[논문]마그네슘합금 판재 정밀성형을 위한 판단조 공정 연구

송용현; 김세종; 이영선; 윤은유

doi:10.5228/kstp.2021.30.1.35

마그네슘합금 판재 정밀성형을 위한 판단조 공정 연구
Plate Forging Process for Near-net Shaping of Mg-alloy Sheet 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.30 no.1, 2021년, pp.35 - 42

송용현 (한국재료연구원 재료디지털플랫폼연구본부) , 김세종 (한국재료연구원 재료디지털플랫폼연구본부) , 이영선 (한국재료연구원 재료디지털플랫폼연구본부) , 윤은유 (한국재료연구원 재료디지털플랫폼연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

Magnesium alloys are used in electronic devices such as laptops due to their lightweight features as well as vibration absorption and electromagnetic shielding properties. However, the precision of electronics is limited by the large number of small and precise ribs, the cost-effective manufacture of which requires appropriate technology. Plate forging is an efficient manufacturing process that can address these challenges. In this study, plate forging of magnesium alloys was investigated specifically for the fabrication of laptop cover. The plate forging process with back-pressure was used for near-net shape formation. Finite element analysis was used to select appropriate variables for back-pressure formation to generate ribs of various sizes and shapes without defects. The reliability of the analysis was verified to manufacture the prototype. The effect of back-pressure can be verified via fabrication of prototypes as well as structure and forming analysis based on finite element method. The process design factor of back-pressure increases formability without defects of under-filling and flow-through. Moreover, the tensile strength was maintained even after high temperature plate forging at 370 ℃, and the elongation was improved.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1 Geometric example with embossment of inner surface of electronic component
그림 Fig. 2 Geometry of sub-size model of electronic component
그림 Fig. 3 Initial plate obtained through wire machining from 4.5mm AZ31B sheet
그림 Fig. 4 Appearance of formed part on conventional plate forging; (a) applied load 380tonf, (b) applied load 690tonf
그림 Fig. 5 Schematic of plate forging dieset with temperature cooling and gutter to suppressed slash
그림 Fig. 6 FE-model of dieset assembly for plate forging of AZ31 thick sheet
그림 Fig. 7 Flow stress diagram of AZ31B for FE-simulation; Experiment result and Swift hardening model
그림 Fig. 8 Patterns of formed plate using back pressure; (a) stroke 0mm, (b) stroke 0.5mm, (c) stroke 1.mm and (d) stroke 1.5mm
그림 Fig. 9 Patterns of formed plate by conventional pressing without back pressure
표 Table 1 FE-simulation conditions of plate forging process with back-pressure
그림 Fig. 10 Press forging toolset of sub-size model; (a) punch and (b) die
그림 Fig. 11 Sub-size forged products of Mg alloys; (a) AZ31B, (b) AM50 and (c) AZ91
표 Table 2 Experimental conditions for plate forging process of sub-size model
그림 Fig. 12 Region and specimen of tensile test; (a) region of tensile test specimens from the forged product and (b) dimension of sub-size tensile specimen
그림 Fig. 13 Tensile stress-strain curves of (a) Mg alloys (AZ31B, AZ91, AM50) after forging process and (b) comparison tensile properties of as received and forged AZ31B
그림 Fig. 14 Microstructure of (a) as received AZ31B sheet and (b) after forged AZ31B

AI 본문요약
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제안 방법

실험에 사용된 제품은 크기를 줄인 축소모델임에도 불구하고 최소 700tonf 이상의 하중이 필요함을 감안하면 실제 노트북의 규격에 맞춰 성형하기 위해서는 수천 톤의 하중이 필요할 뿐만 아니라 앞선 결과처럼 중앙의 휨 발생이 우려되고 있다. 따라서 본 연구에서는 결함 발생의 억제와 요구 하중을 저감하기 위해 새로운 방식의 금형 구조를 제안하였으며 Fig. 5에 다이 셋의 개략도를 나타내고 있다.
유한요소해석을 통해 제안된 배압(back-pressure)성형 기반의 판단조 공정은 실험을 통해 우수한 성형성과 특성이 입증됨으로써 전자제품 산업에 마그네슘 합금의 적용 가능성을 확인하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 실험 모델은 기존 제품(Fig. 1)의 외곽 치수 스케일을 1:3 으로 축소하고 많은 돌기들 중 주요 형상만을 선정하여 실제품 치수(actual-size)를 포함시킨 축소형(sub-size) 모델로 재설계된 형상은 Fig.

성능/효과

(1) Mg합금은 적정한 배압성형기술을 적용한 온간 판단조 기술을 이용하여 미세하면서도 다수의 돌기를 정형제조할 수 있는 방법을 제시하였다.
(2) Mg합금(AZ31B, AM50, AZ91)을 이용하여 단조 후 성형품의 상온인장 시험을 통해 특성을 비교한 결과 AZ91합금이 287MPa로 가장 우수하였고, 연신율은 AZ31B합금이 24%로 가장 우수하였다.

후속연구

금속소재 가운데 가장 높은 비강도를 갖고 있는 마그네슘 합금판재의 경우 휴대용 기기로의 사용 비중이 증가되었고 향후에도 활용 가능성이 높은 만큼 휴대용 모바일 기기 제조에 적합한 성형기술 개발의 필요성은 높다. 그러나, 대부분의 휴대용기기는 조립을 위해 제품 가장자리 부위에 미세하면서도 다수의 돌기를 형성하고 있어 이를 효과적으로 성형할 수 있는 공정기술개발은 Mg합금의 적용 가능성을 확대시키기에 매우 적절한 요소기술이라 할 수 있으며 본 논문에서 고찰된 기술의 핵심만 정리하면 다음과 같다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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