[첨단 헬로티] 호리에 토시하루 (堀江 利治) 新日本工機(주) 1. 서론 최근의 금형가공에서 고속․고정도․고품위 등의 요구는 계속 높아지고 있다. 이 글에서는 이러한 요구를 반영해 보정 없이 트라이 한 번으로 금형을 제작하기 위해 정도, 면품위, 가공 시간 단축의 3요소를 고차원으로 양립시키는 것을 목적으로 하는 대응을 소개한다. 2. 금형가공기 기술 금형의 고속․고정도․고품위를 달성하기 위해서는 기계와 제어의 요소가 높은 수준으로 밸런스가 잡혀 있어야 한다. 우선 기계는 고속의 가속도에서도 고정도를 유지하는 강성, 그리고 장시간의 무인가동을 실현하는 안정성이 필요하다. 제어에 있어서는 디자인을 충실하게 재현하는 가공 패스와 최속 가공을 실현하는 속도 제어가 필요하다(그림 1). (1) X축 리니어모터 구동을 채용 기존 동사에서는 대경 볼나사를 채용, 금형 중량에 대응한 X축의 가감속 설정과 최적의 파라미터 설정을 하는 방법에 의해 고속․고정도․고품위 가공을 실현해 왔다. 그러나 특히 금형 중량이 큰 경우나 X축 스트로크가 긴 경우에는 각 축의 동기를 유지할 필요성에서 X축의 영향(볼나사의 비틀
[첨단 헬로티] 적층제조(AM) 기술의 설계와 제조의 자유는 회사와 조직에 제품, 공정, 수익을 향상시킬 수 있는 기회를 창출한다. 특히 금속 적층제조는 보건 및 항공우주와 같은 규제가 엄격한 산업에서 고부가가치의 중요한 부품과 구성 요소를 생산하며, 계속해서 그 가치를 입증하고 있다. 금속 적층제조로 실현하는 혁신 가속화 에너지 업계는 변화에 내재한 위험을 완화하는 동시에 적층제조의 고유한 이점을 활용하는 방법을 찾고 있다. 인력 확보, 품질 보증, 검증 및 공정 제어와 같은 중요한 주제는 혁신을 시작하기 위해 금속 적층제조 기술의 구현을 가속화 하는 방법에 대한 질문으로 이어진다. 이하 내용에서는 3D시스템즈가 반복적이고 검증된 고품질의 금속 3D프린팅 부품을 얻고, 모든 단계에서 금속 AM 프로세스를 검증 및 제어해 구현에 들이는 시간을 줄임으로써 빠른 목표 달성 및 모범 사례 적용을 지원하는 방법을 안내한다. 이는 부품을 제조하고 고객 교육과 엔지니어링 서비스를 제공하는 시설인 글로벌 고객 혁신 센터(CIC)의 전문가팀을 통해 이뤄진다. ▲적층제조는 고부가가치 공정으로, 적절히 활용했을 때 경쟁 우위를 제공한다. 주요 응용 분야를 위한 AM의 가치 실
[첨단 헬로티] 마에카와 요시노리 (前川 佳德) 마에카와 사무소 제1회 차세대 자동차의 CASE를 알자 핵심 포인트 ·2030년 시점에도 세계 신차 생산에서 전기자동차는 10% 정도, 하이브리드차(PHEV 등을 포함)가 40% 이상이고, 가솔린차(디젤차를 포함)가 45% 정도로 예측되며 가솔린차가 급격하게 없어지지는 않을 것이다. ·차세대 자동차의 디지털화에 일본은 뒤쳐졌다고 하지만, 사용성이 좋은 소프트웨어나 서비스의 개발‧제공에서는 일본의 강점을 발휘할 수 있다. 일본의 새로운 연호 ‘레이와(令和)’가 시작됐다. 새로운 시대가 좋은 시대가 되어 가기를 기원한다. 오늘날의 정치·경제는 변화가 심하고 부품·금형 제조업에 있어서도 변화에 적확하게 대응하는 것이 요구된다. 특히 주요 고객인 자동차 산업이 큰 전환기를 맞이하고 있으며, 그 동향 예측은 중요한 관심사이다. 자동차 산업에서 ‘100년에 한번’이라고 하는 대전환은 차세대 자동차의 EV 시프트(전동화)로 시작되어, CASE(디지털화)와 MaaS(공용화) 등의 키워드가 주목받고 있다. 해설본도 많이 나와
