KR102559348B1 - 금형수명 예측 시스템 및 방법 - Google Patents

금형수명 예측 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

금형수명 예측 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 금형수명 예측 시스템은 냉간단조 공정에 사용되는 금형의 한계수명을 예측하기 위한 시스템으로서, 상기 금형에 설치되어 상기 금형에 가해지는 성형하중을 감지하는 제 1 감지부; 및 상기 제 1 감지부에 의해 감지된 상기 성형하중에 관한 데이터를 수집하여 상기 금형의 공정횟수와 상기 성형하중에 관한 제 1 데이터를 생성하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 데이터를 이용하여 상기 금형의 응력을 해석함으로써 상기 금형의 공정횟수와 상기 금형의 최대 주응력에 관한 제 2 데이터를 산출하고, 상기 제 2 데이터와 상기 금형의 재료에 대응되는 피로선도를 이용하여 상기 금형의 공정횟수와 금형수명에 관한 제 3 데이터을 산출하고, 상기 제 3 데이터를 이용하여 상기 금형의 한계수명을 예측한다.

Description

금형수명 예측 시스템 및 방법{SYSYEM AND METHODS FOR MOLD LIFE PREDICTION}
본 발명은 금형수명 예측 시스템 및 예측 방법에 관한 것이다.
산업 전반에서 널리 사용되는 냉간단조 공정은 상온에서 공구를 이용하여 재료를 압축 변형시켜 성형하는 방법으로, 고강도 및 높은 형상 정밀도를 확보할 수 있다. 이 때, 밀폐 공간에서 소재변형을 유도하여 매우 높은 성형하중이 발생하게 되므로 다단으로 성형을 하게 된다.
따라서, 냉간 단조품의 성형공정은 최종 형상에 따라 3~7단으로 설계되며, 이에 사용되는 금형비용은 제조원가의 약 30%에 해당할 정도로 제품생산에 큰 비중을 차지한다.
특히, 단조금형은 높은 압축하중이 반복적으로 작용하여 금형의 피로에 의한 파손이 일어나 생산성 감소, 불량률 상승 등 공정비용의 상승으로 연결된다.
실제 제조현장에서는 작업자의 경험에 의해 금형수명을 관리하고 있으나, 작업환경에 따른 변수가 많아 금형의 한계수명이 예측하기 어려운 문제점이 있다. 반면, 금형수명을 보수적으로 관리하게 되면 금형수명을 한계치까지 사용하지 못하여 더 많은 금형을 사용하게 되어 생산비 증가를 막을 수 없게 된다.
금형의 한계수명이 예측가능해지면 금형이 파손되기 전까지 사용한 후 교체할 수 있으므로, 공정비용을 절약할 수 있고, 제품의 불량 발생을 줄일 수 있다.
이를 위해 유한요소해석을 통해 공정별 성형하중을 예측하고 특정 공정에 하중이 집중되지 않도록 성형하중 분산설계를 적용하고 있으며, 피로이론에 근거하여 금형수명을 정량적으로 예측하여 제조원가 절감을 실현하고 있다.
종래에는 금형수명의 정량적 예측 과정에서 금형에 작용하는 최대 주응력을 이상적인 값으로 가정해왔다. 그러나, 실제 작업환경에서는 금형의 정렬, 소재물성의 산포, 마찰조건의 변화 등으로 인해 성형하중이 유동적으로 변할 수 있다. 이러한 작업환경의 변수가 금형수명 예측 과정에서 고려되지 못하여 실제 금형수명과 예측된 금형수명의 오차가 크다는 문제점이 있다.
또한, 금형수명의 예측은 성형공정의 해석이 수행되므로 비전문가의 활용이 어려워 실제 현장에 적용이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 실제 금형수명과 예측된 금형수명의 오차를 줄여 보다 정확한 금형수명 예측 결과를 제공하기 위해 실제 작업환경의 변수를 고려할 수 있는 금형수명 예측 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 다단 냉간단조 공정에 이용되는 복수의 금형들의 한계수명을 개별적으로 관리할 수 있는 금형수명 예측 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 비전문가도 활용할 수 있는 금형수명 예측 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 냉간단조 공정에 사용되는 금형의 한계수명을 예측하기 위한 시스템으로서, 상기 금형에 설치되어 상기 금형에 가해지는 성형하중을 감지하는 제 1 감지부; 및 상기 제 1 감지부에 의해 감지된 상기 성형하중에 관한 데이터를 수집하여 상기 금형의 공정횟수와 상기 성형하중에 관한 제 1 데이터를 생성하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 데이터를 이용하여 상기 금형의 응력을 해석함으로써 상기 금형의 공정횟수와 상기 금형의 최대 주응력에 관한 제 2 데이터를 산출하고, 상기 제 2 데이터와 상기 금형의 재료에 대응되는 피로선도를 이용하여 상기 금형의 공정횟수와 금형수명에 관한 제 3 데이터을 산출하고, 상기 제 3 데이터를 이용하여 상기 금형의 한계수명을 예측하는, 금형수명 예측 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 제 2 데이터는 최대 주응력 예측 모델을 이용하여 산출될 수 있다.
