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정밀 냉간 기어의 치수정밀도 향상 기술 지원정밀 냉간 기어의 치수정밀도 향상 기술 지원정밀 냉간 기어의 치수정밀도 향상 기술 지원정밀 냉간 기어의 치수정밀도 향상 기술 지원
구상화 처리의 방법은 대개 가지 종류 부록 참조 의 유형이 대표적인데 대연정5 ( 4 ) ,
공에서 초기에 사용하던 소재의 구상화 열처리 조건은 변태선 직SCM420H , Ac1
상 또는 변태선 이하로부터 변태선 이상의 온도 에서 일정한 시간Acm Ac1 (780°C) (6
시간 을 가열 유지한 후 노냉시키다가 변태성 이하의 일정한 온도) Ar1 (700°C X 3
시간 에서 유지하다가 서냉하는 방법이었으며 그때의 조직 변화와 경도 분포는 그) ,
림 과 같이 구상화 열처리가 좋지 않음을 알 수 있다2-1 .
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그림 구상화 소둔 공정 조건 및 분석 결과그림 구상화 소둔 공정 조건 및 분석 결과그림 구상화 소둔 공정 조건 및 분석 결과그림 구상화 소둔 공정 조건 및 분석 결과2-1. SCM420H [Pit F'ce]2-1. SCM420H [Pit F'ce]2-1. SCM420H [Pit F'ce]2-1. SCM420H [Pit F'ce]
나 소재 구상화 소둔 개선을 위한 실험 및 분석나 소재 구상화 소둔 개선을 위한 실험 및 분석나 소재 구상화 소둔 개선을 위한 실험 및 분석나 소재 구상화 소둔 개선을 위한 실험 및 분석) SCM420H) SCM420H) SCM420H) SCM420H
소재는 표 에 나타나 있는 바와 같이 수준으로 저탄소SCM420H 2-3 Carbon 0.2%
강 소재이기 때문에 의 형성이 많지 않기 때문에 구상화 조직을 얻기에Cementite
어려움이 많으며 그림 에 나타나 있는 바와 같이 를 갖고, 2-1 (g) Band-Structure
있기 때문에 더욱 더 균일한 분포를 갖는 구상화 조직을 형성하는 것이Cementite
곤란하다 그러나 전술한 바와 같이 구상화 열처리는 금형 수명에 영향을 미칠 뿐. ,
만 아니라 절삭성에도 영향을 미치므로 공정 개선을 통하여 구상화율을 증가시키고
분포 또한 균일화시키위해 다양한 열처리 조건에 대한 실험과 분석을 수행하였다.
구상화 소둔 조건은 총 가지를 선정하여 조직 경도 인장특성 압축 변형저항을6 , , ,
측정하였다 그림 는 실험에 사용된 열처리 조건을 나타내고 있으며 그 가운데. 2-2 ,
가장 우수한 특성을 나타내고 있는 구상화 열처리 조건과SA-B1( , Bell Type)
공정 에 대한 분석 결과는 그림 에 나타내었다 그 외PA-B1( thens, Bell-Type) 2-3 .
열처리 조건에 대한 자세한 결과는 부록 에 첨부하였다3 .
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그림 구상화 소둔 열처리 실험 조건그림 구상화 소둔 열처리 실험 조건그림 구상화 소둔 열처리 실험 조건그림 구상화 소둔 열처리 실험 조건2-2. SCM420H2-2. SCM420H2-2. SCM420H2-2. SCM420H
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그림 소둔 개선 공정의 분석 결과그림 소둔 개선 공정의 분석 결과그림 소둔 개선 공정의 분석 결과그림 소둔 개선 공정의 분석 결과2-3. SCM420H [Bell type F'ce]2-3. SCM420H [Bell type F'ce]2-3. SCM420H [Bell type F'ce]2-3. SCM420H [Bell type F'ce]
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그림 에서 알 수 있듯이 실험에 의해 선정된 구상화 열처리 조건은 기존 공정2-3
에 비해 구상화 조직을 얻는데 효과적이었으며 변형 저항 또한 표면에서는 까, 20%
지 감소함을 알 수 있었다 그러나 내부에서는 변형저항이 감소되지 않고 있어 여. ,
전히 개선의 여지가 있음을 알 수 있다. .
