초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종 목표는 다양한 형상의 판재성형제품의 제조가 가능한 하이브리드 점진판재성형 기술(hybrid incremental sheet forming, hybrid-ISF)을 개발하여 제품의 설계 자유도를 높이며 성형 공정에서의 스프링 백을 최소화하기 위한 기술을 개발하는 것에 있다. 이 목적 달성을 위해 실 산업에서 많이 사용되고 있는 두께 1mm 전후의 판재 재료를 대상으로 기존의 장출 성형 모드만의 ISF 기술의 한계를 극복하고 프레스 가공에서와 같이 드로잉 성형이 가능하도록 재료 플랜지부에

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종 목표는 다양한 형상의 판재성형제품의 제조가 가능한 하이브리드 점진판재성형 기술(hybrid incremental sheet forming, hybrid-ISF)을 개발하여 제품의 설계 자유도를 높이며 성형 공정에서의 스프링 백을 최소화하기 위한 기술을 개발하는 것에 있다. 이 목적 달성을 위해 실 산업에서 많이 사용되고 있는 두께 1mm 전후의 판재 재료를 대상으로 기존의 장출 성형 모드만의 ISF 기술의 한계를 극복하고 프레스 가공에서와 같이 드로잉 성형이 가능하도록 재료 플랜지부에 브릿지를 가공하여 점진판재성형을 수행한다. 또한 이동경화모델을 접목한 유한요소 해석을 통해 브릿지 가공에서 홀의 형상 및 위치에 대한 최적화를 수행하여 스프링 백의 발생을 최소로 하는 공정 설계기술을 완성한다.

□ 연구결과
본 연구에서는 CNC를 기반으로 한 하이브리드 ISF 기술개발을 위해서 사각 뿔 형상 제품의 양각 및 음각 및 실물 자동차 외판 성형을 수행하고 공정설계에 필요한 요소기술을 확보하였다. 구체적으로는 2축 인장실험기를 통하여 Mg과 Al에 대하여 항복곡면, 이동경화모델의 파라메타동정, DIC 기술을 이용한 성형한계변형률과 파단성형한계선도 도출 및 실험계획법을 원용한 공정최적화 기술, 유한요소해석기술과 하이브리드 ISF 제품의 설계기술을 확보하였다.
(1) 플랜지 부에 홀을 배열한 브릿지를 가공하여 재료의 유입을 허용한 하이브리드 ISF 성형 방법을 이용하여 사각 뿔 형상의 제품에 대하여 ISF 성형 실험과 CAE 해석을 수행하여 재료의 성형성을 증대시키고 스프링 백을 최소로 하는 하이브리드 ISF 기술을 확보하였다. 또한 ISF 공정에서 재료의 가공한계를 평가하는 수단으로 파단성형한계선(FLCF)을 도입하여 각 재료에 대한 성형한계를 평가하였고 자동차 실 부품들의 1/4 축소모델을 대상으로 하이브리드 ISF 성형을 성공적으로 수행하였다.
(2) 하이브리드 ISF 실험에서의 공정변수의 영향에 분석하고 최적화하기 위해서 회색 관계 등급의 다목적 함수 최적화 기법을 도입하여 평가하였다. 또한 ISF 공정에서의 유한요소해석 정밀도 향상을 위해서 Kim-Tuan 경화모델을 개발하였다. 또한 인장-압축실험을 통하여 이동경화모델인 Armstrong-Frederick 모델의 인자들을 동정하였고 유한요소해석에 도입하여 스프링 백 해석 정확도 향상에 기여하였다. 또한 인공 신경 회로망 기법을 이용하여 스프링 백을 성공적으로 예측하여 하이브리드 ISF에서의 스프링 백 억제를 위한 방법으로 활용하였다.
(3) 본 하이브리드 점진판재성형기술을 대형 자동차 판넬에 적용하기 위해서 자동차 외판의 일부분에 대하여 유한요소해석 및 실험을 통하여 스프링 백 감소를 확인하였고, 실차에 적용이 가능함을 보였다. 또한 이 연구에서 파생하여 난성형성의 CFRP 재료에 대한 성형기술, DIC 영상처리기술을 통하여 성형제품의 변형률을 정밀하게 측정하는 기술, 형태 인식 기술을 이용한 판재의 홀 확장성 평가 시스템 등 다양한 기술을 개발하여 관련분야의 기술발전에 기여하였다.

