HyperForm을 활용한 고강도강 부품의 성형성 연구

동신모텍 기술연구소 (대리발표) C2ESKOREA 이왕화 선임연구원

Formability study of high strength steel parts using HyperForm

목차

Contents 001

002

003

004

연구 개요

• 회사소개 • 경량화 • 박판성형 • 고강도강 • 스프링백 • 연구 목표 및 프로세스

물성 테스트

• 기계적 물성 평가 • 인장 / 압축 특성 평가 • 재료상수 유효성 검증

성형해석

• 해석 컨셉 • 해석 모델 구성 • 해석 결과

마무리

• 결론

연구 개요

회사 소개 – ㈜동신모텍 (Dongshin Motech)

자동차 부품 배터리 팩

연구 개요

연구배경

• 각 국의 자동차 연비 규제가 강화되면서 2025년까지 약 2배의 연비 향상이 필요하며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부과될 전망.

연비 향상 기술은 향후 자동차 시장 경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로 작용

• 연비향상은 엔진/구동계 효율향상, 공기역학적 디자인, 차량 경량화, 대체에너지 구동 등 크게 4가지 방향으로 진행 중.

차량 경량화는 빠른 규제 변화에 대응하기 위한 현실적 대안

연구 개요

AHSS (Advanced High Strength Steel)

• 일반적으로 300MPa – 700MPa 사이를 고장력강(HSS), 700MPa 이상을 초고장력강(AHSS)로 분류 (회사마다 분류의 차이는 있음)

소비자가만드는신문 참조

https://www.youtube.com/watch?v=ssmhDw2PTRQ

연구 개요

판재 성형

신소재 경제 – (6) 소재기술백서 2011(소성가공-판재성형)

프레스 성형 (Press Forming)

• 암수 한 쌍의 금형으로 금형 사이에 놓인 판재를 눌러서 성형하는 방법.

• 금형의 이송에 따라 판재가 금형 내부로 이끌려 들어가면서 Draw-in(드로우인) 성형이 이루어 진다.

• 판재의 가장자리는 블랭크 홀더 및 드로비드에 의해 잡혀 있으므로 드로우인이 제한되며 주름도 억제된다.

그러나, 과도하게 붙잡혀 있는 경우 판재의 파단을 일으킬 수 있다.

연구 목표

• Item : Side sill

• Process Type : 1st Forming Springback 2nd Forming Springback

• Friction : 0.15

• Thickness : 1.1t

• Material : 1180 CP (Yoshida-Uemori)

해석 프로세스

OP10 OP10 - Springback OP20 OP20 - Springback

물성 테스트

Cold die for the press forming of 1,180MPa-grade ultra high strength steel : Side Sill

[SHINWHA ST]

물성 테스트

1) 기계적 물성 평가

• 단축 인장 시험을 통한 Strain-Stress curve 및 이방성 계수 도출

물성 테스트

1) 기계적 물성 평가

• CP 1180 강판의 기계적 물성 도출

물성 테스트

2) 인장 / 압축 특성 평가

• Pre-strain에 따른 Tension-Compression test 수행 • 바우싱거 (Bauschinger)효과 측정

물성 테스트

2) 인장 / 압축 특성 평가

• 바우싱거 (Bauschinger)효과

물체에 힘을 점진적으로 작용시키면 비례한도(proportional limit)라 불리는 응력값 까지는 물체의 늘어난 변형률(strain)과 내부 저항력인 응력(stress)은 비례관계에 있다. 그리고 이 지점보다 더 큰 힘을 가하게 되면 항복점(yielding point)라 불리는 응력값에 도달하여 힘을 제거하여도 물체는 어느 정도 영구적인 변형을 일으킨다.

이론적으로 항복값은 물체가 잡아당기는 힘을 받을 때나 압축시키는 힘을 받는 두 경우에 있어 동일한 크기여야 한다. 하지만 물체를 항복점을 초과하여 하중을 가한 다음 역으로 압축시키는 교번하중을 받는 경우, 압축하중에 의한 항복은 이론적인 항복값보다 낮은 압축응력에서 발생한다. 이러한 현상을 바우싱거 효과라고 부른다. 따라서 물체는 인장과 압축을 반복해서 받게 되면 보다 낮은 하중에서도 영구적인 변형을 일으킬뿐더러 쉽게 파괴될 수 있다.

물성 테스트

2) 인장 / 압축 특성 평가

• CP 1180 강판의 Yoshida-Uemori 재료 상수 도출

물성 테스트

3) U-Bending test를 통한 재료상수의 유효성 검증

• 성형 실험 수행 및 3D-scanning 을 이용한 형상 측정

물성 테스트

3) U-Bending test를 통한 재료상수의 유효성 검증

• CP 1180 강판의 실험 및 해석 비교 결과

• Yoshida-Uemori model을 이용한 유한요소해석 시, 치수 예측 정밀도 우수

해석 컨셉

양산 Tool 성형해석 – OP10 ( Pading력 : 45ton)

양산 Tool 성형해석 – OP20 ( Pading력 : 60ton )

PUNCH

PAD

DIE

PUNCH

PAD

DIE

20mm 보정치 적용

1차 성형 해석 결과

1st FO - Spring Back status Deviation

Try Result 45 ~ 51 6.0mm

OP10 Forming - Springback

보정치가 적용된 CAD로 해석을 진행 한 결과 실제 스프링백 거동과 유사한 경향을 나타냄

2차 성형 해석 결과

OP20 Forming - Springback

결론

• OP10 성형 공정 후의 스프링백 결과 및 OP20 성형 공정 후의 스프링백 결과 비교

• OP10 – 스프링백의 경우는 실제와 유사한 경향 및 수치를 보임

• OP20 – 스프링백의 경우는 실제와 유사한 경향을 보이지만 수치에서 차이를 보임

이는 OP20 성형 시 OP10 – 스프링백 결과가 정확하게 안착이 안 되어 결과의 오차 발생 가능성 (향후 결과 개선방안에 대한 연구 진행 예정)

결론

감사합니다

Thank you for your attention