이 때, 상기 최대 주응력 예측 모델은 수학식 1을 포함하되, 상기 수학식 1의 제 1 상수(
Figure 112021076837479-pat00001
) 및 제 2 상수(
Figure 112021076837479-pat00002
)는 상기 냉간단조 공정 및 상기 금형의 특성에 따라 결정되고, 상기 최대 주응력(
Figure 112021076837479-pat00003
)은 상기 제 1 상수, 상기 제 2 상수 및 상기 성형하중(
Figure 112021076837479-pat00004
)에 관한 상기 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021076837479-pat00005
이 때, 상기 금형의 한계수명은 수학식 2 및 3을 이용하여 예측되고, 손상계수(
Figure 112021076837479-pat00006
)는 공정횟수(
Figure 112021076837479-pat00007
) 및 상기 최대 주응력과 상기 피로선도에 의해 결정되는 금형수명(
Figure 112021076837479-pat00008
)에 관한 상기 수학식 2에 의해 정의되고, 상기 금형의 한계수명은 누적손상계수(
Figure 112021076837479-pat00009
)가 1이 되는 공정횟수로 정의될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021076837479-pat00010
[수학식 3]
Figure 112021076837479-pat00011
이 때, 상기 제 1 감지부는 피에조 센서를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제어부는 상기 금형 또는 상기 제 1 감지부의 특성을 고려하여 산출되는 오차를 보정한 상기 제 1 데이터를 이용할 수 있다.
이 때, 상기 금형에 설치되어 상기 금형에 가해지는 성형하중을 감지하는 제 2 감지부를 포함하고, 상기 보정은 상기 제 1 감지부에 의해 감지된 성형하중과 상기 제 2 감지부에 의해 감지된 성형하중의 차이가 최소가 되도록 교정하여 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 제 2 감지부는 교정 로드셀을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 냉간단조 공정은 복수의 금형을 포함하는 다단 공정으로 이루어지고, 상기 제 1 감지부는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 설치되며, 상기 제어부는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 한계수명을 예측할 수 있다.
이 때, 상기 제 2 데이터는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 최대 주응력 예측 모델을 이용하여 산출될 수 있다.
이 때, 상기 한계수명의 예측결과를 사용자에게 출력하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 냉간단조 공정에 이용되는 금형의 한계수명을 예측하는 방법으로서, 상기 금형에 가해지는 성형하중에 관한 데이터를 수집하는 단계; 상기 금형의 사용횟수와 상기 성형하중에 관한 제 1 데이터를 생성하는 단계; 상기 제 1 데이터를 이용하여 상기 금형의 사용횟수와 상기 금형의 최대 주응력에 관한 제 2 데이터를 산출하는 단계; 상기 제 2 데이터와 상기 금형의 재료에 대응되는 피로선도를 이용하여 상기 금형의 사용횟수와 금형수명에 관한 제 3 데이터을 산출하는 단계; 및 상기 제 3 데이터를 이용하여 상기 금형의 한계수명을 예측하는 단계를 포함하는, 금형수명 예측 방법이 제공된다.
이 때, 상기 제 2 데이터는 최대 주응력 예측 모델을 이용하여 산출될 수 있다.
이 때, 상기 최대 주응력 예측 모델은 수학식 1을 포함하되, 상기 수학식 1의 제 1 상수(
Figure 112021076837479-pat00012
) 및 제 2 상수(
Figure 112021076837479-pat00013
)는 상기 냉간단조 공정 및 금형의 특성에 따라 결정되고, 상기 최대 주응력(
Figure 112021076837479-pat00014
)은 상기 제 1 상수, 상기 제 2 상수 및 상기 성형하중(
Figure 112021076837479-pat00015
)에 관한 상기 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021076837479-pat00016
이 때, 상기 금형의 한계수명은 수학식 2 및 3을 이용하여 예측되고, 손상계수(
Figure 112021076837479-pat00017
)는 공정횟수(
Figure 112021076837479-pat00018
) 및 상기 최대 주응력과 상기 피로선도에 의해 결정되는 금형수명(
Figure 112021076837479-pat00019
)에 관한 상기 수학식 2에 의해 정의되고, 상기 금형의 한계수명은 누적손상계수(
Figure 112021076837479-pat00020
)가 1이 되는 공정횟수로 정의될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021076837479-pat00021
[수학식 3]
Figure 112021076837479-pat00022
이 때, 상기 냉간단조 공정은 복수의 금형을 포함하는 다단 공정으로 이루어지고, 상기 제 1 데이터를 생성하는 단계에서는, 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 제 1 데이터를 생성하며, 상기 한계수명을 예측하는 단계에서는, 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 한계수명을 예측할 수 있다.
이 때, 상기 한계수명의 예측결과를 사용자에게 디스플레이하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템 및 방법은 공정횟수에 따라 실시간으로 금형에 가해지는 성형하중에 관한 데이터를 수집 및 이용하여 금형의 응력을 해석하고, 그 결과에 따라 산출되는 데이터를 이용함으로써, 금형이 사용되는 실제 작업환경의 변수가 고려된 보다 정확한 금형수명을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템 및 방법은 다단 냉간단조 공정에 이용되는 복수의 금형마다 각각 개별적으로 성형하중을 감지하고, 복수의 금형마다 개별적으로 한계수명을 예측하여, 복수의 금형들의 한계수명을 개별적으로 관리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템 및 방법은 금형수명의 예측 과정을 알고리즘화하여 자동으로 금형수명 예측함으로써, 비전문가도 활용할 수 있는 금형수명 예측 시스템 및 방법을 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 예측 시스템의 제어부가 제 1 감지부에 의해 감지된 성형하중에 관한 데이터를 수집하여 생성한 금형의 공정횟수와 금형의 성형하중에 관한 데이터를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템의 제어부가 이용하는 최대 주응력 예측 모델의 제 1 상수 및 제 2 상수를 도출하는데 이용되는 데이터를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템의 제어부가 금형의 공정횟수와 금형의 성형하중에 관한 데이터를 이용하여 금형의 응력을 해석함으로써 산출한 금형의 공정횟수와 금형의 최대 주응력에 관한 데이터를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템의 제어부가 금형의 공정횟수와 금형의 최대 주응력에 관한 데이터와 금형의 재료에 대응되는 피로선도를 이용하여 산출한 금형의 공정횟수와 금형수명에 관한 데이터를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부가 금형의 공정횟수와 금형수명에 관한 데이터를 이용하여 금형의 한계수명을 예측한 결과를 나타낸다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 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 부가한다. 또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.
