[논문]자동차 시트 사이드 쿠션 패널의 비대칭 프로그레시브 스탬핑 성형을 위한 스트립 브릿지 설계

홍일성; 정창식; 최보성; 이덕영

doi:10.5228/kstp.24.6.400

자동차 시트 사이드 쿠션 패널의 비대칭 프로그레시브 스탬핑 성형을 위한 스트립 브릿지 설계
Design of Strip Bridge for Unsymmetrical Progressive Stamping for an Automotive Seat Side Cushion Pane 원문보기

For mass production of stamped parts, which require complicated in-press operations, it is always advisable to use a progressive die set. It is difficult to choose a progressive die set if the stamped parts need to be deep drawn and especially if they are unsymmetrical. Because unsymmetrical deep drawing parts are very sensitive to the effect of weight during moving to the next step, they are hard to exactly locate on the die face. An automotive seat side cushion panel is about 80mm high, unsymmetrical and its low edge needs hemming, so it is hard to produce even using a progressive die set. In the current paper a progressive stamping for seat side cushion panel was examined. Five strip bridges were considered to be strong enough to move to the next die as predicted by the CAE analysis.

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문제 정의

어렵다. 본 연구는 드로잉 공정 해석을 통해 기존의 브릿지에 살 보강 및 강도를 보강한 브릿지를 설계하였고, 이를 검증하기 위하여 5 가지 브릿지 형상에 대해 자중 처짐 해석을 수행하였다.
본 연구에서는 비대칭 딥드로잉 복합곡면 형상을 갖는 차체 부품인 자동차 시트 사이드 쿠션 패널 제품의 프로그레시브 공법적용을 위해, 각 공정간 스트립 이송 과정에서 제품 성형 후 착, 탈 시제품의 상, 하 흔들림을 방지하여 다음 공정의 금형에 정확하게 안착할 수 있도록 보다 나은 강성을 갖는 스트립 브릿지(bridge) 설계 안을 제시하고자 한다.

제안 방법

드로잉 공정 후, 프로그레시브 금형에서 제품 성형 후 상, 하 흔들림, 패널 이송 및 성형 과정에서 균형 유지가 가능한 스트립과 브릿지 형상을 검증하기 위하여 5가지 브릿지 Case에 대한 자중 처짐 해석[7]을 수행하였다.
3에서는 드로잉 공정의 성형과정을 보여주며, 성형해석결과 브릿지 부분이 성형되면서 살이 부족해 짐을 확인할 수 있었고, 성형한계선도 FLD(Forming Limit Diagram)을 통한 성형성 분석 결과 성형완료 50㎜전부터 터짐이 시작됨을 예측할 수 있었다. 따라서 초기 살 확보 및 강성 확보를 위해 브릿지를 수정 설계하였다.
8t, 성형 타입은 드로잉이다. 마찰 계수는 패널과 금형간 모두 0.1, 요소(element)는 초기 사이즈 8㎜에서 4단계 Adaptive Mesh를 적용하여 최종 1㎜로 하였다[6].
변형량 비교를 위해, Case 1의 전, 후 브릿지를 각각 나누어 배치한 Case 2~4 형상에 대한 성형 해석 및 자중 처짐 해석을 수행하였다.
비대칭 딥드로잉 제품인 시트 사이드 쿠션 패널의 프로그레시브 성형을 위한 브릿지 설계를 위해 드로잉 공정 성형해석 후 자중 처짐 해석을 수행하였고, 공정간 패널 이송을 할 때, 패널의 안정적 금형 안착 및 균형 유지를 위한 강도보강 브릿지 설계안 도출을 위해 성형 및 자중 처짐 해석 후 패널변형량을 비교하였다.
성형해석을 위해1공정 블랭킹 후, 2공정 드로잉 해석을 수행하였다. Fig.

성능/효과

(1) 드로잉 성형 해석을 수행한 결과, 기존의 스트립 브릿지는 성형완료 50㎜전부터 터짐이 시작됨을 알 수 있었다.
(2) 살 보강 및 강도 보강된 수정 스트립 브릿지는 드로잉 공정 해석 과정에서 터짐은 없었고, 성형 완료 40㎜전부터 꼬임 현상이 일어나는 것을 알 수 있었다.
(3) 실제 패널의 프로그레시브 성형 공정에서의 구속조건과 동일한 경계조건으로 자중 처짐 해석을 수행한 결과, Case 1(좌, 우 모두 잡아주는 브릿지 형상)에서 최대 2.89㎜, 최소 -2.93㎜로 변형이 가장 적게 발생하였으며, Case 5(평면에서 봤을 때 좌측에서만 잡아주는 형상)에서 최대 56.30㎜, 최소 -12.87㎜ 로 변형이 가장 많이 발생함을 알 수 있었다.
(4) 따라서 비대칭 딥드로잉 차체 부품인 시트 사이드 쿠션 패널의 경우, 프로그레시브 공법으로 프레스 성형할 때 좌, 우 모두 잡아주는 형상의 스트립 브릿지가 가장 적합함을 확인할 수 있었다.
Fig. 3에서는 드로잉 공정의 성형과정을 보여주며, 성형해석결과 브릿지 부분이 성형되면서 살이 부족해 짐을 확인할 수 있었고, 성형한계선도 FLD(Forming Limit Diagram)을 통한 성형성 분석 결과 성형완료 50㎜전부터 터짐이 시작됨을 예측할 수 있었다. 따라서 초기 살 확보 및 강성 확보를 위해 브릿지를 수정 설계하였다.
따라서 Case 1의 스트립 브릿지 형상이 비대칭 딥 드로잉 형상인 자동차 시트 사이드 쿠션 패널 제품을 프로그레시브 금형내에서 안정적인 이송과 제품의 탈, 안착에 가장 적합한 형상임을 확인 하였다.
브릿지 보강 후 드로잉 공정시 성형한계선도 상에서 패널의 터짐은 없으며 최종성형 40㎜ 전부터 브릿지의 형상이 꼬임을 알 수 있었다.

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