KR102433600B1 - 금형수명 관리 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
금형수명 모니터링 시스템이 개시된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템은 냉간단조 공정에 이용되는 금형의 한계수명을 모니터링 하기 위한 시스템으로서, 금형의 일측에 설치되어 금형에 가해지는 성형하중 데이터를 수집하는 센서 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 적어도 하나의 프로세서는, 성형하중 데이터에 기초하여 금형의 응력을 해석하고, 응력의 해석결과 획득된 금형의 최대 주응력 예측값과, 금형의 재료에 대응되는 피로선도를 고려하여 상기 한계수명을 예측한다.
Description
본 발명은 금형수명 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉간단조 공정에 이용되는 금형의 한계수명을 모니터링 하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일례로, 자동차 부품 생산에 있어서 원가절감 및 환경문제 해결을 위하여 열처리를 생략하거나 가공 과정을 삭제하는 공법의 개발이 많이 이루어지고 있다.
특히, 강체공구를 이용하여 재료를 압축 변형시키고 원하는 형상으로 성형하는 가공법인 냉간단조 가공의 경우, 열간단조 가공 대비 치수정밀도가 높아져 일부 가공 공정을 생략할 수 있으며 원소재 가열 공정이 없으므로 환경문제도 해결할 수 있다.
이 때, 냉간단조는 주로 밀폐된 공간에서 소재변형을 유도하므로 매우 높은 하중이 발생하여 단공정으로 원하는 형상을 얻기 어려워 다단으로 성형을 하게 된다. 따라서 단조품의 성형공정은 보통 5~6단으로 설계되며, 설비 또한 5~6단 형태인 것을 고려하였을 때, 냉간단조 공정에 사용되는 금형은 부품단가의 약 3~40%를 차지할 정도로 제품비용 중에서 큰 비중을 차지한다.
단조금형은 높은 압축하중이 반복적으로 작용함에 따라 피로파괴에 의해 파손에 이르게 된다. 특히 파손과 관련하여 단조금형은 한계수명이 정해져 있지 않을 뿐만 아니라, 개별 금형마다 높은 편차를 보인다.
종래 단조금형의 경우, 작업자의 경험에 의존하여 금형수명을 관리하는데, 만약 금형수명을 한계치까지 관리할 경우 파손으로 인한 품질불량으로 공정비용이 상승하게 되는 문제가 있다. 이와는 달리 금형수명을 보수적으로 관리할 경우, 금형을 최대수명까지 사용하지 못하여 금형비용이 상승하게 되는 문제가 있다.
한편, 다단 냉간단조 공정은 밀폐된 공간에서 진행되므로 현장에서는 금형 상태 자체를 육안으로 확인할 방법이 없다. 따라서 작업자가 단조품을 일일이 확인하는 방법이 유일하지만 현실적으로 공정 전체를 감시하는 것은 불가능에 가깝다.
작업자의 경험에 의한 수명관리 외에 전문가가 냉간단조 소재의 피로물성을 획득하고 금형응력을 해석함으로써 수명을 예측하는 방법이 있기는 하다. 그러나, 이 경우 전문가의 현장 방문을 필요로 하며, 해석에 사용되는 성형하중의 값이 이상적으로 고정된다. 따라서 개별 작업 환경에 따른 성형하중의 편차가 고려되지 않는 문제가 있다.
상술한 상황을 고려하였을 때, 금형수명의 효율적 관리 및 금형파손에 따른 품질불량을 억제하기 위해서 금형수명의 효율적 관리수단이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 실제 성형하중 데이터를 이용함으로써 보다 정확한 한계수명 예측결과를 제공할 수 있는 금형수명 모니터링 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 다단 냉간단조 공정에 이용되는 복수의 금형들의 한계수명을 개별적으로 관리할 수 있는 금형수명 모니터링 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 실시간으로 작업자에게 한계수명 예측 결과를 제공할 수 있는 금형수명 모니터링 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 냉간단조 공정에 이용되는 금형의 한계수명을 모니터링 하기 위한 시스템으로서, 상기 금형의 일측에 설치되어 상기 금형에 가해지는 성형하중 데이터를 수집하는 센서 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 성형하중 데이터에 기초하여 상기 금형의 응력을 해석하고, 상기 응력의 해석결과 획득된 상기 금형의 최대 주응력 예측값과, 상기 금형의 재료에 대응되는 피로선도를 고려하여 상기 한계수명을 예측하는, 금형수명 모니터링 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 센서는 피에조 센서로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 냉간단조 공정은 복수의 금형을 포함하는 다단 공정으로 이루어지고, 상기 센서는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 설치되며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 한계수명을 예측할 수 있다.