□ 연구결과의 활용계획
본 과제의 목표는 시간과 비용이 많이 소요되는 프레스 가공을 대신하여 시제품의 개발, 다품종 소량 판재 제품의 생산을 궁극적으로 대체하려는데 있다. 따라서 국내 자동차 산업체, 금형업체, 가전업체, 항공기 동체 제작업체 등 판재를 대상으로 하는 다양한 산업체에서 동 기술을 활용할 수 있다. 현재 지역의 유수 금형업체와 난가공 재료인 고강도강판 및 CFRP 판재의 성형에 동 기술의 현장 적용을 위한 현의를 진행 중에 있다.
(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose & contents
The final goal of this research is to develop a hybrid incremental sheet forming (hybrid-ISF) technology capable of manufacturing various shapes of sheet metal products, which increases the degree of freedom in product design and minimizes springback in the forming process. I

□ Purpose & contents
The final goal of this research is to develop a hybrid incremental sheet forming (hybrid-ISF) technology capable of manufacturing various shapes of sheet metal products, which increases the degree of freedom in product design and minimizes springback in the forming process. In order to accomplish this purpose, we apply the bridge to the material flange part so that the drawing can be done as in the press working to overcome the limitation of ISF technology shown only the stretching mode plastic deformation. In addition, the finite element analysis combined with the kinematic hardening model optimizes the shape and position of the hole in the bridge forming, thus completing the process designing technique that minimizes the occurrence of springback.

□ Result
In this study, for the development of hybrid ISF technology based on CNC, positive and negative ISF of rectangular shaped products and ISF for the automobile outer panel were carried out. and the finite element technique for the process design was secured. In detail, we have secured yield curves for Mg and Al using bi-axial tensile tester, identified the parameters of the kinematic hardening model, derived the forming limit strain and fracture limit curve using DIC technique and made sure the hybrid ISF technology and product design technology.
(1) ISF experiment and CAE analysis are performed on a square shaped product by using a hybrid ISF forming method in which a bridging arrangement of holes in the flange area is allowed the material to flow into the die cavity in order to minimize the springback and increase the formability of the tested materials. In addition, the fracture limit line (FLCF) was introduced as a means of evaluating the material processing limit in the ISF process, and the forming limit for each material was evaluated by using a specially design 4-wing star forming technology. The ISF was successfully performed on the 1/4 reduction model of the automotive seal parts.
(2) In order to analyze and optimize the influence of the process variables in the hybrid ISF experiment, the multi - objective function optimization technique of the gray relation class was introduced and evaluated. In order to improve the finite element analysis accuracy in the ISF process, a Kim-Tuan hardening model was developed. Also, the parameters of the Armstrong-Frederick model, a kinematic hardening model, were identified through tensile-compression tests and introduced into the finite element analysis, which contributes to the improvement of the accuracy of the springback analysis. We also used artificial neural network technique to successfully predict springback and utilize it as a method to suppress springback in hybrid ISF.
(3) In order to apply the hybrid ISF technology to forming of a large automobile panel, the springback reduction has been confirmed by finite element analysis and experiment on a part of the automobile panel forming. It is proved that the hybrid ISF technology is applicable to the actual car. This research contributes the ISF of CFRP, hard-to-forming material, and the technology to precisely measure the strain of products through DIC image processing technology, and the hole formability evaluation system of sheet material.

□ Expected Contribution
The goal of this task is to replace press forming that are time consuming and costly, and ultimately to replace forming technology for making prototypes and production of small batches. Therefore, this technology can be utilized by various industries targeting the domestic automobile industry, press forming industry, home appliance industries, aircraft industries, and the like. Currently, the negotiation for field application is in the process of applying the technology to the forming of high-strength steel sheet and CFRP prefreg sheet.
(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 61
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 64
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 65
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 68
• 8. 참고문헌 ... 69
• 9. 연구성과 ... 71
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 81
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 81
• 12. 기타사항 ... 82
• 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 83
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 97
• 끝페이지 ... 126