첨단 IT 산업과 의료분야 및 센서의 급속한 발전으로 인하여 각종 전자기기가 소형화(miniaturization) 되고 있다. 이러한 소형화에 경향에 따라 미세 부품(micro-parts)들도 기능에 맞는 기계적 강도와 전자기적 기능을 동시에 요구되고 있다. 소성 가공은 높은 생산성과 재료의 손실이 적고, 우수한 기계적 특성을 가지고, 성형 치수제어 등이 우수하지만, 실제 마이크로(...
첨단 IT 산업과 의료분야 및 센서의 급속한 발전으로 인하여 각종 전자기기가 소형화(miniaturization) 되고 있다. 이러한 소형화에 경향에 따라 미세 부품(micro-parts)들도 기능에 맞는 기계적 강도와 전자기적 기능을 동시에 요구되고 있다. 소성 가공은 높은 생산성과 재료의 손실이 적고, 우수한 기계적 특성을 가지고, 성형 치수제어 등이 우수하지만, 실제 마이크로(micro) 부품생산에 크게 적용되지 않고 있다. 그 이유로는 매크로(macro) 단위에서의 소성가공 기술이 마이크로 단위에서 적용이 될 수 없고, 마이크로 성형에 적합한 재료 및 재료의 미세 거동에 대한 이해가 부족하기 때문이다. 지금까지 마이크로 소성가공은 블랭킹(Blanking), 밴딩(banding), 드로잉(drawing) 등 극히 일부에 해당하는 기술들만 적용되고 있고, 부피 성형기술을 이용한 미세부품 사례는 미미하다. 그러므로 우수한 성형 정밀도와 기계적 강도를 가지는 초소성 합금(superplastic alloy)의 적용이 제안된다. 따라서 본 논문에서는 마이크로 소성가공에 적합한 미세 결정립을 가지는 Al5083 초소성 합금 재료를 이용하여 마이크로 소성가공 성형성에 대한 연구를 수행하였다. 초소성 합금에 대해서 각각 치수가 다른 Pyramid와 V-grooved 형상 마이크로 금형을 이용하여 자체 제작한 마이크로 단조 시스템에서 성형 실험을 수행하였다. Al5083 초소성 합금은 최적 성형 온도가 530˚C에서 550˚C 사이임을 알 수 있었다. 또한 성형시간이 길수록, 성형하중이 클수록 성형성이 좋아지지만, 성형성이 높아질수록 성형이 진행되는 금형과 재료 사이의 치수효과의 영향이 증가하기 때문에 성형성이 떨어졌다. 사하중(dead weight) 상태에서 결정립계의 미끄럼 및 회전에 의한 변형을 확인 할 수 있었다. 금형의 부피당 면적비가 클수록 치수효과의 영향에 의해 성형 높이는 낮아지는 것을 알 수 있었다. 같은 크기의 개방형 금형과 밀폐형 금형 사이의 높이 차이는 공기 정압 베어링 효과에 의해 발생하며, 금형의 크기가 작아질수록 공기정압 베어링 효과가 줄어들어 개방형과 밀폐형 금형 사이 높이 차이는 줄어들고 최대 금형 높이 대비 높이차이도 줄어든다. 인가 진동하중이 증가 할수록 성형성이 증가한다는 것을 알 수 있었다. 진동은 소재와 금형 사이 마찰력과 응착현상을 감소시키고 공기정압 베어링 효과도 감소 시켜주는 역할을 하기 때문이다. 인가 진동 하중을 증가 시키면 인가 진동 하중 대비 재료 성형에 영향을 미치는 평균 펀치력 전달 효율이 증가 하였다. 인가 진동 하중이 증가할수록 작동 힘이 증가함과 동시에 작동 거리도 증가하게 된다. 펀치부와 재료 사이의 간극이 존재 하므로 인가 진동하중 인가 시 에너지 손실이 발생하게 된다. 하지만, 인가 진동하중이 증가 할수록 작동 거리가 증가 되므로 총 작동 거리 대비 간극의 영향이 줄어들게 되고, 평균 펀치력 전달 효율이 높아지게 된다. 인가 진동수가 증가하면 시간당 펀칭수가 많아지므로, 충격력이 증가하게 되고 전달되는 에너지가 증가하게 된다. 하지만 성형부에 전달되는 진동과 재료부에서 반사된 진동이 서로 간섭을 일으켜 진동이 증폭 또는 상쇄를 일으킨다. 그러므로 진동수가 증가할수록 성형성은 증가 또는 감소하였다. 진동수가 낮은 영역에서는 Cavity array 위치에 따른 높이 차이를 감소시키는 효과를 얻을 수 있었다. 높은 진동수 영역에서는 진동의 발생부와 성형부에서 반사된 진동파에 의해 국부적으로 진동이 증폭 또는 감소를 일으켜 성형 균일성이 나빠짐을 알 수 있었다.