이 때, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 금형 또는 상기 센서의 특성을 고려하여 산출되는 오차를 보정한 제 1 성형하중 데이터를 이용할 수 있다.
이 때, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 한계수명 예측을 반복하여 수행하며, 과거에 획득된 성형하중 데이터, 응력해석 결과 및 한계수명 예측결과 중 적어도 하나를 추가적으로 고려하여 상기 한계수명을 예측할 수 있다.
이 때, 상기 한계수명의 예측결과를 실시간으로 작업자에게 출력하는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 금형수명 모니터링 시스템을 이용하여 냉간단조 공정에 이용되는 금형의 한계수명을 모니터링 방법으로서, 상기 센서가 상기 성형하중 데이터를 수집하는 단계; 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 성형하중 데이터에 기초하여 상기 응력을 해석하는 단계; 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 응력 해석결과로부터 상기 금형의 최대 주응력 값을 도출하는 단계; 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 최대 주응력 값을 상기 금형의 재료에 대응되는 피로선도에 적용하여 상기 금형의 한계수명을 예측하는 단계를 포함하는, 금형수명 모니터링 방법이 제공된다.
이 때, 상기 냉간단조 공정은 복수의 금형을 포함하는 다단 공정으로 이루어지고, 상기 성형하중 데이터를 수집하는 단계에서는, 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 성형하중 데이터를 수집하며, 상기 한계수명을 예측하는 단계에서는, 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 한계수명을 예측할 수 있다.
이 때, 상기 한계수명을 예측하는 단계에서는, 상기 한계수명 예측을 일정 주기마다 반복 수행한 후, 성형하중 데이터, 응력해석 결과 및 한계수명 예측결과 중 적어도 하나를 별도 저장하고, 상기 한계수명을 예측함에 있어서 상기 최대 주응력 값 및 상기 피로선도 외에 상기 별도 저장된 과거 성형하중 데이터, 응력해석 결과 및 한계수명 예측결과 중 적어도 하나를 추가적으로 고려할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템 및 방법은 이상적이고 고정된 성형하중 데이터를 이용하는 것이 아니라, 각 시점마다 편차를 가지는 실시간 성형하중 데이터를 이용하여 한계수명을 예측함으로써 보다 정확한 한계수명 예측결과를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템 및 방법은 복수의 금형을 포함하는 다단 냉간단조 공정에 적용시, 각 금형의 한계수명을 개별적으로 예측함으로써 보다 세부적으로 금형의 교체시기를 파악할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템 및 방법은 응력해석 결과 및 금형의 재료적 특성 외에 한계수명 예측과 관련하여 과거에 저장된 데이터를 추가적으로 이용함으로써 금형의 한계수명을 보다 정확하게 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템 및 방법은 작업자와 인접하여 위치하는 디스플레이를 통해 실시간으로 작업자에게 한계수명 예측 결과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템의 각 구성을 블록 형태로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템의 센서가 금형에 설치되는 일 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니링 시스템의 센서가 설치될 수 있는 고정볼트의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니링 시스템의 센서에서 출력된 전기신호의 값을 적분하여 성형하중 그래프의 형태로 나타내는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템의 각 구성을 블록 형태로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템의 센서가 금형에 설치되는 일 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니링 시스템의 센서가 설치될 수 있는 고정볼트의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니링 시스템의 센서에서 출력된 전기신호의 값을 적분하여 성형하중 그래프의 형태로 나타내는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 일부 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단” 및 “구성”등과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템의 각 구성을 블록 형태로 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템의 센서가 금형에 설치되는 일 예시를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니링 시스템의 센서가 설치될 수 있는 고정볼트의 일 예시를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니링 시스템의 센서에서 출력된 전기신호의 값을 적분하여 성형하중 그래프의 형태로 나타내는 것을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)은 금형의 한계수명을 전문가에 의하지 않고서도 실시간으로 모니터링할 수 있는 시스템으로서, 예를 들어 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈, 또는 이들의 다양한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)은 특히 냉간단조 공정에 적용될 수 있는데, 여기서 냉간단조 공정이란, 도 3에 도시된 바와 같이 강체공구, 즉 단조금형(30)를 이용하여 재료(39)를 압축 변형시키고 원하는 형상으로 성형하는 가공법을 의미할 수 있다
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)은 센서(20)와, 프로세서(40)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 센서(20)는 금형(30)에 설치되어 금형(30)에 가해지는 성형하중 데이터를 수집할 수 있다.
