[헬로티] 34회째를 맞이한 '형기술자회의 2020'은 일본의 금형기술 개발에 관한 최신 정보를 발신하는 장으로, 이번 회의에서는 '금형기술 5개의 힘, 사람(인재), 기계(공작기계나 공구), 재료, 지식(센싱, 노하우나 컴퓨터 원용 기술), 연결(IoT나 네트워크)'를 주제로 프로그램이 구성됐다. 이 글에서는 동 회의의 일반 강연 논문 중 일부를 발췌해 게재한다. 금형 설계와 해석, 금형가공, 사출성형, 프레스, 다이캐스트 등에 관한 새로운 금형 기술의 방향성을 소개한다. 주요 내용은 다음과 같다. 01 링크기구를 이용한 사출성형 금형의 언더컷 처리 방법의 제안 02 PCVD법에 의한 열간가공용 금형에 대한 고윤활 코팅 03 레이저 조사에 의한 침탄 담금질 기술 04 전처리에 의한 ZERO-I 코팅의 냉간공구강 표면에 대한 최적화 피복 사례 05 볼트형 압전식 하중 센서를 이용한 절삭 공정의 가시화와 이상 검지 06 프레스 머신의 기계 차이 계측법의 제안 07 고정도 형조 방전가공기를 활용한 정밀 커넥터용 플라스틱 금형 제작사례의 소개 08 패딩 부부넹 방전가공을 함으로써 발생하는 크랙을 개선하기 위한 열처리 기술 09 사상 최속의 와이어 방전가공기 10
[첨단 헬로티] 나카무라 미유키(中村 倖), 쿠니에다 마사노리(國枝 正典) 東京대학 1. 서론 전해가공이란 전기분해 작용을 전도성 공작물 상의 원하는 장소에 집중시켜 목적 형상을 얻는 가공법이다. 방전가공과는 달리 열적 가공이 아니기 때문에 가공 변질층이 없고 공구 전극 소모도 없다는 특징이 있다. 한편, 양극에서 용해한 공작물 이온이 슬러지로서 침전하거나, 음극 표면에서는 물이 전해되어 수소 기포가 발생하거나 한다. 이와 같은 전해 생성물은 전해액의 도전율을 저하시켜 가공을 방해하므로 일반적인 전해가공으로는 전해액을 고속으로 분류함으로써 생성물을 플러싱하고 있다. 그러나 전해액 흐름은 기포 분포의 편차를 초래해 가공 정도를 저하시키는 외에 갭 내의 전해액 흐름장을 균일하게 하기 위한 트라이 앤드 에러도 필요하다. 이들 전해액 분류가 초래하는 문제 때문에 전해가공의 가공면 성상이 우수함에도 불구하고 금형가공에 대한 적용이 곤란하다. 따라서 정지액 중에서 가공할 수 있는 것이 이상적인데, 이를 위해서는 기포나 슬러지를 분류 없이 플러싱해야 한다. 전해액 분류 이외에 플러싱 방법으로서 일반적으로 이용되는 것은 전극 점프이다. 이것은 갭을 넓힘으로써 전해액을 교반
[첨단 헬로티] 이케가메 마코토 (池龜 誠) ㈜牧野후라이스製作所 1. 서론 자동차의 프론트 그릴이나 도어 패널, 가전제품의 커버 등 방전가공에서는 대형 금형에 여러 개 존재하는 리브 형상을 효율적으로 가공하는 것이 요구되고 있다. 이 글에서는 리브 가공의 가공칩 배출 능력을 향상시켜, 안정된 방전가공을 실현시키는 기능으로서 개발한 ‘HS-Rib’ 및 이것을 표준 탑재한 대형 형조 방전가공기 ‘EDNC17’(그림 1)을 소개한다. 2. HS-Rib 방전가공에서는 가공 중에 생성되는 가공칩의 배출 방법으로서 전극을 상하로 움직이는 점프라고 하는 기능이 있다. HS-Rib 가공용 유닛(그림 2)은 점프 속도를 고속화해 가공칩의 배출 능력을 향상시킨 헤드이다. 그림 3은 점프 속도에 의한 가공 결과의 차이를 나타낸 것으로, 각각 2시간씩 가공했을 때의 가공 깊이 차이를 나타내고 있다. 가공 사례는 가공 깊이부를 확인하기 위해 가공 후 2개로 나누고 있다. 점프량이 약 3mm로 최고 속도(최대 20m/min)에 도달하도록 제어되므로 2시간에 49mm로 지금까지보다 1.7배 빨라졌다. 가공칩이 전극과 워크 간(극간)에 많이 체
