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[기술특집]프레스 금형의 의장면에서 이형 공구 활용의 가능성

입력 : 2020.01.14 10:37

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[첨단 헬로티]


이와마 타카시 (岩間 高志), 야마미치 요시유키 (山道 由征), 타나카 요시노리 (田中 美德), 요코이카와 타카유키 (橫井川 貴之)   日産자동차(주)


1. 서론

 


오늘날 신차 완성 기간의 단축이 더욱 요구되고 있으며, 동사의 금형 제작 공정에서는 빠른 단계에서 높은 품질의 패널을 시제작 부서에 공급하는 것이 요구되고 있다.

 

그렇기 때문에 금형의 가공면을 고품위화함으로써 품질을 저하시키고 있는 손다듬질에 의한 거친 숫돌 연마를 배제, 연마를 최소화하는 것에 대응하고 있다(그림 1).


동사에서는 고속가공기 도입 초기(약 30년 전)부터 독자 개발의 ø50 cBN 공구를 사용해 커스프 하이트의 저감과 가공 피치의 확대로, 품질과 가공 시간을 양립하는 기술을 확립해 왔다.

 

또한 공구 R의 확대(대경화)는 지금까지의 방향성과 합치하는 것으로, 이형 공구 적용의 검토를 개시했다. 이 글에서는 일부이지만, 적용 개시의 목표가 이루어졌으므로 그 경위에 대해 소개한다.


2. 이형 공구의 선정


프레스 금형의 의장면이나 여육면, 다이페이스면을 고려하면 이형 공구(렌즈+배럴 공구)의 렌즈날 및 코너날(그림 2)을 사용한 가공이 생각된다. 품질면에서는 커스프 하이트를 현재보다 더 작게 하기 위해서는 앞에서 말한 사고로부터 날 R=30이 최적이라고 생각할 수 있으며, 트라이얼 공구를 선정했다.


3. 이형 공구의 실력 조사


(1) 가공 트라이얼 1


우선은 렌즈날로 가공을 했을 때, 현상에 대해 어떻게 변화가 일어나는지를 평탄한 아우터 부품 ROOF의 드로잉형 다이페이스에 적용해 조사를 했다. 현재의 커스프 하이트값을 목표로 피치를 약 30% 확대해 가공한 결과, 면다듬질 가공 시간은 토털 약 30% 절감되는 것을 확인했다(그림 3).

 


그 외에도 좋은 점으로서 동사 ø50 공구와 비교해 두들기는 느낌이 적은 것을 확인했다. 단, 약간의 마모 흔적이 보였기 때문에 공구 메이커에 팁을 송부해 확인한 결과, 문제없다고 하는 대답을 얻어 트라이얼을 추진하기로 했다.


(2) 가공 트라이얼 2


다음 목적으로서 의장면을 포함한 전체를 가공함으로써 렌즈날과 코너날(그림 2)의 각각이 면품위에 어떻게 영향을 미치는지를 조사했다. 현상과 동일한 면가공을 한 결과, 코너날로 가공되는 약 45~50°의 경사면이 거친 가공면(그림 4)이 됐다.

 


사전에 면각도 평가(그림 5)를 할 수 있으면, 코너날의 가공 부위를 알 수 있기 때문에 해당부의 피치를 작게 해 면품위를 확보할 수 있지만, 그것으로는 시간이 길어지게 된다. 그러나 코너날에 의한 가공은 금형 형상에서는 반드시 발생하기 때문에 가공 시간을 억제하면서 면품위를 향상시키는 검토를 추진하기로 했다.

 


(3) 가공 트라이얼 3


가공 트라이얼 2에서 코너날에 의한 거친가공면(그림 4)와 동일한 형상을 피치나 가공 방향(면 가로 절삭①, ②와 경사면에 직교하는 세로 절삭③, ④)을 바꾼 4패턴에 대해 가공 테스트했다(그림 6, 그림 7). 표 1은 그 평가를 정리한 것이다.

 

 


커스프는 가공 방향과 평행하게 발생하기 때문에 동 표 ③, ④의 세로 절삭에 우위성이 있다고 생각되며, 특히 이송 속도를 느리게 한 경우인 ④에서 가장 좋은 다듬질면이 됐다.


단 금형 전체의 가공을 고려한 경우, 가공 방향에 대해 코너날을 활용한 세로 절삭과 렌즈․배럴날을 활용한 면 절삭의 각각을 복합하는 방법은, 가공 단차를 배제하는 일필휘지의 가공이 성립하기 어렵기 때문에 코너날을 사용하지 않는 방법을 계속 검토하기로 했다.


(4) 가공 트라이얼 4


코너날의 사용을 피하기 위해 각각의 의장면 등에 맞춰 공구 경사각을 여러 번 가공을 했다. 동시에 의장면 이외를 기존의 ø50 cBN을 사용해 각각의 면조도를 평가했다. 면조도 평가에서는 기존의 Ra 1.85µm에 대해 Ra 1.45µm의 결과가 되고(그림 8, 그림 9), 마찬가지로 배럴날에 의한 벽면의 가공면도 양호했다.

 


한편 공구 경사각을 변경하면 보통은 설비 오차에서 가공 단차의 발생 리스크가 동반하는데, 이번에 사용한 가공기가 도입 직후였던 것도 있고 단차의 문제는 발생하지 않았다. 실제 가공 현장에서는 신구의 가공기를 편성하면서 운영하고 있으며, 단차 발생의 가능성이 있으므로 계속 주의하면서 적용을 위해 검토를 진행한다.


4. 맺음말

 


지금까지 몇 번의 트라이얼, 테스트 피스 가공을 거쳐 이형 공구의 특징을 잡아 정리할 수 있었다(표 2). 동사에서는 우선 코너날의 가공을 필요로 하지 않는 다이페이스면의 가공에서 적용을 개시했다. 의장면을 포함하는 그 외의 형상면에 대해서는 코너날로 가공하는 영역의 복잡한 제어가 필요하기 때문에 CAM 시스템의 기능 향상이 요망되는데, 계속 적용 확대를 추진해 갈 예정이다.


[감사]마지막으로 이번에 NC 데이터 작성에 협력해 주신 ㈜크라임엔씨디에게 감사를 드립니다.

/서재창 기자(prmoed@hellot.net)

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