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중공 박판의 기계적 프레스 결합에 관한 해석
Numerical Analysis on the Mechanical Press Joining for the Sheet Metal with a Circular Hole 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.10 no.7, 2009년, pp.1453 - 1458  

이세정 (한양대학교 기계공학과) ,  김민웅 ((주)에이스테크놀로지) ,  이재원 ((주)성안기계) ,  이상욱 (순천향대학교 기계공학과)

초록
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본 논문은 중공을 가진 판재 두 매를 결합하기 위하여 중공 주위를 따라 기존 레이저 용접법 대신 기계적 프레스 결합법을 적용하는 것에 관한 연구이다. 이를 통해 레이저 용접을 적용했을 때 불가피하게 발생하는 열 변형을 효과적으로 없앨 수 있다. 유한요소해석을 통하여 중공형 판재를 기계적으로 결합시킬 수 있는 금형 설계 방법을 제안하였다. 기계적 결합력을 최대화시키는 데 관련 있는 다섯 가지 설계인자를 선택하여 다꾸치 실험법을 적용한 결과 성형 깊이와 펀치모서리 반경이 가장 크게 영향을 미치는 인자로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study is to apply the mechanical press joining method to join two kinds of sheet metals with circular holes by mechanical pressing instead of laser beam. Usage of the mechanical pressing avoids the thermal deformation of sheet metals which occurs inevitably in laser joining. A die design has be...

주제어

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문제 정의

  • 그림 1에서 볼 수 있듯이 분리판에는 많은 구멍이 존재한다. 구멍 주위에 프레스 결합을 적용하기 위하여 본 연구에서는 구멍을 가진 박판에서 구멍 주위를 따라 선 형태의 프레스 결합을 만들어내는 방법의 연구에 초점을 맞추고자 한다. 또한 기계적 프레스 결합의 결합력을 최대화하기 위한 금형 설계 인자를 파악하기 위하여 다구찌 실험법을 통해 영향 있는 주요 인자들 중 가장 큰 영향을 주는 설계인자를 선정하고자 한다.
  • 구멍 주위에 프레스 결합을 적용하기 위하여 본 연구에서는 구멍을 가진 박판에서 구멍 주위를 따라 선 형태의 프레스 결합을 만들어내는 방법의 연구에 초점을 맞추고자 한다. 또한 기계적 프레스 결합의 결합력을 최대화하기 위한 금형 설계 인자를 파악하기 위하여 다구찌 실험법을 통해 영향 있는 주요 인자들 중 가장 큰 영향을 주는 설계인자를 선정하고자 한다.
  • 이러한 목표를 달성하기 위해 기계적 프레스 결합공정과 관련된 적절한 설계인자를 다수 선정하여 다구찌 실험법과 유한요소해석을 통해 최적의 설계안을 제시하고자 한다.
  • 레이저용접에 의한 결합은 원치 않게 열 변형이 동반되므로 편평도를 떨어뜨리는 요인이 된다. 이를 근본적으로 해결하기 위한 방법으로 기계적 프레스 결합법을 사용하여 분리판의 구성품을 결합하는 방법을 본 연구에서 제안하고자 한다.
  • 점 형태의 결합법으로는 중공 박판을 연속적으로 결합할 수 없으므로 그림 2의 왼쪽에 보인 바처럼 중공 부분의 외곽을 따라서 기계적 프레스 결합을 실시하고자 한다. 이를 통해 연료전지 분리판에 대해 새로운 기계적 결합 방법을 제안하고자 하는 것이다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중공을 가진 판재 두 매를 결합하기 위해 기존 레이저 용접법 대신 기계적 프레스 결합법을 적용하면 어떠한 장점이 있는가? 본 논문은 중공을 가진 판재 두 매를 결합하기 위하여 중공 주위를 따라 기존 레이저 용접법 대신 기계적 프레스 결합법을 적용하는 것에 관한 연구이다. 이를 통해 레이저 용접을 적용했을 때 불가피하게 발생하는 열 변형을 효과적으로 없앨 수 있다. 유한요소해석을 통하여 중공형 판재를 기계적으로 결합시킬 수 있는 금형 설계 방법을 제안하였다.
기계적 결합에 속하는 방법으로 무엇이 있는가? 이와는 다르게 부가적인 열원을 필요로 하지 않는 기계적 결합이 있다. 기계적 결합에는 나사, 리벳, 볼트 등 부가적인 재료를 이용하여 결합하는 방법과, 결합될 소재를 소성 변형시켜 기하학적 구속을 발생시키는 방법이 있다[2-4]. 본 논문에서 기계적 프레스 결합이라는 용어는 후자와 관련되어 있다.
중공형 판재를 기계적으로 결합시킬 수 있는 금형 설계 방법의 기계적 결합력에 가장 크게 영향을 미치는 인자는 무엇인가? 유한요소해석을 통하여 중공형 판재를 기계적으로 결합시킬 수 있는 금형 설계 방법을 제안하였다. 기계적 결합력을 최대화시키는 데 관련 있는 다섯 가지 설계인자를 선택하여 다꾸치 실험법을 적용한 결과 성형 깊이와 펀치모서리 반경이 가장 크게 영향을 미치는 인자로 나타났다.
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참고문헌 (11)

  1. 우동욱, 이상욱, "곡률을 가진 쉴드슬롯판의 편평도 향상 연구", 한국기계가공학회지, 제5권, 제3호, pp. 23-28, 2006. 

  2. 이용복, 정진성, 김태윤, 차백순, "Clinch Joining의 접합강도 향상을 위한 최적화에 관한 연구", 대한기계학회 학술대회논문집, 제2권 제1호, pp. 244-249, 1998. 

  3. V. Hamel, J. M. Roelandt, J. N. Gacel, F. Schmit, "Finite element modeling of clinch forming with automatic remeshing", Computers and Structures, Vol. 77, pp. 185-200, 2000. 

  4. 정창균, 김태정, 양동열, "중첩된 박판간의 결합을 위한 접착-성형공정", 한국소성가공학회지, 제13권, 제4 호, pp. 342-349, 2004. 

  5. http://www.tox.co.kr 

  6. 오구리 후기오, "표준 기계설계도표편람 제5판", 대광서림, 2005. 

  7. 김세환, "프레스 금형 설계공학", 대광서림, 2006. 

  8. 유시형, "형설계 핸드북", 성안당, 2005. 

  9. 이상복, "알기쉬운 다구찌기법", 상조사, 2000. 

  10. Shin Taguchi, "Daewoo Motor Co. 4-day Robust Design Seminar", Daewoo Motor Co., 1995. 

  11. G. Taguchi and S. Konishi, "Orthogonal Arrays and Linear Graphs", ASI Press, 1987. 

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