일반기술

형단조 금형 및 공정 설계 기술

-전통적으로 형단조 가공에서 공정설계와 금형설계는 경험과 직관에 의해 수행되어 왔으나, 컴퓨터의 비약적인 발전에 힘입어 CAD/CAM/CAE와 데이터베이스의 응용을 통한 자동설계 시스템의 구축이 가능하게 되었다. 단조설계는 기본적으로 기계가공된 최종제품의 형상으로부터 단조최종제품(finisher)과 예비성형체(blocker/preform)의 형상, 치수 및 이를 성형하기 위한 금형을 설계하는 것이다. 형단조 제품의 대부분은 리브-웨브 구조로 되어 있으며, 이들 형상은 상하금형의 분리선 위치를 기준으로 최대리브높이, 최소웨브두께, 가공여유, 코너 및 필렛 반경, 구배, 플래쉬와 거터 등에 대한 설계방안으로부터 결정된다. 이 설계방안은 1차적으로 축적된 자료와 숙련된 금형기술자의 경험에 바탕으로 구축된 데이터베이스로부터 얻어지며, 유한요소해석을 이용한 공정 시뮬레이션을 통하여 금속유동과 응력, 변형률, 온도 등의 분포를 검토함으로써 그 타당성이 입증된다. 형단조 설계의 핵심 부분은 예비성형체 설계이다. 예비성형체의 수와 형상은 공정을 결정짓는 가장 중요한 변수이며, 이로부터 금형설계가 이루어진다.본 연구의 구체적 내용은 단조최종제품과 예비성형체의 체적, 형상, 치수를 자동적으로 계산하여 도면화하는 설계 프로그램과, 그래픽 환경에서 대화식으로 설계변수를 수정할 수 있는 설계변경 프로그램, 그리고 설계의 검증을 위한 유한요소해석 프로그램으로 구성된다. 지금까지 축대칭 및 평면변형 문제에 적용될 수 있는 설계/설계변경 프로그램과 유한요소 시뮬레이션 프로그램이 완성되어 검증된 바 있으며, 현재는 3차원 형상의 제품에 응용할 수 있는 설계 프로그램의 개발을 추진하고 있다.