초고장력 자동차용 강재의 시뮬레이션 및 성형 시 스프링백 처리

더 높은 등급의 초고장력강(AHSS/UHSS)으로 업그레이드할 때, 스프링백 대책 마련은 자동차 부품의 형상을 포함한 성형 시뮬레이션, 스탬핑 공정에 있어 중요한 고려사항이 됩니다. 이 기사에서는 SSAB의 최근 스프링백 웨비나의 주요 특징에 대해 소개합니다.

AHSS/UHSS 스프링백 유형

AHSS/UHSS 스프링백에는 두 가지 유형이 있습니다: 하나는 성형하는 동안 반경에서, 다른 하나는 평면에서 발생하여, “사이드월 컬 (sidewall curl)"을 생성합니다. 스프링백의 양은 강재의 강도, 영률 및 변형 경화의 영향을 받습니다.

반경 변형 시뮬레이션을 실행할 때 성형 한계 다이어그램 (FLD)만 사용할 수는 없습니다 - 이 다이어그램은 강재의 중간층을 표시하기 때문에 예를 들어 1% 또는 2%와 같이 매우 낮을 수 있습니다. 외부 층을 포함하여 모든 층을 그려보면 11% 이상과 같이 소성 변형이 훨씬 높다는 것을 발견할 수 있습니다.

시뮬레이션된 AHSS/UHSS 스프링백 결과를 실제로 성형된 부품을 스캔한 것과 비교하기 위해, SSAB는 다양한 재료 모델을 테스트할 수 있도록 범퍼 설계를 생성했습니다. 단순한 Hill 90 등방성 경화 모델을 사용했을때, 예측된 범퍼 스프링백은 실제로 성형된 부품과 커다란 상관관계에 있었습니다. BBC2005 등방성 경화 모델을 사용했을 때에도 유사한 결과가 나타났습니다(실제 부품과의 커다란 상관관계). 운동학적 경화 모델을 사용할 경우, 이 모델들의 매개변수가 스프링백 거동에 커다란 영향을 미친다는 것을 기억하는 것이 중요합니다, 적절한 매개변수를 사용할 경우, 운동학적 모델과 실제 부품 사이의 상관관계는 매우 우수합니다. 따라서 강도가 더 높은 AHSS/UHSS 재료로 시뮬레이션을 실행할 때에는 매우 우수한 측정 데이터를 사용하는 것이 특히 중요합니다.

스프링백 유형

부품의 형상은 스프링백에 주요한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 두 설계 모두 스프링백을 보정하기 전에는 싱글 햇 프로파일은 더블 햇 프로파일보다 스프링백(사이드월 컬)이 훨씬 더 높게 나타납니다. 그 이유는 더블 햇에서는 반경들이 반대 방향으로 향하고 있어 스프링백이 서로 “상쇄”되기 때문입니다.

예를 들어 2상 조직의 600MPa 또는 800MPa인 AHSS를 사용하는 경우 싱글 햇 프로파일에서 스프링백을 보정하려면 부품의 벽을 스트레칭 한 다음 더 날카로운 반경을 사용하여 벽의 변형에 더 나은 영향을 줄 수 있습니다. 강도가 더 높은 기가파스칼 강종(1000MPa 이상)에는 다른 솔루션이 필요합니다. 공구 내부에 있는 캠을 이용하여 성형 방향을 변경한 다음 마찰을 변화시켜 예를 들어 0.7 mm를 초과하는 부품의 편차를 0.5 mm 이하로 만들 수 있습니다. 스프링백 웨비나에서는 이러한 다단계 성형 공정에 관한 동영상을 볼 수 있습니다.

사이드월 컬

SSAB의 BendCalc 앱 및 순전한 절곡 상태에서의 스프링백을 추정하기 위한 재료 모델

SSAB의 스마트폰 앱인 BendCalc는 AHSS/UHSS 재료의 순전한 절곡 상태에서의 실제 스프링백을 예측하는 최초의 소프트웨어입니다. 설정에서는 Docol® 강종, 원하는 최종 각도, 형상, 마찰 레벨 및 기타 셋업 조건들을 선택할 수 있습니다. BendCalc는 App Store 또는 Google Play에서 무료로 다운로드할 수 있습니다.

