[논문]접촉 압력에 의한 마찰 특성 변화가 U 드로우 굽힘에서의 스프링백에 미치는 영향

한수식

doi:10.5228/kstp.2011.20.5.344

[국내논문] 접촉 압력에 의한 마찰 특성 변화가 U 드로우 굽힘에서의 스프링백에 미치는 영향
Influence of Frictional Behavior Depending on Contact Pressure on Springback at U Draw Bending 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.20 no.5, 2011년, pp.344 - 349

한수식 (금오공과대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Variation of contact pressure causes change of friction coefficient, which in turn changes stress distribution in the sheet being formed and final springback. In the present study, U-draw bending experiments were carried out under constant blank holding force(BHF) and different blank sizes, and finite element analysis was conducted with and without considering contact pressure effect on friction. When the BHF was sufficiently high, the degree of springback was different between constant blank holding pressure condition and that with varying blank holding pressure. Finite element analysis considering the influence of contact pressure effect on friction could explain the occurrence of springback.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

본 연구에서는 고강도강의 U 드로우 굽힘 성형 시험에 대하여 각각의 블랭크 홀더력 조건에서 성형 시험 중 블랭크 홀더 부분의 접촉 압력이 일정한 조건과 접촉 압력이 변화하는 조건으로 시험을 수행하여 스프링백 발생량을 비교하였다. 그리고 일정 마찰 계수를 사용한 조건과 접촉 압력에 따른 마찰 계수의 변화를 고려한 조건에 대하여 해당 성형 시험을 유한 요소 해석하여 성형 시험 결과에 대한 원인을 분석하였고 고강도강의 스프링백 해석에 있어서 사용 마찰 모델의 적정성을 검토하였다.
본 연구에서는 고강도강의 U 드로우 굽힘 성형 시험에 대하여 각각의 블랭크 홀더력 조건에서 성형 시험 중 블랭크 홀더 부분의 접촉 압력이 일정한 조건과 접촉 압력이 변화하는 조건으로 시험을 수행하여 스프링백 발생량을 비교하였다. 그리고 일정 마찰 계수를 사용한 조건과 접촉 압력에 따른 마찰 계수의 변화를 고려한 조건에 대하여 해당 성형 시험을 유한 요소 해석하여 성형 시험 결과에 대한 원인을 분석하였고 고강도강의 스프링백 해석에 있어서 사용 마찰 모델의 적정성을 검토하였다.
성형중 접촉 압력의 변화에 따른 마찰 특성의 변화가 판재 성형에서 응력 분포의 변화를 발생시키고 이로 인하여 스프링백에 영향을 미치는지를 확인하기 위하여 U 드로우 굽힘 성형 시험과 이에 대한 유한 요소 해석을 수행하였다. U 드로우 굽힘 성형 시험과 성형 해석에 사용된 다이 형상은 Fig.
대부분의 판재 성형 공정은 성형 중 이와 유사한 접촉 압력의 변화를 경험하게 된다. U 드로우 굽힘 성형 시험에는 DP590 0.6tGA 고강도 강판을 사용하였으며 철강사에서 방청유로 사용하고 있는 P340를 도유한 후 성형 깊이를 50mm 로 하여 각 각 시험 조건에 대해 성형 시험을 수행하였다.
U 드로우 굽힘 성형 시험 결과에서 나타난 스프링백 발생량의 차이가 이러한 접촉 압력에 따른 마찰 계수의 변화로 인하여 발생한 것인지 확인하기 위하여 유한 요소 해석을 수행하였다. 유한 요소 해석 조건은 표 1의 시험 조건과 동일한 조건으로 하였다.
5에 나타낸 것을 그대로 사용하였으며 접촉 압력이 영(zero)인 경우의 마찰 계수는 가장 낮은 시험 압력 조건에서 구한 마찰 계수 값을 적용하였다. 일정 마찰 계수를 사용하는 조건에서의 마찰 계수는 접촉 압력 10MPa와 20MPa의 평균 값을 적용하였다.
성형중 접촉 압력이 일정한 성형 조건과 변화하는 성형 조건에 대하여 U 드로우 굽힘 시험과 이에 대한 성형 해석을 수행하여 스프링백의 발생량을 비교한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
U 드로우 굽힘 성형 시험은 표 1에 나타낸 바와 같이 2가지 블랭크 길이 조건에 대하여 수행하였다. 표에 나타낸 성형 최종 단계에서 플랜지 부분의 접촉 압력은 성형 시험 후 플랜지 부분의 측정된 면적과 블랭크 홀더력을 이용하여 산출한 결과이다.

데이터처리

유한 요소 해석 조건은 표 1의 시험 조건과 동일한 조건으로 하였다. 해석에는 상용 유한 요소 해석 프로그램인 Pamstamp 2G V2009를 사용하였으며 해석 프로그램의 기능 중에서 접촉 압력에 따른 마찰 계수의 변화를 고려할 수 있는 마찰 조건과 일정한 마찰 계수를 사용하는 마찰 조건을 사용하여 U 드로우 굽힘 공정을 각각 해석하였다. 이때 접촉 압력에 따른 마찰 계수의 변화 값은 Fig.