[첨단 헬로티] 우시오 코이치 (牛尾 公一) ㈜데이터디자인 1. 서론 3D 프린터를 활용하는 대상 애플리케이션이 기존의 시제작․디자인용 용도에서 기능성 평가나 최종 부품, 간이형․치공구로 확대를 보이기 시작하고 있다. 대응 재료도 강도나 인성이 우수한 것, 내마모성․내열성으로 특화된 것을 사용할 수 있게 됐다. 그리고 새로운 3D 적층조형 방식의 개발이나 장치 그 자체의 소형화․고기능화가 추진되고 있다. 동사는 2010년경부터 3D 적층조형에 관한 소프트웨어 기술에 주력해 지식을 축적해 왔다. 2019년 3월에는 기후(岐阜)현 카카미가하라(各務原)시에 토쿠다(德田)공업(주)의 협력을 얻어 금속․카본 재료에 대응한 3D 적층조형 기술을 연구하는 3D 테크니컬 래버러토리를 설립했다. 3D 적층조형이 유효한 애플리케이션의 창출을 목적으로 하고, 소프트웨어와 하드웨어뿐만 아니라 엔지니어링 서비스까지 융합한 대응을 스타트시켰다. 2. 기존형 금속 적층 방식의 과제와 새로운 3D 적층 방식 : ADAM 기술 금속 재료를 사용한 3D 적층조형 방식에는 금속 분말을 고출력 레이저나 전자빔으로 소결하는 파우더 베드 퓨전(
[첨단 헬로티] 사츠타 토시타카 (薩田 壽隆), 요코타 토모히로 (橫田 知宏), 요코우치 마사히로 (橫內 正洋) (지방독립행정법인)神奈川 현립 산업기술종합연구소 1. 서론 분체 레이저 패딩 용접은 재료 표면에 형성된 용융지에 분말을 공급함으로써 모재와 다른 특성을 가진 퇴적층을 형성하는 기술이다. 최근 이 퇴적가공과 함께 절삭가공 기능을 가진 복합기가 공작기 메이커에서 시판되어 기계 부품의 시제작 가공에 대한 적용이 기대되고 있다. 퇴적가공 시에 전가공의 절삭유제가 레이저 조사부에 부착하면, 스패터의 발생이나 블로홀 등의 내부 결함의 발생으로 이어진다. 그렇기 때문에 절삭가공 시에는 유제를 사용하지 않는 드라이 절삭이 요망된다. 그러나 레이저 분체 패딩에 의한 퇴적층의 드라이 절삭특성에 관한 보고는 볼 수 없다. 필자 등은 레이저 분체 패딩 용접의 기계 부품에 대한 적용 분야 확대를 목적으로, 철강 재료 상에 고경도의 패딩층을 형성하고 평가시험을 해 왔다. 저합금강판 상에 고속도공구강 분말에 의해 1,000HV의 경화층을 형성하고 그 특성을 보고했다. 기계 부품은 인성을 요구받는 것도 많고, 600HV 정도의 경도로 소정의 인성을 가진 퇴적층이 요구되는 경우
[첨단 헬로티] 아라이에 이치로 (新家 一朗), 오카자키 슈지 (岡﨑 秀二), 마츠모토 이타루 (松本 格) ㈜소딕 1. 서론 플라스틱 금형의 제작에는 냉각배관을 내부에 창성할 수 있는 파우더 베드 방식의 금속 3D 프린터가 효과적이고, 성형 시간이 53%, 변형량이 46% 개선됐다는 보고 등이 있듯이 앞으로도 크게 보급되어 갈 것으로 기대된다. 그러나 성형 시에 발생하는 잔류응력에 의한 균열이나 변형 등의 문제가 있으며, 복잡한 형상이나 큰 조형물을 제작하는 것이 곤란하다. 한편, 금속이 팽창하는 현상으로서 마르텐사이크 변태가 있다. 강재는 고온에서는 오스테나이트인데, 급냉에 의해 마르텐사이트로 변태한다. 이 때에 탄소의 고용에 의해 팽창하는 것이 알려져 있다. 이 글에서는 금속 3D 프린터에서 플라스틱 성형 금형재로서 일반적으로 사용되고 있는 스테인리스강 SUS420J2의 분말을 이용, 용융 재응고 시의 수축에 의해 발생하는 인장응력을 마르텐사이트 변태에 의한 팽창에 의해 없앰으로써 응력을 억제하는 방법에 대해 조사했다. 그 결과, 균열을 방지하고 변형이 적은 고정도의 조형물을 제작할 수 있다는 것을 확인했다. 2. SUS420J2 조형물의 균
