연구보고서
| 보고서명 | 글로벌 수요대응 건설기계용 고강도 주강 Sprocket의 수직원심주조 기술 개발 진도실적보고서 |
| 연구책임자 | 최경환 |
| 발행년도 | 2020 |
| 내 용 | (1) 1차년도 ① 개발 목표 □ 주관기관(성보공업) : ○ 원심주조 기본 설비 개발 및 제작 (조형기, 원심주조장치) ○ 소형 1단 원심주조 Sprocket 시제품 개발 □ 참여기관 1(한국생산기술연구원) : ○ VOF 기반 수직원심주조 해석기술 개발 □ 참여기관 2(한국건설생활환경시험연구원) : ○ 국외 주요 경쟁사 재질, 열처리 조직 및 표면 분석 ○ Sprocket 재질별 물성 및 화학 조성에 대한 D/B 구축 □ 참여기관 3(인하대학교) : ○ 문헌조사 및 선진社 제품 Benchmarking을 통한 기초 data 확보 ○ 인장강도 1000 MPa급 Sprocket용 재질 기초 설계 □ 참여기관 4(신원기계) ○ 원심주조용 조형설비 개발 ○ 원심주조기 기본설계안 확보 □ 참여기관 5(대명테크놀로지) ○ 소형(250~300mm급) Sprocket 금형 개발 ② 개발 내용 및 범위 □ 주관기관(성보공업) ○ 수직원심주조기 기본 시스템 설계 및 제작 - Main Body 설계 및 제작 - 실린더(조형기) 설계 및 제작 - 소형~중대형 겸용 정반 설계 및 제작 - 컨트롤러 제작 - 컨베이어 설계 및 제작 - Turn Table 설계 및 제작 - 원판 Jig 설계 및 제작 - Bearing Housing Ass’y 설계 및 제작 - Turning Motor 설계 및 제작 ○ 원심 주조 Sprocket 기본 주조방안 설계 - 주조해석 인자와 공정요소 간 Correlation 규명 - 소형(250~300mm)급 스프라켓 제품의 고회수율 확보를 위한 Runner, Gate 등 주조방안 설계 ○ 원심주조 주형 개발 - 소형(250~300mm)급 스프라켓 제품전용 Mold 시제품 제작 및 평가 - Mold 소성 공정 변수 도출 및 영향 평가 (주물사 특성, 소성온도, 소성시간 등) - 조형 강도, 소성상태, 치수 정밀도 평가 ○ 1단 소형(250~300mm)급 Sprocket 시제품 제작 및 평가 - 원심 주조 공정 Test 및 시제품 제작 - 시제품 기본 품질 및 성능 평가 ㆍ 평가 요소 : 회수율, 주조건전성(절단검사, 비파괴 검사), 응고 수축률 - 주조해석 결과와 비교 및 보정 방안 수립 □ 참여기관 1(한국생산기술연구원) ○ 주조해석용 기본모델 선정 - 1단 Sprocket 시제품의 원심주조 기반 주조방안 설계 ○ 원심주조공정 관련 중요 인자 선정 및 효과 분석 - 공정변수 : 몰드 회전속도, 주입속도, 주입온도 등 - 주요인자 : Mold/melt 열전달 계수 등 ○ 공정변수에 따른 용탕유동/응고 양상 분석 및 D/B 구축 - VOF 기반 주조해석 프로그램을 이용한 용탕유동/응고 양상 해석 - 공정변수에 따른 해석결과 D/B화 □ 참여기관 2 (한국건설생활환경시험연구원) ○ 국외 주요 경쟁사 Sprocket 재질, 열처리 조직 및 표면 분석 - Sprocket의 물리적, 화학적 특성 분석 - Sprocket 소재의 미세조직 분석 및 표면 분석 □ 참여기관 3(인하대학교) ○ 문헌조사 및 선진社 제품에 대한 Benchmarking을 통한 기초 D/B 확보 - 합금조성, 미세조직 및 기계적 특성 분석 ○ 인장강도 1000 MPa급 Sprocket용 재질 기초 설계 - Sprocket용 재질 data 확보 및 설계 후보군 설정 - 후보 합금의 합금원소 함량에 따른 기초 물성 변화 분석 - 기초 물성 분석을 기반 최종 후보군 설정 - 기존 사용 합금과 설계 합금과의 물성 비교 분석 (인장강도, 충격치, 경도 등) □ 참여기관 