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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 15, No. 6 pp , ISSN / eissn Change Core 공법을이용한렌지후드 Front Cover 개발 박종남 1* 1 조선이공대학교선박해양 기계과 A Study on the Development of a Range Hood Front Cover using Change Core Method Jong-Nam Park 1* 1 Department of Naval Architecture & Mechanics, Chosun College of Science & Technology 요약최근에건축물의실내환경을쾌적하고안전하게유지하는데많은노력이일어나고있다. 이러한가운데주방에서주로사용되는렌지후드에따른환기방식은많이채택되고있다. 이에따라다양한디자인의렌지후드가적용되고있다. 렌지후드는여러가지여건상프레스금형으로제작되어지는데중, 소량의생산에는경제성이떨어진다. 이러한문제점을보완하는방안이검토되고있는상황에서코어변환에따른금형개발은매우유용하리라판단된다. 본연구는금형의 core를 change core 공법으로설계하였고, 총 4공정으로금형제작을수행하였다. 이런결과로생산기간단축및모델변경이용이한프레스금형을개발하였다. 또한시제품은 3차원측정결과제품표면의모든영역에서허용오차범위 (± 2.00 ) 로합격하였다. Abstract Recently, considerable effort has been made to maintain a pleasant and safe indoor environment in buildings. For this, the use of a ventilation system attached to a range hood in kitchens has prevailed. Accordingly, diversiform designs for range hoods have been used. Press molding is normally used for range hood construction for several reasons. On the other hand, its economic efficiency is low in the case of a small production work. Considerable research has been carried out to solve this problem and it is believed that it is useful to use the change core method to develop molds. This study designed the core of a mold using the change core method and a total of four processes were used in its manufacture. As a result, the press molds, which are needed for shorter production runs and whose form is changeable, were developed. In addition, after the measurements in three-dimensions, the specimen passed a test within a tolerance of ± Key Words : change core method, press mold, range hood, 3-dimension measurement 1. 서론실내중주방에서취사시발생하는각종유해물질은실내공기오염의주된요인이되고있다. 특히연소시에발생하는유해물질과음식물의조리냄새는적절하게옥외로배출하고실내의다른공간이나건물전체로확산되는것을방지할수있어야실내환경을쾌적하고안전하게유지하는중요한역할을하게된다. 주방에서할수있는환기방식은자연환기나기계식 환기장치또는렌지후드로구성된환기방식을채택하고있다. 환기방식중렌지후드를이용한방식은소비자의다양한디자인요구로인하여금형으로제작되고있다. 일반적으로금형과금형성형품에대한개발및시작품제작과정에서많은시행착오를거치기때문에장기간의납기와이에따른많은개발비용이증가되고있다. 이러한금형산업의현안문제를해결하는대안으로역공학시스템을기반으로한공정단축에관한연구를비롯하여 [1-3], CAD/CAM/CAE를통한동시공학적인설계, 생 * Corresponding Author : Jong-Nam Park(Chosun College of Science & Technology) Tel: end7115@naver.com Received February 10, 2014 Revised (1st March 11, 2014, 2nd March 13, 2014) Accepted June 12,

