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문제 정의
- 이러한 문제점 해결을 위해서는 성형 연결부의 무결점 박판 성형을 위한 대면적 금형 제작 방법이나 정밀하게 형상 조정이 가능한 프레스 금형 방법인 형상게이지를 이용하는 방법이 있다. 따라서, 본 연구에서는 Fig. 3 과 같이 형상 게이지를 이용한 대면적 내부구조재 제작을 위해서 미세 골 판형 내부구조재 제작에 맞는 형상게이지를 설계하였다. 부분 성형공정을 위한 형상게이지는 성형 연결부의 결함을 방지하기 위하여 프레스 금형의 패턴 형상 폭과 동일한 피치 40mm 로 설계하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 양 방향 주름 패턴 형성을 통한 좌굴 방지 및 접합의 유리한 골판형 내부구조재 제작에 대한 연구를 수행하였으며, 동일판재 상에 연속적으로 타발하는 방식인 부분 연속공정을 고려한 대면적 내부구조재 제작방법을 제시하였다. 또한 미세 골판형 프레스 금형 가공공정을 확립하고, 금형 제작을 통한 금형 가공 정밀도를 확보하였다.
제안 방법
- (1) 부분 연속 성형 공정을 위한 대면적 내부구조재 제작방법으로 구멍게이지를 이용한 공정의 문제점을 분석하고 형상게이지를 이용한 공정을 제안하였다.
- (2) 좌굴 방지 및 굽힘/인장 성형에 유리한 미세 골 판형 구조에 대한 프레스 금형 제조 공정을 확립하고, 형상게이지를 이용한 대면적 내부구조재 제작이 가능한 프레스 금형을 설계 제작을 하였다.
- (3) 미세 골판형 프레스 금형 제작을 통하여 5 伽 이하의 가공 정밀도 확보하였으며 부분 연속 성형 실험을 통하여 미세 골판형 내부구조재를 제작하여 성형 정밀도를 확보하였다. 또한, 형상게이지를 이용한 경우 대면적 내부구조재 제작시 성형 연결부의 결함은 발생하지 않았다.
- 3t 소재의 성형 시간에 대한단면 두께 변화를 나타내 었다. STS304 0.2t 와 동일한 방법으로 형상 접합면에 대해 임의의 4 지점에서 분석하였다. 실제 성형 시제품의 단면 두께 변화는 0.
- 4t 소재의 성 형 시간에 대한단면 두께 변화를 나타내었다. STS304 소재와 동일한 방법으로 형상 접합면에 대해 임의의 4 지점에서 분석하였다. 실제 성형 시제품의 단면 두께 변화는 0.
- 2t 소재의 성형 시간에 대한단면 두께 변화를 나타내었다. 단면 두께 측정은 형상 접합면에 대해 임의의 4 지점에서 분석하였다. 실제 성형 시제품의 단면 두께 변화는 약 0.
- 대면적 부분 연속 성형 실험을 통해 제작된 성형 시 제품을 접 착제 도포 두께는 0.3mm ~ 0.5mm 이고, 접합 압력은 250KPa 〜 350KPa 의 조건으로 adhesive bonding 을 이용하여 샌드위 치 구조재를 제작하였다.
- 또한 미세 골판형 프레스 금형 가공공정을 확립하고, 금형 제작을 통한 금형 가공 정밀도를 확보하였다. 제작된 금형을 이용하여 대면적 내부구조재 제작 실험과 성형 시제품 제작을 통한 박판 성형 특성을 분석 하였으며, 성형해석을 통한 단면 두께 변화를 실험을 통하여 비교 분석하였다.
- 65mm 로 설계하였다. 또한, 하부금형에 형상 게이지를 조립하였으며 조립된 금형의 크기는 160mmx40mm 로 설계 되었으며 성형 후 내부구조재의 높이는 L8mm 가 되도록 하였다.
- 먼저 eiO.Omm, 06.0mm 평 엔드밀을 이용하여 형상 주위 바닥면 및 금형의 윤곽을 가공하였으며, 03.0mm, 0>1.0mm 볼 엔드밀을 이용하여 패턴 형상에 대한 황삭, 중삭 그리고 정삭 가공을 수행하였다. Fig.