구체적으로, 냉간단조 공정 중, 외부에서 단조금형(30)에 작용하는 응력의 정도가 변형이 발생하는 항복응력(Yield Stress) 보다 훨씬 작더라도, 재료(39)에 변형을 가하는 과정이 반복적으로 수행될 경우, (장기간 지속적으로 금형에 작용한다면) 금형(30)이 피로파괴(Fatigue fracture) 될 수 있다. 이 때, 피로파괴와 관련된 금형의 한계수명을 예측하기 위해서는 금형(30) 자체에 작용하는 응력을 해석하는 것이 필요하다. 이와 관련하여 센서(20)는 상술한 응력을 해석하기 위한 기초자료로서, 성형하중 데이터를 수집할 수 있다.
여기서, 성형하중 데이터란, 금형에 작용하는 외력의 형태 또는 정도를 파악하는데 이용될 수 있는 정보를 의미하며, 센서(20)는 상기 외력에 비례하는 출력 신호를 생성하여 성형하중 데이터를 제공할 수 있다.
비제한적인 일례로서, 센서(20)는 피에조 센서(piezoelectric pressure sensor), 즉, 압전형 압력 센서로 이루어질 수 있다. 여기서 피에조 센서란, 압력에 의하여 탄성체에 발생한 변위나 변형을 압전 소자에 가하여 응력에 의해서 발생한 전압을 검출하는 공지의 센서를 의미할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)의 센서(20)는 소형이면서도 고감도 및 고속의 응답 성능을 확보할 수 있다.
다만, 피에조 센서는 센서(20)의 일례에 불과하며, 하중 관련 정보를 수집할 수 있는 다양한 센서, 예를 들면 정전용량식 압력센서(Differential Capacitive Pressure Sensor), 전위차계식 압력센서(Potentiometric Pressure Sensor) 또는 LVDT 압력센서(Linear Variable Differential Transformer) 등이 채용될 수 있음을 밝혀 둔다.
본 발명의 일 실시예에서, 센서(20)는 금형(30)의 일측에 설치될 수 있다.
이 때, 센서(20)는 내구성 확보를 위해 단조 작업 시 성형 하중에 의해 파손되지 않도록 성형 하중이 미치지 않는 간접적인 위치에 설치되는 것이 바람직하며, 동시에 간접적인 위치에 설치됨에도 불구하고 효과적으로 성형 하중과 관련된 데이터를 센싱할 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
구체적인 일례로서, 도 4를 참조하면, 센서(20)는 다이를 다이블럭에 고정시켜주는 고정 볼트(25)의 내부에 형성된 공간에 설치되어 성형 하중과 관련된 데이터를 간접적으로 센싱할 수 있다. 이 때, 다이는 단조소재를 내부에 수용하여 외경 확대 범위를 제한하는 부재를 의미하며, 다이블럭은 상기 다이 외측에 구비되어 다이의 외측방향 변형이 제한되도록 지지하는 부재를 의미한다.
또한, 센서(20)는 펀치 블록(Punch block) 내 웨지(wedge)와 백플레이트(backplate) 사이에 설치될 수도 있다.
그리고, 센서(20)는 하나의 금형에 설치되는 복수개의 센서들(20a, 20b)을 포함할 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 단조금형(30)을 구성하는 상부(30a)와 하부(30b) 중 각 부분(30a 또는 30b)에 개별적으로 설치될 수도 있다.
센서(20)는 금형 중에서, 재료(39)에 압력을 직접적으로 가하는 부분이 아닌, 도 3에 도시된 바와 같이 금형(30)의 외측 일부에 설치될 수 있다. 이는 재료에 대한 가압 공정 시 센서(20)가 파손되는 것을 방지하기 위함이다.
이 때, 센서(20)는 직접 하중의 영향이 작용하는 위치에 설치되는 것이 아니므로(센서(20)가 간접적으로 성형하중 데이터를 수집하므로) 계측된 성형하중 데이터가 실제 성형하중 데이터보다 과소하게 계측될 수 있다. 이를 해소하고자, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)은 오차가 보정된 성형하중 데이터를 이용할 수 있는데, 이에 대해서는 프로세서(40)와 관련된 설명을 통해 보다 상세히 기술하기로 한다.
