[논문]박판성형 해석용 마찰모델 (1부 : 실험)

이봉현; 금영탁

doi:10.5228/kspp.2002.11.4.349

박판성형 해석용 마찰모델 (1부 : 실험)
Friction Model for Sheet Metal Forming Analysis (Part1 : Experiment) 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.11 no.4, 2002년, pp.349 - 354

이봉현 (한양대학교 일반대학원) , 금영탁 (한양대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to find the effect of lubricant viscosity, sheet surface roughness, tool geometry, and forming speed on the frictional characteristics in sheet metal forming, a sheet metal friction tester was designed and manufactured and friction test of various sheet were performed. Friction test results showed that as the lubricant viscosity becomes lower, the friction coefficient is higher. When surface roughness is extremely low or high, the friction coefficient is relatively high. The result also show that as the punch radius and punch speed becomes bigger, the friction coefficient is smaller. Using experimental results, the mathematical expression between friction coefficient and lubricant viscosity, surface roughness, punch comer radius, or punch speed is also described.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

Parker는 표면에 열에 민감하게 반응하는 물질을 코팅한 재료를 접촉 운동시키면서 열전대를 이용하여 표면 온도를 측정하는 방법으로 접촉마찰열에 관하여 연구하였다. Teodorrescu⑵등은 박판의 디프 드로우잉 공정에서 화학조성, 점도, 작업조건등이 마찰 현상에 미치는 영향에 대해 연구하였다. Sniekers등은 기존의 BBT(B -ending Under Tension)마찰실험장치를 응용하여 풀리 전후의 힘을 측정하는 대신 마찰에 의한 풀리의 회전 토크를 측정하여 마찰계수를 계산하였다.
본 연구에서는 박판성형 중 윤활유 종류에 따른 점도 변화, 소재의 표면처리에 따른 조도 변화, 공구형상에 따른 모서리 반경 변화 그리고 공정속도에 따른 펀치 속도변화가 마찰계수에 미치는 영향을 종합적으로 평가하기 위한 실험을 하고 데이터베이스를 구축하였다. 이러한 일련의 실험연구로부터 얻은 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 윤활유 점도, 소재 표면조도, 펀치 속도, 그리고 공구 모서리 반경이 박판 성형 중 소재와 공구 사이에서 발생하는 마찰에 미치는 영향을 실험을 통하여 종합적으로 평가하였다.

제안 방법

(3) 윤활유 점도, 표면조도, 공구 형상, 그리고 펀치 속도에 따라 마찰특성을 각각 수학적으로 표현하였다.
Hisakado⑶등은 4종의 금속판을 이용하여 마찰과 소재의 표면조도, 마멸 입자의 거동, 마멸정도와의 관계를 관찰하였다, Alfred⑸는 열역학적인 접근방법으로 마찰열의 구성방정식을 유도하기 위한 일반적인 방법을 제시하였다. Parker는 표면에 열에 민감하게 반응하는 물질을 코팅한 재료를 접촉 운동시키면서 열전대를 이용하여 표면 온도를 측정하는 방법으로 접촉마찰열에 관하여 연구하였다.
수행하였다. 그리고 마찰 실험 장치를 설계 및 제작하고 8종류의 도금/무도금 박판, 11종류의 드로우잉용 윤활유, 7종류의 인출속도, 그리고 7종류의 서로 다른 곡률을 갖는 롤러를 사용하여 마찰측정실험을 실시하였다.
도금 및 무도금 강판의 마찰 특성 규명을 위하여 Fig. 1과 같은 마찰 실험장치를 제작하여 재료와 공구 사이의 마찰계수를 측정하였다, 마찰 실험장치는 시편에 면압을가해주는 부분, 곡률을 만드는 부분, 그리고 시편을 다양한 속도로 당겨 다양한 펀치속도를 묘사하는 부분으로 되어있다. 실험을 위한 시편은 폭 20mm에 길이 600mm 의 크기로 전단하였으며 전단에 의하여 발생한 시편 가장자리의 버는 완전히 제거되었고 취거나 긁힌 자국이 있는 시편은 사용하지 않았다.
Sniekers등은 기존의 BBT(B -ending Under Tension)마찰실험장치를 응용하여 풀리 전후의 힘을 측정하는 대신 마찰에 의한 풀리의 회전 토크를 측정하여 마찰계수를 계산하였다. 또한 FEM 해석에 적용하여 이러한 마찰계수 계산법의 유효성을 입증하였다. Jonasson@등은 판재의 종류가 달라짐에 따라 판재 표면 위상과 마찰계수의 변화를 관찰하기 위한 실험을 수행하였다.
또한 모든 시편은 양면 이동 일한 도금 조건을 갖고 있으며 저독성의 솔벤트 세척제로 완전히 세척된 후 사용되었다. 마찰계수 측정실험은 8종류의 박판, 11종류의 윤활유, 7종류의 인출속도 그리고 7종류의 곡률에 대하여 가능한 모든 경우의 실험을 수행하였다.
마찰계수의 측정은 다이에 600N의 하중을 가한 상태에서 실시하였으며, 동마찰 구간인 출발점에서 20mm~ 30mm지점에서부터 측정하였고, 측정데이터를 식(1)에 대입하여 마찰계수를 구하였다.
박판성형 중 성형 변수가 마찰에 미치는 영향을 평가하기 위하여 먼저 실험에서 사용한 박판시편의 표면 조도측정실험을 수행하였다. 그리고 마찰 실험 장치를 설계 및 제작하고 8종류의 도금/무도금 박판, 11종류의 드로우잉용 윤활유, 7종류의 인출속도, 그리고 7종류의 서로 다른 곡률을 갖는 롤러를 사용하여 마찰측정실험을 실시하였다.
시편은 폭 40mm에 길이 300mm의 크기로 전단 되었으며 저독성 솔벤트로 세척되었고, 완전히 건조된 후에 조도 측정실험에 사용되었다, 측정은 탁상용 조도 측정 장비인 Taylor Hobson사의 Talysurf series II를 사용하여 ISO 규격에 따라 휘거나 긁힘이 없는 측정길이 5.6mm 부분의 시편 표면에 대해서 수행되었다. 마찰실험에서 사용된 시편들의 표면조도치는 Table 1에 정리하였다.
표면조도와 마찰계수의 상관관계 분석을 위하여 마찰실험에서 사용될 모든 강판에 대하여 표면조도를 측정하였다. 시편은 폭 40mm에 길이 300mm의 크기로 전단 되었으며 저독성 솔벤트로 세척되었고, 완전히 건조된 후에 조도 측정실험에 사용되었다, 측정은 탁상용 조도 측정 장비인 Taylor Hobson사의 Talysurf series II를 사용하여 ISO 규격에 따라 휘거나 긁힘이 없는 측정길이 5.

