4th_week-3 - 성형 공정 Process Design in Metal Forming 2010 학년도 1학기 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab 2010 1st Term Process Design in

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Unformatted text preview: 성형 공정 Process Design in Metal Forming 2010 학년도 1학기 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming Sheet Metal Forming Sheet Metal Forming • • • ▷ • • • ▷ • • • 두께에 대한 표면적 비가 높은 소재를 대상으로 가공 판재를 전단, 굽힘, 교축, 인장 등의 방법으로 모양을 변형시키는 가공 다양한 형태의 제품을 얻을 수 있으며 일명 프레스 작업이라고도 함. 박판가공품의 특징 경량이면서 강도가 크고 정확한 형상 및 칫수를 가지는 제품 가공시간 및 노력의 소비가 타가공법에 비하여 훨씬 적다. 금형에 의한 가공으로 다량생산에 적합 박판가공의 분류 blanking group bending & forming group drawing group INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 금속 금속 판재의 성질 • • • • 판재는 두께에 대한 표면적의 비가 높은 편임. 판재성형은 주로 인장력으로 성형이 이루어지며 압축력이 작용하면 좌굴, 겹침, 주름등을 유발 성형도중 두께의 감소는 네킹 또는 파단을 유발할 수 있어 두께 감소가 없도록 공정설계 ▷ 연신율 (necking ) • 단축인장시험에서의 연신율 • 가공경화지수 n값이 클수록 연신율 양호 ▷ 항복점 신장( ield point elongation ) (yi • 재료가 항복한 이후에도 다른 부분은 항복에 도달하지 않은 채 시편의 특정영역이 하항 복점의 증가없이 신장이 계속되는 현상 • 항복점신장의 크기는 변형률속도와 금속판재의 결정립의 크기에 관계 • Lueder's band : 판재가 국부적으로 신장되어 얇아져서 표면에 나타난 것 • 이 현상을 줄이기 위해 temper roll 또는 skin pass rolling 실시 ← 시간이 경과하면 해 압연 효과 소실될 수 있음(strain aging 효과) 시간이 aging 효과 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 금속 금속 판재의 성질 ▷ 이방성 • 판재의 열기계적 이력에 의해 발생 • 압연에 의한 선택적 방향성 평면이방성 수직이방성 ▷ 결정립크기 • 재료의 기계적 성질 및 성형품의 외관에 영향 • 결정립이 조대하면 orange peel 효과 : ASTM 규격 결정립 크기 7번 이하로 판재가공 실시 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 금속 금속 판재의 성질 ▷ 잔류응력 • 제품의 치수 변화, 뒤틀림 초래 • 표면인장 잔류응력시는 응력부식균열의 원인 ▷ 스프링백 • 판재는 두께가 얇고 변형을 작게 받기 때문에 springback의 효과가 큰 편 • 두께가 얇은 제품의 탄성복원 ▷ 주름 • 판재는 두께가 얇기 때문에 인장에는 강하나 압축에는 매우 취약 • 압축응력이 원인 ▷ 판재의 코팅 (피복) • 미려한 외관 및 부식저항을 증대 목적으로 실시 • 아연도 강판 : 전기도금, 용융도금, 도금풀림처리 등 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 판재의 판재의 전단가공 (Shearing ) • 전단가공은 shear stress가 shear strength에 비하여 높을 때 파단이 일어나는 성질을 이용. ▷ clearance • 공구의 마모방지 및 전단면의 보호용. 적정 clearance유지하면 최소의 전단 하중 • 적정 clearance : 펀치와 다이의 절삭날에서 발생된 crack이 만나는 량의 clearance 대략 판두께의 10- 15% clearance 과대 : excess roll- over 발생 clearance 과소 : secondary shear 발생 과소 secondary shear 발생 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 판재의 판재의 전단가공 (Shearing ) ▷ • • • • cutting terminology burr burnish roll- over Fracture ▷ 전단력 • cutting force = 0 .7 (UTS) (t ) (L) INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 전단작업 전단작업 ▷ blanking 과 punching • 소재 분리후 분리된 소재를 사용할 경우 : blanking 그렇지 않을 경우 : punching 또는 piercing ▷ • • • • die cutting Perforating Parting Notching lancing ▷ fine