[논문]자동차 시트 쿠션 판넬의 복합 자동화 금형 제조기술에 관한 연구

박동환; 정창식

doi:10.5228/kstp.2014.23.2.75

자동차 시트 쿠션 판넬의 복합 자동화 금형 제조기술에 관한 연구
A Study on the Complex Automation Die Manufacturing Technology for an Automotive Seat Cushion Panel 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.23 no.2, 2014년, pp.75 - 81

박동환 () , 정창식 ((주)금강)

Abstract ▼ AI-Helper

Progressive dies are used for metal stamping during which multiple operations are performed in a sequence. Material is fed automatically from a coil into the press and advances from one die station to the next with each press stroke. Transfer dies are used in high-volume manufacturing for round, deep-drawn, and medium-to-large parts. Several different operations may be incorporated within a transfer die such as blanking, bending, piercing, trimming, and deep drawing. The main challenge in the current study is how to deform a seat cushion panel meeting the design specifications without any defects. A complex automation die manufacturing technology for the automotive seat cushion panel, mixing both semi-progressive die and transfer die for continuous production, was developed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 세미 프로그레시브(semi-progressive) 금형 및 트랜스퍼 금형 기술을 융합한 복합 자동화 금형설계 제작기술을 확보하기 위하여 시트 쿠션 판넬 시작금형 설계 제작과 프레스 금형의 주요 공정 성형해석 기술을 통하여 복합 자동화 금형 제조기술 개발을 수행하였다[1~4].
본 연구에서는 세미 프로그레시브 금형기술과 트랜스퍼 금형기술을 조합하여 복합 자동차 금형 공정기술을 개발하는 것으로 이러한 기술을 확보하기 위하여 시트 쿠션 판넬 시작 금형 설계 제작과 주요 공정의 성형해석 기술을 통하여 복합 자동화 금형제조기술 개발을 성공적으로 수행하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 아래와 같다.

제안 방법

8mm인 박판 소재를 와이어 커팅 가공하여 시편으로 사용하였다. 기계적 성질을 파악하기 위해 인장시험을 실시하였는데, 시편은 압연 방향에 대해 0도, 45도, 90도 방향으로 인장시편을 수집하였다. 인장시험은 U.
13은 시트 쿠션 판넬의 블랭크 형상 크기를 보여준다. 블랭크 형상은 세미 프로그레시브 금형 공정에서 최적 블랭크 형상을 내기 위해 블랭킹 작업을 진행하는데 최적 제품 형상을 내기 위해 여러 번의 시행착오를 진행하여 최종적으로 결정하였다. Fig.
기계적 성질을 파악하기 위해 인장시험을 실시하였는데, 시편은 압연 방향에 대해 0도, 45도, 90도 방향으로 인장시편을 수집하였다. 인장시험은 U.T.M에서 크로스헤드(crosshead)를 일정 속도로 유지시킨 후 파단에 이르기까지 인장하였다. 인장시험을 통하여 얻은 SPCC의 기계적 성질은 다음과 같다.
프로그레시브 금형과 트랜스퍼 금형을 복합화하여 생산성과 품질을 향상하기 위하여 재료 투입 시에는 세미 프로그레시브 방식을 적용하여 블랭크를 생산하고, 그 이후에는 트랜스퍼 방식을 적용하여 트랜스퍼 금형에서 트랜스퍼 바에 의한 핑거로 공정 간 부품을 이동하여 최종적으로 시트 쿠션 판넬 제품을 생산한다. 즉, 제품 생산은 초기에 코일재를 사용하여 언코일러(uncoiler), 레벨러(leveller), 롤 피더(roll feeder)를 통과하여 1,400톤 트랜스퍼 프레스에 이송되면 프로그레시브 블랭킹 금형에서 블랭크를 생산하여 90도 반전하고 그 후에 트랜스퍼 금형에서 핑거에 의한 공정 간 부품 이송으로 최종 시트 쿠션 판넬 제품을 생산하게 된다.

