[논문]극박판의 인장-드로잉 성형에서의 제품품질 비교

이기성; 정완진; 김종호

doi:10.5228/kstp.2011.20.5.357

극박판의 인장-드로잉 성형에서의 제품품질 비교
Formability and Dimensional Characteristics of Stretch-Drawn Beryllium-Copper Sheet Products 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.20 no.5, 2011년, pp.357 - 361

이기성 (서울과학기술대학교 산업대학원 정밀기계공학과) , 정완진 (서울과학기술대학교 제품설계금형공학과) , 김종호 (서울과학기술대학교 제품설계금형공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A beryllium copper alloy(C1720) sheet was stretch-drawn using different processes. A hemispherical punch was first used and the forming behavior was examined. Then, cylindrical cups with a hemispherical head were produced by either one-step drawing or two-step forming(sequential stretch forming-drawing). The one-step drawing showed the better formability than two-step forming. However, the two-step forming was the superior process in terms of attaining shape accuracy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 두께 50㎛의 베릴륨동 극박판의 성형 특성에 대하여 연구하였다. 먼저, 반구형 펀치에 의한 인장성형 시 변형상태와 성형성에 대하여 연구하였다.
소형정밀가전제품의 안테나용으로 많이 사용되는 베릴륨동에 대한 성형성연구가 거의 없어 본 연구에서는 이 소재의 성형성과 공정설계방법에 따른 제품의 품질특성을 연구하고자 하였다.

제안 방법

공정수가 제품 품질에 미치는 영향을 살펴보기 위해 동일실험조건으로 성형한 1단 드로잉제품[8]과 2단 성형제품의 단면을 따라 0.3mm간격으로 두께 및 경도분포를 Fig. 7에 비교하였다.
공정조건에 따른 곡률반경 정밀도를 비교하기위해 1단 드로잉제품과 2단 성형제품의 내측반경을 측정하였다. 금속현미경을 통해 측정위치를 3회 바꿔가면서 곡률반경을 측정한 결과 실험오차가 없는 똑같은 데이터가 Table 3과 같이 나타났다.
다이코너반경 0.3mm, 인장성형깊이 1.2mm로 1단 인장성형 후 드로잉한 2단 성형과 1단 드로잉을 통해 얻은 한계드로잉비(Limit drawing ratio, LDR)를 공정수에 따라 Fig. 6에 함께 비교하였다.
5mm인 반구형 원통펀치를 사용하여 두께 50㎛ 극박판 소재를 성형깊이, 다이코너반경의 변화에 따라 인장성형 하고 제품의 두께와 경도를 비교하였다. 또한 인장성형 후 드로잉한 반구형 원통컵 제품의 두께와 경도, 곡률반경에 미치는 영향을 분석하였으며 반구형 원통펀치를 사용한 드로잉제품[8]과의 드로잉성과 품질 비교도 함께 수행하였다.
먼저, 반구형 펀치에 의한 인장성형 시 변형상태와 성형성에 대하여 연구하였다. 또한, 반구형 머리를 가진 원통컵을 1회의 드로잉으로 성형하는 경우와 인장성형 후 드로잉하는 2가지 경우에 대하여 성형성, 제품의 두께 및 경도 변화 그리고 형상정밀도에 대하여 연구하였으며 이에 대한 주요 연구결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 두께 50㎛의 베릴륨동 극박판의 성형 특성에 대하여 연구하였다. 먼저, 반구형 펀치에 의한 인장성형 시 변형상태와 성형성에 대하여 연구하였다. 또한, 반구형 머리를 가진 원통컵을 1회의 드로잉으로 성형하는 경우와 인장성형 후 드로잉하는 2가지 경우에 대하여 성형성, 제품의 두께 및 경도 변화 그리고 형상정밀도에 대하여 연구하였으며 이에 대한 주요 연구결과는 다음과 같다.
본 실험에 앞서 인장성형시 블랭크소재가 다이속으로 끌려 들어가지 않도록 고정할 수 있는 블랭크홀딩력을 조사하기 위해 예비실험을 하였다. 이전 연구[8]에서 사용한 드로잉금형조건에서 스프링압축길이를 조절하여 3가지 블랭크홀딩력(43.
본 실험에서는 펀치코너반경 1.5mm인 반구형 원통펀치를 사용하여 두께 50㎛ 극박판 소재를 성형깊이, 다이코너반경의 변화에 따라 인장성형 하고 제품의 두께와 경도를 비교하였다. 또한 인장성형 후 드로잉한 반구형 원통컵 제품의 두께와 경도, 곡률반경에 미치는 영향을 분석하였으며 반구형 원통펀치를 사용한 드로잉제품[8]과의 드로잉성과 품질 비교도 함께 수행하였다.
본 실험에서는 두께가 50㎛인 베릴륨동(C1720)소재를 사용하였다. 인장시험용 시편은 압연 방향을 기준으로 Wire-EDM 가공하여 제작하였다. 인장시험은 200kgf 용량의 만능시험기(Instron 5948)를 사용하여 기계적 성질을 측정하였으며 그 결과가 Table 1 에 주어져있다.
인장시험용 시편은 압연 방향을 기준으로 Wire-EDM 가공하여 제작하였다. 인장시험은 200kgf 용량의 만능시험기(Instron 5948)를 사용하여 기계적 성질을 측정하였으며 그 결과가 Table 1 에 주어져있다.