blanking • V자형 돌기를 이용하여 소재를 강하게 구속한 상태에서 펀치 진입 • 매끈하고 정확한 전단면 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 전단작업 전단작업 ▷ slitting : 한쌍의 원형날에 의해 분리 작업 한쌍의 ▷ nibbling : 직선펀치가 빠른 속도로 상하운동하는 사이에 소재를 통과시켜 분리작업 ▷ 전단시의 scrap • 대형 stamping 작업시는 30% 이상의 손실도 • 판재 최적배치 프로그램 활용으로 scrap 최소화 노력이 필요 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 전단용 전단용 다이 • 판재가 전단된 후의 성형성은 전단면의 품질에 큰 영향을 받음 ▷ shaving : 전단면의 형상 개선을 위해 실시 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 전단용 전단용 다이 ▷ 펀치와 다이의 형상 • 전단하중이 기계의 용량보다 클 경우 shear각을 부여하여 전단하중 감소 blanking시 (전단된 조각을 사용하는 공정) : die 측 punching 시 (전단되는 조각을 제거하는 공정) : punch 측에 적용 측에 • shear각을 부여하면 전단력은 감소하나 전단에너지는 동일 • shear의 부여에 따라 전단력은 감소하나 slug의 bending에 소요되는 force의 증가요 인 있음 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 전단용 전단용 다이 ▷ compound die : 1회의 행정으로 여러 가지 작업을 동시에 수행 di • progressive die • transfer die ▷ 공구 및 다이 재료 • 공구강, 초경합금 등을 주로 사용 • 윤활을 통해 공구 및 다이의 마모 방지 및 전단면의 품질향상 가능 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 굽힘가공 굽힘가공 (Bending) • • • • ▷ • • • 프레스 작업에서 가장 많이 사용되는 작업 flanging , curling , hemming , corrugating 등의 공정 중립면의 바깥쪽에서는 인장, 안쪽에서는 압축 실제로는 중립면이 안쪽으로 이동함에 따라 가 됨 e0 = ei = e0 > ei 1 (2 R / T ) + 1 최소 굽힘반경 R/ T 가 작아질수록 e이 증가하며 이 값이 어느 한도 이상이면 균열이 발생 0 균열이 발생되기 시작하는 반경 R을 의미 최소굽힘반경에 영향을 주는 인자 재질, 판두께 및 열처리 여부 압연방향 : 굽힘선이 압연방향에 직각 굽힘선이 가공방법 : V - die < Wiping Die 판폭 : 판폭이 클수록 최소 굽힘반경 증가 전단면의 위치 • 실험식 최소 r : 재료의 단면감소율 R 60 = −1 Tr INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 굽힘가공 굽힘가공 (Bending) ▷ spring back • 재료를 굽힌 후 하중을 제거했을 때 원상태로 회복되면서 굽힘반경이 증가되는 현상 • Spring back의 거동은 매우 복잡하여 재료, 펀치 반경, 다이반경, 두께, 굽힘력, Clearance등에 따라 크게 달라짐. INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 굽힘가공 굽힘가공 (Bending) ▷ • • • • • • • • • 굽힘가공법 프레스브레이크 성형 : 길이가 길고 폭이 좁은 재료의 굽힘가공 roll bending : 후판의 제관(製罐) 공정 beading : 판재의 강성을 증가 판재의 curling : 판재의 끝부분을 둥글게 마는 공정 flanging : 판재의 모서리를 굽히는 가공. 신장 flanging , 수축 flanging hemming : 판재의 끝단을 접어서 포개는 공정 seaming : hemming의 일종 roll forming : 금속판재가 일련의 roll을 지나면서 점진으로 굽힘, 최종제품 성형 tube ben ding : INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 굽힘가공 굽힘가공 (Bending) INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 굽힘가공 굽힘가공 (Bending) flanging 작업의 종류 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 굽힘가공 굽힘가공 (Bending) INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming Stretch Stretch-forming • • • 금속판재의 양쪽을 고정시킨 후 다이나 성형블록을 전진시켜 성형 굽힘 반경이 큰 제품의 정밀 성형에 적합 (스피링백 감소) 대형제품의 소량생산에 적합 : 항공기 날개외판 등의 제작 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming Bulging Bulging • • • 내압을 가하여 파이프나 용기를 부풀게 하는 가공. 