방전가공기의 최신 고생산성․최적 제어 기술과 가공 사례 일본 국내의 금형가공 분야는 일부 회복의 조심이 보이지만, 여전히 해외 메이커와의 경쟁은 치열하고 방전가공기에도 고정도, 고부가가치가 요구되고 있다. 또한 방전가공기는 금형가공뿐만 아니라, 부품가공에 대한 활용이 추진되고 있으며 보다 높은 생산성을 요구받고 있다. 이에 미쓰비시전기는 이들 요구에 대답하기 위해 신제품, 신기능을 개발해 왔다. 최근 초경합금의 고정도 가공이 요구되고 있으며, 동사에서는 지금까지 와이어 방전가공기에 물가공액을 이용하여 고속 가공과 고정도 가공을 양립시키고 있었다. 장시간 가공 시에 부식․녹 등의 과제에 대해서도 물가공액의 생산성을 활용하기 위해, 독자의 기술에 의해 물가공액을 개질하여 부식․녹을 억제한 고효율 생산을 하는 기종 개발을 해왔다. 그러나 간편한 부식 대응과 높은 가공 재현성이 요구되는 시장 요구에 대해서, 오일가공액 사양 와이어 방전가공기 MX600을 개발, 2013년 4월부터 판매를 개시했다. 이 글은 일본공업출판에서 발행하는 기계와공구지에 게재된 내용으로, 미쓰비시전기 나고야제작소의 카미야 키요히토와 카키하나 타카시가 저술했다
일본 제조업의 견인차 역할을 해온 토요타자동차의 토요타 아키오 사장은 1월 연초 인사로 ‘올해는 공격해야 할 때’라고 사원들을 고무시켰다. 또한 일본자동차부품공업회 타마무라 회장은 ‘일본 내 1,000만대 확보로 글로벌하게 확대 기조’라고 평했다. 그러나 엔저 등의 외적 요인도 커서 결코 낙관적으로 보고 있지는 않다. 오히려 특징 있는 기술 개발과 생산성 향상에 대한 인력, 물품, 자금의 투자로, 일본 제조업의 큰 전환기라고 위치매겼다. 여기서는 시대의 조류와 금형․생산의 향후 바람직한 모습을 논해본다. 제품 개발에 있어 토호쿠대학 시바타 교수는 일본의 ‘조정형’의 특주화 지향에서 VW 등의 공통 부품을 기축으로 한 ‘조합형’의 표준화 지향으로 전환이 진행되고 있고, 앞으로는 다종다양한 글로벌 요구에 대한 대응과 코스트 경쟁력의 양립을 위해 ‘특주화’와 ‘표준화’의 양립을 목표로 해야 한다고 했다. 이 글은 일본공업출판에서 발행하는 기계와공구지에 게재된 내용으로, KMC사의 사토 세이키 대표이사가 저술했다.
열처리형 알루미늄합금 주물에는 강도와 연성의 향상을 주목적으로 열처리가 실시된다. 일련의 열처리는 ①용체화 처리, ②급랭 및 ③시효 처리의 3가지 처리로 나눌 수 있으며, 대표적인 열처리형 합금 주물의 하나인 AC4CH 합금의 경우, 535℃ 정도에서 8시간 정도의 용체화 처리와 155℃ 정도에서 6시간 정도의 시효 처리가 일반적으로 실시된다. 더불어 열처리장치의 온도 특성이나 제품의 치수․형상에 관련하여 용체화 처리 온도로 승온하는 것에도 1시간 정도를 필요로 하는 경우가 있기 때문에 보통 15시간에 달하는 열처리 시간이 필요하다는 상황을 감안하면, 생산 효율을 높이고 에너지 절감화를 추진하기 위해서는 이 열처리의 효율화는 매우 중요하다. 그렇기 때문에 종래부터 다양한 검토가 이루어져 왔지만, 시효 처리 시간의 단축을 통해 열처리의 효율을 높이는 것은 유익한 대책이라고 말하기 어렵다. 왜냐하면, 시효 처리 시간을 단축하기 위해서는 고온에서 처리할 필요성이 생기지만, 시효 처리 온도의 상승은 석출물의 조대화를 초래하고, 강도 향상에 대해 좋은 영향을 주지 않기 때문이다. 이 글은 일간공업신문사 형기술지에 실린 山梨대학 대학원 나카야마 요시히로 교
