금형과 금형 성형품에 대한 개발 및 시작품 제작과정

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금형과 금형 성형품에 대한 개발 및 시작품 제작과정에 대한 보고서 자료입니다.

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)하였다.
이렇게 레이저 측정을 통해 얻은 데이터 값이 그림3에서 보이는 것과 같이 유실된 부분, 데이터가 찢어진 부분 등 불안정한 부분이 많이 보이는 가장 기본이 되는 제품형상의 IGS형식의 데이터를 얻었다. 이러한 불안정한 요소를 해결하기 위해 Hypermesh를 이용하여 그러한 부분들을 보완하여 그림4에서 보는 깔끔한 데이터를 다시 얻게 되었다.
본 연구에서 유한요소격자생성은 Dynaform5.2의 전처리기를 사용하였다.
다음은 Dynaform 5.2를 이용하여 금형을 설계하는 과정이다. 먼저 일반적으로 Draw 깊이의 편차를 줄일 수 있어 전체적으로 균일한 Draw를 유발할 수 있는 곡면 Binder를 사용 할 것이다. 먼저 제품 데이터를 불러 들여서 DFE (Die Face Engineering)을 한다. 여기서 중요한 부분은 Addendum 생성작업이다.
아래 그림 6은 Dynaform5.2에서의 DFE 작업을 순서대로 나열한 그림이다.
먼저 mesh (각진 부분마다 격자점을 붙여서 서로 연결해 약간의 틀을 잡아서 컴퓨터로 다시 디자인 하는 기법)작업을 통해 element를 생성하고 die의 binder 생성 작업을 한다.
다음으로 Addendum을 생성한 후 die face 밑의 막힌 부분을 trimming 해준다.
지금까지 Die Face Engineering 작업을 하였다.
다음은 금형 중의 binder와 punch 제작 공정을 살펴보겠다.
punch와 binder를 DFE한 die를 이용하여 2part로 분리하는 작업이라 할 수 있다.
그림6의 하얗게 선택된 부분을 분리해서 binder(그림8)로 사용하고 선택 되지 않은 파란 부분은 펀치(그림 9)로 이용한다.
그리하여 금형의 기본 요소인 Die, Binder, Punch를 완성 하였다. 이제 금형을 기준하여 임의로 성형용 박판재의 초기 Blank 형상인 사각형 Blank를 CATIA V5를 이용하여 IGS 형식으로 사용한다. 그림10 CATIA V5를 이용하여 제작한 Blank(1900×1250×0.7t)를 해석 전용 Tool인 Dynaform5.2에서 Import한 모습이다.
여기 까지 작업을 마쳤으면 이제 부터는 금형과 Blank의 normal 벡터를 지정해 주고 금형을 재배치시키는 것이 중요하다. 다음에 보이는 그림11 들은 각 part의 normal방향을 지정해주는 작업이다. 각 요소의 normal 방향은 힘이 가해지는 방향과 일치한다. normal작업을 하다가 가끔씩 normal방향이 특정 element만 반대 방향으로 되거나 없는 경우가 생긴다.
(그림12) 이런 경우는 mesh 작업이 엉키거나 특정 element가 유실되었기 때문이다. 이럴 때는 element를 다시 생성 시켜 주거나 엉킨 mesh를 편집 해줘야 한다.
우리는 비교적 금형의 설치가 간단하고 뚜렷한 단점이 없는 Single Action Press 기법( 프레스의 Slider가 내려와 Binder Ring을 밀어주면서 Drawing이 진행)을 사용할 것이다.
지금 까지 한 작업은 해석 작업을 하기 위한 시작에 불과하였으며 Dynaform 5.2를 이용하여 해석 작업을 해야 한다. 해석 과정은 보통 10시간 정도로시간이 많이 소요되는 작업이다. 해석 작업을 하기위해서는 *.dyn 파일과 *.mod 파일이 있어야 한다. binderforce는 50톤 소재 두께는 0.7t를 주었다. 여기서 실제 binderforce를 모르기 때문에 자문을 구해 임의로 한 것이고 소재는 spcen-0.7t이다.
< Material Properties : CR - SPCEN(DQO-N) - 0.7t >
thickness
(mm)
Direction of Tensile Test
YS
(Kg/mm2)
TS
(Kg/mm2)
EI
(%)
R
-
R
△R
n
-
n
0.703
Rolling
(0 )
15.30
26.43
43.9
2.81
2.31
0.465
0.22
0.224
0.697
Diagonal
(45 )
15.37
27.47
42.3
1.84
0.23
0.700
Transverse
(90 )
15.37
26.13
43.8
2.72
0.22
thickness
(mm)
Direction of Tensile Test
Rigid-Plastic Stress-Strain Relations(Kg/mm2)
0.703
Rolling
(0 )
0.697
Diagonal
(45 )
0.700
Transverse
(90 )
그림 13의 해석 결과와 같이 파단이 많이 일어나고 표면이 매끄럽지 못한 것을 볼 수 있다. 그래서 이러한 것을 해결하기 위해 우리 조는 자체 해결방안을 강구해 보았으며 프레스성형 전문 업체의 자문을 얻어 평면 Binder를 사용한 Draw 금형을 다시 설계하기로 하였다. 그리고 binderforce가 약하다고 생각하였고 binderforce를 70톤으로 변경하기로 하였다.
그림 14에서 보이는 작업은 평판 binder를 제작한 모습이다. 방법은 곡면 binder를 생성하는 작업과 동일하다.
평판 binder의 addendum작업을 하면서 그림14에서 보는 것과 같이 하단에 굴곡이 발생하였다. 이것을 수정하기 위해 hypermesh 7.0 을 이용하여 보완하였다.
그림15는 hypermesh 7.0을 이용하여 수정된 IGS파일을 Dynaform5.2에서 Import한 모습이다. 그림15-4의 작업은 hypermesh 7.0에서 각각의 element들을 하나의 element로 만들어 주는 작업이다. 이렇게 수정을 하고 금형을 재배치시킨 것이 그림16이다.
이렇게 금형을 설계하고 나서 해석 작업도 곡면 binder때의 작업과 동일하게 해준다. 밑에 보이는 그림17, 18은 평판 binder Single Action Press 방식으로 작업한 금형을 해석한 결과와 FLD curve 이다.
해석 결과를 보면 “A”, “B”에 제품 구조 및 단면 “R”에 의한 Crack 발생하였다. 그런데 이 부분이 제품 부분이라서 수정보완 하지 않기로 했다.
그리고 그림 19은 제품 구조 및 형상 단차에 의한 Wrinkle 과 Thinning이 발생한 그림이다.

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금형,   금형성형품,   cad,   cam,   금형설계