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[국내논문] 초음파 진동 딥 드로잉 공정에서의 마찰감소효과 분석을 위한 유한요소해석 및 실험
FEA and Experiment Investigation on the Friction Reduction for Ultrasonic Vibration Assisted Deep Drawing 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.23 no.7, 2014년, pp.413 - 418  

김상우 (한국기계연구원 부설 재료연구소) ,  손영길 (한국기계연구원 부설 재료연구소) ,  이영선 (한국기계연구원 부설 재료연구소)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The current study presents experimental and numerical results on the effect of ultrasonic vibrations on a cylindrical cup drawing of a cold rolled steel sheet(SPCC). An experimental apparatus, which can superimpose high frequency oscillations during deep drawing, was constructed by installing on the...

주제어

#Deep Drawing   #Ultrasonic Vibration   #LDR   #FEM   #SPCC  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1차원 파동방정식과 모드해석을 통해 진동자의 가진 주파수에서 공진이 발생하여 최대진폭을 발생하고, 종방향 유효진동모드를 나타낼 수 있도록 일체형 혼/부스터를 설계하였으며, 기존의 드로잉 금형에 압전 세라믹 진동자 및 일체형 혼과 부스터로 구성된 초음파 발진장치를 장착하여 초음파 진동을 부과할 수 있도록 하였다. 또한, 다양한 드로잉비에 대한 원통컵 드로잉 실험을 통해 초음파 가진 여부에 따른 진동 효과를 비교하였으며, 유한요소해석을 통해 초음파 가진 특성을 드로잉 공정에서의 마찰계수의 변화로 표현함으로써 이를 정량화하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 SPCC(cold rolled steel sheet)의 원통컵 드로잉 공정에서의 초음파 진동효과를 분석하기 위한 실험 및 유한요소해석을 수행하였다. 1차원 파동방정식과 모드해석을 통해 진동자의 가진 주파수에서 공진이 발생하여 최대진폭을 발생하고, 종방향 유효진동모드를 나타낼 수 있도록 일체형 혼/부스터를 설계하였으며, 기존의 드로잉 금형에 압전 세라믹 진동자 및 일체형 혼과 부스터로 구성된 초음파 발진장치를 장착하여 초음파 진동을 부과할 수 있도록 하였다.

가설 설정

  • 6에는 드로잉 공정 중 측정된 하중을 비교하였다. 로드셀에 의해 측정된 하중 그래프는 27kHz의 미세한 초음파 진동에 의한 하중의 변화를 상세하게 표현할 수는 없으므로, 진동에 의한 최대∙최소 하중의 평균값으로 가정하였다. 그 결과, 최대 펀치 하중은 드로잉비에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 각각의 드로잉비에 대해 초음파를 부과한 경우에는 최대 펀치 하중이 작게 나타나는 경향을 보였는데 특히, 드로잉비 1.
  • 해석에 사용된 Swift의 경화 모델에 의한 압연 방향의 경화식을 비롯한 이방성 계수 및 탄성 물성치는 Table 1에 나타내었다. 유한 요소모델은 항복함수의 특성과 대칭성을 고려하여 1/4모델을 이용하였으며, 소재는 S4R 4-노드 쉘 요소로 모델링 하고, 금형은 강체로 가정하였다.
  • 앞 절에서 원통컵 드로잉 실험을 통해 초음파 진동의 적용이 한계 드로잉비의 증가와 성형하중의 감소에 효과가 있음을 확인하였다. 이러한 현상은 앞 절에서 기술한 바와 같이 다양한 원인에 의한 복합적인 현상으로 추측될 수 있으나, 본 연구에서는 진동자로부터 생성된 초음파 진동이 소재뿐만 아니라 금형으로 전달되어 다양한 경로로 흡수됨에 따라 소재내부에 체적효과를 유발할 만큼 집중적으로 전달되지 못하므로 초음파 진동의 효과는 전적으로 소재와 금형간의 마찰감소에 기인한다고 가정한다. 따라서, 초음파 진동에 의한 효과는 성형시 소재와 금형간의 마찰계수의 변화로 정량화될 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초음파는 무엇인가 초음파는 인간의 가청 주파수 범위(20kHz) 이상의 음향 진동으로 1920년대 Langevin 에 의해 초음파 측탐기가 개발된 이후 각종 탐지장치, 센서 등 통신적 응용분야와 가공기, 용착기, 세정기 등 동력적 응용분야에 다양하게 적용되고 있다.
초음파 진동기의 작동 원리는 무엇인가 초음파 진동기는 일반적으로 초음파 발진기(generator), 진동자(transducer), 부스터(booster) 및 혼(horn)으로 구성된다. 발전소에서 송전되는 60Hz의 교류파형 전류는 발진기에 의해 특정 주파수의 교류파형으로 변환되고, 진동자에 전달되어 진동자의 압전 특성에 의해 일정진폭을 생성하는 기계적 에너지로 변환된다. Fig.
초음파는 어디에 사용되고 있는가 초음파는 인간의 가청 주파수 범위(20kHz) 이상의 음향 진동으로 1920년대 Langevin 에 의해 초음파 측탐기가 개발된 이후 각종 탐지장치, 센서 등 통신적 응용분야와 가공기, 용착기, 세정기 등 동력적 응용분야에 다양하게 적용되고 있다.
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참고문헌 (10)

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