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문제 정의
- 최종 공정인플랜지 공정의 성형 불량으로서는 스 프링백 발생과 플랜지 부분의 국부적 파단 및 주 름을 들 수 있다. 따라서 스프링백 해석은 플랜지 성형이 완료된 후 실시하며, 그 결과를 분석하여 금형의 보정값으로 금형설계시 적용함을 목적으로 한다. Fig.
- 리어 사이드 멤버 판넬의 스프링 백 현상에 따른 성형 불량은 앞에서 언급하였듯이 벽젖힘, 벽휨, 비틀림 등이 대표적이다. 본 논문에서는 스프링 백 해석을 수행하여 해석 결과를 실제 금형설계에 적용하여 금형을 제작하였고, 그 결과를 평가하였다.
제안 방법
- 본 논문에서는 효율적인 스프링 백 해석 시스템을 제안하였고, 박판성형해석 전용 프로그램인 Z-STAMP 상에서 구현하였다. 대형 모델의 스프링 백해석을 효율적으로 수행하기 위하여 다중 프론트 해석 방법 (multi-frontal solving algorithm)-4- 적용하였다.
- 개발된 프로그램의 효율성을 입증하기 위해 자동차 차체 부품인 리어 멤버 사이드에 대해 다 공 정 해석을 수행하고, 공정별 성형 문제 및 스프링 백보정 량을 금형 제작 시 적용하였다. 스프링백의 정확한 평가를 위해 양산부품 측정시의 경계조건 과 동일한 조건으로 스프링백 해석을 수행하고, 정밀도 측정도 양산 부품 평가방법인 GAP 과 FLUSH 를 활용하여 평가하였다.
- 6의 드로우 공정에 나타나는 성형 불량은 주로 파단(fracture), 주름(wrinkling) 그리고 선밀림 (slip line)등이 지배적이다. 플랜지 공정에서 성형될 부분의 실장길이를 전개하여 만든 트림라인을 이용하여 드로우 성 형 판넬을 트리밍한다. 최종 공정인플랜지 공정의 성형 불량으로서는 스 프링백 발생과 플랜지 부분의 국부적 파단 및 주 름을 들 수 있다.
- 본 연구에서는 스프링 백 해석을 이용하여 플랜징 후의 변형량을 구하여 완성 판넬에서의 갭과 플러쉬를 사전에 해석을 통하여 평가하여 보정량을 구하여 적용하였으며 실제 실험과 비교하여 버 았다.
- 스프링 백 해석에 있어 강체 운동을 제어하기 위한 경계조건(boundary conditions)은 해석 결과에 대단히 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 실제 판넬에 대해 갭과 플러쉬를 측정하는 체커상의 경계조건을 그대로 이용하여 스프링 백 해석 경계조건으로 설정하였다. Fig.
- 12에서는 Z축 변위를 나타내는데, 판넬 상단면의 꺼짐 및 들림에 의한 변형을 표현하며, 실판넬과도 잘 일치한다. 스프링백 해석 결과의 분석을 통하여 리어 사이드 멤버의 스프링 백 보정 량(compension value)을 결정하고 실제 금형 제작 에 적용하였다. 해석으로부터 결정된 스프링백 보정량의 정도를 검증하기 위해 체커 위에 주요 단면을 결정하고 게이지를 설치하였다.
- 스프링백 해석 결과의 분석을 통하여 리어 사이드 멤버의 스프링 백 보정 량(compension value)을 결정하고 실제 금형 제작 에 적용하였다. 해석으로부터 결정된 스프링백 보정량의 정도를 검증하기 위해 체커 위에 주요 단면을 결정하고 게이지를 설치하였다. 설치된 게 이 지 위치에 있어서 스프링백 해석결과와 실판넬 측정 결과를 비교 분석하였다.
- 해석으로부터 결정된 스프링백 보정량의 정도를 검증하기 위해 체커 위에 주요 단면을 결정하고 게이지를 설치하였다. 설치된 게 이 지 위치에 있어서 스프링백 해석결과와 실판넬 측정 결과를 비교 분석하였다. 게이지의 위치와 각 단면에서의 측정위치를 Fig.
- 13에서 게이지 A가 위치하는 곳의 단면은 한쪽이 열려 있는 형태를 하고 있으며, 나머지 3개의 게이지 단면은 같은 형상을 하고 있어서 측정의 조건은 크게 2가지이다. 즉벽 부위를 나타내는 ⑰©①©에 대해서는 Y축 변위량을, 플랜지 부위 및 상단면 부위를 나타내는 ④成每는 Z축 변위를 측정하였다. 성형해석에 의한 스프링 백해석의 정도 평가를 위해 각 게이지에 의해 측정된 실판넬의 거리를 기준으로 정하고, 허용공차를 고려한 성형해석 결과가 스펙을 만족하게 되는 경우를 0K, 만족하지 못한 경우를 NG라고 정의한다.
- (1) 자동차 차체 부품을 성형하기 위한 양산용 금형에 대해 다 공정에 대한 성형 해석 및 스프링 백 해석을 수행하고 그 결과를 양산금형 제작에 적용하였다.
