시뮬레이션에 의한 검증과 대책
3D QuickPress a progress die design & simulation
오마치 카츠이치로 (大町勝一郞) (주)나노소프트
1. 서론
3차원 금형 구조 시뮬레이션은 프레스 금형의 구조를 통째 로 시뮬레이션하는 소프트웨어이다. 금형 설계에서부터 CAE 에 의한 금형 구조 해석을 통합적으로 시행할 수 있다.
SolidWorks의 골드 파트너 제품으로, 애드인으로서 동작하 는 3D QuickPress와 3D QuickForm은 금형설계자를 지원하 여 설계 리드타임을 단축한다. 3차원 금형 구조 시뮬레이션에 서는 3D QuickPress로 설계한 금형의 검증을 실시, 사전에 불균형을 예측함으로써 시도 횟수를 삭감하는 것이 가능하다.
2. 프레스 불량 예측이란?
이 소프트웨어는 판두께 변화를 확인하고 치수 측정, 스프 링백이나 굽힘·플랜지 등의 형상 변화를 확인, 외관의 확인 을 할 수 있는 기능을 한다.
순차이송 프레스에서는 이송, 절단, 벤딩, 드로잉의 모든 공 정을 통째로 계산한다. 아이들 공정의 필요성도 판단할 수 있 다. 또한 솔리드 요소를 사용하고 있기 때문에 아이어닝 가공 에도 대응할 수 있다.
3. 사례 모델에 의한 금형 제작
원통 드로잉을 사례 모델로서 시뮬레이션에 의해 검토했다. 금형 설계는 3D QuickPress를 사용하여 블랭크 전개, 스트립 레이아웃 및 다이 세트·펀치를 설계했다. 이번 모델에서는 중간 성형 형상을 검토하기 위해 DDC 기능을 사용하여 대강 의 형상을 자동 작성하고, 다음으로 그 형상을 서로 겹쳐서 4 회의 드로잉 공정을 작성했다. 또한 판두께 변화를 검토할 목 적으로 미리 3패턴의 공정을 준비하여 금형 구조 시뮬레이션으로 검증하는 데이터로 했다(그림 1).
4. 3차원 금형 구조 시뮬레이션 검증과 대책
3차원 금형 구조 시뮬레이션은 프레스기에서의 트라이를 PC 상에서 재현한다.
(1) 사례 1
7ST에서 거의 제품 형상에 근접시키고, 8ST로 R을 나오게 하는 방법을 취했다.
표 1 사례 1의 결과에서는 단붙임부를 연직 방향으로 누르고 있다. 또한 스트레치 변형 모드가 되어 확산 넥킹이 발생했다.
(2) 사례 2
펀치 지름 및 펀치 R을 크게 하여 7ST-8ST로 단계적으로 좁혀 가는 방법을 취했다.
표 1 사례 2의 결과에서는 국소 넥킹이 발생하고, 펀치의 숄 더 부분에서 판싱크가 발생했다.
(3) 사례 3
7ST에서 제품 형상보다 높이를 내고, 8ST에서 상하 인장이 아니라 압축에 의해 형상을 내는 방법을 취했다.
표 1 사례 3의 결과에서는 상하 압축 변형 모드가 되지 않아 효과는없었다. 물론7ST에서높이를낸만큼판싱크는커졌다.
(4) 고찰
이와 같이 사례 1에서는 전체적으로 판두께는 문제가 없었 지만, 연직 방향의 하중 분포 상황에서 위치 어긋남이 발생할 우려가 있는 것은 부정할 수 없다. 또한 사례 3은 목표에 반하 여 무의미하게 판에 싱크가 생겼다. 이에 대해 사례 2는 판두 께의 분포 상태나 변형 프로세스 안정성 등의 관점에서 문제 발생 위험이 적다고 추측된다.
(5) 프레스 불량의 검증
위에서 언급한 사례와는 별도로 다음과 같은 문제가 검출되 었다.
① 브리지의 간섭
② 움푹패임 (외관 불량)
브리지의 간섭은 랜싱의 크기를 조정할 필요가 있음을 나타 내고 있다. 또한 움푹패인 것에 대해서는 클리어런스를 조정할 필요가 있음을 나타내고 있다(그림 2).
5. 맺음말
이번 검증에서는 사전에 3개의 가공 프로세스를 준비함으로 써 레이아웃의 예비 검토를 하는데 도움이 됐다. 또한 프레스 불량으로서 발견할 수 있었던 문제에 대해서는 금형의 수정에 피드백하는 것이 가능했다.
금형 구조 시뮬레이션은 문제를 발견하고 그 메커니즘을 이 해하여 대응책을 고려할 수 있는 소프트웨어이다.
설계 시점에서 불량 예측을 함으로써 비용 절감뿐만 아니라 설계자의 경험치를 향상시키는 데도 도움이 될 것이다.
오마치 카츠이치로
222-0033 橫浜市港北區新橫浜1-3-1
