[논문]2차원 튜브벤딩의 단면 변형에 관한 실험적 연구: 인장, 벤딩 시퀀스 및 벤딩 각도 중심으로

하태광

doi:10.5228/kstp.2023.32.4.221

2차원 튜브벤딩의 단면 변형에 관한 실험적 연구: 인장, 벤딩 시퀀스 및 벤딩 각도 중심으로
An Experimental Study on Cross-sectional Deformation in 2D Tube Bending: Stretch, Bending Sequence and Bending Angle 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.32 no.4, 2023년, pp.221 - 227

하태광 (한화에어로스페이스 레이저체계팀)

Abstract ▼ AI-Helper

While tube bending is a conventional forming technique, it is still used to make curved products for load-bearing members or aesthetically pleasing parts in various manufacturing industries such as automotive, aerospace, and others. Whole or local deformation of the final product such as springback, distortion, or local buckling are of interest in metal forming or precision manufacturing. In this paper, the factors affecting the cross-sectional deformation are explored. A 5-axis stretch bending machine was used for two-dimensional bending with extruded AA6082-T4 rectangular tubes. Three different bending sequences were employed: stretch before bending, stretch after bending, simultaneous bending and stretch. Furthermore, by considering both the stretch and bending angle, cross-sectional deformation was also analyzed. It was observed that employing stretch bending techniques can effectively reduce cross-sectional deformation and contribute to overall quality enhancement. Through this study, it was revealed that these factors have an impact on the cross-sectional deformation of the tubes.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1 Advanced stretch bending machine (θ₁=25⁰)
그림 Fig. 2 Bending sequence: (a) top view; (b) front view; (c) pre-stretch before bending; (d) bending
표 Table 1 Sequences for stretch bending
그림 Fig. 3 Measuring local deformations: (a) measurement points; (b) initial shape; (c) shape after forming
표 Table 2 Mechanical properties of AA6082-T4
그림 Fig. 4 Samples (θ₁=25⁰): (a) SQ-1; (b) SQ-2; (c) SQ-3
그림 Fig. 5 Cross sections: (a) 0% pre-stretch in SQ-1; (b) 2% pre-stretch in SQ-1; (c) 2% post-stretch in SQ-2
그림 Fig. 6 Sagging: (a) SQ-1; (b) SQ-2; (c) SQ-3
그림 Fig. 7 Width: (a) SQ-1; (b) SQ-2; (c) SQ-3
그림 Fig. 8 Height: (a) SQ-1; (b) SQ-2; (c) SQ-3
그림 Fig. 9 Pre-stretched bent samples
그림 Fig. 10 Sagging: (a) θ₁=5⁰; (b) θ₁=15⁰; (c) θ₁=25⁰
그림 Fig. 11 Width: (a) θ₁=5⁰; (b) θ₁=15⁰; (c) θ₁=25⁰
그림 Fig. 12 Height: (a) θ₁=5⁰; (b) θ₁=15⁰; (c) θ₁=25⁰
표 Table 3 Cross-sectional deformation by stretch increase

AI 본문요약
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문제 정의

벤딩 후의 제품은 벤딩공정과 같은 인자들에 의해서도 국부적인 변형이 발생하게 된다. 따라서, 본 연구에서는 인장 벤딩장비를 사용하여 2차원 벤딩의 공정변화가 프로파일 단면 변형에 어떠한 영향을 주는지 파악하였다. 인장, 벤딩 시퀀스 및 벤딩 각도를 변수로 설정하고 튜브의 단면 변형에 미치는 영향을 실험을 통하여 분석하여, 제품 품질을 향상시킬수 있도록 자료를 제시하고자 한다.
따라서, 본 연구에서는 인장 벤딩장비를 사용하여 2차원 벤딩의 공정변화가 프로파일 단면 변형에 어떠한 영향을 주는지 파악하였다. 인장, 벤딩 시퀀스 및 벤딩 각도를 변수로 설정하고 튜브의 단면 변형에 미치는 영향을 실험을 통하여 분석하여, 제품 품질을 향상시킬수 있도록 자료를 제시하고자 한다.

