[논문]변형률속도를 고려한 DP590의 성형한계도

김석봉; 안광현; 하지웅; 이창수; 허훈; 복현호; 문만빈

변형률속도를 고려한 DP590의 성형한계도
Forming Limit Diagram of DP590 considering the Strain Rate 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.18 no.1, 2010년, pp.127 - 130

김석봉 (KAIST 기계항공시스템학부) , 안광현 (KAIST 기계항공시스템학부) , 하지웅 (KAIST 기계항공시스템학부) , 이창수 (KAIST 기계항공시스템학부) , 허훈 (KAIST 기계항공시스템학부) , 복현호 (현대하이스코 기술연구소) , 문만빈 (현대하이스코 기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with the formability of DP590 steel considering the strain rate. The strain hardening coefficient, elongation and r-value were obtained from the static and dynamic tensile test. As strain rate increases from static to 100/s, the strain hardening coefficient and the uniform elongation decrease and the elongation at fracture and r-value decrease to 0.1/s and increase again to 100/s. The high speed forming limit tests with hemi-spherical punch were carried out using the high speed crash testing machine and high speed forming jig. The high speed forming limit of DP590(order of $10^2$/s) decreases compared to the static forming limit(order of $10^{-3}$/s) and the forming limit band in high speed forming test is narrower than that in the static forming test. This tendency may be due to the development of brittleness with increase of stain rate.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 변형률속도를 고려한 DP590의 단축인장시험을 통하여 동적 인장특성 및 성형성을 평가한다. 정적 및 고속 성형한계도를 얻기 위하여 UTM 및 고속충돌시험기를 사용하여 펀치-장출성형 시험을 수행한다.
이때 부재에 발생하는 변형률속도는 국부적으로 차이를 보이나 일반적으로 수에서 수백/s의 변형률속도 분포를 보인다. 이 변형률 속도영역에서 강판의 성형성이 증가 또는 감소하는 경향을 알아보는 것이 본 연구의 목적이므로 이를 고려하여 성형속도를 결정하였다. LS- DYNA 3D v.
정적 및 고속 성형한계도를 얻기 위하여 UTM 및 고속충돌시험기를 사용하여 펀치-장출성형 시험을 수행한다. 이를 통하여 변형률속도가 박판의 성형성에 미치는 영향을 고찰한다.

