[논문]극박판 사각 드로잉에 있어서 드로잉속도와 블랭크홀딩력의 영향

이준형; 정완진; 김종호

doi:10.5228/kstp.2012.21.6.348

극박판 사각 드로잉에 있어서 드로잉속도와 블랭크홀딩력의 영향
Influence of Drawing Speed and Blank Holding Force in Rectangular Drawing of Ultra Thin Sheet Metal 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.21 no.6, 2012년, pp.348 - 353

이준형 (서울과학기술대학교 NID융합기술대학원) , 정완진 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 김종호 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Micro-drawn parts have received wider acceptance as products become smaller and more precise. The subject of this study was the deformation characteristics of ultra thin sheet metal in micro drawing of a rectangular shaped part. The influence of drawing speed and blank holding force on the product quality was investigated in micro-drawing of ultra thin sheet of beryllium copper (C1720) alloy. The specimen had a diameter of 4.8 mm and a thickness of $50{\mu}m$. Experiments were carried out in which, different blank holding force and drawing speed were considered. The product quality was evaluated by measuring the thickness and hardness along two specified directions, namely, the side and diagonal directions. The distribution of the thickness strain showed severe thinning especially around the punch radius in both directions. In the diagonal direction, thickening occurred in the flange area due to the axi-symmetric drawing mode. The increase of blank holding force and/or drawing speed was found to cause severe thinning around the punch radius. The blank holding force had a greater effect on thinning of the product than the drawing speed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 핸드폰용 반도체 캡에 사용되는 메조크기(대략 2.5×3.0mm)의 사각형상 펀치를 사용하여 50㎛ 두께의 극박판을 드로잉하여 실험조건에 따른 성형품의 두께와 경도 분포를 비교 분석하고자 하며 이를 위한 주요 실험변수로 블랭크홀딩력과 드로잉속도를 선택하였다.
본 연구에서는 두께 50㎛의 베릴륨동 극박판을 사용하여 드로잉 성형성에 미치는 영향을 분석하였다. 3.

제안 방법

본 연구에서는 두께 50㎛의 베릴륨동 극박판을 사용하여 드로잉 성형성에 미치는 영향을 분석하였다. 3.06 x 2.45mm의 사각형 펀치가 장착된 금형에서 드로잉속도와 블랭크홀딩력을 변화시키면서 성형된 제품의 두께 분포와 경도를 비교 분석한 결과를 정리하면 다음과 같다.
기존 연구[8]에 사용된 다이세트(die set)에 사각컵 성형을 위한 펀치, 다이, 블랭크홀더를 수정 제작 후에 조립한 드로잉 금형을 만능재료시험기에 설치하여 실험하였다. 실험에서 블랭크크기는 Ø 4.
8mm으로 고정하고, 블랭크홀딩력(blankholding force, BHF)은 펀치 바닥면이 소재에 접촉했을 때의 압축된 스프링하중을 기준으로 설정하였다. 스프링하중이 부가되지 않고 블랭크홀더 자체 중량으로 소재에 2kg_f의 하중을 부가하는 것을 기초로 파단발생시의 최대이론하중(25.3kg_f)에 근접한 26.1kg_f 까지 스프링을 압축시키면서 블랭크홀딩력을 변화시켰다.
실험 조건에 따라 성형된 시편을 에폭시수지로 마운팅하고 Fig. 2와 같이 측면방향(section A-A)과 45°방향의 대각선방향(section B-B)을 절단한 후 연마작업(polishing)을 통해 측정면을 매끄럽게 하였다.
실험에서 블랭크크기는 Ø 4.8mm으로 고정하고, 블랭크홀딩력(blankholding force, BHF)은 펀치 바닥면이 소재에 접촉했을 때의 압축된 스프링하중을 기준으로 설정하였다.
실험은 주어진 블랭크홀딩력을 일정하게 유지하면서 드로잉속도의 변화 시 성형된 제품의 측면방향과 대각선방향의 두께 및 경도 분포를 측정하였다.
본 실험에서는 두께가 50㎛인 베릴륨동(C1720) 소재를 사용하였다. 인장시험용 시편은 압연 방향을 기준으로 Wire-EDM 가공하여 제작하였다. 인장시험은 200kg_f 용량의 만능시험기를 사용하여 기계적 성질을 측정하였으며 그 결과가 Table 1 에 주어져있다.
3에 나타나있다. 평평한 바닥부(Bottom)는 0.2mm, 곡면인 펀치반경부(punch radius)는 0.03mm 그리고 측벽(side wall)부로부터 플랜지(flange)부까지는 0.2mm 간격으로 금속현미경과 마이크로비커스 경도계를 이용하여 두께와 경도를 측정하였다. Fig.