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 예측 시스템(10)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 각 구성을 블록 형태로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 전문가에 의하지 않으면서도, 실제 작업 환경에서 금형(20)의 한계수명에 영향을 미칠 수 있는 다양한 변수들이 고려된 금형(20)의 한계수명을 예측할 수 있는 시스템으로서, 예를 들어 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 냉간단조 공정에 적용될 수 있다. 여기서 냉간단조 공정이란 상온에서 재료를 금형(20) 사이에 두고 압축함으로써 재료에 소성변형을 발생시켜 성형하는 가공법을 의미할 수 있다. 이 때, 가공되는 재료가 금속일 경우에는 재료가 되는 금속의 재결정 온도 이하에서 전술한 가공이 이루어지는 공정을 의미할 수 있다.
냉간단조 공정은 금형(20) 사이에 재료를 두고 하중을 가하여 변형하는 과정이 반복적으로 수행되므로, 금형(20)에는 성형하중이 반복적으로 가해질 수 있다. 이 때, 금형(20)에 가해지는 성형하중에 의해 작용하는 응력이 항복응력(Yield Stress)보다 작더라도, 금형(20)에 피로파괴(Fatigue fracture)가 발생할 수 있다.
여기서, 항복응력이란 금형(20)에 소성변형이 발생하는 응력을 의미하며, 피로파괴란 금형(20)에 항복응력보다 작은 응력이 반복적으로 받아 파괴되는 것을 의미한다.
따라서, 냉간단조 공정에서 금형(20)의 한계수명은 금형(20)에 피로파괴가 발생할 때까지 성형하중이 가해진 횟수(또는 cycle 수)를 의미할 수 있다.
그러나, 본 발명은 금형(20)에 가해지는 하중에 따른 금형(20)의 한계수명을 예측하기 위하여 금형(20)이 사용되는 다양한 공정에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 냉간단조 이외의 단조공정에서 사용되는 금형(20)의 수명을 예측하기 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 제 1 감지부(30) 및 제어부(50)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)에서, 제 1 감지부(30)는 금형(20)에 설치되어 금형(20)에 가해지는 성형하중을 감지할 수 있다. 구체적으로, 피로파괴와 관련된 금형(20)의 한계수명을 예측하기 위해서는 금형(20)에 작용하는 응력을 해석하는 것이 필요한데, 이와 관련하여 제 1 감지부(30)는 전술한 응력을 해석하기 위해 필요한 기초자료인 성형하중을 감지할 수 있다.
여기서, 성형하중을 감지한다는 것은 금형(20)에 작용하는 외력의 형태나 크기를 파악하는데 이용될 수 있는 정보(이하, ‘성형하중 데이터’라 한다)를 수집하는 것을 의미할 수 있다.
이 때, 제 1 감지부(30)는 상술한 외력에 비례하는 출력 신호를 생성하고 이를 데이터화 하여 수집할 수 있다. 나아가 제 1 감지부(30)는 성형하중 데이터를 저장할 수 있는 소프트웨어 또는 하드웨어 모듈을 포함할 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 감지부(30)는 피에조 센서(piezoelectric pressure sensor)를 포함할 수 있다. 여기서 피에조 센서란, 압력에 의하여 탄성체에 발생한 변위나 변형을 압전 소자에 가하여 응력에 의해서 발생한 전압을 검출하는 동적 과정에 적합한 공지의 센서를 의미할 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 제 1 감지부(30)는 측정 범위가 넓되 소형이면서도 내구성, 고감도 및 고속의 응답 성능을 확보할 수 있다.
다만, 제 1 감지부(30)는 금형(20)에 가해지는 성형하중을 감지하기 위해, 하중에 관한 정보를 수집할 수 있는 다양한 센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 감지부(30)는 정전용량식 압력센서(Differential Capacitive Pressure Sensor), 전위차계식 압력센서(Potentiometric Pressure Sensor) 또는 LVDT 압력센서(Linear Variable Differential Transformer) 등을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 감지부(30)는 금형(20)의 일측에 설치될 수 있다. 이 때, 제 1 감지부(30)는 단조공정 과정 중에 가해지는 성형하중에 의하여 손상되지 않되, 효과적으로 성형하중을 감지할 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제 1 감지부(30)는 펀치 블록 내 웨지와 백플레이트 사이에 설치될 수 있다.
단조공정이 이루어지는 실제 작업 환경에서는 금형정렬, 소재물성의 산포, 마찰조건의 변화 등으로 인해 금형(20)에 가해지는 성형하중이 일정하지 않으므로, 성형하중에 의해 금형(20)에 작용하는 응력은 유동적으로 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제 1 감지부(30)는 실제 작업 환경 하에서 금형(20)에 가해지는 성형하중을 감지할 수 있고, 후술하는 제어부(50)는 제 1 감지부(30)에 의하여 획득된 성형하중 데이터를 기반으로 응력 해석을 시행하므로, 실제 작업환경의 변수를 고려할 수 있어 보다 정확하게 금형수명을 예측할 수 있다.
이 때, 제 1 감지부(30)는 직접 하중의 영향이 작용하는 위치에 설치되는 것이 아니므로(제 1 감지부(30)가 간접적으로 성형하중을 감지하므로) 계측된 성형하중 데이터가 실제 성형하중 데이터보다 과소하게 계측될 수 있다. 이를 해소하고자, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 오차가 보정된 성형하중 데이터를 이용할 수 있다.