제안 방법

DP590(1.2t)에 대하여 0.001, 0.01, 0.1, 1, 10, 100/s 의 변형률속도에서 정적 및 고속재료시험기를 사용하여 박판의 인장실험을 수행하였다.⁵⁾하중방향은 압연방향(RD), 압연에서 45°(DD)및 90°(TD)방향이다.
DP590의 인장시험을 통하여 동적물성 및 r-값의 변화를 고찰하였고, 고속성형한계시험과 정적성형한계시험 결과와 비교하여 변형률속도증가에 따른 DP590의성형성을 평가하였다.
DP590의 정적 및 고속조건에서 성형성을 평가하기 위하여 20 mm/min에서 10 m/s의 성형속도에서 직경 100 mm의 반구형 펀치를 이용한 장출시험을 수행하였다. 시편의 형상은 폭 20, 40, 60, 80, 100 mm의 호(arc) 형과 한 변이 200 mm인 정사각형이다.
정적 및 동적인장시험을 수행하여 변형률 속도에 대한 DP590의 r-값을 측정하였다. 본 연구에서는 동적 인장 시에 표범부의 폭 및 길이 방향 변형률을 동시에 측정하여야 하므로 고속카메라를 사용하여 표점부 내의 그리드변형을 측정하였다. 시편의 인장에 따른 r-값은 변형법에 따라 선형으로 근사 됨을 확인하였다.
⁶⁾ RD로 강판에서 채취되었으며 성형한계도 측정을 위하여 직경 5 mm의 원형 그리드를 에칭하였다. 성형한계도의 인장-압축영역을 얻기 위한 시험에서는 테프론(teflon)과 플라스티신(plasticine)을 사용하여 윤활조건을 동일하게 사용하였으며 시편 폭만 20 mm에서 100 mm로 달리하였다. 성형한계도의 중앙 및 인장-인장 영역에서는 정사각형 시편을 이용하여 마찰조건을 달리하였다.
본 연구에서는 변형률속도를 고려한 DP590의 단축인장시험을 통하여 동적 인장특성 및 성형성을 평가한다. 정적 및 고속 성형한계도를 얻기 위하여 UTM 및 고속충돌시험기를 사용하여 펀치-장출성형 시험을 수행한다. 이를 통하여 변형률속도가 박판의 성형성에 미치는 영향을 고찰한다.
1, 1/s 까지 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보인다. 정적 및 동적인장시험을 수행하여 변형률 속도에 대한 DP590의 r-값을 측정하였다. 본 연구에서는 동적 인장 시에 표범부의 폭 및 길이 방향 변형률을 동시에 측정하여야 하므로 고속카메라를 사용하여 표점부 내의 그리드변형을 측정하였다.
고속충돌시험기의 대차가 목표속도로 발사되어 펀치부헤드와 충돌하게 되고 대차는 펀치부와 함께 고속으로 이동하여 시편을 변형시키게 된다. 정적 성형한계 시험에서 얻은 각 시편에서의 한계돔 높이를 시편의 파단시점이라 가정하고 다양한 두께의 우레탄 스토퍼를 사용하여 펀치의 스트로크를 조절하였다.
정적 성형한계시험은 블랭크홀더 프레임을 장착한 UTM을 사용하였으며 고속성형한계시험은 고속 성형지그가 장착된 고속충돌시험기를 사용하였다. 고속성형지그는 Fig.
지금까지의 박판금속의 성형속도에 따른 성형성 평가와 관련된 연구를 살펴보면 먼저 재료의 변형률속도 민감도 정도에 따른 성형성을 고찰한 경우에 변형률경화 및 항복응력 등의 다른 물성은 고정한 후 재료의 성형성을 비교하였다³⁾. 즉, 한가지 재료에 대하여 변형률속도를 달리하여 성형성의 영향을 파악하지 않고 변형률속도에 대하여 민감한 재료와 그렇지 않은 재료에 대한 차이를 주로 고려하였다.
해석을 통하여 결정된 성형속도 범위에서 시험을 수행하였으며 네킹과 파괴가 일어난부분의 변형된 타원 격자를 Mylar 필름으로 측정하여 최대 주변형률과 최소 주변형률을 결정하였다. 측정된 격자는 Success, Neck, Fracture로 분류되며 측정좌표들은 시편의 폭과 윤활방법에 따라 Fig.

대상 데이터

DP590의 정적 및 고속조건에서 성형성을 평가하기 위하여 20 mm/min에서 10 m/s의 성형속도에서 직경 100 mm의 반구형 펀치를 이용한 장출시험을 수행하였다. 시편의 형상은 폭 20, 40, 60, 80, 100 mm의 호(arc) 형과 한 변이 200 mm인 정사각형이다.다.

이론/모형

이 변형률 속도영역에서 강판의 성형성이 증가 또는 감소하는 경향을 알아보는 것이 본 연구의 목적이므로 이를 고려하여 성형속도를 결정하였다. LS- DYNA 3D v.970을 사용하여 고속펀치성형을 유한요소기법으로 해석하였다. 각 시편에 대한 동적 성형한계 시험에서 얻은 파단지점과 동일한 위치의 요소(element) 에서의변형률속도분포는Fig.

