금형연마 자동화기술 논의에서 KIST에서 개발된 금형연마 로봇시스템에 대한 분석과 세계적으로 대표적인 금형연마 자동화시스템의 가급적 정량적인 비교를 하여 독자들의 이해를 돕고자 했다. 금형연마 공정의 자동화를 통한 생산성의 향상 없이는 금형생산성 향상에 한계가 있으며 자동 화를 통한 생산성 향상은 금형 종류, 크기, 복잡성 등 여러 가지 고려인자들이 있지만 간략화하여 5-8배 정도의 결과를 낼 수 있다. 금형연마 자동화기술의 핵심은 자동화에 적합한 연마패턴의 개발과 실현화에 있으며 금형연마 자동화에의 로봇의 적합성과 그 유연성을 통해 효과를 향상 시킬 수 있다. 현재 국내 산업계에서도 금형연마 자동화에 상당한 관심과 투자를 하고 있는 상 황이다.
본 연구에서는 고분자 플라스틱 부품의 친환경 외장성형공법인 Insert Film 사출성형공법중 첫 번째 공정인 진공성형공정에서 진공금형의 표면온도 균일화 기술에 대해 연구를 수행하였다. 진공금형의 온도분포 균일화를 위한 금형설계 및 설계된 금형에 대한 온도분포 평가를 위한 ANSYS를 이용한 유한요소열해석을 수행하였으며, 이때 정상상태 및 과도상태를 함께 평가하였다. 설계 결과를 바탕으로 금형을 제작하였으며, 생산성을 고려하여 4캐비티로 제작된 금형에 대해 금형표면의 온도분포 평가실험을 수행하였다. 또한 금형내 캐비티 온도센서 및 제어시스템을 설치하여 진공금형표면 온도분포가 항상 일정하게 유지될 수 있도록 금형시스템을 개발하였다. 결과적으로 일정한 온도범위의 금형표면온도제어가 가능하였다.
금형산업체의 직무능력 요구에 적응하는 산업현장과 연계된 실무능력 향상을 위한 대학의 금형기술 교육이 필요하다. 특히, 취업 후 회사의 사전교육 없이 직능별 업무에 투입 시킬 수 있는 창의력 있는 우수한 전문기술인을 양성하여 교육의 낭비적 요소를 제거하고 산업체 및 국가의 기술경쟁력을 강화시키며 학생은 인력수요자인 산업체로부터 요구하는 현장실무에 접근성 높은 교육을 받아 취업이 보장되어야 한다. 동시에 산업체는 전문인력 수급의 어려움을 해소 시켜주기 바라고 있다. 이상의 요구를 충족시킬 목적으로 금형산업체와 연계된 금형설계공학전공의 교육과정 개발을 수행하였다.
가전 전자 제품의 대형화 추세와 함께 사용 금형 역시 정밀대형화가 추진되고 있다. 금형의 대형화로 인해 금형표면에 대한 경화 및 내마모 표면처리에 대한 중요성이 더욱 증대되고 있는 상황인 바, 본 연구에서는 고밀도 이온에 의한 플라즈마 질화처리 기술을 활용하여 금형 사용에 있어 충분한 내구성의 확보와 열 변형 최소화, 후 가공비용의 절감, 기타 금형용 상용화 질화처리 전반에 대한 연구를 진행하였다. 그 결과 금형 소재의 저변형 처리를 위한 적정 에너지 조건, 소형 금형 부품의 고품위 처리를 위한 저비용 공정 기술, 금형 생산 상용화 효율 향상을 위한 가열 및 냉각 공정 개선 성과를 확보할 수 있었다.
국내에서 폰카메라용 렌즈 금형의 독보적인 기술력을 보유한 한국와이다(대표 장해산)는 카메라폰용 8Cavity와 호환이 되는 16Cavity 렌즈 금형을 국내 최초로 개발했다고 밝혔다. 순수 국내 기술로 개발된 호환형의 8 & 16Cavity 렌즈 금형은 렌즈 생산을 2배 이상 늘릴 수 있어 짧은 시간 내에 대량 양산이 가능할뿐만 아니라 수지의 양도 기존의 절반으로 줄여 비용절감 효과도 가져왔다.