[첨단 헬로티] 카타오카 코타 (片岡 公太), 최 희진 (崔 熙辰), 와타누키 토모히로 (綿貫 友裕), 마츠오카 요시카즈 (松岡 禎和) 日立금속(주) 1. 서론 다이캐스트 제품의 대형화, 고의장화 및 하이사이클화가 추진되는 가운데, 기존과 비교해 주조 시의 금형 재료에 대한 부하가 커지는 경향에 있다. 그렇기 때문에 금형 재료에는 보다 높은 인성이 요구되고 있다. 금형 재료의 새로운 강종을 개발하는데 있어, 기존의 합금 설계에 의존한 개발 방법에서는 담금질성을 높여 인성이 높은 마르텐사이트 조직을 얻기 쉽게 함으로써 금형이 대형화되어도 인성을 유지시키려고 해 왔다. 그러나 그 반면, 담금질 시의 변형 팽창이 커져 버닝 균열 리스크가 높아지는 단점이 있었다. 그래서 합금 설계뿐만 아니라 동사 야스기(安來) 공장에서 2018년 5월에 본격 가동을 개시한 1만t급 자유단조 프레스를 활용한 조직 제어 프로세스를 조합함으로써 버닝 균열 리스크를 적극적으로 억제하면서 고인성화한 다이캐스트 금형용 차세대 범용강 ‘DAC-iTM’을 개발했으므로 소개한다. 2. DAC-i의 특징 새로운 강종인 DAC-i는 기존 범용강 DAC®(JIS SKD61
[첨단 헬로티] 니시다 이사무 (西田 勇), 시라세 케이이치 (白瀨 敬一) 神戶대학 1. 서론 엔드밀 가공을 대상으로 형상해석 및 절삭량의 예측이 가능한 절삭 시뮬레이션을 통합한 CAM 소프트웨어를 개발했다. 이 소프트웨어는 공구경로의 생성과 동시에 절삭 시뮬레이션을 실현하기 때문에 저 메모리, 그리고 고속으로 처리가 가능한 시뮬레이션 기술을 새롭게 제안하고 있다. 이 소프트웨어에 의해 가공 결과를 사전에 예측함으로써 세팅 작업(시절삭)의 절감이 가능하다. 또한 절삭량에 대응해 공구 이송 속도를 수정함으로써 가공 효율의 향상과 가공 트러블 방지를 동시에 실현할 수도 있다. 2. 절삭 시뮬레이터를 통합한 CAM 시스템 (1) 저 메모리, 그리고 고속 처리를 실현하는 외형선 모델에 의한 3차원 형상 처리 절삭 시뮬레이션에 필요한 처리는 피삭재와 공구의 간섭량을 계산해 피삭재의 형상 변화를 해석하는 것 및 공구 1날당 이송량마다 제거량을 산출하는 것이다. 이전부터 피삭재 형상을 복셀 모델로 표현함으로써 피삭재와 공구의 간섭량을 산출하는 연구가 많이 이루어져 왔다. 복셀 모델에서는 3차원 형상 전체를 이산적으로 표현할 수 있고, 복잡 형상의 가공에서도 공구와 피삭재
[첨단 헬로티] 아지사카 마사히로 (𩷲坂 昌廣) ㈜NTT데이터엔지니어링시스템즈 1. 서론 동사는 금형가공에서 생산성 향상을 목적으로 오키나와 매뉴팩처링 래버러토리(오키나와 래버러토리)를 설립, 일반 사단법인 제조 네트워크 오키나와와 협업해서 기술 개발을 하고 있다. 오키나와 래버의 강점은 현장의 생생한 목소리를 직접 듣고, 실제로 가공을 해 공구의 휨이나 채터링 등의 물리 현상과 가공면의 품질을 확인하고 CAM의 기능에 반영할 수 있는 점이다. 지금까지 대응한 Manufacturing-Space 및 Space-E에서의 기술 개발은 3축에서 5축가공에 의한 공정 최적화 및 분할가공, 4축․5축가공 기능이다. 이 글은 5축 공작기계를 이용한 가공면의 고품위화 및 CAM 기능의 자동화를 목적으로 한 지금까지의 대응을 소개한다. 2. 지금까지의 대응 (1) C축의 급격한 회전 억제 기능 C축의 급격한 회전 억제 기능은 리드각을 스무징하는 기능이다(그림 1). 모델에 대해 공구를 법선 방향으로 기울려서 가능하면, 곡률이 작은 부위에서는 C축이 급격하게 회전하기 때문에 가공면에 뜯김이 발생한다. 스무징 처리를 함으로써 C축의 급격한 회전이 억제