첨단 IT 산업과 의료분야 및 센서의 급속한 발전으로 인하여 각종 전자기기가 소형화(miniaturization) 되고 있다. 이러한 소형화에 경향에 따라 미세 부품(micro-parts)들도 기능에 맞는 기계적 강도와 전자기적 기능을 동시에 요구되고 있다. 소성 가공은 높은 생산성과 재료의 손실이 적고, 우수한 기계적 특성을 가지고, 성형 치수제어 등이 우수하지만, 실제 마이크로(micro) 부품생산에 크게 적용되지 않고 있다. 그 이유로는 매크로(macro) 단위에서의 소성가공 기술이 마이크로 단위에서 적용이 될 수 없고, 마이크로 성형에 적합한 재료 및 재료의 미세 거동에 대한 이해가 부족하기 때문이다. 지금까지 마이크로 소성가공은 블랭킹(Blanking), 밴딩(banding), 드로잉(drawing) 등 극히 일부에 해당하는 기술들만 적용되고 있고, 부피 성형기술을 이용한 미세부품 사례는 미미하다. 그러므로 우수한 성형 정밀도와 기계적 강도를 가지는 초소성 합금(superplastic alloy)의 적용이 제안된다. 따라서 본 논문에서는 마이크로 소성가공에 적합한 미세 결정립을 가지는 Al5083 초소성 합금 재료를 이용하여 마이크로 소성가공 성형성에 대한 연구를 수행하였다. 초소성 합금에 대해서 각각 치수가 다른 Pyramid와 V-grooved 형상 마이크로 금형을 이용하여 자체 제작한 마이크로 단조 시스템에서 성형 실험을 수행하였다. Al5083 초소성 합금은 최적 성형 온도가 530˚C에서 550˚C 사이임을 알 수 있었다. 또한 성형시간이 길수록, 성형하중이 클수록 성형성이 좋아지지만, 성형성이 높아질수록 성형이 진행되는 금형과 재료 사이의 치수효과의 영향이 증가하기 때문에 성형성이 떨어졌다. 사하중(dead weight) 상태에서 결정립계의 미끄럼 및 회전에 의한 변형을 확인 할 수 있었다. 금형의 부피당 면적비가 클수록 치수효과의 영향에 의해 성형 높이는 낮아지는 것을 알 수 있었다. 같은 크기의 개방형 금형과 밀폐형 금형 사이의 높이 차이는 공기 정압 베어링 효과에 의해 발생하며, 금형의 크기가 작아질수록 공기정압 베어링 효과가 줄어들어 개방형과 밀폐형 금형 사이 높이 차이는 줄어들고 최대 금형 높이 대비 높이차이도 줄어든다. 인가 진동하중이 증가 할수록 성형성이 증가한다는 것을 알 수 있었다. 진동은 소재와 금형 사이 마찰력과 응착현상을 감소시키고 공기정압 베어링 효과도 감소 시켜주는 역할을 하기 때문이다. 인가 진동 하중을 증가 시키면 인가 진동 하중 대비 재료 성형에 영향을 미치는 평균 펀치력 전달 효율이 증가 하였다. 인가 진동 하중이 증가할수록 작동 힘이 증가함과 동시에 작동 거리도 증가하게 된다. 펀치부와 재료 사이의 간극이 존재 하므로 인가 진동하중 인가 시 에너지 손실이 발생하게 된다. 하지만, 인가 진동하중이 증가 할수록 작동 거리가 증가 되므로 총 작동 거리 대비 간극의 영향이 줄어들게 되고, 평균 펀치력 전달 효율이 높아지게 된다. 인가 진동수가 증가하면 시간당 펀칭수가 많아지므로, 충격력이 증가하게 되고 전달되는 에너지가 증가하게 된다. 하지만 성형부에 전달되는 진동과 재료부에서 반사된 진동이 서로 간섭을 일으켜 진동이 증폭 또는 상쇄를 일으킨다. 그러므로 진동수가 증가할수록 성형성은 증가 또는 감소하였다. 진동수가 낮은 영역에서는 Cavity array 위치에 따른 높이 차이를 감소시키는 효과를 얻을 수 있었다. 높은 진동수 영역에서는 진동의 발생부와 성형부에서 반사된 진동파에 의해 국부적으로 진동이 증폭 또는 감소를 일으켜 성형 균일성이 나빠짐을 알 수 있었다.
Various electronic devices are miniaturized due to the rapid development in high-tech IT industry and medical field and sensors. By the miniaturization, the micro-parts for same functions at the same time the mechanical strength and magnetic features are required. Plastic forming have a high product...
