초소성 재료의 펀치 성형에 관한 유한요소 해석

Abstract

초소성 재료는 큰 연신율과 낮은 유동응력 때문에 복잡한 모양의 제품을 성형하는데 유리하며 그 성형방법은 주로 압력에 의해 성형하는 벌징으로 하고 있다. 그러나 벌징으로 가공하기 힘든 제품의 경우 펀치로 성형해야 할 경우가 발생하고 그에따라 펀치 서옇ㅇ에 관한 해석도 필요하다. 초소성 성형의 가장 큰 단점은 성형시간이 길다는 것인데 성형시 변형률속도민감계수가 최대가 되면 성형시간이 최소가 된다. 펀치로 성형할 경우는 펀치속도를 조절하여 변형률 속도를 특정한 값으로 유지해야 한다. 이와 같이 초소성 펀치 성형 공정을 최적화하기 위해서는 시간에 따른 펀치 속도를 알아내어 최소 성형시간을 계산할 수 있는 수치해석이 필수적이다. 본 연구에서는 가상일 원리로부터 유한 요소 수식화를 updated-Lagrangian 형태로 유도하였으며, 유도된 수식화를 연속체 유한 요소로 유한 근사화 하였다. 이때 초소성 재료의 거동은 비압축성 비선형 점성 유동으로 묘사하였다. 개발된 유한요소 프로그램으로 반구형 펀치 성형공정과 원통형 펀치 성형공정을 해석할 수 있다. 펀치성형공정에서 펀치의 속도제어는 최대상당변형률속도를 일정하게 유지하여 변형률속도민감계수가 최대가 되게 하여야 한다. 이를 위하여 매 일정시간 단계마다 등속도로 펀치를 강하하여 수치해석 한 후 역산하여 최적펀치속도를 계산하였다. 먼저 여러가지 두께의 박판에 대한 반구형 펀치성형과 원통형 펀치성형을 해석해 보았고, 성형형상, 펀치이동에 따른 최대상당변형률속도, 펀치속도-시간 선도, 두께분포 등을 구했다. 다음으로 두께분포가 다른 초기형상에 대해서 반구형 펀치 성형을 해석하여 성형 형상과 두께분포를 비교해 보았다. 또한, 초기 형상에 따른 국부변형의 발생여부에 대해서도 알아보았다.