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[국내논문] 유한요소해석을 이용한 열간프레스성형 적용 로어 컨트롤 암의 성형품질 조건 최적화
Optimization of Conditions of Forming Quality for Hot-press-formed Lower Control Arm Using Finite Element Analysis 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.19 no.1, 2011년, pp.45 - 50  

손현성 (POSCO 기술연구원 가공연구그룹) ,  최병근 (POSCO 기술연구원 가공연구그룹)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Hot-Press-Forming (HPF), an advanced sheet metal forming method using stamping at a high temperature of about $900^{\circ}C$ and quenching in an internally cooled die set, is one of the most successful forming process in producing crash-resistant parts such as pillars and bumpers with com...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 HPF 성형공정에서 초기블랭크 형상, 버링부홀 위치, 마찰계수와 같은 인자를 설계 및 공정변수로 설정후 제품의 성형품질 조건에 미치는 영향을 다구치 직교배열 실험법(Taguchi's orthogonal array experiment)9)으로 분석하고, 제한된 조건 범위 내에서 가장 좋은 성형품질을 얻을 수 있는 최적성형 조건을 설정하고자 한다.
  • 으로 분석하고, 제한된 조건 범위 내에서 가장 좋은 성형품질을 얻을 수 있는 최적성형 조건을 설정하고자 한다. 또한, 실험을 통하여 얻어진 값과 비교하여 그 유효성을 평가하고자 한다.
  • 9) 적용을 위해서는 먼저 최적화 하여야 할 목적함수를 선정하여야하는데, 일체형 로어암의 HPF 성형단계에서 성형불량 발생을 억제하기 위한 최적 조건을 구하는 것을 목적으로 한다.
  • 6%의 영향을 미친다. 이와 같이 분산분석을 하는 목적은 목적 함수에 미치는 각 인자의 영향에 대한 상대적 크기를 결정 하고 오차를 고려하여 그 정도를 평가하는데 있는데, 본 결과에서는 오차로 볼 수있는인자는 없으며 최적화된 A1B1C2 경우에 대한 열-소성 연계해석이 추가로 필요하여 실시하였다.
  • 본 연구에서는 경량화 및 초고강도화 되고 있는 섀시 부품 중 하나인 로어암을 대상으로 HPF 열-소성 연계해석과 다구치직교배열실험법을연계하여 고온 성형품질의 최적조건을 도출하였다. 즉, 마찰계수(A)는 1수준, 버링부의 홀 위치(B)는 1수준, 블랭크 형상(C)은 2수준이 얻어졌다.

가설 설정

  • HPF 공정은 통상 2초 정도의 성형단계(forming)와 15초 동안의 냉각단계(quenching)로 이루어지지만, 본 연구에서의 성형불량 발생을 억제하기 위한 최적 조건 도출은 성형단계만이 연관성이 있어 성형직전 블랭크 초기온도 780℃, 금형 온도 75℃로 가정한 성형단계의 열-소성 연계 해석으로 국한하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
HPF 성형공정의 단점은? 또한, 차량무게의 30%를 차지하는 섀시(chassis) 중 현가장치 부품인 일체형 로어암(one-piece lower-arm)에도 경량화에 대한 관심이 확대되어 HPF을 적용한 시작품을 제작한 바 있다. 3,4) 하지만, HPF 성형공정은 열에 의한 공정변수로 인해 일반 상온상태의 스탬핑(stamping) 보다 작업조건 설정이 복잡하고 이론적 및 해석적 방법에 의한 연구도 초기 단계인지라 기술적으로 해결해야 할 점들이 많다. 5-7)
경량화 및 초고강도화 되고 있는 섀시 부품 중 하나인 로어암을 대상으로 HPF 열-소성 연계해석과 다구치직교배열실험법을연계하여 고온 성형품질의 최적조건을 도출하였는데 마찰계수는 어떠한가? 본 연구에서는 경량화 및 초고강도화 되고 있는 섀시 부품 중 하나인 로어암을 대상으로 HPF 열-소성 연계해석과 다구치직교배열실험법을연계하여 고온 성형품질의 최적조건을 도출하였다. 즉, 마찰계수(A)는 1수준, 버링부의 홀 위치(B)는 1수준, 블랭크 형상(C)은 2수준이 얻어졌다. 또한, HPF공정의 우수한 성형성은 별도의 추가 성형공정 없이 한번의 성형공정만으로 버링비 2를 갖는 부품의 제조가능성을 증명하였다.
Hot-Press-Forming(HPF)이란? 최근 자동차의 충돌성능 및 연비 향상을 위해 철강재료의 초고강도화 및 마그네슘 등과 같은 경량신소재에 대한 관심이 집중되고 있다. 1) 하지만, 소재가 고강도화 될수록 소재 연신이 떨어져 프레스 성형성이 악화되는데 이를 회피하기 위한 열간 판재 프레스 성형공법인 Hot-Press-Forming(HPF)은 B, Mo, Cr 등의 원소를 첨가하여 경화능을향상시킨 강재를 Ac3 변태점 이상 상태인 약 900°C의 고온으로 가열한 다음, 특별 제작된 HPF 금형을 이용하여 한번의공정으로 열간성형함과 동시에 급냉하여 초고강도 제품을 제조하는 성형법이다. 2) 코일(coil)로부터 블랭킹(blanking)된 블랭크를 노(furnace)에서 약 10여분 동안 약 900°C의 온도로 가열하는 가열공정(Heating), 로봇 등을 이용하여 가열된 판재를 냉각 장치된 프레스로 이송하는 운반공정(Transfer), 약 650~850°C 고온에서의 성형공정(Forming), 금형내부의 냉각수에 의한 냉각공정(Quenching), 그리고 성형된 부품의 후속공정(Laser Cutting)으로 HPF은 이루어지며 Fig.
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참고문헌 (12)