대상 데이터

본 실험에서는 두께가 50㎛인 베릴륨동(C1720)소재를 사용하였다. 인장시험용 시편은 압연 방향을 기준으로 Wire-EDM 가공하여 제작하였다.
본 실험에서는 블랭크직경 6.3mm의 소재를 사용하고, 다이코너반경 0.3mm일 때 인장성형깊이는 0.6mm, 1.2mm로 정하였으며, 다이코너반경 0.5mm에서는 1.2mm로 인장성형을 실험하였다.
다만 성형깊이에 관계없이 플랜지부는 약 1%의 두께변화를 보였다. 본 연구에서는 펀치 측에 윤활을 하지 않아서 최소두께위치는 반구형상의 정점이 아닌 측정위치 0.9mm 또는 0.6mm이다.

성능/효과

(1) 반구형 펀치에 의한 인장성형 시 한계깊이는 다이코너반경 0.3mm에서 1.2mm, 다이코너반경 0.5mm에서는 1.3mm이다.
(2) 반구형 원통컵을 1회 드로잉할 때의 한계드로잉비는 2.4이며, 2단 공정으로 성형할 때의 한계드로잉비는 2.2로 약 8.3% 감소한다.
(3) 1단 드로잉제품의 두께 감소율은 약 12.4%이며, 2단 성형제품의 경우 성형깊이 0.6mm와 1.2mm로 인장성형 후 드로잉한 제품의 두께감소율은 약 11.7%, 16.2%로 첫공정의 인장성형 깊이가 드로잉제품의 두께에 큰 영향을 미친다.
(4) 드로잉성은 1회 드로잉 성형이 우수하며, 제품 형상동결성은 인장성형한 후 드로잉 성형하는 것이 더 우수하다.
4는 반구형 인장성형제품의 위치별 가공경화분포를 조사하기 위한 경도분포를 나타낸 것이다. 다이코너반경 0.3mm, 성형깊이 0.6mm 조건에서 실험한 인장성형부의 경도는 소재경도 Hv113.4를 기준으로 최소 20.3%에서 최대 45.9%까지 증가하였다. 성형깊이 1.
다이코너반경 0.3mm를 기준으로 성형깊이가 0.6mm조건에서 인장성형부는 초기소재두께 50㎛보다 평균 약1.8% 얇아졌으며, 성형깊이가 1.2mm로 증가하면 약6.5%로 더 얇아진다. 다만 성형깊이에 관계없이 플랜지부는 약 1%의 두께변화를 보였다.
2%로 더 크게 증가한다. 동일성형깊이에서 다이코너반경을 0.5mm로 증가하여 성형한 제품은 최소 28.9%에서 최대 85.1%로 증가되었다. 플랜지부는 소재경도를 기준으로 3가지 조건에서 1.
금속현미경을 통해 측정위치를 3회 바꿔가면서 곡률반경을 측정한 결과 실험오차가 없는 똑같은 데이터가 Table 3과 같이 나타났다. 펀치반경 1.5mm 대비, 1단 드로잉 제품은 5.49%, 2단 성형 제품은 인장성형깊이 0.6mm와 1.2mm일 때 각각 4.76%, 4.03%로 나타나 형상동결성은 공정 중에 소재의 유입이 허용되는 1단 드로잉 제품보다 순수인장성형 과정을 거친 2단 성형 제품이 우수하며, 또한 초기 인장성형깊이가 클수록 형상동결성이 우수함을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	드로잉성형을 통해 만들어진 드로잉 가공 제품에 존재하는 문제점은?	드로잉성형은 블랭크 소재의 외곽 치수가 줄어들면서 다이 속으로 유입되는 과정을 통해 제품의 바닥부분과 측벽부분을 성형하게 된다. 드로잉 가공 제품은 제품의 위치에 따라 응력분포가 다르게 되며 두께 또한 바닥의 중심에서부터 측벽으로 갈수록 두꺼워진다. 이에 반해 인장성형방법은 블랭크소재의 외곽 치수가 변하지 않도록 블랭크홀딩력(Blank holding force)을 크게하거나 비드(Bead)를 설치하여 소재가 다이 속으로 유입되는 것을 방지한 후 펀치와 접촉하는 소재가 파단직전까지 연신시키면서 인장성형을 한다.
	드로잉금형이란 무엇인가?	또한 초정밀제품의 수요가 증가하고 있어 드로잉금형을 통해 생산되는 제품에 대한 초소형, 고정밀도의 필요성도 높아지고 있다. 드로잉금형은 금속판재를 사용하여 이음매가 없는 용기를 성형하는 방법으로 블랭크치수의 변화에 따라 드로잉성형과 인장성형방법으로 나누어 진다. 드로잉성형은 블랭크 소재의 외곽 치수가 줄어들면서 다이 속으로 유입되는 과정을 통해 제품의 바닥부분과 측벽부분을 성형하게 된다.
