[논문]다단 성형 기술을 이용한 차체 부품 개발

김동규; 한상욱; 전형준; 천세환; 문영훈

doi:10.5228/kstp.2014.23.6.376

다단 성형 기술을 이용한 차체 부품 개발
The Study of Manufacturing Technology for a Sill Side by Roll Forming 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.23 no.6, 2014년, pp.376 - 379

김동규 ((주)디케이솔루션) , 한상욱 ((주)디케이솔루션) , 전형준 (명진테크) , 천세환 (트리니티 ENG) , 문영훈

Abstract ▼ AI-Helper

During roll forming a sheet metal is continuously and progressively formed into a product of the required cross-section and longitudinal shape. An example product is a circular tube with a required diameter, wall-thickness and straightness. Roll forming occurs by passing the sheet through a series of forming rolls that are arranged in tandem. Each pair of forming rolls in the roll forming line plays a particular role in obtaining the required cross-section and longitudinal shape in the product. In recent years, that process is often applied to car body parts by automotive industries. In the current study, an optimal model design and proper roll-pass sequences as well as the number of forming rolls and bending angles were used to produce a sill side. The effects of the process parameters on the final shape formed by roll forming defects were evaluated.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 다단성형 공정시 발생하는 길이 방향 변형율(Longitudinal strain), 탄성회복현상(Spring back) 등을 예측하여 최적의 공정 변수 도출 및 시제품 제작이 본 연구의 목적이다.

2. 다단 성형 패턴 설계
본 연구에서는 다단성형 공법을 적용하여 차량 측면 충돌 시 충돌에너지를 흡수해 승객 보호 역할을 하는 차체부품인 실 사이드(SILL SIDE) 성형 공정에 적용하는 것으로서 높은 구조 강성과 경량화로 연비 개선 및 승객 안전성이 우수한 차체 부품 개발이 목표이다.

제안 방법

다단성형 공정은 공정 속도에 따라 Strain 값이 비례하므로 공정 안정성을 기준으로 10Pass 공정이 한계 변형률의 약 60%정도로 양산공정 적용이 가장 적합할 것으로 판단되며, 10pass의 성형 패턴을 기준으로 Table 2의 조건을 적용하여 공정해석을 진행하였다. 다단성형에 대한 공정 해석은 성형패턴 설계 결과에 대한 신뢰성을 구축하고 공정에 대한 최적화 조건을 부여하는 것이 목적이다.
다단성형 공정해석을 통해 설계된 금형 및 공정 조건을 바탕으로 실 사이드 시제품을 제작하였다. 소재는 블랭킹(Blanking) 된 길이 3000mm 판재 상태로 장입하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 소재는 Table 1의 보론강(Boron steel) 1.2t 소재로 상온 조건에서 항복강도(Yield Strength) 421MPa, 인장강도(Tensile strength) 541MPa, 연신율(Elongation) 31.6%이다.
다단성형 공정해석을 통해 설계된 금형 및 공정 조건을 바탕으로 실 사이드 시제품을 제작하였다. 소재는 블랭킹(Blanking) 된 길이 3000mm 판재 상태로 장입하였다. Sheet 상태의 소재 장입 시 초기 장입부 100mm 구간과 끝단부 100mm는 치수정밀도가 떨어지는 문제점으로 Fig.

성능/효과

(1) 각 공정별 성형 각도 및 성형량 분배에 따른 영향도 예측을 통하여 성형 패턴에 대한 설계 표준을 제시하였다.
(2) 다단성형 공정시 발생하는 길이방향변형률을 예측하여 차체 주요 부품인 실 사이드 제품 성형에 대한 공정 조건을 제시하였다.
(3) 유한요소해석으로 다단성형 패턴 공정 해석을 통해 안정과 경제성을 감안한 공정 설계 방식을 제시하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다단성형 공정이 적용되는 제품은?	다단성형 공정은 점진적인 소성가공을 이용한 성형법으로 590MPa~1GPa이상의 초고강도 소재까지 성형이 가능하고 금형 마모 및 제품 정밀도가 우수하며, 단면 형상이 일정한 제품을 매우 효율적으로 생산할 수 있다는 이점으로 건축, 선박, 자동차부품 제조 기술에 적용 되고 있다[1]. 또한 자동차 차체 부품인 범퍼레일(Bumper Rail), 도어 프레임(Door Frame), 임펙트 빔(Impact Beam), 기타 멤버류(Cross Member) 등의 제품에 확대 적용되고 있는 추세이다.
	다단성형 공정이란?	다단성형 공정은 점진적인 소성가공을 이용한 성형법으로 590MPa~1GPa이상의 초고강도 소재까지 성형이 가능하고 금형 마모 및 제품 정밀도가 우수하며, 단면 형상이 일정한 제품을 매우 효율적으로 생산할 수 있다는 이점으로 건축, 선박, 자동차부품 제조 기술에 적용 되고 있다[1]. 또한 자동차 차체 부품인 범퍼레일(Bumper Rail), 도어 프레임(Door Frame), 임펙트 빔(Impact Beam), 기타 멤버류(Cross Member) 등의 제품에 확대 적용되고 있는 추세이다.
	고강도 소재가 일반 강판과 비교하였을때 문제점은?	국⋅내외 자동차업계에서는 연비 개선 및 유해가스 배출량 저감의 목적으로 차량의 중량을 줄이는 동시에 승객의 안전성 강화라는 두 가지 목표를 위해 고강도 소재를 이용한 자동차 부품 개발에 박차를 가하고 있다. 하지만 고강도 소재는 일반 강판 대비 낮은 연신율과 높은 항복강도에 의해 금형 마모, 제품 정밀도 저하 등의 문제점이 발생하고 있다[3]. 따라서 기존 성형 방식인 스템핑(Stamping) 방식의 성형 한계로 대체 공법인 다단성형(Roll Forming) 공법이 확대 적용되고 있는 실정이다.

참고문헌 (5)

K. Tsutao, H. Masahiro, S. Masahiro, N. Keizo, T. Hidekazu, 2004, Effect of Material Internal Pressure in Curing Process of SMC Roll Forming, J. Mater. Process. Technol., Vol.155-156, pp. 1577-1582

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S. Y. Lee, N. Y. Kim, 2002, Prediction and Design of Edge Shape of Initial Strip for Thick Tube Roll Forming Using Finite Element Method, Trans. Kor. Soc. Mech. Eng., Vol. 26, No. 4, pp. 664-652.

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K. C. Park, Y. W. Jeon, K. J. Jeong, 1997, Analysis of Deformation and Residual Curvature of Steel Sheets in Strip Process Lines, Trans. Mater. Process., Vol. 6, No. 2, pp. 118-135.
K. H. Kim, 1999, Design of Forming Rolls Using Finite Element Analysis, J. Ocean Eng. Technol., Vol. 13, No.4, pp. 75-81.
B. S. Kang, N. S. Kim, 2003, A Study on Roll Wear in the Roll Forming Process, Trans. Kor. Soc. Mech. Eng., Vol. 27, No. 11, pp. 1881-1888.

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