튜브나 원추형의 소재를 분할 다이에서 폴리우레탄 플러그 등과 같은 충전재를 채워 서 확장. 정수압을 사용하는 경우도 있음. : 작업유체의 누설방지 및 압력조절이 중요 작업유체의 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming Rubber Forming Rubber Forming • • • 고무나 폴리우레탄판으로 다이를 대체 Marforming 이라고도 함 공구비용이 저렴하고 작업이 간편, 다이마모가 적으며 복잡한 형상의 가공이 가능 ※ hydroforming : 다이가 없이 펀치 만으로 성형. 고무막으로 격리된 유압매체에 다이가 압력을 가하여 펀치의 형상으로 성형 tube의 hydroforming INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming Spinning Spinning • 축대칭 제품을 성형하기 위하여 펀치에 상당하는 형을 선반에 설치하여 회전시키면 서 롤러를 이용하여 판을 성형. 소량생산에 적합 일반 스피닝 전단 스피닝 관재 스피닝 등 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 고에너지속도 고에너지속도 성형 • ▷ • • ▷ • • ▷ • - 화학, 전기, 자기에너지를 사용하여 매우 짧은 시간동안 에너지를 방출. 전기 자기에너지를 폭발성형(explosive forming ) - 폭약에 의한 충격파 발생, 이에 따른 높은 압력으로 성형 - 대형 제품의 성형에 적합 액중방전성형 (electrohy draulic forming ) - 일련의 conden ser에 저장된 직류전기를 가는 전선으로 연결된 전극봉에서 방전 - 폭발 성형과 유사한 원리이나 사용에너지가 낮고 소형의 소재를 가공 전자기성형(magnetic- pulse forming ) - 전자기력을 이용하여 성형 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming 초소성 초소성 성형 • • 초소성 거동을 이용한 성형 초소성 거동 : 결정립이 매우 미세한 합금(보통 10- 15 ㎛정도)이 특정한 온도 및 낮 은 변형율 속도에서 매우 큰 연신량 (최대 2,000 % 정도)을 나타내는 성질 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming Deep Drawing Deep Drawing • • • • • • 펀치와 다이를 사용하여 판재로부터 원통형, 각통형과 같은 바닥을 가진 용기를 만드 각통형과 는 가공 속이 깊은 제품 뿐만 아니라 깊이가 얕은 제품의 생산에 사용 음료캔, 주방기구, 모든 종류의 용기, 싱크대, 자동차부품등 주방기구 모든 싱크대 자동차부품등 die round를 따라서 flange가 빨려 들어가면서 벽면을 형성 flange의 deformation과 관계 디프드로잉의 주요공정변수 금속판재의 성질 , 펀치직경에 대한 플랜지직경의 비 , 판재의 두께 , 펀치와 다이사 이 간극, 펀치와 다이의 모서리 반경 , 블랭크홀더력 , 펀치,다이, 소재간의 마찰과 윤 활 ,펀치 속도등 INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. 2010 1st Term Process Design in Metal Forming Deep Drawing Deep Drawing ▷ • ▷ • • ▷ • • ▷ draw bead flange 의 유동을 조절하기 위한 목적으로 다이부위에 설치한 흐름 방해장치 ironing deep drawing을 실시하면 벽면의 두께가 불균일해 짐 drawing 이를 교정하고 컵의 깊이를 증대시킬 목적으로 두께를 일정한 크기로 줄이는 공정 한계드로잉비 (LDR) 파단을 일으키지 않고 성형할 수 있는 펀치 직경에 대한 블랭크 직경의 비 판재의 이방성에 크게 관계함 이방성계수 R, ΔR R0 + 2 R45 + R90 R0 − 2 R45 + R90 R= 4 ΔR = 2 : 판재의 압연방향에 대하여 a 만큼 기울어진 각도에서 측정한 두께 방향 변형도에 대한 폭방향 변형도의 비 • R 값이 클수록 LDR 증가, ΔR 이 증가할수록 earing이 감소 값이 증가 ▷ earing : 드로잉된 컵의 벽면 끝부위에 파도모양의 귀가 생기는 현상, ΔR 과 관계 ▷ redr awing : 한 번의 deep drawing으로 성형할 수 있는 컵의 깊이 제한 : LDR컵의 깊이를 증가시키기 위하여 한 번 redrawing 실시 Ra INHA UNIVERSITY MetalForminGLab. ...
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This note was uploaded on 03/24/2010 for the course ME 031 taught by Professor Kim during the Winter '10 term at Korea Advanced Institute of Science and Technology.

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