대상 데이터

본 실험에서는 두께가 50㎛인 베릴륨동(C1720) 소재를 사용하였다. 인장시험용 시편은 압연 방향을 기준으로 Wire-EDM 가공하여 제작하였다.
실험에 사용한 제품은 Fig. 1과 같은 사각형상으로 내측치수 3.06×2.45mm인 제품이고 제품 높이는 0.52mm이다.

성능/효과

(1) 사각평면형상에서의 측면방향과 대각선방향의 변형을 비교할 때 측면방향에서는 제품의 펀치반경부에 대부분 두께변형이 최대 9.2%까지 집중적으로 얇아진 반면에, 대각선방향에서는 플랜지부의 압축변형과 반경부의 굽힘변형에 의한 두께변형이 동시에 발생되었다. 사각제품에서 두께 변형이 가장 심한 위치는 대각선방향의 펀치반경부로 최대 22.
(2) 드로잉속도와 블랭크홀딩력이 증가할수록 펀치반경부의 두께변형이 심하게 일어나고 있으며, 특히 블랭크홀딩력의 영향이 더 크게 나타났다. 또한 경도분포도 가공경화에 의해 펀치반경부의 경도가 소재 경도보다 2.
(3) 블랭크홀딩력이 증가할수록 소재유입방향의 인장력에 의해 펀치반경부 뿐만 아니라 그 주위의 바닥부와 측벽부에서도 제품두께가 소재두께보다 크게 얇아지는 변형영역이 확대되기 때문에 제품의 치수정밀도를 충족시키기 위한 작업조건 설정이 중요한 것으로 나타났다.
8의 실험 제품에 대한 경도분포를 나타낸 것이다. 두께 변형을 많이 받아 가공경화가 많이 될수록 경도가 크게 나타났다. 즉 제품의 바닥부보다는 측벽부와 펀치반경부가 높아지고 특히 변형이 가장 심한 펀치반경부에서 경도가 가장 높게 나타났다.
(2) 드로잉속도와 블랭크홀딩력이 증가할수록 펀치반경부의 두께변형이 심하게 일어나고 있으며, 특히 블랭크홀딩력의 영향이 더 크게 나타났다. 또한 경도분포도 가공경화에 의해 펀치반경부의 경도가 소재 경도보다 2.15배 증가된 것으로 나타났다.
15배까지 증가되었다. 또한 블랭크홀딩력이 클수록 제품의 변형된 부분에서의 가공경화도 크게 증가하는 것으로 나타났다.
즉 제품의 바닥부보다는 측벽부와 펀치반경부가 높아지고 특히 변형이 가장 심한 펀치반경부에서 경도가 가장 높게 나타났다. 소재 경도가 Hv113.4 일 때 바닥부도 일부 경화되어 Hv142.8을 나타내는 반면, 펀치반경부에서는 최대 Hv243.5(BHF=26.1kg_f의 경우)까지 되면서 소재경도 대비 최대 2.15배까지 증가되었다. 또한 블랭크홀딩력이 클수록 제품의 변형된 부분에서의 가공경화도 크게 증가하는 것으로 나타났다.
9%로 증가되고 있으며 측벽부의 두께는 소재가 유입됨에도 불구하고 블랭크홀딩력이 큰 경우에는 초기소재두께보다 더 얇아지는 것으로 나타났다. 즉 블랭크홀딩력을 조절하여 사각컵의 두께 및 외측치수를 제어하는 것이 가능함을 알 수 있다.
두께 변형을 많이 받아 가공경화가 많이 될수록 경도가 크게 나타났다. 즉 제품의 바닥부보다는 측벽부와 펀치반경부가 높아지고 특히 변형이 가장 심한 펀치반경부에서 경도가 가장 높게 나타났다. 소재 경도가 Hv113.
블랭크홀딩력이 증가함에 따라 전체적으로 제품의 두께변형이 증가되고 있으며 특히 펀치반경 부위의 변형이 심하게 일어나고 있다. 최대두께변형률이 12.4%에서 16.9%로 증가되고 있으며 측벽부의 두께는 소재가 유입됨에도 불구하고 블랭크홀딩력이 큰 경우에는 초기소재두께보다 더 얇아지는 것으로 나타났다. 즉 블랭크홀딩력을 조절하여 사각컵의 두께 및 외측치수를 제어하는 것이 가능함을 알 수 있다.
본 연구에서 실험한 30가지 경우의 드로잉속도와 블랭크홀딩력변화에 따른 펀치반경부에서의 최대두께변형률을 비교한 것이 Table 3에 주어져 있다. 표에서 알 수 있는 바와 같이 속도가 증가할수록, 또한 블랭크홀딩력이 증가할수록 두께변형률이 계속 증가하고 있기 때문에, 실제 작업에 있어서는 제품의 품질 향상을 위해 적절한 작업 조건의 설정이 필요한 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마이크로 성형 부품은 어디에 많이 활용되고 있는가?	마이크로 성형 부품은 MST(Micro System Technologies)나 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)의 구성요소로서 마이크로 컵, 마이크로스크류, 레버리지(leverage), 커넥터(connector), 레지스터 캡(resistor cap), 접촉 스프링과 칩 리드 프레임, 의료부품 등에 많이 활용되고 있다[1]. 마이크로 성형 부품에 대한 수요는 제품의 소형화, 정밀화에 따라 기업으로부터의 새로운 연구와 개발요구가 커짐에 따라 계속 증가추세에 있으며 이를 위한 이론해석, 공구, 소재, 성형방법, 가공시스템 등에 관한 연구가 점점 관심을 가지게 되었다[2,3].
	본 연구에서 두께 50㎛의 베릴륨동 극박판을 사용하여 드로잉 성형성에 미치는 영향을 분석한 결과는 어떠한가?	(1) 사각평면형상에서의 측면방향과 대각선방향의 변형을 비교할 때 측면방향에서는 제품의 펀치반경부에 대부분 두께변형이 최대 9.2%까지 집중적으로 얇아진 반면에, 대각선방향에서는 플랜지부의 압축변형과 반경부의 굽힘변형에 의한 두께변형이 동시에 발생되었다. 사각제품에서 두께 변형이 가장 심한 위치는 대각선방향의 펀치반경부로 최대 22.4%의 두께변형률을 나타내고 있다. (2) 드로잉속도와 블랭크홀딩력이 증가할수록 펀치반경부의 두께변형이 심하게 일어나고 있으며, 특히 블랭크홀딩력의 영향이 더 크게 나타났다. 또한 경도분포도 가공경화에 의해 펀치반경부의 경도가 소재 경도보다 2.15배 증가된 것으로 나타났다. (3) 블랭크홀딩력이 증가할수록 소재유입방향의 인장력에 의해 펀치반경부 뿐만 아니라 그 주위의 바닥부와 측벽부에서도 제품두께가 소재두께보다 크게 얇아지는 변형영역이 확대되기 때문에 제품의 치수정밀도를 충족시키기 위한 작업조건 설정이 중요한 것으로 나타났다.
	마이크로 성형 부품은 무엇의 구성요소인가?	마이크로 성형 부품은 MST(Micro System Technologies)나 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)의 구성요소로서 마이크로 컵, 마이크로스크류, 레버리지(leverage), 커넥터(connector), 레지스터 캡(resistor cap), 접촉 스프링과 칩 리드 프레임, 의료부품 등에 많이 활용되고 있다[1]. 마이크로 성형 부품에 대한 수요는 제품의 소형화, 정밀화에 따라 기업으로부터의 새로운 연구와 개발요구가 커짐에 따라 계속 증가추세에 있으며 이를 위한 이론해석, 공구, 소재, 성형방법, 가공시스템 등에 관한 연구가 점점 관심을 가지게 되었다[2,3].

