[논문]스테인리스 강관의 굽힘 특성 연구

이건엽; 이호진; 이혜경; 김윤규; 문영훈

doi:10.5228/kspp.2009.18.4.336

스테인리스 강관의 굽힘 특성 연구
A Study on the Bendability of Stainless Steel Tubes 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.18 no.4 = no.110, 2009년, pp.336 - 341

이건엽 (부산대학교 기계공학부) , 이호진 (부산대학교 기계공학부) , 이혜경 (부산대학교 기계공학부) , 김윤규 (하이스코 기술연구소) , 문영훈 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Hydroformed parts have higher dimensional accuracy, structural strength, and dimensional repeatability. Particularly in the automotive industry, manufacturing of parts with complex shapes from tubular materials sometimes requires one or more pre-forming operations such as bending before the hydroforming process. The pre-bending process is an important process for the successful hydroforming in the case where the perimeter of the blank is nearly the same as that of final product. The bendability of a tube depends on the parameters such as the bending radius, welding methods, mechanical properties and hardness. Through the stainless steel tubes bent by rotary draw bending machine, this study shows the following : (1) The influence on spring back ratio variation with stress level in the welded bent tube. (2) The Cross-section ovality variation with weld seam position and bending radius. (3) The relation between elongation and thickness reduction of tension zone with weld seam position and bending radius. (4) Workability evaluation of bent stainless steel tubes through the hardness of materials and hardness increment. The results of this study may help to understanding of characteristics on bendability of stainless steel tubes.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 최종 액압 성형된 제품의 성형성에 영향을 미치는 예비 굽힘 공정에서 가공된 4가지 스테인리스 강관들의 굽힘 시 특성을 실험적 접근을 통하여 다음의 결론을 도출하였다.
3에서는 스프링 백 현상이 일어나는 현상을 도시화하였다. 본 연구에서는 기계적 물성에 따른 각 소재들의 스프링 백의 양을 비교 평가하였다.
본 연구에서는 우수한 내식성과 내마모성 및 가공성을 이용하여 기계 구조용이나, 자동차의 머플러용 등의 장치 및 각종 배관 등에 사용 되는 STS201, STS304 및 STS409 스테인리스 강 튜브 소재에 대한 굽힘 특성을 실험적으로 고찰해보고자 하였다.

제안 방법

Fig. 5에서와 같이 굽힘 가공된 소재들을 변형이 가장 많은 부분인 굽힘 중심부를 절단한 단면의 난형도를 분석하고 용접부(W)의 위치가 다른 굽힘 관의 단면의 두께 변화와 굽힘 반경에 따른 두께 변화를 살펴보았으며, 굽힘의 중심부 단면 압축부의 경도 측정을 통해 가공 경화량을 분석하였다[11].
본 연구에서는 굽힘 각도를 일정하게 30°로 하여 굽힘 반경이 45mm와 60mm인 두 가지 굽힘 관을 비교하였으며, 굽힘 시 발생하는 소재의 거동에 따른 두께의 변화와 경도 변화를 분석하였다.

대상 데이터

본 실험에서는 용접방법에 따라 전기 저항 용접(ERW)과 텅스텐 불활성 가스(TIG)용접으로 제작된 외경이 Ø 42.7mm 두께가 2.0t 인 튜브를 사용하였다.
본 연구의 실험에 사용된 스테인리스 강 튜브 소재의 기계적 특성과 화학성분을 Table 1과 Table 2에 나타내었다.