아연합금 다이캐스트의 제조 공정에서 이형제의 도포는 금형에서 다이캐스트를 빼내기 위해 반드시 필요하다. 그러나 이형제의 잔사는 도금성이나 도장성을 저해하거나, 그 전처리로서 유기용제에 의한 세정작업이 이루어져 환경 부하를 증대시키는 원인이 된다. 또한 이형제 도포 공정에서 오일미스트의 비산도 작업 환경을 악화시킨다. 그래서 이형제를 절감 혹은 없애는 환경에 친화적인 다이캐스트법을 목표로 하여 조사 연구를 했다. 이형제 프리로 한 경우에 가장 걱정이 되는 것은 제품을 금형에서 이형할 때의 이형력 증가이다. 만일 이형력이 제품의 강도를 넘은 경우에는 제품을 부드럽게 이형할 수 없어 변형되거나 파손된다. 그래서 아연합금 다이캐스트의 이형력에 미치는 이형제의 영향에 대해 조사했다. 또한 이형제 프리에서는 용탕과 금형이 반응하여 버닝이나 용손이 발생할 위험도 있다. 아연합금 다이캐스트는 알루미늄합금 다이캐스트와 달리 알루미늄 함유량이 4% 정도이기 때문에 버닝이나 용손이 잘 발생하지 않을 것으로 생각된다. 그래서 확인을 위해 용손 시험을 실시했다. 이 글은 일간공업신문사 형기술지에 실린 일본다이캐스트협회 기술부 니시 나오미 부장이 저술한 내용이다.
다이캐스트법은 알루미늄, 마그네슘, 아연 등의 용융 금속 합금을 주형 내에 흘려 넣어 냉각․응고시킴으로써 복잡 형상의 제품을 성형하는 프로세스로, 다른 금형 가공법에 비해 생산성, 제품의 치수 정도, 주물 표면 등이 우수하다는 큰 특징을 갖고 있다. 따라서 이 이용 범위는 다종다양하게 걸쳐 있어 자동차를 비롯하여 전자기기, 가전품, 일용품까지 매우 넓은 용도로 이용되고 있다. 반면, 싱크홀, 공기의 침입, 탕경계, 탕회전 불량 등의 치명적인 주조 불량도 발생, 제품 품질의 변동이 심하다는 결함도 함께 갖고 있다. 주조품의 결함 발생 방지 수단으로서는 주조 조건이나 주조 방안의 변경 대책이 효과적이다. 그러나 주형 내에서 진행하고 있는 현상은 고온 환경 하의 기체상, 액체상, 고체상 혼합상의 비정상 유동․전열 현상으로, 실험적으로 외부에서 관찰하는 것도 어렵다. 이러한 이유에서 최적 조건의 책정이나 결함의 대책으로는 기술자의 경험적 노하우에 입각한 시행착오적인 수법이 이용되고 있으며, 건전한 제품을 생산하기 위한 금형의 시제작이나 수정에 막대한 비용과 노력이 소비되는 것이 현 상태이다. 이 글은 일간공업신문사 형기술지에 실린 茨城日立정보
최근 컴퓨터의 고성능화 및 저가격화에 동반하여 중소 주조 메이커, 금형 메이커에서도 3D CAD/CAM 시스템과 마찬가지로 주조업계용 CAE 도입이 증가하고 있다. 이와 같은 배경 중 하나로는 주조품에 대한 고품질 요구가 가속되고 있으며, 이전에는 양품이라고 판정되고 있던 것이라도 불량품이 되는 케이스가 늘고 있다는 것을 들 수 있다. 불량의 원인에서 가장 많은 것은 충전에 의해 가스가 말려들어가 버리는 블로홀이다. 이러한 현상을 파악하기 위해 용해된 알루미늄합금을 실제로 주탕하고, 그 거동을 X선 장치로 직접 관찰하는 것이 가능해졌다. 그러나 이와 같은 장치를 사용하기 위해서는 촬영 범위나 주조 조건 등 다양한 제약이 있으며, 또한 설비도 고액이기 때문에 일반 주조 메이커 등에 도입하여 사용할 수 있는 시스템으로서는 아직 불충분하다. 그렇기 때문에 주조 시뮬레이션을 이용함으로써 주탕 시의 탕 거동이나 가스의 침입, 응고 형태를 파악할 수 있어, 그것을 참고하여 방안 검토를 하는 것이 현재의 효과적인 수단 중 하나로서 실시되고 있다. 이 글은 일간공업신문사 형기술지에 실린 쿠오리카의 서일본사업부 사코 노부오 주임이 저술한 내용이다.