오차란 금형(20) 또는 제 1 감지부(30)의 특성을 고려하여 산출될 수 있는 것으로서, 일례로, 이미 전술한 바와 같이 제 1 감지부(30)를 가압 부위가 아닌 금형(20)의 외측에 부착하여 간접적으로 성형하중 데이터를 획득함으로써 발생되는 오차 또는 금형(20)의 형상적 특성 등에 기인하여 발생될 수 있는 오차를 의미한다. 이러한 오차는 사전 실험을 통해서 미리 계측된 후, 제어부(50)에 저장되어 반영될 수 있다.
보다 상세히, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 금형(20)에 가해지는 하중을 2차로 감지하는 제 2 감지부(40)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 오차의 보정은 제 1 감지부(30)에 의해 감지된 성형하중과 제 2 감지부(40)에 의해 2차로 감지된 성형하중의 오차가 최소가 되도록 교정하는 과정에 의하여 이루어질 수 있다.
보다 상세히, 제 2 감지부(40)는 교정 로드셀을 포함할 수 있다. 이 때, 보정은 제 1 감지부(30)에 의해 감지된 성형하중에 관한 신호와 금형(20)에 교정 로드셀을 장착한 후 계측된 실제 하중값의 차이가 최소가 되도록 교정(calibration)하는 과정에 의하여 이루어질 수 있다. 이러한 교정은 제 1 감지부(30)에 의해 감지된 성형하중에 제어부(50)에 저장된 상기 오차를 반영하고, 이를 다시 교정 로드셀로부터 획득된 실제 하중값과 비교하여 보정하는 작업을 반복 수행함으로써 이루어질 수 있다.
한편, 일반적으로 냉간단조 공정은 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 금형(20 내지 26)을 포함하는 다단 공정(일 실시예의 경우, 6단 공정으로 도시됨)으로 이루어질 수 있다. 이를 고려하여, 제 1 감지부(30 내지 36) 및 제 2 감지부(40 내지 46)는 금형(20)을 구성하는 개별 금형(20 내지 26)마다 각각 개별적으로 설치될 수 있다. 이것은 각 개별 금형(20 내지 26)에 작용하는 하중이 서로 상이할 수 있으므로, 각각의 개별 금형(20 내지 26) 마다 별도로 한계수명을 예측하기 위함이다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 각각의 금형(20 내지 26) 요소들의 한계수명을 보다 세부적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 각 구성을 블록 형태로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 제어부(50)를 포함할 수 있다. 이 때, 제어부(50)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다.
제어부(50)의 입력 유닛(52)은 제 1 감지부(30)로부터 성형하중 데이터를 수신할 수 있다. 그 후, 성형하중 데이터는 입력 유닛(52)으로부터 저장 유닛(54)으로 이동되어 저장될 수 있다.
제어부(50)의 저장 유닛(54)은 제 1 감지부(30)에 의해 감지된 성형하중에 관한 데이터를 수집하여 금형(20)의 공정횟수와 금형(20)의 성형하중에 관한 데이터(이하‘제 1 데이터’라 한다)를 생성할 수 있다. 물론, 이러한 제 1 데이터의 생성은 입력 유닛(52) 또는 연산 유닛(58)에 의해서 이루어진 후 저장 유닛(54)에 저장될 수 있음은 물론이다.
이 때, 금형(20)의 공정횟수는 금형(20)에 성형하중이 가해진 횟수로 정의될 수 있다. 즉, 금형(20)의 공정횟수는 금형(20)의 사용횟수, 하중의 가압 횟수 또는 제조공정의 cycle수를 의미할 수 있다.
다만, 금형(20)의 공정횟수는 단조공정의 특성에 따라 정의될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 제품의 성형을 위해 금형(20)에 2회의 성형하중이 연속적으로 가해지는 경우, 공정횟수 1은 2회의 연속적인 성형하중이 가해지는 것으로 정의될 수 있다.
제어부(50)의 연산 유닛(58)은 저장 유닛(54) 또는 입력 유닛(52)으로부터 제 1 데이터를 수신하고 이를 기초로 금형(20)의 응력을 해석함으로써, 금형(20)의 공정횟수와 금형(20)의 최대 주응력에 관한 데이터(이하 ‘제 2 데이터’라 한다)를 산출할 수 있다. 또한, 연산 유닛(58)에서 제 1 데이터가 생성된 경우에는 제 2 데이터의 산출을 위하여 제 1 데이터를 곧바로 이용할 수 있다.
여기서, 응력을 해석한다는 것은 성형하중 데이터를 바탕으로 외력이 작용하는 금형(20)의 각 부분에 발생하는 응력(및 응력도)을 수학적 계산에 의해 구하는 것을 의미할 수 있다. 이러한 해석 과정은 공지의 금형(20) 응력해석 솔버(solver)을 이용하여 이루어질 수 있다.
또한, 이러한 응력의 해석은 최대 주응력 예측 모델 또는 실험에 의하여 확인되는 실험식을 이용하여 이루어질 수 있다.
제어부(50)의 연산 유닛(58)은 제 2 데이터와 금형(20)의 재료에 대응되는 피로선도를 이용하여 금형(20)의 공정횟수와 금형수명에 관한 데이터(이하 ‘제 3 데이터’라 한다)를 산출할 수 있다.
구체적인 일례로서, 연산 유닛(58)은 제 2 데이터로부터 금형(20)의 최대 주응력값을 도출하고, 이를 금형(20)의 재료적 특성에 기반하여 도출되는 피로선도에 적용하여 금형(20)의 공정횟수에 따른 금형수명에 관한 데이터를 산출할 수 있다.
이 때, 피로선도란 피로 하중에 의한 응력과 반복 횟수의 관계를 나타낸 선도를 의미한다. 이 때, 피로선도는 금형(20)의 형상, 용접 형상, 사용환경 및 응력 진폭의 종류(norminal, hot spot, notch stress) 등에 따라 달리 적용될 수 있으며, 이러한 피로선도에 관한 정보는 사용자에 의해 사전에 제어부(50)에 제공될 수 있다.
