소성가공산업기술발전을위한제언 한국생산기술연구원 나경환
차례 최신소성가공기술의동향 단조와자동차 소성가공기술, 발전하기위한한가지모색 미세성형기술 전통산업과첨단산업의융합으로가는길 AMT
최신소성가공기술의동향 - 단조와자동차 소성가공에있어서자동차산업의비중 ( 단조를중심으로 ) 자동차산업환경의변화와소성가공산업의대응 소성가공기술동향
소성가공에있어서자동차산업의비중 단조품생산의반이상이자동차부품 소형전기전자용, 발전기 7% 방산용 3% 기타 5% 일반산업기계용 ( 토목 / 건설 / 중장비포함 ) 26% 단조품용도별생산비율 (1999) 수송용 ( 자동차 / 철도 / 선박기타 ) 59% * 일본의경우 1999 년자동차부품 124 만톤생산, 전체단조품의 66.5% 차지
자동차 - 소성가공의최대고객 자동차중량의 30%, 가격의 10% 는소성가공품 승용차한대당단조품중량(kg) 일본승용차냉 온간단조품추이 (Toyota)
자동차부품산업의변화 GMT-265/295 FLCA 모듈화 - 생산공정축소 - 부품의단순화 경량화 - 알루미늄적용 - 복합재료사용 Al Arm 단조품
소성가공의대응 열간단조품의대체성형기술개발 - 온간및냉간성형기술개발 Net Shape 성형기술개발 - 수율극대화 신성형기술개발 - 무절삭성형기술개발 기존철계제품의전환 - 비철금속 / 복합소재
소성가공기술의동향 소성가공기술발전추이 최근의소성가공기술동향 소성가공기술전망
단조기술발전추이단조기술발전추이 1960 1970 1980 1990 2000 1943 인산아연도금냉단공장출현자동차부품냉단냉단품다양화온단화단조품정도향상냉단품대형화다종소량생산기술복잡형상화고부가가치고정도열/온단+냉단Hub, Bolt CVJ Suspension Arm Bevel Gear, Helical Spline Spline Back Taper Helical Gear 기술수준일본독일미국한국 1960 1970 1980 1990 2000 1943 인산아연도금냉단공장출현자동차부품냉단냉단품다양화온단화단조품정도향상냉단품대형화다종소량생산기술복잡형상화고부가가치고정도열/온단+냉단Hub, Bolt CVJ Suspension Arm Bevel Gear, Helical Spline Spline Back Taper Helical Gear 기술수준일본독일미국한국김현기, Yamanaka Eng.
국내단조산업 1970년대도입기제품기술위주의노동집약적투자및개발 1980년대성장기생산기반기술의부재로인한한계극복노력 1990 년대 대량생산기 단조품의최대수요자인자동차산업의비약적인발전에힘입어양적인팽창 2000년대고도화시기고정밀, 복합화, 지능화시대의도래예상
최근의단조기술동향 복합단조 열간 + 온간 + 냉간 복합공법 판성형 + 전조 + 주조 + 절삭 + 분말단조 + 스웨이징 밀폐단조 밀폐단조장치의저가격 / 고속화 정밀단조 정밀 Press, 정밀금형, CAE, 다공정 고정도, 고자동화, Cost down, Energy saving, Net-Shape
형단조기술동향 가공기술의고부가가치화, 비용절감등의요구증가 환경문제대두로에너지저감, 성형소재의윤활및성형품세정등의제검토필요 정형 (Net shape) 화 복합화 미세화 후가공이필요없는성형목표 최종제품까지의공정수삭감과재료이용률향상 가공기술의복합화 - 성형가공이외의기술과성형가공, 성형가공기술간의조합 피가공재의복합화 - 금속기복합재료 - 이종재료접합 전자, 통신, 광학, 생체기기부품 - 높은정밀도요구 - 특수재질
Net shape 성형 등속 Joint Outer Race 단조기술변천
Yamanaka Eng. Net shape 성형