- 다양한 패턴 형태를 가질 수 있다. 본 연구에서는 Fig. 1 과 같이 접합면을 고려한 좌굴방지 및 굽힘/인장 성형에 유리한 미세 골판형 내부구조를 설계하였다.
- 3 과 같이 형상 게이지를 이용한 대면적 내부구조재 제작을 위해서 미세 골 판형 내부구조재 제작에 맞는 형상게이지를 설계하였다. 부분 성형공정을 위한 형상게이지는 성형 연결부의 결함을 방지하기 위하여 프레스 금형의 패턴 형상 폭과 동일한 피치 40mm 로 설계하였다.
- Dynaform 을 사용하였다. 성형 해석 조건으로 프레스 금형과 형상게이지 금형을 강체로 설정하여, 형상게이지 금형은 고정시키고 프레스 금형은 실험에 사용된 프레스 속도인 500mm/sec 로 설정하여 성형해석을 수행하였다.
- 성형해석을 통하여 실제 성형 시제품과 성형 해석 단면 두께 변화를 비교 분석하였다. Fig.
- 이러한 미세골판형 내부구조재 제작을 위한 방법으로 부분성형 공정을 통한 대면적 내부구조재 제작 기술을 구멍게이지를 이용한 방법과 형상 게이지를 이용한 방법을 적용하였다. Fig.
- 또한 미세 골판형 프레스 금형 가공공정을 확립하고, 금형 제작을 통한 금형 가공 정밀도를 확보하였다. 제작된 금형을 이용하여 대면적 내부구조재 제작 실험과 성형 시제품 제작을 통한 박판 성형 특성을 분석 하였으며, 성형해석을 통한 단면 두께 변화를 실험을 통하여 비교 분석하였다.
- 제작된 형상게이지 및 프레스 금형을 3 차원 측정기(3D scanner)를 이용하여 가공 정밀도를 측정하였다. 가공 정밀도 측정은 금형의 바닥 면에서부터 접합면까지의 거리를 10 회 측정하였으며, Fig.
대상 데이터
- 4 에 대면적 내부구조재 제작을 위한 프레스금형과 형상게이지를 조립한 다단 프레스 금형의 개략도를 나타내었다. 미세 골판형 프레스 금형의 패턴 간 피치는 9.33mm 이고, 패턴의 상하 접합 면의 크기는 0.65mm 로 설계하였다. 또한, 하부금형에 형상 게이지를 조립하였으며 조립된 금형의 크기는 160mmx40mm 로 설계 되었으며 성형 후 내부구조재의 높이는 L8mm 가 되도록 하였다.
- 박판 성형 공정을 이용한 고강도 내부구조재 제작에 사용된 소재는 자동차, 항공 및 방위 산업 분야에서 많이 사용되는 STS304 소재와 내부구조재로서 사용이 가능한 CSP1N 을 사용하였으며, Table 1 에 가공소재에 대한 기계적 특성을 나타내었다.
- 프레스 금형 소재로는 가공성이 우수하고 열처리 공정 없이 고강도를 갖는 프리하든강(HPM1)을사용하였다. 프리하든강은 특수용해 처리로 핀홀의 원인인 내부 결함을 방지함과 동시에 경도가 HRC40 인 고경도강으로써 정밀한 패턴 형상 가공과 성형 시 필요조건인 피삭성과 고경도를 모두 갖춘 금형 재료이다.
- 해석에 사용된 소재는 STS304 와 CSP1N 을 사용하였으며, 성형해석 툴은 박판금속 성형 해석에 유용한 Dynaform 을 사용하였다. 성형 해석 조건으로 프레스 금형과 형상게이지 금형을 강체로 설정하여, 형상게이지 금형은 고정시키고 프레스 금형은 실험에 사용된 프레스 속도인 500mm/sec 로 설정하여 성형해석을 수행하였다.
