[논문]AZ31B 마그네슘합금 판재의 고온 스프링백 특성

최선철; 이한수; 김형종; 이경택; 김헌영

AZ31B 마그네슘합금 판재의 고온 스프링백 특성
Springback Characteristics of AZ31B Magnesium Alloy Sheet at Elevated Temperature 원문보기

최선철 (강원대학교 대학원 기계.메카트로닉스 공학과) , 이한수 (강원대학교 대학원 기계.메카트로닉스 공학과) , 김형종 (강원대학교 기계.메카트로닉스 공학부) , 이경택 ((주) 오스템 기술연구소) , 김헌영 (강원대학교 대학원 기계.메카트로닉스 공학부)

The effect of process parameters on springback of AZ31B magnesium alloy sheet was investigated by performing 2D draw bending test at the elevated temperatures. And also the springback characteristics were studied different blank holding forces between 30 to 250 kgf. Springback was considerably reduced at higher temperatures than $200^{\circ}C$. The blank holding force in the range used, however, had little influence on springback in isothermal tests. For a given temperature, springback decreased with increasing blank holding force in non-isothermal tests.

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문제 정의

2D 드로벤딩 시험은 스프링백의 특성 규명 과 정량적 분석을 위하여 NUMISHEET, 93[6]에서 벤치마크 문제로 제시하였던 모델로, 형상에 의한 구속이 없어 매우 큰 탄성 회복을 유발하며, 다양한 하중조건에서 시험이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 2D 드로벤딩 시험을 통해 AZ31B 마그네슘 합금 판 재 의 스프링백 특성을 평가하고자 한다.
본 연구에서는 2D 드로벤딩 시험을 통하여 AZ31B 마그네슘 합금 판재의 고온스프링백 특성을 실험적으로 평가하였다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
비등온시험은 다이와 블랭크 홀더만 일정한 온 도로 가열하고 펀치는 가열하지 않은 상태로 실시하였다. 이 시험은 디프드로잉에서 성형성을 극대화하기 위하여 펀치를 오히려 냉각시키는 경우를 고려하여 이때의 스프링백 특성을 조사하는 데 그 목적이 있다. 다이와 블랭크홀더의 온도는 200℃, 250℃, 300℃ 등 3가지로 설정하였으며, 각 경우 펀치온도는 100℃, 110℃, 12(广C 를 유지하도록 하였다.

제안 방법

이 시험은 디프드로잉에서 성형성을 극대화하기 위하여 펀치를 오히려 냉각시키는 경우를 고려하여 이때의 스프링백 특성을 조사하는 데 그 목적이 있다. 다이와 블랭크홀더의 온도는 200℃, 250℃, 300℃ 등 3가지로 설정하였으며, 각 경우 펀치온도는 100℃, 110℃, 12(广C 를 유지하도록 하였다. 시험도중 열전도로 인하여 편치 온도가 약간 상승하므로 설정한 온도까지 내려갈 때까지 기다렸다가 다음 시험을 진행하였다.
등온시험은 다이, 블랭크홀더 및 펀치의 온도를 각각 제어하여 동일하게 설정한 온도가 되었을 때 실시하였다. Fig.
금형의 주요 치수 및 형상은 선행연구와 동일하며, 시편은 길이(압연 방 향) 350mm, 폭 35mm의 직사각형 형상을 사용하였다. 블랭크 흘딩 력은 30, 50(비등온 시험은 60), 120 및 250kgf를 주었으며, 온도는 금형에 삽입한 카트리지를 직접 가열하는 방법으로 25, 100, 200, 250 및 300℃로 설정하였다. 펀치 속도 및 행정은 모든 시험에서 동일하게 l.
비등온시험은 다이와 블랭크 홀더만 일정한 온 도로 가열하고 펀치는 가열하지 않은 상태로 실시하였다. 이 시험은 디프드로잉에서 성형성을 극대화하기 위하여 펀치를 오히려 냉각시키는 경우를 고려하여 이때의 스프링백 특성을 조사하는 데 그 목적이 있다.
본 연구팀은 선행연구[3]를 통해 열간 성형시험 기를 소개한 바 있다. 여기에 본 시험과 같이 30~250kgf 정도의 작은 블랭크홀딩력 (blank holding force, BHF)을 제어하기 위해 추가적으로 2ton 로드셀 및 장치를 설계.제작하였다.
시험은 상.하금형과 펀치를 모두 같은 온도로 가 열하는 등온시험과 상, 하 금형만 가열하고 펀치는 가열하지 않는 비등온 시험으로 나누어 진행하였다. 스프링 백 각도는 시편을 스캔한 후 AutoCAD 를 사용하여 Fig.

대상 데이터

0mm의 AZ31B 마그네슘 합금 판 재이다. 금형의 주요 치수 및 형상은 선행연구와 동일하며, 시편은 길이(압연 방 향) 350mm, 폭 35mm의 직사각형 형상을 사용하였다. 블랭크 흘딩 력은 30, 50(비등온 시험은 60), 120 및 250kgf를 주었으며, 온도는 금형에 삽입한 카트리지를 직접 가열하는 방법으로 25, 100, 200, 250 및 300℃로 설정하였다.
실험에 사용한 소재는 두께 1.0mm의 AZ31B 마그네슘 합금 판 재이다. 금형의 주요 치수 및 형상은 선행연구와 동일하며, 시편은 길이(압연 방 향) 350mm, 폭 35mm의 직사각형 형상을 사용하였다.

이론/모형

하금형과 펀치를 모두 같은 온도로 가 열하는 등온시험과 상, 하 금형만 가열하고 펀치는 가열하지 않는 비등온 시험으로 나누어 진행하였다. 스프링 백 각도는 시편을 스캔한 후 AutoCAD 를 사용하여 Fig. 2에 표시한 NUMISHEET, 93 규정에 따라 즉정하였다.

성능/효과

(1) 다이, 블랭크 홀더 및 펀치를 일정한 온도로가 열하는 등온 시험의 경우, 정도는 미미하지만 BHF가 커질수록 25℃에서는 스프링백이 증가하였고, 100℃ 에서는 감소하였다. 200℃ 이상에서는 스프링백의 영향이 거의 나타나지 않았다.
(2) 펀치를 가열하지 않는 비등온 시험의 경우, 200℃ 이상에서도 스프링백이 상당량 발생하였으며, BHF가 커질수록 온도가 높을수록 스프링백은 감소 하였다.

후속연구

(3) 펀치를 냉각하여 성형성을 극대화하고자 하는 공정의 경우에는 특히 본 연구 결과가 고온에서의 스프링백을 예측하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다

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