[논문]알루미늄 판재의 다단계 드로잉에 있어서 원통컵의 치수 정밀도 비교

최종민; 김종호

doi:10.5228/kstp.2015.24.2.115

알루미늄 판재의 다단계 드로잉에 있어서 원통컵의 치수 정밀도 비교
Dimensional Accuracy of Cylindrical Cups in Multi-Stage Drawing of Aluminum Sheet Metal 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.24 no.2, 2015년, pp.115 - 120

최종민 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 김종호

Abstract ▼ AI-Helper

Deep drawing of cylindrical cups is one of the most fundamental and important processes in sheet metal forming. Circular cups are widely used in industrial fields such as automobile and electronic appliances. Some of these cups are formed by a one-stage process, others such as battery cases and beverage cans are made by a multi-stage process. In the current study the multi-stage deep drawing of aluminum sheet metal is examined. The process consists of two deep drawing operations followed by two ironing operations. The press die, which can be used for the four-stage forming process, was manufactured allowing punch and die components to be easily changed for various experiments. The rolling direction of both the sheet and the drawn cups was always positioned toward the horizontal x-direction on the die face to minimize experimental errors during the progressive forming. The dimensional accuracy of the cylindrical cups formed at each stage and the earing defect due to the anisotropy of sheet were investigated. The influence of anisotropy on the thickness distribution was also examined. Both the thickness and the outer diameter of the cups were measured and compared for each set of experimental conditions. It was found that the dimensional accuracy of cups rapidly improves by employing the ironing process and also by increasing the amount of ironing.

주제어

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문제 정의

조사한다. 또한 소재의 이방성에 따른 제품의 불균일한 변형과 이어링(earing) 발생을 분석하고 이들 결과로부터 정밀도 높은 균일 품질의 원통 컵을 성형하기 위한 조건을 실험적으로 제시해보고자 한다.

제안 방법

성형하였다. 4개의 공정을 거치면서 소재의 방향성을 일정하게 하고 실험의 일관성을 위해 시편 표면에 압연방향을 표시하고, 이 방향이 항상 금형의 똑같은 위치에서 성형되도록 하여 실험 오차를 줄이고자 하였다.
각 공정에서 성형된 원통컵에 대하여 외경과 두께, 경도를 측정하였다. 외경의 측정위치는 Fig.
두께에 대해서는 압연방향에 맞추어 원통 컵의 중심 단면을 절단하고 폴리싱한 후 포인트 마이크로미터로 측정하였다. 그리고 경도에 대해서는 분할된 시편을 에폭시 수지에 마운팅하여 경화시킨 후에 마이크로비커스 경도계를 이용하여 측정하였다.
3에 표시하였다. 두께에 대해서는 압연방향에 맞추어 원통 컵의 중심 단면을 절단하고 폴리싱한 후 포인트 마이크로미터로 측정하였다. 그리고 경도에 대해서는 분할된 시편을 에폭시 수지에 마운팅하여 경화시킨 후에 마이크로비커스 경도계를 이용하여 측정하였다.
드로잉시의 주름 발생을 예방하기 위해 스프링력 (30kgf)을 부가하기 위한 블랭크홀더를 상부 금형에 설치하였고, 재드로잉과 아이어닝 공정에서는 주름 발생이 없어 블랭크홀더를 사용하지 않았다. 또한 개별공정 실험을 위한 펀치와 다이버튼(die button) 은 교환이 용이하도록 금형 구조를 설계하였으며 이들 부품에 대한 상세 치수는 Table 2에 주어져 있다.
따라서 본 연구에서는 알루미늄 소재를 사용하여 드로잉, 재드로잉, 2 회의 아이어닝 공정을 거쳐 최종 제품을 성형할 때 각 공정 별로 성형된 원통 컵의 외경, 두께, 경도 등을 측정하여 품질 특성의 변화를 조사한다. 또한 소재의 이방성에 따른 제품의 불균일한 변형과 이어링(earing) 발생을 분석하고 이들 결과로부터 정밀도 높은 균일 품질의 원통 컵을 성형하기 위한 조건을 실험적으로 제시해보고자 한다.
본 실험에서는 두께가 0.8mm인 알루미늄(A1050-O) 판재를 사용하여 소재의 압연 방향을 기준으로 0°, 45°, 90° 방향으로 각각 시편을 준비하여 기계적 성질을 시험하였으며 그 결과가 Table 1 에 주어져있다.
본 연구에서는 두께 0.8mm 알루미늄 소재를 사용하여 4공정(드로잉, 재드로잉, 1, 2차 아이어닝)을 거쳐 원통 컵을 성형할 때 발생하는 이어링 불량과 각 공정에서 성형된 원통컵의 치수 정밀도를 비교 분석하였으며 이의 실험결과를 정리하면 다음과 같다.

대상 데이터

1에 주어져 있다. 알루미늄 소재(두께 0.8mm)의 압연방향을 기준으로 하여 직경 30mm의 블랭킹을 하고, 이 블랭크를 이용하여 직경 17mm로 드로잉한 후, 직경 15mm로 재드로잉한다. 재드로잉된 컵을 이용하여 컵 내경은 일정하게 한 상태에서 측벽 두께를 0.

성능/효과

(1) 소재의 이방성에 의한 이어링 불량과 이로 인한 컵의 두께 변화가 드로잉 제품의 경우 높이 방향뿐만 아니라 원주 방향으로도 불균일하게 발생하였다.
(3) 드로잉 공정이 진행될수록 두께와 외경 치수정밀도가 나빠지고 있지만 아이어닝 공정이 진행되면서 정밀도 향상이 나타났는데, 1차 아이 어닝에서는 0.05mm, 2차 아이어닝에서는 0.01mm 이내의 두께와 외경 치수 정밀도를 나타냈다.
(4) 원통컵 드로잉 공정에 있어서 제품의 치수 정밀도를 수십 미크론 단위로 향상시키기 위해서는 아이어닝 공정이 필요한 것으로 나타났다.
또한 다이 내경 치수와 제품 외경 치수를 비교할 때 드로잉 컵은 다이 치수 기준으로 (-0.18)~(- 0.03)mm, 즉 다이 내경보다 작은 측벽이 성형되었고, 재드로잉 컵은 (-0.07)~0.18mm, 1차 아이어닝 컵은 (- 0.02)~0.03mm, 2차 아이어닝 컵은 (-0.01)~0mm로 치수 차이가 거의 발생하지 않았다. 특히 2차 아이어닝 컵의 경우엔 다이 치수 기준으로 10㎛ 이내의 정밀도를 나타냈다.

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Y. W. Yun, S. H. Kang, C. K. Yun, J. H. Lee, 2009, Proc. Kor. Soc. Tech. Plast. Conf., Autumn(editor: Y. T. Keum), Kor. Soc. Tech. Plast., Seoul, Korea, pp. 403~407.

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