[논문]AL1050 소재의 양·음각 점진성형 공법간 성형 정밀도 비교

이경부; 오현만; 강재관

doi:10.7735/ksmte.2013.22.5.800

AL1050 소재의 양·음각 점진성형 공법간 성형 정밀도 비교
Forming Accuracy Comparison Between Positive and Negative Incremental Forming Al 1050 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.22 no.5, 2013년, pp.800 - 805

이경부 (Department of Advanced Engineering, Graduate School of Kyungnam Univ.) , 오현만 (Department of Advanced Engineering, Graduate School of Kyungnam Univ.) , 강재관 (Division of Mechanical Engineering, Kyungnam Univ.)

Abstract ▼ AI-Helper

Incremental forming of sheet metal is a modern method of forming sheet metal, where parts can be formed without the use of dedicated dies. Existing experimental configurations for incremental forming can be broadly classified into two categories, i.e., negative and positive forming. In this paper, forming qualities such as shape accuracy and surface roughness of Al 1050 material were discussed for different forming methods. The formed and the corresponding opposing surfaces were measured with a three-dimensional scanner and a surface roughness tester. It was found that in terms of shape accuracy, the best opposing surface was obtained with positive forming, whereas the worst formed surface was obtained with negative forming; furthermore, the opposing surface is always better than the formed surface, regardless of the forming method used.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 양각 점진성형과 음각 점진성형의 두 성형공법에 따른 성형 품질, 즉 성형 정밀도를 비교 분석하고자 한다. 동일한 샘플 형상에 대하여 두가지 성형공법으로 성형한 후 직접 성형면(formed surface)과 성형 반대면(opposite surface)의 성형물의 형상 오차와 표면거칠기 비교 등을 실시하였다.
본 연구는 점진성형의 두 가지 방법인 양각 점진성형과 음각 점진성형의 성형 정밀도 비교에 관한 연구로서 원하는 형상에 대하여 어떤 성형 공법을 적용하는 것이 좋은가를 판단하기 위하여 수행되었다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 양각 점진성형과 음각 점진성형의 두 성형공법에 따른 성형 품질, 즉 성형 정밀도를 비교 분석하고자 한다. 동일한 샘플 형상에 대하여 두가지 성형공법으로 성형한 후 직접 성형면(formed surface)과 성형 반대면(opposite surface)의 성형물의 형상 오차와 표면거칠기 비교 등을 실시하였다.
먼저 성형 결과물에 대하여 Reneshaw사의 접촉식 3차원 스캐너인 Cyclone을 이용하여 스캔데이터를 획득하였다. 그리고 형상 오차 분석에는 스캔데이터 분석 전용 소프트웨어인 Rapidform XOV를 사용하였다.
본 연구에서는 성형 정밀도를 형상 정밀도(shape accuracy)와 표면거칠기(surface roughness)로 분류하고 성형결과물에 대하여 직접 성형이 이루어진 성형면(formed surface)과 성형반대면(opposite formed surface)에 대하여 측정을 실시하였다.
5에 나타나 있다. 실험용 형상에는 금속판재물을 구성하는 특징형상들인 경사면과 볼록, 오목 등의 요철이 포함되도록 하였다.
앞서 설명한 점진 성형의 절차에 따라 CNC 포밍 전용 머신으로 양각 점진성형을 실시하였다. 점진성형의 조건이 Table 2에 나타나 있다.
KOSAKA사의 SEF 3500 조도 측정기가 이용되었다. 측정 방법은 Fig. 10과 같이 양각성형면(PFS)과 반대면(POS), 음각성형면(NFS)과 반대면(NOS)에 대하여 네 개의 영역에서 측정을 하였으며 중심선 평균 거칠기(Ra)값을 사용하였다.

대상 데이터

윤곽을 따라 등고선 공구경로를 사용하는 점진 성형의 특징 상 바닥면의 경우에는 포밍이 이뤄지지 않아 표면 거칠기에 변화가 없다. KOSAKA사의 SEF 3500 조도 측정기가 이용되었다. 측정 방법은 Fig.
3 mm로 하였다. 소재는 연성이 좋은 Al 1050, 두께 1.5 mm를 사용하였다.

데이터처리

Fig. 8과 같이 네 개의 단면(Sec-1,2,3,4)에 대하여 오차를 측정하였으며 각 단면에서는 7개의 영역에서 오차를 추출하여 평균값을 계산하였다. 양각성형면(PFS : Positive Formed Surface)과 반대면(POS : Positve Opposite formed Surface), 음각성형면(NFS : Negative Formed Surface)과 반대면(NOS : Negative Opposite formed Surface)에 대하여 계산된 결과 값을 Table 3에 정리하였다.

