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문제 정의
- 온.열간 성형한계도와 스프링백 특성을 구하고, 이를 향후 실제품 성형을 위한 공정설계 및 금형설계의 기초 자료로 활용하고자한다.
제안 방법
- (1) 고온 성형성 평가 시험을 위하여 전기로 가열방식 및 카트리지 가열방식을 선택적으로 사용할 수 있는 복동식 유압프레스를 설계.제작하였다.
- (2) 한계돔높이 시험을 통하여 상온, 100笆, 200℃, 250℃ 및 300℃에서 성형한계도를 구하였으며, 2D 드로벤딩 시험으로부터 상온, 100 ℃, 200℃ 및 300℃ 에서 스프링백 특성을 분석 하였다.
- AZ31B 마그네슘 합금판재의 스프링백 특성을평가하기 위해 NUMISHEET, 93[11] 규정에 따른 2D 드로벤딩 시험을 수행하였다. 사용된 금형의주요 치수 및 형상은 Fig.
- 베드 위에는 금형 세트와 소재를 소요 온도로 유지하기 위한 전기로와 온도 제어장치가 설치되어 있다. 각 금형은 그 내부 곳곳에 카트리지 방식의 가열선을 삽입하여 전기로를 사용하지 않고 직접 가열할 수 있도록 설계.제작하였으며, 주요 치수는 NUMISHEET, 96[9]에 제시된 한계 돔 높이(limit dome height, LDH) 시험 규정에 따랐다 (Fig.
- 따라서 본 연구에서는 부식법 대신 전사법을 사용하여 3×3mm 크기의 정사각형 격자망을 인쇄하였다. 실험은 상온, 100℃, 200℃, 250℃, 300℃ 등 5 가지의 온도 조건에서 진행하였고, 펀치 속도는 O.
- lmm/s 로 일정하게 유지하였다. 또한, 2 축인장 모드를 얻기 위해 고온용 수용성 흑연 윤활제를 사용하였다.
- 2). 본 연구에서 수행한 모든 실험에서는 금형과 소재의 온도를 균일하게 유지하기 쉬운 직접 가열방식을 사용하였다.
- 0mm 이다. 시험은 상온, 100℃, 200℃, 300℃ 등 4가지 온도에서 진행하였으며, 블랭크홀더 력(BHF)은 2.5kN 및 5.0kN 으로 설정하였다.
- 신뢰성 있는 실험결과를 얻기 위해 동일한 조건에서의 실험과 변형률 측정을 수 차례에 걸쳐 실시하였다. 변형률 측정은 본 연구팀에서 자체 개발한 lASIAS(Automated Surface Information Analysis System), 를 사용하였다.
- 실험은 상온, 100℃, 200℃, 250℃, 300℃ 등 5 가지의 온도 조건에서 진행하였고, 펀치 속도는 O.lmm/s 로 일정하게 유지하였다. 또한, 2 축인장 모드를 얻기 위해 고온용 수용성 흑연 윤활제를 사용하였다.
- 국내에서는 김한구 등[4]과 김흥규 등[5]이 온.열간 디프 드로잉 성형성을 실험적으로 평가하였다. Naka 등[6]은 여러 가지 온도와 변형률속도에 대한 JIS-A5083 A1- Mg 합금재료의 성형한계도를 얻었으며, Chen 등 [7], Bruni 등[8]도 성 형 한계도와 스프링백을 연구한 바 있다.
- Zhang 등[1], Yoshihara 등[2], Huang 등[3]은 마그네슘 합금의 온.열간 디프드로잉 성형 시 블랭크 홀더력(비ankholdingforce, BHF)의 영향과 성형성을 실험 및 해석을 통하여 연구하였다. 국내에서는 김한구 등[4]과 김흥규 등[5]이 온.
- 온 .열간 성형한계도 및 스프링백 특성을 실험적으로 평가하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
- 7 에 나타내었다. 소재는길이(압연방향) 350mm, 폭 35mm 의 직사각형 형상이며, 두께는 1.0mm 이다. 시험은 상온, 100℃, 200℃, 300℃ 등 4가지 온도에서 진행하였으며, 블랭크홀더 력(BHF)은 2.
- 실험에 사용한 소재는 두께 0.5mm의 AZ31B 마그네슘 합금판재이며, 시편은 길이 175mm(압연방향), 성형부 폭 25~175mm의 7종류를 준비하였다. 그 형상과 치수는 Fig.
이론/모형
- 변형률 측정은 본 연구팀에서 자체 개발한 lASIAS(Automated Surface Information Analysis System), 를 사용하였다. 이 시스템은 최근 8Mpixel 이상의 고해상도까지 처리가 가능하게 되어 오차범위가 0.
- 0mm/s 로 일정하게 유지하였으며, 펀치 변위 는 70mm 로 설정 하였다. 스프링백의 정량적 측정은 NUMISHEET'93에 제시되어 있는 방법을 따랐다.
- 각 금형은 그 내부 곳곳에 카트리지 방식의 가열선을 삽입하여 전기로를 사용하지 않고 직접 가열할 수 있도록 설계.제작하였으며, 주요 치수는 NUMISHEET, 96[9]에 제시된 한계 돔 높이(limit dome height, LDH) 시험 규정에 따랐다 (Fig. 2). 본 연구에서 수행한 모든 실험에서는 금형과 소재의 온도를 균일하게 유지하기 쉬운 직접 가열방식을 사용하였다.
