주관기관 한국생산기술연구원 
시작일자 20021001 
종료일자 20050731 
Abstract
전 세계적으로 컴퓨터 및 이동통신의 급속한 발전과 함께 전자, 통신부품을 비롯한 각종 부품들의 초소형화, 고기능화가 요구되고 있다. 이러한 추세에 따라 수 µm 의 크기와 수 nm의 정밀도를 갖는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술과 NANO 기술에 대한 연구가 활발히 전개되고 있다. MEMS 기술의 경우 기존의 생산, 가공 공정과는 완전히 다른 전기도금(electroplating) 기술이나 리소그래피(lithography) 등의 기존 기계공학적 생산, 가공 방법을 넘어선 기술을 사용하게 되며 NANO 기술 역시 분자, 원자 단위를 기초로 한 AFM(atomic force microscope) 기술과 미세식각공정(nanoimprinting) 기술 등의 새로운 기술을 접목시키는 생산 방법이다. 그러나 이러한 미세 기술의 경우 초미세 단위의 치수와 정밀도를 목표로 하므로 수 mm 단위 이상의 구조물을 대량 생산하기 위한 기술로는 적합하지 않다. 본 과제에서는 MEMS와 NANO 단위 이상의 mm 에서 수 µm 정도에 이르는 미세하고 작은 초소형의 기계요소를 소성변형을 이용하여 만드는 미세 성형가공 기술에 대하여 살펴보고자 한다. 이러한 미세 성형가공 기술은 정보통신기기나 정밀기기, 미세수술 기구, 인공장기 같은 의료 시스템 등에 사용되는 부품 제작에 알맞은 기술로서 크게는 미세 박판 성형과 미세 체적 성형으로 구분할 수 있다. 그러나 대부분의 생산 공정 시 체적성형과 박판 성형이 동시에 이루어지는 복합성형 양상을 띠게 되므로 공정이 복잡하고 정밀도 향상을 위한 후처리 공정 또한 매우 까다롭게 된다. 따라서 고가의 장비를 요구하게 되며 실제로 생산 공정 설계에 많은 비용이 들게 된다. 그러므로 미세성형 공정에서 유한요소 해석과 이를 기반으로 한 시뮬레이션 과정은 반드시 수반되어야 할 연구방향이다. 따라서 정보통신, 바이오, 전기전자, 자동차, 항공기 등 고부가가치 산업의 주류를 이루고 있는 미세 가공 기술의 확보와 다양한 해석 방법을 이용한 미세 성형공정의 설계와 성형해석 기법의 확립은 미세 가공기술 발전에 큰 뒷받침이 될 것이며 나아가 국가 경쟁력을 갖추기 위한 기초 연구로서 중요한 과제라 할 수 있다.