동사는 1961년 4월에 시즈오카현 구 키요미즈시에서 창업, 그룹 기업을 포함해 종업원 90명 이상이 근무하는 자동차 조명기구의 수지성형 금형 메이커이다(그림 1). 헤드램프 보디 금형, 리어 콤비네이션 보디 금형, 헤드램프 리플렉터 금형, 하이마운트램프 금형, 포그 보디 금형 등을 중심으로 형체력 100~1,600t까지의 금형을 제조하고 있다. ▲ 그림 1. 동사 외관 그림 2에 동사 금형가공의 대략적인 프로세스를 나타냈다. 이들 공정 외에 그라파이트 전극가공, 와이어 방전가공, 그리고 5축가공을 하고 있다. 이와 같은 가공 프로세스는 동일한 금형을 제조하고 있는 타사와 큰 차이는 없다고 생각한다. ▲ 그림 2. 동사의 금형가공 프로세스 또한 일본 내의 다른 제조업과 동일하게 동사도 오퍼레이터의 스킬에 의존하지 않는, 안정된 품질의 금형 제조를 목표로 하고 있다. 이에 최신 공작기계를 활용해 정도를 구하고, 금형 제조의 능률을 높이고 싶다고 생각한다. 동사의 과제 가급적 사내 가공 비율을 높임으로써 금형가공의 리드타임 단축에 노력하고 있다. 그러나 매달 금형의 생산 수에 편차가 있기 때문에 기계가공에서 설비의 가동률 평준화가 과제이다. 기계가공이 겹쳐서 사
동사는 전자 부품의 종합 메이커로서 정보·통신, 카 일렉트로닉스, 헬스케어, 홈 네트워크 등의 사업에 대응하고 있다. 동사의 금형 내제 부문인 금형 기술부는 순차이송 금형, 성형 금형, 인서트 금형을 소수인체제로 제작하고 있다. 소수인으로 금형을 제작하기 위해 여러 가지 개선을 실천하고 있는데, 금형의 단납기화가 요망되고 있다. 이것에 의해 금형의 베이스가 되는 금형 플레이트의 제작에 걸리는 일정도 마찬가지로 짧아진다. 동 부문에서는 피치 정도 ±2μm 이내를 요구받는 순차이송 금형 플레이트에 관해, 이전에는 포켓, 포스트, 녹 등의 중요 부위의 거친가공은 사내의 와이어 방전가공, 다듬질가공은 협력 회사의 지그 연삭으로 대응하고 있었다. 현재는 단납기화 대응을 위해 미쓰비시전기(주)제의 와이어 방전가공기 ‘MP2400’(그림 1)을 도입, 순차이송 금형 플레이트의 중요 부위를 고정도 와이어 방전가공으로 대체하고 있다. ▲ 그림 1. 와이어 방전가공기 ‘MP2400’의 외관 이 글에서는 와이어 방전가공으로 금형 플레이트를 제작할 때의 플레이트 세팅 정도의 향상, 동사에서 운용하고 있는 비
최근 공업 제품의 저가격화와 제품 개발 사이클의 단기화로 인해 금형의 제조 코스트 절감과 단납기화의 요구는 한층 더 강해지는 추세이다. 또한 동시에 고정밀, 고품질화 요구도 해마다 높아지고 있다. 이와 같은 고객 요구에 대응하기 위해 동사는 와이어 방전가공기의 가동률 향상, 고정도화를 명제로 개발을 해왔다. 특히 자동차 산업에서는 하이브리드화나 EV화가 진행되어 모터의 생산량 증가가 예측된다. 모터코어는 순차이송 금형에 의해 생산되는데, 증산이 되면 금형 생산의 납기 단축·코스트 절감이 과제가 된다. 이것에 주목, 과제를 해결해야 할 와이어 방전가공기의 유효 활용에 대해 소개한다. 금형 제작에 있어 단납기 대응 금형 제작에서 와이어 방전가공기는 반드시 필요해지고 있다. 특히 IC 리드프레임 금형이나 모터코어 금형 등의 순차이송 금형은 와이어 방전가공기 없이는 제작할 수 없다고 해도 과언은 아니다. 2002년쯤부터 동사는 이 순차이송 금형 제작의 시간 단축을 위해 기계의 기본 구조와 그 조립 기술을 연구, 금형용 플레이트의 피치 정도를 고정도로 안정시키는 것에 성공했다. ‘Ultra MM50B’(그림 1)에서는 피치 정도 &p
