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문제 정의
- 따라서 본 연구는 이러한 대책을 해결할 수 있는 방안의 금형개발을 목표로 금형의 core부분을 쉽게 변환하여 생산품을 제작할 수 있도록 설계하였으며, 금형으로 제작한 시제품들은 3차원 측정실험을 통하여 제품표면에 대한 성형성 정도를 검토하였다.
제안 방법
- Fig. 2와 Table 3에 나타낸 것처럼 Front cover 금형은 Nothing Punch 및 Piercing Punch를 Change core 방식으로 설계하여 총 4공정을 통하여 금형제작을 실시하였다.
- Front cover 상형과 하형 금형을 조립한 다음 Fig. 4 처럼 400톤 프레스(SIMPAC-MC2)를 이용하여 Tryout을 실시하였다. Tryout에 사용되어진 프레스의 사양은 Table 4에 나타내었다.
- Punch와 Die는 기계적 성질이 우수한 SKD11 재질을 사용하였으며, 금형의 성형부 Punch와 Die 형상을 제작하기 위해 금형재료의 가공기준 면을 연삭가공 한 후 그 기준면을 이용하여 Punch나 Die를 황삭으로 가공하였다.
- 금형수정은 SUS 304J1강에서 심하게 발생되는 Spring back현상을 해결하기 위해 현장경험을 토대로 금형에 비드를 추가하기로 결정하였다. 비드는 표면에 Fig.
- 본 연구는 렌지후드 Front Cover 제작할 수 있도록 Change Core 공법으로 금형설계를 하였으며, 제품표면의 성형성 정도를 검토하기 위해 3차원 측정실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 Front cover 금형을 제작하기위해 Change Core 방식을 도입하였으며, Front cover 금형제작 제1공정에서 Notching Punch 및 Piercing Punch를 설계하여 제작하였다.
- 앞 절에서 언급한 Laser Scanning 해석결과 제품표면의 입체형상으로 인한 제품의 성형성의 분석을 보완하기 위해 제품설치용 Zig를 제작하여 3차원 Surface를 측정하였다.
- 이것은 측정표면의 기준면이 평면이어야 정확한성형성과 제품 특성의 판단이 가능하는 데 표면이 입체형상이라 분석하기에는 부적합하다고 사료된다. 이런 결과를 바탕으로 부분별 3차원 해석을 추가적으로 실시하였다.
- 제 3공정에서 Bending Punch 및 Bending Die 작업을 추가하였으며, 4공정은 CAM Bead Punch 및 Die에 대한 보정 값을 추가로 적용하여 가공하였다. 수정하여 제작한 금형의 형상은 Fig.
- 제품의 성능테스트를 위해 Carl Zeiss 사의 Prismo 7 을 사용하여 3차원 Laser Scanning 측정을 하였다.
- 최종적으로 Punch와 Die에 대한 정삭 가공 및 방전가공을 수행한 후 사상과 조립을 실시하여, 렌지후드 Front cover 금형을 제작하였다.
- 황삭가공 후 Punch와 Die의 기계적 특성을 향상시키기 위해서 열처리를 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 렌지후드 Front cover 부품 재료는 스테인레스계의 SUS 304J1 강판을 사용하였다. SUS 304J1 강판의 화학성분 및 기계적 성질은 Table 1, 2와 같다.
성능/효과
- 1. SUS 304J1에 대한 Spring back 형상제어를 위해서는 Bending부에 금형 보정각의 적용이 효과적임을 확인하였다.
- 2. Change Core 공법에 의한 Front cover 2종류의 제품 개발을 통하여 제품생산기간 단축 및 모델 변경을 용이하게 실현할 수 있었다.
- 3. 최종제품의 3차원 측정결과 제품표면의 모든 영역에서 허용오차기준 ±2.00mm이내로 합격하였다.
- SUS 304J1 강판에 대한 기계적 특성 데이터베이스를 구축하기 위해 ASTM A370-03의 인장시편규격에 맞춰 Fig. 1과 같이 인장시편을 제작하여 인장실험(Instron 4206)을 한 결과 인장강도는 455MPa, 항복강도는 245MPa의 값을 얻었다. 인장실험 결과 스테인레스계의 SUS 304J1 표준 값에 비교해 재료가 소성변형을 시작할 때의 응력.
- 렌지후드 최종 제품표면에 대한 3차원 측정을 한 결과 모든 영역에서 제품도상의 허용오차 ±2.00㎜기준내로 모두 합격한 측정결과를 얻었다.
- 인장실험 결과 스테인레스계의 SUS 304J1 표준 값에 비교해 재료가 소성변형을 시작할 때의 응력. 즉 항복강도는 기준치보다 약 90MPa 정도 높은 값을 나타내었다.
후속연구
- 7에서 보인바와 같이 U자형 bead 설치 후 샘플제품에서는 Spring back 현상이 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있다. 금형수정의 각 공정에서 금형에 Bead 추가 설계 및 Bending 작업을 반복함으로써 Spring back현상에 대한 해결을 할 수 있었으나 향후 보다 경제적인 금형 제작을 위해서는 Spring back량을 예측하여 적용할 수 있는 실험이 수반되어야 할 것이다.
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