따라서 보다 우수한 구상화 조직을 얻기 위해 가공열처리 실험을 수행 하였다 그, .
림 는 원소재를 높이 변형으로 까지 압축 변형을 시킨 후 구상화 열처2-4 1/3, 1/2
리 를 했을 경우의 조직을 나타내는 사진으로 가 거(SA-B1, SA-K1) Band Structure
의 나타나지 않으며 조직 미세화와 구상화율 증가의 효과를 얻을 수 있음을 확인,
할 수 있다 그러므로 원소재를 직접 구상화 열처리하지 않고 소성변형을 가한 후. ,
열처리를 하는 것이 우수한 구상화 소둔 조직을 얻을 수 있음을 알 수 있으며 또,
한 원소재와 원소재를 구상화 소둔시킨 소재의 변형 저항이 큰 차이를 나타내지 않
으므로 실 공정에 사용이 가능할 것으로 예측되며 계속적인 현장 실험을 수행하고,
있다.
그림 소둔 개선 공정의 분석 결과그림 소둔 개선 공정의 분석 결과그림 소둔 개선 공정의 분석 결과그림 소둔 개선 공정의 분석 결과2-3. SCM420H [Bell type F‘ce]2-3. SCM420H [Bell type F‘ce]2-3. SCM420H [Bell type F‘ce]2-3. SCM420H [Bell type F‘ce]
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다 베어링 강 구상화 열처리 조건 개선다 베어링 강 구상화 열처리 조건 개선다 베어링 강 구상화 열처리 조건 개선다 베어링 강 구상화 열처리 조건 개선) (SUJ2)) (SUJ2)) (SUJ2)) (SUJ2)
베어링강의 일종인 는 표 에 나타나 있는 바와 같이 함량이SUJ2 2-5 Carbon 1%
수준으로 전술한 바와 같이 의 형성이 용이하기 때문에 구상화 열처리도Cementite
저탄소상에 비해 유리하다 그러나 베어링강의 경우는 인성이 강한 소재이기 때문' . ,
에 구상화 열처리가 좋지 않으면 절삭 가공시 재료의 뜯김 현상이 발생되기 쉽기
때문에 특히 주의해야 한다 기존에 대연정공에서 사용하고 있던 구상화 열처리는.
구상화 조건이 좋지 않아 구상화율이 수준이었기 때문에 개선할 필요가 있었80%
다.
표 베어링강 의 화학조성표 베어링강 의 화학조성표 베어링강 의 화학조성표 베어링강 의 화학조성2-5 SUJ22-5 SUJ22-5 SUJ22-5 SUJ2
그림 는 개선된 구상화 열처리 조건을 이용하여 베어링강 을 소둔 처리한2-4 (SUJ2)
후의 조직으로 구상화율이 이상의 우수한 상태를 나타내고 있으며 절삭 가송95% ,
성이 향상되어 가공업체 또한 매우 만족하고 있다.
그림 베어링 강 의 개선된 구상화 소둔 조직그림 베어링 강 의 개선된 구상화 소둔 조직그림 베어링 강 의 개선된 구상화 소둔 조직그림 베어링 강 의 개선된 구상화 소둔 조직2-4 SUJ22-4 SUJ22-4 SUJ22-4 SUJ2
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라 소재 구상화 소둔 개선을 위한 실험 및 분석라 소재 구상화 소둔 개선을 위한 실험 및 분석라 소재 구상화 소둔 개선을 위한 실험 및 분석라 소재 구상화 소둔 개선을 위한 실험 및 분석) SCr420H) SCr420H) SCr420H) SCr420H
소재와 함께 침탄 경화형 합금 소재인 소재는 표 와 같은SCM420H SCr420H 2-4
합금 조성을 갖고 역시 함량이 낮기 때문에 구상화가 어려운 소재이다 그Carbon .
