[Stampack으로 보는 판재성형 #2] Springback, 왜 발생하고 어떻게 줄일까?
[Stampack으로 보는 판재성형 #2] Springback, 왜 발생하고 어떻게 줄일까?
탄성 복원에 의한 형상 편차와 금형 보정 해석의 실무 적용 방법
한 줄 요약
Springback은 성형 후 공구가 제거되면서 판재에 남아 있던 탄성 응력이 풀려 형상이 변하는 현상입니다. 성형 조건을 안정화한 후 해석 결과를 기준으로 금형을 반복 보정하면 최종 제품의 형상 편차를 줄일 수 있습니다.
Springback이 중요한 이유
프레스가 닫혀 있는 동안에는 제품이 금형 형상을 따라 정상적으로 성형된 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 금형에서 제품을 꺼내면 잔류 탄성 응력이 해방되면서 벽각도, 플랜지 및 곡률이 변할 수 있습니다.
제품 공차 불량
성형 직후에는 공차를 만족하더라도 Springback 이후에는 기준 형상에서 벗어날 수 있습니다.반복적인 금형 수정
Springback을 사전에 검토하지 않으면 트라이아웃 단계에서 금형 수정과 재가공이 반복될 수 있습니다.후속 공정 문제
플랜지 위치와 홀 위치가 변하면 조립, 용접, 트리밍 및 치수 검사에도 영향을 줄 수 있습니다.Springback은 왜 발생할까?
판재가 굽힘이나 드로잉을 받으면 두께 방향으로 인장과 압축 응력이 발생합니다. 성형 중 발생한 변형 중 소성 변형은 남지만, 탄성 변형은 하중이 제거된 후 일부 회복됩니다. 이 탄성 복원에 의해 제품의 각도와 곡률이 변하는 현상이 Springback입니다.
성형 중제품은 펀치와 다이에 구속되어 금형 형상을 따라 변형됩니다. 이때 판재 내부에는 소성 변형과 탄성 변형이 함께 발생합니다. |
금형 제거 후공구 구속이 사라지면 남아 있던 탄성 응력이 해방되면서 각도 열림, 벽 휨 및 비틀림이 발생합니다. |
Springback에 영향을 주는 주요 인자
Springback은 하나의 조건만으로 결정되지 않습니다. 소재 물성과 제품 형상, 공정 조건 및 금형 접촉 상태가 함께 영향을 줍니다.
| 영향 인자 | Springback이 커지는 조건 | 실무 검토 항목 |
|---|---|---|
| 항복강도 | 고강도 소재일수록 탄성 복원 증가 | 정확한 소재 물성 및 경화 모델 적용 |
| 탄성계수 | 탄성계수가 낮을수록 복원량 증가 가능 | 소재 등급별 탄성 물성 확인 |
| 판재 두께 | 얇은 판재에서 형상 강성이 낮아짐 | 실제 두께와 두께 편차 반영 |
| 굽힘 반경 | 작은 반경에서 응력 구배 증가 | 펀치 및 다이 반경 검토 |
| 인장력 | 제품 전체의 인장 상태가 부족한 경우 | 블랭크 홀더력과 소재 유입량 확인 |
| 마찰 조건 | 소재 유입이 불균일한 경우 | 윤활 상태와 공구별 마찰계수 검토 |
| 트리밍 | 트림 후 응력 균형이 달라지는 경우 | 최종 트림 상태에서 Springback 재계산 |
Springback 결과에서 확인할 항목
Springback 결과는 변형 형상만 보는 것보다 목표 제품과의 편차를 함께 확인하는 것이 중요합니다. 전체 형상이 이동한 것인지, 특정 플랜지나 벽면만 국부적으로 변형된 것인지 구분해야 합니다.
|
Springback Shape  변형 형상 확인벽각도 열림, 플랜지 들뜸, 측벽 휨 및 제품 비틀림이 발생하는 위치를 확인합니다. |
Target Deviation  목표 형상과의 편차제품 도면 또는 기준 CAD와 비교하여 공차 초과 영역과 편차 방향을 확인합니다. |
Springback을 줄이는 공정 설계 방법
금형 보정 전에 먼저 성형 공정 자체가 안정적인지 확인해야 합니다. 파단, 과도한 박화, 주름 또는 불균일한 소재 유입이 발생한 상태에서 금형만 보정하면 정상적인 결과를 얻기 어렵습니다.
제품에 충분한 인장력을 부여
블랭크 홀더력과 비드 조건을 조정하여 소재 유입을 제어하고 제품 전체에 보다 균일한 인장 상태를 형성합니다.굽힘과 되굽힘 조건 조정
공정 배치와 금형 반경을 검토하여 특정 부위에 과도한 굽힘 응력이 집중되지 않도록 합니다.국부 강성 확보
제품 형상 변경이 가능한 경우 비드, 엠보싱 또는 형상 단차를 활용하여 취약 부위의 강성을 높일 수 있습니다.성형 조건 안정화
마찰계수, 블랭크 홀더력, 금형 간극 및 프레스 스트로크가 실제 조건을 반영하는지 확인합니다.금형 형상 보정
공정 변경만으로 목표 공차를 만족하기 어려운 경우 Springback 반대 방향으로 금형 형상을 보정합니다.Stampack Xpress의 Springback Compensation
Stampack Xpress에서는 성형 및 Springback 해석 결과와 목표 형상의 차이를 이용하여 보정 대상 금형을 수정할 수 있습니다. 보정은 한 번에 완료되는 작업이 아니라, 수정된 금형으로 성형과 Springback 해석을 다시 수행하는 반복 과정입니다.
| 단계 | 수행 내용 | 확인 사항 |
|---|---|---|
| 1 | 성형 해석 | 파단, 주름, 박화 및 소재 유입 상태가 정상적인지 확인 |
| 2 | Springback 해석 | 금형 제거 후의 최종 제품 형상 계산 |
| 3 | 목표 형상 비교 | 기준 CAD와 비교하여 공차 초과 영역과 편차 방향 확인 |
| 4 | 금형 보정 | Springback 반대 방향으로 보정 대상 금형 형상 수정 |
| 5 | 재해석 | 보정 금형을 적용하여 성형과 Springback 재계산 |
| 6 | 반복 검증 | 최종 제품이 목표 공차에 들어올 때까지 반복 |
보정 해석 설정 시 확인할 사항
Springback Compensation은 기준면과 보정 대상 금형을 어떻게 설정하는지에 따라 결과가 달라질 수 있습니다. 특히 기준 측의 금형이 블랭크 전체 영역을 충분히 덮고 있는지 확인해야 합니다.