Objective
지금까지 국내외적으로 미세 성형 가공분야에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며 기초 단계라고 할 수 있지만 실제 결과물로 각종 미세 시험기와 미세 프레스, 각종 부품들이 생산되고 있는 추세다. 예를 들면, 미세인장 시험의 경우, 표준 인장시험 하중의 1/1,000 수준인 1~100g 정도의 힘을 정확하게 측정하여 10nm 정밀도의 구동기술을 통한 실험이 진행되고 있으며 인덴테이션(indentation)을 이용하여 하중에 따른 압입 깊이의 변화와 하중 제거 시 반발력을 측정하여 물성치를 구하게 되는 나노인덴터의 개발도 이루어지고 있다. 이러한 결과물로는 수 µm의 지름을 갖는 세선을 뽑아낼 수 있는 극세선 정수압 압출기와 박판성형 모드와 벌크 성형 모드가 동시에 가능한 미세 복합성형 프레스 등이 제작된 바 있다. Micro-Former의 경우 mm 단위의 직경을 갖는 원통형 소재를 다단계 벌크 성형 단계를 거쳐 복잡한 형상의 미세 구조물을 만들어 내는 시험기로서 크게는 미세 펀치와 다이로 구성되는 성형부와 이를 구동하는 구동 부로 나눌 수 있다. 구동 부는 모터(motor)를 통해 구동되며 메인 샤프트(shaft)에 연결된 편심 캠(cam)이 샤프트의 회전운동을 펀치의 상하 운동으로 전달하여 성형 공정을 수행하게 된다. 또한 성형물의 깊이와 성형 정도에 따라 성형 단계를 세분화 하게 된다. 또한 각 단계의 성형을 수행하게 되면 다음 단계의 성형을 위하여 이송 기구를 통하여 다음 단계의 금형부로 옮겨져 순차적이고 연속적인 성형공정을 수행하게 된다. 본 연구에서는 미세성형 가공을 위해 제작된 Micro-Former의 성형 공정에 대한 유한요소 해석과 금형의 탄성 해석을 통하여 미세 구조물의 성형 정밀도를 고찰해 보며 성형해석 과정에서 발생하는 펀치의 반발력 등을 데이터베이스화하여 새로운 미세 성형공정이나 공정설계 시의 지표로 사용하게 된다. 이러한 해석 결과는 기 개발된 Micro-Former의 기계적인 성형 용량을 결정하고 평가하기 위한 기본적인 데이터베이스로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 이러한 과정은 본 과제가 목표로 하고 있는 성형 정밀도 향상을 위하여 Micro-Former의 전체적인 시스템 에러를 최소화 하는 기반기술로 적용될 수 있다. 그러므로 Micro-Former 성형부의 정밀한 성형 해석은 미세성형 가공 기술의 성형 정밀도를 향상시키고 Micro-Former의 성형 용량 결정과 관련하여 앞으로 계속해서 추진하게 될 기초적인 연구 단계로서 매우 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.

Contents
- 성형해석을 위한 장치 및 금형의 경계조건 정의
- 금형의 유한요소 모델링
- 다단계 progressive 성형기법 구축
- 유한요소 성형해석
- 성형 해석을 통한 성형하중 확보 및 micro-former의 용량결정
- 금형의 탄성 해석을 통한 성형 정밀도 향상

Results



Author
윤종헌(박사과정)

번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
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42 자동차용 고장력 강판의 고속 인장 특성 평가(High-speed Tensile Properties of High Strenght Steels for Auto-body) csmd 2005.08.18 5418
» 미세성형기술 개발 (Development of micro forming technology) [1] csmd 2005.08.18 5092
40 버스 차제 구조용 강판의 동적특성 평가(High-speed Tensile Properties of Structural Steels for Bus-body) csmd 2005.08.18 5095
39 자동차 박판구조부재의 성형공정 및 성능평가 해석기술 개발 (Technology Development for Sheet Metal Forming Processes and Performance Assessment of Auto-bodies) csmd 2005.08.18 4645
38 비대칭 모자형 사각관의 충돌성능 평가(Crashworthiness Evaluation of Asymmetric Hat-type Rectangular Tube) csmd 2005.08.18 4797
37 전기 및 발전 재료의 충격성능 설계를 위한 동적 물성 특성 연구 (Dynamic characteristics of material property for impact of electrical power generation equipments) csmd 2005.08.18 5047
36 자동차 차체용 박판의 충격특성 평가 (Impact Characteristics of Sheet Metals for Auto-body Structures) csmd 2005.08.18 4606
35 성형효과를 고려한 Side Member의 충돌특성해석(Crashworthiness Evaluation of Side Member with respect to Forming Effect) csmd 2005.08.18 4968
34 알루미늄 소재의 파이프 교정을 위한 롤러 교정기의 설계 (Design of roller straightener for aluminum pipe straightening process) csmd 2005.08.18 7198
33 충돌해석의 고정도화를 위한 조사 연구 (Investigation for Accurate Crash Analysis) csmd 2005.08.18 4811
32 고무 하우징을 이용한 장력 센서의 변형 거동 해석 (Analysis of a Tension Sensor with a Rubber Housing) csmd 2005.08.18 5401
31 적응생산형 토우 라스터 및 힐/사이드 라스터 개발 (Studies on High Value-Added Products of Major Industry) csmd 2005.08.18 5485
30 V.I.(Vacuum Interrupter)의 충격특성평가 (Impact Analysis of a Vacuum Interrupter) csmd 2005.08.18 4962