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문제 정의
- 본 연구에서는 Fig. 1 에서 보듯이 대표적인 리니어 모션 가이드인 크로스 롤러 가이드(cross roller guide)에 대하여 최종제품의 단면치수정도 및 진직도 향상을 위한 최적 다이스각을 설정하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 유한요소해석, 실험계획법, 그리고 최적 다이스각을 찾기 위해 다구찌법(Taguchi method)을 적용하였다.
- 본 연구에서는 최종제품의 단면치수정도 및 진 직도 평가를 위하여 두 가지 목적함수를 설정하였다.
- 우선, 최종제품의 단면치수정도 평가를 위해서 미충만율(U.R: unfilling rate)을 목적함수로 설정하였다. 미충만율은 최종제품 단면적(Afinal)과 성형해석에 의한 단면적(Aanalysis)으로 계산되며 식 (1)과 같다.
제안 방법
- 2 개의 목적함수, 치수정도 및 진직도는 작을수 록 좋으므로 식 (4)의 다구찌법 망소특성인 손실 함수를 적용하여 SN(signal-to-noise)비를 비교하여 최적의 수준을 예측하였다.
- 다구찌법의 SN 비를 최대로 하는 두 조건에 대한 성형해석을 수행하여, 그 결과를 평가하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 치수정도와 진직도를 모두 고려하여 다이스각 α1 = 9o ,α2 = 7o, α 3 = 8o를 최적의 다이스각으로 설정하였다.
- 본 연구에서는 유한요소해석과 실험계획법의 직교배열을 통한 다구찌법을 이용하여 2 패스 이형인발공정의 최종 제품 치수정도 및 진직도 향상을 위한 최적 다이스각을 설정하였다. 초기 소재 재질은 AISI4137 이며, 직경이 29.
- 이를 위하여 본 연구에서는 유한요소해석, 실험계획법, 그리고 최적 다이스각을 찾기 위해 다구찌법(Taguchi method)을 적용하였다. 설정된 최적 다이스각에 대하여 형상인발 실험을 통하여 그 타당성을 검증하였다.
- 실험계획법과 다구찌법을 적용하기 위하여 우선 설계변수의 수준 및 직교배열표를 작성하였다. Fig.
- 연구에서는 이들 설계변수가 최종 형상인발 제품의 단면치수정도 및 진직도에 미치는 영향을 평가하기 위하여 먼저 3 차원 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석은 Fig.
- 연구에서는 이들 설계변수가 최종 형상인발 제품의 단면치수정도 및 진직도에 미치는 영향을 평가하기 위하여 먼저 3 차원 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석은 Fig. 3 에서 보듯이 대칭 면을 고려하여 1/2 단면에 대하여 수행하였으며, 상용 유한요소해석 S/W DEFORM-3D로 수행하였다.(6) 적용된 소재는 AISI4137 이며, 유한요소해석을 위해 인장시험을 통해 확보한 소재의 유효 응력-변형률 곡선은 식 (1)과 같다.
- 이상의 결과를 검증하기 위하여 본 연구에서 제시함 최적 다이스에 대한 형상인발 실험을 실시하여 그 타당성을 검증하였다.
- 4 는 크로스 롤러 가이드 형상인발공정에 대한 유한요소해석 절차를 나타낸 것이다. 첫 번째 다이를 완전히 빠져 나온 소재에 대하여 변형 이력을 고려하여 두 번째 패스에 대한 해석을 연속적으로 수행하였다.
- 최종 형상을 위한 2 차 인발 다이스각은 Fig. 3(b) 에서 보듯이 면대칭을 고려하여 3 개의 다이각(α1, α2, α3)을 갖도록 하였으며, 이들을 2 차 인발공정 설계변수로 설정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 적용한 크로스 롤러 가이드는 초기 원형소재에서 2 패스의 형상인발을 통하여 제조된다. Fig.
- 본 연구에서는 유한요소해석과 실험계획법의 직교배열을 통한 다구찌법을 이용하여 2 패스 이형인발공정의 최종 제품 치수정도 및 진직도 향상을 위한 최적 다이스각을 설정하였다. 초기 소재 재질은 AISI4137 이며, 직경이 29.0mm 원형으로 총다이감면율은 41.0%이다. 본 연구를 통하여 다음의 결론을 도출하였다.
- 2 에 초기 소재 및 각 패스에 대한 단면형상을 나타내었다. 초기 소재는 길이 2.0 m, 직경 29.0 mm 의 원형이다. 총감면율은 41.
