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소성가공

1. 열간단조

단조는 금속을 두들기거나 눌러서 형체를 만드는 금속가공의 일종으로 금형공구를 이용해 소재 재료에 압축하중을 가해 형상을 변형시키는 가장 오래된 성형방법 중 하나임. 단조는 주로 상온에서 이루어지거나(냉간단조), 고온에서 이루어지며(온간단조 또는 열간단조), 일반적으로 추가적인 마무리 작업이 요구됨.

열간단조의 특징은 철강재의 경우1000℃~1250℃의 고온으로 단조재를 가열해 변형 저항을 적게 하여 작은 힘으로도 큰 변형이 가능하도록 하여 조형을 쉽게 할 수 있도록 하면서 단련효과를 더해 재질의 개선 강화를 꾀하는 단조방법의 하나임.열간단조는 생산속도가 빠르므로 생산성이 좋고, 복잡한 형상을 쉽게 성형할 수 있어 중소규모의 단조업체에서 널리 사용되고 있음.

열간단조 일반공정

  • 원재료
  • 예비가공(절단 등)
  • 가열
  • 열간 단조
  • 냉각
  • 열처리
  • 후가공
* 각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 단조 공정에 사용되는 재료는 빌렛으로 사용되며 전체 공정을 고려하여 최적의 재료를 선택함
설비 구축시 고려사항 원재료 관리요소 : 합금성분, 미세조직

합금성분 : 분광 혹은 습식 성분 검사 장비 검토

미세조직 : 원재료 단면을 절단 및 관촬하여 내부 조직을 촬영하여 구성 상(phase)의 형태, 크기 및 분율 등을 확인하는 방안 검토

인장강도/경도 측정 장비 검토

피막 부착량 : 특정한 길이로 절단된 원재료의 중량을 측정하고 피막을 제거한 후의 중량 차이를 비교하거나 원재료의 표면 부위의 피막 두께를 측정하는 방안 검토

원재료 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

CAE활용 소성해석 검토

소성가공 이론 및 수치해석을 통하여 가상의 공정 설계 및 실 공정에 반영

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측 설계 및 문제점 개선으로 비용 및 시간 절감

소성가공 이론지식 및 적용 기술

시뮬레이션 해석 및 설계 기술

수치해석을 통한 최적화 기술

개발소요시간 단축, 치수정밀도 향상

닫기
공정설명 원재료를 투입하여 소정의 크기로 절단하는 것으로 절단재료의 재질과 두께에 대하여 펀치와 다이의 극간을 적당히 취하면 상하의 균형이 잘 맞아 최소의 저항으로 절단됨.
펀치와 다이간의 간격을 의미하는 클리어런스 크기에 따라 절단면 형상이 여러가지로 변하므로 적정한 재질에 맞는 클리어런스를 선정함
설비 구축시 고려사항 예비가공 관리요소 : 부피 또는 중량

소성가공은 대부분 가공 전/후 부피 불변을 기본 가정으로 수행되는 가공방법으로 최초 투입되는 부피 또는 중량이 최종 제품의 부피 또른 중량과 일치하게 됨

원칙적으로 부피를 관리하는 것이 옳은 방법이나, 측정하는 것이 쉽지 않으므로 밀도가 일정하다는 가정 아래 절단된 중량을 측정함

Φ70 이하, 경도 HB250 이하의 탄소강이나 저합금강 소재는 상온에서 빌렛 시어(Billet Shearing)로 절단함

고합금강이나 경도가 높거나 단면적이 큰 소재 또는 깨끗한 절단면이 요구될 경우에는 Band Saw 등으로 절단함

절단원자재 검증작업 : 절단원자재는 적합하게 작업이 되었는지 중량과 길이, 직각도를 검사하여 확인하여야 하며, 전자저울과 자동길이 측정기와 다이얼켈리퍼서를 사용함

예비가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

닫기
공정설명 가공되는 모재(workpiece)에 충분한 고온 유동성을 부여하기 위해 금속을 가열한 후 단조성이 좋은 상태로 만들기 위해 전기, 가스 또는 기름을 사용하여 가열함
설비 구축시 고려사항 가열 관리요소 : 온도, 시간, 가스분위기

원칙적으로 온도와 시간은 서로 반비례하는 관계에 있음. 즉 온도를 증가시키면 요구되는 유동을 얻기 위한 시간이 감소하며 온도를 감소시키면 시간은 증가하는 방향임

가스분위기는 주로 가열로 내부의 상태를 말하는 것으로 주로 이산화탄소와 산소 분압을 이용하여 로내 탄소 농도를 제어하는 것이 일반적임

가열 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

가열로 선정 시 고려 사항

필요한 가열온도가 얻어질 것

가열온도를 가감할 수 있을 것

산화, 탈탄이 적을 것

닫기
공정설명 요구되는 형상을 얻기 위해 재료를 재결정온도 이상으로 가열하여 단조를 실시하며, 활용되는 장비로 해머와 단조프레스가 있음
설비 구축시 고려사항 열간단조 관리요소 : 온도, 변형속도, 변형량

온도 : 원재료를 가열함으로써 재료에 유동(점성을 낮춤)을 부여함

변형속도 : 단조시 원재료를 직접 가공하는 램, 펀치 및 다이스 등의 속도를 관리함

변형량 : 직접 계산이 곤란하므로 주로 램, 펀치 및 다이스 등의 이동 거리를 제어하는 것이 일반적임

열간단조 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

압전센서를 활용한 설비관리

압전센서를 이용하여 실시간 제조 설비 감시 및 이상 거동 예측

이상(금형 파손 및 과열 등) 발생전 부품 교체 및 즉시 대처로 큰 손상이 없도록 설비 관리

불량 감소기기의 이상 사전 감지를 통한 품질향상 가능

압전센서 활용(모니터링) 기술

실시간/누적 데이터 해석 기술(빅데이터 해석 기술)

단조금형의 사용수명 예측 및 향상

CAE 및 금형소재의 피로/열 특성에 기반한 금형수명 예측

금형수명예측에 기반한 단조 공정 최적화 및 금형수명 향상

금형재료의 열/응력피로 특성 DB

코팅 및 윤활의 정량화

CAE 활용 및 소성이론의 접목을 통한 체계화

단조금형 수명예측 설계, 단조금형 수명향상

단조금형 신속교체 및 세팅 효율화

정상적인 조업 중 단조 금형 교체 시간은 dead time 증가 및 생산성 감소의 주 원인임(설비 용량 증가에 따라 금형 교체 및 셋팅시간 증가)

기계적인 장치 및 유압을 통하여 금형교체 자동화 및 급속화로 dead time 감소

유압 및 기계 요소 설계 기술

이동 및 위치 제어 기술

공정간 dead time 감소, 생산성 증가

구축사례 사업명 텐덤프레스 공정의 연속화를 위한 다축 단동 로봇 자동화
사업내용 추진내용
다축 단동 로봇을 활용해 프레스 5단계(원자재 샤링, 프레스, 검사, 적재, 출하) 전 공정에 걸쳐 자동화 시스템을 도입함
세부내용
(1) 소재 적재 및 공급장치

블랭킹 또는 샤링한 소재를 적재 및 정렬

소재를 자동으로 공급해 자동으로 프레스 작업 가능

(2) 소재이송 공급장치 /1LINE)

소재적재 공급장치와 공정의 HEAD 프레스(당사는 300t PRESS) 사이에 설치돼 블랭크 또는 샤링 소재를 HEAD 프레스에 이송 공급하고, 2매 감지 로드셀에 의해 2매 자재가 금형에 안착되어 파손을 일으키는 문제를 미연에 방지할 수 있는 기능 내장

(3) 프레스 작업 가능 전용 그립퍼

소재를 흡착해 각 공정에 안착시켜주는 기능을 하며, 빠른 탈착이 가능한 편리한 구조로 다양한 크기와 형상에 따라 빠르고 손쉽게 세팅 가능

※ 애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

아이템 전환 시 금형 세팅 방향 및 위치 설정 어려움

금형 설계 시 자동화적용 고려되지 않아 로봇 암과 금형간섭 발생

평평한 블랭크 상태일 경우에는 탈부착에 문제가 없었으나, 드로우 공정 이후 형상이 갖추어진 제품의 로딩 시 그리퍼 가변성이 떨어져 제품 형상 맞추기 까다로움

