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자동차 외판의 미세면굴곡 거동의 수치해석적 평가

A Numerical and Experimental Study of Surface Deflections in Automobile Exterior Panels

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.23 no.9 = no.186, 2006년, pp.134 - 141  

박춘달 (부산대학교 정밀기계공학과) ,  정완진 (서울산업대학교 금형설계학과) ,  김병민 (부산대학교 정밀기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Surface deflections have a great effect on the external appearance of automobiles. Usually, they are occurred on large flat panels containing sudden shape changes and of very small size about $\pm$30$\sim$300$\mu$m. Since the current numerical method is not sufficien...

주제어

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문제 정의

  • 스프링백 해석을 수행한다. 국부영역 스프링 백 해석은 미세면굴곡을 정확히 해석하기 위해 미소하게 잔류하는 응력을 제거하기 위해 수행한다. Fig.
  • 4 는 자동차 차체 외판 도어 자물쇠 고정 형상 주위의 미세면굴곡을 평가하기 위해 연마 숫돌을 이용하여 스크래치를 생성시킨 예이다. 그림에서 나타낸 바와 같이 매우 작은 입사각을 통하여 판넬 표면으로 들어온 빛이 미세면굴곡 부위의 매우 작은 형상 차이에 의해 난반사하는 것을, 경험이 풍부한 숙련자가 판단하여 합격 여부를 판정하는 것이다. 이러한 육안 검사는 작업자의 숙련도 차이 및 정량화의 어려움 등의 문제점을 안고 있다.
  • 그러나, 이러한 대부분의 연구는 상사 모델을 통한 미세면굴곡 발생 거동을 연구한 것인데, 최근의 요구는 금형 제작 이전에 불량의 정도를 예측하고, 대책을 강구함으로써 실제 금형에서의 불량을 최소화하고, 고품질의 부품을 생산하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 미세면 굴곡을 수치 해석적 방법으로 시뮬레이션 하기 위한 방법론과 이를 가시화하기 위한 정량화 알고리즘에 대해 보고한다. 수치해석적 방법에 있어서는 스프링 백 해석의 효율성을 향상시키기 위한 알고리즘을 제안하였으며, 정량화 방법으로서는 곡률 변화를 추적하여 굴곡을 평가하는 방법을 제안하였다.
  • 그러나 곡률의 크기만으로는 미세면굴곡을 정량화할 수 없다. 따라서, 미세면굴곡의 양을 정의하기 위한 새로운 방법을 제안하였다. 즉, 오목 영역과 볼록 영역이 포함된 단면 프로파일에는 반드시 곡률이 영(zero)인 점들이 존재하고, 이러한 점들을 찾아 순서대로 연결하여 얻은 곡선을 미세면 굴곡이 없는 이상적인 곡선이라고 간주한다.
  • 본 논문에서는 미세면굴곡의 정량화 및 가시화를 위해 변곡점 알고리즘을 제안하였다. 앞에서 언급한 바와 같이 다이얼 게이지 등으로 측정한 곡률이 미세면굴곡을 가장 잘 묘사하며, 작업자의육안검사 방법과 좋은 상관성을 가지므로 변곡점에 의한 미세면굴곡 정량화는 타당한 방법이다.
  • 그러나 미세면굴곡 발생 여부를 해석적 방법으로 예측하기 위한 연구는 많지 않은데 그 이유는 미세면굴곡과 같은 복잡한 변형 형상에 대해, 성형과정과 후변형을 정확하게 계산하기 위한 알고리즘의 미흡과 미세면굴곡이 매우 작은 크기의 불량 현상으로서 실제 해석을 완료하고도 이를 정확하게 가시화 할 수 있는 후처리 방법이 개발되지 않았기 때문이다. 본 연구에서는 기존의 성형 해석 소프트웨어를 바탕으로 미세면 굴곡을 정확하게 계산할 수 있는 해석 알고리즘의 개발과 미세면굴곡을 정량적으로 분석할 수 있는가 시화 시스템을 개발하였다.
  • 본 연구에서는 자동차 외판에 발생하는 미세면 굴곡을 예측하고 정량화하는 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템을 이용하여 실금형에 적용한 결과, 미세면굴곡을 정량적 및 정성적으로 평가할 수 있었다.
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참고문헌 (8)

  1. Nakagawa, N., 'Handbook of Ease or Difficulty in press forming,' National Center of Manufacturing Science 2nd edition, Ed. by The Japan Sheet Metal Forming Research, Japan, 1997 

  2. Yoshida, M. and Shimomura, T., 'A study of Surface Deflection Around the Handle Portion of an Automotive Door-Outer Panel Using a Model Die,' Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity, Vol. 24, No. 275, pp. 1260-1267, 1983 

  3. Matsui, M. and Iwata, N., 'Initiation and Growth of Buckles of Square Steel Sheets by Diagonal Biaxial Tension,' Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity, Vol. 24, No. 275, pp. 1268-1273, 1983 

  4. Usuda, M., Hayashi, H., Oue, T. and Oikawa, H., 'Classification and Analysis of Surface Deflection due to Elastic Recovery,' Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity, Vol. 24, No. 275, pp. 1274-1281. 1983 

  5. Hayashi, H., Hirata, M., Hira, T. and Yoshida, K., 'Buckling Behavior of a Square Specimen in the Diagonal Tensile Test (Yoshida Buckling Test and Its Application 1),' Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity, Vol. 24, No. 275, pp. 1298-1304. 1983 

  6. Liu, L., Sawada, T. and Sakamoto, M., 'Evaluation of the Surface Deflections in Pressed Automobile Panels by an Optical Reflection Method,' Journal of Material Processing Technology, Vol. 103, pp. 280-287,2000 

  7. Zhu, Y. and Zacharia, T., 'A New One-point Quadrature, Quadrilateral Shell Element with Drilling Degrees of Freedom,' Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 136, pp. 165-203, 1996 

  8. Chung, W. J., 'A Finite Element Analysis of Springback in Sheet Metal Forming,' Trans. of the Korean Society of Mechanical Engineering-A, Vol. 23,pp.2197-2208.1999 

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