NUMISHEET 컨퍼런스 시리즈는 Numerical simulation of sheet metal forming processes(판금 성형 공정의 수치 해석) 분야에서 가장 영향력 있는 국제 컨퍼런스이자 판금 성형 공정의 수치해석법 분야에서 가장 저명한 전문가들이 모여서 아이디어를 교환하고 판금 성형 공정과 관련된 기술 토론을 위한 포럼입니다.
2022년 7월, 캐나다 토론토에서 개최된 NUMISHEET2022에서 midas MeshFree가 전세계 금형 설계 엔지니어들에게 어떻게 소개되었을지 궁금하시죠?🤔
논문 기고와 발표를 해주신 기아 기아성형기술부의 윤기훈 매니저님을 통해 직접 들어보겠습니다!!(박수박수~)👏👏
안녕하세요. 기아 기아성형기술부의 윤기훈 매니저입니다. 저는 Multiscale modeling of deformation 주제의 세션에서 발표를 했으며, 30~40명 가량의 국내외 대학의 수치해석 연구원, 기업 담당자 분들이 관심 있게 봐주셨습니다. 그럼 발표 내용을 소개해드리겠습니다.
연구 목적
그림 1. 성형 구조 연동 해석을 통한 스프링백 예측 프로세스
최근 소비자의 자동차 선호도는 급격한 변화로 인해 다양한 자동차 모델을 생산하고자 하는 계획이 가속화하고 있습니다. 이런 이유로, 대부분의 자동차 엔지니어들은 신모델 개발과 커스터마이징 생산에 걸리는 시간을 단축할 수 있는 신기술을 개발할 것을 끊임없이 요구 받고 있으며 동시 공학 엔지니어링을 신모델 개발 프로세스에 도입하길 바라고 있습니다.
금형 엔지니어들도 마찬가지로 추가 보정 공수를 제거함으로써 금형 개발 시간 단축을 시도하고 있습니다. 보통 구조 해석에서는 공학적인 어려움을 단순화하기 위해 금형을 강체로 고려합니다. 하지만 실제로는 판넬 성형력이 금형 형상면에 접촉 압력을 유발하고, 그 압력으로 인해 금형에 탄성 변형이 발생합니다.
그림 2. 탄성 변형이 발생하는 금형 모델
이것이 금형 엔지니어가 금형 변형성을 예측하는 것을 방해하는 주요 원인입니다. 이 금형 변형으로 인해 금공 이후 추가적인 스프링백 해석과 수작업이 필수적으로 요구됩니다. 이 추가적인 과정을 단축하기 위해 금형이 어디에서 얼마나 변형되는지 정확하게 예측되어야 합니다. 그림 1 과 같은 해석을 통해, 정확한 보정량이 산출되어 금형 설계 단계에서 반영되어야 합니다.
이전 연구들은 변형을 예측하기 위해 다양한 접근 방법을 제안하였고, 성형 구조 연동 해석의 효과를 입증했습니다. 성형 구조 통합 시뮬레이션이 수행되어, 금형 제작 비용을 줄이고 생산성을 증가시켰습니다. 구조 해석에 성형 해석을 연동함으로써, 펜더 판넬에 대한 스프링백이 정확하게 예측할 수 있었습니다.
그림 3. IBM기법의 midas MeshFree를 활용한 금형의 구조 해석 모델
결론 및 향후 계획
이 연구에서는 성형-구조 연동 해석을 프레스 금형에 적용했으며 금형 변형 분포를 최종 해석 결과로 얻을 수 있었습니다. 이 해석 결과는 실제 금형에서 측정된 값들과 유사한 것으로 나타났습니다.
그림 4. MeshFree를 활용한 금형 변형 해석 결과-1
그림 5. MeshFree를 활용한 금형 변형 해석 결과-2
그림 6. MeshFree를 활용한 금형 변형 해석 결과-3
추가적으로, 제시된 금형 변형 해석 방법론이 소요 시간의 상당한 감소를 가져온다는 것을 입증할 수 있었으며, 금형 설계와 변형 해석을 동시에 수행할 수 있는 프로세스를 정립할 수 있었습니다.
그림 7. 기존 프로세스 대비 단축된 개선된 프로세스의 금형 변형 해석 시간
개선된 프로세스는 FEM에 특정 전문 지식 없이 금형 설계 현업에서 실용적으로 활용될 수 있습니다. 특히, 금형 제조 업체에서 빠르고 정확한 해석이 필요하지만 해석 전문가를 고용하기 어려운 경우, 비용 효율적인 방법이 될 것으로 보입니다. 향후 이 해석 프로세스를 앞으로 개발되는 모든 금형에 확대 적용할 예정입니다.
발표 세션에 참석한 많은 연구원, 엔지니어로부터 midas MeshFree에 대한 질문이 이어졌습니다. 이곳에서 받은 질문을 소개해드리겠습니다.
Q. 핫스탬핑 금형에도 MeshFree를 사용할 수 있나요?
A. 열 요소를 고려한 해석도 문제 없이 활용 가능합니다.
구조해석 뿐만 아니라
열전달, 열응력 해석이 가능한
MeshFree
Q. 이방성 재질을 MeshFree에서 고려할 수 있나요?
A. 이방성 재질 고려 가능합니다. 하지만 우리가 진행한 해석에서는 고려하지 않았습니다. 금형 설계에서 이방성 재질의 특성은 무시할 수 있는 수준이기 때문입니다.
직교이방성, 초탄성, 탄소성까지
다양한 재료의 변형을 검토할 수 있는
MeshFree
Q. MeshFree는 어떤 회사에서 만들었나요? 기아 내부 개발인가요?
A. 기아 내부 개발 아닙니다. 한국에 있는 마이다스아이티라는 해석S/W 개발, 보급 전문 회사에서 만들었습니다.
대한민국의 기술 독립을 위해
공학 SW를 직접 개발, 보급하는
마이다스아이티
발표 소감
Meshing에 대해 심도 있게 고려하지 않는다는 점 때문에 대체로 학계에서는 IBM기법(Implicit Boundary Methods)의 신뢰도에 대해 의심하고 있습니다. 제 발표에서는 '현업에서는 빠르고, 쉽고, FEM과 유사한 수준의 결과를 얻으면 문제 없다'는 것을 강조하였습니다. 학계에서 추구하는 Academic한 접근 방법도 물론 중요하지만, 현업에서는 실물에 대한 해석 결과를 빠르게 얻는 것을 매우 중요하게 생각하기 때문입니다.
빠르고, 쉽게
FEM과 유사한 수준의 해석 결과
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