[논문]금형블록에 장착된 압조센서를 활용한 다단 냉간단조 공정의 모니터링 및 분석

강성묵; 강기주; 염승록; 이광희; 김진용

doi:10.5228/kstp.2022.31.1.5

금형블록에 장착된 압조센서를 활용한 다단 냉간단조 공정의 모니터링 및 분석
Monitoring and Analysis on Die Loads in Multi-stage Cold Forging Process Using Piezo-Sensors 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.31 no.1, 2022년, pp.5 - 10

강성묵 ((주)풍강 기술개발1팀(기술연구소)) , 강기주 ((주)풍강 기술개발1팀(기술연구소)) , 염승록 ((주)풍강 기술개발1팀(기술연구소)) , 이광희 ((주)풍강 기술개발1팀(기술연구소)) , 김진용 ((주)풍강)

Abstract ▼ AI-Helper

In multi-stage cold forging process, to enhance the productivity and product quality, in-site process monitoring technique by implanting sensors such as piezo-sensor and acoustic emission sensor has been continuously studied. For accurate analysis of the process, the selection of appropriate sensors and implantation positions are very important. Until now, in a multi-state forging machine, wedge parts located at the end of punch-set are used but it is difficult to analyze minute changes in die block-set. In this study, we also implanted sensors to the die part (die spacer) and compared signals from both sensors and found that sensing signals from die part showed enhanced process monitoring results.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Wheel nut for automotive
그림 Fig. 2. Wheel nut manufacturing process
그림 Fig. 3. The schematic diagrams of sensor positions for punch-set and die-set respectively
그림 Fig. 4. The procedure of in-situ process monitoring
그림 Fig. 5. A typical example of process monitoring graph
그림 Fig. 6. Process monitoring example graph from punch-set (case-1)
그림 Fig. 7. Process monitoring example graph from punch-set (case-2)
그림 Fig. 8. Process monitoring example graph from die-set (case-3)
그림 Fig. 9. Process monitoring example graph from die-set (case-4)
그림 Fig. 10. Process monitoring example not detected on both(punch-set and die-set) sensors (case-5)

AI 본문요약
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제안 방법

본 연구에서는 금형부에서 발생하는 공정변화 및 금형 공구 이상 현상을 보다 정확하게 분석하기 위하여 압조센서의 장착 위치를 기존 웨지 부품 이외에 금형 바로 뒷편에 위치하는 금형 스페이서(Spacer) 에 추가로 설치하였다. 금형 스페이서 및 펀치 웨지 각각 센서의 측정 하중을 비교 분석하였고 실시간 공정모니터링의 가능한 범위를 평가하였다.
본 연구에서는 금형부에서 발생하는 공정변화 및 금형 공구 이상 현상을 보다 정확하게 분석하기 위하여 압조센서의 장착 위치를 기존 웨지 부품 이외에 금형 바로 뒷편에 위치하는 금형 스페이서(Spacer) 에 추가로 설치하였다. 금형 스페이서 및 펀치 웨지 각각 센서의 측정 하중을 비교 분석하였고 실시간 공정모니터링의 가능한 범위를 평가하였다.

대상 데이터

Fig. 2에 휠너트 단조 공정의 성형과정을 도시하였는데, 제품의 주요 형상의 성형이 이루어지는 #3단의 공정에서 금형 파손이 자주 발생하여, 본 연구는 #3단의 금형부 및 펀치 부에 각각 장착된 센서를 중심으로 공정모니터링을 진행하였다.
본 연구의 대상 제품은 자동차용 휠너트로 선정하였는데, 휠너트는 자동차의 대표적인 안전부품으며 높은 치수정밀도가 요구되는 단조품이다(Fig. 1).

이론/모형

한편 공정모니터링은 3-view사의 압조센서(PES- 825) 및 MV880i 모니터링 시스템을 활용하여 진행하였는데(Fig. 4), 설비가 가동되어 작업이 진행되면 센서에서 공정과정중의 성형 하중이 측정되고, 감지된 하중의 전기신호를 모니터링 화면에 전송하여 신호 파형의 이상 유·무를 판단하게 된다.

성능/효과

본 연구에서는 다단 냉간단조 공정의 보다 정밀한 모니터링을 위하여 기존의 주로 사용하던 펀치 부와 함께 금형부에도 추가로 압조센서를 장착함으로써 작업 중 발생하는 공정이상 및 금형 파손 부분에 대해 보다 정교한 모니터링을 진행할 수 있었다. 금형단에 센서를 장착한 경우 금형 내부에서 발생한 소재의 이상성형 및 금형부에서 발생하는 공구 파손에 대해 보다 정교하게 감지할 수 있었다. 한편 금형단의 센서에서도 금형의 아주 미세한 파손에 의한 공정이상 부분은 감지할 수 없었는데, 이 부분은 향후 음향센서 등을 활용해서 추가로 분석할 계획이다.
본 연구에서는 다단 냉간단조 공정의 보다 정밀한 모니터링을 위하여 기존의 주로 사용하던 펀치 부와 함께 금형부에도 추가로 압조센서를 장착함으로써 작업 중 발생하는 공정이상 및 금형 파손 부분에 대해 보다 정교한 모니터링을 진행할 수 있었다. 금형단에 센서를 장착한 경우 금형 내부에서 발생한 소재의 이상성형 및 금형부에서 발생하는 공구 파손에 대해 보다 정교하게 감지할 수 있었다.

후속연구

금형단에 센서를 장착한 경우 금형 내부에서 발생한 소재의 이상성형 및 금형부에서 발생하는 공구 파손에 대해 보다 정교하게 감지할 수 있었다. 한편 금형단의 센서에서도 금형의 아주 미세한 파손에 의한 공정이상 부분은 감지할 수 없었는데, 이 부분은 향후 음향센서 등을 활용해서 추가로 분석할 계획이다.
향후 국부적으로 발생하는 미세한 공정이상에 대해서 음향센서(Acoustic Emission sensor)등을 적용하여 평가를 진행할 계획이다.

참고문헌 (8)

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상세보기
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