그 후, 제어부(50)의 연산 유닛(58)은 제 3 데이터를 이용하여 금형(20)의 한계수명을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 복수의 금형(20)을 포함하는 다단 냉간단조 공정의 경우, 제어부(50)는 각 개별 금형(20 내지 26) 마다 개별적으로 한계수명을 예측할 수 있다. 이것은 앞서 살펴본 바와 같이 개별 금형(20 내지 26) 마다 개별적으로 제 1 감지부(30)가 설치됨으로써 개별 금형(20 내지 26)의 성형하중 데이터가 획득될 수 있기 때문이다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 복수의 금형(20 내지 26)의 교체 시점을 일괄적으로 관리하는 것이 아니라, 각 금형(20 내지 26) 마다 발생되는 하중의 차이를 고려하여 금형수명을 예측함으로써, 금형(20 내지 26)을 세부적이고 정확하게 관리할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)을 자동차 조향 장치의 부품인 볼 스터드를 제조하는 냉간단조 공정에 적용하여 상술한 제 1 데이터, 제 2 데이터 및 제 3 데이터를 이용하여 금형수명을 예측하는 방법을 보다 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 도 3 내지 도7의 데이터들은 전술한 냉간단조 공정에 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)을 적용한 결과값을 나타낼 뿐임을 미리 밝혀 둔다.
또한, 후술하는 금형수명 예측 시스템(10)이 한계수명을 예측하는 방법은 일 예시에 불과하며, 이 외에도 성형하중, 최대 주응력 및 금형수명에 관한 데이터들과 냉간단조 공정 및 금형(20)의 특성을 고려하여 금형(20)의 한계수명을 예측하는 다양한 방법이 이용될 수 있음을 밝혀 둔다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)이 적용된 볼 스터드 냉간단조 제조 공정은 도 1에 도시된 바와 같이 총 6단 공정으로 이루어지며, 적용소재인 SCM435의 성형물성을 이용하여 공정해석을 수행하였다. 인장시험편 규격은 ASTM E8(sub size)에 의거하여 가공하였으며, 2mm/min의 속도로 시험을 수행하였다. 또한 압축물성 값을 얻기 위하여 높이 15mm, 직경 10mm의 시험편을 가공하여 2mm/min의 속도로 압축시험을 수행하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 제어부(50)가 제 1 감지부(30)에 의해 감지된 성형하중에 관한 데이터를 수집하여 생성한 금형(20)의 공정횟수와 금형(20)의 성형하중에 관한 데이터를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 제어부(50)가 이용하는 최대 주응력 예측 모델의 제 1 상수 및 제 2 상수를 도출하는데 이용되는 데이터를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 제어부(50)가 금형(20)의 공정횟수와 금형(20)의 성형하중에 관한 데이터를 이용하여 금형(20)의 응력을 해석함으로써 산출한 금형(20)의 공정횟수와 금형(20)의 최대 주응력에 관한 데이터를 나타낸다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 제어부(50)가 금형(20)의 공정횟수와 금형(20)의 최대 주응력에 관한 데이터와 금형(20)의 재료에 대응되는 피로선도를 이용하여 산출한 금형(20)의 공정횟수와 금형수명에 관한 데이터를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(50)가 금형(20)의 공정횟수와 금형수명에 관한 데이터를 이용하여 금형(20)의 한계수명을 예측한 결과를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 제어부(50)는 각 공정별로 제 1 데이터를 생성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 제 1 데이터는 볼 스터드 제조 냉간단조 공정의 1단계 공정과 관련하여, 수평축에 제조공정의 사이클수(Manufacturing cycle)를 나타내고, 수직축에 성형하중(Forming load)을 나타낼 수 있다.
보다 상세히, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 데이터에 의하여, 금형(20)에 가해진 80,000 번째의 성형하중을 제 1 감지부(30)가 감지한 결과값이 약 392kN인 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 각 공정별로 제 1 데이터와 하기된 수학식 1을 포함한 최대 주응력 예측 모델을 이용하여 금형(20)의 응력을 해석함으로써, 각 공정별로 금형(20)의 최대 주응력에 관한 제 2 데이터를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021076837479-pat00023
이 때, 수학식 1의 제 1 상수(
Figure 112021076837479-pat00024
) 및 제 2 상수(
Figure 112021076837479-pat00025
)는 냉간단조 공정 및 금형(20)의 특성에 따라 결정되고, 최대 주응력(
Figure 112021076837479-pat00026
)은 상기 제 1 상수, 상기 제 2 상수 및 상기 성형하중(
Figure 112021076837479-pat00027
)에 관한 상기 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제 1 상수 및 제 2 상수는 각 공정의 제 1 데이터를 기반으로 공정해석을 수행하여 금형(20)의 최대 주응력 발생 지점의 응력 이력을 도시함으로써 결정될 수 있다.
도시된 응력 이력을 해석하면, 최대 주응력은 성형하중에 선형적으로 비례함을 확인할 수 있고, 이러한 비례 상수를 제 2 상수로 결정할 수 있다. 즉, 도 4를 참조하면, 제 2 상수는 도 4에서 최대 주응력이 0보다 큰 구간(즉,
Figure 112021076837479-pat00028
인 구간)의 기울기를 의미할 수 있다.
금형(20)의 파손은 인장 응력이 작용하여 발생하므로, 금형수명 예측에 있어서, 압축 응력은 고려하지 않는 것이 바람직하다. 이 때, 응력 부호 규약(Sign Convention)에 의해 압축 응력은 음의 값으로 표현될 수 있고, 인장 응력은 양의 값으로 표현될 수 있다. 따라서, 최대 주응력이 0보다 작은 구간(즉,
Figure 112021076837479-pat00029
인 구간)은 고려하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템은 최대 주응력 예측 모델을 알고리즘화 하면서도 최대 주응력이 0보다 작은 구간을 고려하지 않기 위하여, 최대 주응력 예측 모델에 제 1 상수를 도입하였다.