2 한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 산및사전예측방식을비롯한다양한방법들이적용되고있다 [4,5]. 그러나경제성을바탕으로중, 소량생산과다양한디자인을요구하는소비자의주문적응특성을동시에충족시키는대책들이필요하며강구되어야한다 [6]. 따라서본연구는이러한대책을해결할수있는방안의금형개발을목표로금형의 core 부분을쉽게변환하여생산품을제작할수있도록설계하였으며, 금형으로제작한시제품들은 3차원측정실험을통하여제품표면에대한성형성정도를검토하였다. 2. 실험재료및금형제작공정 2.1 실험재료본연구에서사용된렌지후드 Front cover 부품재료는스테인레스계의 SUS 304J1 강판을사용하였다. SUS 304J1 강판의화학성분및기계적성질은 Table 1, 2와같다. SUS 304J1 강판에대한기계적특성데이터베이스를구축하기위해 ASTM A370-03의인장시편규격에맞춰 Fig. 1과같이인장시편을제작하여인장실험 (Instron 4206) 을한결과인장강도는 455MPa, 항복강도는 245MPa 의값을얻었다. 인장실험결과스테인레스계의 SUS 304J1 표준값에비교해재료가소성변형을시작할때의응력. 즉항복강도는기준치보다약 90MPa 정도높은값을나타내었다. [Fig. 1] The tensile test specimen(t=6) 2.2 Front cover 금형제작공정 Fig. 2와 Table 3에나타낸것처럼 Front cover 금형은 Nothing Punch 및 Piercing Punch 를 Change core 방식으로설계하여총 4공정을통하여금형제작을실시하였다. Punch와 Die는기계적성질이우수한 SKD11 재질을사용하였으며, 금형의성형부 Punch와 Die 형상을제작하기위해금형재료의가공기준면을연삭가공한후그기준면을이용하여 Punch나 Die를황삭으로가공하였다. 황삭가공후 Punch와 Die의기계적특성을향상시키기위해서열처리를실시하였다. [Table 1] Chemical composition of stainless steel plate Steel Chemical Composition(%) KS C Cr NI Mo others SUS 304J less 15.0~ ~ Cu 1.0~3.0 [Table 2] Mechanical property of stainless steel plate Steel Mechanical Property KS Y. S.(MPa) T. S.(MPa) E(%).Hv SUS 304J1 155more 450more 40more 200less [Fig. 2] The mold design of front cover [Table 3] Mold manufacturing 4 process NO NOTCHING & PIERCING PUNCH BENDING BENDING process CAM- BENDING 3364

Change Core 공법을 이용한 렌지후드 Front Cover 개발 [Fig. 5] Photographs of a sample product [Fig.

5에 나타난 것처럼 Tryout 실험결과 렌지후드 제 최종적으로 Punch와 Die에 대한 정삭 가공 및 방전가 품의 표면이 3차원 입체적인 형상을 가지고 있어 Spring

3에는 금형제작에 사용되었던 공작기계를 나열하 였다. 3. 금형 수정 2.

4 처럼 400톤 프레스(SIMPAC-MC2)를 이용하여 Tryout 을 실시하였다. Tryout에 사용되어진 프레스의 사양은 Table 4에 나타내었다.

6~와 같이 제2공정에서 U자 형상의 Bead Punch를 추가하여 설계한 후 수정 제작하였다. [Fig.

3 Change Core 공법을 이용한 렌지후드 Front Cover 개발 [Fig. 5] Photographs of a sample product [Fig. 3] Machines used to mold manufacture Fig. 5에 나타난 것처럼 Tryout 실험결과 렌지후드 제 최종적으로 Punch와 Die에 대한 정삭 가공 및 방전가 품의 표면이 3차원 입체적인 형상을 가지고 있어 Spring 공을 수행한 후 사상과 조립을 실시하여, 렌지후드 Front back 현상이 심하게 발생되는 것을 확인 할 수 있었다. cover 금형을 제작하였다. Fig. 3에는 금형제작에 사용되었던 공작기계를 나열하 였다. 3. 금형 수정 2.3 Front cover 제품 Tryout Front cover 상형과 하형 금형을 조립 한 다음 Fig. 4 처럼 400톤 프레스(SIMPAC-MC2)를 이용하여 Tryout 을 실시하였다. Tryout에 사용되어진 프레스의 사양은 Table 4에 나타내었다. 금형수정은 SUS 304J1강에서 심하게 발생되는 Spring back현상을 해결하기 위해 현장경험을 토대로 금 형에 비드를 추가하기로 결정하였다. 비드는 표면에 Fig. 6~와 같이 제2공정에서 U자 형상의 Bead Punch를 추가하여 설계한 후 수정 제작하였다. [Fig. 4] Photographs of tryout [Table 4] Press specification Specification Capacity Fixed SPM Variable SPM Stroke of slide Die Height Slide Area Bolster Area Main Motor (AC) Overall Size Overall Height Air Pressure Unit ton spm spm kwxp kgf/ Dimension

Punch 및 Die에대한보정값을추가로적용하여가공하였다. 수정하여제작한금형의형상은 Fig.

