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김하성(Hasung Kim),김민수(Minsoo Kim),이형일(Hyungyil Lee),김낙수(Naksoo Kim),김동철(Dongchoul Kim) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.11
In this study, a 2-step stamping model with additional 1st stamping tool is proposed to reduce stamping flaws in the curved parts of dimple in nuclear fuel spacer grid. A reference 2D FE model of 1-step stamping is then established, and corresponding maximum strain is obtained. By varying the values of process variables of 1st stamping tool in 2-step stamping model, FE solutions are obtained to express the strain as a function of process variables, which provides the optimum values of process variables. Finally, applying these optimum values to a 3D FE model, we show the enhanced formability of the proposed 2-step stamping model.
김하성(Hasung Kim),김민수(Minsoo Kim),이형일(Hyungyil Lee),김낙수(Naksoo Kim),김동철(Dongchoul Kim) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.7
본 연구에서는, 핵연료 지지격자 딤플 굴곡부에 성형결함을 줄이고자, 1차 스탬핑 금형이 추가된 2-step 스탬핑모델을 제시한다. 우선 순수굽힘 변형률과의 비교로, 딤플 굴곡부 변형률의 특성을 조사한다. 이어 2 차원 1-step 기준 스탬핑 유한요소모델을 정하고 이에 상응하는 최대변형률을 구한다. 1차 스탬핑 금형의 설계변수들을 각각 변화시켜 변형률에 대한 목적함수를 구하고, 반응표면법을 이용해 1차 스탬핑 금형의 최적 변수값을 선정한다. 다음으로 이를 3차원 모델에 적용해 2-step 스탬핑 모델의 향상된 성형성을 확인한다. In this study, a 2-step stamping model with an additional 1st stamping tool is proposed to reduce stamping flaws in the curved parts of a dimple in a nuclear fuel spacer grid. First, the strains of curved part of dimple are characterized via a comparison with strain solutions in pure bending. A reference 2D finite element (FE) model of 1-step stamping is then established, and the corresponding maximum strain is obtained. By varying the values of design variables of the 1st stamping tool in the 2-step stamping model, FE solutions are obtained to express the strain as a function of process variables, which provides the optimum values of process variables. Finally, applying these optimum values to a 3D FE model, we demonstrate the enhanced formability of the proposed 2-step stamping model.
세라믹 사출공정에서 시편의 두께에 따른 기계적 강성 연구
김진호(Kim, Jin-Ho),홍석무(Hong, Seokmoo),황지훈(Hwang, Jihoon),이종찬(Lee, Jong-Chan),김낙수(Kim, Naksoo) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회논문지 Vol.15 No.6
세라믹 사출공정(CIM)으로 성형되는 전자제품 케이스와 같은 판상 제품은 강도 보장을 위한 형상설계가 매우 중요 하다. 본 연구에서는 CIM으로 성형된 판상 시편의 두께에 따른 3점 굽힘 시험을 통해 굽힘 강도 및 탄성계수를 도출하여 기계적 특성을 분석했다. 두께 0.48mm 시편은 파단하중이 82.9~94.5N이고, 1.0mm 시편은 233.6~345.8N으로 측정되었다. 시 편의 두께가 0.5mm 증가했을 때, 파단하중은 3배가 증가하고 탄성계수는 20%가 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 또한 비커스 경도시험을 통해 시편의 두께가 두꺼워질수록 상대밀도와 표면경도가 작아지는 것을 보였다. 이러한 현상은 두께가 두꺼울수록 소결공정 이후 세라믹 혼합물 중 세라믹 분말의 체적분율이 작아지기 때문으로, 이에 따라 기계적 물성이 부분적 으로 변할 수 있음을 실험과 해석결과 비교 분석을 통해 밝혔다. The importance of shape design for strength is highly regarded when applied to thin plate products in Ceramic Injection Molding (CIM), such as cases for electronic goods. This study analyzed the characteristics of the mechanical strength of CIM product by measuring the flexural strength and elastic modulus through a 3-point bending test according to the thickness of a thin plate test piece prepared by CIM. The specimen with a thickness of 0.48mm required a 82.9~94.5N fracture load, whereas a 1.0mm thick test piece required 233.6~345.8N. The increase in thickness by 0.5mm resulted in a 3-fold increase in the fracture load, whereas the elastic modulus decreased by 20%. The thicker the specimen, the lower relative density and surface hardness of the specimen. This is because the thicker the specimen, the lower the powder fraction of the ceramic mixture, and the material properties partially change after sintering.