  1. W. Y. Na and S. K. No, "Forming Process and Lightweight Structure Analysis of Automotive Body and Chassis Parts," KSAE 2007 Workshop and Symposium, pp.82-106, 2007. 

  2. S. Y. Kang, J. S. Lee, J. H. Kim, H. G. Lee and K. N. Lee, "Application Trends on Automotive Parts of Press Hardening Process," Trans. Mater. Process., Vol.5, No.4, pp.263-268, 1996. 

  3. H. S. Son, H. G. Kim, B. K. Choi and Y. R. Cho, "Development of Automobile One-piece Lower-arm Part by Thermo-mechanical Coupled Analysis," KSTP 2008 Fall Conference Proceedings, pp.218-221, 2008. 

  4. H. S. Son, H. G. Kim and Y. R. Cho, "Formability Evaluation for Hot Press Formed Part using Coupled Thermo-mechanical Analysis," Numisheet 2008 (Pavel Hora) Conference Proceedings, pp.593-597, 2008. 

  5. M. Geiger, M. Merklein and J. Lechler, "Determination of Tribological Conditions within Hot Stamping," German Academic Society for Prod. Eng. Res. Devel., Vol.2, pp.269-276, 2008. 

  6. H. S. Son, H. G. Kim and B. K. Choi, "Optimization of Conditions of Forming Quality for Hot-press-formed Lower Control Arm using Finite Element Analysis," Fall Conference Proceedings, KSAE, pp.2588-2592, 2009. 

  7. H. S. Choi, B. K. Kim, C. G. Kang, S. Y. Ha and D. H. Lee, "Optimization of Blank Shape for Hot Stamping of Center Pillar," Fall Conference Proceedings, KSAE, pp.2439-2445, 2009. 

  8. A. Yanagida and A. Azushima, "Evaluation of Coefficients of Friction for Hot Stamping by Newly Developed Tribosimulator," IDDRG 2009 Conference Proceedings, pp.638-690, 2009. 

  9. M. S. Phadlke and G. Taguchi, "Selection of Quality Characteristics and S/N Ratio for Rubust Design," GLOBECOM 87 Meeting, pp.1002-1007, IEEE Communications Society, 1987. 

  10. M. Merklein and J. Lechler, "Investigation of the Thermo-mechanical Properties of Hot Stamping Steels," J. Mater. Proc. Technol., Vol.177, pp.452-455, 2006. 

  11. D. Lorenz and A. Haufe, "Recent Advances and New Developments in Hot Forming Simulation with LS-Dyna," Numisheet 2008 (Pavel Hora) Conference Proceedings, pp.615- 620, 2008. 

  12. H. G. Kim, H. S. Son, S. Y. Kang and S. H. Park, "Thermal-mechanical Coupled Simulation on Ther Forming of Hot Press Formed Part," IDDRG 2006 Conference Proceedings, pp.349- 356, 2006. 

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