Initial Blank Optimization Design of Square Can Multistage Drawing considering Formability and Product Shape

Multistage deep-drawing technology is used widely in the production of mobile phone battery cases to improve productivity and economy. To ensure adequate capacity and rigidity, such cases are fabricated as a rectangular cup with a high slender ratio. The multistage deep-drawing of a rectangular cup entails a high slender ratio, and the heights of the product sides may be non-uniform because of the complicated deformation mechanisms. This causes problems in product assembly that affects the surface quality of the case. This study examined a blank shape that minimizes the height variations of the product to resolve the aforementioned problems. Optimization design and analysis were performed to identify the shape that yields the least variation. The long and short sides of an oval blank were set as the design variables. The objective function was set to yield the lowest height difference, and the thickness reduction rate of the product was set to the target range. In addition, the height of the final shape was set as a constraint. The height difference was minimized successfully using the optimized design. The design process of the initial blank for all rectangular shapes can be automated in the future.

사각형 캔 드로잉 다단 공정에서 성형성과 제품형상을 동시에 고려한 초기 블랭크 형상 최적 설계

다단 딥드로잉 기술은 제품의 생산성 향상과 비용 절감을 위해 휴대폰 배터리 케이스 제품의 생산 공정으로 많이 사용하고 있다. 휴대폰 배터리 케이스는 용량과 강성을 목적으로 세장비가 큰 사각 컵 형상으로 제조된다. 사각 컵 형상의 다단 딥드로잉은 세장비가 크고, 복잡한 변형 형태 메커니즘으로 인한 제품의 좌우 높이 차이가 발생한다. 이로 인해 제품 조립과 표면 품질에 문제가 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 개선하기 위해 제품의 높이 차이가 최소가 되는 블랭크 형상에 대해 연구했다. 제품 좌우 높이 차이가 최소가 되는 블랭크 형상을 찾기 위해 최적 설계와 해석을 수행했다. 타원형 블랭크의 장변과 단변을 설계 변수로 설정하고, 목적 함수는 높이 차이가 최소가 되도록, 제품의 두께 감소율이 목표 범위에 도달하도록 설정했다. 또한 최종 제품 형상의 높이를 구속 조건으로 설정하였다. 그 결과 최적 설계를 통한 초기 블랭크 설계로 높이 차이가 최소가 되었으며, 원하는 공정을 지정하여 높이 차이가 최소화 되도록 수행 가능하다. 향후 개발된 자동화 프로세스로 인해 모든 각형 타입의 초기 소재 설계가 가능할 것으로 판단된다.