[첨단 헬로티]
세키구치 아키라 (關口 朗) 일본유니시스엑셀류션즈(주)
1. 서론
품질이 좋은 사출성형품을 만들기 위해서는 금형 온도를 컨트롤하는 수관이나 배관의 레이아웃이 필요하다. 특히 자동차의 인스트루먼트 패널이나 범퍼 등의 중․대형물 사출성형 금형은 다수의 수관이나 배관이 필요하고, 적절한 위치에 레이아웃하는 것이 필수이다.
또한 레이아웃하는 수관의 회로가 복잡해지기 때문에 설계 공정 중에서 작업 시간이 차지하는 비율이 매우 높다. 이 글에서는 수관과 배관의 용이한 레이아웃을 목적으로 한 기능과 유효성에 대해 소개한다.
2. 고객 요구
(1) 배경
중·대형물 사출성형 금형 메이커에서는 3차원에 의한 설계 작업 비율이 증가하는 가운데, 수관이나 배관의 레이아웃에 대해서는 2차원의 설계 작업이 주류이다. 이것은 퍼스널컴퓨터나 CAD의 성능에 한계가 있고, 많은 수관과 이젝터 핀을 동시에 레이아웃하면 응답성이 나빠져 실용적이지 않기 때문이다.
또한 설계자가 단납기화의 영향으로 새로운 방법에 도전할 여유가 없어 기존의 설계 수법에서 벗어날 수 없는 것도 원인의 하나로서 들어진다. 이러한 상황에서 고객과 동사에 의한 기술연구회의 장에서 대책을 협의, 3차원에 의한 수관과 배관의 고효율 레이아웃 기능을 개발하기에 이르렀다.
(2) 3차원 설계의 주된 요건
수관 요건은 ①2차원과 동등한 경쾌함으로 배치․편집, 이동․복사할 수 있다. ②수관의 길이․높이를 제품 형상에서 일정한 거리로 해 여러 번 동시에 배치할 수 있다(그림 1). ③수관만이 아니라, 부속하는 부품도 동시에 배치할 수 있다.
배관 요건은 ①변형(구부리거나 곧게 하거나)을 자유롭게 할 수 있다. ②형상의 굽힘은 최소 굽힘 반경(재질, 지름)에 의해 제어할 수 있다.
3. 개발 기능
(1) 수관 레이아웃 기능
수관 레이아웃 기능의 전체상을 그림 2의 이미지도로 설명한다. 이 기능은 수관회로를 달성하는 ‘수관’과 ‘연결 구멍’의 형상을 작성한다. 또한 물의 흐름을 제어하는 ‘밸브판’, ‘물막이 핀’의 형상을 작성한다. 수관과 연결 구멍은 【작성】, 【편집】 기능을 준비, 지름, 길이, 다단(1단, 2단), 공구 끝단 형상(송곳, 구, 평면, 건드릴), 끝단 형상(Ric, 맹전, 없음)의 설정이 가능하다.
밸브판은 지시된 수관 형상의 지름과 길이 정보로부터 사이즈를 자동으로 산출한다. 동시에 끝단 형상(노말, R 컷, 경사 컷, V 컷), 유로의 전환에 필요한 중간 칸막이 형상이나 구멍, 끝단 형상의 냉각마개(냉각마개, 핀, 없음)도 설정, 작성할 수 있다. 작업의 효율화는 주로 아래의 항목을 고려해, 실장하고 있다(그림 3).
① 피치와 개수를 지시해 일괄 배치.
② 수관의 길이는 핸들을 사용해 직감적인 조작으로 조정.
③ 수관의 관통․비관통은 1클릭으로 전환 조작.
④ 배치의 증가, 위치의 변경은 수관 전용 【이동․복사】 기능을 준비.
⑤ 수관의 길이나 높이를 제품 형상에서 일정한 거리로 자동 조정.
⑥ 수관과 타 부품과의 간섭 체크.
(2) 배관 레이아웃 기능
배관 레이아웃 기능의 전체상을 그림 4의 이미지도로 설명한다. 이 기능은 수관의 시종단에 배치된 커플링을 입력 대상으로, 그 사이를 연결하는 ‘배관’ 형상을 작성한다. 배관 형상의 변형을 제어하는 ‘통과 에어리어’ 형상도 정의해 작성할 수 있다.
배관은 【작성】, 【편집】 기능을 준비, 커플링과 통과 에어리어를 설정해 작성한다. 통과 에어리어는 【작성】, 【편집】 기능을 준비, 박스의 사이즈와 각도를 설정해 작성할 수 있다. 커플링은 【커플링 정보 조작】, 【커플링 회전․이동】 기능을 준비, 커플링의 속성이나 커플링의 위치와 각도를 설정할 수 있다. 작업의 효율화는 주로 아래의 항목을 고려해 실장하고 있다(그림 5).
① 배관을 의도하는 외형에 쉽게 제어가 가능.
② 외형을 컨트롤하는 조작은 커맨드를 전환하지 않고 1커맨드로 가능.
③ 외형의 시인은 커플링의 회전이나 통과 에어리어의 이동․회전에 맞춰 갱신.
④ 배관의 작성 시에 커플링의 속성을 판독, 메이커․타입․지름 등의 입력을 생략.
⑤ 배관끼리의 간섭 체크.
4. 개발 효과
수관 레이아웃 기능은 유저 평가에서 ‘기능성․조작성․응답성’ 모두 ‘기대한 대로’라는 평가를 받아, 실무 적용을 예상할 수 있었다. 앞으로 실무 운용의 과제를 검토, 효율화에 대응할예정이다. 배관 레이아웃 기능은 유저 평가에서 ‘기능성․조작성․응답성’ 모두 ‘기대한 대로’의 평가를 많이 받았으며, 실무 운용에서도 작업 시간을 70% 절감했다.
5. 맺음말
이 글에서는 사출성형 금형의 금형 온도를 컨트롤하는 수관과 배관의 레이아웃 기능에 대해서 소개했다. 고객 요구를 이해하고 고려한 기능을 개발함으로써 3차원 설계의 효율화가 실현됐다. 앞으로도 설계 작업의 공수 절감, 품질 향상에 공헌하는 기능군을 개발, 많은 고객이 좋아하는 시스템으로 자리잡고 싶다.