한편, 일반적으로 냉간단조 공정은 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 금형을 포함하는 다단 공정(일 실시예의 경우, 6단 공정으로 도시됨)으로 이루어질 수 있다. 이를 고려하여, 센서(21 내지 26)는 상기 금형(30)을 구성하는 개별 금형(31 내지 36)마다 각각 개별적으로 설치될 수 있다. 이것은 각 개별 금형(31 내지 36)에 작용하는 하중이 서로 상이할 수 있으므로, 각각의 개별 금형(31 내지 36) 마다 별도로 한계수명을 모니터링 하기 위함이다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)은 각각의 금형 요소(31 내지 36)들의 한계수명을 보다 세부적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)은 적어도 하나의 프로세서(40)를 포함할 수 있다. 이 때, 프로세서(40)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다.
먼저 프로세서의 입력부(42)는 센서(20)로부터 성형하중 데이터를 수신할 수 있다.
다음으로 프로세서의 판단부(44)는 센서(20)로부터 전달된 성형하중 데이터에 기초하여 금형(30)의 응력을 해석할 수 있다. 여기서 응력을 해석한다는 것은 센서(20)로부터 전달된 성형하중 데이터를 바탕으로 외력이 작용하는 금형의 각 부분에 발생하는 응력(및 응력도)을 수학적 계산에 의해 구하는 것을 의미할 수 있다. 이러한 해석 과정은 공지의 금형 응력해석 솔버(solver)을 이용하여 이루어질 수 있다.
이 때, 프로세서의 판단부(44)는 성형하중 데이터를 이용함에 있어서, 계측된 성형하중 데이터로부터, 오차를 보정한 상태의 제 1 성형하중 데이터를 이용할 수 있다. 여기서, 오차란 금형(30) 또는 센서(20)의 특성을 고려하여 산출될 수 있는 것으로서, 일례로, 이미 전술한 바와 같이 센서(20)를 직접 가압 부위가 아닌 금형(30)의 외측에 부착하여 간접적으로 성형하중 데이터를 획득함으로써 발생되는 오차 또는 금형(30)의 형상적 특성 등에 기인하여 발생될 수 있는 오차를 의미한다. 이러한 오차는 사전 실험을 통해서 미리 계측된 후, 프로세서(40)에 저장되어 반영될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 오차는 교정 로드셀을 이용하여 사전에 획득될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5를 참조하면, 센서(20)로부터 출력된 전기신호를 시간에 따라 나타낸 것이 도 5의 좌측 그래프와 같다. 그리고, 도 5의 좌측 그래프를 시간에 대하여 적분하면 도 5의 우측 그래프와 같고, 이는 금형과 관련된 성형하중 그래프를 의미할 수 있다. 이 때, 센서(20)로부터 수집된 성형 하중 그래프의 최대값과, 금형에 교정 로드셀을 장착한 후 계측된 실제 하중값을 서로 비교하여 오차를 측정할 수 있다. 이와 같이 획득된 오차를 프로세서(40)에 저장하고, 다시 센서(20)로부터 출력되는 전기신호의 값을 적분하여 얻은 성형하중 그래프에 상기 저장된 오차를 반영한 상태의 성형하중 그래프를 얻은 후, 이를 다시 교정 로드셀로부터 획득된 실제 하중값과 비교하여 보정하는 작업을 반복적으로 수행함으로써 정확한 오차를 산출해 낼 수 있다.
다음으로, 프로세서의 판단부(44)는 응력 해석결과와, 모니터링 대상이 되는 금형(30)의 재료적 특성을 고려하여 금형(30)의 한계수명을 예측할 수 있다.
구체적인 일례로서, 프로세서의 판단부(44)는 상기 금형(30)의 최대 주응력 값을 도출하여 이를 금형의 재료적 특성에 기반하여 도출되는 S-N 피로선도에 적용하여 한계수명을 예측할 수 있다. 여기서, S-N 피로선도란, 피로 하중에 의한 응력(S)과 반복 횟수(N)의 관계를 나타낸 선도를 의미한다. 이 때, S-N 피로선도는 금형의 형상, 용접 형상, 사용환경 및 응력 진폭의 종류(norminal, hot spot, notch stress) 등에 따라 달리 적용될 수 있으며, 이러한 S-N 피로선도 정보는 사용자에 의해 사전에 프로세서(40)에 제공될 수 있다.