참고문헌 (9)

M. Geiger, M. Kleiner, R. Eckstein, N. Tiesler, U. Engel, 2001, Microforming, CIRP Ann., Vol. 50, No. 2, pp. 445-462.

상세보기
M. Geiger, U. Engel, F. Vollertsen, R. Kals, A. Messner, 1994, Metal Forming of Micro Parts for Electronics, Prod. Eng., Vol. II, No. 1, pp. 15-18.
F. Vollertsen, Z. Hu, H. Schulze Niehoff, C. Theiler, 2004, State of the Art in Micro Forming and Investigations into Micro Deep Drawing, J. Mater. Process. Technol., Vol. 151, No. 1, pp. 70-79.

상세보기
H. J. Lee, N. K. Lee, S. M. Lee, G. A. Lee, S. S. Kim, 2006, Development of Micro Metal Forming Manufacturing System, Mater. Sci. Forum., Vol. 505, No. 1, pp. 19-24.

상세보기
Z. Hu, 2011, Realisation and Application of Size Dependent FEM-simulation for Deep Drawing of Rectangular Work Pieces, CIRP J. Manuf. Sci. Technol., Vol. 4, No. 1, pp. 90-95.

상세보기
B. K. Ha, T. W. Ku, B. S. Kang, 2000, Proc. Kor. Soc. Tech. Plast. Fall Conf., Kor. Soc. Tech. Plast., Seoul, Korea, pp. 101-104.
T. W. Ku, B. S. Kang, 2001, An Experimental Approach and Finite Element Analysis on Rectangular Cup Drawing Process of Milli-component Forming, Trans. Mater. Process., Vol. 10, No. 6, pp. 471-477.
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. 179-184.

원문보기 상세보기
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.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증