금형수정의각공정에서금형에 Bead 추가설계및 Bending 작업을반복함으로써 Spring back현상에대한해결을할수있었으나향후보다경제적인금형제작을위해서는 Spring

6] Mold assembly and modification by process Add a bead and pad modification Bead punch (c)

공법이란금형에서 core부분만을선정하여각각의조건에맞는형상의금형을만드는방법으로동일한크기에서모델을쉽게변환시킬수있고, 제품의치수정밀도를높일수있으며,

4 한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 (c) [Fig. 7] Product of a mold modify (d) 제 3공정에서 Bending Punch 및 Bending Die 작업을추가하였으며, 4공정은 CAM Bead Punch 및 Die에대한보정값을추가로적용하여가공하였다. 수정하여제작한금형의형상은 Fig. 6~(f) 에나타내었다. Fig. 7에서보인바와같이 U자형 bead 설치후샘플제품에서는 Spring back 현상이현저히줄어든것을확인할수있다. 금형수정의각공정에서금형에 Bead 추가설계및 Bending 작업을반복함으로써 Spring back현상에대한해결을할수있었으나향후보다경제적인금형제작을위해서는 Spring back량을예측하여적용할수있는실험이수반되어야할것이다. 4. Change Core 공법 (e) (f) [Fig. 6] Mold assembly and modification by process Add a bead and pad modification Bead punch (c) Upper mold(3 process) (d) Lower mold(3 process) (e) Upper assembly(4 process) Change Core 공법이란금형에서 core부분만을선정하여각각의조건에맞는형상의금형을만드는방법으로동일한크기에서모델을쉽게변환시킬수있고, 제품의치수정밀도를높일수있으며, 금형제작시간을단축하는등의장점이있다. 본연구에서는 Front cover 금형을제작하기위해 Change Core 방식을도입하였으며, Front cover 금형제작제1공정에서 Notching Punch 및 Piercing Punch를설계하여제작하였다. Fig. 8은 Change core 공법을나타내었으며, Fig. 9, 는 Change core 공법에따른두종류의제1공정샘플제품이다. 그림에서확인된것처럼 core부의변환만으로다양한디자인의제품을쉽게만들수있었다. 3366

Change Core 공법을이용한렌지후드 Front Cover 개발 [Fig. 8] Change core method [Fig.

이런결과를바탕으로부분별 3차원해석을추가적으로실시하였다. 5.2 3 차원표면해석 [Fig.

1 Laser Scanning 측정제품의성능테스트를위해 Carl Zeiss 사의 Prismo 7 을사용하여 3차원 Laser Scanning 측정을하였다.

5 Change Core 공법을이용한렌지후드 Front Cover 개발 [Fig. 8] Change core method [Fig. 10] Photographs of laser scanning results Front Side 측정결과 Fig. 10 는 의값을, Fig.10 는 의값을얻었다. 이것은측정표면의기준면이평면이어야정확한성형성과제품특성의판단이가능하는데표면이입체형상이라분석하기에는부적합하다고사료된다. 이런결과를바탕으로부분별 3차원해석을추가적으로실시하였다 차원표면해석 [Fig. 9] The products by change core method Type 1 Type 차원해석 5.1 Laser Scanning 측정제품의성능테스트를위해 Carl Zeiss 사의 Prismo 7 을사용하여 3차원 Laser Scanning 측정을하였다. 앞절에서언급한 Laser Scanning 해석결과제품표면의입체형상으로인한제품의성형성의분석을보완하기위해제품설치용 Zig를제작하여 3차원 Surface 를측정하였다. 기준면을기준으로허용오차범위를입력하면제품의표면에대한성형성여부를판단할수있다. 측정값이허용오차기준인 ± 2.0이내에있으면만족할만한성형이이루어진것이다. 금형을수정보완한후최종샘플에대한측정결과를 Fig. 11에나타내었다. 렌지후드최종제품표면에대한 3차원측정을한결과 3367

한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 모든영역에서제품도상의허용오차 ±2.00 기준내로모두합격한측정결과를얻었다. (e) [Fig.