대상 데이터

20과 같이 세미 프로그레시브 금형과 트랜스퍼 금형 기술을 융합한 복합 자동화 금형설계 제작기술을 개발하여 생산성 향상과 품질 불안을 만족시킬 수 있었다. 개발된 세미 프로그레시브 금형에서 코일 소재를 연속 공급받아 블랭크 부품을 생산하고, 이어 트랜스퍼 금형 공정에서 총 8공정으로 구성되어 있으며 Fig. 21과 같이 최종 제품을 생산한다.
시험에 사용된 소재는 SPCC로 두께는 0.8mm인 박판 소재를 와이어 커팅 가공하여 시편으로 사용하였다. 기계적 성질을 파악하기 위해 인장시험을 실시하였는데, 시편은 압연 방향에 대해 0도, 45도, 90도 방향으로 인장시편을 수집하였다.
판재 성형해석을 위한 블랭크 소재 물성은 인장 시험에 의해 얻은 데이터를 사용하였다. Table 2는 인장시험에 의해 얻은 소재 물성에 대해 나타낸다.

성능/효과

(1) 자동차 시트 쿠션 판넬의 복합 자동화 금형제조 기술 개발을 수행하면서 금형 설계 후에 사전 시뮬레이션을 함으로써 예상되는 문제점을 보완하고 제작하여 시험기간을 단축할 수 있었다.
(2) 세미 프로그레시브 금형과 트랜스퍼 금형 기술을 융합하여 복합 금형 제조기술 공법에 대한 자동화 생산 가능성을 확인할 수 있었다. 즉, 복합 자동차 금형 공정기술 개발로 작업 안전성 확보, 생산성 향상, 원가절감으로 경쟁력을 확보할 수 있었다.
블랭크 90도 반전 장치의 불균형과 센서 오작동으로 인한 판넬 2중 겹침 등의 시행착오를 겪었으나, 1,400Ton 트랜스퍼 프레스 작업 연동으로 제품 형상 및 정밀도 부분에서 양호한 제품을 생산할 수 있었다. 컨베이어 벨트 풀리를 교체하여 Finger 이송장치와 연동할 수 있게 수정하여 기존 10 SPM에서 20 SPM까지 생산성을 향상하였다.
이상의 성형해석 결과로부터 시트 쿠션 판넬의 상단 코너부 2개소에서 터짐 발생이 예상되어 실제 금형제작 후 트라이아웃 시에 상단 코너 부위에 곡률 맞춤 작업을 반복하여 터짐을 개선하였다. 시트 쿠션 판넬의 드로잉 제품은 Fig. 15와 같이 블랭크 홀더력을 변화시키면서 실험한 결과로서 양쪽 코너부의 곡률을 크게 하거나 면 조도 향상 작업을 통하여 양호한 제품을 얻을 수 있었다.
즉, 두께감소율은 양쪽 코너부에서 25%이상까지 증가되어 파단 가능성이 높아지는 것을 예측할 수 있다. 이상의 성형해석 결과로부터 시트 쿠션 판넬의 상단 코너부 2개소에서 터짐 발생이 예상되어 실제 금형제작 후 트라이아웃 시에 상단 코너 부위에 곡률 맞춤 작업을 반복하여 터짐을 개선하였다. 시트 쿠션 판넬의 드로잉 제품은 Fig.
19와 같이 기존 공정은 총 8공정의 단발 금형으로 구성되어 수작업에 의한 로딩과 언로딩으로 품질과 생산성 향상에 걸림돌이 되어 왔다. 이에 Fig. 20과 같이 세미 프로그레시브 금형과 트랜스퍼 금형 기술을 융합한 복합 자동화 금형설계 제작기술을 개발하여 생산성 향상과 품질 불안을 만족시킬 수 있었다. 개발된 세미 프로그레시브 금형에서 코일 소재를 연속 공급받아 블랭크 부품을 생산하고, 이어 트랜스퍼 금형 공정에서 총 8공정으로 구성되어 있으며 Fig.
(2) 세미 프로그레시브 금형과 트랜스퍼 금형 기술을 융합하여 복합 금형 제조기술 공법에 대한 자동화 생산 가능성을 확인할 수 있었다. 즉, 복합 자동차 금형 공정기술 개발로 작업 안전성 확보, 생산성 향상, 원가절감으로 경쟁력을 확보할 수 있었다.
블랭크 90도 반전 장치의 불균형과 센서 오작동으로 인한 판넬 2중 겹침 등의 시행착오를 겪었으나, 1,400Ton 트랜스퍼 프레스 작업 연동으로 제품 형상 및 정밀도 부분에서 양호한 제품을 생산할 수 있었다. 컨베이어 벨트 풀리를 교체하여 Finger 이송장치와 연동할 수 있게 수정하여 기존 10 SPM에서 20 SPM까지 생산성을 향상하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	성형한계도는 무엇인가?	성형한계도는 판재에 파단이 발생할 수 있는 변형영역에 대하여 파단시의 변형이 얼마인지를 나타내는 지표로서 FLD 선도를 구하기 위한 성형시험은 Fig. 5와 같이 만능 박판 성형 시험기를 사용한다.
	기존의 시트 쿠션 판넬 공정의 문제점은 무엇인가?	자동차 시트 프레임 중에서 시트 쿠션 판넬(seat cushion panel)은 기존 1공정에서 8공정까지 Tandem 작업으로 진행함에 따라 작업자 8명을 포함하여, 금형, 프레스 각각 8대가 필요하다. 즉 금형, 프레스에 각각 8명의 작업자가 공정에 투입되어 가동하게 되면 다른 제품 생산에 영향을 미치고, 작업자 각각의 능력에 따라 생산 Line 흐름이 불규칙하게 되어 생산성에 문제가 발생된다. 공정간 이동시 수작업으로 이동, 적재하는 과정에서 품질문제도 발생하며, 작업자 안전에도 큰 영향을 미친다. 또한 단발 금형을 수작업에 의한 생산으로 작업자의 노하우(know-how)에 따라 제품의 품질에 영향을 미친다.
	자동차용 시트가 자동차의 상품성을 결정하는데 있어 가장 중점으로 두어야 할 요인 중 하나인 이유는 무엇인가?	자동차용 시트는 운전자에게 있어 안락함과 동시에 운전자의 안전 확보에 가장 큰 직접적 영향을 주기 때문에, 시트 제조 시에 안전성은 자동차의 상품성을 결정하는데 있어서 가장 중점으로 두어야할 요인 중에 하나다. 자동차 시트 프레임(seat frame)은 시트에 가장 기본이 되는 구조물로서 강도 및 강성을 확보함과 동시에 초경량 소재를 사용함으로 자동차 무게 감소에 따른 연비상승 효과를 기대할 수 있고, 경량화, 고부가가치화, 신기술 개발적용에 따른 자동화 생산으로 국내와 세계시장에 잠재력을 가진 핵심기술 개발이 요구된다.