이론/모형

먼저 성형 결과물에 대하여 Reneshaw사의 접촉식 3차원 스캐너인 Cyclone을 이용하여 스캔데이터를 획득하였다. 그리고 형상 오차 분석에는 스캔데이터 분석 전용 소프트웨어인 Rapidform XOV를 사용하였다.
양각 점진성형과 음각 점진성형은 Fig. 4에 나타나 있는 CNC 포밍 전용머신(AMINO사의 DLNC-PA)을 이용하여 실험하였다. DLNC-PA는 기본적으로 양각 성형을 제공하지만 양각 성형용 치구를 이용하지 않을 경우 음각 성형도 가능하다.

성능/효과

각 수준간의 표면거칠기를 비교하면 음각성형 반대면(NOS)의 Ra값(0.61 ㎛)이 가장 좋은 것으로 나타났으며 반대로 직접 공구가 접촉한 음각성형면(NFS)의 Ra값(0.96 ㎛)이 가장 나쁜 것으로 나타났다. 이 두 수준간의 차이에 대한 p-value 값은 0.
단, 음각성형 반대면 (NOS)과 양각 성형 반대면(POS) 간의 우열은 통계적으로 확인할 수 없었다. 그러나 성형 방법과 상관없이 공구와 직접 접촉하지 않는 포밍 반대면은 포밍 면보다 항상 표면거칠기가 우수하였으나 원 소재의 표면거칠기(0.20 ㎛)에 비해서는 4배 이상 표면 거칠기가 저하되는 것으로 나타났다.
그리고 성형 반대면의 경우 공구가 직접 접촉하지 않았음에도 불구하고 성형 완료 후 원소재의 표면거칠기값(0.20 ㎛)값보다 약 4배 이상 나빠지는 것(POS=0.72 ㎛, NOS=0.96 ㎛)으로 나타났다. 이는 성형과정 중에 성형을 지지하는 서포터와 마찰이 발생하고 사용된 소재 두께(1.
그리고 양각성형에서도 성형의 반대면(POS)이 성형을 직접한면(PFS)보다 형상 정밀도가 좋으며, 음각에서도 성형의 반대면(NOS)이 성형을 직접한 면(NPS)보다 형상 정밀도가 좋은 것으로 나타났지만 각각의 p-value값이 0.210과 0.049로 후자의 경우만 통계적으로 유의하다고 말할 수 있다.
두 번째, 표면거칠기 측면에서는 음각 성형반대면(NOS) > 양각 성형반대면(POS) > 양각 성형면(PFS) > 음각 성형면(NFS)의 순으로 표면거칠기가 양호한 것으로 나타났다.
먼저 형상 정밀도 측면에서는 양각 점진성형이 음각 점진성형보다 우수한 것으로 나타났다. 상세하게는 양각성형 반대면(POS) >양각 성형면(PFS) > 음각성형 반대면(NOS) > 음각성형면(NFS)의 순으로 형상 정밀도가 좋았다.
분산분석 결과 음·양각 성형 방법에 따라 직접 성형면과 반대면의 형상정밀도에는 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다 (p-value=0.004).
표면거칠기 측정 결과값에 대하여 일원배치 분산분석(ANOVA)을 실시한 결과 Table 6과 같이 유의수준 10%에서 각 성형 방법에 따라 표면 거칠기는 다른 것으로 나타났다. p-value=0.
형상오차 평균값으로 보았을 때 POS > PFS > NOS > NFS 순으로 형상 정밀도가 우수한 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	3차원 곡면 형상의 제품을 성형하는 방법은 무엇인가?	항공기, 자동차, 선박 등의 외장품은 다양한 3차원 곡면 형태를 갖는 금속 판재물로 제작되는 경우가 많다. 3차원 곡면 형상의 제품을 성형하는 방법으로는 프레스 공법이 전통적으로 사용된다.
	기존프레스 공법을 대신해서 무금형 점진 판재 성형공법이 개발된 이유는 무엇인가?	기존의 프레스 공법은 성형하고자 하는 형상의 상·하 금형을 사용한다. 이러한 프레스 공법은 대량생산에는 적합하지만 소량생산의 경우에는 금형의 설계와 금형의 상·하 제작에 많은 시간과 비용이 소요된다. 이를 극복하기 위해 상·하 금형을 사용하지 않고 금속판재물을 성형할 수 있는 무금형 점진 판재 성형공법(이하 점진성형공법)이 개발되어 활용 되고 있다[1-2].
	점진성형이란 무엇인가?	점진성형이란 설계형상의 3D CAD 정보로부터 점진성형에 관한 등고선 공구경로를 추출하고 판재물을 플레이트에 고정시킨 후 CNC 제어를 이용하여 점진적으로 성형하는 방법이다. 점진성형 공법의 개발로 인하여 다품종 소량 생산에서 금형 상·하의 설계와 제작에 따른 비용 및 시간을 획기적으로 줄일 수 있고 프레스 공법에서 발생하는 소음과 진동이 없으며 형상을 변경할 경우 금형을 새로 제작할 필요 없이 3D CAD 형상의 변경으로 간단한 수정이 가능한 장점이 있다.

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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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