The present practice in the pedalshaft manufacture employs five processes without the annealing heat-treatment. Many defacts, such as creacks, folding and bending, were found in the final products of the current five-process system. In the conventional method, extrusion stage and forging stage have been separately performed.
The present study aims to reduce the number of processes by developing a new extrusion-forging process and also to achieve elimination of the product defects found in the current factory processes. Besides, prolongation of the tool life is pursued in the new processes.
Theoretical analysis on open-die extrusion and forging was made by upper-bound approach for the optimum design and to find the workability limits at every process. Extensive materials tests were done to back up the process design. The thecretical results agreed quite well with the experimental ones in extrusion. Dominant factors in open-die extrusion were brought to light and optimum conditions were sought. A correction-land die was introduced to eliminate bending defects. Both as-drawn and as-annealed billets were used in the experiment for comparison.
A new concept of plastic buckling stability(PBS) was defined to elucidate the buckling behavior in upsetting of short bars with bulk deformation and to help find means to raise the stability during upsetting. From this analysis, annealing heat-treatment and coning-punch preforming were mandatory for the stabler forming.
A new three-process system was designed and experimented on the basis of the experiments made on the extrusion and forging together with theoretical backup. Beside reducing the number of processes, many defects were found to be eliminated in the new system through the experiment. Some improvements to be made from the experiment of the system were reflected on the modified three-process design. A corrected extrusion-die schedule was brought forward and included in the modifed design. Finally, an integral factory design for the complete three-process system was recommended.
현재 공장에서는 풀림 열처리를 하지않고 5공정으로서 페달축을 제조하고 있다. 현 5공정의 최종 제품에서는 크랙, 표면이 겹쳐짐이나 휨 등의 여러가지 결함이 발견되고 있다. 종래의 방법에서는, 압출 단계와 단조 단계가 따로 분리되어 행해져 왔었다.
이 연구는 새로운 압출-단조 공정을 개발함으로써 공정수를 줄이고 또한 현공장공정에서 발견되는 제품의 결함을 제거할 것을 목적으로 하고 있다. 아울러, 새공정에 의해 공구의 수명도 연장하려는 노력이 경주 되었다.
최적 설계를 위해서 또한 각 공정의 가공한계를 찾기 위해 상계법을 이용하여 비 구속 압출과 단조에 대해 이론적인 해석을 행하였다. 또한 공정설계를 뒷받침하기 위해 광범한 물성시험이 시행되었다. 압출 실험 결과는 이론치와 잘 일치하였다. 비구속 압출에 있어서 지배적인 인자를 밝히고 최적 조건을 찾도록 하였다. 한편 압출부의 휨을 제거하기 위하여 고정부 금형이 도입되었다. 압출과 단조실험에 인발소재와 풀림소재를 각각 실험함으로써 두 소재 상태가 미치는 영향을 비교하도록 하였다.
소성좌군 안정도 (PBS)라는 새로운 개념을 정의하여 전체적인 변형이 일어나는 짧은 봉에서 업셋팅의 좌굴 현상을 밝히고 업셋팅종의 안정도를 증가시키는 수단을 찾는데 도움이 되도록 하였다. 이러한 해석으로 부터 안정 된 성형을 위해선 풀림열처리와 원추부예비성형이 필수적이라는 것을 알게 되었다.
이론의 뒷받침과 아울러 압출과 단조에 대한 실험을 기반으로 하여 새로운 3공정 시스템을 설계하고 실험 하였다.
새로운 공정의 실험을 통해서 공정수가 단축되었을 뿐 아니라 여러가지 결함들이 제거되었음이 밝혀졌다. 이 새 시스템의 실험으로 부터 몇가지 개선될 사항이 수정된 3공정 설계에 반영 되었다. 수정된 압출 금형 스케줄이 제안되었고 수정된 설계에 포함되었다. 최종적으로 완전한 3공정 시스템에 대한 실제 설계가 공장을 위해서 추천 되었다.
