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[국내논문] 가변직경을 갖는 자동차용 카울크로스바의 복합인발공정 개발에 관한 연구
A Study on Development of Combined Drawing Process for Automotive Cowl Cross Bar with Variable Diameters 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.18 no.7 = no.113, 2009년, pp.538 - 543  

김홍석 (대구대학교 자동차.산업.기계공학부) ,  윤재웅 (대구대학교 자동차.산업.기계공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The cowl cross bar of an automobile is a frame component that is installed inside the cockpit module to provide a guide surface, to which functional components for electricity and air condition are attached. In the recent years, the geometries of cowl cross bars are getting more complex in order to ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나, 현재 완성차 업체에서 요구하고 있는 카울크로스바의 소음·진동(NVH: Noise, Vibration, Harshness) 특성 상 운전석측에 위치하는 대구경부 파이프의 두께가 조수석측의 소구경부 두께보다 커야 하기 때문에 확관 개념의 하이드로포밍 공법으로는 두께 조건을 만족시키기 어려운 측면이 있다. 따라서, 본 연구에서는 파이프에 대한 보다 전통적인 직경 및 두께 제어 성형법인 인발(drawing) 공정의 적용을 통하여 카울크로스바의 일체형 성형공정을 개발하고자 한다. 그러나, 본 제품의 경우 대구경부 대비 소구경부의 단면감소율이 51.
  • 7%로서 일반적인 인발공정에서 적용되는 성형량에 비해 상당히 크기 때문에 공정의 분할 및 제품의 투입구측에서 압축력을 추가적으로 가하는 복합인발공정을 채용하였다. 본 연구에서는 이러한 변형 공정의 효과를 파악하고 공정 분할을 통한 공정 설계를 위하여 CAE 해석을 수행하였으며, 전용 성형기를 이용한 시험 작업을 통하여 개발된 공정의 타당성을 검증하였다.
  • 일반적으로 소성가공 공정에서 과도한 성형량이 요구될 경우 공정을 분할하여 각 단계의 성형량을 한계치 이하로 제한하는 다단계 공정(multistage process)이 구성된다[6~7]. 따라서, 본 연구에서는 제품 성형을 위한 접근법으로 전체 공정을 2 단계로 분할하여 각 단계의 단면감소율을 성형한계치 이하로 감소시키는 방안을 고찰하였다. 원소재의 두께가 2.
  • 본 연구에서는 인장력과 압축력을 동시에 가하기 위하여 Fig. 9에 나타낸 바와 같이 유압식 전용 성형기를 제작하였다. 제작된 장치는 2개의 유압 탱크가 장착되어 소재 투입구측의 압축력과 금형 출구측의 인장력을 동시에 인가시킬 수 있다.
  • 본 연구에서는 자동차 카울크로스바의 일체 성형을 위한 2단계 복합인발공정을 설계하였으며, 시험성형을 통하여 설계된 공정을 검증하였다. 이러한 일련의 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

가설 설정

  • 본 제품에 대한 인발공정의 적용가능성을 검토하기 위해 상용 유한요소해석 프로그램인 DEFORM-2D 를 이용하여 CAE 해석을 수행하였다. 이때, 인장력이 가해지는 구부의 성형을 위한 측면 가압 공정은 별도로 해석하지 않았고 인장력에 의한 변형이 거의 없다는 가정 하에 가상 형상을 적용하였으며, 초기 성형단계 이후 정상상태(steady state)로 진행되는 인발공정의 특성에 따라 초기 소재의 길이는 실제보다 짧은 500mm 로 설정하였다. 특히, 본 제품의 경우 직경 뿐만 아니라 두께도 동시에 감소되어야 하므로 튜브 내부에 플러그를 장착하여 직경과 두께를 모두 제어하는 플러그인발(plug drawing) 공법[3~5]이 사용되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
카울크로스바를 성형하기 위한 파이프의 인발공정 순서는? 일반적인 파이프의 인발공정은 Fig. 2 에 나타낸 바와 같이 금형과 소재의 윤활을 위한 본데라이징(bonderizing) 처리, 인장력이 인가되는 구부의 성형을 위한 측면 가압(side pressing), 인발 금형 및 플러그(plug)를 이용한 인발의 순서로 진행된다. 본 연구의 목표 제품 형상은 Fig.
용접을 이용한 이직경 파이프 접합으로 제조된 카울크로스바의 단점은? 그러나, 용접을 이용한 이직경 파이프 접합 제품의 경우 Fig. 1(b)에 나타낸 바와 같이 제품 외관 품질의 저하 뿐만이 아니라 용접 공정에 의한 생산 효율의 저하 및 불량 용접에 의한 기계적 특성 저하 등의 문제가 발생하고 있다.
자동차의 카울크로스바란 무엇인가? 자동차의 카울크로스바(cowl cross bar)는 Fig. 1(a)에 표시된 바와 같이 칵핏 모듈(cockpit module)의 후면에 장착되어 전장 및 공조 등을 위한 기능성 부품이 장착되는 안내면을 제공하고, 차체의 좌우 방향 비틀림 및 휘어짐의 억제를 위한 강성을 제공하는 프레임 부품이다. 따라서, 당초 카울크로스바는 파이프의 굽힘 공정으로 제조되는 단순한 형상의 제품이었으나 최근에 장착 부품의 다양화 및 소음·진동 특성의 개선, 차량 경량화에 대한 요구 등에 따라 서로 다른 직경의 파이프를 용접 및 굽힘 성형함으로써 보다 복잡한 형상으로 제조되고 있는 추세이다.
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참고문헌 (7)

  1. M. Cog, T. Altan, 2001, An overall review of the tube hydroforming(THF) technology, J. Mater. Process. Technol., Vol. 108, pp. 384-393 

  2. I. S. Um, S. M. Na, Y. G. Kim, H. S. Kim, D. S. Park, 2007, Optimal application of automotive cowl cross bar using hydroforming technology, Proc. Kor. Soc. Mech. Eng. Conf., pp. 13-18 

  3. K. Swiatkowski, R. Hatalak, 2004, Study of the new floating-plug drawing process of thin-walled tubes, J. Mater. Process. Technol., Vol. 151, pp. 105-114 

  4. T. Kuboki, K. Nishida, T. Sakaki, M. Murata, 2008, Effect of plug on leveling of residual stress in tube drawing, J. Mater. Process. Technol., Vol. 204, pp. 162- 168 

  5. S. W. Kim, Y. N. Kwon, Y. S. Lee, J. H. Lee, 2007, Design of mandrel in tube drawing process for automotive steering input shaft, J. Mater. Process. Technol., Vol. 187-188, pp. 182-186 

  6. National Machinery Company, 1981, National Forging Talks, Tiffin, Ohio 

  7. D. H. Kim, D. J. Kim, B. M. Kim, 1998, Process design of multi-step wire drawing using artificial neural network, Trans. Mater. Process., Vol. 7, No. 2, pp. 127-138 

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