선루프 트랙은 알루미늄을 압출하고 프레스성형하여 생산한다. 프레스성형 중 날카롭게 굽혀진 좌면의 가장자리를 따라 균열이 발생하였다. 좌면의 가장자리를 절단하여 펀치와 다이 모서리의 최종위치를 측정하고 균열발생과의 관계를 조사하였다. 그리고, 이 최종위치까지 굽힘을 유한요소 시뮬레이션하여 임계변형률을 구하였다. 한편, 소재의 방향, 경도, 굽힘 가장자리 길이, 굽힘반경의 여러 가지 다른 조합에 대하여 3점굽힘시험을 수행하였다. 그리고, 3점굽힘시험에 대한 유한요소 시뮬레이션을 수행하여 임계변형률을 구하여 비교하였다.
선루프 트랙은 알루미늄을 압출하고 프레스성형하여 생산한다. 프레스성형 중 날카롭게 굽혀진 좌면의 가장자리를 따라 균열이 발생하였다. 좌면의 가장자리를 절단하여 펀치와 다이 모서리의 최종위치를 측정하고 균열발생과의 관계를 조사하였다. 그리고, 이 최종위치까지 굽힘을 유한요소 시뮬레이션하여 임계변형률을 구하였다. 한편, 소재의 방향, 경도, 굽힘 가장자리 길이, 굽힘반경의 여러 가지 다른 조합에 대하여 3점굽힘시험을 수행하였다. 그리고, 3점굽힘시험에 대한 유한요소 시뮬레이션을 수행하여 임계변형률을 구하여 비교하였다.
Sunroof tracks are manufactured by press-forming extruded aluminum sheets. During press forming, cracking occurs along the sharply bent edge. The final positions of the punch and die were measured on the section, and their relation to cracking was investigated. Finite element simulation of bending t...
Sunroof tracks are manufactured by press-forming extruded aluminum sheets. During press forming, cracking occurs along the sharply bent edge. The final positions of the punch and die were measured on the section, and their relation to cracking was investigated. Finite element simulation of bending to the final position was done to find the critical strains. Three-point bending tests with different material orientations, hardnesses, bending edge lengths, and bending radii were carried out in the laboratory, and finite element simulation of the three-point bending tests was performed to find the critical strains.
Sunroof tracks are manufactured by press-forming extruded aluminum sheets. During press forming, cracking occurs along the sharply bent edge. The final positions of the punch and die were measured on the section, and their relation to cracking was investigated. Finite element simulation of bending to the final position was done to find the critical strains. Three-point bending tests with different material orientations, hardnesses, bending edge lengths, and bending radii were carried out in the laboratory, and finite element simulation of the three-point bending tests was performed to find the critical strains.
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문제 정의
본 논문에서는 굽힘시험과 유한요소 시뮬레이션을 모두 수행하여 알루미늄 Al 6038ST5 압출판재의 파열조건을 조사하려고 한다. 그리하여, 성형한계도를 제시하려고 한다.
본 논문에서는 굽힘시험과 유한요소 시뮬레이션을 모두 수행하여 알루미늄 Al 6038ST5 압출판재의 파열조건을 조사하려고 한다. 그리하여, 성형한계도를 제시하려고 한다.
가설 설정
ε2 < 0인 범위는 참고문헌[8]을 참조하여 단순히 수평과 45°를 이룬다고 가정하여 그렸다.
1 참조)가 증가할수록 평면변형상태에 가까워지므로 파열이 발생하기 쉽고,(1) 굽힘너비방향이 압연방향과 평행일 때 균열이 발생하기 쉽다.(2) 그리고, 소재의 경도를 높일수록 연신율이 낮아지므로 파열이 발생하기 쉬울 것이고, 굽힘반경(Fig. 1 참조)이 작을수록 변형률이 증가하여 역시 파열이 발생하기 쉬울 것이다.
역시 ε2 < 0인 범위는 단순히 수평과 45°를 이룬다고 가정하여 그렸다.
단면에서 측정한 펀치의 최종위치까지 굽힘가공을 유한요소 시뮬레이션하여 파열부위의 임계변형률을 구하였다. 이 때 평면변형을 가정하였다.
