다단 딥드로잉의 기술은 제조 비용과 사이클 시간 단축 등의 장점으로 인해서 금속 성형 산업에 널리 적용되고 있다. 다단 딥드로잉으로 만들어진 제품의 형상이 복잡하고 세장비 큰 특징을 가진다. 예를 들어, 휴대 전화의 배터리 캔은 대표적으로 다단 딥드로잉으로 만들어진 제품이다. 배터리캔의 형상은 높이와 두께의 큰 종횡비를 가지고 있기 때문에 제조하기 무척 어렵다. 또한 최종 조립된 부품은 다단계 딥드로잉 후 스프링백으로 인해 조립 문제가 발생한다. 이러한 배터리 캔의 조립 시 발생하는 품질 문제를 개선하기 위해서 는 드로잉 후 스프링을 줄이기는 것이 매우 중요하다. 스프링백을 감소시키기 위해 산업 현장에서는 over bending, corner setting 및 Ironing 등의 경험적 방법을 적용해 왔으나, 본 연구에서는 유한 요소법을 이용한 보토밍(Bottoming)법을 제안하여 스프링을 줄이는 실용적이고 과학적인 방법을 제안하였다. 보토밍은 드로잉으로 성형된 최종 판재에 펀치로 압축 응력을 더욱 부가하여 스프링을 감소시키는 방법이다. 최적의 금형설계를 위해서 다양한 경우의 보토밍 공정 해석 시뮬레이션이 상용 유한요소 해석프로그램 (DYNAFORM)을 이용하여 연구되였다. 보토밍 공정을 적용한 제품의 스프링백 시뮬레이션 결과와 실험 결과와 비교되었고 그 시뮬레이션 결과는 실험과 잘 일치함을 보여 주었다. 결론적으로, 제안된 보토밍 방법은 산업계에서 스프링을 줄이기 위한 실용적인 방법으로 널리 사용될 것으로 예상된다.
다단 딥드로잉의 기술은 제조 비용과 사이클 시간 단축 등의 장점으로 인해서 금속 성형 산업에 널리 적용되고 있다. 다단 딥드로잉으로 만들어진 제품의 형상이 복잡하고 세장비 큰 특징을 가진다. 예를 들어, 휴대 전화의 배터리 캔은 대표적으로 다단 딥드로잉으로 만들어진 제품이다. 배터리캔의 형상은 높이와 두께의 큰 종횡비를 가지고 있기 때문에 제조하기 무척 어렵다. 또한 최종 조립된 부품은 다단계 딥드로잉 후 스프링백으로 인해 조립 문제가 발생한다. 이러한 배터리 캔의 조립 시 발생하는 품질 문제를 개선하기 위해서 는 드로잉 후 스프링을 줄이기는 것이 매우 중요하다. 스프링백을 감소시키기 위해 산업 현장에서는 over bending, corner setting 및 Ironing 등의 경험적 방법을 적용해 왔으나, 본 연구에서는 유한 요소법을 이용한 보토밍(Bottoming)법을 제안하여 스프링을 줄이는 실용적이고 과학적인 방법을 제안하였다. 보토밍은 드로잉으로 성형된 최종 판재에 펀치로 압축 응력을 더욱 부가하여 스프링을 감소시키는 방법이다. 최적의 금형설계를 위해서 다양한 경우의 보토밍 공정 해석 시뮬레이션이 상용 유한요소 해석프로그램 (DYNAFORM)을 이용하여 연구되였다. 보토밍 공정을 적용한 제품의 스프링백 시뮬레이션 결과와 실험 결과와 비교되었고 그 시뮬레이션 결과는 실험과 잘 일치함을 보여 주었다. 결론적으로, 제안된 보토밍 방법은 산업계에서 스프링을 줄이기 위한 실용적인 방법으로 널리 사용될 것으로 예상된다.
The technology of multistage deep drawing has been widely applied in the metal forming industry, in order to reduce both the manufacturing cost and time. A battery can used for mobile phone production is a well-known example of multistage deep drawing. It is very difficult to manufacture a battery c...
The technology of multistage deep drawing has been widely applied in the metal forming industry, in order to reduce both the manufacturing cost and time. A battery can used for mobile phone production is a well-known example of multistage deep drawing. It is very difficult to manufacture a battery can, however, because of its large thickness to height aspect ratio. Furthermore, the production of the final parts may result in assembly failure due to springback after multistage deep drawing. In industry, empirical methods such as over bending, corner setting and ironing have been used to reduce springback. In this study, a bottoming approach using the finite element method is proposed as a practical and scientific method of reducing springback. Bottoming induces compression stress in the deformed blank at the final stroke of the punch and, thus, has the effect of reducing springback. Different cases of the bottoming process are studied using the finite element program, DYNAFORM, to determine the optimal die design. The results of the springback simulation after bottoming were found to be in good agreement with the experimental results. In conclusion, the proposed bottoming method is expected to be widely used as a practical method of reducing springback in industry.