소재 투입부 블랭크 홀더 조정의 어려움과 내구성 문제로 항시 같은 위치에 세팅 어려움

소재 투입량이 소재 두께에 따라 소량씩 빈번히 투입해야하는 아이템 생산 시 비가동시간 과다 발생

(2) 해결방안

아이템별 금형 세팅 위치를 센터가 아닌 후방 배치 및 금형 방향 앞/뒤 변경

금형 가이드 포스트 길이 수정

마그네트 연결대 수정 및 용접 등의 현장맞춤

마그네트 추가 및 기준점 세팅

전용 호이스트 설치

구축사진
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공정설명 금속재료에 요구하는 기계적, 물리적 성질을 부여하기 위해 가열과 냉각을 시행하는 열적 조작기술로 크게 나누어 소재를 단단하게 만들어 기계적, 물리적 강도를 향상시키는 기술과 재료를 무르게하여 가공성을 개선시키는 기술임
설비 구축시 고려사항 냉각 관리요소 : 냉각속도, 냉각방법, 미세조직, 기계적 특성

냉각속도, 냉각방법에 따라 미세조직 및 기계적 특성이 달라지게 됨

냉각 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

미세조직 및 기계적 특성을 검사하거나 측정하는 장비 검토

냉각 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

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공정설명 금속재료에 요구하는 기계적, 물리적 성질을 부여하기 위해 가열과 냉각을 시행하는 열적 조작기술로 크게 나누어 소재를 단단하게 만들어 기계적, 물리적 강도를 향상시키는 기술과 재료를 무르게하여 가공성을 개선시키는 기술임
설비 구축시 고려사항 열처리 관리요소 : 온도, 시간, 가스분위기

온도, 시간 : 작업 표준 등에 설정된 온도와 시간 및 허용 범위 내로 유지되었는지 확인함

가스분위기 : 가열로 내의 주 가스의 분압 및 농도 등이 작업 표준에 맞도록 유지되고 있는지 확인함

열처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

구축사례 사업명 비철금속 특수볼트의 열간 단조 자동화
사업내용 추진내용
비철가열 및 성형 LINE 자동화 구축 (절단-가열-공급-성형-취출 LINE 화)

비철특수강 재료가열장치 : 인덕션히터 전용 자동화

열간프레스공정 (볼트 /형상에대한 ) 전용설비 확보

가열후 #1,#2 공정 이송에대한 자동 트렌스퍼 장치 도입을 추진하여 1인이 공정전체 control system 구축

※ 애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

설비개조 및 전문성 부족으로 초기설계 전면개정

프레스공정 대상제품 ko 장치 없음

제품흔들림으로 이동 자동화에 대한 장치개발 필요

(2) 해결방안

가열기와 설비개조 진행부문 변경하여 가열기와 신규설비제작으로 전문업체와 직접개선추진

신규설비제작시 ko장치 추가하고 작업성 및 양산성 등 예상문제점 100% 반영하여 설계 및 제작진행

로봇팔을 트랜스퍼로 변경하고 트렌스퍼 1축을 트렌스퍼 2축으로 상향하고 조건개선

구축사진
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공정설명 단조공정에서 발생하는 플래시(Flash:Burr)나 금속의 표면상에 이종 재질을 전기적, 물리적, 화학적, 기계적으로 처리하여 금속의 방청, 내마모성, 전기절연, 전기전도성을 부여하는 등의 효과를 얻을 수 있음. 기계적 특성보다는 주로 외관 및 부식 방지의 목적의 표면처리 등이 해당됨
설비 구축시 고려사항 후가공 관리요소 : 치수정밀도, 표면 조도

치수정밀도 : 제품의 주요 위치에 대하여 버니어 캘리퍼스 또는 마이크로미터 등으로 길이, 진원도, 각도 등을 확인함

표면조도 : 거칠기 측정 및 조도 측정기를 이용하여 허용 범위 내로 조도가 유지되었는지 확인함

트리밍 공정을 통한 치수 정밀과 표면처리를 통한 표면조도 향상은 최종 제품의 불량을 초래할 수 있어 중요하게 관리되어야 하는 요소임

후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

구축사례 사업명 소성가공과 연계한 검사, 포장라인의 자동화를 통한 생산성향상 및 공정 합리화
사업내용 추진내용

소성가공과 연계한 검사·포장라인의 자동화

(1) 틸팅타입의 자동공급장치 설치

제품을 박스에 적재한 후 스텝피드 방식으로 자동 공급하여 검사/포장 작업자까지 이동

② 컨베이어 타입으로 이송 검사대 설치

컨베이어로 제품을 이송 시키면서 작업자가 양쪽으로 배치되어 검사 수행

③ 두께 등 중요 부위 치수 검사

레이저 감지 센서를 이용하여 두께 등 작업자가 설정한 중요 부위에 대해 자동검사 실시

④ 크랙검사 실시

X-ray 투과 고성능 비파괴 검사라인을 설치하여 신속하고 정확한 검사를 자동으로 수행(결함제품 발견 시 부적합통에 자동 드롭)

⑤ 방청 라인 설치

발청 방지를 위해 방청액탱크에 컨베이어로 제품이 이동하면서 방청 실시 및 에어블로우를 설치하여 방청액이 흘러 내리지 않게 조절

⑥ 계수대 설치

저울을 이용하여 자동 수량 카운팅, 작업자가 확인 할 수 있게끔 수량카운팅 모니터링 화면 설치

⑦ 자동 포장라인 설치

포장박스에 비닐 랩핑이 가능하게끔 자동 포장라인 설치

※ 애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

검사/포장라인 자동화를 일괄적으로 한 업체에서 할 수 있는 업체 선정이 어려움

(2) 해결방안

부분별로 업체를 선정하여 제작 진행 후 조립하는 방식으로 과제를 추진함

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2. 냉간단조

단조는 금속을 두들기거나 눌러서 형체를 만드는 금속가공의 일종으로 금형공구를 이용해 소재 재료에 압축하중을 가해 형상을 변형시키는 가장 오래된 성형방법 중 하나임. 단조는 주로 상온에서 이루어지거나(냉간단조), 고온에서 이루어지며(온간단조 또는 열간단조), 일반적으로 추가적인 마무리 작업이 요구됨.

냉간단조는 상온에서 제품을 성형하는 단조방법으로, 통상의 열간단조와는 변형이론, 제조공정, 사용기계 등이 상당한 차이를 가짐. 냉간단조는 대부분 상온에서 철강소재를 못, 나사 및 리벳을 포함하는 패스너와 같은 작고 대용량의 부품을 단조하는데 많이 사용됨

냉간단조 일반공정

  • 원재료
  • 예비가공(절단 등)
  • 냉간단조
  • 열처리
  • 후가공
  • 표면처리
* 각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 단조 공정에 사용되는 재료는 빌렛으로 사용되며 전체 공정을 고려하여 최적의 재료를 선택함
설비 구축시 고려사항 원재료 관리요소 : 합금성분, 인장강도/경도, 피막 부착량

합금성분 : 분광 혹은 습식 성분 검사 장비 검토

인장강도/경도 측정 장비 검토

피막 부착량 : 특정한 길이로 절단된 원재료의 중량을 측정하고 피막을 제거한 후의 중량 차이를 비교하거나 원재료의 표면 부위의 피막 두께를 측정하는 방안 검토

원재료 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

CAE활용 소성해석

소성가공 이론 및 수치해석을 통하여 가상의 공정 설계 및 실 공정에 반영

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측 설계 및 문제점 개선으로 비용 및 시간 절감

소성가공 이론지식 및 적용 기술

시뮬레이션 해석 및 설계 기술

수치해석을 통한 최적화 기술

개발소요시간 단축, 치수정밀도 향상

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공정설명 원재료를 투입하여 소정의 크기로 절단하는 것으로 절단재료의 재질과 두께에 대하여 펀치와 다이의 극간을 적당히 취하면 상하의 균형이 잘 맞아 최소의 저항으로 절단됨. 펀치와 다이간의 간격을 의미하는 클리어런스 크기에 따라 절단면 형상이 여러가지로 변하므로 적정한 재질에 맞는 클리어런스를 선정함
설비 구축시 고려사항 예비가공 관리요소 : 부피 또는 중량

