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스탬핑 공정 시뮬레이션에서의 효과적인 드로비드 모델링

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Stretched part(인장성형 제품)를 파단이나 주름 없이 최상의 성형 프로세스를 만들기 위해서는, 드로잉 공정 중 소재 흐름(material flow)이 컨트롤 되어야 합니다. 대체로 이것은 드로비드와 바인더 포스(binder force)를 결합하여 조절합니다. 공정을 설계하는 동안, 최상의 스탬핑 파트 제작을 위해 드로비드의 위치와 길이와 비드력이 수정됩니다. 이 때 소재 사용은 최소한으로 제한합니다. 트라이아웃에서도 원하는 품질의 공정을 얻기위해 드로비드를 수동으로 수정할 수 있습니다. 일반적으로, 드로비드를 사용할 때는 최적의 성형 조건을 충족하기 위해 서너가지의 측면이 고려되어야 합니다.

드로비드를 집중적으로 사용하거나, 다양하게 수정하기 위해 성형 시뮬레이션에서 드로비드를 모델링 하기 위해서는 체계적인 접근 방식이 필요합니다. 이러한 시뮬레이션 모델링은 빠르고 쉬우며 계산 시간에 크게 영향을 주지 않아야 합니다. AutoFormplus R6 최신 버전에서는 다음과 같은 방법을 사용하여 드로비드를 효과적으로 모델링해줍니다:

  • 3D bead generation(3D 비드의 생성)
  • Drawbead flattening
  • Accurate drawbead behavior(드로비드 정밀 거동)
  • Drawbead unflattening

3D bead generation(3D 비드의 생성)

3D 비드를 만들려면 비드의 포지션과 지오메트리 - 이 두 가지를 고려해야 합니다: 첫째로, 비드의 포지션은 비드 location의 커브에 의해 정의됩니다. 이러한 커브는 비드 중앙을 나타냅니다. 둘째로, 비드의 지오메트리는 비드 단면(cross section)의 2D 프로파일에 의해 정의됩니다. 마지막으로, 비드 프로파일은 드로비드 커브의 location의 툴 서피스에서 모델링됩니다.

Drawbead flattening

드로비드는 바인더 클로징 후의 sheet의 형태에 영향을 주고 주름을 발생시킬 수 있습니다. 시뮬레이션에서는 주름의 모양이 형상비드에서만 탐지가 가능합니다. 이러한 형상비드에서는 드로우비드에 사용되는 소재가 고려되므로, 블랭크 아웃라인이 더욱 정확하게 측정됩니다. 따라서 계산 시간이 비교적 짧을 때에는 바인더 클로징에서 형상비드를 사용합니다. 바인더 클로징 이후, 비드 영역이 플래튼(flatten)되고 드로잉 공정에서는 라인비드가 사용됩니다. 블랭크 드로우-인 이나 주름과 같은 효과들은 드로비드 플래트닝 이후에도 지속됩니다.

Accurate drawbead behavior(드로비드 정밀 거동)

어댑티브 라인 비드(Adaptive line bead)는 현재의 공정 조건을 사용하여 드로비드 효과를 계산하는 정교한 라인비드 모델입니다. 드로비드의 저항 및 업리프팅 인자들 (fR 및 fU) 이 아래에 열거된 시뮬레이션 변수를 바탕으로 끊임없이 재계산 됩니다:

  • 현재 상태의 툴 간격에 영향을 받는 드로비드 지오메트리. 툴 사이 공백은 시뮬레이션 중 툴 오프닝의 결과로 드로비드 효과가 감소하여 변경될 수 있습니다.
  • 현재 판재 두께
  • 소재의 국소적 성질 (가공 경화). 예를 들어, 드로비드 진입 전 박판이 경화되면 비드에서 소재의 저항력이 증가합니다.
  • 바인더 압력이나 더블 비드 부위에서의 저항력(restraining force)에 의한 평면 내 응력(membrane stress)

이것은 현실에서와 유사하게, 드로비드 효과가 드로잉 공정 중의 어떤 때라도 변경될 수 있음을 의미합니다. 어댑티브 라인비드(adaptive line bead) 모델의 장점 중의 하나는 유저가 드로비드 지오메트리를 한 번 정의하면 계산시 위에 열거된 모든 요인들이 자동으로 고려되는 점입니다. 더블 비드나 경사가 있는 바인더 부위에 관해 수동으로 저항 조건을 수정하지 않아도 됩니다.

Drawbead unflattening

언플래트닝(unflattening) 옵션은 드로잉 공정의 최종부에서 지오메트리 비드의 플래트닝을 반전시켜 줍니다.(adaptive line bead를 형상비드의 형태로 변환) 어떤 경우에는 지오메트리 비드를 다시 불러들일 필요가 있습니다. 예를 들면 아래와 같은 경우입니다:

  • 드로잉 공정에 이은 스프링백 이후, 부품 형태의 구조 강성(structural stiffness) 영향
  • 후공정 배치시에 나타나는 모든 드로우비드 형태로 인한 영향

맺음말

스탬핑 시뮬레이션에서 효과적으로 드로우비드 효과를 포함하여 반영하려면, 어댑티브 라인비드(adaptive line bead) 모델을 플래트닝(flattening) 기능과 함께 사용할 것을 권해드립니다. 후공정이 있다면, 더더욱 어댑티브 라인비드 모델을 사용하고 플래트닝과 언플래트닝(unflattening) 기능을 함께 사용할 것을 권해드립니다.