최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
NTIS 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
DataON 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Edison 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국생산기술연구원 Korea Institute of Industrial Technology |
---|---|
연구책임자 | 이석우 |
참여연구자 | 김창주 , 박형욱 , 이상원 , Patrick Kwon , 안호상 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2019-07 |
과제시작연도 | 2019 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200006262 |
과제고유번호 | 1415162354 |
사업명 | 기계산업핵심기술개발사업(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-08-19 |
키워드 | 극저온 가공.공구 모니터링.해석 알고리즘.나노유체 극미량 윤활.틸팅 헤드.기계장비 열변형.주축통과.기계진동 특성.공구마모.공구 수명.액화질소 분사. |
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 티타늄/CGI 등 난삭(難削)소재 가공시 공구수명 및 가공성 향상이 가능한 극저온/나노MQL 융합 가공공정 원천기술 및 소재제거율(MRR) 향상을 위한 극저온 기반 고토크(1,000Nm급 이상) 5축 가공시스템 개발
- 가공효율이 매우 낮은 난삭소재의 가공성을 극대화하기 위해, 극저온 냉매 및 나노 MQL을 가공부위에 효율적으로 분사/제어할 수 있는 시스템 기술 및 공구수명 및 가공속도를 향상시킬 수 있는 극저온 가공 원천기술 개발
- 소재제거량(MRR) 향상이 가능한 극저온
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 티타늄/CGI 등 난삭(難削)소재 가공시 공구수명 및 가공성 향상이 가능한 극저온/나노MQL 융합 가공공정 원천기술 및 소재제거율(MRR) 향상을 위한 극저온 기반 고토크(1,000Nm급 이상) 5축 가공시스템 개발
- 가공효율이 매우 낮은 난삭소재의 가공성을 극대화하기 위해, 극저온 냉매 및 나노 MQL을 가공부위에 효율적으로 분사/제어할 수 있는 시스템 기술 및 공구수명 및 가공속도를 향상시킬 수 있는 극저온 가공 원천기술 개발
- 소재제거량(MRR) 향상이 가능한 극저온 기반 고토크/고출력(1000Nm, 40kW급) 헤드틸팅형 가공시스템 기술 및 고강성 툴링(Tooling) 시스템 개발
□ 개발내용 및 결과
○ 난삭소재의 가공 효율을 높이기 위한 가공공정 기술 및 시스템 개발 개요
- 낮은 비등점(-198℃)을 갖는 액화질소를 이용하여 절삭가공 부위의 절삭력을 냉각시키는 친환경(무색, 무취, 무독성) 극저온 가공공정 원천기술 개발
- 액화질소 분사를 위한 분사 장치 및 극저온 Through-spindle 개발
- 친환경 신공정(극저온, 나노-MQL), 가공소재 특성, 공구 특성을 고려한 가공 원천기술 확보
- 극저온 가공을 위한 공구 개발 및 난삭재 공구 마모 메커니즘 분석
- 난삭재 가공성(공구수명, 표면품질, MRR) 향상을 위한 1000Nm, 40kW 이상의 고토크 가공시스템 개발
- 공구마모, 장비 이상상태 검출을 위한 모니터링 시스템 개발
○ 개발 내용 및 결과
- 극저온 냉매 분사 시스템 개발(밀링, 터닝)