결론 본연구는렌지후드 Front Cover 제작할수있도록 Change Core 공법으로금형설계를하였으며, 제품표면의성형성정도를검토하기위해 3차원측정실험을수행하여다음과같은결론을얻었다. 1.

Change Core 공법에의한 Front cover 2종류의제품개발을통하여제품생산기간단축및모델변경을용이하게실현할수있었다. 3. 최종제품의 3차원측정결과제품표면의모든영역에서허용오차기준 ±2.00이내로합격하였다.

Y. Lee, "A Study on deformation compensation of press part based on reverse engineering", Journal of The Korea Academia-Industrial

6 한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 모든영역에서제품도상의허용오차 ±2.00 기준내로모두합격한측정결과를얻었다. (e) [Fig. 11] For 3-dimensional measuring results of the last sample Result_1 Result_2 (c) Result_3 (d) Result_4 (e) Result_5 4. 결론 본연구는렌지후드 Front Cover 제작할수있도록 Change Core 공법으로금형설계를하였으며, 제품표면의성형성정도를검토하기위해 3차원측정실험을수행하여다음과같은결론을얻었다. 1. SUS 304J1에대한 Spring back 형상제어를위해서는 Bending 부에금형보정각의적용이효과적임을확인하였다. 2. Change Core 공법에의한 Front cover 2종류의제품개발을통하여제품생산기간단축및모델변경을용이하게실현할수있었다. 3. 최종제품의 3차원측정결과제품표면의모든영역에서허용오차기준 ±2.00이내로합격하였다. References (c) (d) [1] K. H. Kim and Y. Y. Lee, "A Study on deformation compensation of press part based on reverse engineering", Journal of The Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol.14, No. 1, pp.28-32, DOI: [2] S. Y. Kim and T. H. Kim, " Application of reverse engineering system for improvement of press forming process", The Korean Society for Machine Tools Autumn Conference paper, pp , [3] M. S. Han and S. R You, "Application of reverse engineering for analysis of press process", The Korean 3368

Change Core 공법을이용한렌지후드 Front Cover 개발 Society for Manufacturing process Engineering Spring Conference paper, pp.302-306, 2006. [4] J.

7 Change Core 공법을이용한렌지후드 Front Cover 개발 Society for Manufacturing process Engineering Spring Conference paper, pp , [4] J. E. Jang and Y. J. Huh, "A Study on design and analysis of thin injection-molded parts using CAE", Korea Academia-Industrial cooperation Society Autumn Conference paper, pp.83-86, [5] N. K. Sul and D. K. Kang, A Study of Spring Back Stamping Analysis to Shorten Automotive Stampinig Die Development Period,The Korean Society of Automotive Engineers Autumn Conference paper, pp ,2006. [6] D. G. Ahn, S. H. Lee, M. S. Kim, G. Y. Han, J. S. Kim, H. S. Moon and Y. S. Yoon, Investigation into the development of deep drawing tools with small size for electronic parts utilizing the CAE and RP/RP technology", Proceedings of 2005 Autumn Annual Meeting for the Korean Society of Precision Engineering, pp , 박종남 (Jong-Nam Park) [ 정회원 ] 2002 년 2 월 : 조선대학교공과대학원기계공학과 ( 공학석사 ) 2006 년 2 월 : 조선대학교공과대학원기계공학과 ( 공학박사 ) 2007 년 3 월 ~ 2008 년 2 월 : ( 주 ) 엠앤티연구소소장 2008 년 3 월 ~ 현재 : 조선이공대학교선박해양 기계과 < 관심분야 > CAD/CAM, 금형 3369

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. vol. 29, no. 10, Oct ,,. 0.5 %.., cm mm FR4 (ε r =4.4)

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2018 Oct.; 29(10), 799 804. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2018.29.10.799 ISSN 1226-3133 (Print) ISSN 2288-226X (Online) Method