성능/효과

(1) 용접된 스테인리스 원형 관재의 굽힘 시, 일반적인 판재 굽힘과 같이 응력수준이 상대적으로 높은 소재가 스프링 백 양이 더 크게 나타난다.
(2) 스테인리스 강의 용접부는 열 영향부의 경화로 인해 부분적인 연신율을 감소시키나 경화부의 비율이 튜브 전체에 있어서 작으므로 굽힘 부단면 형상에 미치는 영향은 전체 공정으로 볼 때 미미하다.
(3) 동일한 소재에서 굽힘 반경이 커질수록 단면 난형도가 작아진다. 난형도는 소재의 연신율로 인한 유동 변형이 최소가 됨을 보여주는 것으로써, 굽힘 공정 시 굽힘 부 내/외측의 불균일한 소성유동으로 발생한다.
(4) 용접선 위치를 달리한 두께 감소율은 용접부의 부분적인 연신율 감소를 야기시켜 용접선의 방향이 중간부일 때보다 인장부와 압축부일 때가 두께 감소율이 높은 경향을 보였다. 벽두께 변화가 심할 경우 후속 액압 성형 시에 성형성에 영향을 미치므로 예비 굽힘 시 용접선 방향은 중요하게 고려되어야 한다.
(5) 소재의 강도, 항복비, 연신율, 경도 및 가공 경화율의 종합적인 관점에서 볼 때 용접 조건이 같을 경우, STS304TIG 소재가 STS201TIG 소재보다 STS201ERW 소재가 STS409ERW 소재보다 가공성이 우수하다.
연신율이 비교적 크고 항복비가 상대적으로 낮은 STS304TIG 와 STS201ERW 소재가 경화율이 높으므로 가공성 향상에 유리함을알 수 있다. 같은 용접 조건을 기준으로 할 때, 상대적으로 경도값이 낮고 가공 경화율이 높은 STS304 TIG 소재가 STS201TIG 소재보다 가공성이 우수함을 판단할 수 있다. 또한 비슷한 모재의 경도값을 갖는 STS201ERW 와 STS409 ERW 소재를 비교해 볼 때 상대적으로 낮은 항복비, 높은 연신율을 갖고 가공 경화율이 높은 STS 201ERW 가 가공성이 우수하다.
8 은 굽힘관의 중심부 단면에 대한 난형도를 보여준다. 난형도 값은 STS409, STS201, STS304순이고, STS201 소재에서 용접 방법에 따른 난형도 값을 비교했을 때 TIG 용접 소재가 ERW 용접 소재보다 높게 나타났다. 또한 굽힘 반경이 작을수록 난형도 값이 높게 나타남을 알 수 있다.
같은 용접 조건을 기준으로 할 때, 상대적으로 경도값이 낮고 가공 경화율이 높은 STS304 TIG 소재가 STS201TIG 소재보다 가공성이 우수함을 판단할 수 있다. 또한 비슷한 모재의 경도값을 갖는 STS201ERW 와 STS409 ERW 소재를 비교해 볼 때 상대적으로 낮은 항복비, 높은 연신율을 갖고 가공 경화율이 높은 STS 201ERW 가 가공성이 우수하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	관재 액압 성형이란 무엇인가?	관재 액압 성형(tube hydroforming)은 폐단면 형상의 원형 튜브 내부에 정수압을 가해 팽창시켜 원하는 외부 금형 형상에 따라 성형하는 가공 기술이다. 최근 고성능과 연비 향상을 위한 경량화 요구에 따라 자동차 부품 분야에서 많이 사용되고 있는 분야로써, 성형품 무게 대비 높은 구조 강성을 가지고, 치수 정밀도와 강성을 향상시키며, 용접부의 감소로 인한 복잡한 형상의 부품을 하나의 금형으로 생산 가능한 장점을 가진다[1~6].
	최종 액압 성형된 제품의 성형성에 영향을 미치는 예비 굽힘 공정에서 가공된 4가지 스테인리스 강관들의 굽힘 시 특성을 실험적 접근을 통해 얻은 결론은 무엇인가?	(1) 용접된 스테인리스 원형 관재의 굽힘 시, 일반적인 판재 굽힘과 같이 응력수준이 상대적으로 높은 소재가 스프링 백 양이 더 크게 나타난다. (2) 스테인리스 강의 용접부는 열 영향부의 경화로 인해 부분적인 연신율을 감소시키나 경화부의 비율이 튜브 전체에 있어서 작으므로 굽힘 부단면 형상에 미치는 영향은 전체 공정으로 볼 때미미하다. (3) 동일한 소재에서 굽힘 반경이 커질수록 단면 난형도가 작아진다. 난형도는 소재의 연신율로 인한 유동 변형이 최소가 됨을 보여주는 것으 로써, 굽힘 공정 시 굽힘 부 내/외측의 불균일한 소성유동으로 발생한다. (4) 용접선 위치를 달리한 두께 감소율은 용접 부의 부분적인 연신율 감소를 야기시켜 용접선의 방향이 중간부일 때보다 인장부와 압축부일 때가 두께 감소율이 높은 경향을 보였다. 벽두께 변화가 심할 경우 후속 액압 성형 시에 성형성에 영향을 미치므로 예비 굽힘 시 용접선 방향은 중요 하게 고려되어야 한다. (5) 소재의 강도, 항복비, 연신율, 경도 및 가공 경화율의 종합적인 관점에서 볼 때 용접 조건이 같을 경우, STS304TIG 소재가 STS201TIG 소재보다 STS201ERW 소재가 STS409ERW 소재보다 가공성이 우수하다.
	로터리 드로우 벤딩은 어떤 장점을 가지는가?	실험에 사용된 로터리 드로우 벤딩(Rotary draw bending)은 다양한 산업분야에서 사용되는 공정으로써 특히 생산 속도와 치수 정밀도가 상대적으로 우수한 장점을 가진다. 모멘트의 힘과 관축 방향 힘 사이의 상호 작용과 각종 금형(die)과 만드렐(mandrel)의 상호 작용으로 공정이 이루어지는데 튜브 축에 작은 각(rake angle)을 이루며 위치하는 와이퍼 다이(wiper die)는 벤딩 시에 마찰력을 감소시킴으로써 압축력을 받는 곡관의 내측부의 주름을 방지하는 역할을 하게 된다.