宮本공업소는 1927년 창업 이래 축로공사부터 각종 공업로, 환경설비의 시공․설계․개발로 진화하면서 열기술의 혁신에 노력해 왔다. 알루미늄 용해로 분야에서는 대형 노 플랜트의 설계․제작에 많이 관여하여 열기술을 구사하고 에너지 절감, 용탕 품질, 수율 향상에 노력해 많은 데이터로부터 노하우를 축적해 왔다. 이 대형 노 플랜트 설계․제작에 의한 열기술 실적이 자동차 부품 메이커인 (주)덴소에 높은 평가를 받아 지구환경 보호에 대응하는 다이캐스트용 소형 알루미늄 용해보호로 ‘DMF'를 공동 개발하게 됐다. 여기서는 종래와는 다른 관점에서 개발한 다이캐스트용 고성능 소형 알루미늄 용해유지로의 열기술에 대해 서술한다. 이 글은 일간공업신문사 형기술지에 실린 宮本공업소의 공업로기술부 미즈카미 마사히토 부장이 저술한 내용이다.
다이캐스트는 고정도이고, 표면이 우수한 주물을 하이사이클로 생산하는 주조 방법으로, 특히 알루미늄합금 다이캐스트는 박육․경량이고 강도도 우수하기 때문에 엔진 블록, 트랜스미션 케이스, 오일 펌프 케이스 등의 자동차 부품 경량화에 공헌하여 생산량을 확대해 왔다. 또한 다이캐스트에 사용되는 원재료는 그 대부분이 2차 합금 지금(재생 덩어리)을 사용하여 제품이 되는 부분 이외의 러너나 오버 플로 등은 트리밍 후, 공장 내에서 원재료(리턴재)로서 재용해하여 사용할 수 있다. 이러한 이유로 다이캐스트는 환경에 친화적인 에코 프로세스의 하나로서 주목을 모아 왔다. 향후 CO2 배출 규제 등의 지구환경 보호 대응은 점점 더 중요해지기 때문에 다이캐스트의 적용은 더욱 확대될 것으로 기대된다. 여기서는 다이캐스트의 제조 공정 특징을 살려 어떤 분야에서 환경 보전에 공헌할 수 있는지를 소개한다. 이 글은 일간공업신문사 형기술지에 실린 일본다이캐스트협회 기술부 니시 나오미 부장이 저술한 내용이다.
SaberRD는 파워 일렉트로닉스 시스템과 멀티 도메인 피지컬 시스템의 설계와 해석을 직감적으로 할 수 있는 통합 환경이다. 정평이 난 Saber 시뮬레이션 테크놀로지를 토대로 한 SaberRD는 현재의 복잡한 전력 문제를 강력하게 처리할 수 있는 높은 성능과 사용 편의성을 모두 만족시켜 폭넓은 종류의 발전, 변전, 송배전 애플리케이션에서 설계 퍼포먼스 평가와 로부스트성의 최적화, 시스템 신뢰성을 보증할 수 있다. 완전한 멀티 도메인 물리 모델링 기능과 선진적인 해석 기능을 갖춘 SaberRD에 의해 엔지니어는 가상 프로토타이핑 플랫폼상에서 완전한 시스템 설계를 진행할 수 있다. SaberRD는 익숙하지 않은 사용자와 전문가 모두 직감적으로 유연하게 조작할 수 있는 사용자 인터페이스를 갖추어 자동차, 항공우주, 산업용 파워 일렉트로닉스 설계 기간 단축에 공헌한다.