최근 금형이 보다 복잡화되고 절삭가공이 곤란한 부분이 증가해, 방전가공기의 필요성이 재인식되고 있다. 가공을 할 때에는 지식뿐만 아니라 오랜 경험에 의한 노하우 축적도 필요하고, 작업자의 수준에 따라 가공 결과에 차이가 생기는 경우도 있어 그들을 어시스트하는 기능이 요구되고 있다. 한편으로는 IoT를 활용해 작업 효율이나 기계의 가동률을 높이는 대응에도 주목이 모아지고 있다. 이 글에서는 ‘누구라도 간단히 실수 없이’ 재현성 높은 가공을 할 수 있는 것을 컨셉으로, 유저 인터페이스와 퍼스널컴퓨터나 스마트폰으로 방전가공기의 상태를 모니터링할 수 있는 IoT 관련 소프트웨어 기능을 소개한다. 헤매지 않고 가공 프로그램 작성 가공 프로그램을 작성할 때에는 형조·와이어 방전가공기 모두 가공 조건을 각각의 기계 타입마다 결정할 필요가 있다. 가공 조건을 결정하는 조작에서 지금까지는 방전 면적(판두께), 워크 재질, 전극 재질, 가공 방법, 표면 조도를 가공 조건 일람표에서 판단해 선택하고 있었기 때문에 최적의 가공 조건이 정확하게 선택되고 있는지 알기 어려웠다. 이 문제를 해결하기 위해 제어장치 Hyper-i의 ‘프로젝트&
최근 자동차 분야에서는 CO2 배출량 절감을 위해 PHV나 EV 등의 차세대 자동차의 보급이 추진될 것으로 예상되고 있다. PHV나 EV 등에서는 에너지절감을 고려한 특성을 갖는 모터가 앞으로의 요구인 것은 분명하다. 그 큰 과제의 하나가 모터 특성에 크게 영향을 미치는 모터코어의 개발이다. 이에 모터코어 및 모터코어 금형(프레스 금형)의 과제와 대책에 대해 정리하고, 금형 제조 공정의 하나인 와이어 방전가공의 과제와 동사 대책 사례를 소개한다. 또한 PHV, EV 등의 보급 한편으로, 엔진 자동차의 저연비화로서 엔진의 효율 향상이나 구동계의 효율 향상, 차체의 경량화 등의 개발도 추진되고 있다. 그 중에서 특히 구동계의 효율 향상을 위해 동력 전달 로스를 절감하는 기어 고정도화의 요구가 있다. 이에 보다 높은 정도가 필요한 기어 단조 금형의 형조 방전가공의 과제와 동사 대책 사례를 소개한다. 모터코어 금형에 있어 와이어 방전가공의 과제와 대책 최근 모터코어에 채용되는 전자 강판의 박판화가 추진되고 있다. 박판 재료는 철손이 적고, 모터 특성에 유리한 것이 이유이다. 따라서 최근에는 t0.2~t0.35mm 정도(기존 : t0.5mm 정도)까지의 박판 재료가
전기만 흐르면 재료의 경도에 의존하지 않고 가공할 수 있는 강점을 활용해 담금질강과의 좋은 상성으로 방전가공기가 금형 제작의 최종 공정에 중요시됐던 것은 한참 옛날의 이야기이다. 현재 절삭 툴의 고정도화·고강도화·내마모성 향상과 고속 회전 주축 탑재 머시닝센터의 성능 향상에 의해 금형 제조에서 직조가공이 다용되고 있으며, 최종 공정에 한정하지 않고 방전가공의 활용 패턴이 모색되고 있다. 이 글에서는 공작기계의 각 특징을 이해·습득, 종합력의 최적화와 자사 노하우 구축을 달성함으로써 글로벌 금형 제조의 경쟁력을 향상시킨다는 요구에 대응하기 위해 방전가공의 원리를 다루면서 최신 기술과 그 활용 사례를 소개한다. 방전가공의 우위성 방전가공은 절삭가공에서 공구에 해당하는 전극과 워크의 간극(방전 갭)에 방전 현상을 발상시켜, 방전에 동반하는 역학적 작용(방전 충격 압력)과 열적 작용(증발·용융)에 의해 제거가공을 하는 가공 수단이다. 방전가공의 대표적인 특징을 아래에 든다. • 단위면적당 고밀도 에너지 부가가 용이 • 절삭가공과는 달리 부드러운 것(동)으로 단단한 것(철)을 가공할 수 있다 &bul