BendCalc의 이론적 모델은 다음과 같습니다. 먼저, SSAB는 VDA 238-100 절곡 테스트 절차와 마찬가지로, 마찰이 없는 조건에서 절곡 테스트를 실시하여 스트로크 길이(또는 위치) 대비 힘 곡선을 그려냈습니다. 그 다음에는 이러한 데이터들을 단면 모멘트 및 절곡 각도로 변환하였고, 절곡 셋업을 위해 형상을 주의 깊게 기록했습니다.

추정된 모멘트를 적용하면 부품 플랜지의 곡률 각도의 현재 형상을, 나아가 블랭크와 나이프 사이의 접촉 각도를 지속적으로 계산할 수 있습니다. 이러한 모든 개별 각도는 AHSS/UHSS 스프링백의 최종량에 별도로 영향을 미칩니다. BendCalc 모델은 당사 내부에서 수행된 수많은 실제 SSAB 절곡 테스트와 일치율이 높기 때문에 형상 셋업을 입력하여 스프링백, 스트로크 길이, 최대 힘 및 기타 매개변수를 추정할 수 있게 합니다.

BendCalc 모바일 앱

권장 공구 강종을 이용한 AHSS/UHSS 성형 안정화

SSAB는 40년 이상 HSS용 공구강 솔루션 분야에서 경험을 쌓아 왔습니다. 당사의 노하우는 고객의 실제 생산 결과뿐만 아니라 장기간에 걸친 시리즈를 연구하는 다양한 R&D 프로젝트 참여에 기반을 두고 있습니다. 특정 공구강 권장사항에 대한 40페이지 분량의 초고장력강을 위한 툴링 솔루션 책자를 다운로드하시길 권장합니다.

성형 작업에서 툴링 결함 메커니즘에는 파손, 마모 및 소성 변형이 포함될 수 있으며, 블랭킹 작업에는 칩으로 부스러짐 및 균열 결함도 포함될 수 있습니다. 최적화되지 않은 공구강을 사용하면 시간이 지남에 따라 마찰이 누적되어 스프링백 효과가 증가하고 부품이 허용 오차를 벗어나게 할 수 있습니다. 또 다른 문제로는 블랭킹 도중 공구가 칩으로 부스러져 커팅 엣지가 불량 상태가 되고, 그 결과 급작스러운 플랜지 파탄의 위험이 발생할 수 있습니다.

SSAB는 Docol® AHSS/UHSS 강종의 스탬핑을 위한 공구강 강종에 대한 구체적인 지침을 제공하며, 경도는 60 HRC 이상으로 하여 소성화를 방지하고, 일반적인 표면 처리(코팅)을 권장합니다. 이러한 고기능성 공구강의 초기 고비용은 생산 중단 감소 및 공구 보수/유지 비용 절감으로 상쇄됩니다.

강도가 더 높은 AHSS/UHSS 강종을 스탬핑하면 압력이 높아지고 마손 위험성이 증가합니다. 안정적인 마찰 조건을 보장하기 위해 공구 인서트를 설계하고 PVD/CVD 또는 Duplex 처리된 공구강을 사용하십시오. 코팅을 추가하기 전에 연마 공정이 매우 중요합니다. 표면 마감재를 적어도 Ra< 0.2 µm로 연마하고, 매우 중요한 영역에서는 이를 Ra 0.05 µm로 낮춰 균열, 마손 및 마찰 증가를 방지해야 합니다.

AHSS/UHSS 강종을 냉간성형 하거나 블랭킹할 경우에는 PVD, 레이저, 고주파 및 질화용 표면 경화 기능이 있는 SSAB의 Toolox® 공구강을 고려해 봐야 합니다. Toolox® 강재는 미세 청정도가 높아 마찰이 적고, 진동에 대한 내성, 높은 피로 강도, 칩으로 부스러짐 및 균열에 대한 탁월한 내성 등으로 인해 감쇠비가 매우 높습니다.

툴링 솔루션 브로셔 표지
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Docol® Tooling solutions for advanced high strength steels

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