• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.13-13
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• 2009

현재 열간단조 금형을 제작함에 있어 육성용접을 실시하는 방법이 금형강 STD61, STD11 등으로 제작하는 방법에 비해 보수나 비용적인 측면에서 이점을 가지고 있기 때문에 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. 열간단조 공정에서 금형은 $1000^{\circ}C$이상의 고온재료와 반복접촉하게 된다. 이때 이형제의 사용은 급속냉각 및 급속가열의 열피로를 가속시킨다. 또한, 금형은 반복충격에 의한 기계적 피로를 받게 된다. 이러한 금형의 사용환경을 고려한 FCW는 종래 고가의 $2.8{\sim}3.2{\Phi}$인 외국산 FCW를 사용하였으나 이를 대체한 $3.2{\Phi}$ 태경 FCW가 국내에서 개발되었다. 하지만 개발된 FCW를 사용하여 제작된 금형의 수명이 부족한 현상이 발생하였다. 이에 금형의 수명을 연장시킬 수 있는 내균열성 및 내열충격성을 확보한 태경 FCW의 개발과 개발된 FCW의 성능평가가 요구되었다. 특히 열간단조 금형에 있어서 중요한 내열충격성의 경우 가열과 냉각의 반복 Cycle에 의한 Thermal shock의 평가가 대부분이며 높은 Cycle로 인해 많은 시간이 걸리며, 또한 가열과 냉각을 오갈 수 있는 고가의 시험장치가 요구된다. 그러므로 개발된 FCW 육성용접부의 내균열성 및 내열충격성을 평가할 수 있는 방법에 대한 연구와 특히 내열충격성을 시간이 적게 걸리면서도 경제적으로 평가할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구의 목적은 열간단조 금형 육성용접부의 내균열성 및 열충격특성을 평가할 수 있는 방법에 대한 검토와 특히 내열충격성에 대해 J.W.Kim등의 시험방법을 참고하여 시간이 적게 걸리면서 저 비용으로 열 충격특성을 평가할 수 있는 시험법을 고안하는 것이다. 이를 위한 방법으로 육성용접부의 내균열성을 평가하기 위한 상온 Bending을 실시하였고, 내열충격성을 평가하기 위한 염욕로를 이용하는 고온 Bending을 고안하여 실시하였다. 상온 Bending, 고온 Bending 모두 3점 굽힘시험을 적용하였다. 고온 Bending의 가열방법으로는 염욕로를 사용하여 시편이 대기중에서 약 $850^{\circ}C$의 온도가 될 수 있도록 하였다. 시편은 각각 열처리를 하여 요구 경도를 확보하였고, 이를 염욕로에서 5분간 가열 및 유지하여 취출 후 굽힘하중을 가하여 변위의 정도로 열충격을 평가하는 방법을 사용하였다. 상온 Bending은 극한변형량과 파단부 극한응력으로, 고온 Bending은 고온 극한변형량으로 평가를 하였고, 외국산 FCW를 사용한 육성용접부를 비교대상으로 하였다. 평가 결과 개발된 국산 $3.2{\Phi}$ 태경 FCW의 성능은 외국산 FCW와 유사하거나 우수한 것으로 평가되었고, 실제 금형을 제작하여 현장에 적용한 결과 금형의 수명이 연장된 것이 나타났다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.31 no.12
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• pp.1093-1100
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• 2014

The goal of this paper is to investigate preliminary the applicability of 3D printing technologies for the development of the hot bulk forming process and die. 3D printing technology based on the plastic material was applied to the preform design of the hot forging process. Plastic hot forging dies were fabricated by Polyjet process for the physical simulation of the workpiece deformation. The feasibility of application of Laser-aided Direct Metal Rapid Tooling (DMT) process to the fabrication of the hot bulk metal forming die was investigated. The SKD61 hot-working tool steel was deposited on the heat treated SKD61 using the DMT process. Fundamental characteristics of SKD 61 hot-working tool steel deposited specimen were examined via hardness and wear experiments as well as the observation of the morphology. Using the results of the examination of fundamental characteristics, the applicability of the DMT process to manufacture hot bulk forming die was discussed.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.38 no.4
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• pp.427-436
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• 2014

The goal of this paper is to estimate proper hardfacing material and thickness of STD61 hot-working tool steel through three-dimensional heat transfer and thermal stress analyses. Stellite6, Stellite21 and 19-9DL superalloys are chosen as alternative hardfacing materials. The influence of hardfacing materials and thicknesses on temperature, thermal stress and thermal strain distributions of the hardfaced part are investigated using the results of the analyses. From the results of the investigation, it has been noted that a hardfacing material with a high conductivity and a thinner hardfaced layer are desired to create an effective hardfacing layer in terms of heat transfer characteristics. In addition, it has been revealed that the deviation of effective stress and principal strain in the vicinity of the joined region are minimized when the Stellite21 hardfaced layer with the thickness of 2 mm is created on the STD61. Based on the above results, a proper hardfacing material and thickness for STD61 tool steel have been estimated.

• Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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• v.18 no.6
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• pp.383-393
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• 2005

본 고에서는 사출금형소재로 널리 사용되는 프리하든 강의 수명을 극대화 시킬 수 있는 열 표면처리 기술에 대해 소개하였다. 이러한 열 표면처리 기술 및 기술 적용시 고려해야할 점을 다시 정리해 보면, 제조하는 대상물을 고려한 최적 금형 재료의 선택 (표 1~3) 선택된 금형의 물성을 최적으로 구현할 수 있는 열처리 선택 (표 4) 금형의 사용 환경을 고려한 최적 열 표면처리 선택 (표 5) 질화 열처리에 의한 수명 향상 피로 수명이 중요한 경우 : 질화층 $100{\mu}m$이내 열간 내마모성, 크립저항성이 요구되는 경우 : 질화층 $300{\sim}400{\mu}m$ TiN, CrN 등 세라믹 코팅에 의한 성능 향상 내식성 중요시 CrN, DLC의 적용 내마모성 및 초저마찰계수의 구현 : 방향성 코팅, 나노구조화 금형의 국제경쟁력을 향상시키기 위해서는 고품위 금형 제조 기술이 필요하고 이를 위하여, 표면개질처리가 필수불가결하다는 것이다. 또한, 열 표면처리에는 각각의 특징이 있고, 적용 상황의 미묘한 차이에 따라 특성이 바뀌기 때문에 고품위, 품질 금형을 얻고자 하면 어느 때보다 사용자, 금형기술자, 열 열 표면처리 기술자들과의 협력이 요구된다.

• Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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• v.19 no.5
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• pp.75-81
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• 2020

Multistage hot forging process enables mass production of various parts at a high speed, wherein, it is important to design the forging steps in an optimal way. Finite element methods are widely applied for optimizing the forging process design; however, they present inaccurate results due to the rapid change in the mold temperature during multistage hot forging. In this study, the temperature distributions of the mold in a steady state were calculated via heat transfer analysis during mold cooling. The flow stress and friction coefficient of the material were measured according to the temperature and were applied for numerical analysis of the multistage hot forging process. Eventually, the accuracy of the analysis results is verified by comparing these results with the experiments.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2006.05a
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• pp.219-220
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• 2006

Laser surface hardening technologies have been used to improve characteristics of wear and to enhance the fatigue resistance for mold parts. The objective of this research work is to investigate the influence of the process parameters, such as power of laser and defocused spot position, on the characteristics of laser surface hardening for the case of SKD61 steel. CW Nd:YAG laser is selected as the heat source. The optical lens with the elliptical profile is designed to obtain a wide surface hardening area with a uniform hardness. From the results of the experiments, it has been shown that the maximum hardness is approximatly 740 Hv when the power, focal position and the travel of laser are 1,095 W, +1mm and 0.3 m/min, respectively. In addition, the hardening width using the elliptical lens was three time larger than that using the defocusing of laser beam.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.24 no.4 s.193
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• pp.57-67
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• 2007

Laser surface hardening technologies have been used to improve characteristics of wear and to enhance the fatigue resistance fur mold parts. The objective of this research work is to investigate the influence of the process parameters, such as power of laser and defocused spot position, on the characteristics of laser surface hardening for the case of SKD61 steel. CW Nd:YAG laser is selected as the heat source. The optical lens with the elliptical profile is designed to obtain a wide surface hardening area with a uniform hardness. From the results of the experiments, it has been shown that the maximum average hardness is approximatly 780 Hv when the power, focal position and the travel of laser are 1,095 W, 0mm and 0.3 m/min, respectively. In samples treated with lower scanning speeds, some small carbide particles appear in the interdendritic regions. This region contains fine martensite and carbide in proportions which depend on the local thermal cycle.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.33 no.7
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• pp.681-686
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• 2009

Direct laser metal forming technology was applied to restore the damaged mold surface. In order to estimate melting characteristics of the $20{\mu}m$ Fe-Cr-Ni powder, single layer experiments were performed at various levels of heat input. The process window of the $20{\mu}m$ Fe-Cr-Ni powder provided feasible process parameters for the smooth regular surface. The cross hatching scanning strategy on the multiple layer experiment was performed to reduce the thickness non-uniformity of edge portions compared with the one direction scanning. To estimate the coherence between the melted powder and the basematal, the tendency of hardness distribution has been observed. The hardness of the melted and the remelted zone was distributed from 400HV to 600HV. It is over 2 times compared of the hardness of the basemetal. Experimental results show that the mold restoring process using direct laser metal forming can be successfully applied in the mold repair industry.

• Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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• 1996.03b
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• pp.138-144
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• 1996

In square die extrusion, flow guide and ide land play important roles for controlling the metal flow in die design. In the present work, the flow guide and the die land are considered for the die construction. Based on ALE description , rigid-viscoplastic finite element analysid is carried out to assess the effects of process and die design parameters. The thermal state affects greatly the product quality in hot extrusion. in the present work, the temperature distribution is also analyzed in theframwork of rigid-viscoplastic finite element computation. As a computational example, hot square die extrusion with flow guide and die land has been analyzed for the profile of a H section.