[첨단 헬로티] 사이토 유키 (齋藤 勇樹), 카네코 준이치 (金子 順一), 아베 타케유키 (阿部 壯志) 埼玉대학 1. 서론 제조업에서는 대량 생산을 위해 금형이 반드시 필요하며, 다품종 소량 생산을 위해 단납기의 금형 제작이 요구된다. 금형은 머시닝센터로 가공되고 있으며, 다듬질 공정에서는 주사선 공구경로와 볼 엔드밀에 의한 가공이 다용된다. 주사선 경로는 공구를 수평 방향으로 이송하면서 높이를 변화시키고 공작물 표면을 따르도록 이동시키는 경로로, 자동차용 프레스 가공 금형 등의 대형 금형의 주사선 경로 생성에서는 다면체에 근사한 금형 표면과 공구의 접촉 위치를 도출하는 기하 계산이 널리 이용된다. 기존 방법으로는 다면체 근사에 동반해 공작물의 배율에 대해 그림 1에 나타냈듯이 구소에 경로점이 집중하는 경우가 있다. 또한 CNC 컨트롤러의 처리 능력에 의해 경로점 간 거리가 미소한 영역으로, 그림 2에 나타냈듯이 공구 이송 속도가 저하하는 현상이 알려져 있으며, 고정도의 경로점 지령으로 공구 이송 속도의 저하를 고려할 필요가 있다. 그러므로 이번 연구에서는 곡면이 많은 복잡 형상 금형의 가공 시에 가공 정도를 유지하면서 공구 이송 속도를 향상키는 것을 목적으
[첨단 헬로티] 코바야시 요시유키 (小林 由幸) 三菱日立툴(주) 1. 서론 최근의 금형 시장에서는 제품 라이프 사이클의 단축화와 함께 제품을 성형하는 금형의 단납기화가 요구되고 있다. 자동차 산업 등에서는 잇따라 개발되는 새로운 모델에 대응하기 위해 금형 제작의 납기 단축이 급선무로 되어 있으며, 절삭가공의 고능률화는 필수 과제로 되어 있다. 절삭가공에서 어려운 공정의 하나로서 다듬질가공을 들 수 있는데, 제품의 고정도화에 동반해 가공 시간이 어쩔 수 없이 증가하게 된다. 지금까지 우리들은 공구 메이커로서 다듬질가공 시간 단축에는 이송 속도 향상을 목표로 공구를 개발 및 제안해 왔는데, 현재의 공 개선 대응에서 절삭공구나 공작기계의 이송 속도는 상한에 가깝고, 지금까지와 동일한 방법으로는 더욱 능률 향상은 어려운 상황이다. 이에 공작기계의 이송 속도에 의존하지 않고 가공 능률을 향상시키는 방책으로서, 기존의 볼 날이나 코너 래디우스 날보다 가공 피크를 크게 설정할 수 있게 공구 반경보다 큰 R 절삭날을 가진 이형 공구 GALLEA 시리즈를 발매, 여러 가지 이형 공구의 라인업을 갖추어 왔다. 이것에 의해 기존과 동일한 커스프 하이트 설정으로 이송 속도는 동일
[첨단 헬로티] 이와마 타카시 (岩間 高志), 야마미치 요시유키 (山道 由征), 타나카 요시노리 (田中 美德), 요코이카와 타카유키 (橫井川 貴之) 日産자동차(주) 1. 서론 오늘날 신차 완성 기간의 단축이 더욱 요구되고 있으며, 동사의 금형 제작 공정에서는 빠른 단계에서 높은 품질의 패널을 시제작 부서에 공급하는 것이 요구되고 있다. 그렇기 때문에 금형의 가공면을 고품위화함으로써 품질을 저하시키고 있는 손다듬질에 의한 거친 숫돌 연마를 배제, 연마를 최소화하는 것에 대응하고 있다(그림 1). 동사에서는 고속가공기 도입 초기(약 30년 전)부터 독자 개발의 ø50 cBN 공구를 사용해 커스프 하이트의 저감과 가공 피치의 확대로, 품질과 가공 시간을 양립하는 기술을 확립해 왔다. 또한 공구 R의 확대(대경화)는 지금까지의 방향성과 합치하는 것으로, 이형 공구 적용의 검토를 개시했다. 이 글에서는 일부이지만, 적용 개시의 목표가 이루어졌으므로 그 경위에 대해 소개한다. 2. 이형 공구의 선정 프레스 금형의 의장면이나 여육면, 다이페이스면을 고려하면 이형 공구(렌즈+배럴 공구)의 렌즈날 및 코너날(그림 2)을 사용한 가공이 생각된다. 품질면에서는 커스
