초고강도 판재 성형에서 통계 분석 방법에 의한 스프링백 산포 영향 분석 :

손민규

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자료유형: 학위논문

저자정보: 손민규 (대구대학교, 대구대학교 대학원)

지도교수: 김세호

발행연도: 2019

저작권: 대구대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수9

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2022

판재성형공정에서의 소재 강도에 따른 스프링백 산포의 통계분석

손민규 , 김세호 한국융합학회논문지 2022.04 학술저널

2019

판재 성형공정에서 공법에 따른 스프링백 산포 비교

손민규 , 김세호 한국소성가공학회 학술대회 논문집 2019.10 학술대회자료

초고강도 판재 성형에서 통계 분석 방법에 의한 스프링백 산포 영향 분석

손민규 기계공학과 2019.01 학위논문

2018

판재성형에서 소재강도에 따른 스프링백 산포 인자의 영향

손민규 , 김세호 한국소성가공학회 학술대회 논문집 2018.10 학술대회자료

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전 세계적으로 차량의 평균 연비 및 배기가스 배출 규제가 점점 강화되고 안전 규제가 강화된 상황에 따라 차체 경량화에 의한 연비 향상과 차체 고강도화가 큰 화두로 떠오르고 있다. 자동차 제조사는 다양한 규제를 충족시키기 위하여 초고강도강 및 3세대강의 차체 적용 비율을 꾸준히 확대시켜 경량화 및 충돌 안전 성능을 향상시키고 있다. 초고강도강의 활용 비중이 높아짐에 따라 소재의 냉간 프레스 성형 시 공정 조건 및 소재 물성의 산포에 의해 다양한 불량이 빈번히 발생하고 있다. 소재 재질의 산포는 하나의 코일 내에서 취출된 블랭크 또는 코일 로트에 따라 항복강도, 인장강도, 두께 등 기계적 물성의 불균일함을 가지는 것이고 공정 조건 산포는 금형에서의 마찰계수, 가공상태, 온도, 홀딩력, 블랭크 위치 등이 일정하지 못한 원인에 의하여 발생하는 산포를 의미한다. 이러한 산포의 영향으로 양산 단계에서 제품을 성형하는 경우 성형성 및 치수 정밀도의 산포가 발생하게 되며, 초고강도강을 활용한 부품의 경우 스프링백 양이 크므로 재질 및 공정 산포에 의해 발생하는 스프링백 산포 관점의 분석이 필요하다.
본 논문에서는 초고강도강을 적용한 U 형상 채널 제품을 대상으로 판재 성형 공법에 따른 스프링백 산포량 분석을 실시하였다. 통계적 기법의 일종인 신뢰성 기반 강건 설계 해석기법을 활용하여 판재의 생산과정에서 발생하는 산포인 인장강도, 항복강도, 소재두께를 고려하였고 성형 공정 과정 중 발생할 수 있는 공정 산포인 마찰계수와 판재 가압력을 해석상에 고려하였다. 폼 공정과 드로우 공정을 대상으로 통계 분석 방법을 통하여 공정에 따른 스프링백 정량화를 실시하고 산포 민감도 분석을 통하여 유의 인자를 제안하였다. 판재의 소성 변형량에 따라 폼 공정과 드로우 공정의 유의 인자는 각각 항복강도와 인장강도로 도출되었다. 스프링백 크기 및 산포량은 폼 공정에 비하여 드로우 공정이 크게 나타났다. 스프링백 산포량의 차이의 원인을 분석한 결과, 소성 변형률이 크게 발생할 경우 변형률의 산포량이 크게 발생하며 이에 따라 응력의 산포가 증가하여 스프링백의 산포가 증가하는 것으로 파악되었다. 스프링백을 저감하고자 적용하는 추가 공정이 스프링백 산포에 미치는 영향을 파악하기 위한 분석을 수행하였으며, 각 공정에 따라 유의 인자 및 산포 경향이 상이함을 보였다.
본 논문에서 얻은 결과로 볼 때, 스프링백 크기가 큰 초고강도강의 냉간 성형 공정에서 항복강도 및 인장강도 등의 재료 산포의 관리가 필요하며, 확률 통계적인 방법을 사용하여 이를 예측할 경우 양산공정에서 발생하는 산포 불량을 효과적으로 제어할 수 있다는 것을 보였다.

As the fuel efficiency and emission regulations of vehicles have been strengthened and safety regulation has become strict all over the world, highly strengthened car body with weight reduction are becoming as a big issue. Auto-makers have been steadily increasing the application of ultra high strength steels (UHSS) and third-generation steels to meet various regulations, thereby improving lighter weight and crash safety performance. As the application of ultra high strength steel increases, various problems frequently occur due to scatters of process conditions and material properties during cold stamping of sheet metals. The scatter of the steel sheet has unevenness of the mechanical properties such as the yield strength, the tensile strength and the thickness according to the blank or coil lot blanked from one coil. The scatter of the process conditions is affected by the friction coefficient between the tools and the blank, the tool temperature, the blank position, holding force and so on. Due to such scattering, when the product is forming with mass production, the formability and shape accuracy are scattered. Because the springback amount and its scatter are large in the formed product with the ultra high strength steel, it is necessary to consider the springback phenomena from the viewpoint of scatters.
In this paper, the analysis of the springback scattering amount is carried out according to the stamping method for the U-channel product with ultra high strength steel. Using the reliability-based design optimization technique method(RBDO), scatters of the process parameters are considered in the analysis including the tensile strength, yield strength and the thickness of the blank material process variables such as the friction coefficient and holding/padding force.
Quantification of the springback scatters was carried out with the statistical analysis method according to stamping methods such as form and draw, and the significance design variables were investigated, which were the yield strength and the tensile strength. The springback amount and scatters in the draw process were greater than those in the form process. It was found that the scattering amount of the strain increased when the plastic strain became greater, which increased the large amount of stress scatters and the greater springback amount. An statistical analysis was also conducted to investigate the effect of the additional process for reducing springback on the springback scattering.
From the results obtained in this paper, it is necessary to control the material scatters such as the yield strength and the tensile strength in the cold forming process with ultra high strength steel. The springback scatters as well as springback amount can be effectively controlled with the proposed approach.

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