참고문헌 (6)

K. H. Ahn, D. H. Yoo, M. H. Seo, S. H. Park, K. S. Chung, 2009, Springback Prediction of TWIP Automotive Sheets, Met. Mater. Int., Vol. 15, No. 4, pp. 637-647.

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J. H. Lee, W. J. Chung, J. H. Kim, 2012, Influence of Drawing Speed and Blank Holding Force in Rectangular Drawing of Ultra Thin Sheet Metal, Trans. Mater. Process, Vol. 21, No. 6, pp. 348-353.

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J. T. Kim, B. M. Kim, C. G. Kang, 2012, Blank Shape Design Process for a Hot Stamped Front Pillar and its Experimental Verification, Trans. Mater. Process, Vol. 21, No. 3, pp. 186-193.

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S. H. Kim, H. B. Shim, 2012, A Study on the Process Optimization by a Beadless Stamping, Trans. Mater. Process, Vol. 21, No. 8, pp. 485-492.

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J. W. Park, T. W. Ku, B. S. Kang, 2013, Numerical Simulation for a Multi-Stage Deep Drawing of Anisotropic SUS409L Sheet into a Rectangular Cup, Trans. Mater. Process, Vol. 22, No. 3, pp. 133-142.

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N. J. Kim, Y. T. Keum, 2013, Experimental Determination of Friction Characteristics for Advanced High Strength Steel Sheets, Trans. Mater. Process, Vol. 22, No. 4, pp. 223-228.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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