[논문]유한요소해석을 이용한 하이브리드 헤밍과 롤러 헤밍의 비교

조덕상; 오명환; 김래형; 김지훈

doi:10.5228/kstp.30.3.119

[국내논문] 유한요소해석을 이용한 하이브리드 헤밍과 롤러 헤밍의 비교
Comparison of Hybrid Hemming and Roller Hemming Using Finite Element Analysis 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.30 no.3, 2021년, pp.119 - 124

조덕상 (부산대학교 기계공학부) , 오명환 (성우하이텍 R&D 본부 선행기술팀) , 김래형 (성우하이텍 R&D 본부 선행기술팀) , 김지훈 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the hybrid and roller hemming processes of aluminum alloy sheets were compared using the finite element analysis. The aluminum alloy 6014-T4 sheet with a thickness of 1 mm was used for the hemming process. The mechanical properties of the aluminum sheet obtained through a uniaxial tensile test were used for the simulation. The finite element analysis of hybrid and roller hemming was performed using a commercial software (ABAQUS) by the use of the mechanical properties. The finite element simulation results showed that the hybrid hemming holds an advantage over the roller hemming in terms of the dimensional accuracy

Keyword

표/그림 (18)

그림 Fig. 1 Hybrid roller hemming process
그림 Fig. 2 Types of defects in the hemming process
그림 Fig. 3 Measured tensile stress-strain curve of AA6014-T4
표 Table 1 Mechanical property of AA6014-T4
표 Table 3 Material constant of Hill yield function
표 Table 4 Material constant of swift model
그림 Fig. 4 Modeling of hybrid roller hemming process
그림 Fig. 5 Modeling of roller hemming process
그림 Fig. 6 Schematic models of hybrid roller hemming process
그림 Fig. 7 Center section before and after springback after hybrid roller hemming flanging stage
그림 Fig. 8 Center section before and after springback after hybrid roller hemming pre hemming stage
그림 Fig. 9 (a) Comparison finite element analysis result: roller hemming process after pre hemming
그림 Fig. 9 (b) Comparison finite element analysis result: hybrid roller hemming process after pre hemming
그림 Fig. 10 (a) Finite element analysis result: center section of hybrid roller hemming process
그림 Fig. 10 (b) Finite element analysis result: center section of roller hemming process
그림 Fig. 11 (a) Finite element analysis result: hybrid roller hemming process
그림 Fig. 11 (b) Finite element analysis result: roller hemming process
그림 Fig. 12 Comparison of hemming gap between hybrid roller hemming process and roller hemming process

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 하이브리드 헤밍 공정의 이점을 확인하기 위하여 기존의 롤러 헤밍 공정과의 형상결함과 헤밍품질의 척도인 헤밍갭(hemming gap)의 차이를 상용소프트웨어 ABAQUS프로그램을 이용하여 직선형상의 알루미늄 6014-T4시편의 하이브리드헤밍 공정을 분석하였다.

제안 방법

인장 시험 시편은 두께 1 mm 알루미늄 6014-T4 소재를 ASTM E8 standard 시험편을 압연방향을 기준으로 0°, 45°, 90° 각도로 각각 와이어 가공하여 제작하였다. 인장시험은 방향별로 진행하였고 소재의 항복강도 및 이방성 계수를 측정하였다. 측정된 인장 곡선은 Fig.
본 논문에서는 직선형상의 시편을 유한요소해석을 이용하여 하이브리드 헤밍 공정과 롤러 헤밍 공정을 같은 조건에서 구현하였고 그 결과를 비교하였다. 서론에서 언급하였듯이 3단계중 첫번째인 플랜징단계부터 진행하였다.
본 연구에서는 알루미늄 6014-T4 두께 1 mm 판재를 이용하여 하이브리드 헤밍 공정과 롤러헤밍 공정을 유한요소 해석하였으며, 그 결과를 비교 분석하였다. 본 논문에서 수행된 연구내용을 요약하면 다음과 같다.

대상 데이터

인장 시험 시편은 두께 1 mm 알루미늄 6014-T4 소재를 ASTM E8 standard 시험편을 압연방향을 기준으로 0°, 45°, 90° 각도로 각각 와이어 가공하여 제작하였다
마지막 단계에서는 롤러에 180 kgf의 하중을 부여하여 가압한 후 80 mm/s의 속도로 롤러 헤밍하여 공정을 완료하였다. 롤러 헤밍 공정에서는 하이브리드 헤밍 두 번째 공정에서 사용하였던 지그대신 롤러를 사용하여프리헤밍 공정을 하였다. 롤러 헤밍에서의 공정조건은 하이브리드 헤밍 공정조건과 같다.

성능/효과

(1) 하이브리드 헤밍과 롤러 헤밍의 유한요소 해석을 통해서 플랜징 단계, 프리헤밍 단계, 최종 단계의 형상을 예측할 수 있었다.
(2) 하이브리드 헤밍 공정과 롤러 헤밍 공정의 프리헤밍 단계에서의 유한요소해석결과를 비교하여보면 하이브리드 헤밍 공정의 경우에는 주름과 같은 형상결함이 발생하지 않지만 롤러 헤밍 공정의 경우에는 큰 주름이 발생하였다. 이는 롤러 헤밍의 경우 순차적으로 시편에 접촉하면서 주름을 발생시키기 때문이다.
(3) 하이브리드 헤밍 공정과 롤러 헤밍 공정의 롤러헤밍 단계에서의 유한요소해석결과를 비교하여보면 롤러 헤밍 공정의 경우 높이 차이가 더 크게 발생한다.
직선형상에서 최종 형상은 결함이 없지만, 곡선, 모서리 같은 형상의 헤밍 공정에서는 롤러가 유발하는 주름의 영향이 더 크게 나타날 수 있다. 롤러 하중, 플랜징길이 등의 공정 조건이 형상에 미치는 영향에 대한 추가 연구가 필요하다.

후속연구

직선형상에서 최종 형상은 결함이 없지만, 곡선, 모서리 같은 형상의 헤밍 공정에서는 롤러가 유발하는 주름의 영향이 더 크게 나타날 수 있다. 롤러 하중, 플랜징길이 등의 공정 조건이 형상에 미치는 영향에 대한 추가 연구가 필요하다.

참고문헌 (5)

J. H. Kim, J. H. Kwak, S. H. Kim, Y. H. Ju, H. S. Shin, 2016, Finite Element Analysis and Parameter Optimization for the Press Hemming of Automotive Closures, Trans. Mater. Process., Vol. 25, No. 1, pp. 29 ~ 35 https://doi.org/10.5228/KSTP.25.1.29

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B. Jonkers, 2006, Simulation of the Robot Roller Hemming Process, Master Thesis, University of Twente, Netherland.
Zhengwei Gu, Gang Wang, Ge Yu, 2020, Investigation on Fracture of a 6014-T4 Aluminum Alloy sheet in the Flanging and Hemming Process Based on Numerical and Experimental Methods, metals, Vol.10 pp.81 ~ 95. Doi:10.3390/met10010081
J. D. Rho, J. H. Kwak, S. H. Kim, Y. H. Ju, J. H. Kim, H. S. Shin, 2016, Deformation Mechanism of the Roller Hemming Process with the Finite Element Analysis, Trans. Mater. Process., Vol. 25, No. 5, pp.325 ~ 331 https://doi.org/10.5228/KSTP.2016.25.5.325

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R. Hill, 1948, A Theory of the Yielding and Plastic Flow of Anisotropic Metals, Proc. R. Soc. London, Ser. A, Vol. 193, No. 1033, pp. 281~297 https://doi.org/10.1098/rspa.1948.0045

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