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프로그레시브 금형(Progressivedie) 설계 소프트웨어
 
●기술리포트
 
월간 기계기술기자 | 2004.07.01 | 2004년 7월호
 
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프로그레시브 금형은 둘 또는 그 이상의 설치(Station)에서 공작물이 가공되어 하나의 설치에서 다음의 설치로 순차적으로 이송되면서 둘 이상의 연속 가공이 이루어지는 금형을 말한다.
  즉, 일련의 금속 스트립(Strip)을 프레스, 펀치, 벤딩공정이 연결된 성형라인 위로 순차적으로 거치게 하면서 원하는 형상으로 성형시키는 금형이다. 이와 같은 공정을 자동화하는 작업은 전체공정의 복잡성 때문에 결코 쉽지 않다. 그러나 전세계 적으로 3차원 설계의 비중이 높아짐에 따라, 프로그레시브 금형설계 과정을 자동화하고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있다. 프로그레시브 금형은 다른 단발 금형에 비하여 복잡하고 금형설계·제작비가 비싸므로 금형 설계상의 오류는 경제적, 시간적으로 큰 손실을 초래하기 때문이다.
1. 서론
프로그레시브 금형 설계용 소프트웨어의 첫번째 제품은 1980년대 초에 Auto-Trol Technology사에 의하여 개발되었다.
  1980년대 말에는 Diemaker(http://www. diemaker.net/index.html)와 Striker시스템 (http://www.striker-systems.com/home.htm)이각각 AutoCAD용 소프트웨어를 개발하였으며, 개발 된 소프트웨어는 널리 보급되어 사용되었다.
  Diemaker와 Striker시스템사 제품과 같이 2차원/3차원 와이어프레임(Wireframe) 형상모델링을 채택한 소프트웨어는 실제 산업현장에서 Dieblock과 펀치들을 조립하기 위한 도면을 생성하는데 많이 사용되었다.
  그러나 설계자가 머리 속으로 개념설계 한 후 직접 스케치하거나 또는 실제 모델 (Physical model)을 이용해야 하는 펀치공정 설계에는 이와 같은 소프트웨어는 큰 도움이 되지 못하였다.
  이러한 상황은 EDS PLM Solutions의 Unigraphics용 프로그레시브 금형설계 Wizard가 출시되면서 변화하였다. Unigraphics Wizard는 설계자가 프로그레시브 금형 세트의 3차원 모델을 생성하는데 도움을 주는 최초의 프로그램으로, 실제 Shopdrawing을 만들기 전의 금형 세트를 시뮬 레이션 해볼 수 있으며 에러를 수정할 수 있도록 자동 안내하는 시스템이다.
  이와 같은 소프트웨어의 효용성이 입증되면서 다른 업체에서도 비슷한 개념의 소프트웨어를 잇달아 출시하였다. 2000년대 들어 홍콩의 3DQuick ToolsLimited는 3DQuickPress라는 솔리드웍스용 3차원 프로그레시브 금형세트 설계 어플리케이션을 출시하였으며, 프랑스의 MisslerSoftwar사에서도 TopProgress라는 소프트웨어를 개발하여 출시 하였다 (www.topsolid.com). 본고에서는 3D Quick Press에 대하여 집중적으로 다룰 예정인데, 그 주요 기능과 특성은 다음과 같다.
2. Strip-layout
금형 설계공정은 제품 최종형상의 3차원 솔리드 모델로부터 시작된다. 3D Quick Press는 솔리드웍스에서 생성된 모델뿐만 아니라 다른 모델 러에서 생성된 다양한 모델타입도 지원한다.
  또한, 각 벤딩 공정에서의 굽힘공차(Allowances)를조절할 수 있도록 해주며, Striplayout을 위하여 소재를 Flat하게 펴주는 기능을 제공한다<그림 2>. 프로그레시브 성형 공정에서 소재는 순차적으로 굽혀지거나 제거된다. 따라서 설계자는 몇 단계의 설치를 거쳐야 최종 형상을 만들 수 있을 지부터 결정해야 한다.