한국와이다(대표.장해산)는 1994년 11월 창립한 이래 13년간 쌓아온 금형가공기술을 바탕으로 현재 광학설계 및 금형 부품 가공에서 금형 완제품 제작, 사출까지 total solution을 구축하고 고부가가치를 창출하는 초정밀 금형업체로 거듭나고 있다. 세계적 기업인 삼성전자의 우수협력사로 선정된 것은 물론, 국내 많은 렌즈업계에 금형을 제공하며 품질과 우수성에서 인정받고 있는 한국와이다는 현재에 만족하지 않고 최고의 기술개발을 통해 세계 어디에도 뒤지지 않는 '명품 금형'을 실현하겠다고 도전장을 내밀었다.
본 고에서는 사출금형소재로 널리 사용되는 프리하든 강의 수명을 극대화 시킬 수 있는 열 표면처리 기술에 대해 소개하였다. 이러한 열 표면처리 기술 및 기술 적용시 고려해야할 점을 다시 정리해 보면, 제조하는 대상물을 고려한 최적 금형 재료의 선택 (표 1~3) 선택된 금형의 물성을 최적으로 구현할 수 있는 열처리 선택 (표 4) 금형의 사용 환경을 고려한 최적 열 표면처리 선택 (표 5) 질화 열처리에 의한 수명 향상 피로 수명이 중요한 경우 : 질화층 $100{\mu}m$이내 열간 내마모성, 크립저항성이 요구되는 경우 : 질화층 $300{\sim}400{\mu}m$ TiN, CrN 등 세라믹 코팅에 의한 성능 향상 내식성 중요시 CrN, DLC의 적용 내마모성 및 초저마찰계수의 구현 : 방향성 코팅, 나노구조화 금형의 국제경쟁력을 향상시키기 위해서는 고품위 금형 제조 기술이 필요하고 이를 위하여, 표면개질처리가 필수불가결하다는 것이다. 또한, 열 표면처리에는 각각의 특징이 있고, 적용 상황의 미묘한 차이에 따라 특성이 바뀌기 때문에 고품위, 품질 금형을 얻고자 하면 어느 때보다 사용자, 금형기술자, 열 열 표면처리 기술자들과의 협력이 요구된다.
우리나라의 금형산업의 기술력을 선진국에 비하여 결코 낮은 수준은 아니다. 그러나 외국의 기술력에 비하여 낮은 수준에 머물려 있는 이유로는 올바른 기술력을 정리 통합하지 못한 결과로 인하여 낮은 기술력으로 판정 받고 있으며, 고부가가치를 창출하지 못하고 있다. 이를 극복하지 위하여 경영 고도화를 위한 구축전략에 관하여 연구를 하게 되었으며, 이를 위한 첫 번째 과정으로 금형산업의 특성을 정확히 분석하여 표준화된 데이터를 구축하여 경영 고도화를 위한 구축전략을 연구하게 되었다. 중소형 금형산업의 경영 고도화를 위한 기반 구축전략은 2단계로 나누어서 각 단계의 구축 수준에 따라서 경영 고도화를 완성하는 단계를 설명하고 있다. 1단계에서는 현 설비와 기술수준을 파악하고 2단계로 발전할 수 있는 기반을 조성하며, 2단계에서는 CAD/CAM 구축하는 과정을 설명하고 있으며, 또한 해당업체의 금형 생산 방향에 따라서 CAD/CAM의 구축수준을 선정하여 필요 이상의 투자를 줄이고 효과적인 투자를 통하여 중소형 금형산업의 경영 고도화를 위한 기반 구축전략을 설명하고 있다.
여기서는 최근의 자동차 금형의 최적설계 기술개발을 위한 국내의 연구동향을 중심으로 살펴보고 실제 CAE 기술의 적용 예를 소개하고자 한다. 1. 금형설계에서의 CAE 기술의 도입. 2. CAE 기술로서의 FEA 해석. 3. CAE 도입의 기술적 제 문제. 4. 프레스 공정의 2차원/3차원 해석. 5. 최적 블랭크 형상설계기술. 6. 강건설계를 위한 CAE 기술의 응용.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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