[논문]자동차 패널용 헤밍 금형설계를 위한 타이밍차트 자동생성

김동직; 송윤준; 정훈; 한영호

doi:10.5228/kspp.2006.15.7.496

자동차 패널용 헤밍 금형설계를 위한 타이밍차트 자동생성
Automatic Generation of Timing Chart for Car Panel Hemming Die Design 원문보기

The inner and outer car panels for bonnet, door, and trunk lid are assembled by hemming rather than welding. To achieve successful fabrication of these panels, the complicated timing chart of hemming units for pre-and main hemming stages should be made to optimal one. In this study, a design system for automatic timing chart generation is developed. Using AutoCAD VBA and EXCEL data chart, hemming die design parameters and guidelines were put into the program to give hemming unit drawings and consequent timing charts. Then the prepared timing charts were checked and modified. The effectiveness of the system is verified by applying it successfully to hemming unit design for bonnet panel joining.

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문제 정의

2에 본 연구에서 사용한 2절과 4절 유닛의 작동 메카니즘에 관해 변수화 시킨 유닛의 형상 및 변수를 나타내었다. 이 변수들을 바탕으로 AutoCAD VBA와 EXCEL을 이용해 기존의 수작업방식을 대체할 헤밍 금형 설계 지원 시스템을 구축하고자 한다.
이 연구에서 는 현장의 생산 방법 에 대한 지원을 목적으로 AutoCAD와 연계된 헤밍 금형 유닛 설계 시스템을 구축하였다. AutoCAD VBA(Visual Basic Application)와 스프레드 쉬트 프로그램인 마이크로소프트사의 EXCEL을 사용하여 헤밍 유닛의 기본적인 치수와 설계조건의 입력만으로 드라이브 캠에 의한 유닛의 움직임이 CAD 파일화 되며, EXCEL을 통해 타이밍 차트를 생성하고 관리하게 해주는 시스템이다.

제안 방법

들이게 된다. 기존의 수작업으로 순차적인 작도를 하고 이에 대한 별도의 타이밍 차트 생성을 통해 전체 헤밍 공정 설계를 완성하던 작업이 몇 번의 변수 값 수정만으로 이루어졌다. 반복 작' 도 방법은 각 공구들의 간섭을 하나씩 확인하면서 몇 일간의 반복 작도 작업을 통해 이루어진다.
실제 현장에서는 이 데이터들에 금형 본체 설계를 추가하여 헤밍 금형의 설계가 완성될 수 있다. 순차적 작동을 위한 본헤밍과 예비헤밍 펀치의 길이, 각 유닛의 드라이브 캠의 형상 등을 본 시스템을 통해 완성하였기 때문에 일반적인 금형 부품들에 대한 설계만으로 설계가 간략해 질 것이다.
순차적 반복 작도를 대체할 방법으로 공구의 기준 위치에 따른 헤밍 유닛의 자동 작도를 위한 기하학 계산 방법을 김동직[1] 등이 연구한 바 있다. 이 연구는 이 기하학적 수식을 기반으로 하여 여러 개의 헤밍 유닛의 작동 순서를 포함하는 타이밍 차트의 생성 및 조절을 AutoCAD와 EXCEL 을 이용하여 수행할 수 있도록 하였다. 2차원 CAD를 사용은 3차원 CAD 도입에도 불구하고 현장에서 도면과 공정 설계를 위해 지속되고 있기 때문에 아직까지 널리 사용되는 설계 방법이다.
이 과정은 설계자의 판단과 설계 기술을 활용하여 설계 의도에 맞추어 행해질 수 있다. 이 예제에서는 가장 늦게 간섭체크가 이루어지는 유닛 ②, ④, ⑥의 시점에 다른 유닛의 간섭 체크 시점을 드라이브 캠의 상단 복귀 각(Y) 조절을 통해 맞추었다. Fig.
타이밍 차트 자동 생성 프로그램의 검증과 효용성을 검증하기 위하여 현장에서 양산용 자동차 보닛용 패널을 대상으로 제안한 시스템을 통한헤밍 유닛 설계를 수행하였다.
설계 원칙에 따라 유닛 ②, ④, ⑥，⑦은 2 절 유닛 으로, 유닛①, ③，⑤는 4 절 유닛으로 선정하였다. 플랜지 굽힘 순서는 유닛 ①, ⑦의 굽힘 시작으로 유닛 ③, ⑤, 코너부 굽힘을 위한 유닛 ②, ④, ⑥의 순서로 예비헤밍 펀치에 의한 패널의 플랜지 성 형이 이루어지도록 하였다. 플랜지의 높이(FH)는 코너부 5mm, 그 외는 10mm로 설정하였다.
헤밍 금형 설계 자동화를 위해 헤밍 유닛의 자동 설계와 동시에 타이밍 차트를 자동생성 할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 금형 생산 현장에서 널리 사용하는 AutoCAD와 EXCEL을 이용하여 헤밍 유닛의 움직임을 고려한 수치적 설계방식을 사용하였다.

대상 데이터

보닛에 대한 형상은 헤밍 금형 설계 업체로부터 CAD 파일을 제공 받아 필요한 정보를 사용하였다. Fig.

이론/모형

있는 프로그램을 개발하였다. 금형 생산 현장에서 널리 사용하는 AutoCAD와 EXCEL을 이용하여 헤밍 유닛의 움직임을 고려한 수치적 설계방식을 사용하였다. 헤밍 유닛의 주요 움직임/시점이 자동 계산되어 설계 방식이 단순화되기 때문에 경험 많은 설계자에 의해 행해지던 헤밍유닛 설계가 미숙련자에 의해서도 가능하게 된다.

성능/효과

따라서 설계자는 최종 헤밍 유닛의 결과는 물론 필요에 따라 각 단계의 CAD 파일을 손쉽게 얻을 수 있다. 이 CAD 데이터는 헤밍금형 설계를 위한 도면 작성에 바로 사용되어 금형의 설계가 보다 간단히 수행될 수 있다.
헤밍 금형 설계시 가장 중요한 타이밍차트를 수학적 기반에서 자동생성이 되기 때문에 헤밍 금형 전체의 설계 자동화에 기반이 될 것이다. 본 연구를 통해 개발된 프로그램은 자동차 보닛에 적용하여 확인한 바와 같이 현장의 헤밍 금형 설계에 바로 적용하여도 문제가 없음이 입증되었다.
제시한 시스템은 헤밍 금형 생산 업체의 자체 기준에 따라 제시하지 않은 기타 변수 값들도 변경 가능하며 이를 변수 입력 창으로 쉽게 생성시킬 수 있어 각 현장 실정에 맞는 유연한 설계 방법 적용에도 유리하다.

후속연구

이 같은 타이밍 차트의 생성은 헤밍 유닛 설계에 대한 데이터의 체계적 관리를 가능하게 하여 설계 노하우의 보존 및 전달에도 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.

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