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문제 정의
- 본 연구는 실제 6시그마 다구찌 방법(Taguchfs method)을 이용하여 실금형 조건에서 현재 스프링 백 정도 수준을 파악하고, 스프링백 해석 입력 인자 영향도 분석을 통해 입력 인자 최적화 조건을 선정하고, 영향도가 큰 인자에 대한 조건별 세부해석을 통해 스프링백 해석 정도를 높이는 데 목적이 있다.
제안 방법
- 큰 입력값과 세부 수준을 다음과 같이 선정하였다. 0P10 어댑티브 메쉬 레벨 (Adaptive Mesh Level) 2수준과 3수준, 0P30 어댑티브 메쉬레벨 3수준과 4수준, 두께방향 보간점 개수(Gauss Integration Point number through the thickness) 5개와 7개, 캠 옵셋(두께의 10% 더함) 적용과 미적용으로 4개 입력값과 2수준을 선택하여 6시그마의 다구찌 방법에 근거 총 8개의 인자로 구성된 직교좌표계를 선정하였다. 직교좌표계(L82[(7)]) 세부내용은 Table 1과 같다.
- 4개의 입력 조건 중 영향도가 가장 높은 0P10 AML의 경우 4수준에 대해, 0P30 AMLe 영향도는 낮지만, 0P10 AML과 0P30 AML 상호작용 존재하므로 0P30 AML 5수준에 대해, GIP와 캠 옵셋도 영향도가 높으므로 각각 5, 11, 48(최대 입력값)과 판넬 두께의 5%, 15%인 경우에 대해 세부해석 후 결과 분석하였다. 추가적으로 기존 4개 입력값에 포함되지 않았지만 중요한 캠 성형 속도, 캠 마찰력에 대해서도 추가 해석하였다.
- 6시그마 다구찌 방법을 이용하여 스프링백 해석 주요 입력값에 대한 인자 영향도 분석을 한 후 실제 멤버 파트에 대해 해석과 T/O 결과를 비교, 분석한 결과 다음과 같은 결론 얻었다.
- 스프링백 해석 입력값 최적화를 위해 우선 해석 정도에 미치는 영향이 큰 입력값 4개를 선정한 후, 입력값 4개에 대해 6시그마의 다구찌 방법에 근거한 직교좌표계(L82[(7)])를 구성한다.
- 스프링백 해석 정도를 높이기 위해서 다음과 같이 주인자에 대한 세부 조건별 해석을 수행하였다. 4개의 입력 조건 중 영향도가 가장 높은 0P10 AML의 경우 4수준에 대해, 0P30 AMLe 영향도는 낮지만, 0P10 AML과 0P30 AML 상호작용 존재하므로 0P30 AML 5수준에 대해, GIP와 캠 옵셋도 영향도가 높으므로 각각 5, 11, 48(최대 입력값)과 판넬 두께의 5%, 15%인 경우에 대해 세부해석 후 결과 분석하였다.
- 전체적으로 해석 결과가 실제 결과보다 스프링 백이 작은 경향을 나타내어 해석상 스프링 백을 크게 하기 위해 마찰력을 0.1에서 0.05로 낮추어 해석하였다. 그 결과 판넬 조립 공차인 ±0.
- 정확한 블랭크 위치를 위해 OP10 금형에 게이지(Gage)를 설치하였고, 측정은 단차(Flush) 35곳, 템플릿 (Template) 18곳으로 총 53곳을 CMM (Coordinate Measurement Machine)으로 실시하였다. 세부 측정 위치는 Fig.
- 직교좌표계 각 인자에 대해 영향도를 분석한 다음, 주인자(Main factor) 선정, 주인자로 구성된 최적 입력값 정의의 순으로 스프링백 해석 입력 값을 최적화한다.
- 4개의 입력 조건 중 영향도가 가장 높은 0P10 AML의 경우 4수준에 대해, 0P30 AMLe 영향도는 낮지만, 0P10 AML과 0P30 AML 상호작용 존재하므로 0P30 AML 5수준에 대해, GIP와 캠 옵셋도 영향도가 높으므로 각각 5, 11, 48(최대 입력값)과 판넬 두께의 5%, 15%인 경우에 대해 세부해석 후 결과 분석하였다. 추가적으로 기존 4개 입력값에 포함되지 않았지만 중요한 캠 성형 속도, 캠 마찰력에 대해서도 추가 해석하였다.
대상 데이터
- 멤버 재질은 인장 강도 440MPa, 두께 1.6mm, 크기 1, 100mmX570mm 이고, 프레스 종류는 싱글 액션(Single Action), 블랭크 홀딩력 60 톤, 쿠션스트로크(Cushion Stroke) 170mm 이다.
- 전체 공정은 4 개로 구성되어 있으며, 각 공정작업 내용은 0P10 드로우 공정, 0P30 캠 리스트라이크 공정, 0P20 과 0P40 트림 및 피어스 공정이다.
성능/효과
- 있다. (3) 두께방향 보간점 개수는 7 개, 캠 속도는 5m/s 가 스프링백 해석 정도 및 해석 시간 효율성에서 가장 적절하다고 사료된다.
- 각 인자별 영향도 분석 결과, 0P10 어댑티브 메쉬 레벨(0P10 AML) 39.6%, 캠 옵셋 35.2%, 두께방향 보간점 개수(GIP) 22.2%, 0P30 어댑티브 메쉬 레벨 1.2%의 순서로 영향도가 높았다. 그러므로 스프링백 해석 정도를 위해 최적화된 입력 조건은 OPIO AML 높을수록, 0P30 AML 높을수록, GIP가 클수록, 캠 옵셋을 한 경우이며, 안자(8)과 일치하였다.
- 05로 낮추어 해석하였다. 그 결과 판넬 조립 공차인 ±0.5mm 기준으로 Table 3과 같은 조건예서 스프링 백 해석 정도가 81%, 士LOmni 기준으로 92%가 되었다.
- 2%의 순서로 영향도가 높았다. 그러므로 스프링백 해석 정도를 위해 최적화된 입력 조건은 OPIO AML 높을수록, 0P30 AML 높을수록, GIP가 클수록, 캠 옵셋을 한 경우이며, 안자(8)과 일치하였다. 인자 영향도 분석 결과는 Table 2와 같다.
- 많았다. 스프링백 해석 정도는 오차 ±0.5 범위에서 GIP 가 5 인 경우와 GIP 가 7 인 경우의 스프링 백 정도가 74%로 동일하지만, GIP 가 7 인경우의 표준편차가 0.6562 로 GIP 가 5 인 경우의 0.6582 보다 더 낮아 스프링백 해석 정도 안정성이 좋았다 . GIP 에 따른 스프링백 해석 정도는 Fig.
- 스프링백 해석 정도와 시간을 모두 고려한 캠 속도는 5m/s가 가장 적절하였다. 캠 속도에 따른 스프링백 해석 정도는 Fig.
- 첫째, 스프링백 해석이 크고 둘째, 스프링 백경 계조건 단순하며 단차 (Flush) 와 면 비틀림 (Template) 측정이 용이하며 마지막으로, 펜더에 비해 해석시간 짧아 결과를 빨리 확인할 수 있다.
- 캠 옵셋량은 판넬 두께의 5%, 10%, 15% 중 10%일 때 스프링백 해석 정도가 가장 높으며 해석 시간 차이는 거의 없었다. 캠 옵셋량에 따른 스프링 백 해석 정도는 Fig.
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