성능/효과

그리고 시험과 유한 요소 해석을 통하여 금형의 형상과 공정 변수들이 스프링백에 미치는 영향이 분석되었다[6~9]. 그 결과 스프링백에 대한 유한 요소 해석에서 유한 요소의 종류, 시간 적분 알고리즘의 종류 등이 해석 결과에 영향을 미치는 것으로 나타났다[10~11]. 스프링백의 유한 요소 해석에 중요한 영향을 미치는 인자 가운데 하나로서는 소재의 거동을 모사하는 적절한 구성 방정식이 사용되어야 한다.
7의 결과와 같이 블랭크 홀더력이 높은 경우, 성형 시험 결과에서 보여준 블랭크 길이에 따른 스프링백 발생량의 차이를 유한 요소 해석이 모사하고 있다. 이러한 해석 결과로부터 접촉 압력의 변화에 따른 마찰 계수의 변화가 U 드로우 굽힘 시험시 발생하는 블랭크 크기의 변화에 따른 스프링백 발생량 차이의 직접적인 원인임을 알 수 있다.
(1) U 드로우 시험 결과 블랭크 홀더력이 작은 경우에는 성형시 접촉 압력이 변화하는 경우와 일정한 경우, 스프링백 발생량의 차이는 거의 없는 것으로 나타났으나 블랭크 홀더력이 큰 경우에는 스프링백 발생량의 차이가 나타났다.
(2) U 드로우 굽힘 시험을 유한 요소 해석을 통하여 모사한 결과 접촉 압력에 의한 마찰 특성의 변화가 성형 제품의 응력 분포에 영향을 주어 이러한 스프링백 발생량의 차이를 나타내는 원인임을 확인할 수 있었다.

후속연구

이것은 U 드로우 굽힘 성형 시험 조건 #4와 유사하다. 이러한 성형 조건을 고려할 때 고강도강 적용 부품의 성형 해석에서 접촉 압력에 따른 마찰 특성의 변화를 고려하면 스프링백의 발생 경향에 대한 예측의 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
(3) 이상 연구 결과를 종합해볼 때 고강도강 적용 부품과 같이 높은 성형력이 필요한 제품의 성형 해석에서 스프링백 발생에 대한 예측의 정확성을 향상시키기 위하여 접촉 압력에 따른 마찰 특성의 변화를 고려하여 해석하는 것이 필요한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스프링백 특성을 분석하는 시험법은?	성형 후 스프링백 발생을 정확히 예측하고 이를 보정하는 방법을 찾기 위한 노력이 오랫동안 많은 연구자들에 의하여 이루어져 왔다. 그 결과 V 굽힘 시험, U 굽힘 시험, L 굽힘 시험 그리고 S 레일 성형 시험 등과 같은 스프링백 특성을 분석하기 위한 다양한 시험법들이 사용되었다[1~5]. 그리고 시험과 유한 요소 해석을 통하여 금형의 형상과 공정 변수들이 스프링백에 미치는 영향이 분석되었다[6~9].
	성형중 접촉 압력이 일정한 성형 조건과 변화하는 성형 조건에 대하여 U 드로우 굽힘 시험과 이에 대한 성형 해석을 수행하여 스프링백의 발생량을 비교한 결과를 통해 얻은 결론은?	(1) U 드로우 시험 결과 블랭크 홀더력이 작은 경우에는 성형시 접촉 압력이 변화하는 경우와 일정한 경우, 스프링백 발생량의 차이는 거의 없는 것으로 나타났으나 블랭크 홀더력이 큰 경우에는 스프링백 발생량의 차이가 나타났다. (2) U 드로우 굽힘 시험을 유한 요소 해석을 통하여 모사한 결과 접촉 압력에 의한 마찰 특성의 변화가 성형 제품의 응력 분포에 영향을 주어 이러한 스프링백 발생량의 차이를 나타내는 원인임을 확인할 수 있었다. (3) 이상 연구 결과를 종합해볼 때 고강도강 적용 부품과 같이 높은 성형력이 필요한 제품의 성형 해석에서 스프링백 발생에 대한 예측의 정확성을 향상시키기 위하여 접촉 압력에 따른 마찰 특성의 변화를 고려하여 해석하는 것이 필요한 것으로 판단된다.
	고강도 강판의 높은 강도와 사용 두께의 감소는 성형 후 제품의 어떤 것을 증가시키는가?	자동차 차체 경량화와 충돌 안정성 확보를 위하여 고강도 강판의 사용이 지속적으로 증가하고 있다. 고강도 강판의 높은 강도와 사용 두께의 감소는 성형 후 제품의 스프링백 발생을 증가시키고 있다. 고강도 강판 사용시 발생하는 스프링백 현상은 피할 수 없는 사항이기 때문에 성형 해석 등을 통하여 스프링백의 발생량을 예측하고 이것을 보정하기 위하여 제품이나 금형의 형상 변경 또는 성형 공법의 변경 등을 시행한다.

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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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