[논문]롤 포밍 공정의 롤 갭과 성형속도에 따른 스프링 백 영향 연구

김동홍; 윤대환; 설상석; 정동원

doi:10.7736/kspe.2016.33.6.477

롤 포밍 공정의 롤 갭과 성형속도에 따른 스프링 백 영향 연구
Study on Spring-Back Effect according to Roll Gap and Forming Velocity of Roll Forming Process 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.33 no.6, 2016년, pp.477 - 483

김동홍 (제주대학교 기계공학과) , 윤대환 (제주대학교 기계공학과) , 설상석 (창원대학교 클러스터 사업단) , 정동원 (제주대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The spring-back and bow phenomenon in the roll forming process are important factors regarding the accuracy of evaluation of production goods. The purpose of this study was to determine the influence of spring-back and bow phenomenon according to the main variables (forming velocity and roll gap). The material of the forming sheet was high tension steel (SPFH 590), which has been used commonly in recent years. In order to accurately measure the spring-back and bow phenomenon, the forming sheet was formed into a V-shape. The study was applied to OFAT (One Factor at a Time) experimentation, with respect to the experimental variables (the forming speed and the roll gap). In the experimental results, the forming speed had a small influence on the spring-back and bow phenomenon. However, the roll gap had a greater influence on the springback and the bow phenomenon, as opposed to the forming speed.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

¹² 그러므로 롤 포밍공정에서는 성형된 제품에 대하여 전 구간에서의 스프링 백 값을 도출하여 성형성을 파악하는 것이 타당하고 판단된다. 그러므로 본 연구에서는 성형된 제품에 대하여 10개의 일정한 간격으로 나누어서 스프링 백을 측정하였으며, Fig. 4와 같이 성형되는 순서로 번호를 할당하여 11개의 스프링 백 결과에 대하여 도출 하였다.
본 연구에서는 롤 포밍 공정에서 난성형성 소재인 고장력 강판을 V-형상으로 성형하였으며, 성형 정밀도를 확인하기 위해 성형된 고장력 강판에 대하여 스프링 백값 및 보우량 (Bow)을 측정하였다. 롤 포밍 공정에서 주요 공정변수인 롤 갭과롤 포밍 속도를 실험변수로 설정하였으며, 위 2개의 실험변수에 대한 스프링 백과 보우에 대한 영향을 분석하기 위해 롤 포밍 실험을 수행하였다.
본 롤 포밍 실험에서는 고장력강 재질인 SPFH590 시트를 V-형상으로 성형하였으며, 롤 포밍 장치에 변수로서 조절이 가능한 롤 포밍 성형속도와 롤 갭의 조건의 변수 범위를 설정하였다. 성형된 시트에 대하여 스프링 백 값과 보우량을 측정하였으며, 실험결과에 대한 결론은 아래와 같다.
본 연구에서는 롤 포밍 공정에서 난성형성 소재인 고장력 강판을 V-형상으로 성형하였으며, 성형 정밀도를 확인하기 위해 성형된 고장력 강판에 대하여 스프링 백값 및 보우량 (Bow)을 측정하였다. 롤 포밍 공정에서 주요 공정변수인 롤 갭과롤 포밍 속도를 실험변수로 설정하였으며, 위 2개의 실험변수에 대한 스프링 백과 보우에 대한 영향을 분석하기 위해 롤 포밍 실험을 수행하였다.

대상 데이터

총 4개의 단에서 3개의 단만 사용하여 V-형상으로 가공하였으며, 3개의 단의 굽힘 각도는 각각 30° (Pass-1), 60° (Pass2), 90° (Pass-3)이다. 본 연구에서 사용된 성형시트의 소재는 고장력 강 (SPFH 590)이며, 성형시트의 너비 및 길이는 각각 60 mm, 700 mm이다.

이론/모형

^9,10 본 연구에서 V 형상에 대한 스프링 백 측정 방법은 굽힘 각으로 측정하였으며, 굽힘 각 측정할 때에는 디지털 각도기(Cemred, GR82302R)를 사용하여 정확한 굽힘 각도를 측정하였다. 스프링 백 계산법은 스탬핑 공정(Stamping Process)에서의 V-Bending 공정에서 사용하는 계산방식으로 적용하였으며, 스프링 백 계산식 및 측정방법은 Fig. 3과 같다.

