Intelligent 시스템의 설계 및 개발(III) 통합 자동화된 SSM 성형 워크셀의 개발 (메탈넷코리아 2002년 12월호)

기술자료: Intelligent 시스템의 설계 및 개발(III)

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Intelligent 시스템의 설계 및 개발 (I)
-통합 자동화된 SSM 성형 워크셀의 개발-
(주) 인성기전 부설 연구소 수석 연구원 정 홍 규

Design and Development of an Intelligent System (III) : Development of an Integrated and Automated SSM Forming Workcell

Abstract

Based on a correlation between the insulated closed coil heating system modeling and insulated gripper modeling developed in Part I and II, an integrated and automated SSM forming workcell for the production of SSM components is introduced. For quality assessment, a full range of optical and electron macroscopy and a wide range of room and high temperature mechanical testing capabilities are used to characterize SSM feed stock and parts.

Key words:
Intelligent system (Intelligent 시스템), Insulated closed coil heating system modeling (절연 closed 코일 가열 시스템 모델링), Insulated gripper modeling (절연 그리퍼 모델링), Integrated and automated SSM forming workcell (통합 자동화된 SSM 성형 워크셀)

1. 서 론

반용융 성형은 미세 결정립을 가진 원소재 빌렛을 원하는 온도로 유도가열하여 구상화 조직을 얻은 후 금형내에서 가압 성형하는 새로운 정형가공 (Net-shape manufacturing process)공정중의 하나이다.
반용융 재료의 성형공정중 고상과 액상의 분리현상에 기인한 편석 (Segregation)과 고상율을 제어하기 위해서는 금형 설계 등에 필요한 수치해석 방법의 제안 및 통합 자동화된 성형 워크셀의 개발이 중요 하다.
지금까지 발표되어진 실험 및 수치 해석에 관한 연구들은 반용융 재료의 단순 압축해석 및 물성 조사에 관한 연구가 대부분이고, 유도가열 시스템 및 빌렛 이송 로봇 등의 개발을 통하여 통합 자동화된 성형 워크셀의 개발에 관한 종합적인 연구결과는 거의 보고되지 않고 있다.
실제 자동차 부품으로 이용할 수 있는 제품은 복잡한 3차원 형상으로 되어 있기 때문에 실험을 통한 시행 착오법 및 경험적인 데이터에 의해 공정을 최적화하기는 어렵다.
따라서 본 연구에서는 Part (I) 및 Part (II)에서 정홍규가 제안한 절연 Closed 코일 시스템을 이용한 유도가열 시스템 및 절연 그리퍼 모델을 이용한 빌렛 이송 로봇의 개발 등을 토대로 하여 새롭게 통합 자동화된 SSM 성형 워크셀의 개발에 관하여 소개하고자 한다.

2. 가열된 빌렛의 고상율을 측정하기 위한 고온 레이저

초음파 시스템
고상율 제어가 반용융 성형의 성패를 좌우하는 만큼 정확한 고상율 분석을 수행하기 위해서 고온 레이저 초음파 시스템을 제작되었다.
Fig. 1은 가열된 빌렛의 고상율을 측정하고 산업체에 비용 및 품질에 대한 정확한 정보를 제공하기 위하여 제작된 고온 레이저 초음파 시스템을 나타낸 것이다.

Fig. 1. A high temperature laser ultrasonic system to measure the solid fractionof the heated billet.

3. 통합 자동화된 반용융 성형 워크셀 (Workcell)

반용융 성형 워크셀은 SSM 부품을 생산하기 위하여 통합 및 자동화되어 있다.
전 범위의 광학전자 거시 검사, 상온 및 고온의 넓은 범위에서 기계적 >테스트가 SSM 원소재 및 SSM 부품을 특성화 (특히, 품질 평가)하는데 사용된다.

>Fig. 2. An automated billet induction heating system.

Fig. 3. An integrated and automated SSM forming workcell for the production of SSM parts.
Fig. 2와 Fig. 3은 자동화된 빌렛 유도가열 시스템 및 기계적 성질이 우수한 SSM 부품을 생산하기 위하여 새롭게 통합 자동화된 SSM 성형 워크셀을 나타내고 있다.
반용융 성형 워크셀은 공정개발 및 공정 최적화를 위한 데이터를 제공하며 최대 시간당 240의 속도로 부품을 성형할 수 있다.
절연 Closed 코일 시스템을 이용한 유도가열 시스템 및 절연 그리퍼 모델을 이용한 빌렛 이송 로봇의 개발 등을 토대로 하여 새롭게 통합 자동화된 SSM 성형워크셀 설비의 구성은 다음과 같다.
빌렛 유도가열 시스템
이송 로봇
600 ton 다이캐스팅기
추출 로봇
다이 진공 시스템
다이 스프레이 시스템
순환하는 고온 오일 온도 제어 시스템
워크셀 제어기

4. 결 론

Part (I) 및 Part (II)에서 정홍규가 제안한 절연 Closed 코일 시스템을 이용한 유도가열 시스템 및 절연 그리퍼 모델을 이용한 빌렛 이송 로봇의 개발 등을 토대로 하여 새롭게 통합 자동화된 SSM 성형 워크셀이 개발되었다.

Acknowledgements
본 연구를 수행할 수 있도록 항상 세심한 배려를 아끼지 않은 (주) 인성기전 직원 여러분들께 감사의 말을 전합니다.

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H. K. Jung : Chief Researcher of Institute of Insung Electrical Machinery Industry Company
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