가변단면 롤포밍은 고강도 금속 시트를 복잡한 단면으로 성형할 수 있는 고급 제조 공정입니다. 이 연구는 롤포밍을 사용하여 표면 전개 가능한 형상을 형성하는 과정을 처음으로 분석합니다. 표면 전개 가능한 프로파일은 막 변형 없이 단순 굽힘만으로 형성될 수 있어, 자동차 제조에서 가변단면 롤포밍 연구 방법의 광범위한 적용을 방해하는 플랜지 주름 문제를 극복할 수 있는 가능성을 제공합니다.
가변단면 롤포밍 연구 방법
분석적 접근
연구진은 전개 가능한 형상과 기존의 전개 불가능한 형상에 대해 플랜지에 필요한 변형을 계산하기 위한 분석적 방정식을 개발했습니다. 이 분석은 플랜지 주름의 가능성을 예측하기 위한 이전 연구의 방정식과 결합되었습니다.
실험적 검증
일부 중요한 조건은 실험적 시험을 통해 검증되었습니다. 실험에는 DP780과 DP1000 강철을 사용한 FRF 시험이 포함되었습니다.
수치 해석
유한요소분석(FEA)을 사용하여 다양한 프로파일 유형과 재료 조건에 대한 성형 거동을 조사했습니다.
장점
- 높은 생산성: 연속 공정으로 대량 생산에 적합함
- 정밀한 치수 제어: 일정한 단면 형상을 얻을 수 있음
- 재료 절감: 절삭 가공에 비해 재료 손실이 적음
- 다양한 소재 적용: 금속, 플라스틱 등 다양한 소재에 적용 가능
- 복잡한 단면 형상 제작: 여러 롤을 사용해 복잡한 형상 구현 가능
단점
- 초기 설비 투자 비용이 높음
- 롤 설계 및 제작에 시간과 비용이 소요됨
- 단면 형상 변경 시 롤 교체 필요
- 길이 방향 곡률 성형에 제한이 있음
- 두께 변화가 큰 제품 성형에 한계가 있음
주요 특징
- 연속 공정으로 긴 제품 성형에 적합
- 냉간 가공으로 재료 강도 향상 효과
- 롤 간격 조절로 두께 제어 가능
- 다단계 성형으로 점진적 변형 유도
- 스프링백 현상 발생 가능성 있음
롤포밍은 높은 생산성과 정밀도를 바탕으로 자동차, 건축 등 다양한 산업 분야에서 활용되고 있는 성형 공정입니다.
가변단면 롤포밍 특징
중간 변형의 존재
이론상 전개 가능한 형상은 막 변형을 보이지 않아야 하지만, 분석 및 FEA 결과는 FRF 작업에서 0도에서 90도로 점진적으로 굽힐 때 플랜지에 중간 변형이 있음을 시사했습니다.
프로파일 유형의 영향
전개 가능한 형상의 유형이 중간 변형의 특성과 주름의 심각도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 볼록한 깊이와 오목한 너비를 결합한 전개 가능한 형상은 중간 단계에서 주름을 발생시키는 반면, 오목한 깊이와 볼록한 너비의 대응물은 성형의 최종 단계에서 주름을 발생시켰습니다.
주름 감소 효과
실험적 성형 시험은 비전개 가능한 프로파일에 비해 플랜지 주름이 크게 감소함을 보여주었습니다. 특히 중간 변형이 성형 끝에 압축에서 인장으로 바뀌는 프로파일 유형에서 이러한 효과가 두드러졌습니다.
공정 수정의 효과
최종 단계에서 주름이 시작되는 프로파일 유형의 경우, 톱 햇 형성과 역 굽힘 작업을 도입하여 굽힘 순서를 약간 수정하면 주름을 최소화할 수 있었습니다.
가변단면 롤포밍 제한 사항 및 향후 연구 방향
전개 가능한 형상의 순수한 성형은 각 성형 단계에서 웹과 플랜지의 정상 곡률을 수정해야 합니다. 그러나 이는 가변 깊이 프로파일이 먼저 형성된 다음 플랜지가 위로 굽혀지는 유연한 롤 성형 공정에서는 불가능합니다.향후 연구는 다양한 재료 및 공정 조건이 FRF에서 전개 가능한 프로파일 성형에 미치는 영향을 탐구하는 데 초점을 맞출 것입니다. 또한 더 쉽고 비용 효율적인 기하학적 매개변수 변경을 가능하게 하기 위해 다양한 설계 및/또는 공정 수정을 시도할 예정입니다.
결론
이 연구는 유연한 롤 성형을 통해 표면 전개 가능한 형상을 형성하는 메커니즘을 처음으로 조사했습니다. 결과는 일부 형상 조건에서 전개 가능한 표면을 유연하게 롤 성형하면 실제로 플랜지 주름을 줄일 수 있음을 보여줍니다. 그러나 다른 조건에서는 유연한 롤 성형 공정의 점진적 특성으로 인해 비전개 가능한 중간 형상이 생성되어 영구적인 플랜지 주름이 발생할 수 있습니다.전개 가능한 형상의 유형, 중간 변형의 특성, 성형 순서의 수정이 주름 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다.
부품 형상, 공정 및 재료 매개변수가 주름 발생에 큰 영향을 미치므로, 전개 가능한 프로파일 성형 접근법의 효과는 이러한 조건에 따라 달라집니다.이 연구는 복잡한 형상 프로파일을 형성하기 위해 전개 가능한 프로파일 조합을 채택하는 데 일부 이점이 있음을 보여줍니다. 그러나 하중 변화의 방향에 따라 공정 순서를 수정해야 할 수 있습니다. 이러한 발견은 자동차 산업에서 FRF의 적용 범위를 확대하고 고강도 강철의 성형 과정에서 발생하는 문제를 해결하는 데 중요한 통찰력을 제공합니다.
이 글을 통해 금속 성형 중 길이방향 성형의 장점을 갖는 가변단면 롤포밍에 대해 알아보았습니다. 더 자세한 글을 아래 글을 함께 보세요.
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