[논문]딥드로잉공정에서의 재료 수율 향상에 관한 연구

하종호; 강형선; 백호현

doi:10.5916/jkosme.2009.33.4.509

딥드로잉공정에서의 재료 수율 향상에 관한 연구
A Study on Improving The Coefficient of Utilization of Material in Deep Drawing Process 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.33 no.4, 2009년, pp.509 - 516

하종호 (전남과학대학 자동차과) , 강형선 (조선이공대학 하이테크 CAD) , 백호현 (광주.전남지방 중소기업청)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is the study on improving the coefficient of utilization of material in deep drawing process. Cylindrical cup drawing process is widely used in sheet metal forming process. The blank shape is one of the important things in sheet metal forming process. It is produced for the bridge of blank in a blanking process. The coefficient of utilization of material is much effected by this bridge of blank. This study offered a new process method to reduce the loss of material. The new blank shape offered and manufactured by new process method is investigated by a finite element method and the experiment. Then the wrinkling, the punch load, the thickness distribution is observed. This result is different from the result of circular blank process. And it is got that the Max strain, the wrinkle and the height of the wrinkle are effected by the holding force and the punch load. As a result, if the processing optimum condition is found, the loss of material will be reduced. It is necessary to research systematically about determining the optimum value of process variables.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

의 실험 연구에 의하면 원형컵 드로잉 공정에서 홀딩력을 높여 주었을 때와 펀치 속도를 증가시켜 펀치력을 증가 시켰을 때 블랭크 원주 부위의 두께 변형률이 줄어듦을 알 수 있다. 따라서 본 논문에서는 벽면의 주름에 크게 영향을 주고 있는 블랭크 원주 부위의 두께 변형률을 줄이기 위해 블랭크 홀딩력과 펀치력을 trial and error로 변화 시켜감으로써 두께 변형률에 어떠한 변화가 있는지를 알아보았다. 해석을 수행한 후 Fig.
본 논문에서는, 현재 재료의 수율이 75%인 블랭킹 가공공정에서 수율 향상을 위해 브리지를 블랭킹 가공배열 내에 포함시키는 가공 방법을 제안하였고 이 방법에 의해 가공된 블랭크 형상에 대한 실험과 FEM 해석을 수행하여 그 결과를 고찰하였다.
현재 산업체에서 이루어지고 있는 다열 브랭킹 공정에서의 재료 수율은 약 75%정도이다. 본 연구에서는 현재 75%인 재료의 수율을 향상시키는데 목표를 두고 연구를 수행하였다.

제안 방법

딥드로잉 해석을 위해 먼저 다이, 펀치, 홀더를 모델링 한 다음 블랭크를 그 사이에 모델링 하였다. 다이, 펀치 그리고 홀더는 강체(rigid body)로 정의하였고 블랭크는 두께 변형도 분포를 보다 정확하게 해석하기 위한 쉘(shell) 요소로 정의하였으며^[8], 딥드로잉 해석의 신뢰성 확보에 따른 4절점 사각형 요소가 사용되었다.
1의 (b)처럼 삼각형 부분의 트리밍으로 인한 곡률을 가지는 브리지가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서 제안한 브랭킹 가공 방법으로 드로잉된 컵과 현재 사용되어지고 있는 브랭킹 가공 방법으로 드로잉된 컵을 비교하였다.
현재 사용되어 지고 있는 브랭킹 가공 방법은 알루미늄 판에 다열 브랭킹 가공을 한 후 즉시 드로잉 가공이 이루어지는 방법이다. 본 연구에서 제안한 브랭킹 가공 방법은 먼저 삼각형 모양의 부분을 트리밍하고 그 후에 다열 브랭킹 가공을 한 후 드로잉 가공을 하는 방법이다. 삼각형 부분을 가공할 때 삼각형의 꼭지점 부분에 가공상의 곡률이 발생하게 되는데 이때 발생하는 곡률은 0.
산업현장에서 사용하고 있는 브랭킹 툴을 그대로 사용하여 본 연구에서 제시한 new blank에 대하여 실험과 원형 블랭크와 new blank 이 두 모델을 그대로 유한요소법에 적용하여 해석을 수행 한 후 그 결과를 비교 검토하였다.
이는 “원주방향을 따라 두께 변형률이 원형 블랭크에서보다 new blank에서 더욱 불규칙하게 나타나기 때문에 주름이 심하게 나타난 것이다”라는 가정으로부터 딥드로잉 전문 FEM해석 상용프로그램인 Z-Stamp를 사용하여 해석을 수행한 후 원형 블랭크와 new blank의 두께 변형률의 차이와 홀더력과 펀치력의 영향으로 new blank의 두께 변형률이 어떻게 나타나는지 알아보았다.

대상 데이터

본 해석에서 사용된 요소 수는 원형 블랭크인 경우 2254개, 절점 수는 2347개, 브리지가 있는 new blank인 경우 요소 수는 2013개, 절점 수는 2106개로 이루어져 있다.