림 는 소재의 원소재 조직 및 구상화 열처리 후의 조직을 나타내고2-5 SCr420H
있는데 원소재에 비해 경도는 정도 감소하였으나 구상화 조직은 역시 많, HRB 15 ,
은 와 구상화 되지 못한 판상 조직이 관찰되고 있다 따Band Structure Cementite .
라서 소재와 동일한 방법으로 가공 후 열처리를 통해 개선 방안을 모색, SCM420H
하였다.
그림 소재의 원소재 조직과 구상화 열처리 조직그림 소재의 원소재 조직과 구상화 열처리 조직그림 소재의 원소재 조직과 구상화 열처리 조직그림 소재의 원소재 조직과 구상화 열처리 조직2-5. SCr420H2-5. SCr420H2-5. SCr420H2-5. SCr420H
그림 은 압축 가공 후 구상화 소둔 처리한 후의 조직을 나타내고 있는데 동일2-6 ,
한 방법으로 개선했던 소재와 같이 가공 열처리 방법을 이용하면SCM420H Band
가 감소되며 구상화 의 형성을 돕기 때문에 우수한 구상화 조직Structure Cementite
을 얻을 수 있다.
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그림 소재의 개선된 구상화 열처리 소재 특성그림 소재의 개선된 구상화 열처리 소재 특성그림 소재의 개선된 구상화 열처리 소재 특성그림 소재의 개선된 구상화 열처리 소재 특성2-6. SCr420H2-6. SCr420H2-6. SCr420H2-6. SCr420H
나 단조 기어 성형 공정 설계 기술나 단조 기어 성형 공정 설계 기술나 단조 기어 성형 공정 설계 기술나 단조 기어 성형 공정 설계 기술....
단조 기어 정밀도 향상 기술 지원을 위해 선정한 기어는 모듈 압력각1.75, 20°,
잇수 피자 지름이 인 스퍼어 기어로서 그림 에 최종 기계가공 후15, 26.25mm , 2-7
제품 도면을 나타내고 있다 최종 도면을 기준으로 스처어 기어를 단조할 수 있는.
방법은 압출형 과 반경방향 형태 으로 크게 가지(Extrusion Type) (Upsetting Type) 2
로 분류할 수 있다 본 사업에서 선정한 방법은 최종 년도까지 가지 모두를 이용. 2
할 것이며 차년도인 당해연도는 압출형태를 이용하였다 압출형은 반경방향 형태, 1 .
보다 금형의 강도 유지에 유리하며 성형이 용이하기 때문에 현재까지 가장 많이 사
용하는 방법이다.
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그림 기술 지원 대상 스퍼어기어 최종 제품 도면그림 기술 지원 대상 스퍼어기어 최종 제품 도면그림 기술 지원 대상 스퍼어기어 최종 제품 도면그림 기술 지원 대상 스퍼어기어 최종 제품 도면2-72-72-72-7
그림 금형의 응력 분포 변화그림 금형의 응력 분포 변화그림 금형의 응력 분포 변화그림 금형의 응력 분포 변화2-25.2-25.2-25.2-25.
금형의 응력 분포를 치형부에서 분석한 그림 와 달리 그림 은 횡단면에2-25 2-26
서 금형의 부품별 응력 분포를 나타내고 있다 그림에서 좌측 상단은 소재가 변형.
되는 시작 시점의 금형 응력 분포를 우측 상단은 압출이 시작된 시점 좌측 하단은,
정상상태에서 압출이 진행되고 있을 때로서 초경 에 가해지는 응력 분포가 점점Tip
더 증가되면서 균일해짐을 알 수 있다.
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그림 금형의 부품별 응력 분포 변화그림 금형의 부품별 응력 분포 변화그림 금형의 부품별 응력 분포 변화그림 금형의 부품별 응력 분포 변화2-262-262-262-26
해석된 치형 치수 데이터와 측정에 의해 얻은 실 치수를 치형 의 보정Profile data
를 얻기 위해 분석한 절차는 그림 과 같다 앞서 정리한 결과와 같이 치형2-27 .