소성가공은 대부분 가공 전/후 부피 불변을 기본 가정으로 수행되는 가공방법으로 최초 투입되는 부피 또는 중량이 최종 제품의 부피 또른 중량과 일치하게 됨

원칙적으로 부피를 관리하는 것이 옳은 방법이나, 측정하는 것이 쉽지 않으므로 밀도가 일정하다는 가정 아래 절단된 중량을 측정함

Φ70 이하, 경도 HB250 이하의 탄소강이나 저합금강 소재는 상온에서 빌렛 시어(Billet Shearing)로 절단함

고합금강이나 경도가 높거나 단면적이 큰 소재 또는 깨끗한 절단면이 요구될 경우에는 Band Saw 등으로 절단함

절단원자재 검증작업 : 절단원자재는 적합하게 작업이 되었는지 중량과 길이, 직각도를 검사하여 확인하여야 하며, 전자저울과 자동길이 측정기와 다이얼켈리퍼서를 사용함

예비가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

닫기
공정설명 요구되는 형상을 얻기 위해 재료를 가열하지 않고 상온 또는 상온에 가까운 온도에서 실시하는 단조공법임
설비 구축시 고려사항 냉간단조 관리요소 : 변형속도, 변형량, 형상, 치수 정밀도

변형속도 : 단조시 원재료를 직접 가공하는 램, 펀치 및 다이스 등의 속도를 관리함

변형량 : 직접 계산이 곤란하므로 주로 램, 펀치 및 다이스 등의 이동 거리를 제어하는 것이 일반적임

형상 및 치수정밀도 : 미리 설정된 단조품의 특정 치수를 측정하여 확인함

냉간단조 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

압전센서를 활용한 설비관리

압전센서를 이용하여 실시간 제조 설비 감시 및 이상 거동 예측

이상(금형 파손 및 과열 등) 발생전 부품 교체 및 즉시 대처로 큰 손상이 없도록 설비 관리

불량 감소기기의 이상 사전 감지를 통한 품질향상 가능

압전센서 활용(모니터링) 기술

실시간/누적 데이터 해석 기술(빅데이터 해석 기술)

단조금형의 사용수명 예측 및 향상

CAE 및 금형소재의 피로/열 특성에 기반한 금형수명 예측

금형수명예측에 기반한 단조 공정 최적화 및 금형수명 향상

금형재료의 열/응력피로 특성 DB

코팅 및 윤활의 정량화

CAE 활용 및 소성이론의 접목을 통한 체계화

단조금형 수명예측 설계, 단조금형 수명향상

단조금형 신속교체 및 세팅 효율화

정상적인 조업 중 단조 금형 교체 시간은 dead time 증가 및 생산성 감소의 주 원인임(설비 용량 증가에 따라 금형 교체 및 셋팅시간 증가)

기계적인 장치 및 유압을 통하여 금형교체 자동화 및 급속화로 dead time 감소

유압 및 기계 요소 설계 기술

이동 및 위치 제어 기술

공정간 dead time 감소, 생산성 증가

구축사례 사업명 MDPS용 커플러 냉간단조품의 양산 자동화 시스템 개발
사업내용 추진내용
냉간단조공정에서 단조소재분류(방향성), 로딩, 공급이송, 냉간단조공정, 단조품 언로딩 등 생산 전공정에 자동화 시스템을 구축 및 운영하여 냉간단조품의 고품질화, 생산성 향상을 달성하여 새로운 첨단화 생산환경 구축함
상세내용
자동화 시스템 Lay-Out 개념도 및 자동화 시스템 구축

구동 시스템 분석(직선운동, 회전운동, 상하운동 등)

소재 분류, 로딩, 냉간단조공정, 성형, 취출, 센서감지 등 연계성

소재 방향성 일치(방향성 변화의 제어)

각종 제어시스템 구축 및 통합운영 기술 확립

자동화 시스템 시운전 평가 (제품 정밀도/생산성 등)

※ 애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

소재 외관 찍힘에 의한 소재 안착 불량

소재 정렬시 작동하는 모터의 불량

(2) 해결방안

소재 안착부 위치센서 설치로 소재의 안착이 미흡할시 설비의 작동 정지됨(금형파손 방지, 외관불량 방지)

모터교체

구축사진
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공정설명 금속재료에 요구하는 기계적, 물리적 성질을 부여하기 위해 가열과 냉각을 시행하는 열적 조작기술로 크게 나누어 소재를 단단하게 만들어 기계적, 물리적 강도를 향상시키는 기술과 재료를 무르게하여 가공성을 개선시키는 기술임
설비 구축시 고려사항 열처리 관리요소 : 온도, 시간, 가스분위기

온도, 시간 : 작업 표준 등에 설정된 온도와 시간 및 허용 범위 내로 유지되었는지 확인함

가스분위기 : 가열로 내의 주 가스의 분압 및 농도 등이 작업 표준에 맞도록 유지되고 있는지 확인함

열처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

닫기
공정설명 단조공정에서 발생하는 플래시(Flash:Burr)나 금속의 표면상에 이종 재질을 전기적, 물리적, 화학적, 기계적으로 처리하여 금속의 방청, 내마모성, 전기절연, 전기전도성을 부여하는 등의 효과를 얻을 수 있음. 기계적 특성보다는 주로 외관 및 부식 방지의 목적의 표면처리 등이 해당됨
설비 구축시 고려사항 후가공 관리요소 : 치수정밀도, 표면 조도

치수정밀도 : 제품의 주요 위치에 대하여 버니어 캘리퍼스 또는 마이크로미터 등으로 길이, 진원도, 각도 등을 확인함

표면조도 : 거칠기 측정 및 조도 측정기를 이용하여 허용 범위 내로 조도가 유지되었는지 확인함

트리밍 공정을 통한 치수 정밀과 표면처리를 통한 표면조도 향상은 최종 제품의 불량을 초래할 수 있어 중요하게 관리되어야 하는 요소임

후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

구축사례 사업명 대형-장축형 중량물 냉간단조품의 공급 및 형상/치수 검사의 연속공정 일관화 자동화시스템 구축
사업내용 추진내용
수작업으로 진행되던 형상 및 치수 검사 상의 문제점을 보완하기 위해 비전 시스템과 기계적 측정 시스템이 동시에 적용된 하이브리드 검사 자동화 시스템을 도입해 측정의 효율성 및 범용성을 확보하고 작업환경, 생산성, 제품품질을 개선함
세부내용
(1) 1차 공급장치

다량의 무작위로 적재된 소재를 일정 높이로 이송시킨 후 작업방향으로 위치정렬 후 자동화장치를 통해 작업설비에 공급하는 장치

(2) 2차 공급장치

작업된 제품을 작업설비와 연동시켜 자동 검사장비로 공급하고, 검사준비를 위한 위치 및 정렬을 담당하는 장치

(3) 검사 및 검출장치

요구되는 품질기준인 치수와 형상, 외관 등을 자동으로 검사하고 양품/불량품을 판정하는 장치

(4) 배출장치

검사 및 검출장치에서 판정된 양품과 불량품을 자동으로 분리하여 지정된 용기에 배출/적재하는 장치

구축사진
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공정설명 냉간단조를 위한 가공 소재의 인산염 피막처리를 하는 것으로 냉간단조시 소재가 금형에 눌어붙는 현상의 방지 및 윤활제의 역할을 하는 목적이 있음
설비 구축시 고려사항 표면처리 관리요소 : 피막/도금 부착량, 피막/도금 밀착성, 마찰계수

대상 물체의 표면에 박막을 입히는 기법(성막법)과 표면 막이나 미세표면을 가공하는 등의 표면처리를 통하여 표면 조도(마찰계수)를 향상시킬 수 있음