- (3) 스프링 백 해석으로부터 얻어진 결과를 실제 양산금형에 적용하였고, 그 적용 결과를 바탕으로 스프링 백 해석을 양산 금형 제작 시 적용하는 경우에 대해 스프링 백 정밀도를 정량적으로 평가하였다.
- (2)리어 사이드 멤버를 대상으로 하여 멤버 류 에서 발생하는 대표적인 치수 정도 불량 항목에 대해 해석적 방법을 이용하여 분석하였고 공정변수가 미치는 영향도에 대해서도 평가하였다.
대상 데이터
- 7은 리어 '사이드 멤버 판넬의 공정별 해석을 위한 모델링을 나타낸다. 성형에 사용된 소재는 sprc340Mpa 급 고장력 강판이며, 기계적 특성을 Table 1과 같다.
이론/모형
- 따라서, 지난 십여년 동안 스프링백을 정확히 예측하기 위한 여러 연구들이 진행되었다. 대부분의 스프링백 해석은 동적외연적유한요소법(dynamic explicit FEM)°1] 의해 성형공정을 해석한 후, 그 결과를 이용하여 정적 내연적유한요소법(static implicit FEM)으로 스프링백 해석을 수행하였다. Mattiasson(지등은 수치 해석적 변수가 스프링백 해석 정도에 미치는 영향도를 분석하였다.
- 본 논문에서는 효율적인 스프링 백 해석 시스템을 제안하였고, 박판성형해석 전용 프로그램인 Z-STAMP 상에서 구현하였다. 대형 모델의 스프링 백해석을 효율적으로 수행하기 위하여 다중 프론트 해석 방법 (multi-frontal solving algorithm)-4- 적용하였다. 또한 스프링 백 해석 과정에서의 불안정거동을 해결하기 위해 연속 화 기법 (continuation method)를 사용하였다.
- 대형 모델의 스프링 백해석을 효율적으로 수행하기 위하여 다중 프론트 해석 방법 (multi-frontal solving algorithm)-4- 적용하였다. 또한 스프링 백 해석 과정에서의 불안정거동을 해결하기 위해 연속 화 기법 (continuation method)를 사용하였다.
- 개발된 프로그램의 효율성을 입증하기 위해 자동차 차체 부품인 리어 멤버 사이드에 대해 다 공 정 해석을 수행하고, 공정별 성형 문제 및 스프링 백보정 량을 금형 제작 시 적용하였다. 스프링백의 정확한 평가를 위해 양산부품 측정시의 경계조건 과 동일한 조건으로 스프링백 해석을 수행하고, 정밀도 측정도 양산 부품 평가방법인 GAP 과 FLUSH 를 활용하여 평가하였다.
- 박판재가 성형 후 금형으로부터 취출되었을 때 주름이 발생할 수 있으므로 이러한 현상을 스프링 백 해석시 고려할 수 있어야 한다. Riks 등 «2) 이 제안한 호-길이 방법 (arc-length method)을 적용하여 특이점을 지나 해석을 계속할 수 있으며 이때 평 형방정식은 다음 의 식으로 표현할 수 있다.
- 여기서, △는 증 분량을 나타낸다. 하중과 변위의 비를 나타내는 파라미터〃를 정의하는 방법에 따라 호-길이 방법은 여러 가지로 변형될 수 있으며 본 연구에서는 일반 화 변위법 (generalized displacement method)을 적 용하였다.
성능/효과
- 프레스성형에 의한 양산 부품의 스프링백해석 정밀도는 대략 73%의 해석신뢰도를 가진다고 말할 수 있다. 또 실판넬 대비 스프링백/고의경향은 26개의 측정점 중에서 9개에서 NG(밑줄)로 나타나 대략 65%의 신뢰도를 나타내었다. 따라서 스프링 백 해석 정밀도를 양산판넬 적용 조건에 따라 정량적으로 평가해 본 결과 아직 정확성이 부족하다고 판단되며, 이러한 오차의 발생은 해석시간의 한계에 따른 요소 크기의 제한, 플랜지 성형 시 플랜지부 구속 조건의 부족 그리고 양산금형을 대상으로 함에 따른 성 형해석 조건과 양산금형 조건의 불일치 등이 그 원인이라고 판단된다.
- 또 실판넬 대비 스프링백/고의경향은 26개의 측정점 중에서 9개에서 NG(밑줄)로 나타나 대략 65%의 신뢰도를 나타내었다. 따라서 스프링 백 해석 정밀도를 양산판넬 적용 조건에 따라 정량적으로 평가해 본 결과 아직 정확성이 부족하다고 판단되며, 이러한 오차의 발생은 해석시간의 한계에 따른 요소 크기의 제한, 플랜지 성형 시 플랜지부 구속 조건의 부족 그리고 양산금형을 대상으로 함에 따른 성 형해석 조건과 양산금형 조건의 불일치 등이 그 원인이라고 판단된다.
후속연구
- (4) 해석 시간 한계 및 형상 조건의 불리함 등의 이유로 양산금형에서의 스프링 백 정밀도는 충분하지 않았으며 향후 이러한 문제점을 해결하기 위한 노력이 기대된다.
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