Kalpakjian 기계공작법 Ch.16 문제풀이(판재성형)

16.1 판재성형은 압연, 단조, 압출과 어떤 점에서 다른가?

 

박판금속 부품과 부피성형 부품의 가장 명확한 차이점은 공작물의 두께나 단면적이다. 박한금속은 일반적으로 부피가 작아서 성형하거나 구부리기 쉽다. 박판 금속 부품은 인장력이 가해지지 않는 이상 구조재료에 사용하지 않는다. (박판은 두께가 얇아서 상대적으로 낮은 하중에서도 좌굴될 우려가 있다. 박판금속은 각 조각을 조립해서 큰 부품을 만들 수 있다. 구조재로는 단조나 압출로 만든 제품이 일반적으로 여러 형상으로 사용된다.

 

16.4. 복합, 연속, 트랜스퍼 다이의 차이점을 설명하라.

 

기본적으로 복합다이는 하나의 다이에서 하나의 스트로크로 여러가지의 작업한다. 연속 다이는 하나의 다이에서 스트로크 당 하나씩 여러가지의 작업을 한다. 트랜스퍼 다이는 하나의 다이에서 하나의 작업을 수행한다.

 

16.7 스프링백에 영향을 주는 재료의 성질을 나열하고, 어떠한 원리로 영향을 주는지 서술하라.

 

재료가 유한 탄성계수를 가지고 있기 때문에, 소성변형에 탄성회복이 뒤따르는 것은 피할 수 없다. 탄성계수가 같다면 항복응력이 클수록 탄성회복 변형률이 크기 때문에 스프링백이 크다. 항복응력이 일정할 때 탄성계수가 크다면 탄성변형이 작아서 스프링백이 작아질 것이다. 굽힘 반지름이 클수록 스프링백이 커지고 판재 두께가 커질수록 스프링백은 작아질 것이다.

 

16.9 튜브를 굽힐 때 찌그러짐 현상은 왜 발생하는가? 튜브의 직경에 대한 두께의 비가 주는 영향은 무엇인가?

 

굽힘에서 단면적 절반은 인장응력이 발생하고 다른 반쪽은 압축응력이 발생한다. 또한, 소재의 가늘기에 따라서 압축에 의해서 좌굴되는 경향이 있다. 튜브는 직경 대비 두께가 매우 작기 때문에 압축응력이 생기는 쪽에서 좌굴되기 쉽다. 따라서, 직경 대비 두께가 작을수록 좌굴이 일어나기 쉽다.

 

16.11 귀발생을 정의하고 발생하는 이유를 설명하라.

 

귀발생은 판재의 평면이방성때문에 발생한다. 원형 블랭크에 원형 다이공동부를 생각해보자. 평면이방성이 있으면, 블랭크는 다른 방향보다 특정한 방향에 변형 저항이 적을 것이다. 따라서 변형저항이 큰 부분으로 가늘게 만들어서 귀를 발생시킨다.

 

16.22 2장에서 아무 주제나 3개를 선택한 뒤 각각 주제에 대한 상세한 예시를 제시하고 이 장에서 다루어진 주제와의 연관성을 말하라.

 

a)    항복응력과 탄성계수는 스프링백을 예상하는데 적용할 수 있다.

b)    인장강도는 블랭킹에 필요한 힘을 계산하는데 중요하다.

c)    가공경화지수는 박판의 성형성에 특히 연관된다.

d)    변형률은 성형한계도에서 직접적으로 관련이 있다.

 

16.23 문제 16.22번과 똑같이 하되 3장에서 주제를 골라라.

 

a)    결정립 크기와 그에 대한 강도의 영향은 냉간가공에서 성형성에 큰 영향을 준다.

b)    재료에 따른 재질의 특성은 주조재질을 냉간압연으로 박판을 만들 때 관련된다.

 

16.24 전단에서 펀치하중에 영향을 주는 재료들과 공정변수들을 선정하고 각각의 변수들이 하중에 어떻게 영향을 주는지 설명하라.

 

펀치하중에 영향을 주는 요인은 다음과 같다.

(a)  재료의 전단강도와 가공경화지수; 하중을 증가시킨다.