피막의 밀착성과 부착량은 도금의 전류밀도, 전해액, 시간, 교반속도, 온도에 따라 관리될 수 있음

성막법 : 전기도금, 무전해도금, 용융도금, 진공도금, 기상도금 등

표면가공법 : 전주, 양극산화, 화성처리, 금속경화 등

표면처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

구축사례 사업명 단조 제조공정 자동화 및 검사, 포장 자동화 시스템 구축
사업내용 추진내용
5개의 공정(냉간단조->탭핑->탈유->검사->포장)을 일체형 자동화 시스템을 도입하여 냉간단조의 소재투입에서 포장에 이르기까지 일체형 단일 자동라인을 구축함. 또한 Vision선별기 검사 데이터를 수집하고 빅데이터와 연계하여 단조 설비의 금형관리 및 설비 예방보전으로 활용이 가능해졌다
세부내용
(1) 냉간단조의 소재투입부터 포장에 이르기까지 일체형 자동라인을 구축
(2) 너트의 나사 가공 시 발생하는 칩으로 일체형 라인 구축이 어려웠던 기존의 절삭탭 방식에서 칩 발생이 없는 전조탭 방식으로의 기술 개발
(3) 공정 중 검사원의 육안검사에 의한 오류를 방지하기 위해 Vision검사 시스템을 구축하여 치수와 상 결함을 원천적으로 차단
(4) Vision선별기 검사 data를 수집하고 Big data와 연계하여 단조 설비의 금형관리 및 설비예방 보전으로 활용
(5) 작업자 기피공정을 자동포장기를 도입하여, 생산성 향상 및 작업자 피로도 감소
※ 애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항
작업환경 열악

5가지 공정으로 공정간 재공재고의 과다 발생

과다한 물류 이동으로 생산성 저하, 불량 발생

검사공정 문제

작업자의 육안선별의 검사 데이터 신뢰성 낮음

데이터 활용도 낮음

설비 상태 파악 어려움

냉간단조 금형 부품 교체시기 사전 파악 힘듬

불량품 출하에 따른 제품 품질 문제 발생

(2) 해결방안

너트의 나사 가공 시 기존의 ‘절삭탭 방식’에서 칩 발생이 없는 ‘전조탭 방식’으로 기술 개발로 일체형 자동화라인 구축으로 생산리드타임 단축 및 재공재고 축소와 공정 이동 물류가 없으므로 작업장의 공간 활용도가 높음

작업자 기피공정을 자동화하여 생산성 향상 및 작업자 피로도 감소

구축사진

1. 압출

압출은 금속 빌렛을 노즐 형상의 금형 내로 통과시켜 봉, 파이프, 프로파일 형상의 제품을 연속적으로 생산하는 소성가공 기술임. 금형을 기준으로 소재의 입구 쪽에서 밀어서 성형하는 경우는 압출기술이며 소재의 출구방향에서 잡아당기는 힘을 이용하는 경우는 인발로 분류함. 압출이란 금속블럭을 고압에서 작은 다이 공(hole)을 통하여 밀어냄으로서 단면을 수축시키는 공정임

압출 일반공정

  • 원재료(빌렛)
  • 예비가공(절단 등)
  • 압출(냉간, 열간)
  • 열처리
  • 후가공
* 각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 압출에는 탄소강, 알루미늄, 마스네슘, 동, 티타늄, 비금속 등 대부분의 금속재료의 봉, 파이프 등의 생산에 적용되나 압출기술에 가장 많이 적용되는 소재는 알루미늄임
설비 구축시 고려사항 원재료 관리요소 : 합금성분, 미세조직

합금성분 : 분광 혹은 습식 성분 검사 장비 검토

미세조직 : 육안 판정으로 관찰하는 경우가 많으며, 주로 결정립의 크기 및 불순물의 함량(면적 분율)을 대상으로 평가하는 경우가 대부분임

원재료 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

CAE활용 소성해석

소성가공 이론 및 수치해석을 통하여 가상의 공정 설계 및 실 공정에 반영

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측 설계 및 문제점 개선으로 비용 및 시간 절감

소성가공 이론지식 및 적용 기술

시뮬레이션 해석 및 설계 기술

수치해석을 통한 최적화 기술

개발소요시간 단축, 치수정밀도 향상

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공정설명 압출 전 원재료를 압축 컨테이너에 장입하기 전에 취하는 공정이며, 단순 절단의 의미보다는 작업 조건에 부합하고 작업 지시서에 명시된 부피 또는 길이로 절단함
설비 구축시 고려사항 예비가공 관리요소 : 부피 또는 중량

소성가공은 대부분 가공 전/후 부피 불변을 기본 가정으로 수행되는 가공방법으로 최초 투입되는 부피 또는 중량이 최종 제품의 부피 또른 중량과 일치하게 됨

원칙적으로 부피를 관리하는 것이 옳은 방법이나, 측정하는 것이 쉽지 않으므로 밀도가 일정하다는 가정 아래 절단된 중량을 측정함

압출가공을 위해서는 Wire rod 표면에 생성되어 있는 Scale을 제거하는 De-scaling 공정이 필요함

예비가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

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공정설명 열간압출은 재결정 이하의 온도(주로 300~600℃ 범위에서)에서 압출하며, 냉간압출은 상온 혹은 300℃ 이하의 온도에서 압출을 실시함. 성형방식에 따라 압출되는 소재의 방향으로 힘을 가하는 직접압출과, 힘을 가하는 반대방향으로 소재가 압출되는 간접압출로 구분함
설비 구축시 고려사항 압출 관리요소 : 치수 정밀도, 온도, 속도, 시간, 변형량

치수 정밀도 : 압출 직후(냉각이 충분히 이루어진 상태) 주로 지름 및 두께 등을 측정하여 확인함

온도, 속도 : 압출 다이스를 통과한 즉시 온도를 측정함

시간 : 주로 압출 다이스를 통과하는 시간을 확인하며, 실제로는 변형량과 함께 변형율 속도의 개념으로 관리되어야 함

변형량 : 주로 압출 시 발생하는 원재료의 단면 감소율을 확인함

냉간단조 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

금형냉각시스템을 통한 고속압출 구현

압출 공정 중, 압출출구에서 발생하는 온도의 지속적인 상승을 냉각시스템을 통해 억제하여 압출재의 온도를 균일하게 유지하면서 소재를 압출하는 기술

액화질소 냉각시스템 기술

냉각 시스템 제어용 S/W 기술

압출금형 냉각 유로 최적화 기술

압출금형 고효율 신속 개별 가열 시스템

압출금형을 독립챔버에서 개별로 신속히 정밀 가열함으로써 압출품질을 향상시키고, 대기시간을 줄여 에너지를 절감하고, 생산성을 개선할 수 있는 기술

고단열 독립 챔버 제작 기술

고신뢰성 고요율-신속 가열 기술

에너지 절감, 압출재 품질향상, 금형수명 향상, 생산성 향상

고속/정밀 제어형 정속압출 기술

PID 정밀 제어를 기반으로 압출 공정 중 정속구간에서 램의 속도를 실시간 feedback 제어하여 일정하게 유지하는 기술

압출기 정속제어 기술

압출재 품질향상, 불량 저감

IT기반 통합제어형 스마트 압출 컨트롤 시스템

압출기 및 주변장치들(빌렛가열로, 금형예열로, 후면설비)의 작동 상태를 실시간으로 모니터링하고, 이들을 분석하여 최적의 품질을 유지하면서 생산속도를 극대화할 수 있도록 압출시스템 전반에 대한 스마트 컨트롤 적용

공정조건 모니터링 기술, PLC-Server 네트워킹 기술, Process parameter window DB화 기술, 압출시스템 스마트 컨트롤 기술

생산성 향상을 통한 수익성 개선, 압출관련 전문운용인력 부족 문제 해결

구축사례 사업명 에너지 절감형 고력알루미늄 압출공정 자동화
사업내용 추진내용
에너지 절감형 고력알루미늄 압출공정 및 근로환경 개선을 위한 공정 자동화 시스템 구축