	인장성형방법은 어떻게 이루어지는가?	드로잉 가공 제품은 제품의 위치에 따라 응력분포가 다르게 되며 두께 또한 바닥의 중심에서부터 측벽으로 갈수록 두꺼워진다. 이에 반해 인장성형방법은 블랭크소재의 외곽 치수가 변하지 않도록 블랭크홀딩력(Blank holding force)을 크게하거나 비드(Bead)를 설치하여 소재가 다이 속으로 유입되는 것을 방지한 후 펀치와 접촉하는 소재가 파단직전까지 연신시키면서 인장성형을 한다.

참고문헌 (8)

M. Gotoh, M. Katoh, M. Yamashita, 1997, Studies of Stretch-Drawing Process of Sheet Metals, J. Mater. Process. Technol., Vol. 63, Issues 1-3, pp. 123-128.

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M. Gotoh, Y. S. Kim, M. Yamashita, 2003, A fundamental study of can forming by the stretch-drawing process, J. Mater. Process. Technol., Vol. 138, Issues 1-3, pp. 545-550.

상세보기
W. J. Choi, J. B. Nam, D. S. Bae, Y. S. Kim, 1989, A Study on the Forming Limit of Cold-rolled Sheet Steels for Automobile, KSAE Spring Conf., pp. 18-22.
M. J. Kim, Y. H. Young, D. R. Ko, 1995, An Experimental Study on the Effect of the Draw-beads in Sheet Metal Forming, Proc. of KSPE Autumn Conf., pp. 240-245.
S. Thiruvarudchelvan, 1995, Three novel techniques for forming hemispherical cups with flexible tooling, J. Mater. Process. Technol., Vol. 54, Issue 1-42, pp. 129-136.

상세보기
Cebeli Ozek, Muhammet Bal, 2009, The effect of die/blank holder and punch radius on limit drawing ratio in angular deep-drawing dies, Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 40, No. 11-12, pp. 1077-1083.

상세보기
S. S. Park, K. B. Hwang, J. B. Kim, J. H. Kim, 2010, Investigation of deep drawability and product qualities of ultra thin beryllium copper sheet metal, Trans. Mater. Process., Vol. 19, No. 3, pp. 197-184.
K. S. Lee, H. K. Jung, J. B. Kim, J. H. Kim, 2011, Thickness Distribution of Hemispherical Cup in Meso-Scale Deep Drawing Process, Trans. Mater. Process., Vol. 20, No. 1, pp. 36-41.

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