금속분말 사출성형법(MIM)을 이용한 자수봉제기용 로터리 훅 모듈 제조에 관한 연구 :A study on the manufacture of rotary hook modules for embroidering machine by metal injection molding

김상윤

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김상윤 (영남대학교, 영남대학교 대학원)

지도교수: 정일섭

발행연도: 2019

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2019

금속분말 사출성형법(MIM)을 이용한 자수봉제기용 로터리 훅 모듈 제조에 관한 연구

김상윤 기계공학과 2019.01 학위논문

2018

자수기용 로터리 훅 개발을 위한 금속분말 사출성형해석

김상윤 , 박보규 , 정재옥 외 2명 한국기계가공학회지 2018.08 학술저널

2017

금속분말 사출성형법을 이용한 자수기용 로터리 훅 제조 연구

김상윤 , 박시우 , 정일섭 외 2명 한국섬유공학회지 2017.01 학술저널

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본 연구에서는 자수봉제시스템에서 실의 박음질 메카니즘 중 매듭을 완성시켜주는 핵심부품인 로터리 훅에 대하여 MIM 기술을 적용한 제조공정 개발 연구를 수행하였다. 기존 로터리 훅의 소재 분석을 통해 파악한 결과를 바탕으로 주요 소재인 SCM415 금속분말을 선정하고, 사출성형을 위해 최적의 유동성을 가지는 피드스탁을 제조하였다. SCM415 피드스탁의 열전도도와 비열, pvT, 점도 등을 이용하여 사출시간과 사출압력에 대한 사출성형해석을 수행한 결과에 대하여 미충전 실험을 통해 검증함으로서 사출금형 설계에 필요한 최적의 사출 게이트 개수와 위치 등 주요 설계인자를 도출하였다. 3D 스캐너를 활용한 역설계 데이터를 바탕으로 탈지 후 소결과정을 거치면서 변형된 소결체의 변형량을 분석하여 치수정밀도를 향상시키기 위한 교정방법을 제시하였다. 열처리, 버핑, Cr 도금 등 후가공 공정을 통해 최종적으로 MIM 을 적용한 로터리 훅 시제품을 개발하여, 시제품에 대한 성능평가를 위해 실제 사용조건과 동일한 상태에서의 비교분석을 위해 표준규격에서 요구하는 표면경도를 충족하는지에 대한 마모테스트와 실제 자수 시 실과의 마찰을 하는 훅 부분에 대한 마모량 분석, 그리고 바깥북집과 안북집이 조립되어 고속 회전운동을 하며 서로 마찰을 일으키는 스커트 부분에 대한 내구시험기를 제작하여 마모테스트 등을 수행함으로서 기존 제품과 비교적 대등한 수준의 성능을 확인하였다. MIM 으로 개발된 로터리 훅 시제품을 실제 자수기에 장착하여 최대 1,000 rpm 으로 동작하면서 입력된 자수 패턴을 완성함으로서, 기존 기계가공의 제조공정을 대체할 수 있는 MIM 을 적용한 제조공정 기술을 확보하였다. 로터리 훅은 사용용도와 설치방향, 기기종류 등에 따라 크기나 형태가 조금씩 달라 매우 다양한 모델이 출시되어 있지만, 기본적으로 동일한 박음질 메카니즘으로 동작하기 때문에 본 연구 내용을 응용하여 다양한 로터리 훅 모델에 적용할 수 있다. 다만, 스커트부 내구테스트 결과와 같이 기존의 로터리 훅에 비해 MIM 시제품의 마모가 많이 된 것으로 나타나 개발품의 양산화를 위해서는 조립공차 개선을 위한 탈지 및 소결과정에서의 변형 최소화와 교정방법 개선 그리고, 마찰면의 표면조도 및 내구성 향상을 위한 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것으로 보인다.

#로터리 훅 #MIM #자수봉제기

제 1 장 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 동향 4
2.1 로터리 훅 4
2.2 MIM 9
3. 이론적 배경 10
3.1 로터리 훅의 개요 10
3.2 MIM 의 기본 개념 및 특성 17
제 2 장 기존 로터리 훅에 대한 분석 22
1. 벤치마킹 대상 선정 및 소재 분석 22
1.1 바깥북집 23
1.2 안북집 25
1.3 소재 분석 결과 29
2. 형상 분석을 위한 역설계 30
제 3 장 피드스탁 제조 40
1. 금속분말 선정 40
2. 바인더 개발 46
3. 피드스탁 최적화 49
제 4 장 사출성형해석 58
1. 사출성형해석의 개요 58
1.1 충전 및 보압과정에 대한 지배방정식 60
2. SCM415 피드스탁 물성 62
2.1 열전도도 62
2.2 비열 65
2.3 pvT 67
2.4 점도 70
3. 사출성형해석 73
3.1 해석모델 생성 73
3.2 사출게이트 위치에 따른 충전 양상 76
3.3 사출게이트 위치에 따른 사출압력 비교 80
3.4 에어트랩과 웰드라인 83
3.5 최적 사출시간 86
4. 사출성형해석 결과 검증 91
제 5 장 MIM 공정의 로터리 훅 모듈 시제품 제작 98
1. 사출금형 제작 및 사출성형 98
1.1 사출금형 설계 및 제작 98
1.2 충전성 테스트 104
1.3 사출성형 106
1.4 사출체 치수 정밀도 110
2. 탈지공정 114
2.1 탈지공정 개요 114
2.2 촉매분해 공정 116
3. 소결공정 117
3.1 소결공정 개요 117
3.2 수축거동 소결 시편 test 118
3.3 소결 cycle 120
4. 후가공 124
4.1 교정 124
4.2 절삭 가공 131
4.3 열처리 140
4.4 버핑 및 도금 149
4.5 조립 152
제 6 장 시제품 성능평가 155
1. 내부결함분석 155
2. 조립검사 160
3. 훅의 마모량 162
4. 시제품 경도 165
5. 스커트부 내구테스트 166
6. 자수성능시험 171
제 7 장 결 론 177
? Reference 180
? Abstract 184

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