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STD11 소재 피어싱 펀치의 날부 형상에 따른 피어싱 거동 예측
최보성(B. S. Choi),김환태(H. T. Kim),최광용(K. Y. Choi),이덕영(D.Y. Lee) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
냉간 금형이나 공구는 우수한 내마모성이 요구되므로 각종 합금원소가 첨가된 합금 공구강을 담금질 및 뜨임 열처리하여 사용하고 있으며, 이 중 가장 대표적인 강종이 STD11 이다. 일반 프레스 공정 및 블랭킹 공정 등에 주로 사용되는 STD11 은 강도가 높고 내마모성이 우수하여 피어싱 펀치 소재로 많이 사용된다. 본 연구에서는 금형강의 미세조직을 개선하기 위하여 일반적인 냉간 성형용 금형강 소재의 열처리 공정인 진공열처리 조건을 개선하고자 담금질 후 서브제로 처리를 실시하는 방안을 도출하였다. 기존 열처리 방식과 담금질 및 서브제로 처리후 뜨임 열처리한 STD11 시편의 잔류 오스테나이트 비교는 X-선 회절(XRD) 방법으로 분석하였으며, Miller 방정식을 이용하여 잔류 오스테나이트의 부피 분율을 계산하였다. 피어싱 공정은 펀치와 다이를 사용하는 대표적인 전단 가공으로, 가공 후 전단된 소재 단면의 버(Burr)는 제품 조립 시 조립성을 저해하고 조립 불량을 유발하므로 가능하면 버 발생량이 적어야 한다. 버 발생량을 평가하기 위해 시편 단면 2 개 측정 포인트를 선정하여 버 높이를 확인하였으며, 이 때 사용한 피어싱 펀치 날 부분 형상은 전단 해석을 통하여 도출된 날부 구조 최적화 안을 적용하였다. 펀치 날부 형상에 따른 피어싱 거동 분석을 위해 5 가지의 날부 형상 모델링 및 공정조건을 도출하였으며, XMX 알고리즘을 사용한 Explicit Implicit Coupling 해석을 수행하였다. 이를 통해 펀치 날부 형상에 따른 펀치 끝단에 걸리는 최대 접촉 하중 및 응력, 펀치 어깨부의 최대 압력 분포를 분석하였고, 최적의 피어싱 펀치 날부 구조를 제안하였다.