제안 방법
Fig. 3(a) 단면사진에 표시된 것과 같이 다이 모서리에서 펀치 모서리까지 거리를 측정하여 굽 힘너비방향별로 이 거리와 파열상태의 관련성을 찾아보았다. Fig.
굽힘가공을 유한요소 시뮬레이션하여 파열부위의 임계변형률을 구하고 성형한계도에 표시하였다.
굽힘시험을 유한요소 시뮬레이션하여 파열부위의 임계변형률을 구하고 성형한계도에 표시하였다. 굽힘시험에서 얻은 성형한계도는 시제품에서 얻은 성형한계도보다 변형률 ε1이 0.
그리고, A1~A3 단면에서 측정한 펀치의 최종위치까지 굽힘가공을 유한요소 시뮬레이션하여 파열부위의 임계변형률을 구하였다. 이 때 평면변형을 가정하였다.
시편채취방향별, 굽힘너비별로 시편을, 굽힘반경별로 펀치를 준비하여 굽힘시험을 수행하였다. 그리고, 굽힘시험을 유한요소 시뮬레이션하였다.
11은 굽힘시험에 사용된 5가지 펀치로서 굽힘시편의 두께 2 mm이므로 하단의 지름은 18, 13, 8, 3, 1 mm로 제작하였다. 롤러 2개로 직사각형 시편의 양단을 지지하고 펀치로 시편의 중앙을 누르는 3점굽힘을 수행하였다.
시제품 굽힘반경이 5.5 mm 부근이어서 굽힘반경은 이것을 중심으로 11, 8.5, 6, 3.5, 2.5 mm로 설정하였다. Fig.
시제품 생산공정중 파열이 발생한 순간의 펀치 위치에 대한 정보가 없으므로 임계변형률은 최종 펀치위치에 대한 변형률로 대신 구하였다. Fig.
시제품 좌면 가장자리 파열부위의 표면을 관찰하였다. 이 때 가장자리 굽힘단면에서 측정한 펀치와 다이의 최종위치를 입력하여 굽힘가공을 유한요소 시뮬레이션하였다.
시편의 굽힘너비 15와 55 mm, 펀치의 지름 2와 8 mm의 조합에 대한 굽힘시험을 유한요소 시뮬레이션하였다. 이 때 대칭성을 이용하여 우측 반만 유한요소 시뮬레이션하였다.
시편채취방향별, 굽힘너비별로 시편을, 굽힘반경별로 펀치를 준비하여 굽힘시험을 수행하였다. 그리고, 굽힘시험을 유한요소 시뮬레이션하였다.
7(b)는 경도에 대한 연신율을 그린 것이다. 연신율은 최종파단 된 시편의 전체길이를 시험전 시편의 전체길이로 나눠 구하였다. 경도가 증가할수록 연신율은 감소하였다.
시제품 좌면 가장자리 파열부위의 표면을 관찰하였다. 이 때 가장자리 굽힘단면에서 측정한 펀치와 다이의 최종위치를 입력하여 굽힘가공을 유한요소 시뮬레이션하였다.
시편의 굽힘너비 15와 55 mm, 펀치의 지름 2와 8 mm의 조합에 대한 굽힘시험을 유한요소 시뮬레이션하였다. 이 때 대칭성을 이용하여 우측 반만 유한요소 시뮬레이션하였다. Fig.
인장시험을 유한요소 시뮬레이션하여, 경도 #11(HV=90)에 대한 인장시험 응력-변형률 곡선을 발생시키는 등가응력-등가소성변형률 곡선을 찾았다. 그 곡선은 Fig.
대상 데이터
길이방향이 압출방향과 평행인 인장시편은 경도 #9(HV=74), #10(HV=81), #11(HV=90), #11.5(HV=44)에 대하여 제작하고, 길이방향이 압출방향과 수직인 인장시편은 제품생산에 사용되는 소재인 경도 #11(HV=90)에 대하여만 제작하였다.
성능/효과
연신율은 최종파단 된 시편의 전체길이를 시험전 시편의 전체길이로 나눠 구하였다. 경도가 증가할수록 연신율은 감소하였다. 그리고, 경도 #11(HV=90)에 대한 결과를 보면 인장시편의 방향의 연신율에 대한 영향은 거의 없었다.