대상 데이터

1과 같은 마찰 실험장치를 제작하여 재료와 공구 사이의 마찰계수를 측정하였다, 마찰 실험장치는 시편에 면압을가해주는 부분, 곡률을 만드는 부분, 그리고 시편을 다양한 속도로 당겨 다양한 펀치속도를 묘사하는 부분으로 되어있다. 실험을 위한 시편은 폭 20mm에 길이 600mm 의 크기로 전단하였으며 전단에 의하여 발생한 시편 가장자리의 버는 완전히 제거되었고 취거나 긁힌 자국이 있는 시편은 사용하지 않았다. 또한 모든 시편은 양면 이동 일한 도금 조건을 갖고 있으며 저독성의 솔벤트 세척제로 완전히 세척된 후 사용되었다.

성능/효과

(1) 마찰계수는 윤활유의 점도가 증가할수록 감소하고 표면 조도와는 U자형상의 상관관계를 갖는다.
(2) 공구 모서리 반경이 증가하고 펀치 속도가 증가할수록 마찰계수는 감소한다.
위한 실험을 하였다. 실험결과, 성형이 .진행됨에 따라 마찰계수는 점점 감소하는 경향을 보였고 박판과 공구 모두 표면 경도가 증가할수록 마찰계수가 감소한다는 것을 관찰하였다.
2는 평균 표면조도가 다른 여러 가지 시편을 이용하여 윤활유 점도 변화에 따른 마찰계수의 변화를 나타낸 한 예이다. 전체적으로 윤활유의 점도가 증가할 수록 마찰계수가 감소하는 경향을 보였다. 이런 현상은 저점도유가 고점도유보다 쉽게 유체윤활 상태가 파괴되어 마찰계수가 높게 나오고, 고점도유가 저점도 유에 비해 오랫동안 마찰표면에 머물면서 윤활 작용을 하기때문에 마찰계수가 낮게 나오는 것으로 설명된다.
실험결과, 성형이 .진행됨에 따라 마찰계수는 점점 감소하는 경향을 보였고 박판과 공구 모두 표면 경도가 증가할수록 마찰계수가 감소한다는 것을 관찰하였다.
Jonasson@등은 판재의 종류가 달라짐에 따라 판재 표면 위상과 마찰계수의 변화를 관찰하기 위한 실험을 수행하였다. 펀치와 접촉하기 전 상태의 판재 표면 위상과 펀치 접촉 후의 판재표면 위상을 각각 측정하여 고립된 오일 포켓의 평균 면적과 마찰계수 사이의 관계를 결정하고, 3차원 표면의 조도 파라미터들과 마찰계수는 서로 상관이 없음을 관찰하였다. Bhonle등은 BBT(Bendi -ng Under Tension)실험장치를 이용하여 시편의 추출 각도와 펀치 모서리반경이 커질수록 마찰계수도 커진다는 것을 알았다.

참고문헌 (11)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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