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문제 정의
- 본 연구에서는 V-링의 위치에 따른 재료의 변형 거동에 대해 해석을 실시하여 분석12)하고, 이를 토대로 실험을 통하여 다이 롤 높이에 대하여 비교 고찰하고자 한다.
- 본 연구에서는 v-링의 위치에 따른 재료의 유동이 전단 단면 다이 롤 높이에 영향을 미치는 변형 거동에 대하여 해석과 실험을 통하여 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻게되었다.
제안 방법
- 이춘규1°)는 파인블랭킹 공정에서 V-링 압력과 클리어런스가 다이 롤 높이에 미치는 영향에 대한 연구를 통하여 V-링의 압력이 다이롤의 형성에 미치는 영향에 대하여 연구하였으며, 파인블랭킹 공정에서 전단면의 크기 변형에 관한 연구를 통하여 전단 면의 크기에 영향을 미치는 인자들을 강소성 유한요소법을 기반으로 하는 상용 프로그램인 Deform 2E"를 사용하여 비교하며 실험 연구하였다
- 경계 조건으로 X축은 재료의 끝단 부분은 움직임이 발생되지 않도록 고정하였고 블랭킹 펀치의 움직임은 Z축 방향点 스텝간격 0.01mm 로 설정하여 최대 재료의 두께인 3.0mm 까지 증분 스텝을 적용하였다. 이때에 V-링은 완전한 압입이 이뤄질 수 있도록 하기 위하여 140M&의 압력을 전단이 발생되기 전에 가해지도록 설정하여 완전한 압입을 이루도록 설정하였다
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2. 실험방법
실험에서는 두께 3.0mm 의 냉간압연 강판(SCP-1) 과 산세처리강판(SHP-1)을 사용하여, V-형 압입 링의 위치를 이동시키면서 전체 재료 두께의 90% 를 전단한 상태에서 전단면의 크기 및 다이 롤의 크기와 파단면의 발생 유무를 고찰하며, 해석에 의한 고찰과 전단 실험에서 얻어진 결과와 재료의 변형 거동과의 관계를 비교하고자 한다
. - 전단실험에는 해석에서 나타난 결과를 참고하여 V-링의 위치는 냉간압연 강판(SCP-1)의 경우에는 전 단선에서부터 1.5mm 를 설정하고, 산세처리강판 (SHP-1)의 경우에는 전단선에서부터 2.0mm 의 위치를 설정하여 실험을 실시하였다 이때에 V-링의 압력은 완전하게 소재로 파고 들어갈 수 있도록 하기 위하여 해석에서 사용한 값과 동일하게 140MPa 를적용하여 전단이 진행되기 이전에 완전한 압입이 이뤄질 수 있도록 하였으며, 전단 속도는 을 적용하였으며, 전체 재료 두께의 90% 부분까지 전단을 실시하였으며, 전단에서 파단면은 발생되지 않았으며, 실험결과를 Table 5에 나타내었다.
- 5mm 를 적용하였다. 제품의 전체 둘레에 대하여 적용하였고, 위치는 전 단선에서부터 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm 로 설정하였으며, 클리어런스는 재료 두께의 l%t 를 적용하고, V-링의 압력은 전체의 실험에 대하여 동일한 조건인 140MPa 를 설정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용한 피 가공 재료는 범용 기계식프레스를 사용했기 때문에 비교적 전단 가공의 용이함과 금형의 강성 및 프레스 기계의 공칭압력을 고려하여 두께 3.0mm의 냉간압연 강판(SCP-1)과 산세 처리 강판(SHP-1) 을사용하였다
- 실험에 사용되는 금형 파트는 Table 3과 같이 1-15, 2-15, 1-20, 2-20, 1-25, 2-25 으로 나타내고 숫자의 전반부 첫째자리는 실험에 사용된 재료의 종류를 나타내며, 후반부 두 자리는 전단선에서부터 V링의 위치를 나타내고 있다.
데이터처리
- 실험과 해석을 비교하기 위하여, 해석 프로그램은 DEFORM을 사용하였으며, Damage value는 여러 참고 문헌을 확인한 결과 0.5~1.5 사이의 값이 가장 많이 적용된 것으로 조사되어, 본 실험에서는 0.9로 설정하였다
성능/효과
- 1) 전단 해석을 실시한 결과 V-링의 위치에 따라 재료의 유동방향 즉, 힘의 방향이 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며 그로 인하여 다이 롤의 높이가 다르게 되는 것을 알 수 있었다
- 2) 전단해석 결과 SCP-1 에서는 V-링의 위치는 1.5mm 에서 다이 롤의 높이가 가장 낮게 되는 것으로 나타났다.
