고정도 박판 성형해석을 위한 마찰인자에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 박판마찰인자들이 성형 중 마찰계수에 미치는 영향을 정량화하기 위하여 다양한 마찰인자를 적용할 수 있도록 설계, 제작된 마찰실험 장치를 사용하여 합금화 용융 아연 도금 강판(GA)과 전기 아연 도금 강판(EG)을 대상으로 마찰실험을 실시하였다. 마찰실험에서는 무윤활을 포함한 9가지의 윤활조건, 5종류의 인출속도, 5종류의 블랭크 홀딩력, 4가지의 박판조도 그리고 7가지의 공구반경을 적용하였다. 마찰실험 결과, 윤활유의 점도가 저점도일 때 보다 고점도일 때 동일 면압에 대한 응집력이 강하여 유체 윤활상태를 오래 지속시키게 되므로 마찰계수를 감소시킨다. 펀치속도가 빠르면 마찰온도가 높아져 표면조도에 의해 형성된 돌기를 용융시켜 소성변형 마찰력을 감소시키므로 마찰을 감소시킨다. 박판의 표면경도는 높을수록 마찰이 감소하며, 블랭크 홀딩력과 공구모서리 각 또한 클수록 마찰이 감소한다. 그리고 박판의 조도에 따라 윤활유를 보관하는 오일포켓의 체적이 달라지므로 조도가 커질수록 마찰은 작아진다. 그러나 조도가 너무 커지면 윤활에 의한 마찰의 감소보다 더 큰 소성변형에 의한 마찰저항이 발생하여 마찰계수는 증가한다. 실험을 통해 얻어진 데이터 베이스를 바탕으로 각 인자가 마찰계수에 미치는 영향을 평가하기 위하여 다중회귀분석을 하고 F-test로 회귀계수와 모형의 유의성을 검정하였다. 6가지의 마찰인자들 중 가장 크게 박판성형 마찰에 영향을 주는 3인자 즉, 윤활유 점도, 인출속도, 블랭크 홀딩력을 변수로 마찰계수를 산정할 수 있는 마찰모델을 제안하였다. 제안된 마찰모델의 타당성을 검증하고 마찰모델에 적용하는 마찰인자의 수가 성형해석의 정확도에 미치는 영향을 알아보기 위하여 내연적 유한요소 해석과 외연적 유한요소 해석을 수행하였다. 박판성형 마찰에 가장 지배적인 영향을 주는 윤활조건만을 도입한 마찰모델1, 윤활과 제2의 지배인자인 인출속도를 도입한 마찰모델2, 윤활, 인출속도 그리고 블랭크 홀딩력의 3인자를 도입한 마찰모델3의 3마찰모델을 반구 성형과 팬더 성형에 도입하여 해석결과의 정확도를 비교하였다. 그 결과보다 많은 마찰인자를 도입한 마찰모델이 보다 정도가 높은 성형해석이 가능하였다.; In order to quantify the effect of the friction parameters on the sheet metal forming, a friction tester applicable various friction conditions was manufactured and the friction tests were conducted for hot-dipped galvanealed steel sheets (GA) and electro-galvanized steel sheets (EG). In the tests, 8 lubricants, 5 drawing speeds, 5 blank holding forces, 4 sheet roughness, and 7 tool radii are adopted for friction conditions. Friction tests show that the friction coefficient is decreased when the lubricant viscosity is low rather than high. The friction coefficient is also decreased when the punch speed is fast. When the sheet surfaces are harder, the friction is decreased. When the tool has big radii, the friction is decreased. As the sheet roughness becomes larger, the friction becomes lower. However, when roughness becomes too large, the friction coefficient is increased. In order to find a friction model, from which the friction coefficient associated with friction parameters can be calculated, not only the multiple regression analysis was performed on the basis of friction coefficients obtained through friction tests, but also the regression coefficients and model significances were observed by F-test. In this study, the friction model which estimates the friction coefficient with three parameters, lubricant viscosity, drawing speed and blank holding force, was developed after examining six friction parameters greatly affecting the friction. Through the implicit and explicit finite element analyses, the validity of the friction model proposed was pursued and the effect of the number of friction parameters in the friction model on the accuracy of forming analysis was examined. The friction model considering more parameters showed higher accuracy in both forming analyses.