무절삭성형 기계가공품 롤링품 FORCE (kg) 2000 1900 1800 1700 1600 1500 롤링품 가공품 1400 10 4 10 5 10 6 10 7 Fatigue cycle 공법 시험 정적강도경도측정피로조직검사특성 (Kgf) (HV) (Ccycle) 조직검사 (Spec) 구두부 (Ra) A B C 진구도 절삭공정 4300 280~340 단류선단절 120 만 0.75 0.75 0.75 0.03 이내 롤링공정 비고 5800 1500Kgf 향상 330~420 Min +50 Max +80 단류선단절없음 300 만 3 배이상향상됨 0.2 2.8 배향상됨 0.32 1.3 배향상됨 0.76 Spec 수준 0.03 0.00 이정환외, 무절삭자동차부품의기계적성질에관한연구, Proc. The 7th Adv. Manuf. Sys. Workshop
Net shape 성형의과제 고정도금형 금형제조기술 단조성형시재료의유동제어 CAE 활용기술 단조품의정밀도측정 / 품질보증 단조품측정기술 단조품의가공기준설정과절삭 단조품 / 치구설계기술 열처리에의한변형량저감 단조재개발기술
점진성형 봉, 판및관의소재를회전시키거나공구를회전시켜금형과소재가국부적으로접촉하게하고, 이와같은국부적인소성변형을반복하여, 전체의제품형상을만드는성형법 기존단조법의단점 ( 높은성형하중, 금형소재선정의어려움, 성형프레스의대형화, 소음과진동 ) 에대한대안으로써대두 소재전체를동시에가공하지않고부분적가공을반복 비교적작은하중으로성형가능
Cross Rolling 전조압연공정의원리 축류제품
Orbital Forging 크러치허브 회전단조공정의원리
Flow Turning 축대칭원형제품의다품종소량생산에최적 금속섬유조직재배열에의한피로수명개선 높은정도 ( 精度 ) 를갖는제품생산가능 대부분의금속소재성형가능 가정용품부터항공우주산업까지넓은적용범위 공구비절감
Ring Rolling 환상압연공정의원리 환상압연제품예
반응고성형 반고상슬러리상태에서제품성형 기존성형공정에비해적은에너지필요 고상의강성, 액상의성형성 적은가압력으로우수한품질, 복잡한형상의제품성형가능 Al 합금, Mg 합금성형에적용하기위한기술개발활발 반응고성형제품예 (Al 합금현가장치부품 )
분말성형 분말소결법으로만는예비성형체를단조소재로하여밀폐된금형으로정밀단조 최종단조를통해진밀도획득, 소결부품의기계적특성의한계극복 합금조성및특성의균일화가능 후가공삭감 자동차부품에활용급증 (stator cam, clutch hub, synchronized ring, connecting rod) 분말성형프레스 분말성형밸브시트
Computer Aided Engineering 공정설계 - 공정설계정보 - 각공정별공용품 DB 정보 금형설계 - 제품도 - 설계된공정의외각형상 - 기타공정정보 유동및금형해석 - 이종재금형형상정보 - 임의설계데이타 - 각공정별펀치, 다이형상 - 분할및기타세부정보 자동 CAD
Simulation 공정설계기술경험, 시행착오 CAD, CAM, CAE 기술활용 전산기를이용한모사를통해신속하고저렴하게성형공정정보획득 변형형상, 성형하중, 내부유동, 응력 / 변형률분포예측 공구 / 소재의파괴, 금형마모예측 유한요소법 (FEM), 경계요소법 (BEM), 유한체적법 (FVM) Swash Plate Connecting Rod
프레스기술동향 제어기술과제어장치의기능향상에의한프레스의고정도화, 고기능화, 고속화 전후공정과연계 / 확장된시스템화 고기능화 복동가압기구 가압기구의수와배치, 가압력, 속도, 타이밍의프로그램가능 복합화 기계 / 유압복합식프레스 고정도화 computer 와 servo 제어활용 하사점의위치를마이크로미터단위로 feed back 제어 프레스의탄성변형, 열변형을제품정밀도로부터절연
검사기술동향 Net shape 성형의실현을위해선최적의성형조건설정과계기의적절한제어필요 품질관리 / 보증을위한성형제품의검사, 계측기술필요 성형소재중량관리시스템 제품중량자동제어시스템 화상처리품질검사시스템 성형하중측정시스템 적외선식온도측정시스템
금형기술동향 고수명 금형구조개선 ( 고강성보강링체용등 ) 금형재료개발 (KCW1, KCW2, KHW1, KHW2, GFA, DC53 등 ) 표면처리 ( 이온질화, 고이온화증착, 고이온화심층확산증착등 ) 고정도화 고속가공기를이용한금형가공 쾌속조형기술에의한금형가공 IT 화 CAD, CAM, CAE 도입 공정설계, 금형설계전문가시스템출현
