[논문]타원형 디프 드로잉 공정에서 블랭크 형상의 영향에 관한 연구

박동환; 배원락; 박상봉; 강성수

[국내논문] 타원형 디프 드로잉 공정에서 블랭크 형상의 영향에 관한 연구
A Study on the Influence of Blank Shape in Elliptical Deep Drawing Process 원문보기

박동환 (부산대학교 정밀기계공학과) , 배원락 (부산대학교 정밀기계공학과) , 박상봉 (동의공업대학 금형설계과) , 강성수 (부산대학교 기계공학부)

Most of researches have been performed on the formability of axisymmetric shape, but it is insufficient that the study on Process variables of elliptical deep drawing Product. There are many Process variables exerted influence on the formability of products. Particularly, blank shape is more important than the others in elliptical deep drawing process. In this study, blanks of three types were proposed and compared using thickness distribution and movement of sheet during the process. The aim of a paper is to obtain optimal blank shape through experiment and finite element analysis(FEA).

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문제 정의

등을 비교 . 고찰하여 실제 현장에서 사용 가능한 데이터를 구축하는데 그 목적이 있다.国
그러므로, 본 연구에서는 타원형 다단계 디프 드로잉제품의 공정에서 블랭크 형상이 성형성에 미치는 영향을파악하기 위해 제안된 3가지의 블랭크의 형상에 따라 실험과 유한요소해석을 통해 성형 후의 두께분포, 소재이동 등을 비교 . 고찰하여 실제 현장에서 사용 가능한 데이터를 구축하는데 그 목적이 있다.
본 연구는 비축대칭 디프 드로잉 제품에서 타원형상의블랭크가 성형성에 미치는 영향을 파악하기 위해 실험과유한요소해석을 함으로써 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.

제안 방법

(1) 시행착오(trial-error)로 완제품 표면적을 대략적으로계산하여 블랭크를 간이로 제작해서 후공정 시험 후에수정하고 또 다시 반복하여 블랭크의 크기를 결정하였다. (A type)
(3) 타원형 드로잉을 기본으로 한 블랭크는 B typw과 동일하게 먼저 타원형 디프 드로잉 제품의 몸통부를 단면적이 같은 가상 타원형상으로 등가하고 블랭크를 전개하였다. 이 블랭크는 Fig.
B typm 과 C type의 변수 h값은 3-D 모델링을 이용하여 최종 드로잉 제품의 표면적과 가상의 표면적을 등가 하여 구한다. 이러한 방법은 A type에 비해 블랭크설계시간이 매우 짧은 이점이 있다.
소재 자체의 성형성을파악하기 위해 KS B 0801 5호 시편으로 인장시험을 수행하였다. 또한 디프 드로잉의 경우 대부분의 성형이 스트레칭 (stretching)형태이므로 SECE의 기본적인 성형성평가를 위해 에릭슨 테스트를 수행하였다. 에릭슨 값은 11.
Table 3은 유한요소해석 시뮬레이션을 위한 재료변수와공정변수이다. 특이할 점은 블랭크의 형상이 2축 대칭이므로 전체형상의 1/4 모델링 되었고, 경계조건은 MARC 의 조건(option)인 죽평면(Symmetric Plane)을 이용하여단변부에 z방향 장변부에 y방향으로 구속한 것이다.

대상 데이터

본 연구의 실험에 사용된 소재는 전기아연 도금강판 (SECE)으로 소재두께(t)는 1.6mm이고 20㎛의 아연도금이 되어 있는 소재를 사용하였다. 소재 자체의 성형성을파악하기 위해 KS B 0801 5호 시편으로 인장시험을 수행하였다.
6mm이고 20㎛의 아연도금이 되어 있는 소재를 사용하였다. 소재 자체의 성형성을파악하기 위해 KS B 0801 5호 시편으로 인장시험을 수행하였다. 또한 디프 드로잉의 경우 대부분의 성형이 스트레칭 (stretching)형태이므로 SECE의 기본적인 성형성평가를 위해 에릭슨 테스트를 수행하였다.
실험에 사용된 장비는 300ton 기계식 프레스로 블랭크홀더력을 임의로 조절할 수 있는 다이 쿠션(die-cushion) 과 제품 추출을 위한 녹아웃(kmock-out)장치가 갖추어져있고, 다단계 디프 드로잉 제품을 생산하기 위하여 트랜스퍼 금형으로 구성되어 있다.
실험에 적용된 제품은 디프 드로잉 공정(6공정)과 트리 밍 (trimming) 및 리스트라이 킹 (restriking)공정을 포함한 후가공(5공정)으로 이루어져 총 11공정으로 이루어져있다. Fig.
제작한 후 연삭가공하여 사용했다. 윤활은 수용성 소성가공유로서 일반적인 드로잉유를 사용하였고, 트랜스퍼용 금형을 프레스에 클램핑(clamping)하여, 램 (ram)의 속도를 8SPM으로 일정하게 유지하면서 실험을수행하였고, 공정별 실험조건은 Table 1과 같다.
펀치 및 다이는 열처리(HQ60)되어진 합금 공구강 (STD11) 으로 제작되었고, 다이세트 (die-set) 는 주물 (FC25)로 제작한 후 연삭가공하여 사용했다. 윤활은 수용성 소성가공유로서 일반적인 드로잉유를 사용하였고, 트랜스퍼용 금형을 프레스에 클램핑(clamping)하여, 램 (ram)의 속도를 8SPM으로 일정하게 유지하면서 실험을수행하였고, 공정별 실험조건은 Table 1과 같다.

데이터처리

유한요소해석은 상용해석 프로그램인 코드인 MARC 를이용하였다. Fig.

성능/효과

(1) 타원형을 기본으로 한 블랭크(C type)는 다른 블랭크(A, B type)보다 제품의 두께 변화가 비교적 균일하고, 국부적인 두께 감소가 작으므로 성형성에서 우수하였다.
(2) 성형깊이에 따른 소재이동과 플랜지 형상변화가관찰 가능하여 블랭크 외곽형상의 기하학적인 특성이 성형초기의 유입저항을 좌우하는 것을 알 수 있었고, 이것이 제품의 성형성에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.
성형 후의 플랜지 외곽형상에서 실험 데이터와 유한요소해석 결과를 비교하여 보면 45° 방향으로 실험데이터가 값이 높게 나타났다. 이 이유는 유한요소해석을 할때 평면 이방성 (planar anisotropy)을 고려하지 않았기때문이라고 사료된다.
실험에 의해 측정된 두께분포 측면에서 블랭크에 따른영향을 고찰해 보면 B type보다 A, C type이 우수하게나타난다.
또한 디프 드로잉의 경우 대부분의 성형이 스트레칭 (stretching)형태이므로 SECE의 기본적인 성형성평가를 위해 에릭슨 테스트를 수행하였다. 에릭슨 값은 11.4mm로서 재료의 기계적 특성 측면에서의 성형성은양호한 것으로 판단된다.'“)
이러한 결과들로부터 블랭크의 형상에 따라서 유입저항이 변화되어 소재이동이 달라지고 두께분포가 달라짐을 확인하였고, 타원형 디프 드로잉에서 최적의 블랭크형상을 제시할 수 있었다.

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