Fig. 18처럼 나온DATA를 바탕으로 형상 SPRING BACK 보정을 적용해 보았다.
보정치는 하형(LOWER DIE)인 PUNCH 면에 적용 하였고 성형해석에서는 많은 변형양 을 보였지만 SPRING BACK은 MAX：1.974 으로 이 구간에는 거의 비슷한 수치인 -2mm의 역보정을 주었고 SPRING GO는 MIN: -7.149 으로 이 구간에는 +7mm의 역보 정을 주었다. 그리고 측벽부 MIN: -4.629 구간은 L/R 양 비교 후 평균값인 +4mm의 역보정을 적용 하였다. Fig.24에서 보이는 단면과 같이 총 편차 9mm의 편차를
“0”LINE 기준 HOOD 부분 앞측과 뒷측으로 보정치를 적용하였다.
Fig. 4.7 Calibration data sheet and the product Section
일반적인 측벽 단면 및 “R” 보정에서는 Fig.25의 스프링 백을 예측하여 보정 치를 적용하는 근사식이 있습니다. 하지만 이러한 식으로 적정 스프링 백 근사치 의 양을 구하는 건 사실 어려운 것이다. 즉, 전체형상에 오목, 볼록, 평면구간 및 여러 형상으로 이루어진 제품의 알루미늄 보정에서는 단순 벤딩에 대한 스프링 백 예측 근사식을 적용할 수가 없습니다. 그래서 형상에 나온 스프링 백을 해석상에 나오는 거의 근사치에 가까운 보정양을 통해 모델링에 감안하여 직접 적용해 보았 습니다.
Fig. 4.8 Springback Approximate
1) SPRING BACK 근사식
2) SPRING BACK Factor
Fig.24 에서 보여주는 보정치는 제품으로 성형된 기준으로 나온 해석상 스프링 백 양으로 보정치를 설정하여 모델링을 진행 하였으며 외판의 특성상 외관의 굴곡 관리가 중요한 문제로 얼룩말 무늬의 굴곡 곡선을 확인하면서 조금씩 보정값으로 제시된 값 대비 수준으로 모델링 보정을 추가 하게 된다. 그래서 해당 보정치의 정확한 수치로의 모델링 작업이 안될 수 있지만 거의 비슷한 값을 적용하게 된다.
Fig.26 의 그림을 보면 모델링 후 얼룩말 무늬로 최종 모델링에 굴곡 곡선을 확인 할 수 있다.
Fig. 4.9 Zebra-patterned skin curve design
4.7 3차원 CMM측정을 통한 보정 결과 분석
HAXAGON사의 TORO 40.16.21 모델명의 CMM 측정기를 이용하여 측정한 DATA 이며 동일조건 및 동일한 포인트를 측정기준을 통해 보여준 개선 내용이다.(A)수정 전 의 내용을 보면 세팅 후 측정변형을 최소화 하기 위해 제품을 뒤집어서 측정하여 측정 수치는 반대로 되어 있는 모습이다. 제품방향으로 보았을 때 빨간색이 (-)경 향 파란색이 (+) 경향이다. PASS의 기준은 OTR의 비매칭 기준으로 +0.70~-0.70의 기준을 적용하고 매칭 기준으로는 +0.5~-0.5의 기준을 적용하여 PASS는 녹색으로 설정하였고 보정치의 “0”구간으로 설정되어있는 파란색으로 표시된 6개의 포인 트가 그대로 PASS가 안되는 경향을 볼수 있으며 수치적으로도 0.21mm 변화량이 있 었다. 빨간색으로 표시된 양도 2.53mm의 변화량이 있어 보정치로 개선 확인이 가 능했다. Fig.27, 28과 같이 이런 경향을 수치적으로 알아보기 쉽게 표시 해 보았 고 색으로도 PASS의 기준을 쉽게 볼 수 있게 해보았다. 이러한 변화량 시트의 MAX 와 MIN의 양은 Table.7, Table.8의 비교 수치를 보면 알 수 있다.
(A) Before (B) After
Fig. 4.10 Comparison of measured values before and after modification (1)
Table. 4.2 Calibration Measurement Results(1)
(A) Before (B) After
(A) 수치
MAX +1.52
MIN -3.13
(B) 수치
MAX +1.73
MIN -0.60
(A-1) Before (B-1) After
Fig. 4.11 Comparison of measured values before and after modification (1)
Table. 4.3 Calibration Measurement Results(2) (A-1) Before (B-1) After
(A-1) 수치
MAX -1.45
MIN -0.79
(B-1) 수치
MAX +0.69
MIN -0.15
그리고 Table.9와 같이 같은 포인트 기준으로 수정 전 및 수정 후의 수치 변화 량을 임의의 위치인 11개 포인트 기준으로 나열해 보았다. 보정치 대비 개선이 많 이 되어있는 수치이다. Table.9에서 보이는 Max: 6.62mm부터 Min: 0.41mm까지의 개선효과를 볼 수 있었다. 이러한 수치는 Fig.24에서 보정 적용한 Max: 7.0mm 의 보정 수치와 비슷한 수치로 보정치에 대한 개선율은 약 91.4%정도로 이다.