다만, 최대 주응력 값과 S-N 피로선도를 고려하여 한계수명을 예측하는 방법은 한계수명 예측의 일 예시에 불과하며, 이 외에도 응력 해석결과와, 금형의 재료적 특성을 고려하여 금형의 한계수명을 예측하는 다양한 방법이 이용될 수 있음을 밝혀 둔다.
한편, 프로세서(40)는 일정 주기별로 금형의 한계수명 예측을 반복하여 수행할 수 있다. 그리고 프로세서(40)는 각 예측 시 마다 획득된 성형하중 데이터, 응력해석 결과 및 예측결과를 시계열적으로 프로세서의 저장부(48)에 저장하여 관리할 수 있다. 이 때, 성형하중 데이터, 응력해석 결과 및 예측결과는 프로세서의 입력부(42) 또는 판단부(44)로부터 저장부(48)로 이동될 수 있다.
이를 토대로, 프로세서의 판단부(44)는 응력 해석결과와, 금형의 재료적 특성 외에 과거 성형하중 데이터, 응력해석 결과 및 예측결과 중 적어도 하나를 추가적으로 고려하여 금형의 한계수명을 예측할 수도 있다. 이를 통해 프로세서(40)는 과거 이력까지 고려하여 한계수명을 예측함으로써 보다 정확한 한계수명 예측 결과를 도출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수의 금형을 포함하는 다단 공정의 경우, 프로세서(40)는 각 개별 금형(31 내지 36) 마다 개별적으로 한계수명을 예측할 수 있다. 이것은 앞서 살펴본 바와 같이 개별 금형(31 내지 36) 마다 개별적으로 센서(21 내지 26)가 설치됨으로써 개별 금형(31 내지 36)의 성형하중 데이터가 획득될 수 있기 때문이다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)은 복수의 금형의 교체 시점을 일괄적으로 관리하는 것이 아니라, 각 금형 마다 발생되는 하중의 편차를 고려함으로써, 금형의 한계수명을 세부적이고 정확하게 모니터링 할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)은 금형수명을 예측함에 있어서, 이상적이고 고정된 성형하중 데이터를 이용하는 것이 아니라, 각 시점마다 편차를 가지는 실시간 성형하중 데이터를 이용하여 예측함으로써 보다 정확한 한계수명 예측결과를 획득할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템(10)은 도출된 한계수명의 예측결과를 프로세서의 출력부(46)로부터 수신하여 실시간으로 작업자에게 출력하는 디스플레이(60)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 디스플레이는 냉간단조 공정이 이루어지는 현장 내에 배치되는 독립된 모니터 등의 별도의 디스플레이 장치일 수 있으며, 또는 작업자의 개인용 휴대 단말기일 수도 있다. 이 때, 개인용 휴대 단말기는 프로세서(40)로부터 무선통신을 통해 한계수명 관련 정보를 전달받을 수 있다. 이처럼 작업 현장에 인접하여 배치되는 디스플레이(60)를 통해 작업자는 금형의 한계수명과 관련된 정보를 실시간으로 전달받을 수 있으며, 따라서 금형(30)이 파괴되기 전에 즉각적으로 대응할 수 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.
이하, 도 1 및 도 2에 도시된 금형수명 모니터링 시스템(10)의 구성을 토대로 금형수명 모니터링 방법을 살펴본다.
먼저, 도 6을 참조하면, 센서(20)가 성형하중 데이터를 수집할 수 있다. (S10) 이 때, 냉간단조 공정이 다단으로 형성될 경우, 센서(20)는 복수의 금형마다 개별적으로 설치되어 개별 금형의 성형하중 데이터를 수집함은 앞서 살펴본 바와 같다.