고력알루미늄 압출 시 에너지 절감을 위한 시스템 개선

고효율 금형 예열 시스템 구축

상세내용

기존 Main motor를 고효율/저소음 Motor로 교체하여 압출압력 향상

서보 Motor를 활용하여 실제 압출 이외의 공정에 대한 소비전력 감소 및 근로자 청각 보호

할로겐 금형예열로를 이용하여 소비전력 30% 감소

소재 및 형상별 금형온도를 별도로 제어하여 생산성 및 품질 향상

※ 애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

금형예열로의 할로겐 열원 파손

(2) 해결방안

금형 장착시 보호장치를 설치하였지만 불안전한 부분이 있어 추가로 그물망을 설치하여 충격에 의한 파손 방지

구축사진
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공정설명 압출에 적용되는 재료는 대부분이 알루미늄 합금이므로 대부분 용체화 열처리 및 시효 열처리를 수행하여 최종 제품의 기계적 특성을 확보하는 것임
설비 구축시 고려사항 열처리 관리요소 : 온도, 시간, 가스분위기

온도, 시간 : 작업 표준 등에 설정된 온도와 시간 및 허용 범위 내로 유지되었는지 확인함

가스분위기 : 가열로 내의 주 가스의 분압 및 농도 등이 작업 표준에 맞도록 유지되고 있는지 확인함

열처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

닫기
공정설명 미려한 표면을 얻기 위해 압출 후 발생한 표면의 스케일 또는 거침을 제거하는 것이며, 산세 또는 peeling 개념과 같은 기계가공이 필요할 수도 있음
설비 구축시 고려사항 후가공 관리요소 : 치수정밀도, 표면 조도

치수정밀도 : 규정된 후가공이 이루어진 후 제품의 정해진 위치의 길이, 지름 및 두께를 측정함으로써 요구기준에 부합하는지 확인함

표면조도 : 거칠기 측정 및 조도 측정기를 이용하여 허용 범위 내로 조도가 유지되었는지 확인함

탈스케일을 통한 치수 정밀가공 : 기계적 방법과 화학적 방법으로 구분되고, 기계적 방법과 화학적 방법을 조합해서 사용하는 경우가 많음

후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

2. 인발

인발이란 금형을 기준으로 소재의 출구방향에서 잡아당기는 힘을 이용하는 기술임. 다이의 구멍보다 큰 일정한 단면의 소재를 다이의 구멍의 크기와 모양으로 줄이는 가공법으로 강선, 송전선, 케이블선 등과 같이 가늘고 긴 선의 제조와 정밀나사, 스프링, 전자기기에 사용되는 소재의 제조에 사용함

인발 일반공정

  • 원재료(선재)
  • 예비가공
  • 전 열처리
  • 인발(주로 냉간)
  • 표면처리
* 각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 인발 공정은 강한 인장력을 기반으로 원재료를 당겨내는 공정이므로 원재료의 단선(끊어짐) 또는 다양한 결함이 발생할 가능성이 매우 크고 기계적 특성을 가질 수 없기 때문에 건식 또는 습식 성분분석을 이용하여 합금성분의 종류와 함량을 측정하며, 일반적인 재료 시험을 통해 원재료의 이상 유무를 파악함
설비 구축시 고려사항 원재료 관리요소 : 합금성분, 미세조직, 기계적 특성(인장강도/경도)

합금성분 : 분광 혹은 습식 성분 검사 장비 검토

미세조직 : 원재료 단면을 절단하여 내부 미세조직의 구성 상(phase), 크기 및 분율 등을 확인하는 방안 검토

기계적 특성(인장강도/경도) : 측정 장비 검토

원재료 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

CAE활용 소성해석

소성가공 이론 및 수치해석을 통하여 가상의 공정 설계 및 실 공정에 반영

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측 설계 및 문제점 개선으로 비용 및 시간 절감

소성가공 이론지식 및 적용 기술

시뮬레이션 해석 및 설계 기술

수치해석을 통한 최적화 기술

개발소요시간 단축, 치수정밀도 향상

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공정설명 원재료의 표면은 제조 및 가공공정, 운반 또는 보관 중에 각종 기름때와 유지류, 산화물, 수산화물이 부착되어 열처리 및 도금이 잘 되지 않는 경우가 있으므로, 불순물이 없는 깨끗한 표면을 만들어주는 탈지를 수행함
설비 구축시 고려사항 예비가공 관리요소 : 기계적 특성(인장강도/경도)

기계적 특성 : 예비가공에서는 기계적 특성이 높은 경우(예를 들어 인장강도 또는 경도) 마찰열이 발생하여 인발 다이스 수명의 급격한 감소 또는 단선을 유발함

인발가공을 위해서는 Wire rod 표면에 생성되어 있는 Scale을 제거하는 De-scaling 공정이 필요함

예비가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

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공정설명 열처리는 재료의 기계적 성질을 얻기 위해 금속 내부의 미세 조직을 변화시키는 가열 및 냉각 조작을 말하며, 구상화 열처리를 실시하며, 경강 선재의 경우에는 파텐팅(Lead Patenting)을 실시함
설비 구축시 고려사항 열처리 관리요소 : 미세조직, 온도, 시간, 가스분위기

미세조직 : 전 열처리에 투입되는 원재료의 단면 관촬을 통하여 내부 미세조직의 구성 상(phase), 크기 및 분율 등 특징을 확인함

온도, 시간 : 작업 표준 등에 설정된 온도와 시간 및 허용 범위 내로 유지되었는지 확인함

가스분위기 : 가열로 내의 주 가스의 분압 및 농도 등이 작업 표준에 맞도록 유지되고 있는지 확인함

열처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

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공정설명 냉간 인발 제품의 특징은 관의 내/외면이 미려하고 평활하다는 것이므로 인발 가공시 적절한 금형(다이스) 설계, 감면율 설계, 윤활제 관리 등을 실시함
설비 구축시 고려사항 인발 관리요소 : 기계적 특성(인장강도/경도), 치수정밀도, 속도, 시간, 변형량

기계적 특성 : 인발이 용이하도록 매우 연한 특성을 가져야 하며, 이것은 합금성분 및 열처리 패턴에 따라 서로 다르게 됨

치수 정밀도 : 미리 설정된 치수를 측정하고 확인함

속도, 시간 : 인발 다이스를 통과하는 시간을 확인하며, 속도 역시 직접 측정하지 않고 단위 시간당 제품이 다이스를 통과하는 시간을 이용하여 상대적으로 계산함

시간 : 주로 압출 다이스를 통과하는 시간을 확인하며, 실제로는 변형량과 함께 변형율 속도의 개념으로 관리되어야 함

변형량 : 주로 인발 전/후 재료의 단면 감소율을 확인함

인발 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

초음파 진동을 이용한 전단 신선(인발) 가공

다이스가 직선이 아닌 특정한 각도를 가지는 형태로 압축에 의한 소성가공 외에 전단(shear) 가공이 동시에 부여되어, 동일한 감면율(reduction of area)에도 많은 소성변형을 부여할 수 있는 가공법 : 전단 신선

초음파에 의한 기계적인 미세진동을 이용하여 인발되는 원재료와 인발 다이스 사이에 미세한 간격을 형성

마찰계수 감소의 효과가 있어 전체적으로는 인발 하중의 감소를 유도하는 기술

미세 진동에 의한 마찰계수 저감 및 전단 신선(인발) 하중 감소

구축사례 사업명 에어컨용 튜브의 다단계 확관공정 자동화 구축
사업내용 추진내용
현재공정 절단, 벌징, 1차 확관, 2차 확관, 3차 확관, 이송, 반대쪽 확관 작업공정에 대하여 연결 이송장치 개발에 따른 연속 소성가공 자동화라인 개발
상세내용
(1) 모세관 다단계 이송시스템 제조공정 설계 자동화

절단(벌징)-이송-1차 확관-2차 확관-3차 확관-이송-반대쪽 확관

자동화 확곽작업을 위한 모세관 이동 Lay-Out 설계

1,2,3차 다단계 확관기술 공정 구축

(2) 모세관 이송지그구조 및 방법 구축

절단공정 후 확관공정 모세관 이송 위한 Roller 구조제작

1,2,3차 단계별 자동화 확관 위한 모세관 이송지그 제작

다단 화관작업 후 자동 배출위한 이송 Roller 구조제작

(3) 다단계 공정별 확관조건 생산성 수율 향상위한 설비,Tool 제작

1,2,3차 단계별 확관 위한 확관 Tool 제작

유압확관 포밍기 M/C 설계 제작

가공마찰 품질확보위한 회전속도, Feeding 속도 조절 Display개발

(4) 모세관 다단계 이송 자동화라인 구축 성과검증

공정 이송자동화에 대한 단계별 시운전평가

모세관 확관에 대한 확관치수 신뢰성 평가 (크랙,두께)