방전가공에는 여러 가지 장점이 있으며, 좁은 피치의 미세 커넥터 금형이나 깊은 홈이 많은 다이캐스트 금형 등의 제조에서 적극적으로 사용되어 왔다. 최근에는 진원도를 요구받는 모터코어의 대형 금형이나 자동차 부품의 대형 금형 등 새로운 분야에서도 활용이 추진되고 있다. 이러한 가운데 방전가공의 장점을 잘 활용한 금형을 제조, 제안하는 것이 차별화로 이어진다고 생각할 수 있다. 이 글에서는 새로운 분야 개척의 힌트가 되는 방전가공에 관한 연구 동향과 방전가공기의 최신 기능을 소개한다. 또한 방전가공기를 잘 활용하고 있는 부품 메이커, 금형 메이커의 사례도 소개한다. 01 금형 제작의 경쟁력 향상으로 이어지는 방전가공의 최신 활용 사례 02 에너지절감 자동차용 금형의 최첨단 요구에 대응하는 최신 방전가공 기술 03 방전가공을 활용하는 소프트웨어 기능 - ‘프로젝트’, ‘E 테크 닥터’ - 04 모터코어 금형의 납기 단축을 실현하는 와이어 방전가공기의 유효 활용 05 와이어 방전가공기의 플레이트 가공 세팅 정도 향상 시책 - 기상의 비접촉 평면 상태 확인 기술에 의한 플레이트 평면 상태의 가시화 - 06 방전과 절삭의 적절
[첨단 헬로티] 1. 서론 초경합금은 고정도와 내마모성을 요구받는 절삭공구나 금형 등의 분야에서 사용되고 있다. 그러나 초경합금을 이용한 툴에서 외적 요소의 영향에 의해 불량으로 이어져 버린 케이스가 종종 보고되고 있다. 여기에는 복잡한 형상가공을 실시할 때의 전기가공, 표면특성(내마모성이나 슬라이딩성, 내산화성) 향상을 도모한 표면처리, 보관 환경이나 취급이 크게 영향을 미치고 있는 경우도 적지 않다. 이 글에서는 초경합금의 소재특성(특징)을 다루는 동시에, 소재에 영향을 미치는 외적 요소와 실례를 소개한다. 2. 초경합금의 소재특성 초경합금은 분말야금법이라고 불리는 금속분말을 가공해 재료나 제품을 만드는 금속가공법으로 만들어진다. 금속(주기율표 Ⅳa, Ⅴa, Ⅵa족) 9종류의 탄화물을 코발트, 니켈 등의 철계 금속으로 소결한 복잡 재료로 구성되며, 일반적으로는 가장 기계적 특성이 우수한 WC-Co계 합금을 초경합금이라고 부르는 경우가 많다. WC(탄화텅스텐)이 경질상, Co(코발트)가 소결상을 담당, 조성비율이나 WC 입자지름에 따라 경도·인성 등의 특성이 변동한다(그림 1). ▲ 그림 1. 초경합금의 내부 조직 (SEM) 초경합금의 소재특성
1. 서론 최근 방전가공의 용도는 절삭가공 후의 각내기나 리브 형상 등 금형의 대소에 관계없이 작은 전극을 사용하는 가공이 대부분을 점하고 있다. 이들 가공에서 리드타임 단축을 위해 가공 시간 단축과 전극 소모 저감이 세계적으로 많이 요구되고 있다. 여기에서는 그 요구에 대응하기 위해 개발한 새로운 가공 전원의 특징을 가공 사례와 함께 소개한다. 2. Sinker H.E.A.T. H.E.A.T.란 High Energy Applied Technology의 약자로, 15년 정도 전에 와이어 방전가공기의 가공 속도를 향상시키는 기술로서 개발된 것이다. 이번에 개발한 Sinker H.E.A.T.는 형조 방전가공기의 이상 방전을 미연에 방지하고, 효율적으로 방전 펄스를 발생시킴으로써 가공 속도와 전극 소모를 향상시키는 기술이다. Sinker H.E.A.T.를 실현하기 위한 주된 요소 기술을 아래에 나타냈다. (1) 에너지절감 전원 ES200A 파워 반도체 SiC를 이용함으로써 기존과 동일한 소요 전력으로 표준 전원 사양을 평균 전류 30A에서 80A로 변경했다. 또한 방전 제어의 디지털화에 의해 가공안정성 향상을 실현했다. (2) 방전 검출 기술의 개발 쇼트나 이상