제안 방법

2차원 튜브벤딩에서 제품의 정밀한 치수를 얻고 치수 품질을 향상시키기 위하여 60 mm×40 mm, 3mm의 AA6082-T4 사각 중공 튜브의 단면 변형에 관한 실험을 수행하였다
Fig. 4(a)의 0%와 2%의 pre-stretch의 경우 열 번의 벤딩을 반복적으로 수행하였고, 인장량 0%, 1%, 2% 세 가지 경우에 대해서 분석하였다. 그리고, 평균값과 표준오차를 사용하여 측정 결과를 나타내었다.
2차원 튜브벤딩에서 제품의 정밀한 치수를 얻고 치수 품질을 향상시키기 위하여 60 mm×40 mm, 3mm의 AA6082-T4 사각 중공 튜브의 단면 변형에 관한 실험을 수행하였다. 5축 인장 벤딩 장비를 사용하여 벤딩 시퀀스 및 튜브 인장량에 따른 단면 변형을 파악하였다. 그리고 벤딩 각도와 튜브 인장량에 따른 영향도 고려하여 단면 변형에 영향을 미치는 요소들도 분석하였다.
5축 인장 벤딩 장비를 사용하여 벤딩 시퀀스 및 튜브 인장량에 따른 단면 변형을 파악하였다. 그리고 벤딩 각도와 튜브 인장량에 따른 영향도 고려하여 단면 변형에 영향을 미치는 요소들도 분석하였다. 인장, 벤딩 시퀀스 및 벤딩 각도에 따른 단면 변형에 관한 실험적 연구 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

실험에 사용한 소재는 AA6082-T4로써 폭 60mm, 높이 40mm, 두께 3mm의 사각단면의 튜브이다. 모서리 내측 및 외측부 둥글기 반지름은 1mm와 2mm이고, 1900mm 길이의 튜브를 사용하였으며 1%와 2%의 인장을 위한 튜브는 절단하여 사용하였다.
본 연구는 Norwegian University of Science and Technology(NTNU)의 장비를 이용하여 실험하였으며, 도움을 주신 NTNU의 Torgeir Welo, Geir Ringen, Jun Ma 교수님들과 Texas A&M University의 Jyhwen Wang 교수님께 저자는 감사드립니다.
실험에 사용한 소재는 AA6082-T4로써 폭 60mm, 높이 40mm, 두께 3mm의 사각단면의 튜브이다. 모서리 내측 및 외측부 둥글기 반지름은 1mm와 2mm이고, 1900mm 길이의 튜브를 사용하였으며 1%와 2%의 인장을 위한 튜브는 절단하여 사용하였다.

데이터처리

4(a)의 0%와 2%의 pre-stretch의 경우 열 번의 벤딩을 반복적으로 수행하였고, 인장량 0%, 1%, 2% 세 가지 경우에 대해서 분석하였다. 그리고, 평균값과 표준오차를 사용하여 측정 결과를 나타내었다.

성능/효과

(1) 벤딩 전 인장(SQ-1), 벤딩 후 인장(SQ-2), 벤딩과 인장을 동시(SQ-3)에 하는 세 가지 벤딩 시퀀스 중에서 SQ-1이 단면 변형에 적은 영향을 주었다.
(3) 벤딩 각도가 증가할수록 새깅도 증가하고, 단면의 폭과 높이도 감소하였으며 동일한 벤딩 각도에서도 인장량 증가가 폭과 높이를 감소시켰다.

후속연구

(4) 벤딩 전 인장 공정이 단면 변형에 적은 영향을 주지만, 인장량 증가는 단면 변형에 영향을 주기때문에 생산 요구조건에 따라 인장량을 선정해야 할 것으로 사료된다.

참고문헌 (8)

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