성능/효과

(1) 같은 롤 갭에서의 롤 포밍 성형속도의 스프링 백 값의 영향이 거의 없으며, 같은 롤 포밍 성형속도에서 롤 갭에 변수에 따라 스프링 백 값이 많은 차이를 보였다.
(2) 롤 갭이 0 mm일 때에는 오버 밴딩이 되어 최종 굽힘 각도가 90° 전후로 나타났으며, 롤 갭이 1mm인 경우 90° 전후로 굽힘 각도로 나왔으며, 롤갭이 2 mm 일 때는 스프링 백 값이 약 4° 전후로 나타나는 것으로 분석되었다.
(4)보우량 측정결과 성형속도보다 롤 갭에 대한 영향이 큰 것으로 나타났다.
롤 갭이 일정할 때 최종 굽힘 각도 차이는 없었지만, 롤 갭이 증가할 때에는 전체적인 평균 굽힘 각도 값들이 증가하는 것을 확인 하였다. 또한 롤 갭이 적을수록 성형속도에 따른 굽힘 각도의 차이가 감소하는 것을 확인 할 수 있다. 굽힘 각도 차이가 없다는 것은 제품이 균일하게 생산된다는 것을 의미하며, 롤 갭이 2 mm일 때는 시트의 측정 위치에 따라 굽힘 각도 차이가 증가하는 것으로 보아, 갭이 증가할수록 성형시트의 버클링 현상이 증가한다고 판단할 수 있다.
9는 두 변수 간의 보우량 측정결과 값이다. 롤 갭 값이 적을수록 보우량이 낮으며, 성형속도는 보우량에 대하여 큰 영향을 못 미치는 것으로 실험결과를 통하여 알 수 있었다.
롤 갭이 0 mm일 때는 전체적인 평균값이 목표한 최종 굽힘 각도 값인 90°보다 낮게 측정이 되었으며, 갭이 1 mm일 때는 평균 굽힘 각이 91°, 2 mm일 때는 평균 굽힘 각이 95°로 도출이 되었다. 롤 갭이 일정할 때 최종 굽힘 각도 차이는 없었지만, 롤 갭이 증가할 때에는 전체적인 평균 굽힘 각도 값들이 증가하는 것을 확인 하였다. 또한 롤 갭이 적을수록 성형속도에 따른 굽힘 각도의 차이가 감소하는 것을 확인 할 수 있다.
위 실험 결과를 바탕으로, 롤 포밍 공정에서는 제품을 생산할 때에는 롤 갭이 매우 중요한 공정변수 임을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고장력 강판의 단점은 무엇인가?	하지만 고장력 강판은 높은 항복강도와 낮은 연신율의 기계적인 특성으로 인하여, 일반 강판보다 판재 성형에 어려운 점이 많다. 기존에는 고장력 강판을 성형 시 프레스 가공법 (Press Forming)을 많이 사용하였다.
	롤 포밍 공정이란 무엇인가?	7 판재성형 공정 중 하나인 롤 포밍 공정은 생산 시 적은 원자재 손실과 높은 에너지 효율성을 가지며, 초 경량화 및 고강도 제품을 만들기에 적합한 공정이다. 롤 포밍 공정은 프레스 공정과 다르게 상, 하 또는 좌, 우로 쌍으로 이루어진 다수의 롤 금형을 활용하여, 점진적인 소성변형을 이용한 성형법이다. 그러므로 롤 포밍 공정은 높은 강성을 갖는 고강도 강판을 이용한 제품 성형에 유용한 성형공정이다.
	자동차의 연비향상 및 안정성 확보를 위해 대체 가능한 차체 재질은 무엇이 있는가?	이러한 산업 특성을 바탕으로, 특히 자동차 산업에서는 자동차의 연비 향상 및 안전성 확보를 위해 많은 연구를 수행하고 있으며, 최근에는 차체의 다른 재질을 적용함으로써 자동차의 연비향상 및 안정성 확보를 하려는 경향을 보인다.1 위의 경향에 따라 기존 재질에서 대체 가능한 차제 재질은 고장력 강판 (High Tension Steel Sheet, HTS), 알루미늄 판재 (Aluminum Sheet) 및 고분자 소재 (Polymer Material) 등이 고려되고 있다.2,3 위 소재 중 고장력 강판은 강한 강성으로 인하여 자동차의 많은 차체부품에 적용 및 생산되고 있으며, 고장력 강판을 사용하여 경량화가 및 고강도 제품 개발이 활발히 진행되고 있다.

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