데이터처리
- 또한, 진직도는 길이방향의 제품 평균좌표에 대한 표준편차(standard deviation)으로 평가하였으며, 식 (3)와 같이 표현된다.
이론/모형
- 1 에서 보듯이 대표적인 리니어 모션 가이드인 크로스 롤러 가이드(cross roller guide)에 대하여 최종제품의 단면치수정도 및 진직도 향상을 위한 최적 다이스각을 설정하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 유한요소해석, 실험계획법, 그리고 최적 다이스각을 찾기 위해 다구찌법(Taguchi method)을 적용하였다. 설정된 최적 다이스각에 대하여 형상인발 실험을 통하여 그 타당성을 검증하였다.
- 최종제품의 단면치수정도 및 진직도 향상을 위한 최적의 다이스각을 설정하기 위하여 본 연구에서는 실험계획법과 다구찌법을 활용하였다.(7~9)
성능/효과
- (1) 다구찌법을 이용한 SN 비 분석결과, 치수정도 및 진직도 모두 다이스각 α 3 , α1 , α 2 순으로 큰 영향을 미쳤지만, 진직도의 경우 α 3 와 α1 이거의 동일한 영향도를 나타내었다.
- (2) 최종제품의 치수정도는 다이스각 α1 = 9o ,α 2 = 9o , α 3 = 8o 일 때 가장 우수한 값을 나타내었으며, 진직도의 경우 다이스각 α1 = 9o ,α2 = 7o, α 3 = 8o의 경우가 가장 우수하였다.
- (3) 치수정도 및 진직도가 가장 우수한 두 조건에 대한 성형해석결과, 두 경우 모두 치수정도가 거의 동일하였으며, 진직도는α1 = 9o ,α2 = 7o, α 3 = 8o의 경우가 상대적으로 우수하였다.
- (4) 최종 다이스에 있어 입구부와 출구부의 도심 차이와 진직도는 밀접한 관계를 가지며, 도심이 일치 할수록 최종제품의 진직도는 향상됨을 알 수 있었다.
- (5) 실제 형상인발 실험결과 최적 다이스각을 적용한 경우 최종제품의 단면형상이 성형해석결과와 잘 일치하였으며, 진직도 또한 수요자의 요구한계값을 만족하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 치수정도와 진직도를 동시에 고려 하여 다이스각 α1 = 9o , α 2 = 7o , α 3 = 8 o의 경우를 최적의 조건이라고 판단하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 치수정도와 진직도를 동시에 고려 하여 다이스각 α1 = 9o , α2 = 7o , α3 = 8o의 경우를 최적의 조건이라고 판단하였다.
- 11 에서 도심의 차이와 진직도는 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있다. 따라서, 최종제품의 진직도를 향상시키기 위해서는 다이스 입구부와 출구부의 도심을 가능한 일치시키는 것이 유리함을 알 수 있다.
- 본 연구에서 적용한 2 패스 형상인발 크로스 롤러 가이드의 경우 실제 현장경험에 의해 마지막 패스에서의 공정조건이 최종 제품의 치수정도에 가장 큰 영향을 미친다. Fig.
- 14 는 최종제품에 대한 성형해석 및 실험에 의한 단면형상 및 치수를 비교한 것이다. 성형해석과 결과에 의한 최종제품의 단면형상이 잘 일치 함을 알 수 있다. 실제 형상인발 실험결과 최종제품의 진직도는 0.
- 성형해석과 결과에 의한 최종제품의 단면형상이 잘 일치 함을 알 수 있다. 실제 형상인발 실험결과 최종제품의 진직도는 0.75 mm/m 으로 수요자의 진직도 요구 한계값인 0.87 mm/m 을 만족함을 알 수 있었다.
- 이상의 형상인발 실험을 통해 본 연구에서 제시한 최적 다이스 적용에 대한 타당성을 확인할 수있었다.
- 는 측정값들의 평균값, n은 측 정점의 개수이다. 표준편차 S 값이 적을수록 최종 제품의 진직도는 우수하다. Fig.
- Table 6 에 해석결과를 나타내었다. 해석결과 치수정도와 진직도 모두 만족할만한 결과를 나타내 었다. 치수정도 평가를 위한 미충만율(U.
후속연구
- (6) 이상의 결과로부터 이형인발제품의 최종 치수정도 및 진직도 향상을 위한 다이스각 최적화에다구찌법을 유용하게 적용할 수 있음을 알 수 있 으며, 이형인발 이외의 다양한 금속성형공정에도 유용하게 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
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