김진호(Kim, Jin-Ho),홍석무(Hong, Seokmoo),황지훈(Hwang, Jihoon),이종찬(Lee, Jong-Chan),김낙수(Kim, Naksoo) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회논문지 Vol.15 No.5
세라믹 사출공정(CIM)은 산업 분야 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있는 공정 중 하나로, 점차 의료용 전자기기의 부품 등으로 확대 적용되고 있다. 본 연구에서는 FEM 해석을 통해 CIM의 공정변수가 제품의 품질에 미치는 영향을 분석했다. 단순평판 형상의 해석결과를 기초로 구멍이 있는 형상, 모서리부가 둥근 형상 및 측벽 구조가 있는 형상 등과 비교 분석했다. 구멍이 있는 형상의 경우, 구멍 주변에 밀도분포가 고르지 못하며 용접선(weld-line)과 같은 결함이 발생할 수 있음을 예측할 수 있었다. 반면 제품의 모서리부 반경이 크면 성형성 및 유동성이 좋아지는 것을 확인했다. 따라서 CIM 공정변수 뿐만 아니 라 제품의 형상변수도 고려해야 한다. 해석결과 온도, 초기분율, 속도 등의 공정변수는 제품의 품질 향상을 위한 중요한 설계 변수가 될 수 있음을 확인할 수 있었다. Ceramic Injection Molding (CIM) is one of wide used processes in industry field and the applications are gradually being expanded to parts of medical and electric devices. In this study, the CIM process were analyzed with FEM and process parameters were studied and analyzed the effect on product quality. The shape of simple flat plate was compared to the shapes with the hole, with the round corner portion or with the side wall portion. If there are holes then the hole around the uneven density distribution and the defects such as weld lines could be occurred. The Large radius of the corners of the product give good formability and fluidity. Not only the shape parameters of product but also the process parameters during CIM are studied. The simulation results showed that the process parameters of temperature, initial fractions and velocity are important design parameters to improve the quality of products.
단순전단 시험법 구축 및 바우싱거효과를 고려한 경화거동 예측
김동욱(Dongwook Kim),방성식(Sungsik Bang),김민수(Minsoo Kim),이형일(Hyungyil Lee),김낙수(Naksoo Kim) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.10
본 연구에서는 zircaloy-4 판재에 대해 바우싱거 효과를 고려한 경화거동 예측모델을 구축했다. 금속소재 가공에서 인장 후 압축 시 항복응력이 감소한다. 이에 스프링백 해석 시 바우싱거 효과를 반드시 고려해야 한다. Simple shear 시험에서 적정 시편크기 및 적정 조임토크에 대한 결정법을 제시했다. 5 가지 재료에 대한 simple shear 시험을 통해 응력-변형률 곡선을 구했다. 또한 유한요소해석을 활용해 simple shear 하중-변위 곡선으로부터 유효응력-변형률 곡선으로 변환과정을 소개했다. 등방/운동성 경화 조합모델을 활용해 simple shear 순/역방향 시험을 모사했다. 이때 각 경화계수에 따른 하중-변위 곡선 변화를 관찰하고, zircaloy-4에 대한 경화계수를 결정했다. In this study we establish a process to predict hardening behavior considering the Bauschinger effect for zircaloy-4 sheets. When a metal is compressed after tension in forming, the yield strength decreases. For this reason, the Bauschinger effect should be considered in FE simulations of spring-back. We suggested a suitable specimen size and a method for determining the optimum tightening torque for simple shear tests. Shear stress-strain curves are obtained for five materials. We developed a method to convert the shear load-displacement curve to the effective stress-strain curve with FEA. We simulated the simple shear forward/reverse test using the combined isotropic/kinematic hardening model. We also investigated the change of the load-displacement curve by varying the hardening coefficients. We determined the hardening coefficients so that they follow the hardening behavior of zircaloy-4 in experiments.