소성가공기술의발전전망 환경 경량화 부품의공유 에너지절감 절삭공정의삭감 소재 고강도비조질강 MMC 비철금속 (Al, Mg) CAE 공정의최적화 금형수명예측 개발기간 / 비용삭감 신기술개발의도구화 제조공법 타공법과융합 정밀금형 정밀프레스 다품종소량 점진성형
소성가공기술,, 발전하기위한한가지모색 IT, BT, NT, 신기술주도의새로운산업환경 전통생산기술인성형기술의역할재창조필요 미세성형기술개발
미세성형기술의지향 구분 Macro-Structure Milli-Structure Micro-Structure 미세성형가공 주요공정 Conventional Process 미세사출미세금형가공 MEMS 미세조립, 측정 성능평가 부품크기 10mm 이상 10 μ m 이하 Deck 부품 (HDD,DVD,PDA) 제품예 정밀기계류부품소형전자부품광학부품.. Cellular Phone, Camcorder OA부품,FA기기( 초소형모터 ) 첩보용 Insect, Kinematic Toy 미세분석기, 보청기.. 마이크로센서류 마이크로액츄에이터류..
차세대핵심기술로서의미세성형기술 배경 기존산업의고부가가치화 신산업에대처 인간중심사회로전환 산업분야 정보 통신 기계 전자 의료 환경 복지 제품발전전망, 시장규모 제품군 Fine Mechanism System Fine Fluidic System 기술현황분석, 특허분석 제품 핵심요소기술 Cellular phone, Camcorder, HDD driving unit, Mini motor CE system, In-vitro fetilization system 미세성형기술, 미세금형가공기술, 재료기술, 미세조립기술및측정기술, 설계기술, 성능평가기술 기술분석및분류 핵심기술군 미세성형기술 미세금형가공기술 제품개발기술
미세성형기술의고객 휴대용통신장비의예 Mill-Structure 기계적부품 부품스케치 부품규격 (mm) 핵심부품스케치핵심기술 Vibration Motor 10 x 10 x 4t Micro Blanking Electro-magnetic Buzzer 8 x 8 x 3t Micro Forming (Stamping + Drawing) Dynamic Receiver 12φ x 2.5t Micro Molding Condenser Microphone 4φ x 2t Micro Coining 일체형 1 (Vibrator + Buzzer) 일체형 2 (Vibration motor + Buzzer) 일체형 3 (Vibration Motor + Buzzer+Receiver) 10 x 10 x 4 ( 계획 ) 10 x 10 x 4 ( 계획 ) 10 x 10 x 4 ( 계획 ) Micro Stamping Micro Packaging Micro Stamping + Banding
미세성형기술개발예 내시경용 jaw 미세성형공정 미세성형프레스 Isamu Aoki, Development of Three-Dimensional Micorcomponent Forming Press Machine, J. of JSTP 37-430
전통산업과첨단산업의융합으로가는길 - AMT 전통산업 신산업 AMT (Advanced Manufacturing Technology) 전통생산기술 IT, BT, NT
AMT 개발제안의배경 전통산업 ( 자동차, 철강, 반도체, 조선, 섬유, 기계 ) 의활력감소 전통산업의기반인생산기술 ( 설계, 공정, 가공, 조립, 검사, 평가 ) 의침체 신산업육성을위한기술혁신필요 전통생산기술과신기술 (IT,BT,NT) 의접목 Advanced Manufacturing Technology
조립, 검계기술혁사, 평가기술혁신IT, BT, NT 계기전통생산기술설사, 평가기Advanced Manufacturing Technology 술전통산업공정기술접목 술AMT 설( 미조세신산업공성형정기, 미술세혁가신신공, ) 립, 검