ETAL

ORM

ING

유한요소법을 이용한 냉간단조에서 발생하는 주요 결함 사례 분석(3) - 파괴 및 소성유동선 결함

Metal Forming CAE Lab., Gyeongsang National University

Metal Forming CAE Lab.

Department of Mechanical Engineering

Gyeongsang National University, Korea

1 : 경상대학교 기계공학과 대학원 2 : 경상대학교 기계공학부 #: 경상대학교 기계항공공학부/항공기부품기술연구소

한국소성가공학회 2011년도 추계학술대회

김민철1ㆍ이성원2ㆍ이민철1ㆍ전만수#

IMULA

TION

연구배경 및 목적

⊙ 냉간단조 중 발생하는 파괴 및 소성유동선 결함

○ 크랙에 기인하는 결함들이 다수 존재

○ 결함의 예측을 위해 정교한 해석이 필수

⊙ 손상도 모델에 따른 파괴결함

○ 재료의 파괴결함은 손상도 이론으로 설명

○ 정수압, 최대주응력, 변형률 등과 밀접한 연관관계를 가지고 있음

○ 어느 정도의 손상을 입은 재료에는 기공이 형성, 손상도이 축적과 함께 성장하며, 파단직전에는

기공간의 결합이 발생

○ 재료의 물성치이지만, 불순물의 게재 여부, 열처리 조건, 합금의 조성 등에 민감하게 변하는 특성을

가짐

⊙ 연구 목적

○ 산업현장에서 발굴된 결함 발생 예제와 문헌에서 발굴된 결함 발생 예제를 대상으로 유한요소 해석을

실시

○ 결함의 발생 원인을 체계적으로 소개

○ 변형경화 특성이 상이한 SCM435와 ESW105의 비교분석

Examples of Fracture defect

주요 파괴결함의 실험 및 해석 사례

(a) External (b) Internal

Fracture occurring in spur gear forging (Asahi Sunac)

치형단조 중 파괴결함 사례(1)

(a) Experiments

(b) Predictions

치형단조 중 파괴결함 사례(2)

⊙ 해석 조건

○ 유동 응력식:

○ 마찰법칙: Coulomb

○ 마찰계수:

0.14355.4(1 / 0.021) MPa

0.05

Fracture occurring in forward and backward extrusion

전방압출 중 발생 가능한 파괴결함

(a) ESW105

(b) SCM435

Prediction of surface cracks

표면파괴결함 사례(1)

(a) ESW105

(b) SCM435

Prediction of surface cracks

표면파괴결함 사례(2)

(a) ESW105

(b) SCM435

Prediction of surface cracks

표면파괴결함 사례(3)

(a) ESW105

(b) SCM435

압출공정에서 발생하는 중심파괴

⊙ 해석 조건

○ 임계손상도: 0.2

○ 금형반각: 40°

○ 마찰계수: 0.03

○ 압출비: 25%

○ 초기단면: 14.0mm

○ 유동응력

True strain [mm/mm]

Tru

estr

ess

[MP

a]

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

100

200

300

400

500

600

인발공정에서 발생하는 중심파괴

⊙ 해석 조건

○ 임계손상도: 0.7

○ 금형반각: 5°

○ 마찰계수: 0.02

○ 인발비: 10%/단

○ 초기단면: 14.0mm

○ 유동응력

True strain [mm/mm]

Tru

estr

ess

[MP

a]

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

100

200

300

400

500

600

Comparison with AFDEX & FORGE

시뮬레이션 비교

AFDEX, 2010 FORGE, 2004

Metal flow defect occurring in forward and backward extrusion

소성유동선 파괴결함(1)

(a) ESW105

(b) SCM435

소성유동선 파괴결함(2)

(a) ESW105

(b) SCM435

Metal flow defect occurring in forward and backward extrusion

결 론

⊙ 단조 중에 흔히 발생하는 파괴결함의 생성 과정을 규명

○ 제품의 외관에서 육안 확인이 가능한 외부파괴결함, 절단면에서 육안으로 확인 가능한 중심파괴 결함,

단면의 부식 후 관찰이 가능한 미시파괴결함 등에 관한 연구를 함

⊙ 두 가지 변형경화 특성이 상이한 소재, ESW105와 SCM435를 대상으로 비교

⊙ 전형적인 결함에 대한 정밀해석은 관련 기술자들에게 영감을 심어주는 좋은

연구 및 학습 자료가 됨