즉, 제 1 상수는 최대 주응력 발생 지점의 응력 이력에 있어서, 최대 주응력이 0보다 작은 구간(즉,
Figure 112021076837479-pat00030
인 구간)의 결과값을 0으로 만드는 특정한 상수로 결정될 수 있다.
도 4를 참조하면, 볼 스터드 제조 냉간단조 공정의 1단계 공정에서, 최대 주응력 발생 지점의 응력이 일정 성형하중 이내의 범위에서는 일정한 값을 가지고, 그 이상의 성형하중 범위에서는 성형하중에 선형적으로 비례하여 증가함을 확인할 수 있다.
이를 기초로, 각 공정마다 각 금형(20)의 최대 주응력 발생 지점의 응력 이력을 도시함으로써 하기의 표 1와 같은 제 1 상수 및 제 2 상수에 관한 데이터를 얻을 수 있다. 이 때, 6단계 공정은 제 2 상수를 0으로 하여, 최대 주응력을 제 1 상수로 고정하였다.
[표 1]
도 5를 참조하면, 상술한 최대 주응력 예측 모델을 볼 스터드 제조 냉간단조 공정의 1단계 공정의 제 1 데이터, 제 1 상수 및 제 2 상수를 적용함으로써 산출한 제 2 데이터를 확인할 수 있다.
전술한 최대 주응력 예측 모델은 간단한 수학적 모델로 이루어져 있으므로, 이를 이용하여 제 2 데이터를 산출할 경우에는 응력해석 과정이 알고리즘 형태로 시스템에 내재될 수 있어 실제 현장에 범용적으로 적용될 수 있고, 연산이 간단하여 응력해석 과정을 고속으로 처리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 제 2 데이터와 금형(20)의 재료에 대응되는 피로선도를 이용하여 금형수명에 관한 제 3 데이터를 산출할 수 있다.
이 때, 금형(20)의 재료에 대응되는 피로선도를 이용한다는 것은, 제 2 데이터의 최대 주응력에 의해 금형(20)의 재료가 피로파괴가 일어나는 금형수명을 피로선도를 통하여 판단하는 것을 의미할 수 있다.
또한, 제 3 데이터를 산출한다는 것은 피로선도를 통해 판단된 금형수명과 공정횟수를 대응시킨 데이터를 생성하는 것을 의미할 수 있다.
제 3 데이터를 산출하는 과정의 일 예로서, 도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(50)의 연산 유닛(58)은 제 2 데이터로부터 공정횟수 1에서 최대 주응력이 1150Mpa임을 파악한 후, 피로선도 상에서 응력1150Mpa이 가해질 때의 금형수명을 판단한다. 판단된 금형수명은 약 62,000 cycle이므로, 연산 유닛(58)은 공정횟수 1을 금형수명 62,000 cycle에 대응시킨다. 이러한 판단 과정을 공정횟수 1 부터 현재 시행되고 있는 공정횟수(도 5의 경우에는 약 공정횟수 90,000)까지 반복적으로 수행함으로써, 연산 유닛(58)은 공정횟수에 따른 금형수명을 나타내는 제 3 데이터를 산출할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(50)의 연산 유닛(58)이 볼 스터드 단조공정의 1단계 공정의 제 2 데이터 및 피로선도를 이용하여 산출한 제 3 데이터를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 금형(20)의 한계수명을 하기의 수학식 2 및 3을 이용하여 예측할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021076837479-pat00032
[수학식 3]
Figure 112021076837479-pat00033
이 때, 손상계수(
Figure 112021076837479-pat00034
)는 공정횟수(
Figure 112021076837479-pat00035
) 및 상기 최대 주응력과 상기 피로선도에 의해 결정되는 금형수명(
Figure 112021076837479-pat00036
)에 관한 상기 수학식 2에 의해 정의될 수 있고, 상기 금형(20)의 한계수명은 누적손상계수(
Figure 112021076837479-pat00037
)가 1이 되는 공정횟수로 정의될 수 있다.
보다 구체적으로, 공정횟수 1(
Figure 112021076837479-pat00038
)에 대응되는 금형수명(
Figure 112021076837479-pat00039
)은 약 62,000 cycle이므로, 공정횟수 1에 관한 손상계수(
Figure 112021076837479-pat00040
)는 1/62,000 이 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)의 연산 유닛(58)은 제 3 데이터를 기반으로 공정횟수에 대응되는 금형수명의 역수(
Figure 112021076837479-pat00041
)를 공정횟수 1 부터 현재 시행되고 있는 공정횟수까지 합산하여, 누적손상계수를 계산할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)이 수학식 2 및 수학식 3을 이용하여 누적손상계수를 계산한 결과를 나타낸 데이터를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)을 볼 스터드 냉간단조 공정의 1단계 공정에 적용하여 누적손상계수가 '1'이 되는 공정횟수를 계산한 결과 86,269 cycle임을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 의해 예측된 볼 스터드 냉간단조 공정의 1단계 공정에 사용되는 금형(20)의 한계수명은 86,269 cylce임을 확인할 수 있다.
전술한 금형수명 예측 시스템(10)을 볼 스터드 냉간단조 공정의 각 공정에 적용하고, 실제 금형수명을 계측하여 하기의 표 2에 나타난 데이터를 얻을 수 있다.
[표 2]
본 발명이 적용된 볼 스터드 냉간단조 공정과 동일한 공정에 대해서, 금형(20)에 작용하는 최대 주응력을 이상적인 값으로 고정한 후 금형수명을 예측하여 하기의 표 3에 나타난 데이터를 얻을 수 있었다.