4(신원기계) ○ 원심주조 조형설비 설계 - 개념설계 및 도면화 ○ 원심주조장치 설계 - 개념설계 및 도면화 - 부품 세부사양 선정 □ 참여기관 5(대명테크놀로지) ○ 1단 소형 스프라켓 금형 개발 - 제품 및 주조방안 설계 및 3D Modeling - 기본 금형 제작 - 조형기 Setting 및 수정 ○ 다단 소형 스프라켓 금형 개발 ㆍ 제품 및 주조방안 설계 및 3D Modeling (2) 2차년도 ① 개발 목표 □ 주관기관(성보공업) ○ 소형 다단 Sprocket 시제품 개발 ○ 다단 Sprocket용 원심 주조 설비 개발 □ 참여기관 1(한국생산기술연구원) ○ 주조해석 기반 300 mm급 Sprocket 원심주조 주조방안 최적화 □ 참여기관 2(한국건설생활환경시험연구원) ○ 열처리 공정 조건 분석 및 특성 평가 ○ D.O.E 통한 Sprocket 재질의 열처리 최적 공정 설계 □ 참여기관 3(인하대학교) ○ Sprocket용 주강 합금 설계 및 물성 평가 ○ 설계 합금 적용 Sprocket 제품의 물성 평가 □ 참여기관 4(신원기계) ○ 원심주조설비 최종 설계 ○ 기본설비 개선 및 최적화 □ 참여기관 5(대명테크놀로지) ○ 300 mm급 다단 Mold용 Sprocket 금형 개발 ② 개발 내용 및 범위 □ 주관기관(성보공업) ○ 다단 원심주조 Sprocket 주형개발(300 mm급) - 해석기반 주조방안 적용 - 적층 구조 안전성 고려한 주형 설계 및 시제 주형 제작 ○ 다단 원심 주조설비 개발 - 양산성과 작업 안전성 고려한 원심주조 설비 Upgrade ○ 다단 원심주조 Sprocket 시제품 개발(300 mm급) - DOE 기반 최적 공정 조건 (주입속도, 주형회전속도) 도출 - 주조 회수율 극대화 방안 도출 및 적용 (Sprue 형상 최적화 등) - 시제품 제작 및 평가 □ 참여기관 1(한국생산기술연구원) ○ 원심주조용 300 mm급 Sprocket 주조방안 설계 - 개발 원심주조기 기반 적층형 주조방안 설계 ○ 공정변수에 따른 용탕 유동 및 응고 양상 평가 ○ 최적 재질 주강합금의 열물성 조사 ○ 회수율 고도화를 위한 주조방안 최적화 ○ 해석결과와 시주조 결과의 비교를 통한 feedback □ 참여기관 2(한국건설생활환경시험연구원) ○ 열처리 공정 조건 분석 및 특성 평가 - 각 열처리 조건에 따른 조직 미세조직분석 - 열처리 조건에 따른 조직과 기계적 특성에 대한 상관관계 연구 - 미세조직 및 기계적 특성에 대한 상관성 연구 ○ D.O.E를 통한 Sprocket 재질의 열처리 최적 공정 조건 설계 - 열처리 조건(온도, 시간 등) 및 고주파 공정(출력, 주파수, 시간 등) 수준 결정 - 열처리 조건별 미세조직 분석 - Response(인장강도, 침탄 깊이 등)에 따른 ANOVA 분석 실시 예 - 수준별 인자(factor)와 상관성 분석 및 죄적 열처리 및 고주파 조건 도출 □ 참여기관 3(인하대학교) ○ Sprocket용 재질 설계 및 기계적 특성 Target 확보 - Sprocket의 요구 물성을 고려한 최종 합금 조성 선정 - 설계한 합금을 제작하기 위한 주조 조건 확립 및 시편 제조 지원 - 제조된 합금 시편의 기계적 특성 평가 및 미세조직 분석 ○ 설계 합금 적용 300 mm급 Sprocket 제품의 기계적 특성 평가 및 분석 - 설계 합금과 원심주조공정 적용 소형 Sprocket 제품의 기계적 특성 평가 및 미세조직 분석 - 결정립도 제어방안 수립 및 최적화 □ 참여기관 4(신원기계) ○ 원심주조 조형설비 개선 - 시험결과 Review 및 개선사항 도출 ○ 원심주조장치 설계 - 시험결과 Review 및 개선사항 도출 - 부품 사양 검토 및 조정 □ 참여기관 5(대명테크놀로지) ○ 다단 소형 스프라켓 금형 