의 정리 필요 시점은 가공용 설계 치수에서부터 금형 가공 치수 단조품Profile Wire -
치수 해석 결과 단계별 보정량 계산 순으로 정리할 수 있다 해석에서 얻은 결과- ( )- .
들은 비정상 상태 부분과 정상상태 부분에 대해 분리해서 분석해야 한다.
분석 결과에 의하면 그림 에서와 같이 단조품은 금형 보다 만큼 치수가2-28 10㎛
증가되며 해석에 의해 분석된 금형의 찬성 변형량은 실 단조품과 의 차이가FEM 5㎛
발생되고 있다 이를 토대로 분석 가능한 단조품의 탄성 회복량은 수준임을 알. 5㎛
수 있다.
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그림 치형 의 보정량 분석을 위한 절차그림 치형 의 보정량 분석을 위한 절차그림 치형 의 보정량 분석을 위한 절차그림 치형 의 보정량 분석을 위한 절차2-27. Profile2-27. Profile2-27. Profile2-27. Profile
그림 치형 치수 변화 분석 결과그림 치형 치수 변화 분석 결과그림 치형 치수 변화 분석 결과그림 치형 치수 변화 분석 결과2-28.2-28.2-28.2-28.
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치형부의 길이 방향별 치수 변화는 그림 에 나타나 있는 바와 같으며 비정상2-29
상태 영역내에 존재하는 치형 단면은 까지 크게 타타나고 있음을 알 수 있는20㎛
데 그 원인은 압출시 금형에 발생되는 굽힘 응력 응력에 의한 변형때문으로 분석,
할 수 있다.
그림 길이 방향에 따른 치형 치수 변화그림 길이 방향에 따른 치형 치수 변화그림 길이 방향에 따른 치형 치수 변화그림 길이 방향에 따른 치형 치수 변화2-29.2-29.2-29.2-29.
압출품의 치형 정밀도측정에 의한 단조 기어의 정밀도는 기술지원 전 급 수준5~6
이었으나 본 기술 지원 사업에 의해 현재는 급 수준의 스퍼어기어를 제조할, 3~4
수 있으며 지속적인 사업 진행을 통해 급 수준의 기어 제조가 가능할 것으로, 2 3〜
예상된다 표 은 기어 정밀도 규격과 측정 결과를 나타내고 있다. 2-6 .
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표 기술 지원 대상 단조 스퍼어 기어 정밀도표 기술 지원 대상 단조 스퍼어 기어 정밀도표 기술 지원 대상 단조 스퍼어 기어 정밀도표 기술 지원 대상 단조 스퍼어 기어 정밀도2-6 (KS B1405)2-6 (KS B1405)2-6 (KS B1405)2-6 (KS B1405)
바 단조품의 강도 시험 및 분석바 단조품의 강도 시험 및 분석바 단조품의 강도 시험 및 분석바 단조품의 강도 시험 및 분석....
높은 치수 정밀도와 그에 따른 후가공비 절감으로 점유율이 증가하고 있는 냉간단
조품의 신규 개발품에 대한 신뢰성 입증은 유사 부품의 공정 대체를 위해서도 또한
매우 중요하다 그런 차원에서 주 대연정공에서 필요한 단조품의 신뢰성 입증이 필. ( )
요한 신규 개발품이 있어 본 사업에서 이를 지원하였다 그림 은 기존에 사용. 2-30
되어 왔던 부품명 자동차 차동장치용 부품 라는 열간단조품과 개발된 냉간Spider( )
단조품의 외관 사진으로 냉간단조품은 이상의 재료이용율을 갖는 정형제조95% (Net
를 달성하는 우수한 개발품이다 그러나 납품처의 요구와 주 대연정공의Shaping) . , ( )
신뢰도 입증에 따른 파급효과를 위해 실 제품 파단 실험을 수행하였다 그림. 2-31
은 시험에 사용된 톤 압축시험기 외관을 나타내고 있으며 그림 는200 CNC 2-32
파단 시험용 의 차원 을 나타내고 있다 실 파단 시험용의 지그의 강도Jig 3 Model .