● 액화질소 분사 특성 분석, 이송 시스템 및 상분리기 개발, 압력 제어 시스템 개발, 분사 상태(압력, 온도 등) 모니터링 소프트웨어 개발, LN2 공급 탱크 자동 교환 시스템 구축
- 극저온 분사 시스템 CNC 제어
● M-code, CNC controller, Tool table, CNC soft-key를 통한 LN2 분사 제어, PLC-PC-CNC 통신기술 확보, CNC HMI 제어 기술 확보
- 툴링키트 개발(Tooling kit)
● 일반장비에서의 극저온 가공을 위한 다양한 형태의 극저온 분사 홀더 개발
● 다양한 가공 실험을 통한 내구성/가공성 검증
- 극저온 공구 개발(밀링/터닝)
● 극저온 냉매의 외부노즐 분사에 따른 소재경화(Hardening) 최소화를 위한 내부(Internal) 및 간접냉각(Indirect cooling) 공구 개발
● Flat, Bull, Ball, Indexable endmill, Face cutter용 공구 개발
- 극저온 가공을 위한 소재특성, 가공조건 파라메터 분석 및 최적화
● 다양한 윤활/냉각 조건에 따른 난삭재 가공성/마모메커니즘 비교
● 공구/공정에 따른 분사 압력 최적화를 통한 극저온 가공성 극대화 달성
● 열처리에 따른 소재 특성과 가공성 영향 분석, 다양한 미세구조에 따른 가공 원천기술 확보, 공구 코팅 종류에 따른 가공성 및 마모메커니즘 분석
- 극저온 공정 열 거동/절삭 부하 해석 모델 구축
● 실험/해석 기반 절삭부하, 칩 형상, 가공 온도, 표면 거칠기, 공구 마모 연구 수행
● 극저온 공정 데이터베이스를 위한 가공 데이터 확보
● 절삭 부하, 가공 온도 해석 모델 구축하고, 이를 기반으로 공정 최적화 모델 개발, 가공 DB와 연계하여 최적 가공 조건 제공 소프트웨어 개발
- 나노 MQL 가공 원천기술 확보
● 나노 크기의 입자를 식물성 오일과 혼합하여 MQL 분사. 높은 절삭 온도에서 증발하지 않고 윤활작용을 유지, 난삭 소재 가공성 증가
● 다양한 나노유체의 윤활/마찰/점도/액적거동/환경 유해성 등 분석
● 극저온+나노MQL 열유동 해석 및 간섭현상 분석
- CNC연계 실시간 가공 모니터링 시스템 개발
● 다양한 센서를 통한 공구마모/장비 이상상태 검출 알고리즘 및 시스템 개발
● CNC 통신을 위한 OPCUA, TCP/IP 기술로 지능형 모니터링 기술 확보
- 극저온 기반 Through-spindle 개발
● 스핀들의 정/동강성/열 해석을 통한 설계 보완, 극저온 분사를 위한 핵심 기술 개발
● 동적 루프강성 해석을 통한 설계 보강 및 주축 열변형 해석 모델 개발
● 고토크/고출력 스핀들 핵심 요소 개발
● 주축 관통 2채널 스핀들 헤드 개발(극저온 냉매, MQL)
- 다양한 형태의 가공기 제작
● 극저온 가공이 가능한 4축 밀링헤드, 5축 틸팅헤드, 트루니온 방식 5축, 고속 수평 보링헤드, 밸브 가공 전용 장비 개발
● 스핀들 헤드 교체형으로 사업화 다각화
● 장비별 정/동강성 해석을 통한 설계 보완 및 기술 개발
- 1500mm 이상 이송의 고정밀 제어 핵심 기술 개발
● 고정밀 제어가 가능한 시스템 핵심 기술 개발, 고속, 고정밀, 에너지 저감
● 유압 클램프를 적용한 위치 정밀도 향상 기술 확보
- 해석모델 및 가진 시스템을 통한 개발 장비의 가공성능 평가
● 가공기의 동적 루프강성 측정을 위한 압전소자 방식의 가진 시스템 개발
● 절삭력, 구조 진동 특성 분석을 통한 가공성능 평가, 가공 안정성 예측과 실험적 검증, 가공 안정성 맵 데이터 확보
● 표준시편을 통한 장비 기계능력지수 측정 (Cmk 1.33이상으로 우수)
● 장시간(12시간/1일, 3일) 극저온 분사 시의 장비 특성 분석을 통한 신뢰성 확보, 절삭력 진동, 스핀들 베어링/냉각기 온도 변화 분석 (안정적 상태 유지)
● 항공부품 모사 가공을 통한 극저온 가공성 검증(블리스크, 베어링 블록, 임펠라 등 5축 형상 극저온 가공)