[표 3]
표 2와 표 3을 대비하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)에 의하여 예측된 금형수명의 정확도가 월등히 높음을 확인할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 시스템(10)은 도출된 한계수명의 예측결과를 제어부(50)의 출력 유닛(56)으로부터 수신하여 작업자에게 출력하는 디스플레이부(60)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 디스플레이부(60)는 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 제어부(50)로부터 무선통신을 통해 한계수명에 관한 정보를 전달받을 수 있다. 이처럼 작업 현장에 인접하여 배치되는 디스플레이부(60)를 통해 작업자는 금형(20)의 한계수명에 관한 정보를 전달받을 수 있으므로, 금형(20)이 파괴되기 전에 즉각적으로 대응할 수 있다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.
이하에서, 냉간단조 공정에 이용되는 금형(20)의 한계수명을 예측하는 방법에 대해서 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 방법에서는 먼저 금형(20)에 가해지는 성형하중에 관한 데이터를 수집한다.(S10) 이 때, 냉간단조 공정이 다단으로 형성될 경우, 복수의 금형(20)마다 개별적으로 금형(20)의 성형하중 데이터를 수집할 수 있다.
그 후, 금형(20)의 공정횟수와 상기 성형하중에 관한 데이터(이하 ‘제 1 데이터’라 한다)를 생성한다(S20). 이 때, 금형(20)의 공정횟수는 상술한 바와 같이 정의될 수 있다.
그 후, 제 1 데이터를 이용하여 응력을 해석한다.(S30) 이 때, 응력의 해석은 상술한 바와 같이, 공지의 금형(20) 응력해석 솔버(solver), 최대 주응력 예측 모델 또는 실험에 의해 확인된 실험식을 이용하여 이루어질 수 있다.
이 때, 최대 주응력 예측 모델은 전술한 수학식 1을 포함할 수 있으며, 수학식 1의 제 1 상수(
Figure 112021076837479-pat00044
) 및 제 2 상수(
Figure 112021076837479-pat00045
)는 상술한 바와 같이 상기 냉간단조 공정 및 금형의 특성에 따라 결정될 수 있고, 상기 최대 주응력(
Figure 112021076837479-pat00046
)은 제 1 상수, 제 2 상수 및 성형하중(
Figure 112021076837479-pat00047
) 관한 상기 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
그 후, 금형(20)의 공정횟수와 금형(20)의 최대 주응력에 관한 데이터(이하 ‘제 2 데이터’라 한다)를 산출한다.(S40)
이 때, 금형(20)의 최대 주응력을 금형(20)의 재료에 대응되는 피로선도(SN선도)에 적용하면, 금형(20)의 재료에 최대 주응력이 가해질 경우의 한계수명을 판단할 수 있다.(S50)
그 후, 제 2 데이터와 금형(20)의 재료에 대응되는 피로선도를 이용하여 공정횟수와 금형수명에 관한 데이터(이하 ‘제 3 데이터’라 한다)를 산출한다.(S60)
마지막으로, 제 3 데이터를 이용하여 금형(20)의 한계수명을 예측한다.(S70)
이 때, 금형(20)의 한계수명은 상술한 바와 같이 하기의 수학식 2 및 3을 이용하여 예측될 수 있고, 손상계수(
Figure 112021076837479-pat00048
)는 공정횟수(
Figure 112021076837479-pat00049
) 및 상기 최대 주응력과 상기 피로선도에 의해 결정되는 금형수명(
Figure 112021076837479-pat00050
)에 관한 상기 수학식 2에 의해 정의될 수 있으며, 상기 금형(20)의 한계수명은 누적손상계수(
Figure 112021076837479-pat00051
)가 1이 되는 공정횟수로 정의될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021076837479-pat00052
[수학식 3]
Figure 112021076837479-pat00053
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 방법은 복수의 금형(20)을 포함하는 다단 냉간단조 공정에 적용할 경우, 복수의 금형(20)마다 각각 개별적으로 제 1 데이터를 생성하며, 한계수명을 예측하는 단계에서는 복수의 금형(20)마다 각각 개별적으로 한계수명을 예측할 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 금형수명 예측 방법은 복수의 금형(21 내지 26)에 대하여 각각의 금형(21 내지 26) 마다 개별적으로 금형(21 내지 26)의 한계수명을 세부적이고 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 예측 시스템 20 금형
30 제 1 감지부 40 제 2 감지부
50 제어부 52 입력 유닛
54 저장 유닛 56 출력 유닛
58 연산 유닛 60 디스플레이부

Claims (17)

  1. 냉간단조 공정에 사용되며 복수회의 공정횟수동안 성형하중이 가해지는 금형의 한계수명을 예측하기 위한 시스템으로서,
    상기 성형하중을 상기 공정횟수마다 감지하도록 구성되는 제 1 감지부; 및
    상기 제 1 감지부가 감지한 상기 성형하중에 관한 데이터를 기초로 상기 금형의 한계수명을 예측하도록 구성되는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 성형하중에 관한 데이터를 이용하여 상기 공정횟수 및 상기 공정횟수에 대응되는 성형하중에 관한 제 1 데이터를 생성하고,
    상기 제 1 데이터를 이용하여 상기 공정횟수에 대응되는 성형하중에 의하여 상기 금형에 발생되는 최대 주응력을 해석함으로써 상기 공정횟수 및 상기 공정횟수에 대응되는 최대 주응력에 관한 제 2 데이터를 산출하고,
    상기 제 2 데이터와 상기 금형의 피로선도에 관한 데이터를 이용하여 상기 공정횟수 및 상기 공정횟수에 대응되는 금형수명에 관한 제 3 데이터을 산출하고,
    상기 제 3 데이터, 하기의 수학식 2 및 수학식 3을 이용하여 상기 금형의 한계수명을 예측하고,
    손상계수()는 공정횟수() 및 상기 최대 주응력과 상기 피로선도에 의해 결정되는 금형수명()에 관한 상기 수학식 2에 의해 정의되고,
    상기 금형의 한계수명은 상기 수학식 3에 의해 정의되는 누적손상계수()가 1이 되는 공정횟수로 정의되는, 금형수명 예측 시스템.