[첨단 헬로티] 니시우라 켄타 (西浦 健太) 다이제트공업(주) 1. 서론 금형가공 업계에서는 한층 더 품질 향상, 리드타임 단축, 코스트 절감이 요구되고 있다. 최근의 금형 제작은 담금질강 등의 고경도 강재의 직조가공에 의한 리드타임 단축이 요구되고 있다. 또한 5축 제어 머시닝센터에 의한 가공 기술의 보급에 의해 볼 엔드밀의 경우, 공구 돌출을 짧게 하거나, 중심 절삭날에 의한 절삭을 피하거나 함으로써 금형을 고능률, 고정도로 가공하는 것이 가능하다. 그러나 55HRC를 넘는 고경도재는 피삭재의 변형저항이 크고, 공구 마모가 촉진되기 때문에 절삭 조건을 높이는 것은 곤란하다. 이 과제에 대한 공구로서의 해결책은 절삭열의 발생을 억제하는 저저항의 날끝 제원과 강인하고 내열성이 우수한 공구 재종의 채용이 권장된다. 이 글에서는 고경도재 가공에 대응해 고강성․고정도 또는 장수명의 고능률 가공을 실현한 ‘하드 1 볼’을 소개한다. 2. 고경도재 가공용 솔리드 볼 엔드밀 하드 1 볼 (1) 하드 1 볼의 특징 하드 1 볼은 생재에서 70HRC까지의 고경도재 거친가공에서 다듬질가공까지 폭넓게 대응하는 2날의 솔리드 볼 엔드밀이다(그림
[첨단 헬로티] 히로세 케이타 (廣瀨 景太), 오사키 히데키 (大崎 英樹) 유니온툴(주) 1. 서론 자동차 업계에서는 연비 향상을 위한 경량화가 계속적으로 추진되고 있다. 이에 동반해 초하이텐재와 같은 인장강도가 큰 소재의 프레스 가공에 견딜 수 있게 금형재에는 보다 경도가 높은 재료를 선택하는 경우가 많아지고 있다. 그렇기 때문에 금형가공에 사용하는 엔드밀에는 고경도재를 고능률, 장수명, 그리고 고정도로 가공할 수 있는 것이 요구되고 있다. 60HRC를 넘는 고경도재의 절삭가공은 공구의 마모 진행이 빠르기 때문에 장시간에 걸쳐 안정된 가공을 하는 것이 어려워진다. 최근 높은 내마모성을 가진 cBN 소재의 공구가 주목받아 다듬질가공에 사용되고 있다. 한편 cBN 공구는 내마모성은 우수하지만, 날끝이 결손되기 쉬운 문제가 있으며, 거친가공, 중다듬질가공에는 부적합하다. 그래서 동사는 코팅 초경 공구의 개량을 거듭해 2018년 11월에 고경도재 가공용 2날 볼 엔드밀 ‘HGB/HGLB’ 시리즈를 발매했다. 이 글에서는 이 HGB/HGLB의 특징과 가공 사례에 대해 소개한다. 2. HGB/HGLB의 특징 HGB/HGLB는 60HRC를 넘는 고
[첨단 헬로티] 요코이카와 타카유키 (橫井川 貴之), 마스다 타케미츠 (益田 武光), 코다카 히데모토 (小高 秀元), 마스자와 시게토시 (增澤 重敏) 日産자동차(주) 1. 서론 동사에서는 ‘기술의 닛산이 인생을 즐겁게 한다’를 내걸고, 인텔리전트 모빌리티라는 대응을 통해 ‘자동차를 단순한 이동의 도구에서 당신을 설레게 하는 존재로 진화시킨다’고 하는 활동을 하고 있다. 또한 설레게 하는 매력적인 자동차에 있어 참신한 디자인은 중요한 팩트이며, 세부에 이르기까지 자유롭고 대담한 조형 디자인을 실현하기 위해 프레스 금형의 표면 품질과 기계가공 정도 향상에 대한 요구가 높아짐에 따라 정도 향상을 목적으로 한 가공기의 갱신을 해 왔다. 그렇게 하기 위해 가공기의 능력에 따라 거친가공과 다듬질가공을 구분해서 사용하고 있는 가공 현장에서는 70%를 점하고 있던 거친가공기가 현재는 30%도 못되는 언밸런스한 관계가 되어, 결과적으로 전체의 아웃풋 능력이 저하하는 상황에 빠져 버렸다. 이 글에서는 거친가공 능력을 향상시켜 거친가공과 다듬질가공 밸런스의 최적화를 도모하고, 지금까지 미해결이었던 프레스 금형 슬라이드부의 거친가공을 다