This study proposes a feasible approach of the combined deep drawing and electromagnetic sharp edge forming with DP980 steel sheet. The feasibility of the combined forming process is investigated with numerical analysis. For the numerical analysis, related experiments are carried out to acquire the mechanical properties and the fracture forming limit diagram of the material. Numerical analyses of conventional deep drawing are conducted as pre-forming simulations with punch radii of 30 and 10 mm. Formability of DP980 steel sheet during the preforming is then investigated by utilizing the fracture forming limits.
Electromagnetic sharp edge forming is then followed to form features with a sharp corner radius of 10 mm that cannot be obtained from a conventional forming process. For successful sharp edge forming, it is necessary to optimize process parameters of electromagnetic sharp edge forming. This approach proposes adequate process parameters of the process, such as the magnitude of the forming force and the region of application of the forming force, so that the desired shape is formed as close as possible. The optimization of the forming force is carried out to satisfy the objective function and constraint functions established to minimize the deviation of a deformed shape from an ideal shape without exceeding the forming limits.
The forming force obtained from the optimization process leads to the design of electromagnetic tool coils. The design of the tool coil is conducted to achieve a small loss of electrical power transmission since DP980 steel sheet has low electrical conductivity and very high flow stress. A design method of the tool coil by topology optimization is used for the design of the tool coil for the electromagnetic sharp edge forming process. The design problem for the tool coil is defined as enhancing efficiency of the forming process and optimization problem is set to be maximization of the Lorentz force induced on the tool coil. The shape and dimension of the tool coil is determined based on the optimization results subject to the requirements of the tool coil for safe electromagnetic forming. The idea of applying topology optimization to the design of the tool coil is successful and this formulation deals effectively for the optimization problems.
Due to requirement high energy for electromagnetic sharp edge forming of DP980 steel sheet, it is insufficient to form features with a sharp corner radius of 10 mm using existing electromagnetic forming equipment. Multi stage？multi discharge electromagnetic sharp edge forming process is proposed to overcome the specification of the equipment. For successful multi-stage electromagnetic sharp edge forming, it is necessary to optimize process parameters related with the region of application of the forming force since the tool coil needs to be moved in the axial direction for each stage. The optimization of the region of the forming force is carried out to satisfy the objective function and constraint functions established to minimize the deviation of a deformed shape from an ideal shape without exceeding the forming limits. The design of the tool coil for the multi stage-multi discharge electromagnetic sharp edge forming process is conducted based on the optimization result. Experimental results of multi stage-multi discharge electromagnetic sharp edge forming process demonstrate the possibility of application of the combined forming process to practical forming of DP980 steel sheet for auto-body load carrying members.
강판의 성형 공법은 차체 부재의 생산 및 설계를 위한 핵심 기술이다. 그러나 DP980 강판의 경우
성형성이 낮아 기존의 박판 성형 공법을 적용할 경우 생산성 및 치수정밀도가 떨어지며 따라서
차체 부재의 DP980 강판 적용을 위해서는 새로운 공법 도출이 필요하다. 본 학위논문에서는
기존의 딥 드로잉 공정과 전자기 샤프에지 성형 공정을 결합하여 DP980 강판의 성형성 향상을
위한 딥 드로잉-전자기 복합 성형 공정을 개발하고 유효성을 검증하였다. 이를 위해 먼저 기존의
딥 드로잉 공정에서 DP980 강판의 성형성을 확인 후 성공적인 딥 드로잉 공정을 예비성형으로
하여 가공물의 모서리부 예리화가 가능한 딥 드로잉-전자기 샤프에지 성형 공정을 제안하였다.
성공적인 목표 형상 획득을 위해 전자기 샤프에지 성형 공정의 성형력에 대한 최적화를
진행하였다. 최적 성형력을 부과하기 위해 전자기 성형 코일 설계를 수행하였다. DP980 강판의
낮은 전기전도도에서 기인하는 전자기 샤프에지 성형의 낮은 효율을 향상하기 위해 전자기
위상최적화 기법을 사용하여 성형 코일 형상을 결정하였으며 전자기 성형 코일의 필요조건을
고려하여 설계하였다. 이를 통해 딥 드로잉-전자기 샤프에지 성형 공정의 적합성 평가 및
한계점을 분석하였으며 실험을 위한 전자기 성형 기기의 사양에 의해 목표 형상 획득을 위한
성형력이 부족함을 확인하였다. 실험 및 검증을 위해 단계별 성형 코일 사용 및 전류 방전과 코일
이동을 반복하는 다단-다중방전 전자기 샤프에지 성형 공정을 제안하였다. 성공적인 목표 형상
획득을 위해 공정 변수 및 코일 설계 변수 최적화를 진행하였으며 전자기 성형 장치를 제작한 후
실험을 수행하였다. 실험 및 분석을 통해 개발된 딥 드로잉-전자기 복합 성형 공정을 통한 DP980
강판의 성형성 향상을 확인하였으며 차체 부재로의 적용에 대한 유효성을 검증할 수 있다.