개발 - 기본 금형 제작 - 조형기 Setting 및 수정 ○ 다단 중형 스프라켓 금형 개발 - 제품 및 주조방안 설계 및 3D Modeling (3) 3차년도 ① 개발 목표 □ 주관기관(성보공업) ○ 직경 600mm급 원심주조 Sprocket 시제품 제작 ○ 품질 안정성 확보를 위한 자동 주입 장비 개발 □ 참여기관 1(한국생산기술연구원) ○ 주조해석 기반 600 mm급 Sprocket 원심주조 주조방안 최적화 □ 참여기관 2(한국건설생활환경시험연구원) ○ D.O.E를 통한 Sprocket 재질의 고주파 침탄 처리 공정 최적화 ○ 개발 제품에 대한 시제품 평가 □ 참여기관 3(인하대학교) ○ 설계 합금 적용 600 mm급 Sprocket 제품의 기계적 특성 평가 및 분석 ○ 제품 양산성 및 공정 자동화에 대한 최적 합금 조성 확립 지원 □ 참여기관 4(신원기계) ○ 자동 용탕 주입 설비 설계 □ 참여기관 5(대명테크놀로지) ○ 600 mm Sprocket 금형 개발 ② 개발 내용 및 범위 □ 주관기관(성보공업) ○ 다단 원심주조 Sprocket 주형개발(600 mm급) - 해석기반 주조방안 적용 - 적층 구조 안전성 고려한 주형 설계 및 시제 주형 제작 ○ 자동 주입 설비 제작 - 센서 기반 스마트 용탕 주입 시스템 설계 및 제작 ○ 다단 원심주조 Sprocket 시제품 제작 및 평가 (600 mm급) - 제품 대형화에 따른 Size Effect 검토 및 공정 조건 도출 - 해석결과와 제품 조건과의 비교 분석 및 Feedback - 시제품 제작 및 평가 ○ 연속 생산에 따른 품질 재현성 평가 ○ 재질, 고주파 등 기술개발 성과물 포한 최종 제품 제작 및 종합 평가 - 최종 시제품의 피로시험을 통한 내구 신뢰성 평가 □ 참여기관 1(한국생산기술연구원) ○ 원심주조용 600 mm급 스프로켓 주조방안 설계 ○ 공정변수에 따른 용탕 유동 및 응고 양상 평가 ○ 위치별 응고속도 평가를 통한 조직/물성 편차 예측 ○ 회수율 고도화를 위한 주조방안 최적화 ○ 해석결과와 시주조 결과의 비교를 통한 feedback 및 수직원심주조 해석 표준화 □ 참여기관 2(한국건설생활환경시험연구원) ○ D.O.E를 통한 Sprocket 재질의 고주파 침탄 처리 공정 최적화 - 고주파 침탄층 단면 분석을 통한 침탄 두께 및 EDS 분석 ○ 개발제품에 대한 시제품 평가 - 인장강도, 샤르피 충격(저온, 상온), 경도, 침탄 깊이, 화학성분 등) - Potentiostat를 이용한 표면층 전기화학적 특성 분석 □ 참여기관 3(인하대학교) ○ 설계 합금 적용 직경 600mm급 Sprocket 제품의 기계적 특성 평가 및 분석 - 설계 합금과 원심주조공정 적용 600mm급 Sprocket 제품의 기계적 특성 평가 및 미세조직 분석 ○ 양산 및 자동화 공정 조건에 따른 제품 특성 평가 및 분석 - 원심주조 공정 조건에 따른 Sprocket 시제품의 기계적 특성 평가 및 미세조직 분석 - 공정 조건별 Sprocket 제품의 물성 변화 Profile 확립 □ 참여기관 4(신원기계) ○ 원심주조장치 개선 - 시험결과 Review 및 개선사항 도출 - 대형화 대응한 부품 사양 검토 및 조정 ○ 자동 주입 장치 설계 - 주입장치 자동화 Concept 도출 - 부품 세부사양 검토 및 기본설계 - 시험결과 Review 및 개선사항 도출 - 원심주조설비와 연동 □ 참여기관 5(대명테크놀로지) ○ 다단 중형 스프라켓 금형 개발 - 기본 금형 제작 - 조형기 Setting 및 수정 ○ 양산성 검토 및 금형 최종 Setting |
| 접수일 | 2023-01-10 |
| 첨부파일 |
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