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제안 방법
- (1) 총유효변형률, 세로변형률, 두께의 3 가지 인자의 영향에 대한 패스별 변형 추이를 분석하였다.
- (3) 고장력강을 롤 포밍 공정에 적용함으로써 고강도, 경량화 차체 부품 제작에 대한 가능성을 검토하였다.
- Fig. 2 는 롤 포밍 최종 패스인 20-pass 의 최종 단면과 굽힘부의 각도(Bend Radius)를 나타내며 20 개의 패스에 각각 적절한 굽힘 각도를 분배하여 제품의 안정성과 경제성을 고려하여 범퍼 보강재(Bumper Reinforcement)롤 플라워를 설계를 하였다.
- 9 의 그래프를 도출하게 되었다. 각각 총유효변형률(Total Effective Strain), 세로변형률(Longitudinal Strain), 두께(Thickness)의 3 가지의 영향에 대한 패스별 변형 추이를 분석하였다.
- 해석 수행 시 한 공정씩 해석하지 않고 소재가 하나의 공정을 통과할 때 다음 공정에서 임의로 소재를 잡아 당겨 정확한 해석을 할 수 있도록 멀티패스 해석을 수행하였다. 그리고 안정적이면서 해석 시간이 빠른 스파스 매트릭스 솔버(Sparse Matrix Solver)를 사용하였다.
- 롤 포밍 해석 프로그램에 적용한 유한요소 해석은 정상상태 해석을 하여 초기 단면과 최종 단면을 정의하였다. 그리고 최종 단면의 예측이 어려우므로 경계조건, 공정조건 등을 보정하였다.
- 롤 포밍 공정 변수를 사용하여 유한요소해석을 하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 롤 회전 속도는 정확한 해석과 회전속도 차이로 인한 내부응력을 줄이기 위해 상위 롤과 하위 롤 회전속도 비율을 1:1 로 하였고, 속도는 에러와 실제 공정 속도를 고려하여 0.5 m/min 으로 설정을 하여 변형 구배에 대한 영향을 최소화하였다. 해석 수행 시 한 공정씩 해석하지 않고 소재가 하나의 공정을 통과할 때 다음 공정에서 임의로 소재를 잡아 당겨 정확한 해석을 할 수 있도록 멀티패스 해석을 수행하였다.
- 유한요소 해석 방법 중 소재를 강소성(RigidPlastic) 해석을 하였으며, 제품의 형상이 대칭 (Symmetry)이므로 프로그램에서 초기 형상 입력시 YZ-plane symmetric 값을 주어 빠른 해석을 할수 있었다. 변형 해석은 선 접촉으로 하여 Fig. 1 과 같이 제품의 길이 방향의 곡률부와 상하 롤이 만나 단면인 접촉부에 메쉬(Mesh)를 집중적으로 해석하였다.
- 본 연구에서는 롤 포밍 전용 해석 프로그램 SHAPE-RF 를 이용하여 롤 포밍 전체 공정에 대해 유한요소 해석으로 분석하였다.
- 최소의 단 수를 고려하여 20 개의 패스로 설계가 되었고 0°~ 110°까지 일정하게 굽힘각을 나누었다.
- 5 m/min 으로 설정을 하여 변형 구배에 대한 영향을 최소화하였다. 해석 수행 시 한 공정씩 해석하지 않고 소재가 하나의 공정을 통과할 때 다음 공정에서 임의로 소재를 잡아 당겨 정확한 해석을 할 수 있도록 멀티패스 해석을 수행하였다. 그리고 안정적이면서 해석 시간이 빠른 스파스 매트릭스 솔버(Sparse Matrix Solver)를 사용하였다.
대상 데이터
- 소재의 물성값은 실제 소재의 물성값의 표를 참고하여 Table 1 과 같으며 두께는 1.2 mm, 인장강도는 1237 MPa 의 고장력강을 사용하였다.
이론/모형
- 플라워 패턴은 설계 프로그램인 오토 캐드 (Auto Cad)를 사용하였으며, Fig. 3 은 플라워 패턴의 형상을 보여준다. 처음부터 일정한 굽힘 각을 점진적인 소성 변형을 유도하였다.
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