성능/효과
- (4) 스프링백은 일정한 BHF에서 는 온도가 높아짐에 따라 큰 폭으로 감소하고, 동일한 온도에서는 BHF가 클수록 감소하나 그 정도는 미미한 것으로 나타났다.
- 반면 200℃ 이상에서는 국부네킹이 발생하는 시점을 하중-변위 그래프에서 비교적쉽게 찾을 수 있어, 결과적으로 안전영역과 네킹영역의 경계를 명확히 판별하는 것이 용이하였다. 또한, 네킹 영역의 주변형률 분포가 부변형률에따라 다르긴 하지만 최대 0.2 정도의 폭을 가진밴드 형태로 나타나 네킹 영역이 넓게 형성됨을확인할 수 있었다.
- 나타났다. 반면 200℃ 이상에서는 국부네킹이 발생하는 시점을 하중-변위 그래프에서 비교적쉽게 찾을 수 있어, 결과적으로 안전영역과 네킹영역의 경계를 명확히 판별하는 것이 용이하였다. 또한, 네킹 영역의 주변형률 분포가 부변형률에따라 다르긴 하지만 최대 0.
- 9 는 온도와 BHF 에 따른 스프링백 각을 비교한 그림 이다. 스프링백은 일정한 BHF 에서는 온도가 높아짐에 따라 큰 폭으로 감소하고, 동일한 온도에서는 BHF 가 클수록 감소하나 그 정도는 미미한 것으로 나타났다. 일반적으로 BHF 가 커질수록 시편의 측벽부에 소성변형이 발생하여 스프링백이 감소하는경향이 생기는데, 마그네슘의 유동응력은 온도가올라갈수록 현저히 낮아지므로 온도에 따른 스프링백의 경향을 보려면 동일한 소성변형 하에서실험을 해야 하지만, 실제 200℃ 이상에서는 두께가 줄어 상온보다 상대적으로 큰 소성변형이 발생하였고, 온도의 영 향과 결부되어 스프링백이 거의 없는 것으로 나타났다.
- 일반적으로 BHF 가 커질수록 시편의 측벽부에 소성변형이 발생하여 스프링백이 감소하는경향이 생기는데, 마그네슘의 유동응력은 온도가올라갈수록 현저히 낮아지므로 온도에 따른 스프링백의 경향을 보려면 동일한 소성변형 하에서실험을 해야 하지만, 실제 200℃ 이상에서는 두께가 줄어 상온보다 상대적으로 큰 소성변형이 발생하였고, 온도의 영 향과 결부되어 스프링백이 거의 없는 것으로 나타났다. 시편의 두께를 측정한결과 상온 및 100℃에서는 두께변화가 없었으나, 200℃ 및 300℃에서는 각각 0.97mm, 0.90mm 로 두께가 줄어들었다. 따라서 200℃ 이상에서 온도에따른 스프링백의 영향을 정확히 분석하기에는 어려움이 많으나, 상온 및 100℃의 결과를 미루어볼 때 스프링백은 감소할 것으로 판단된다.
- 스프링백은 일정한 BHF 에서는 온도가 높아짐에 따라 큰 폭으로 감소하고, 동일한 온도에서는 BHF 가 클수록 감소하나 그 정도는 미미한 것으로 나타났다. 일반적으로 BHF 가 커질수록 시편의 측벽부에 소성변형이 발생하여 스프링백이 감소하는경향이 생기는데, 마그네슘의 유동응력은 온도가올라갈수록 현저히 낮아지므로 온도에 따른 스프링백의 경향을 보려면 동일한 소성변형 하에서실험을 해야 하지만, 실제 200℃ 이상에서는 두께가 줄어 상온보다 상대적으로 큰 소성변형이 발생하였고, 온도의 영 향과 결부되어 스프링백이 거의 없는 것으로 나타났다. 시편의 두께를 측정한결과 상온 및 100℃에서는 두께변화가 없었으나, 200℃ 및 300℃에서는 각각 0.
- 등 2 축인장 모드를 얻기 위해 사용한 흑연 윤활제의 효과는 기대 이하인 것으로 나타났다. 한편, 주변형률은 FLC0 점을 기준으로 상온에서는 0.09 이지만, 100℃ , 200℃ 및 300℃ 의 경우 0.20, 0.59 및 0.71 로 나타나 상온대 비 각 122%, 556% 및 689% 증가한 것을 확인하였다. 이는 일반적으로 알려져 있는 바와 같이 200℃ 이상의 온도에서 재결정이 일어나 결정립이 미세해지고 연성이 크게 증가한다는 사실과 일치한다.
- 격자 인쇄에는 전기.화학적 부식법을 사용하는 것이 보통이나, 마그네슘 합금판재의 경우 적합한 전해액 이 유통되지 않고 있어 알루미 늄용전해액을 대신 사용할 수밖에 없는데, 이때 부식된 격자선의 노치효과로 인하여 성형한계가 상당한 영향을 받을 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.
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