참고문헌 (11)

Muammer Koc, Taylan Altan, 2002, Prediction of Forming Limits and Parameters in the Tube Hydroforming Process, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 42, Issue 1, pp. 123-138

상세보기
Ho kook Lee, C. J. Van tyne, David field, 2004, Finite element bending analysis of oval tubes using rotary bender for hydroforming applications, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 168, pp. 327-335

상세보기
Seong-Chan Heo, Woo-Jin Song, Tae-Wan Ku, Jeong Kim and Beom-Soo Kang, 2007, Study on Application of Forming Limit Criteria for Formability on Hydroforming Parts, Journal of the Korean Mechanical Science of Technology, Vol. A-31, No. 8, pp. 833-838
Hyun Jin Kim, Choon Man Lee, 2007, A study on the Bending Process for Precision Pipe Forming, Journal of Korean Society for Precision Engineering, Vol. 24, NO. 6, pp. 58-65
L. Gao, M. Strano, 2004, FEM analysis of tube pre-bending and hydroforming, Journal of Materials Processing Technology, Vol.151, pp. 294-181

상세보기
Jae-bong Yang, Byung-hee Jeon, Sook-IK Oh , 2000, Tube Bending Analysis for Hydroforming Process, Transactions of Materials Processing, Vol. 9, No. 3, pp. 249-256
Jae-bong Yang, Byung-hee Jeon, Sook-IK Oh, 2001, tube bending technology of a hydroforming process for an automotive part, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 111, pp. 175-181

상세보기
Seung Hee Lee, Byung Hee Jeon, Soo Ik Oh, 2000, A study on the Weld Line Position Optimization for Hydroforming, Journal of the Korean Society of Machine Tool Engineers, Vol. 9, No. 3, pp. 160-168
Nader Asnafi, Tomas Nilsson, Gunnar Lassel, 2003, Tubular hydroforming of automotive side members with extruded aluminium profiles, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 142, pp. 93-101

상세보기
G. Khodayari, Edited by Muammer Koc, 2008, Hydroforming for advanced manufacturing, Woodhead Publishing Limited, pp. 181-201
Wenyun Wu, Ping Zhang, Xiaoqin Zeng, Li Jin, Shoushan Yao, Alan A. Luo, 2008, Bendability of the wrought magnesium alloy AM30 tubes using a rotary draw bender, Materials Science and Engineering A 485, pp. 596-601

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증