성능/효과
- (4) 내부구조재의 단면 두께 변형 분석 결과 소재의 꼭지점 부분에서는 약간의 두께 감소가 발생하였고, 양쪽 곡선부에서는 두께 증가 현상이 발생함을 확인하였다. 또한, 성형해석을 통해 실제 성형시제품과 성형해석을 통한 단면 두께 변화를 비교해 본 결과 내부구조재의 단면 두께 변화율과 성형 해석을 통한 단면 두께 변화율은 유사함을 확인하였다.
- 6 에 측정결과를 보여주고 있다. 금형 가공 정밀도를 분석해 본 결과 약 5 例 이하의 가공 정밀도를 얻었으며, 형상 프로파일 측정을 통해 피치 정밀도를 확인하였다.
- 또한, 성형된 내부구조재의 내부 두께 변형을 분석하기 위해서 Fig. 9 와 같이 단면 형상을 측정한 결과 실험에 사용된 소재 모두 접합 면에서는 약간의 두께 감소가 발생하였고 양쪽 곡선 부에서는 두께 증가 현상이 발생하였다.
- 5%로 성 형시 제품의 두께 변화와 거의 유사함을 알 수 있다. 또한, 성형해석 수행 결과 중심부 형상으로 갈수록 단면두께 변화가 많이 발생함을 확인하였다.
- 발생함을 확인하였다. 또한, 성형해석을 통해 실제 성형시제품과 성형해석을 통한 단면 두께 변화를 비교해 본 결과 내부구조재의 단면 두께 변화율과 성형 해석을 통한 단면 두께 변화율은 유사함을 확인하였다.
- 4mm)를 이용한 부분 연속 성형공정 대면적 내부구조재 제작 과정을 나타내었다. 성형 실험결과 형상 게이지를 이용한 부분 연속 성형 실험에서 골판형 내부구조재 형상 연결부에 겹침이나 찌그러짐 없이 매우 양호한 성형결과를 얻었다. 따라서 형상 게이지를 이용한 부분 연속 성형공정이 매우 안정적이며 대면적의 내부구조재를 제작하는데 매우 유리한 공정임을 알 수 있다.
- 2t 와 동일한 방법으로 형상 접합면에 대해 임의의 4 지점에서 분석하였다. 실제 성형 시제품의 단면 두께 변화는 0.283mm 로 단면 두께 감소율 5.67%이며, 성형 해석 에서는 두께 변화 약 0.275mm ~ 0.29mm 로단면 두께 변화율 3.33% ~ 8.3%를 나타내어 실제 성형 시제품의 경우에서는 소재 두께의 증가에 따라 단면 두께 감소율이 줄어듦을 나타내었지만 성형 해석 결과 소재 두께 변화에 관계없이 단면 두께 변화율은 유사함을 알 수 있다.
- STS304 소재와 동일한 방법으로 형상 접합면에 대해 임의의 4 지점에서 분석하였다. 실제 성형 시제품의 단면 두께 변화는 0.381mm 로 단면 두께 변화율 4.75%이며, 성형 해석에서는 두께 변화 약 0.33mm ~ 0.382mm 로단면 두께 변화율 4.5% ~ 17.5%로 성 형시 제품의 두께 변화와 거의 유사함을 알 수 있다. 또한, 성형해석 수행 결과 중심부 형상으로 갈수록 단면두께 변화가 많이 발생함을 확인하였다.
- 단면 두께 측정은 형상 접합면에 대해 임의의 4 지점에서 분석하였다. 실제 성형 시제품의 단면 두께 변화는 약 0.179mm 로 단면 두께 감소율 10.5%이며, 성형 해석에서는 접합면 두께 변화는 약 0.178mm ~ 0.192mm 로 단면 두께 변화율 4% - 11%로 성형 시제품의 두께 변화와 거의 유사함을 알 수 있다.
후속연구
- 향후에는 롤 성형 공정에 기반을 둔 미세 골 판형 내부구조재 개발에 대한 연구를 수행하여 저가 대량 복제 공정 기술을 확보할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.