성능/효과

본 연구에서는 동적 인장 시에 표범부의 폭 및 길이 방향 변형률을 동시에 측정하여야 하므로 고속카메라를 사용하여 표점부 내의 그리드변형을 측정하였다. 시편의 인장에 따른 r-값은 변형법에 따라 선형으로 근사 됨을 확인하였다. r-값
Keeled와 Backofen¹⁾이 1963년에 성형한계도를 실험적으로 측정하여 사용하기 시작하면서 성형성 평가시험의 효율성을 향상했다. 이축 인장 하에서 판재의 파단을 연구하면서 성형한계도의 존재를 증명하였으며 이축도가 증가할수록 국부 파단 일어나는 한계 주 변형률의 크기가 커진다는 사실도 발견하였다. 원형 격자해석법과 함께 성형한계선의 개념이 Keeled에 의하여 도입되면서부터 성형성 평가기술이 본격적으로 발전하기 시작하였으며 여러 가지 컵 성형 시험과 인장시험을 통하여 FLD를 이축 인장 영역에서 단순 인장 영역까지 확장하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	성형한계도는 어떤 기준을 제시해주는가?	성형한계도(forming limit diagram; FLD)는박판성형시 성형의 성공 여부를 판단할 수 있게 해주는 중요한 기준을 제시해 준다. 성형한계도란 파단을 유발하는 판면 상의 임계 최대 주 변형률 및 최소 주변 형법의 값을 최대 및 최소 주 변형률 평면상에 도시 한 것이다.
	성형한계도란?	성형한계도(forming limit diagram; FLD)는박판성형시 성형의 성공 여부를 판단할 수 있게 해주는 중요한 기준을 제시해 준다. 성형한계도란 파단을 유발하는 판면 상의 임계 최대 주 변형률 및 최소 주변 형법의 값을 최대 및 최소 주 변형률 평면상에 도시 한 것이다. Keeled와 Backofen1)이 1963년에 성형한 계도를 실험적으로 측정하여 사용하기 시작하면서 성형성 평가시험의 효율성을 향상했다.
	대부분의 차체를구 성하는 부재인 강재에 대한 변형률속도에 따른 성 형성 연구가 거의 없어서 연구할 필요가 있는 이유는?	즉, 한가지 재 료에대하여변형률속도를달리하여성형성의영향 을 파악하지 않고 변형률속도에 대하여 민감한 재 료와 그렇지 않은 재료에 대한 차이를 주로 고려하 였다. 하나의 재료에 대하여 변형률속도 영향을 고 찰한 연구들의 경우, 온도조건에 따라 성형성이 크 게 달라지는 재료인 알루미늄-마그네슘 합금에 대 한연구가대부분이다4). 따라서대부분의 차체를구 성하는 부재인 강재에 대한 변형률속도에 따른 성 형성 연구는 거의 없는 상태이며 실제 차체부재의 성형공정상의 성형성을 평가하기 위해서는 상온조 건에 대하여 속도 및 강종 별로 체계적으로 성형성을 고찰할 필요가 있다

참고문헌 (6)

S. P. Keeler and W. A. Backofen, "Plastic Instability and Fracture in Sheets Stretched Over Rigid Punches," Transacion of ASME, J. of Engineering for Industry, Vol.56, pp.25-48, 1963.
K. S. Raghavan, R. C. Van Kuren and H. Darlington, "Recent Progress in the Development of Forming Limit Curves for Automotive Sheet Steels," SAE 920437, pp.87-104, 1992.
J. W. Hutchinson and K. W. Neale, "Strain-rate Sensitivity on Necking under Uniaxial Tension," Acta Metallurgica, Vol.25, pp.839-846, 1977.

상세보기
T. Naka, G. Torikai, R. Hino and F. Yoshida, "The effect of temperature and forming speed on the Forming Limit Diagram for Type 5083 Aluminum-magnesium Alloy Sheet," Journal of Materials Processing Technology, Vol.113, pp. 648-653, 2001.

상세보기
H. Huh, J. H. Lim and S. H. Park, "High Speed Tensile Test of Steel Sheets for the Stress-strain Curve at the Intermediate Strain Rate," Int. J. Automotive Technology, Vol.10, No.2, pp.195- 204, 2009.

원문보기 상세보기
H. Huh, C. H. Lee and J. W. Chung, "Identification of Forming Limits of Sheet Metals for Automobile Parts by Asymmetric Deep-drawing Experiments," Journal of the Korean Society for Technology of Plasticity, Vol.7, No.1, pp.81-93, 1998.

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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