다단계 자동화 확관라인 수율 90%

최적의 생산성,품질향상 이송자동화라인 구축 (작업조건 모니터링)

※ 애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

다단확관 공정에 사용하는 가공하는 TOOL 정량적인 작업표준조건 설정 어려움

자동생산라인에서 불량 발생에 대한 모니터링 확인방법이 부족함

모세관의 자동이송장치에 대한 제어 및 지그 재질, 형상에대한 개발

(2) 해결방안

생산기술팀에서 표준설정 및 TEST 분석을 통한 공정기술 보완

1) 금형핀 생산수량에 대한 설비체크시트
2) 금형핀에 대한 가공표준조건 관리
3) 금형핀에 대한 규격별 식별표기(확관공정 단계별)

자동라인 모니터링위한 경광등 및 알람시스템 설치하여 관리함(설비 STOP, 이상발생시 적색등 및 라인 STOP 실시함)

모세관 미세관재 이송하기 위한 이송지그 개발, 이송방법에 대한 제어 SYSTEM 개발하여 자동화 구축함

구축사진
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공정설명 신선 및 인발가공시 소재와 금형(die) 사이에 높은 마찰열이 발생하므로, 마찰열이 과도할 경우 신선 및 인발가공 후에 취성, 외관 불균일 등이 발생하므로 인발 및 신성 가공 전/후 선재 및 관재의 표면에 적당한 윤활피막(코칭)처리를 하여 일반공정 뿐만 아니라 후속 공정에서도 필요한 품질 보증을 실시함
설비 구축시 고려사항 표면처리 관리요소 : 피막/도금 두께, 표면조도

피막/도금 두께 : 고객이 요구하는 품질보증을 위해 표면에 적당한 피막(코팅)이 필요하며, 강의 표면피막으로는 본데라이트 코팅(Phospate coating)이 많이 사용되고 있음

표면조도 : 거칠기 측정 및 조도 측정기를 활용함

표면처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

1. 판/형상압연

압연 가공은 재료의 두께 또는 단면적을 변형시키는 부피 성형 가공으로, 절삭 가공에 비해 재료의 손실이 적음.
평판 압연은 제철소에서 많이 사용되는 공정으로 강괴(ingot)나 연속 주조된 소재를 길이가 긴 평판, 판재, 박판을 고속으로 가공하는 것으로, 주조 조직을 파괴하고, 내부의 기공을 압착하여 균일하고 미세한 조직으로 만들어 치수와 재질이 균일한 제품을 대량으로 생산함.
형상압연(shape rolling, profile rolling)은 다양한 모양의 단면재, 채널 강, I-빔, 철도 레일 등과 같이 길이가 길고 직선인 구조재를 생산하거나, 다양한 단면 형상을 가지는 선재를 이용하는 냉간 형상 압연이 있음. 나사산을 만드는 공정인 나사 전조(thread rolling)도 형상압연의 일종임

압연 일반공정

  • 원재료(슬라브, 판)
  • 가열
  • 압연
  • 냉각
  • 후가공
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공정설명 강재의 압연 공정에서 후판, 박판, 봉강, 형강, 선재 등의 최종제품을 만들기 위한 소재가 되는 것으로 강괴를 열간압연 또는 열간단조하여 알맞은 크기로 절단함
설비 구축시 고려사항 원재료 관리요소 : 합금성분, 미세조직, 기계적 특성(인장강도/경도)

합금성분 : 분광 혹은 습식 성분 검사 장비 검토

미세조직 : 원재료 단면을 절단하여 내부 미세조직의 구성 상(phase), 크기 및 분율 등을 확인하는 방안 검토

기계적 특성(인장강도/경도) : 측정 장비 검토

원재료 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

압연 공정 소성해석

소성가공 이론 및 수치해석을 통하여 가상의 공정 설계 및 실공정에 반영하는 기술

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측 설계 및 문제점 개선으로 비용 및 시간 절감

소성가공 이론 지식 및 적용 기술

시뮬레이션 해석 및 설계 기술

수치해석을 통한 최적화 기술

개발소요시간 단축, 치수 정밀도 향상

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공정설명 특히 넓은 면적을 가진 판 압연의 경우 뒤틀림 현상이 발생하기 쉬워 가열을 통해 금속의 소성 유동을 확보하는 것이며, 연속식 압연 공정에서는 가열된 압연재를 연속적으로 공급할 목적으로 가열과 압연 작업을 동시에 진행함
설비 구축시 고려사항 가열 관리요소 : 온도, 시간, 가스분위기

온도, 시간 : 슬래브와 같은 원재료 가열로 내의 측정된 온도와 시간을 목표 온도와 시간 및 허용 범위 내로 유지함

가스분위기 : 가열로 내의 주 가스의 분압 및 농도 등

가열 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

가열로 설비 검토 시 고려사항

강종에 따라 적절한 온도로 균일하게 가열할 수 있을 것

가열온도를 가감할 수 있을 것

압연하기 쉬운 순서로 압연재를 연속배출할 것

압연 작업의 피치에 맞추어서 압연재를 연속 배출할 것

압연 과정에서 제거하기 쉬운 산화 피막을 만들 것

가열 작업 중 압연재에 결함을 만들지 않을 것

산화, 탈탄이 적을 것

가능한 연료 소모율이 낮을 것

노체의 손상이나 노황의 불안정성을 일으키지 않을 것

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공정설명 압연 공정은 판의 두께 및 폭과 같은 형상 외에도 내부 미세조직과 더불어 이에 따른 기계적 특성을 좌우함. 열간압연이 가능한 온도까지 승온시킨 후 압력을 가하며, 높은 온도 일수록 작은 동력으로 용이하게 가공이 가능함
설비 구축시 고려사항 압연 관리요소 : 치수정밀도(인장강도/경도), 온도, 속도, 시간, 변형량

치수정밀도 : 압연 후 두께 및 폭을 측정하여 확인함

온도 : 통상의 경우 압연기 입구 및 출구에 장착된 비접촉식 온도계로 측정함

속도, 시간 : 슬래브와 같은 판재의 이동 속도를 직접 측정하는 경우도 있지만, 주로 압연 롤의 속도를 측정하여 확인함

변형량 : 압연 시 압연 롤 사이의 슬래브와 같은 원재료를 직접 측정하지 않고 두께 감소 즉 압연 롤 사이의 간격을 통하여 변형량을 확인함

압연 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

압연 미세조직 예측

고객이 요구하는 기계적 특성을 가진 제품을 압연하려면 최종 미세조직이 목적하는 바와 같이 얻어져야 함

이에 있어 요구하는 미세조직을 얻을 수 있는 압연량, 온도 및 속도 등을 제어함으로써 스마트 생산이 가능하도록 함

최종적으로 실시간 미세조직 모니터링 기술과 병행하여 온라인으로 압연 공정을 제어하는 기술까지 발전가능함

미세조직 설계 기술

온도 및 압연량 및 속도 등 자동제어 기술

예측 정확도, 요구 미세조직 확보 가능한 공정 변수 제어

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공정설명 열간압연 후 냉각을 통해 기계적 특성을 확보하는 것이 일반적이며, 냉각 속도를 빠르게 가져갈수록 기계적 특성은 향상(인장강도 향상)되는 반면 뒤틀림 경향은 증가하게 되므로 냉각 속도와 방법을 관리하는 것이 매우 중요함
설비 구축시 고려사항 냉각 관리요소 : 냉각속도, 냉각방법, 미세조직, 기계적 특성

냉각속도 : 압연 직 후 ROT(Run-out-table) 진입 전 온도와 냉각 후 온도를 비접촉식으로 측정함

냉각방법 : 일반 냉각수 또는 냉각수와 압축 공기를 섞어 사용함

미세조직 : 냉각 후 판재의 일부를 절단하여 내부 미세조직의 구성 상(phase), 크기, 분율 등을 확인함

기계적 특성 : 냉각이 완료된 판을 일정한 길이와 형상으로 절단 및 가공하여 측정함

냉각 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

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공정설명 대부분의 기계적 특성이 확보된 상태에서 외관 및 미세한 형상 변화를 교정(뒤틀림, 표면 스케일, 흠집 등)하여 완벽한 제품을 만드는 공정으로, 열간압연 코일 두께, 열간압연 코일 폭, 열간압연강판의 길이, 압연이상재, 치수 허용공차를 측정함
설비 구축시 고려사항 후가공 관리요소 : 치수정밀도