(b)  전단되는 면적과 판재의 두께: 하중과 스트로크를 증가시킨다.

(c)  펀치와 다이 벽에 문질러지는 면적; 하중을 증가시킨다.

(d)  펀치와 다이의 모서리 반지름, 간극, 펀치속도, 윤활

 

16.27 그림 16.32b에서 디프드로잉하중 F에 영향을 주는 인자들을 선정하고 어떻게 영향을 주는 지를 설명하라.

 

(a)   블랭크 직경은 하중에 영향을 준다. 직경이 클수록 원주가 커지고, 변형해야 할 재료의 부피가 커지기 때문이다.

(b)   펀치와 다이 사이의 간극은 하중에 영향을 준다. 간극이 클수록 두께 감소율이 커지고 그에 관련한 일이 증가하기 때문이다.

(c)   재료의 항복응력과 가공경화지수도 하중에 영향을 준다. 이들이 증가하면 항복응력을 넘어서 변형하는데 필요한 힘이 증가하기 때문이다.

(d)   블랭크의 두께 또한 변형해야 할 부피를 증가시켜 하중을 증가시킨다.

(e)   블랭크홀더의 힘과 마찰도 하중에 영향을 준다. 이들은 소재가 다이 안으로 들어가는 유동을 방해하여 이 힘을 이겨내기 위해서 추가적인 에너지를 소모해야 하기 때문이다.

 

16.29 블랭크홀더 없이 성공적으로 드로잉할 수 있는 일반적인 치수 관계가 시가 (16.14)에 나타나 있다. 이러한 제한을 넘어서면 무슨 일이 일어나는지 설명하라.

 

이 제한을 넘어서면 블랭크가 주름이 지기 시작하고 컵은 주름진 벽을 갖게 될 것이다.

 

16.34 전단면의 품질은 판재의 성형성에 영향을 준다고 한다. 그 이유를 설명하라.

 

여러 상황에서 전단면은 굽힘, 신장, 신장플랜지 등 여러 작업이 추가적으로 수행된다. 거친 전단면은 응력 집중원으로 작용하여 이런 추후 작업들을 수행할만한 인장 변형을 견딜 연성이 부족하다.

 

16.35 이 장에서 다루어진 내용 중 마찰력이 필요한 경우와 필요하지 않은 경우들의 구체적인 예시들을 각각 몇 개씩 설명하라.

 

압연에서는 마찰력이 필요한 반면 대부분의 성형공정에서는 마찰력이 필요하지 않다.

 

16.38 그림 16.43b의 제품을 튜프 하이드로포밍이 아닌 다른 방법으로 어떻게 생산할 수 있을 것인가?

 

튜브 조각을 서로 용접하여 생산하거나 주조를 해야한다. 둘 모두 생산원가가 매우 비싸며 생산률도 낮다.

 

16.39 금속판재가 두꺼울수록 성형한계선도의 커브가 높아진다. 그 이유를 설명하라.

 

성형한계도에서 두께가 커질수록 커브가 높아지는 것을 볼 수 있다. 그 이유는 신장에 기여할 재료가 많아져서 더 큰 신장을 할 수 있기 때문이다.

 

16.(구 7.24) 디프드로잉과 비교해서 하이드로포밍은 더 깊게 드로잉 할 수 있는데 그 이유를 설명하라.

 

하이드로포밍에서 더 깊게 드로잉할 수 있는 이유는 성형되는 컵이 펀치의 정수압에 의해 눌리기 때문이다. 즉, 컵이 펀치와 함께 이동하면서 마찰저항을 받고, 길이방향으로 인장되어 컵 벽면이 작아진다. 인장응력이 작으면 더 깊게 드로잉할 수 있고, 펀치 직경 대비 블랭크 직경 또한 커진다. 비슷한 상황으로 튜브 인발에서 맨드렐이 다이와 함께 인발되는 것이 있다.

 

16.(구 7.34) 성형한계도의 한계에 대해 서술하라.

 

(a)  시편이 이상화 되어있다.

(b)  마찰조건이 실제 공정을 반영하지 못한다.

(c)  실제 성형 공정에서 굽힘과 풀림의 영향, 비드의 유무, 다이 표면조건이 충분히 반영되지 못하였다.