Target 선택
보정 기준이 되는 목표 제품 형상을 선택합니다. Springback Compensation을 사용할 때는 Target의 Best-fit 옵션을 비활성화해야 합니다.Compensation reference
Press ram을 선택하면 블랭크 위쪽 공구가 기준이 되고, Press table을 선택하면 아래쪽 공구가 기준이 됩니다.기준 측 선택
블랭크 전체 영역을 덮는 측을 선택하는 것이 중요합니다. 양쪽이 모두 전체 영역을 덮는다면 분리된 면이 적은 측을 우선 검토합니다.Compensation surfaces
보정할 펀치와 다이, 절단선 및 구속 조건을 정의할 면을 등록합니다. 일반 공구면은 Springback 반대 방향으로 수정됩니다.Constraint surfaces
블랭크 홀더 영역이나 프로그레시브 금형의 스트립 연결부처럼 이동시키면 안 되는 영역은 좌표 방향별로 구속할 수 있습니다.Remove undercut
보정 과정에서 새롭게 생성되는 언더컷을 제거합니다. 수직 또는 수직에 가까운 금형 벽이 있는 경우 특히 중요합니다.보정 전후 결과 비교
초기 Springback 결과에서 공차를 초과한 영역을 확인한 후 금형을 보정하고 재해석합니다. 한 번의 보정으로 목표 형상에 도달하지 못할 수 있으므로, 편차 감소 추이를 확인하며 보정 강도를 단계적으로 조정하는 것이 좋습니다.
|
보정 전  초기 해석 결과벽각도와 플랜지 영역에서 목표 형상 대비 편차가 발생하며 일부 영역이 허용 공차를 초과합니다. |
보정 후  반복 보정 결과보정된 금형으로 재해석하면서 목표 형상과의 편차가 감소하고 제품이 허용 공차 범위에 가까워집니다. |
실무 Springback 해석 체크리스트
소재 물성이 실제 소재와 일치하는가?
항복강도와 경화 거동이 다르면 성형 중 응력 분포와 Springback 결과도 달라질 수 있습니다.성형 결과가 먼저 안정화되었는가?
파단, 주름 및 과도한 박화가 발생한 상태에서는 금형 보정보다 공정 조건 개선이 우선입니다.최종 트림 상태를 반영했는가?
트리밍으로 제품의 강성과 응력 균형이 바뀔 수 있으므로 최종 제품 상태에서 Springback을 확인해야 합니다.불필요한 전체 이동을 제거했는가?
목표 형상과 비교할 때 단순한 위치 이동 또는 회전과 실제 형상 변형을 구분해야 합니다.보정하지 않을 영역을 구속했는가?
블랭크 홀더 접촉부와 스트립 연결부처럼 유지해야 하는 영역에 적절한 구속 조건을 적용합니다.언더컷과 금형 가공성을 확인했는가?
보정 결과가 해석상 가능하더라도 실제 금형 제작과 제품 취출이 가능한 형상인지 확인해야 합니다.Stampack Xpress에서의 활용 방법
초기 해석에서는 성형 공정과 Springback 발생 위치를 빠르게 검토하고, 최종 검증 단계에서는 실제 소재와 공정 조건을 반영해 목표 형상과의 편차를 평가하는 방식이 효과적입니다.
초기 공정 검토벽각도, 플랜지 들뜸 및 비틀림의 발생 위치를 확인하고 블랭크 홀더력, 비드 및 공정 배치를 우선 조정합니다. |
최종 금형 보정목표 CAD와의 편차를 기준으로 금형을 보정하고, 성형과 Springback 해석을 반복하여 허용 공차를 검증합니다. |
Springback 보정은 공정 안정화 이후에 수행해야 합니다.
발생 원인
성형 중 판재에 축적된 탄성 응력이 금형 제거 후 해방되면서 각도, 곡률 및 플랜지 형상이 변합니다.공정 개선
소재 유입, 인장 상태, 블랭크 홀더력, 비드, 마찰 및 금형 반경을 검토하여 Springback 자체를 먼저 줄입니다.금형 보정
목표 형상과 Springback 결과의 차이를 이용해 금형을 반대 방향으로 수정하고 성형과 Springback 해석을 반복합니다.실무 메시지
보정량만 크게 적용하기보다 공차 편차가 감소하는 추이를 확인하면서 단계적으로 반복 보정하는 것이 중요합니다.
문의 및 상담
(주)CAE테크놀러지
전화: 02-2658-5695
이메일: info@caetech.co.kr
#Stampack #StampackXpress #판재성형 #판재성형해석 #Springback #스프링백 #SpringbackCompensation #금형보정 #금형설계 #공정설계 #프레스금형 #판재성형공정 #잔류응력 #탄성복원 #고강도강판 #AHSS #블랭크홀더력 #DrawBead #트라이아웃 #형상공차 #치수정밀도 #프로그레시브다이 #CAE해석 #CAE테크놀러지