치수정밀도 : 냉각이 완료된 제품에 대하여 정해진 위치의 길이(두께, 폭 등), 평탄도, 직각도 등츨 측정함

후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

구축사례 사업명 자동차 및 가전용 소결베어링의 자동 세척건조시스템 구축
사업내용 추진내용
자동 세척시템을 도입해 두 개의 공정으로 분리되어 있던 기존의 세척과 건조를 단일공정으로 통합하였으며, 투입, 이송, 세척, 건조, 배출이 하나의 사이클로 자동적으로 이루어지도록 설계함
상세내용
(1) 이송

투입되는 모든 제품은 작업자가 BASKET에 적재하여 투입 컨베이어에 올리면 자동 이송되어 세정, 린스, 건조공정을 완료하고 배출 컨베이어에 의해 배출함

(2) 특징

조작반은 토치스크린 방식으로 운전과정이 모니터링되며 자체 진단 프로그램에 의해 설비의 이상발생시 확인 및 조치 용이

로딩과 언로딩은 컨베이어를 설치하여 자동으로 투입/배출이 가능하도록 하였으며, IN-LINE 시스템 적용 가능함

설비는 무인 연속 가동되며, 일정시간 제품 투입이 없을시는 대기모드로 전환되며, 투입제품 감지시 자동으로 가동됨

세정, 린스 및 건조공정에서는 제품의 특성을 고려하여 사각 BASKET은 제품을 상/하로 흔들 수 있는 틸팅장치를 구성하여 세정시 초음파의 균일한 세정효과를 얻을 수 있고 건조 공정에서도 균일한 품질을 얻을 수 있음

각 BATH와 TANK는 하부 경사 및 최하단의 배수구로 배수시 완전 배수가 가능함

구축사진

1. 박판성형

판재성형은 소성변형전의 원소재를 강한 압력으로 금형내부에 밀착시킴으로써 성형하는 기술이며, 판재를 입체화하는 기술을 의미함.
판재란 제선-제강-연주-압연-후처리 등의 공정을 통하여 제조되는 두께 대비 표면적 비가 높은 금속소재를 의미하며 1mm(~6mm) 이하의 판재를 박판으로 정의함. 박판은 가전제품 몸체, 허브 캡, 항공기 동체, 음료 캔, 자동차 차체, 주방용기 등에 사용됨

박판성형 일반공정

  • 원재료(박판)
  • 성형
  • 후가공
  • 표면처리
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공정설명 원재료(박판)는 최종 제품의 기계적 특성 확보 및 고객이 요구하는 규격에 부합해야 하며, 특히 합금성분에 따라 열처리 및 후가공 조건이 상이하므로 적합한 공정조건의 부여를 위해 요구한 합금 성분에 부합하는지 확인해야 함
설비 구축시 고려사항 원재료 관리요소 : 합금성분, 미세조직, 기계적 특성(인장강도/경도)

합금성분 : 분광 혹은 습식 성분 검사 장비 검토

미세조직 : 원재료 단면을 절단하여 내부 미세조직의 구성 상(phase)의 형태, 크기 및 분율 등을 확인하는 방안 검토

기계적 특성(인장강도/경도) : 측정 장비 검토

원재료 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

CAE활용 소성해석

소성가공 이론 및 수치해석을 통하여 가상의 공정 설계 및 실 공정에 반영

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측 설계 및 문제점 개선으로 비용 및 시간 절감

소성가공 이론지식 및 적용 기술

시뮬레이션 해석 및 설계 기술

수치해석을 통한 최적화 기술

개발소요시간 단축, 치수정밀도 향상

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공정설명 박판성형은 대부분 넓은 면적의 제품을 소성가공하는 것으로 보다 넓은 면적의 제품 또는 굽힘 및 절곡 등의 방법을 이용하여 형상을 만드는 것임. 판재의 성형성(formaility)은 벌크재의 가공성(workability)과 유사한 개념으로 재료가 파단되지 않고 소성변형 할 수 있는 능력 또는 재료가 상대적으로 소성변형하기 쉬운정도를 나타내는 것을 의미함
설비 구축시 고려사항 성형 관리요소 : 속도, 변형량, 치수정밀도

속도 : 주로 성형기를 통과하여 최종 형상이 완성될 때까지의 시간을 측정함

변형량 : 주로 단면 감소율, 높이 감소율 및 굽힘 량 등을 확인함

치수 정밀도 : 미리 설정된 치수를 측정하고 확인함

성형 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

자동기계에 의한 성형

작업자의 경험과 감각에 의존하지 않고 수치적으로 형상을 입력하여 자동으로 성형 및 가공하는 기술

Ram 또는 Tool의 움직임을 3~5차원으로 이동하여 요구하는 형상을 자동으로 성형

기계성형 및 가공좌표 설정(프로그래밍) 입력 기술

소성가공 및 성형기술

제조시간 단축에 의한 생산성 향상, 치수 정밀도 향상

열처리 통합 판재성형

시효경화형 Al6xxxx 및 Al7xxxx계 합금 적용 성형품의 성형 후 강고 확보를 위한 열처리 통합 성형시스템 개발

급속, 균일 가열/냉각시스템 및 열처리 통합형 판재성형공정 설계

열처리 통합형 성형시스템 기술

열처리 통합형 판재성형 공정설계 기술

난성형성 경량합금 성형기술, 성형 후 인장강도 확보

성형공정 디지털화

실시간 품질 모니터링 시스템 구축

품질을 위한 공정제어 로직 및 DB 구축

실시간 공정제어 및 품질모니터링 시스템 구축

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공정설명 온도 변화에 의한 수축 및 팽창, 또는 스프링 백에 의해 성형품이 목적한 치수를 확보하지 못한 경우 이를 교정(주로 외형 치수 및 미세한 형상)하여 완벽한 제품을 제조하는 공정
설비 구축시 고려사항 후가공 관리요소 : 치수정밀도

치수정밀도 : 성형이 완료된 제품에 대하여 정해진 위치의 길이(두께, 폭 등), 평탄도, 직각도 등츨 측정함

후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

구축사례 사업명 가정주방용 프레스품의 다관절로봇에 의한 포장 자동화 기술개발
사업내용 추진내용
환절공정의 제품이동, 제품적재, 공정간 이동, 제품검사, 포장, 스크랩 적재등 대부분의 작업이 수작업으로 진행되어 작업자의 노동부하 강도가 높은 공정이기에 우선 자동화로 대체할 수 있는 단위 작업을 자동화 시스템으로 구현하는 작업을 실시함
세부내용
(1) 프레스에 의하여 환절된 제품을 검사작업 이후 작업자가 수동으로 이동하여 파레트에 적재하는 작업을 컨베이어를 통하여 이동하고
      환절단위제품의 중량을 자동 계근하여 불량유무를 판단하고 로봇으로 자동 적재하는 시스템 구성

컨베이어 이송장치

오토체커에 의한 중량 자동 계근

환절 이송제품 정열

환절제품 로봇 자동적재 작업

(2) 로봇에 의해 파레트에 포장사양에 맞추어 자동 적재 후 콘베이어를 통하여 파레트 이송 후 반자동 랩핑 작업 실시

포장용 파레트에 포장단위별 자동정열 적재

파레트 로봇 적재 완료 후 컨베이어 이동

랩핑기 내 정위치 이동정지

포장사양별 랩핑 작업 실시

(3) 프레스 절단시 발생되는 스크랩을 다음 공정으로 이송하기 위한 자동정열 적재 작업을 사람이 수작업으로 진행하던 것을 로봇을 이용하여 자동적재 및 배출도록 구성함.(당사 소재의 특성상 공정에서 발생되는 스크랩을 후처리공정을 통하여 분리배출 함으로서 스크랩을 고단가 판매 가능함)