굽힘시험을 유한요소 시뮬레이션하여 파열부위의 임계변형률을 구하고 성형한계도에 표시하였다. 굽힘시험에서 얻은 성형한계도는 시제품에서 얻은 성형한계도보다 변형률 ε1이 0.3쯤 높아졌다. 굽힘시험은 두께방향으로 변형률이 심하게 변하므로 성형한계도 오차가 발생한 것으로 추측한다.
두께 2 mm 알루미늄 압출판재의 굽힘시험 결과 굽힘너비방향이 압출방향과 평행인 경우 굽힘 반경이 감소하며 3.5 mm일 때는 거칠어지고 일부 파열되었고, 2.5 mm일 때는 모두 파열되었다. 굽힘너비의 영향은 나타나지 않았다.
최종파단은 Fig. 5와 같이 모두 인장하중방향과 60°를 이룬 방향에 네킹이 발생하여 파단되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선루프트랙은 무엇인가?
선루프트랙은 선루프를 얹어 전후로 미끄러지게 하는 것으로 승용차 루프 좌우 양쪽에 설치된다. 이것은 알루미늄 Al 6038ST5를 압출한 뒤 프레스 전단과 성형을 거쳐 완성된다.
성형한계도의 역할은 무엇인가?
주변형률과 부변형률을 이용하여 정량적으로 파열을 예측하려고 만든 것이 성형한계도이다. 알루미늄의 성형한계도와 관련된 연구로서 김형종 등(3)은 Al6063에 대하여 액압성형할 때 성형 한계도를 측정하여 사용하였고, 김기정 등(4)은 Al6061에 대하여 EWK(ESI-Wilkins-Kamoulakos) 파단모델을 사용하여 성형한계도를 예측하고 시험하여 검증하였고, 김찬일 등(5)은 Al5454에 대하여 성형한계도를 예측하고 시험하여 검증하였다.
좌면 가장자리 표면의 파열 조건으로 가능한 경우는 무엇인가?
파열에 대한 굽힘가공변수의 영향을 조사하여 보니 굽힘너비(Fig. 1 참조)가 증가할수록 평면변형상태에 가까워지므로 파열이 발생하기 쉽고,(1)굽힘너비방향이 압연방향과 평행일 때 균열이 발생하기 쉽다.(2) 그리고, 소재의 경도를 높일수록 연신율이 낮아지므로 파열이 발생하기 쉬울 것이고, 굽힘반경(Fig. 1 참조)이 작을수록 변형률이 증가하여 역시 파열이 발생하기 쉬울 것이다.
참고문헌 (7)
Udomphol, T., 2007, Sheet-metal Forming, Suranaree University of Technology.
Kalpakjian, S. and Schmid, S., 2007, Manufacturing Processes for Engineering Materials, 5th edition.
Kim, J. S., Lee, J. K., Park, J. Y., Lee, D. J., Kim, H. Y. and Kim, H. J., 2005, "Forming Limit Diagram of an Aluminum Tube Through Hydroforming Tests," Trans. of Material Procesing, Vol. 14, No. 6, pp. 514-519.
Kim, K. J., Nguyen, N. T., Kim, D. Y. and Kim, H. Y., 2011, "Application of Failure Criteria in Aluminum Sheet Forming Analysis," Trans. of Material Procesing, Vol. 20, No. 2, pp. 167-172.
Kim, C. I., Yang, S. H. and Kim, Y. S., 2012, "Prediction of Formability of Aluminum Alloy 5454 Sheet," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 360, No. 2, pp. 179-186.
Castany, P., Diologent, F., Rossoll, A., Despois, J-F, Bezencon, C. and Mortensen, A., 2013, "Influence of Quench Rate and Microstructure on Bendability of AA6016 Aluminum Alloys," Material Science & Engineering A, Vol. 559, pp. 558-565.
Mattei, L., Daniel, D., Guiglionda, G., Klocker, H. and Drive, J., 2013, "Strain Localization and Damage Mechanisms During Bending of AA6016 Sheet," Material Science & Engineering A Vol. 559, pp. 812-821.
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