기존 시스템 개발은 하드웨어 사양 결정에서 시작해 하드웨어 시제품 모델이 만들어지고 이것이 완성된 단계에서 소프트웨어 개발이 시작된다. 이 방법은 하드웨어 시제품이 완성될 때까지 소프트웨어 개발이 시작되지 않아 전체 개발 기간이 길어지게 된다. 그래서 물리적인 시제품 모델을 만들지 않고 모델을 가상적으로 컴퓨터 내부에 구축해 사양 검증을 설계 기획 단계에 실시하는 버추얼 프로토타이핑 기술에 의해 소프트웨어 개발을 선행적으로 시작하는 방법이 검토되고 있다. 한편, SDPD(시뮬레이션 주도에 의한 제품 개발) 실현을 지향하는 ANSYS사는 지금까지 각종 하드웨어 설계, 개발을 CAE 해석 기술에 기초해 멀티 피직스, 멀티 도메인으로 진행할 수 있는 시뮬레이션 기술을 확립했다. 또한, 각 하드웨어를 정밀하고 안정된 플랜트 모델로 분류하는 차수 축소 기술을 개발하고 이로써 시제품 모델을 ANSYS Simplorer로 컴퓨터상에 신속하고 고정밀로 가상 구축할 수 있는 환경을 제공하고 있다. 또한, 이번에 SCADE 시스템 개발 기능을 ANSYS Simplorer와 연계․연성하는 기술을 새롭게 내장했다. 이로써 SCADE로 작성한 제어 시스템 모델을 ANSY
원활한 시스템 개발을 위한 멀티 레벨, 멀티 도메인 사이에서의 시뮬레이션을 실현하기 위해 멘토그래픽스는 국제, 업계 표준 모델을 활용한 시스템 모델링 솔루션으로서 'SystemVision'을 제공하고 있다. 이것은 분산형 메카트로닉스 시스템 설계 및 해석을 위한 가상 프로토타이핑 환경을 구축할 수 있는 솔루션을 제공하는 것이다. 특히 고난도 메카트로닉스 시스템(또는 멀티 도메인 시스템)을 심리스하게 설계/시뮬레이션할 수 있도록 설계되어 있으며, 콘셉트 설계에서 프린트 기판(PCB) 실장에 이르기까지 단일 시뮬레이션 환경으로 처리할 수 있다. 시스템 설계가 복잡해지면서 설계자는 다양한 디자인 레벨을 갖춰야 했다. 예를 들면, 개념 레벨, 기능 레벨, 인터페이스 등 서로 다른 추상도를 고려해 포괄한 일괄적인 검증 기법을 실시할 필요가 있다. 또한, 각각의 레벨에서 많은 소프트웨어를 고려하면서 설계를 해야 한다. 최종적으로 설계자는 플랜트 모델을 사용한 상세한 컴포넌트 레벨까지 포함한 테스트, 실장 설계를 한다. 따라서 현재의 시스템에서는 이러한 컴포넌트 레벨을 포함한 설계에는 메카닉스(기구계), 일렉트로닉스(전기계)나 제어, 임베디드 소프트웨어 요소를 포함한
dSPACE Japan은 모델 기반에 의한 제어 개발용 툴 제품군을 제공하고 있으며, 자동차 엔진 제어, 브레이크 제어를 비롯해 메카트로닉스 시스템의 제어 개발을 중심으로 이용되고 있다. 많은 메카트로닉스 시스템에서는 제어 대상물로부터 받은 피드백 데이터를 토대로 제어하는 폐루프 제어를 하고 있다. 폐루프 제어를 모델 기반으로 개발하기 위해서는 제어 대상물이 되는 플랜트의 거동을 모의하는 플랜트 모델이 필요해 모델 기반 개발 프로세스 전체를 통해 제어 모델과 플랜트 모델이 이용된다. 여기서는 dSPACE Japan 주식회사(이하 dSPACE)에서 제공하고 있는 모델 기반 개발 툴 제품군과 플랜트 모델을 소개한다. 제어 로직 개발, 특히 자동차의 제어 로직 개발에는 모델링 환경으로서 미 The Mathworks사의 Simulink가 널리 사용되고 있다. Simulink에 의해 블록 다이어그램으로 기술된 제어 로직은 제어 대상물인 플랜트 모델과 함께 우선 PC 상에서 시뮬레이션하여 로직을 확인한다. 다음 단계에서는 플랜트 모델을 실제 플랜트로 치환해 시험하는 RCP(Rapid Control Prototyping)를 사용한다. RCP는 제어 모델을 실시간으로 실행