1990년 국내에서 최초로 와이어 방전가공기를 개발한 원일정기는 반세기가 넘는 금형 제작 노하우를 기계 제작에 반영하여 장인정신을 이어가고 있다. 기계는 사람의 손으로 정밀해지고, 그렇기 때문에 경험의 손으로 완성해야 한다는 신념으로 기계에 열정과 진실성을 담아 만들고 있다. 최근 침적식 와이어 방전가공기 신제품을 출시하며 새로운 도약을 준비하고 있는 원일정기의 류상희 이사를 만나, 앞으로의 사업 계획에 대해서 들어 보았다. ▲ 원일정기의 류상희 이사 Q. 원일정기에 대해 간단한 소개를 부탁드립니다. A. 1961년 부산에서 경질금속이라는 상호로 창업을 했습니다. 창업 초기부터 초경금형 사업을 시작했으며, 지금까지 50년이 넘는 세월 동안 금형 제작을 해오고 있습니다. 1990년에는 국내에서 최초로 와이어 방전가공기 개발에 성공했으며, 1992년에는 현재의 원일정기로 법인 전환하여 국내외에서 와이어 방전가공기 전문 생산업체로서 인정받고 있습니다. 원일정기의 와이어 방전가공기 브랜드인 AV&G는 아버지의 한글 발음으로, 아버지의 강한 책임감으로 기계와 금형을 만든다는 의미입니다. 저희 원일정기는 처음부터 끝까지 철저하게 책임을 진다는 마음으로 기계를 만
방전가공은 절삭가공이 어려운 재료나 형상가공이 가능한 특징이 있어 금형가공에 많이 사용되고 있다. 그러나 방전가공 현상에는 아직 충분히 해명되지 않은 부분이 많기 때문에 앞으로도 발전이 기대되는 가공법이라고 할 수 있다. 방전가공은 공구 전극과 공작물 사이에 간헐적인 방전을 발생시켜, 그 때의 열적인 작용과 충격 압력에 의해 공작물을 용융·제거하는 가공법이다. 초경합금이나 담금질강과 같은 경질 재료라도 비교적 쉽게 가공할 수 있기 때문에 금형 제작에 반드시 필요한 가공법으로 이용되어 왔다. 금형가공이 방전가공의 주된 용도이기는 하지만, 한편으로는 머시닝 기술의 향상과 절삭공구의 진화에 의해 직조 기술이 발전하여 형조 방전가공이 필요한 영역이 좁아지고 있는 것도 사실이다. 그러나 미세한 가공 정도가 필요한 리드 프레임이나 모터 코어의 블랭킹 다이스 등에는 와이어 방전가공이 유용하게 쓰인다. 또한 미세 기어나 미세 커넥터의 사출성형 금형가공에는 와이어 방전가공과 형조 방전가공 양쪽 모두 사용되고 있다. 초경합금으로 만들어진 단조형이나 리브 홈가공이 많은 다이캐스트 금형의 가공현장에서는 아직 방전가공기가 공작기계 중 큰 비중을 차지하고 있다. 한편 방
1990년 국내에서 최초로 와이어 방전가공기를 개발한 원일정기는 반세기가 넘는 금형 제작 노하우를 기계 제작에 반영하여 장인정신을 이어가고 있다. 기계는 사람의 손으로 정밀해지고, 그렇기 때문에 경험의 손으로 완성해야 한다는 신념으로 기계에 열정과 진실성을 담아 만들고 있다. 최근 침적식 와이어 방전가공기 신제품을 출시하며 새로운 도약을 준비하고 있는 원일정기의 류상희 이사를 만나, 앞으로의 사업 계획에 대해서 들어 보았다. ▲ 원일정기의 류상희 이사 Q. 원일정기에 대해 간단한 소개를 부탁드립니다. A. 1961년 부산에서 경질금속이라는 상호로 창업을 했습니다. 창업 초기부터 초경금형 사업을 시작했으며, 지금까지 50년이 넘는 세월 동안 금형 제작을 해오고 있습니다. 1990년에는 국내에서 최초로 와이어 방전가공기 개발에 성공했으며, 1992년에는 현재의 원일정기로 법인 전환하여 국내외에서 와이어 방전가공기 전문 생산업체로서 인정받고 있습니다. 원일정기의 와이어 방전가공기 브랜드인 AV&G는 아버지의 한글 발음으로, 아버지의 강한 책임감으로 기계와 금형을 만든다는 의미입니다. 저희 원일정기는 처음부터 끝까지 철저하게 책임을 진다는 마음으로 기계를 만
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