  만약 이 결정이 적절하지 못하면 차후에 추가 비용을 들여 횟수를 재조정해야 한다.
  3D QuickPress는 <그림 3>과 같이 설계자에게 소재의 최적 Orientation 정보를 제공하며 그에 따른 설치의 방향성도 결정할 수 있도록 도와준다.
  가장 중요하면서도 가장 어려운 작업은 각 설치에서 어떤 종류의 펀칭 공정을 결정하냐 하는 것이다. 3DQuickPress는 특징형상 개념을 제공하는 시스템이므로 각 설치에서 Cutouts와 펀치 Profiles를 생성할 수 있는 기능을 제공한다<그림 4>. 즉, 구멍을 뚫는데 필요한 펀치를 먼저 정의하 고, Piece사이의 소재를 Notch out 하는 펀치를 설계한 다음, 플랜지를 굽히는 펀치를 설계하고 마지 막으로 스트립으로부터 소재를 분리하는 펀치를 설계할 수 있도록 순차적으로 돕는다. 이와 같은 공정이 종료되면, 전체 공정을 검토할 수 있도록 공정 전체를 화면에 시뮬레이션 한다 <그림 5>.
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3. DieBlockAssembly
금형설계자와 공정설계자에 의하여 펀치공정이 확정되면, 다음 단계는 펀치 프레스를 지지하는 Die-blockassembly를 설계하는 작업이다.
  <그림 6>과 같이 3D Quick Press는 설계자가 전체 조립조건을 정의하고 적절한 Plate 두께를 선정할 수 있도록 안내하는 Die-set wizard를 제공 한다.
  Die-set wizard는 자동으로 Top and bottom shoes, Die block, Guide pins, 펀치 Holders와 Fasteners등 Die-block assembly를 생성시킨다.
  또한, 각각의 3차원 펀치모델을 추출 해주며 이들을 한 벌의 조립품으로 결합시켜준다. Dieplates 위에 모든 구멍들은 불리언(Boolean) 연산작업으로 잘라내어 진다.
  Dieblock은 펀치사이를 통과하는 스트립을 지지 하는 역할을 한다. Die에는 펀치가 소재사이로 통과될 수 있도록 많은 구멍이 뚫려 있는데, 일반적으로 Die 위의 구멍은 펀치 외곽선보다 크다. 3D Quick Press는 설계자가 이와 같은 Hole profile를 펀치 Outline을 이용하여 수정할 수 있도록 도와주며, 작업 후 얻어지는 최종제품은 Die block위에 모든 부품이 포함된 3차원 솔리드 조립체 모델이다<그림 7>, <그림 8>. 이 모델을 솔리드웍스 Drafting tool로 읽어서 도면과 부품주 문을 위한 BOM(Bill Of Material)으로 만들 수 있다. 또한 공정의 Scrap rate와 요구되는 Press force를 산출할 수 있다.
  <그림 9>와 <그림 10>은 각각 3DQuickPress를 이용하여 성형한 복잡한 제품의 예와 340개의 부품으로 이루어진 금형 세트를 설계한 예를 보여준다.
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4. 가치와 실용성
3D QuickPress는 8,000불에 판매되는데 솔리드 웍스 라이센스 비용인 $3,995와 $5,495 사이의 추가비용이 소요된다.
  이는 The Progressive-Die Wizard for Unigraphics가격의 반을 약간 넘는 가격이다.
  3D Quick Press와 EDS의 Progressive-Die wizard가 숙련된 금형설계자를 대체할 것으로 보이지는 않는다. 하지만, 본 제품들은 설계자로 하여금 설계시간과 설계비용을 줄이거나 2차원 소프트웨어가 내재하는 생산오류를 제거할 수있으므로 설계자의 생산성을 크게 향상시킬 것이다.

 
TAG :  소프트웨어  와이어프레임  펀칭공정  프로그레시브금형  형상모델링
 
 
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