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Springback Minimization using Bottoming in Al Can Deep Drawing Process

알루미늄 캔 딥드로잉에서 Bottoming을 이용한 스프링백 최소화

  • Park, Sang-Min (Department of Metal Mold Design Engineering, Kongju National University) ;
  • Lee, Sa-Rang (Department of Metal Mold Design Engineering, Kongju National University) ;
  • Hong, Seokmoo (Department of Metal Mold Design Engineering, Kongju National University)
  • 박상민 (국립공주대학교 금형설계공학과) ;
  • 이사랑 (국립공주대학교 금형설계공학과) ;
  • 홍석무 (국립공주대학교 금형설계공학과)
  • Received : 2016.06.23
  • Accepted : 2016.09.09
  • Published : 2016.09.30

Abstract

The technology of multistage deep drawing has been widely applied in the metal forming industry, in order to reduce both the manufacturing cost and time. A battery can used for mobile phone production is a well-known example of multistage deep drawing. It is very difficult to manufacture a battery can, however, because of its large thickness to height aspect ratio. Furthermore, the production of the final parts may result in assembly failure due to springback after multistage deep drawing. In industry, empirical methods such as over bending, corner setting and ironing have been used to reduce springback. In this study, a bottoming approach using the finite element method is proposed as a practical and scientific method of reducing springback. Bottoming induces compression stress in the deformed blank at the final stroke of the punch and, thus, has the effect of reducing springback. Different cases of the bottoming process are studied using the finite element program, DYNAFORM, to determine the optimal die design. The results of the springback simulation after bottoming were found to be in good agreement with the experimental results. In conclusion, the proposed bottoming method is expected to be widely used as a practical method of reducing springback in industry.

다단 딥드로잉의 기술은 제조 비용과 사이클 시간 단축 등의 장점으로 인해서 금속 성형 산업에 널리 적용되고 있다. 다단 딥드로잉으로 만들어진 제품의 형상이 복잡하고 세장비 큰 특징을 가진다. 예를 들어, 휴대 전화의 배터리 캔은 대표적으로 다단 딥드로잉으로 만들어진 제품이다. 배터리캔의 형상은 높이와 두께의 큰 종횡비를 가지고 있기 때문에 제조하기 무척 어렵다. 또한 최종 조립된 부품은 다단계 딥드로잉 후 스프링백으로 인해 조립 문제가 발생한다. 이러한 배터리 캔의 조립 시 발생하는 품질 문제를 개선하기 위해서 는 드로잉 후 스프링을 줄이기는 것이 매우 중요하다. 스프링백을 감소시키기 위해 산업 현장에서는 over bending, corner setting 및 Ironing 등의 경험적 방법을 적용해 왔으나, 본 연구에서는 유한 요소법을 이용한 보토밍(Bottoming)법을 제안하여 스프링을 줄이는 실용적이고 과학적인 방법을 제안하였다. 보토밍은 드로잉으로 성형된 최종 판재에 펀치로 압축 응력을 더욱 부가하여 스프링을 감소시키는 방법이다. 최적의 금형설계를 위해서 다양한 경우의 보토밍 공정 해석 시뮬레이션이 상용 유한요소 해석프로그램 (DYNAFORM)을 이용하여 연구되였다. 보토밍 공정을 적용한 제품의 스프링백 시뮬레이션 결과와 실험 결과와 비교되었고 그 시뮬레이션 결과는 실험과 잘 일치함을 보여 주었다. 결론적으로, 제안된 보토밍 방법은 산업계에서 스프링을 줄이기 위한 실용적인 방법으로 널리 사용될 것으로 예상된다.

Keywords

References

  1. Min Ho Park, Sang Jin Kim, Dae Gyo Seo, "The blank design and the formability for the multi-stage deep drawing process", Proc. Kor. Soc. For Tech. of Plast., Autumn Conf., pp. 111-118, 1995.
  2. T. W. Ku, J. W. Park, S. C. Heo, B. S. Kang, "Experimental Study on Non-Axisymmetric Rectangular Cup using Multi-Stage Deep Drawing Process", Trans. Mater. Process., vol. 19, no. 4, pp. 253-262, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.5228/KSPP.2010.19.4.253
  3. Joon-Ki Chung, Woong-Shick Cho, Taek-Sung Lee, "Combined Process of Ironing and Redrawing in Progressive Drawing", Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A., vol.28, no. 5, pp. 654-661, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.3795/KSME-A.2004.28.5.654
  4. Se-Ho Kim, Seung-Ho Kim, Hoon Huh, "Optimum Tool Design in a Multi-stage Rectangular Cup Drawing and Ironing Process with the Large Aspect Ratio by the Finite Element Analysis", Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A., vol. 26, no. 6, pp. 1077-1084, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.3795/KSME-A.2002.26.6.1077
  5. S. H. Sim, M. C. Lee, W. J. Chung, M. S. Joun, "Finite element analysis of square-cup deep drawing process using tetrahedral MINI-elements", Kor. Soc. For Tech. of Plast., Spring Conf., pp. 374-378, 2011.
  6. S. Hong, J. Hwang, "Bead Optimization to Reduce Springback of Sheet Metal Forming using High Strength Steel", J. KSMTE., vol. 23, no. 4, pp. 350-354, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.7735/ksmte.2014.23.4.350
  7. J. Kim. S. Hong, "Process and Die Design of Square Cup Drawing for Wall Thickening", J. KAIS, vol. 16, no. 9, pp. 5789-5794, 2015.
  8. Y. Kim, J. Cho, V. Do, D. Shin, "Evaluation of mechanical properties and springback for embossed aluminum sheet-part I", J. KAIS, vol. 16, no. 2, pp. 921-926, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2015.16.2.921
  9. T. Ogawa, A. Hirahara, F. Yoshida, "Reduction of Springback of Sheet Metals by Bottoming", AIP Conf. Proc. 1252, pp. 918-926, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.3457655
  10. DYNAFORM-PC User's Manual, 2014.
  11. C. Gomes, O. Onipede, M. Lovell, "Investigation of Springback in High Strength Anisotropic Steels", J. Mater. Process. Technol., vol. 159, no. 1, pp. 91-98, 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.04.423
  12. GOM ATOS User Manual, 2014.