유지에 대한 평가를 위해 해석에 의해 파단 시험에 대한 전산 모사 실험을 수FEM
행하였다.
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그림 기존 제품과 개발품 외관그림 기존 제품과 개발품 외관그림 기존 제품과 개발품 외관그림 기존 제품과 개발품 외관2-30.2-30.2-30.2-30.
그림 압축 파단 시험에 사용된 톤 압축시험기그림 압축 파단 시험에 사용된 톤 압축시험기그림 압축 파단 시험에 사용된 톤 압축시험기그림 압축 파단 시험에 사용된 톤 압축시험기2-31 200 CNC2-31 200 CNC2-31 200 CNC2-31 200 CNC
는 응력은 지그 상부에서 최대 주응력이 하부에서 로 지그에 사용30Mpa, 110Mpa ,
소재인 금형강의 인장강도인 의 미만으로 파손의 위험은 존재하지2,500Mpa 10%
않으며 단조품의 파단강도는 톤 수준을 나타냄으로서 실제 시험을 위한 설계 밑, 7
제작에 필요한 정보를 확보하였다.
이상의 결과를 기준으로 그림 에 나타나 있는 바와 같이 굽힘 파단 시험용 지2-34
그를 제작하였으며 파단 시험 후의 단조품 외관은 그림 와 같이 열간단조품, 2-35
과 냉간단조품의 파손 부위에 미소한 차이가 나타나고 있다.
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그림 을 이용한 파단시험 모사 실험 결과그림 을 이용한 파단시험 모사 실험 결과그림 을 이용한 파단시험 모사 실험 결과그림 을 이용한 파단시험 모사 실험 결과2-33. FEM Spider2-33. FEM Spider2-33. FEM Spider2-33. FEM Spider
그림 파단 시험 외관그림 파단 시험 외관그림 파단 시험 외관그림 파단 시험 외관2-34. Spider Jig2-34. Spider Jig2-34. Spider Jig2-34. Spider Jig
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그림 파단 시험 시험 결과 시험편 외관그림 파단 시험 시험 결과 시험편 외관그림 파단 시험 시험 결과 시험편 외관그림 파단 시험 시험 결과 시험편 외관2-35. Spider [ ]2-35. Spider [ ]2-35. Spider [ ]2-35. Spider [ ]
측정된 굽힘 파단 강도 값을 비교하면 그림 에 나타나 있는 바와 같이 냉간단2-36
조품과 열간단조품이 동일한 강도를 나타내고 있으나 파단에 대한 저항은 냉간단,
조품이 정도 더 높은 특성을 갖고 있다 그 이유는 파단면 관찰결과 냉간단조10% .
품이 차 항복 이후 차 항복에 대한 저항이 더욱 크게 나타나고 있기 때문으로 판1 2
단된다 열간단조품과 냉간단조품의 미세 조직은 그림 에 나타나 있는 바와. 2-37
같이 건전한 조직을 나타내고 있다Quenching/Tempering .
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그림 파단 시험 시험 결과 파단 하중 및 파단면그림 파단 시험 시험 결과 파단 하중 및 파단면그림 파단 시험 시험 결과 파단 하중 및 파단면그림 파단 시험 시험 결과 파단 하중 및 파단면2-36. Spider [ ]2-36. Spider [ ]2-36. Spider [ ]2-36. Spider [ ]
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그림 개발 냉간단조품 파단면 조직그림 개발 냉간단조품 파단면 조직그림 개발 냉간단조품 파단면 조직그림 개발 냉간단조품 파단면 조직2-37. Spider2-37. Spider2-37. Spider2-37. Spider
기술 지원이 기업에 미친 기여기술 지원이 기업에 미친 기여기술 지원이 기업에 미친 기여기술 지원이 기업에 미친 기여3.3.3.3.
주 대연정공은 냉간단조품 가운데 정밀도가 높은( ) , bevel gear, c.v-joint cage,