The technology of multistage deep drawing has been widely applied in the metal forming industry, in order to reduce both the manufacturing cost and time. A battery can used for mobile phone production is a well-known example of multistage deep drawing. It is very difficult to manufacture a battery can, however, because of its large thickness to height aspect ratio. Furthermore, the production of the final parts may result in assembly failure due to springback after multistage deep drawing. In industry, empirical methods such as over bending, corner setting and ironing have been used to reduce springback. In this study, a bottoming approach using the finite element method is proposed as a practical and scientific method of reducing springback. Bottoming induces compression stress in the deformed blank at the final stroke of the punch and, thus, has the effect of reducing springback. Different cases of the bottoming process are studied using the finite element program, DYNAFORM, to determine the optimal die design. The results of the springback simulation after bottoming were found to be in good agreement with the experimental results. In conclusion, the proposed bottoming method is expected to be widely used as a practical method of reducing springback in industry.
본 연구에서는 스마트 폰 배터리 캔에 사용되는 알루미늄 사각형 제품의 다단 딥드로잉 양 시 나타나는 스프링백 현상을 해결하기 위해 Bottoming을 적용하여 다단 딥드로잉 유한요소해석 및 스프링백 해석을 수행하였다. 또한 스프링백 제어 방안으로 Bottoming을 적용하였을 때 다양한 공정 조합에 의해 최적의 스프링백 제어가 가능함을 여러 Case로 분류하여 연구를 수행하였고 이를 실제 양산 금형에 적용하여 그 유용성을 검증하였다.
제안 방법
본 연구에서는 스마트 폰 배터리 캔에 사용되는 알루미늄 사각형 제품의 다단 딥드로잉 양 시 나타나는 스프링백 현상을 해결하기 위해 Bottoming을 적용하여 다단 딥드로잉 유한요소해석 및 스프링백 해석을 수행하였다. 또한 스프링백 제어 방안으로 Bottoming을 적용하였을 때 다양한 공정 조합에 의해 최적의 스프링백 제어가 가능함을 여러 Case로 분류하여 연구를 수행하였고 이를 실제 양산 금형에 적용하여 그 유용성을 검증하였다.
대상 데이터
반면 펀치 행정 거리가 적으면 소재와 bottoming 패드 간에 접촉이 없어서 스프링백을 제어할 수 없다. 본 연구에서 사용된 스마트 폰 배터리 케이스 캔 제품은 매우 얇은 두께의 소재(0.55mm)를 사용하기 때문에, 펀치 행정을 소재 두 께의 5~10%로 결정하여 해석을 수행하였다.
이론/모형
Bottoming 공정 해석을 위해 상용 동적 유한 요소 해석 프로그램인 DYNAFORM 5.9.2.1을 사용하였다[10]. 성형에 필요한 전체 6공정 중 본 연구에서는 스프링백이 발생하는 2공정 드로잉 해석과 스프링백을 제어하는 2 공정 해석만 제시하였다.
33이다. 유한 요소 해석에 사용된 소재의 hardening curve는 식 (1)의 Swift model이 사용되었다.
성능/효과
1. 다단 딥드로잉에서 기존의 스프링백 감소 방법이 아닌 새로운 방법인 Bottoming 공법이 적용 가능 한 것을 검증하였다.
2. 실제 생산 제품의 스프링백 발생량 θ1값이 91.42°에 서 Bottoming을 적용하여 1.2° 감소됨을 확인하였다.
후속연구
3. 향후 Bottoming 공법의 적용으로 스프링백 제어가 효과적으로 나타날 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
다단 딥드로잉 공정이란?
사각 컵 형상을 성형하기 위해서는 초기 평판 소재를 타원 형상으로 자른 뒤 여러 단계의 딥드로잉 공정을 거쳐 원하는 형상으로의 판재를 성형하는 다단 딥 드로잉 공정(multi-stage deep drawing process)이 주로 활용되고 있다. 다단 딥드로잉 공정은 성형 과정에 있어서 판재의 과도한 변형에 의한 두꺼워짐, 얇아짐, 찢어짐 그리고 주름 등의 발생 없이 초기 평판재로부터 원하는 형상을 다단으로 성형하는 공정이다. 하지만, 다단 딥드로잉 공정을 거치면서 판재의 탄성 복원에 의한 스프링 백 현상이 나타나며 성형된 제품 형상이 금형의 형상을 벗어나게 된다.
오버 벤딩 공법의 문제점은?
산업 현장에서는 이러한 스프링백을 감소시키기 위한 방법으로는 오버 벤딩(overbending), 코너 세트(corner set), 아이어닝(ironing) 공법이 주로 사용되고 있다. 오버 벤딩 공법은 여러 번의 시행착오(try-out)를 거쳐 결정해야 하는 번거로움과 언더컷(under cut) 발생 시 금형에 큰 손상을 가하는 문제점이 있다. 코너 세트 공법의 경우 벤딩 부 안쪽 코너에 국부적인 압축응력을 가하므로 펀치의 파손 발생이 문제가 되고 있다.
휴대 전화의 배터리 캔의 조립 시 발생하는 품질 문제 개선을 위해 중요한 것은?
또한 최종 조립된 부품은 다단계 딥드로잉 후 스프링백으로 인해 조립 문제가 발생한다. 이러한 배터리 캔의 조립 시 발생하는 품질 문제를 개선하기 위해서 는 드로잉 후 스프링을 줄이기는 것이 매우 중요하다. 스프링백을 감소시키기 위해 산업 현장에서는 over bending, corner setting 및 Ironing 등의 경험적 방법을 적용해 왔으나, 본 연구에서는 유한 요소법을 이용한 보토밍(Bottoming)법을 제안하여 스프링을 줄이는 실용적이고 과학적인 방법을 제안하였다.
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