블래더 프레스 시스템 개발에 관한 연구 :A Study on the Development of Bladder Press System

유창용

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자료유형: 학위논문

저자정보: 유창용 (경남과학기술대학교, 경남과학기술대학교 일반대학원)

지도교수: 김봉환

발행연도: 2015

저작권: 경남과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

블래더 프레스 시스템 개발에 관한 연구

유창용 자동차공 2015.01 학위논문

블래더 프레스 성형 시스템 개발 연구

유창용 , 김봉환 , 안국찬 외 1명 한국기계기술학회지 2015.01 학술저널

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블래더 프레스 성형은 프레스와 상하 금형을 이용하는 딥드로잉 등과 같은 일반적인 성형방법과는 달리 상부 금형의 기능을 블래더 또는 다이야프램 패드(diaphragm pad)가 대신하고 불래더 내부에 균일한 유압을 가하여 블래더가 하부 금형의 주위를 둘러싸게 됨으로써 하부 금형에 장착되는 박판(sheet metal) 소재를 하부 금형의 윤곽 모양으로 성형하는 기술이다. 블래더 프레스 성형의 장점은 다이(die) 없이 하나의 금형만으로 제품을 성형할 수 있으며, 블래더 또는 다이야프램이 다양한 모양의 다이 형상을 대신하므로 금형제작이 저렴하고, 딥드로잉 등에서 발생하는 소재의 두께 감소를 최대한 줄일 수 있다. 또한 소재가 다른 제품을 같은 금형을 사용하여 성형할 수 있고 제품 표면에 금형자국이 생기지 않으며 금형설치 시간이 짧다. 이러한 장점으로 인해 블래더 프레스 성형기술은 다품종 소량 생산에 적합한 항공우주, 의료 분야에 주로 사용되고 있으며, 현재는 금형비용 절감 등의 장점으로 인해 자동차 및 가전제품 분야에 이르기까지 적용 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 연구에서는 3D CAD 프로그램으로 범용적으로 사용되고 있는 CATIA V19를 사용하여 블래더 프레스 시스템의 형상을 모델링 하였다. 구조해석을 위하여 널리 사용되는 구조해석 범용 프로그램인 ANSYS Mechanical을 사용하여 구조적 안정성을 검토하였다. 유동해석을 위해서 사용된 상용코드는 유체기계의 내부유동 및 성능에 대한 계산결과의 신뢰도가 비교적 높은 것으로 알려진 ANSYS CFX 14.5를 사용하였다. 유압시스템을 개발하기 위하여 AMEsim 프로그램을 사용하여 유압회로의 안정성을 평가하였으며, 박판 성형 가공성을 평가하기 위해 오토폼(AutoForm)을 이용하여 항공 부품에 대해 셸 요소를 적용하여 성형해석을 수행하고, 실제 블래더 프레스 시스템에 의해 성형된 제품과 비교하여 분석하였다. 해석 결과를 이용하여 실제 제품을 제작하고 성능을 검증 하였다. 이러한 해석과 설계 및 실험을 통하여 블래더 프레스 시스템을 국내 최초로 국산화 개발을 이루었다.

There have been a lot of studies on the performance and characteristics of the hydraulic press system. But there is a relative shortage of research on bladder press system for the thin metal forming. Therefore, this thesis aims to develop the bladder press forming system for the thin metal forming in aerospace engineering field. The bladder press system was developed using hydraulic power through diaphragm pad and weir pad. The bladder press system consists of three parts which are hydraulic power unit, forming process unit and driving unit.
The flow analysis of urethane in the bladder by CFX version 14, the structural safety analysis of the frame of the bladder press system by the ANSYS Mechanical program and the hydraulic circuit analysis by AMESim software were carried for the basic design of bladder press forming system.
To predict the formability of sheet metal for the bladder press system, AutoForm software applied the static implicit finite element method was used in the analysis of forming process. AL2024 was used forming process analysis and the thickness of the plate is 1.6mm, 1.8mm and 2.0mm. Forming force is shown by 101.92kN～87.22kN. The results from the simulation analysis were applied to development of the bladder press system.
We can get a good forming results from bladder press system. Developed bladder press forming system will be largely used in aircraft manufacturing industry field. During the time, it is thought that research on the scale-up system as a commercial model will be required in future. Also, it is anticipated that if more precise research is continued, this will make a contribution to the development of a bladder system with a higher efficiency.

*A thesis submitted to the Committee of the Graduate School, Gyeongnam National University of Science and Technology in partial fulfillment of the requirements for degree of Master of Engineering in August 2015

#블래더 프레스 #성형 #포밍 #오토폼 #다이야 프램 #웨어 패드 #AMESim

List of Tables ⅰ
List of Figures ⅱ
Nomenclatures Ⅴ
Ⅰ. 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 관련연구 4
1.3 연구목적 5
1.4 연구방법 5
Ⅱ. 블래더 프레스 시스템 개념설계 및 기본구성 7
Ⅲ. 블래더 프레스 시스템의 구조적 안정성 평가 10
3.1 블래더 프레스 시스템의 구조해석 10
3.1.1 기계 재료의 파손 이론 10
3.1.2 유한요소법 특징 12
3.1.3 블래더 프레스 시스템의 구조 14
3.1.4 블래더 프레스 시스템의 프레임 모델에 대한 구조
해석 15
3.1.5 경제성을 고려하기 위한 프레임 살빼기에 대한 구조
해석 18
3.2 유압 저장고에 대한 구조해석 20
3.2.1 작동 압력이 250bar인 조건인 경우 20
3.2.2 작동 압력이 최대압력 400bar인 조건 21
3.3 하부 금형 유닛에 대한 구조해석 22
Ⅳ. 블래더 프레스 시스템의 유동해석 24
4.1 유동해석의 개요 24
4.2 Diaphragm Pad의 유동해석 25
4-3 Wear Pad의 유동해석 31
Ⅴ. AMESim을 이용한 블래더 프레스 시스템의 유압회로 해석 35
5.1 AMESim의 기본 이론 35
5.2 블래더 프레스 시스템에서 유압이 적용된 부품 36
5.3 AMESim에서 각각의 유압 컴포넌트에 대한
Parameter 설정 36
5.4 AMESim을 이용한 블래더 프레스 시스템의 유압회로
해석 45
5.4.1 유압시스템의 유압회로 상세 설계 45
5.4.2 Case 1에 대한 유압회로 해석 47
5.4.3 Case 2에 대한 유압회로 해석 50
5.4.4 Case 3에 대한 유압회로 해석 52
Ⅵ. Autoform을 이용한 박판 성형 해석 54
6.1 박판 성형 해석을 위한 유한요소 수식화 54
6.2 성형 해석 조건 및 방법 59
6.2 성형 해석 결과 62
Ⅶ. 블래더 프레스 시스템의 설계 및 제작 66
7.1 블래더 프레스의 설계 66
7.2 블래더 프레스 및 하부금형 제작 67
7.3 블래더 프레스에 의한 박판성형 결과 69
Ⅷ. 결 론 70
참고문헌 71
국문 요약 74
영문요약(Abstract) 76

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