견고한 강판을 복잡하고 정밀한 부품으로 변환하는 중요한 제조 과제에 직면해 있다고 상상해 보십시오. 자동차 및 항공우주와 같은 산업에서 딥 드로잉은 제품 성능, 비용 효율성 및 설계 유연성을 결정하는 중추적인 프로세스입니다. 전통적인 강철은 드로잉 가능성에 한계가 있는 경우가 많지만 AHSS(Advanced High-Strength Steel)는 이러한 환경에 혁명을 일으키고 있습니다.
딥 드로잉은 다이와 프레스를 사용하여 플랫 블랭크를 3차원 부품으로 변환하는 판금 성형 공정입니다. 스트레치 성형과 달리 순수 딥 드로잉은 두께 변화를 최소화하며 주로 플랜지 영역에서 다이 캐비티로의 재료 흐름에 의존합니다. 엄격한 정의는 없지만 드로잉 깊이가 직경을 초과하는 공정은 일반적으로 딥 드로잉으로 분류됩니다.
LDR(Limiting Drawing Ratio)은 재료의 딥 드로잉 능력을 나타내는 주요 지표 역할을 합니다. 컵 테스트를 통해 평가된 LDR은 성공적으로 그려질 수 있는 블랭크 직경과 펀치 직경의 최대 비율을 나타냅니다(그림 1 참조). LDR 값이 높을수록 딥 드로잉성이 우수하여 더 깊고 복잡한 부품을 생산할 수 있음을 의미합니다.
LDR 테스트 중에 원형 블랭크의 금속은 다이 반경을 통해 컵 벽으로 흐릅니다. 재료 이동은 평평한 블랭크에서 수직 측벽으로의 전환으로 제한되며 베이스 영역에는 흐름이 없습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 반경 방향 장력과 원주 방향 압축이 평면 바닥 펀치 아래의 플랜지에 작용하는 반면 블랭크 홀더 압력은 주름을 방지합니다.
성공적인 딥 드로잉은 재료 특성, 공정 매개변수 및 다이 설계라는 세 가지 상호 연결된 요소에 따라 달라집니다.
법선 이방성(r중)은 컵 테스트 성능에 큰 영향을 미칩니다. r 때중1을 초과하면 LDR이 증가합니다. 특히 LDR은 강도 또는 변형 경화 지수(n-값)에 대해 최소한의 민감도를 나타냅니다. UTS가 450MPa보다 큰 고장력강과 열간압연강은 일반적으로 r을 나타냅니다.중1과 2.0-2.2 사이의 LDR입니다. 이중상(DP) 강과 HSLA 강은 유사한 LDR 값을 보이는 반면, TRIP 강은 심인발성이 약간 향상되었습니다.
이러한 개선은 변형 모드에 따른 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태에서 비롯됩니다(그림 3). 플랜지 수축은 컵 벽의 평면 변형 변형보다 적은 변형을 발생시켜 LDR을 높이는 더 강한 벽 영역을 생성합니다. 그림 4는 동일한 인장 강도를 갖는 강철 등급 전반에 걸쳐 LDR이 증가하는 이점을 보여줍니다.
적절한 윤활은 재료 흐름을 개선하는 동시에 마찰과 인발력을 감소시킵니다. 최적의 블랭크 홀더 압력은 재료 이동을 제한하지 않고 주름을 방지하며 드로잉 속도는 재료 특성 및 다이 구성과 일치해야 합니다.
다이 반경은 재료 흐름과 응력 분포에 결정적인 영향을 미칩니다. 반경이 너무 작으면 균열이 발생하고 반경이 크면 주름이 발생합니다. 클리어런스 설정은 재료 두께를 수용해야 하며, 다이 재료는 내마모성, 강도 및 열처리 호환성을 위해 신중한 선택이 필요합니다.
AHSS는 탁월한 강도, 연성 및 인성을 결합하여 기존의 한계를 극복했습니다.
다양한 AHSS 유형은 다양한 드로잉 특성을 나타냅니다.
그림 6은 이러한 강철 유형에 대해 달성 가능한 컵 깊이를 보여줍니다.
성공적인 딥 드로잉에는 신중한 부품 및 다이 설계가 필요합니다.
r-값은 주로 평평한 바닥 컵 성형성에 영향을 주지만, 반구형 바닥과 같은 복잡한 모양은 n-값과 미세 구조에 추가적인 민감도를 가져옵니다. 상자 모양 부품은 플랜지 영역에서 흐르는 재료의 굽힘/굽힘을 통해 형성되는 측벽이 있는 4등분 컵과 유사한 분석이 필요합니다.
업계는 센서와 AI를 통한 지능형 공정 제어, 다이 최적화를 위한 디지털 시뮬레이션, 친환경 소재 및 방법을 향해 진화하고 있습니다. r-값이 높을수록 일반적으로 LDR이 증가하지만 절대값은 윤활, 블랭크 홀더 힘, 다이 반경 및 기타 시스템 매개변수에 따라 달라집니다. 그림 7은 윤활유 점도가 성능에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다.
