유한요소해석 결과 사이에 5.4% - 7.7% 수준의 오차 내에서 잘 일치하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제25권9호
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• pp.1438-1443
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• 2001

The significance of the casting/forging process for reducing the production cost of large components is being noted in these days. This casting/forging process is a method of forging a workpiece preformed by casting into the final shape. In this study, the casting/forging process has been applied in manufacturing a large aluminum flange in order to reduce press capacity and material cost. Firstly, a hot compression test was performed with cast cylindrical billets in order to determine the optimum forging condition of the aluminum flange. The optimum range of forging temperature of Al 5083 was from 420$\^{C}$ to 450$\^{C}$. The suitable strain rate was 1.5 sec(sup)-1. The deformation amount of a preform of a preform in a forging process is a key role in the mechanical properties of casting/forging products. In order to find the change of mechanical properties according to effective stain of cast aluminum billets, a hot upsetting test were performed with rectangular blocks and then a uniaxial tensile test was performed with specimens cut from the upsetted billets. The tensile strength and the elongation of cast/upsetted aluminum billets were increased largely until the effective strain was 0.7. FE analysis was performed to determine the configurations of case preform and die for an aluminum flange. In the FE analysis, the forging load-limit was fixed 1500ton for low equipment cost. The cast preform was designed so that the effective stain around the neck of a flange exceeded 0.7. From the result of FE analysis, optimal configurations of the cast preform and the die were designed for a large flange. The filling and solidification analysis for a sound cast-preform was carried out with MAGMA soft. In the forging experiment for an aluminum flange, it was confirmed that the optimal configuration of the cast preform predicted by FE analysis was very useful. The cast/forged products using designed preform were made perfectly without any defects.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.50-57
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• 2017

본 사출 금형을 통해 제품 생산 시 사출 금형 내에서 제품 형상을 형성하는 코어는 금형 내부에 틀의 형태로 가공되어 설치되며 이때 부분적인 코어의 형상을 핀에 가공하여 설치하는 부품을 코어 핀이라 한다. 이러한 사출 코어 용 코어 핀은 제품의 소형화 집적화에 따라 그 크기가 마이크로의 크기로 작아지고 있다. 하지만 이를 가공 시 기존의 센터리스 연삭 장치로는 마이크로 사이즈의 피삭재를 고정하여 밀착 시켜주는 장치의 부재로 인해 진동이 발생한다. 이러한 이유로 마이크로 크기의 직경을 가지는 코어 핀의 경우 가공 시 진동에 의해 변형 발생으로 가공 불량률이 매우 높다. 따라서 본 논문에서는 마이크로 크기의 코어 핀을 가공하기 위해 기존의 평면 연삭기에 설치하여 사용이 가능한 소형의 연삭 시스템을 개발 하였다. 이를 이용하여 코어 핀에 대한 연삭 실험을 진행하였으며 표면 거칠기, 진원도, 원통도의 측정을 통해 성능을 검증하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제32권6호
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• pp.251-261
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• 2022

본 연구에서는 냉간단조공정에서 성형하중과 금형내 응력집중 감소를 위해 자동차 엔진 밸브 스프링 리테이너 제품의 형상최적화를 위한 금형형상 최적설계를 수행하였다. 기존 생산에 사용되는 각 성형공정별 냉간단조 금형에 대한 유한요소해석 시뮬레이션을 통해 절단공정을 포함해 총 6공정으로 구성되어 있는 냉간단조공정 별 단조 프리폼의 성형 시에 발생하는 성형하중과 성형유동 특성을 분석하였으며, 이를 통해 금형 내 응력집중이 발생하는 주요 설계인자를 확인하였다. 상형금형과 하형금형부의 챔퍼(chamfer) 및 에지필렛(edge fillet) 형상을 대상으로 4인자 3수준 설계인자 및 변수 수준을 설정하고, 성형해석 시뮬레이션과 다구찌법을 활용하여 설계인자별 영향도를 분석하여 최적의 최적설계인자를 결정하였다. 본 연구를 통해 얻어진 최적설계변수를 적용하여 엔진밸브 스프링 리테이너의 최적설계 시뮬레이션 결과, 각 프리폼 성형공정별로 최대 36 %, 전체 공정 평균 20 %의 성형하중 감소 효과를 얻을 수 있었다. 엔진의 고효율, 고출력, 고성능화 목표가 지속적으로 높아짐에 따라 고강도 소재의 활용이 많아지게 되어 이에 대응할 수 있는 성형공정 및 금형설계의 최적화가 필요하며, 향후 연구 결과를 활용하여 현업에 적용하여 제품단조성형성 개선 및 금형수명관리를 위한 기술자료로 활용하고자 한다.

• 한국결정성장학회지
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• 제33권6호
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• pp.216-225
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• 2023

본 연구에서는 냉간 헤딩 공정에서 성형하중과 펀치 금형의 마모 감소를 통한 펀치 수명 증대를 위해 헤딩용 펀치 형상 최적설계를 수행하였다. 기존 생산에 사용되는 냉간 헤딩 펀치와 성형공정에 대한 유한요소해석 시뮬레이션을 통해 성형하중과 유동 특성 분석, 펀치금형에 집중되는 유효응력 및 마모량에 대하여 분석하였으며, 이를 통해 금형 마모와 밀접한 주요 설계인자를 확인하였다. 펀치금형의 최적설계 변수로서는 펀치 금형 포인트각(Point angle), 에지 반경값(Corner radius), 펀치소재재종(die material type), 마찰계수(friction coefficient) 등의 4가지 변수를 대상으로 4인자 3수준 인자 및 변수 수준을 설정하고, 성형해석 시뮬레이션과 다구찌법을 활용하여 설계인자별 영향도를 분석하여 최적의 최적설계 인자를 결정하였다. 본 연구를 통해 얻어진 최적설계변수를 적용하여 냉간 헤딩용 펀치 최적설계 시뮬레이션 결과, 각 펀치에 발생하는 최대유효응력은 최대 8.9 % 감소 효과를, 최대 펀치 마모 깊이는 37 % 감소 효과를, 성형하중은 평균 20% 수준 의 감소효과를 얻을 수 있었다. 현재, 소성 성형제품군이 적용되는 자동차, 건설 플랜트사에서 요구되는 고품질에 대응하면서도 적정 제조원가 절감을 위한 성형성 개선을 위한 성형공정개발 및 금형설계의 최적화가 지속적으로 필요하며, 향후 연구 결과를 현업에 적용하여 제품 성형성 개선 및 금형수명 증대 관리를 위한 기술자료로 활용하고자 한다.