    [수학식 2]

    [수학식 3]
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 데이터는 최대 주응력 예측 모델을 이용하여 산출되는, 금형수명 예측 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 최대 주응력 예측 모델은 수학식 1을 포함하되,
    상기 수학식 1의 제 1 상수(
    Figure 112021076837479-pat00054
    ) 및 제 2 상수(
    Figure 112021076837479-pat00055
    )는 상기 냉간단조 공정 및 상기 금형의 특성에 따라 결정되고,
    상기 최대 주응력(
    Figure 112021076837479-pat00056
    )은 상기 제 1 상수, 상기 제 2 상수 및 상기 성형하중(
    Figure 112021076837479-pat00057
    )에 관한 상기 수학식 1에 의해 정의되는, 금형수명 예측 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112021076837479-pat00058
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 감지부는 피에조 센서를 포함하는, 금형수명 예측 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 금형 또는 상기 제 1 감지부의 특성을 고려하여 산출되는 오차를 보정한 상기 제 1 데이터를 이용하는, 금형수명 예측 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 금형에 설치되어 상기 금형에 가해지는 하중을 감지하는 제 2 감지부를 포함하고,
    상기 보정은,
    상기 제 1 감지부에 의해 감지된 성형하중과 상기 제 2 감지부에 의해 감지된 성형하중의 차이가 최소가 되도록 교정하여 이루어지는, 금형수명 예측 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 감지부는 교정 로드셀을 포함하는, 금형수명 예측 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 냉간단조 공정은 복수의 금형을 포함하는 다단 공정으로 이루어지고,
    상기 제 1 감지부는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 설치되며,
    상기 제어부는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 한계수명을 예측하는, 금형수명 예측 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 데이터는 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 최대 주응력 예측 모델을 이용하여 산출되는, 금형수명 예측 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 한계수명의 예측결과를 사용자에게 출력하는 디스플레이부를 포함하는, 금형수명 예측 시스템.
  12. 냉간단조 공정에 사용되며 복수회의 공정횟수동안 성형하중이 가해지는 금형의 한계수명을 예측하는 방법으로서,
    상기 공정횟수마다 가해지는 성형하중에 관한 데이터를 수집하는 단계;
    상기 성형하중에 관한 데이터를 이용하여 상기 공정횟수 및 상기 공정횟수에 대응되는 성형하중에 관한 제 1 데이터를 생성하는 단계;
    상기 제 1 데이터를 이용하여 상기 공정횟수에 대응되는 성형하중에 의하여 상기 금형에 발생되는 최대 주응력을 해석함으로써 상기 공정횟수 및 상기 공정횟수에 대응되는 최대 주응력에 관한 제 2 데이터를 산출하는 단계;
    상기 제 2 데이터와 상기 금형의 피로선도에 관한 데이터를 이용하여 상기 공정횟수 및 상기 공정횟수에 대응되는 금형수명에 관한 제 3 데이터를 산출하는 단계; 및
    상기 제 3 데이터, 하기의 수학식 2 및 수학식 3을 이용하여 상기 금형의 한계수명을 예측하는 단계를 포함하고,
    손상계수()는 공정횟수() 및 상기 최대 주응력과 상기 피로선도에 의해 결정되는 금형수명()에 관한 상기 수학식 2에 의해 정의되고,
    상기 금형의 한계수명은 상기 수학식 3에 의해 정의되는 누적손상계수()가 1이 되는 공정횟수로 정의되는, 금형수명 예측 방법.
    [수학식 2]

    [수학식 3]
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2 데이터는 최대 주응력 예측 모델을 이용하여 산출되는, 금형수명 예측 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 최대 주응력 예측 모델은 수학식 1을 포함하되,
    상기 수학식 1의 제 1 상수(
    Figure 112021076837479-pat00065
    ) 및 제 2 상수(
    Figure 112021076837479-pat00066
    )는 상기 냉간단조 공정 및 상기금형의 특성에 따라 결정되고,
    상기 최대 주응력(
    Figure 112021076837479-pat00067
    )은 상기 제 1 상수, 상기 제 2 상수 및 상기 성형하중(
    Figure 112021076837479-pat00068
    )에 관한 상기 수학식 1에 의해 정의되는, 금형수명 예측 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112021076837479-pat00069
  15. 삭제
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 냉간단조 공정은 복수의 금형을 포함하는 다단 공정으로 이루어지고,
    상기 제 1 데이터를 생성하는 단계에서는, 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 제 1 데이터를 생성하며,
    상기 한계수명을 예측하는 단계에서는, 상기 복수의 금형마다 각각 개별적으로 상기 한계수명을 예측하는, 금형수명 예측 방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 한계수명의 예측결과를 사용자에게 디스플레이하는 단계를 포함하는, 금형수명 예측 방법.
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강성묵 외 4명, 압조 센서를 활용한 냉간다단 단조기의 금형 수명 파손 모니터링, 추계학술대회 초록집. 한국소성가공학회. 2020. 6., (제 103 내지 104면)*
서영호, 냉간단조 금형수명 정량예측 기술 기반 자동차 조향부품 제조원가 예측 및 저감방안 연구, 한국기계기술학회지 제22권 제4호, 2020. 8., (제726 내지 732면)*

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