- 극저온 가공의 공구 수명/MRR 향상
● 극저온+나노MQL을 통한 다양한 가공 실험 진행 및 분석(공구수명 10배 향상)
● 엔드밀, 드릴, 페이스밀 등의 공정에서 가공성 향상 검증
- 극저온에 의한 소재 영향 분석
● 가공표면 열영향층, 잔류응력 등 분석, 습식 대비 극저온 가공 시 표면 품위 향상 검증
- 극저온 가공비용 및 생산성 향상 효과 분석
● 모사 가공을 통한 습식 대비 극저온 가공성 및 경제성 향상 분석
● 투자비 및 연간 순이익을 기반으로 비용/편익 및 ROI 분석
- 수요기업에 극저온 가공 공정 적용
● 두산(터닝), KAI(밀링)의 난삭재 극저온 가공 공정 기술 적용, 가공성 향상 검증
□ 기술개발 배경
○ 자동차, 항공, 우주 등 첨단산업에서의 난삭소재 수요 급증
- 부품산업에서 경량화, 친환경화 및 고효율화 요구에 신소재 수요 증가
- 난삭재 : 기계적 절삭가공이 어려운 특성을 갖는 소재(Difficult-to-cut)
- 난삭 소재로는 티타늄합금, 니켈합금, CGI, 복합재료(CFRP 등), 세라믹, 고경도강 등이 있음
○ 고경도, 내마모, 고강도, 초경량의 신소재 가공기술 관련 경쟁력 강화 요구
- 난삭재 사용의 급격한 증가에 따라 선진업체는 난삭재 가공 솔루션, 극저온 가공 등 신공정 개발 및 고출력/고토크 가공장비 출시와 관련 특허 선점 및 수요산업 대응력 강화(기술도입시기에서 급성장기로 전환)
- 국내 난삭재관련 가공 및 장비 기술력 저하로 인해 주력산업 및 신산업의 경쟁력 약화 우려됨에 따라 가공 원천기술 확보 시급
- 융복합 가공기술 개발을 통해 가공관련 원천기술 및 신공정 융합장비 개발로 산업 경쟁력 확보 필요
○ 난삭재 가공관련 국내 원천기술 확보 필요
- 난삭재 가공을 위한 원천기술(공구, 소재, 공정기술) 부족으로 고경도 소재의 사용이 제한적이고 신공정 개발에 난항
- 항공, 우주 등 첨단산업의 수주량이 급증하였으나 관련 원천기술 부족으로 고부가가치 신규 부품시장 진입 어려움
- 기계가공부품 기술투자 미비에 따른 주력산업 경쟁력 저하 및 관련분야 인력 부족 심화
□ 핵심개발 기술의 의의
○ 극저온 가공에 대한 기초적인 학술 연구 사례는 보고되고 있으나, 국내 극저온 가공기의 개발 사례는 없음 (국내 최초 극저온 가공시스템 개발)
○ 난삭재 가공성 향상을 위해 극저온 가공장비-공정기술(해석/분석)-모니터링 등 가공솔루션 관점의 기술개발을 통해 수요기업 적용 가능
○ 극저온 가공공정 원천기술 및 공구마모/장비 이상상태 검출 모니터링 시스템을 통한 난삭재 가공 품질 및 생산성 향상
○ 극저온 기술뿐만 아니라 난삭재 가공을 위한 고토크/고강성 장비의 다양한 라인업을 통해 장비 경쟁력 확보
○ 두산, KAI 등 수요기업 적용을 통한 극저온 가공시스템 실증 적용 및 안정화 기술 확보 중이고, 율곡 등 국내 핵심 항공부품 기업으로 확대 중
○ 해외 선진사인 5ME를 통해 확대되고 있는 극저온 가공시스템 시장에 진입할 수 있는 경쟁력 확보
- 5ME는 Okuma, Doosan America 등과의 협력을 통해 극저온 가공기반 난삭재 가공시장 공략
□ 적용 분야
○ 자동차, 항공, 우주 분야의 난삭재 부품가공 산업 및 금형, 의료 등 다양한 절삭가공 산업군
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 4p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
---|---|
연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
Copyright KISTI. All Rights Reserved.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.