Table. 4.4 Comparison dimension by 11 points
수정 전 수정 후
1 -3.56 +0.15
2 -1.08 +0.07
3 +1.53 -1.00
4 +1.42 -1.02
5 -1.07 -0.02
6 -3.85 +0.30
7 -0.65 -0.34
8 +6.42 -0.20
9 -0.83 -0.42
10 +3.13 +0.61
11 +2.04 +0.69
이로써 최종 스프링 백 보정 결과를 Table.10과 같이 간단하게 정리해 보았다.
형상 측정 포인트는 총 300포인트를 측정해 보았고 수정 전 DATA보다 SPRING BACK 의 보정으로 많은 개선효과가 있었다는 결론을 내릴 수 있었다. 비록 100%의 개선 효과를 보이진 못했지만 초기 대비 64%의 개선효과가 있었으며 이러한 개선 효과 로 인한 프레스 자동차 부품인 알루미늄합금의 품질을 정확한 해석과 SPRING BACK 분석을 통해 납품 일정, 제작 일정 축소, 품질육성에 대한 원가 절감효과가 가능 한 것으로 확인 되었다.
Table. 4.5 Final shape improvement figures
수정 전 수정 후
SURFACE
PASS % 24% 88%
PASS POINTS 71 261
TOTAL POINTS 300 300
Fig. 4.12 Final shape improvement figure graph
제 5 장 결론
본 연구에서는 차체 경량화에 적용되는 가장 대표적인 알루미늄 합금 6016 소재 를 자동차 프레스금형 HOOD OTR에 적용하여 이 소재의 성형성과 스프링백 성형해 석을 통해 분석해 보고 이를 개선 시켜 보았다. 본 연구뿐 아니라 다른 연구들을 통해서 Al6016의 성형성은 검증이 된 내용이나 Autoform R7.0을 사용하여 성형성 재 분석을 통해 비유동부인 드로우 금형의 하형인 PUNCH측은 해석의 차이와 2% 이 내의 차이를 보여준 반면 블랭크 홀더측은 마찰력이 감이된 금형의 폴리싱의 상 태, 거칠기의 정도 또는 다이스포팅을 통한 미세한 차이에 따라서도 성형해석과 양이 달라질 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다. 물론 이와 같은 알루니늄 합금을 사용한 금형 드로잉체계는 명확한 표준은 없다. 형상의 크기, 형상의 모양에 따라 서 성형성이 지금과 다르게 달라질 수 있으며 모든 드로잉성형이 프레스 금형의 특성상 경험상의 수치로 제작이 이루어지고 있는 실정이기에 이를 완벽하게 개선 한다는 것은 정말 변형양이 많은 알루미늄 합금 소재에 매우 어려운 일이다. 하지 만 성형해석조건을 명확하게 확인하고 이를 성형해석을 하여 통계적 분석방법을 통한 FLD선도를 분석해보면 고정된 형상에서의 성형해석은 거의 일치한다는 결론 이다. 그리고 블랭크를 홀딩하는 부분은 이러한 해석을 통해 참고하여 개선이 가 능 할 것으로 판단된다. 그리고 SPRING BACK 해석을 통해 알루니늄합금 Al6016이 자동차 외판 부품인 HOOD OTR라는 제품에 미치는 SPRING BACK의 경향에 대해서 실 험을 수행하였다. 보정치의 결론으로 분석양 가장 높은 곳인 +7.0mm 의 적용구간 에서 100% 기준으로 약 91.4%의 개선율을 보여줬으며 보정수치가 낮은 곳인 – 1.5mm 적용구간에서도 약 51.4%의 개선율을 측정결과로 보여주었다. 총 300포인트 를 측정해본 결과 수정 전 24%의 형상 PASS 수치에서 수정 후 88%의 형상 PASS 수치로 한번에 64%의 개선효과를 보였으며 이러한 개선 효과로 인한 프레스 자동 차 부품인 알루미늄합금의 품질을 정확한 해석과 SPRING BACK 분석 및 보정을 통 해 알류미늄을 자동차의 외판부분에 사용한 부품의 고품질 초기 확보, 납품 일정, 제작 일정 축소, 품질육성 단축, 원가절감효과가 가능한 것으로 기대 된다.