성능/효과

FEM 해석을 통하여 원형블랭크와 new blank의 두께 변화를 비교하였는데 브리지가 남아 있는 부근에서 국부적인 두께 변형 집중이 나타나고 있음을 알 수 있었고 브리지가 없는 부분에서는 원형 블랭크의 두께 변화와 비슷하게 나타나고 있음을 알 수 있었다. 따라서 브리지 부근의 높은 두께 변형률로 인해 벽면에 주름이 생겼음을 알 수 있었다.
결과적으로 브리지가 시작되는 부분의 두께가 급격히 커짐에 따라 그 부분에서 벽면이 고르지 못한 표면으로 형성되는데 홀더력과 펀치력의 변화를 통해 두께변화를 줄임으로서 벽면의 주름을 줄일 수 있을 것으로 사료된다. 또한 브리지 형상에 있어서도 최대 주름이 발생하는 브리지 측면의 곡률반경을 변화시켜 주름이 최소화 되도록 설계하여야 함을 알 수 있었으며, 브랭킹 가공과 드로일 공정에서 최적 공정변수를 결정한다면, 본 연구에서 제안한 브랭킹 가공방법으로 재료의 손실을 10%이상 줄일 수 있을 것으로 사료된다.
본 논문의 FEM 해석 결과를 보면, Fig. 15, Fig. 17에서 볼 수 있듯이 기존 연구와 같이 홀딩력이 큰 블랭크에서의 두께 변형률이 작게 나타남을 알 수 있다. 그러나 Fig.
본 연구에서 제안 한 브랭킹 가공방법으로 가공된 블랭크를 new blank로 칭하면 new blank는 트리밍 되지 않고 남아 있는 브리지 부분에 주름이 Fig. 3과 같이 생겼음을 관찰할 수 있다. 이 주름은 트리밍 되지 않고 남아 있는 브리지의 영향으로 블랭크의 형상이 변했기 때문에 브리지 주위를 중심으로 심하게 나타나고 있다고 사료된다.
실험 결과 본 연구에서 제안한 블랭크 형상은 드로잉 된 후 남아 있는 브리지 부근에 주름이 심하게 나타남을 알 수 있었다.
6 참조). 위 결과를 보면 블랭크 두께 변화가 거의 비슷하게 나타나고 있음을 볼 수 있고 브리지의 시작되는 부분에서는 블랭크 두께가 줄어들었음을 알 수 있는데 이로 인하여 벽면의 주름이 줄어들었음을 알 수 있었다. 기존 연구와 더불어 Jung^[10]의 실험 연구에서도 볼 수 있듯이 홀딩력을 올리면 주름이 감소하고 블랭크 두께 변형률도 감소한다.
홀더력과 펀치력의 변화를 통해 최대 변형률과 주름, 그리고 주름의 높이를 줄일 수 있었다. 그리고 블랭크 브리지가 시작되는 부분과 브리지가 없는 부분을 연관하여 두께 변형률에 대한 연구가 필요함을 확인할 수 있었다.

후속연구

홀더력과 펀치력의 변화를 통해 최대 변형률과 주름, 그리고 주름의 높이를 줄일 수 있었다. 그리고 블랭크 브리지가 시작되는 부분과 브리지가 없는 부분을 연관하여 두께 변형률에 대한 연구가 필요함을 확인할 수 있었다.
결과적으로 브리지가 시작되는 부분의 두께가 급격히 커짐에 따라 그 부분에서 벽면이 고르지 못한 표면으로 형성되는데 홀더력과 펀치력의 변화를 통해 두께변화를 줄임으로서 벽면의 주름을 줄일 수 있을 것으로 사료된다. 또한 브리지 형상에 있어서도 최대 주름이 발생하는 브리지 측면의 곡률반경을 변화시켜 주름이 최소화 되도록 설계하여야 함을 알 수 있었으며, 브랭킹 가공과 드로일 공정에서 최적 공정변수를 결정한다면, 본 연구에서 제안한 브랭킹 가공방법으로 재료의 손실을 10%이상 줄일 수 있을 것으로 사료된다.
브랭킹 가공과 드로잉공정에서 여러 가지 공정 변수들에 대한 최적조건을 결정한다면, 본 연구에서 제안한 브랭킹 가공방법으로 재료의 손실을 10%이상 줄일 수 있을 것으로 사료되며 이에 대한 지속적인 연구가 있어야 할 것으로 사료된다.
16을 보면 블랭크 브리지가 시작하는 부위에서는 반대로 블랭크 홀딩력이 작을 때 블랭크 두께 변형률이 작게 나타남을 알 수 있다. 펀치가 진행함에 따라 재료가 유입되면서 블랭크 브리지가 시작되는 부위로 재료가 모여 이 부위에서 큰 변형률을 보이고 있는 것으로 생각되는데 이 부분과 브리지가 없는 부분을 연관시킨 두께 변형률에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	딥드로잉 공정에서 재료의 손실은 언제 발생하는가?	그리고 재료 손실에 있어서 또한 큰 변수를 가져올 수 있는 것이 블랭크의 형상이다. 딥드로잉 공정에서 드로잉 공정 후에 주름이 형성되는 부분을 트리밍하게 되는데 이때 재료의 손실이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 컵 드로잉 공정에 사용될 블랭크 형상에 대하여, 여러 가지 수치적인 방법의 도입과 실험들이 수행되어 왔다.
	딥드로잉 공정에 영향을 주는 인자들에는 무엇이 있는가?	그리고 부품의 경량화와 더불어 공정이 단순하고 대량생산이 가능하기 때문에 광범위하게 사용되고 있다. 딥드로잉 공정은 굽힘, 인장, 전단, 재료의 특성, 다이의 형상, 다이와 펀치 사이의 틈새 등 많은 인자들에 영향을 받는 성형공정이다. 이 인자들에 대하여 종합적으로 최적조건을 위한 수치적인 연구 결과는 거의 없다.
	딥드로잉 가공이 산업에 광범위하게 사용되고 있는 이유는?	딥드로잉 가공은 자동차, 전기 전자, 항공산업에서의 매우 중요한 제조산업 공정에 속한다. 그리고 부품의 경량화와 더불어 공정이 단순하고 대량생산이 가능하기 때문에 광범위하게 사용되고 있다. 딥드로잉 공정은 굽힘, 인장, 전단, 재료의 특성, 다이의 형상, 다이와 펀치 사이의 틈새 등 많은 인자들에 영향을 받는 성형공정이다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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