Various electronic devices are miniaturized due to the rapid development in high-tech IT industry and medical field and sensors. By the miniaturization, the micro-parts for same functions at the same time the mechanical strength and magnetic features are required. Plastic forming have a high productivity and less loss of material, excellent mechanical properties, excellent dimensional control, etc, but the production of actual micro-(micro) components has not been significantly applied. The reason is that plastic processing technology of macro unit is not applied in micro unit, and then lack of understanding about material and material behavior of the micro-structure. Currently, micro-Plastic forming process has been applied in only a small area such as Blanking, Banding, Drawing. But, Almost no cases of micro parts in using bulk deformation process. Therefore, Superplastic alloy with excellent forming precision and mechanical strength is proposed. In this paper, micro-forming plastic formability were studied by using the Al5083 Superplastic alloy. It has a fine grain. Using a each size micro die with Pyramid shape, V-grooved shape, the forming experiments under the self-manufactured micro forming system were conducted. The best temperature for micro forming was 530℃ to 550℃for the Al5083 superplastic alloy. The bigger the forming laod and the longer the forming time, the better the micro formability was achieved. But, Formability was dropped when forming was more progress. Because, size effect is increased between the die and material dimension. Micro forming experiments under static load satus showed that distortion by slip or spin of the grain system and inside the grain was observed in the Al5083 superplastic alloy. Forming height was decreased when surface per volume ratio was increased. The difference in height of the forming between the open die and close die caused by Air Static Pressure Bearing effects. Air Static Pressure Bearing effects was decreased when die size was decreased. Therefore, the difference in height of the forming between the open die and close die, and difference in height per maximum height in die is decreased. Forability was increased when vibration load was increased. Vibration reduced the friction and sticking phenomenon and Air Static Pressure Bearing effects between the material and die. transmit efficiency of mean punching force per vibration load is increase when vibration load increased. transmit efficiency of mean punching force have direct influence on material forming. Power of the working distance is increased while Vibration load is increased. Vibration loss is occur when vibration load input. Because, It has a gap between the punch plane and material plane. Working distance is increase when vibration load is increase. Therefore, gap influence per working distance is decrease, and transmit efficiency of mean punching force is increase. The number of punching times is increase when increase the vibration frequency. And then impact force to material is increase. However, vibrations is amplify or offset, causing by that punching vibration and minor vibration from plastic material is interfering with each other. Therefore, formability is increased or decreased when vibration has increase. In lower frequency region, difference of height is reduced according to the Cavity array location. In higher frequency region, uniformity of forming height becomes worse causing by Amplify and offset.
Various electronic devices are miniaturized due to the rapid development in high-tech IT industry and medical field and sensors. By the miniaturization, the micro-parts for same functions at the same time the mechanical strength and magnetic features are required. Plastic forming have a high productivity and less loss of material, excellent mechanical properties, excellent dimensional control, etc, but the production of actual micro-(micro) components has not been significantly applied. The reason is that plastic processing technology of macro unit is not applied in micro unit, and then lack of understanding about material and material behavior of the micro-structure. Currently, micro-Plastic forming process has been applied in only a small area such as Blanking, Banding, Drawing. But, Almost no cases of micro parts in using bulk deformation process. Therefore, Superplastic alloy with excellent forming precision and mechanical strength is proposed. In this paper, micro-forming plastic formability were studied by using the Al5083 Superplastic alloy. It has a fine grain. Using a each size micro die with Pyramid shape, V-grooved shape, the forming experiments under the self-manufactured micro forming system were conducted. The best temperature for micro forming was 530℃ to 550℃for the Al5083 superplastic alloy. The bigger the forming laod and the longer the forming time, the better the micro formability was achieved. But, Formability was dropped when forming was more progress. Because, size effect is increased between the die and material dimension. Micro forming experiments under static load satus showed that distortion by slip or spin of the grain system and inside the grain was observed in the Al5083 superplastic alloy. Forming height was decreased when surface per volume ratio was increased. The difference in height of the forming between the open die and close die caused by Air Static Pressure Bearing effects. Air Static Pressure Bearing effects was decreased when die size was decreased. Therefore, the difference in height of the forming between the open die and close die, and difference in height per maximum height in die is decreased. Forability was increased when vibration load was increased. Vibration reduced the friction and sticking phenomenon and Air Static Pressure Bearing effects between the material and die. transmit efficiency of mean punching force per vibration load is increase when vibration load increased. transmit efficiency of mean punching force have direct influence on material forming. Power of the working distance is increased while Vibration load is increased. Vibration loss is occur when vibration load input. Because, It has a gap between the punch plane and material plane. Working distance is increase when vibration load is increase. Therefore, gap influence per working distance is decrease, and transmit efficiency of mean punching force is increase. The number of punching times is increase when increase the vibration frequency. And then impact force to material is increase. However, vibrations is amplify or offset, causing by that punching vibration and minor vibration from plastic material is interfering with each other. Therefore, formability is increased or decreased when vibration has increase. In lower frequency region, difference of height is reduced according to the Cavity array location. In higher frequency region, uniformity of forming height becomes worse causing by Amplify and offset.
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