공작기계를 이용한 금속가공 시 날붙이의 절삭성능, 가공속도 향상, 품질안정 등을 위해 사용되는 윤활유, 쿨런트액은 비산, 미세화되어 기계 내 및 주변에 피해를 줄 수 있다. 이러한 안개 형태의 물질을 총칭하여 미스트, 또는 오일미스트라고 한다. 이러한 미스트를 처리하는 장치가 바로 미스트콜렉터이다. 가공형태의 발전과 함께 발생하는 미스트의 종류, 성질, 발생량이 변화하고 있으며 이에 대응하는 미스트콜렉터도 진화되어야 한다. 절삭기계를 예로 들자면, 절삭유제의 종류 및 가공방법에 따른 미스트의 성질, 발생량을 고려하여 최적의 미스트콜렉터 선택이 필요하다. 이러한 모든 조건에 일치하는 난이도 높은 제품일수록 고성능 미스트콜렉터가 필요하다. 이와 같은 고성능 미스트콜렉터를 개발하여 유저에게 제공하는 것이 미스트콜렉터 메이커의 과제이다. 미스트콜렉터는 ‘환경개선 관리와 관련하여’, 다음과 같은 사항이 요구된다. ① 공장 내 미스트 농도의 목표관리 기준값 0.5∼0.3mg/m3(특히 ISO 14000 취득 또는 취득예정 기업). ② 공장 내 연기가 끼지 않아야 함. ③ 냄새가 나지 않아야 함. 또한 ‘설비도입 관련’하여 다음과 같은 사항이 요구된다. ① 이니셜코스트가
최근 들어 기계공업의 눈부신 발전과 함께 신소재 가공, 가공속도 고속화, 지나치게 가혹한 이송조건, 면 정밀도 향상, 공구의 내마모를 만족시키기 위해 유제가 잇따라 개발되어 각 분야에서 대량으로 사용되고 있다. 특히 정밀가공기술에서는 이러한 절삭유제(쿨런트액)가 반드시 필요하다. 그러나 가공층 혼입이나 용액의 부식으로 용액의 갱신이 반드시 필요하며 이에 따른 폐유·폐액처리를 포함한 환경문제와 에너지절약, 비용 면에서도 많은 관심을 받고 있다. 용액의 갱신주기를 연장할 경우, 가공층 제법이나 부패를 억제하기 위한 정화장치, 여과장치가 반드시 필요하다. 제조가공 현장에서 수용성·비수용성 쿨런트액의 갱신주기는 사용 전 새로운 액체의 상태를 어느 정도까지 유지·관리가 가능할 것인지에 따라 결정된다. 새로운 용액에 가까운 상태로 유지·관리가 가능하다면 용액의 갱신이 필요 없으며 감소된 성분, 용액 보충만으로 해결되어 이상적인 공장 환경이 실현될 것이다.
제조 시 에너지 절감 실현 대책을 위해서는 먼저 현재 상태의 에너지 가공에서 어느 정도의 부하가 걸려 있는지 해석할 수 있어야 한다. 먼저 공작기계에 내장된 쿨런트 장치가 외부에 장착되어 있거나 혹은 센터스루 중 한 곳이 최초 포인트가 될 수 있다. 머신에 부속되는 센터 급유 시스템은 생산에서 반드시 필요하지만, 다른 부분에서는 에너지를 소비한다. 공작기계(쿨런트 장치 포함)의 에너지 소비에 대해서는 에너지 효율을 높이기 위한 다양한 방법 등이 있다. ․ 에너지 소비량과 관련된 공작기계 및 부품의 최적화 ․ 비생산 시 머신의 정지와 가동시간 최소화 ․ 기계가공 공정 및 사용 툴의 최적화 양산가공 시 기계의 에너지 소비는 총 소비 에너지에서 대략 80%를 차지한다. 쿨런트 장치의 경우 소비 에너지는 총소비 에너지의 50%를 약간 웃돌고 있다. 그 외 기계의 냉각, 모터 및 유압 기기가 주요 전력소비원이 된다. 속도제어 펌프를 이용하여 적절하게 쿨런트 공급량을 조정하여 쿨런트 공급장치의 소비 에너지를 절감할 수 있다. 이 방법으로 쿨런트 공급장치 에너지 소비량의 60%를 절감했던 사례가 있다. 이와 같이 쿨런트 공급장치의 최적화만