[학위논문]A Comparative study of stamping and hydromechanical forming process for an automobile fuel tank using finite element method : 유한요소법을 이용한 자동차 연료탱크의 스탬핑과 하이드로포밍 공법에 대한 비교 연구원문보기
최근 자동차의 경량화와 자동차 부품의 고품질에 대한 사회적 요구가 증가함에 따라, 제조 산업은 자동차 자체의 주요 부품의 기존 성형 방식인 판재의 프레스 가공과 더불어 차체 설계 및 생산기술 측면에서의 여러 가지 신기술의 필요성이 대두되었다. 그 새로운 기술 개발의 연구 분야 중, 박판 하이드로포밍 공법에 의한 성형 기술이 자동차 부품 성형 분야에서 활발히 연구되고 있다. 박판 하이드로포밍의 기본 원리는 하나 또는 두 개의 금속 박판 사이에 작동유체를 공급해서 ...
최근 자동차의 경량화와 자동차 부품의 고품질에 대한 사회적 요구가 증가함에 따라, 제조 산업은 자동차 자체의 주요 부품의 기존 성형 방식인 판재의 프레스 가공과 더불어 차체 설계 및 생산기술 측면에서의 여러 가지 신기술의 필요성이 대두되었다. 그 새로운 기술 개발의 연구 분야 중, 박판 하이드로포밍 공법에 의한 성형 기술이 자동차 부품 성형 분야에서 활발히 연구되고 있다. 박판 하이드로포밍의 기본 원리는 하나 또는 두 개의 금속 박판 사이에 작동유체를 공급해서 금형 내부의 형태로 성형시키는 공법인데, 이것은 위의 문제점들 해결할 수 있는 새로운 기술 중의 하나이다. 전형적인 스탬핑 공정과 비교해볼 때, 박판 하이드로포밍은 기술적으로나 경제적으로 다음과 같은 장점을 가진다. 전형적인 스탬핑 공정은 적어도 2개의 스탬핑 펀치와 다이, 블랭크홀더가 추가적으로 필요한 반면, 박판 하이드로포밍은 제품 형상의 상형 또는 하형과 유압을 가할 수 있는 장치만이 필요함으로써 제조 원가를 크게 낮출 수 있다. 기술적인 측면에서 볼 때, 하이드로포밍은 유체의 정수압을 소재에 작용시킬 수가 있어 변형 분포가 특히 더 균일하며, 이 때 발생되는 가공경화 현상으로 인한 강도 증가를 이용해 적용판재의 두께를 감소시키거나 보강재의 삭제를 고려하여 경량화를 꾀할 수 있다. 또한, 이러한 균일한 가공경화로부로부터 성형 후의 스프링백 현상 등을 감소시킬 수 있을 것이라 기대된다. 본 논문에서는 상용 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA3D를 사용하여, 오늘날 일반적인 성형 공법인 스탬핑 공법의 기본적인 성형 메카니즘을 분석하였다. 이러한 분석와 함께 유한 요소법을 이용하여, 일반 강재의 연료 탱크의 성형을 위한 공정 설계를 통해 성형성을 예측하였고, 최적의 성형 조건을 도출하였다. 먼저, 기존의 연료 탱크 생산 공법인 스탬핑 공정의 유한 요소 해석 결과와 실제 제작된 연료 탱크 제품의 비교, 검증으로부터 새로운 생산 기술인 하이드로포밍 공법에 대한 적용 가능성을 확인하였고, 하이드로포밍 공법의 적용을 위한 성형 공정 설계를 하였다. 이 때, 본 논문에서는 하이드로 포밍 공정의 공정 변수 중, 블랭크 홀더력과 유체의 압력에 중점을 두어 최적 설계하였다. 이상의 연구 결과, 기존의 성형 공법에 대한 성형 메카니즘 분석을 기반으로, 새로운 생산 기술 공법인 하이드로포밍 공법으로 제품 생산시 성형성 향상은 물론, 생산 비용의 절감, 부품 무게의 절감, 재료비의 감소 등을 기대할 수 있을 것이다.
최근 자동차의 경량화와 자동차 부품의 고품질에 대한 사회적 요구가 증가함에 따라, 제조 산업은 자동차 자체의 주요 부품의 기존 성형 방식인 판재의 프레스 가공과 더불어 차체 설계 및 생산기술 측면에서의 여러 가지 신기술의 필요성이 대두되었다. 그 새로운 기술 개발의 연구 분야 중, 박판 하이드로포밍 공법에 의한 성형 기술이 자동차 부품 성형 분야에서 활발히 연구되고 있다. 박판 하이드로포밍의 기본 원리는 하나 또는 두 개의 금속 박판 사이에 작동유체를 공급해서 금형 내부의 형태로 성형시키는 공법인데, 이것은 위의 문제점들 해결할 수 있는 새로운 기술 중의 하나이다. 전형적인 스탬핑 공정과 비교해볼 때, 박판 하이드로포밍은 기술적으로나 경제적으로 다음과 같은 장점을 가진다. 전형적인 스탬핑 공정은 적어도 2개의 스탬핑 펀치와 다이, 블랭크홀더가 추가적으로 필요한 반면, 박판 하이드로포밍은 제품 형상의 상형 또는 하형과 유압을 가할 수 있는 장치만이 필요함으로써 제조 원가를 크게 낮출 수 있다. 기술적인 측면에서 볼 때, 하이드로포밍은 유체의 정수압을 소재에 작용시킬 수가 있어 변형 분포가 특히 더 균일하며, 이 때 발생되는 가공경화 현상으로 인한 강도 증가를 이용해 적용판재의 두께를 감소시키거나 보강재의 삭제를 고려하여 경량화를 꾀할 수 있다. 또한, 이러한 균일한 가공경화로부로부터 성형 후의 스프링백 현상 등을 감소시킬 수 있을 것이라 기대된다. 본 논문에서는 상용 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA3D를 사용하여, 오늘날 일반적인 성형 공법인 스탬핑 공법의 기본적인 성형 메카니즘을 분석하였다. 이러한 분석와 함께 유한 요소법을 이용하여, 일반 강재의 연료 탱크의 성형을 위한 공정 설계를 통해 성형성을 예측하였고, 최적의 성형 조건을 도출하였다. 먼저, 기존의 연료 탱크 생산 공법인 스탬핑 공정의 유한 요소 해석 결과와 실제 제작된 연료 탱크 제품의 비교, 검증으로부터 새로운 생산 기술인 하이드로포밍 공법에 대한 적용 가능성을 확인하였고, 하이드로포밍 공법의 적용을 위한 성형 공정 설계를 하였다. 이 때, 본 논문에서는 하이드로 포밍 공정의 공정 변수 중, 블랭크 홀더력과 유체의 압력에 중점을 두어 최적 설계하였다. 이상의 연구 결과, 기존의 성형 공법에 대한 성형 메카니즘 분석을 기반으로, 새로운 생산 기술 공법인 하이드로포밍 공법으로 제품 생산시 성형성 향상은 물론, 생산 비용의 절감, 부품 무게의 절감, 재료비의 감소 등을 기대할 수 있을 것이다.
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