- 3) 전단해석 결과 SHP-1 에서는 V-링의 위치는 2.0mm 에서 다이 롤의 높이가 가장 낮게 되는 것으로 나타났다.
- 4) 해석과 실험을 실시한 결과 다이 롤의 높이에 대한 값의 차이는 발생하였으나, SCP-1 이 연질이므로 SHP-1에 비하여 전단과정에서 다이 롤 높이가 높게 됨을 알 수 있었다.
- 5) 해석과 실험결과를 비교 고찰한 결과 V-링의 압입량이 전단과정에서 다이 롤의 생성에 크게 영향을 미침을 알 수 있었다.
- SEM을 통해 미세구조를 관찰한 결과, 두 재료 모두 페라이트 기지조직에서 불순물로 C, P, S, Cr, Mn, F 등을 함유한 것으로 조사되었다
- 다이 롤 높이는 전단과정에서 발생하는 눌린 면으로 인장시험에서 나타난 것과 같이 1차 실험한 SCP-1 이 연질의 재료이므로 SHP-1에 비하여 다이롤의 높이가 높게 되는 것으로 나타났다.
- 2와 Table 2 에 나타낸다. 실험결과 냉간압연 강판(SCP-1)은 최대 인장강도 294.6N/mm2, 항복강도 221.3N/mm2 으로 조사되었으며, 산세처리강판(SHP-1)의 최대 인장강도는 349.2N/mm2 항복강도 275.5N/mm2 로 조사되어, 파인블랭킹에 의해 전단이 양호한 재질임을 알 수 있었다.
- 해석에 의하여 얻어진 결과를 참고하여 실험을 실시한 결과 Fig. 4와 같이 SCP-1 에서는 V-링 위치 1.5mm 에서 0.248mm 로 소재 두께 3.0mm 에 대하여 8.27% 의 다이 롤 높이를 나타냈으며, SHP-1 에서는 V-링의 위치 2.0mm 에서 0.237mm 로 소재 두께 3.0mm 에 대하여 7.90% 로 다이 롤 높이가 발생되었다
- 해석에 의해 얻어진 결과와 실험에 의하여 얻어진 결과를 비교한 결과 V-링의 높이에 대한 변화되는 경향은 비슷하게 나타났으나, 실제 실험에 의하여 얻어진 값과는 약간의 차이를 나타내었다. 이는 실험 과정에서 V-링의 압입이 재료 면에 대하여 완전하게 압입되지 못한 상태로 전단이 이뤄짐에 따른 결과 값의 차이로 사료된다
- 해석을 실시하며 재료의 움직임 즉, V-링에 의한 재료의 유동하는 힘의 방향을 확인한 결과 SCP-1 에서는 V-링의 위치 1.5mm, SHP-1 에서는 2.0mm 의 위치에서 다이 롤 방향으로 가장 많은 힘이 전달되는 것으로 고찰되었으며, 해석 결과 Fig. 3과 같이 SCP-1 에서는 V-링의 위치가 1.5mm 의 위치에서 0.212mm 로 소재 두께 3.0mm 에 대하여 7.07%로 가장 낮은 다이 롤 높이를 나타냈으며, SHP-1 에서는 2.0mm 의 위치에서 0.184mm 로 소재 두께 3.0mm에 대하여 6.13%底 가장 낮게 되는 것으로 나타났다.
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1. 전단해석
해석프로그램을 이용하여 실험한 결과 Table 4 와 같이 냉간압연 강판(SCP-1)의 경우에는 V-링의 위치가 전단선에서 1.5mm 의 위치가 가장 적합하게 재료의 유동이 다이 롤이 발생되는 위치로 향하면서 발생하는 것으로 조사되었으며, 산세처리강판 (SHP-1)의 경우에는 전단선에서부터 2.0mm 의 위치가 가장 유효한 전단면을 만들 수 있도록 재료가 유동하는 힘의 방향이 나타나는 것으로 조사되었다
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후속연구
- 본 연구에서는 V-링의 위치에 따른 다이 롤의 높이에 변화에 대하여 해석과 실험을 통하여 비교 고찰 하였고, V-링의 압입량이 다이 롤의 높이 변화에 크게 영향을 미치는 것으로 고찰되었으며, V-링의 길이, 높이에 대한 압입력에 대한 연구가 지속되어야 할 것이다
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