스크랩 절단품 이송컨베이어

스크랩 정열 및 이송용 로봇트

스트랩 적재 파레트 및 컨베이어

※ 애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

다양한 품목 생산에 따른 각제품별 패턴설정 및 변경 어려움

작업자 기존작업방식 요구 및 변화 적응 지연

초기 생산계획 사양 이외의 품목 추가로 제품핸들링 치구 변경 필요

(2) 해결방안

설비별 생산제품 표준화를 통하여 대량생산품 중심으로 설비별 주생산품을 지정함으로서 작업패턴을 최소화 설정함. 규격교체 시 지정된 패턴을 불러내어 작업을 실시하는 방식으로 작업을 단순화하고 생산품목 및 사용부자재를 표준화 실시함.
작업자 새로운 작업방식에 대한 두려움을 불편함으로 표시함. 작업자에게 설비 조작방법 및 사용상의 편리성에 대하여 교육 및 인식 개선으로 점진적 적응중임

설비별 대량생산품목 중심으로 제품 표준화 과정에서 환절 단배수 제품 이외에 다배수 제품작업 요구 추가됨. 이에 제품 및 스크랩 취급용 핸들링 치구 사이즈 조정이 필요하여 추가적인 개선보완작업 실시

구축사진
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공정설명 내부식성 및 미려한 표면을 가질 목적으로 효과적인 표면처리와 그에 상응하는 관리를 하는 공정임. 금속판재, 특히 강판은 여러가지 유기질 막 등으로 표면을 보호하며(부식저항), 특히 박판성형에 있어 매우 중요한 요소임
설비 구축시 고려사항 표면처리 관리요소 : 피막/도금 두께, 표면조도

피막/도금 두께 : 성형품의 특정 부위를 단면 절단하여 표면에 처리된(부착된) 미막의 두께를 측정하거나, 피막/도금 층이 단단하지 않은 경우에는 중량을 측정함

표면조도 : 성형품의 일부를 절단하거나 표면에 직접 거칠기 측정 및 조도 측정기를 이용하여 확인함

표면처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

2. 후판성형

판재성형은 소성변형전의 원소재를 강한 압력으로 금형내부에 밀착시킴으로써 성형하는 기술이며, 판재를 입체화하는 기술을 의미함. 판재란 제선-제강-연주-압연-후처리 등의 공정을 통하여 제조되는 두께 대비 표면적 비가 높은 금속소재를 의미하며 6mm 이상의 판재를 후판으로 정의함. 후판은 보일러, 교량, 선박, 원자력 발전소 등에 사용됨

후판성형 일반공정

  • 원재료(후판)
  • 가열
  • 성형
  • 냉각
  • 후가공
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공정설명 원재료는 후판 최종 제품의 기계적 특성 확보 및 고객이 요구하는 규격에 부합해야 하며, 특히 합금성분에 따라 열처리 및 후가공 조건이 상이하므로 적합한 공정조건의 부여를 위해 요구한 합금 성분에 부합하는지 확인해야 함
설비 구축시 고려사항 원재료 관리요소 : 합금성분, 미세조직, 기계적 특성(인장강도/경도)

합금성분 : 분광 혹은 습식 성분 검사 장비 검토

미세조직 : 원재료 단면을 절단하여 내부 미세조직의 구성 상(phase)의 형태, 크기 및 분율 등을 확인하는 방안 검토

기계적 특성(인장강도/경도) : 측정 장비 검토

원재료 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

CAE활용 소성해석

소성가공 이론 및 수치해석을 통하여 가상의 공정 설계 및 실 공정에 반영

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측 설계 및 문제점 개선으로 비용 및 시간 절감

소성가공 이론지식 및 적용 기술

시뮬레이션 해석 및 설계 기술

수치해석을 통한 최적화 기술

개발소요시간 단축, 치수정밀도 향상

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공정설명 원재료 즉 후판에 충분한 고온 소성유동을 부여하기 위한 것으로, 가열 온도가 상이하게 되면 내부 미세조직의 급격한 조대화, 표면의 과한 산화 스케일 및 연성이 부족하여 성형 공정에서 터짐이 발생할 수 있음
설비 구축시 고려사항 가열 관리요소 : 온도, 시간, 가스분위기

온도, 시간 : 원칙적으로 온도와 시간은 서로 반비례하는 관계로 온도를 증가시키면 요구되는 유동을 얻기위한 시간이 감소하며, 온도를 감소시키면 시간은 증가하는 방향임

가스분위기 : 주로 가열로 내부의 상태를 말하는 것으로 주로 이산화탄소와 산소 분압을 이용하여 로내 탄소 농도를 제어함

가열 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

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공정설명 후판성형은 대부분 넓은 면적의 제품을 소성가공하는 것으로 보다 넓은 면적의 제품 또는 굽힘 및 절곡 등의 방법을 이용하여 형상을 만드는 것임. 판재의 성형성(formaility)은 벌크재의 가공성(workability)과 유사한 개념으로 재료가 파단되지 않고 소성변형 할 수 있는 능력 또는 재료가 상대적으로 소성변형하기 쉬운정도를 나타내는 것을 의미함
설비 구축시 고려사항 성형 관리요소 : 시간, 속도, 변형량, 치수정밀도

시간, 속도 : 주로 성형기를 통과하여 최종 형상이 완성될 때까지의 시간을 확인하며, 속도는 가공 시작과 종료의 시간 차 및 성형기의 RPM 등의 속도를 이용하여 확인함

변형량 : 주로 단면 감소율, 높이 감소율 및 굽힘 량 등을 확인함

치수 정밀도 : 미리 설정된 치수를 측정하고 확인함

성형 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

자동기계에 의한 성형

작업자의 경험과 감각에 의존하지 않고 수치적으로 형상을 입력하여 자동으로 성형 및 가공하는 기술

Ram 또는 Tool의 움직임을 3~5차원으로 이동하여 요구하는 형상을 자동으로 성형

기계성형 및 가공좌표 설정(프로그래밍) 입력 기술

소성가공 및 성형기술

제조시간 단축에 의한 생산성 향상, 치수 정밀도 향상

열처리 통합 판재성형

시효경화형 Al6xxxx 및 Al7xxxx계 합금 적용 성형품의 성형 후 강고 확보를 위한 열처리 통합 성형시스템 개발

급속, 균일 가열/냉각시스템 및 열처리 통합형 판재성형공정 설계

열처리 통합형 성형시스템 기술

열처리 통합형 판재성형 공정설계 기술

난성형성 경량합금 성형기술, 성형 후 인장강도 확보

성형공정 디지털화

실시간 품질 모니터링 시스템 구축

품질을 위한 공정제어 로직 및 DB 구축

실시간 공정제어 및 품질모니터링 시스템 구축

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공정설명 열간 성형 후 냉각을 통해 기계적 특성을 확보하는 것이 일반적이며, 냉각 속도를 빠르게 가져갈수록 기계적 특성은 향상(인장강도 향상)되는 반면 뒤틀림 경향은 증가하게 되므로 냉각 속도와 방법(냉각매체의 선택)이 매우 중요함. 강재의 성질을 제어하기 위해 냉각을 소정의 온도에서 정지하거나 유지하는 공정임
설비 구축시 고려사항 냉각 관리요소 : 냉각속도, 냉각방법, 미세조직, 기계적 특성

냉각속도 : 성형 직 전 온도와 성형 직 후 온도를 비접촉식으로 측정함

냉각방법 : 일반 냉각수 또는 냉각수와 압축 공기를 섞어 사용함

미세조직 : 냉각 후 성형품의 일부를 절단하여 내부 미세조직의 구성 상(phase), 크기, 분율 등을 확인함

기계적 특성 : 냉각이 완료된 성형품을 일정한 길이와 형상으로 절단 및 가공하여 측정함

냉각 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함

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공정설명 온도 변화에 의한 수축 및 팽창, 또는 스프링 백에 의해 성형품이 목적한 치수를 확보하지 못한 경우 이를 교정(주로 외형 치수 및 미세한 형상)하여 완벽한 제품을 제조하는 공
설비 구축시 고려사항 후가공 관리요소 : 치수정밀도

치수정밀도 : 성형이 완료된 제품에 대하여 정해진 위치의 길이(두께, 폭 등), 평탄도, 직각도 등츨 측정함

후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려하여야 함