다음으로 프로세서(40)는 센서(20)로부터 전달받은 성형하중 데이터를 기초로 하여 상기 금형(30)의 응력을 해석할 수 있다.(S20) 이 때, 금형의 응력해석은 공지의 응력해석 솔버를 통해 수행될 수 있다. 그 후, 프로세서(40)는 상기 응력해석 결과로부터 금형(30)의 최대 주응력 값을 도출할 수 있다. (S30)
마지막으로, 프로세서(40)는 상기 최대 주응력 값과 금형(30)의 재료에 대응되는 피로선도를 이용하여 금형(30)의 한계수명을 예측할 수 있다.(S40) 이 때, 프로세서(40)는 한계수명 예측을 단수회 수행하는 것이 아니라 일정 주기마다 반복적으로 수행함으로써 시간의 흐름에 따라 변화되는 한계수명을 추적 관리할 수 있을 것이다. 그리고 프로세서(40)는 다음번 한계수명 예측시 최대 주응력 값 및 피로선도 외에 상기 추적 관리된 한계수명 데이터를 추가적으로 고려함으로써 보다 정확한 한계수명을 예측할 수도 있다.
살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템 및 방법은 이상적이고 고정된 성형하중 데이터를 이용하는 것이 아니라, 각 시점마다 편차를 가지는 실시간 성형하중 데이터를 이용하여 한계수명을 예측함으로써 보다 정확한 한계수명 예측결과를 획득할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템 및 방법은 실시간으로 작업자에게 한계수명 예측 결과를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템 및 방법은 복수의 금형을 포함하는 다단 냉간단조 공정에 적용시, 각 금형의 한계수명을 개별적으로 예측함으로써 보다 세부적으로 금형의 교체시기를 파악할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 모니터링 시스템 및 방법은 응력해석 결과 및 금형의 재료적 특성 외에 한계수명 예측과 관련하여 과거에 저장된 데이터를 추가적으로 이용함으로써 금형의 한계수명을 보다 정확하게 예측할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 금형수명 모니터링 시스템 20 센서
30 금형 39 재료
40 프로세서 60 디스플레이
30 금형 39 재료
40 프로세서 60 디스플레이
Claims (9)
- 냉간단조 공정에 이용되는 금형의 한계수명을 모니터링 하기 위한 시스템으로서,
상기 금형의 일측에 설치되어 상기 금형에 가해지는 성형하중 데이터를 수집하는 센서 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 성형하중 데이터에 기초하여 상기 금형의 응력을 해석하고, 상기 응력의 해석결과 획득된 상기 금형의 최대 주응력 예측값과, 상기 금형의 재료에 대응되는 피로선도를 고려하여 상기 한계수명을 예측하는, 금형수명 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서는 피에조 센서로 형성되는, 금형수명 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 냉간단조 공정은 복수의 금형을 포함하는 다단 공정으로 이루어지고,
상기 센서는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 설치되며,
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 한계수명을 예측하는, 금형수명 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 금형 또는 상기 센서의 특성을 고려하여 산출되는 오차를 보정한 제 1 성형하중 데이터를 이용하는, 금형수명 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 한계수명 예측을 반복하여 수행하며, 과거에 획득된 성형하중 데이터, 응력해석 결과 및 한계수명 예측결과 중 적어도 하나를 추가적으로 고려하여 상기 한계수명을 예측하는, 금형수명 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 한계수명의 예측결과를 실시간으로 작업자에게 출력하는 디스플레이를 더 포함하는, 금형수명 모니터링 시스템. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 금형수명 모니터링 시스템을 이용하여 냉간단조 공정에 이용되는 금형의 한계수명을 모니터링 방법으로서,
상기 센서가 상기 성형하중 데이터를 수집하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 성형하중 데이터에 기초하여 상기 응력을 해석하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 응력 해석결과로부터 상기 금형의 최대 주응력 값을 도출하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 최대 주응력 값을 상기 금형의 재료에 대응되는 피로선도에 적용하여 상기 금형의 한계수명을 예측하는 단계를 포함하는, 금형수명 모니터링 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 냉간단조 공정은 복수의 금형을 포함하는 다단 공정으로 이루어지고,
상기 성형하중 데이터를 수집하는 단계에서는, 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 성형하중 데이터를 수집하며,
상기 한계수명을 예측하는 단계에서는, 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 한계수명을 예측하는, 금형수명 모니터링 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 한계수명을 예측하는 단계에서는, 상기 한계수명 예측을 일정 주기마다 반복 수행한 후, 성형하중 데이터, 응력해석 결과 및 한계수명 예측결과 중 적어도 하나를 별도 저장하고,
상기 한계수명을 예측함에 있어서 상기 최대 주응력 값 및 상기 피로선도 외에 상기 별도 저장된 과거 성형하중 데이터, 응력해석 결과 및 한계수명 예측결과 중 적어도 하나를 추가적으로 고려하는, 금형수명 모니터링 방법.
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