냉간 압조품의 품질향상을 위한

공정설계기술지원

2003. 7. 31

지원기관 : 한국기계연구원

지원기업 : 대한금속(주}

산 업 자 원 부

제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 "냉간 압조품의 품질향상을 위한 공정설계기술지원"(지원기간 : 2002.

8. 1. 〜 2003. 7. 31.)과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다.

2003. 7. 31.

지원기관 : 한국기계연구원(대표자) 황 해 응

지원기업 : 대한금속 주식회사(대표자) 최 인 규

지원책임자 : 이 정 환

참여연구원 : 권 용 남

목 차

제 1 장 서 론

제 1 절 기술지원 필요성

제 2 절 기술지원 목표

제 3 절 기술지원 내용

제 2 장 본 론

제 1 절 기술지원 성과

1. 다단 냉간 압조(단조) 공정을 통한 개발품 기술 지원

가. Case류 다단 냉간 압조 공정 해석

나. Tie Rod End 냉간 압조 공정 해석

다. 냉간 단조 공정 사례 기술 지원

라. 기술 지원 성과 종합

2. 기술 수준 향상을 위한 기반 기술 구축 지원

제 2 절 기술지원 수행

제 3 장 결 론

부 록

1. 기술지원일지

2. 학회ㆍ세미나ㆍ전시회 등 요약보고서

3. 기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서

4. 기타(지원보고서)

제 1 장 서 론

제 1 절 기술지원 필요성

냉간 압조(단조) 기술은 상온에서 금속 소재에 압력을 가하여 금형 형상대로 제품

을 성형하는 대량 생산 기술이다. 제 2차 세계대전시 강(steel)의 인산아연 피막윤

활처리 기술이 개발됨에 따라 기존에 불가능하게 생각되었던 강의 냉간 성형기술로

각광을 받게 되었다. 제 2차 세계대전 당시 포탄 및 총알의 카트릿지의 제작에 적

용되었던 냉간 압조 기술은 이후 자동차, 산업기기 및 전기기기 등을 중심으로 급

속히 적용 범위가 확대되었다. 아직까지도 고정밀도 부품의 생산을 통한 기계 부품

의 품질 개선을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 대량 생산이 가능해 경제성이 높은 공

정으로 각광을 받고 있다.

국내에서는 60년대 자전거 부품 생산을 위해 금형을 포함한 냉간단조설비가 수입되

면서 냉간 단조 산업이 시작되어 현재에 이르고 있다. 이 후 해당 분야의 기술에

대한 국내 자체적인 기술 개발이 진행되어 90년대 이후 금형설계를 비롯한 신제품

개발에 필요한 국내 기술이 성숙기에 접어들었다. 하지만, 일본, 독일을 비롯한 해

당 기술의 선진국과는 일정 정도의 기술력 차이가 존재하고 있다. 90년대 이후 "글

로벌 아웃소싱"이라는 세계적인 추세 속에서 국내 냉간 단조 산업이 한단계 성숙한

위치로 나아가 안정적인 기업을 구축하기 위해서는 혁신적인 연구개발이 필요하다.

하지만, 냉간 단조 산업을 구성하는 중소기업의 입장에서는 세계적으로 경쟁할 수

있는 기술력을 독자적으로 배양하기에 한계가 있다.

경북 경산시 진량읍에 위치한 대한금속주식회사는 1978년에 설립되어 현재 종업원

56명을 보유한 냉간 압조 전문회사이다. 대한금속주식회사는 국내 주요 냉간 다단

포머(former) 전문업체로 축대칭 단조품 제조에 높은 수준의 기술력을 보유한 업체

이다. 주요 생산품으로는 ball studs, ball stud cases, stab link rods, gear shafts

및 각종 축대칭 단조품등이 있다.

2001년도 기준, 매출액은 100억원으로 견실한 구조를 가지고 있다. 하지만, 글로버

아웃소싱이 강화됨에 따라 기술적으로는 일본 업체에 뒤져 있으며 가격적으로는 중

국의 추격을 받고 있는 현재 국내 냉간 단조 산업 상황속에서 보다 혁신적인 방식

의 연구개발에 대한 필요성을 가지고 있다. 대한금속(주)는 본 "부품소재 종합기술

지원 사업"을 통해 이전까지 대한금속(주)이 보유하고 있던 냉간 다단 포머 기술을

한단계 향상시킬 수 있는 기회를 얻고자 하였다. 부품ㆍ소재 통합연구단의 지원으

로 한국 기계연구원 공정연구부의 이정환 박사 연구팀과 공동연구의 기회를 제공

받았다. 본 사업을 통해 대한금속(주)은 최종적으로 신제품 및 신기술의 독자적 개

발 능력을 한단계 높힘으로써 세계적인 냉간 압조 전문 기업으로 발돋움하고자 하

였다.

표 1-1. 대한금속의 연혁

표 1-2. 대한금속의 주요 설비

그림 1-1. 대한금속의 주요 생산품

냉간 압조(단조)기술은 금속 소재의 대량 생산에 장점을 가지는 대표적인 금속 소

성가공 기술로써 아래와 같은 장점을 가진다.

1. 자원 절약, 에너지 절약형 기술

금속 소재의 소성가공시 금속의 유동을 높이기 위해서 소재에 온도를 높힌 상태로

성형을 하기 때문에 소재의 가열시 에너지의 사용이 불가피하다. 또한, 고온 단조의

경우 소재의 상당량이 플래쉬로 소모되어 재료의 회수율이 낮아진다. 이에 비해 냉

간 압조 공정의 경우, 최종 가공 부품에 치수에 근접하게 성형을 하는 정형 가공

(netshape forming)이 가능해져 재료의 소모를 크게 낮출 수 있다. 이와 더불어 윤

활처리가 된 소재의 냉간 성형이 가능함으로써 에너지의 절약이 가능하다.

2. 고정밀도 부품, 고부가가치 부품 생산 기술

열간 단조와 달리 냉간 단조의 경우 정형 가공(netshape forming)이 가능해져 후속

기계가공이 필요없는 정밀 부품을 생산할 수 있다. 이로 인해 고정밀도 냉간 단조

품의 가격은 다른 부품에 비해 높은 부가가치를 창출할 수 있다.

3. 부품 특성 향상

냉간 압조후 가공 경화 및 연속 섬유상 조직이 부품내 형성됨으로써 기계적 물성

향상을 얻을 수 있다. 이로 인해 기계가공 부품에 비해 높은 특성 및 신뢰성을 가

질 수 있는 장점이 있다.

또한, 냉간 압조 기술의 8대 분야는 아래와 같다.

1. 제품설계

2. 피복가공

3. 열처리 및 윤활

4. 후처리 공정

5. 금형설계

6. 금형재료

7. 프레스 설비

8. 양산기술

대한금속(주)이 보유하고 있는 다단 냉간 압조(단조)기술을 통해 제조된 부품은 일

반적으로 Press 단조가공에 비해 소성 가공량이 높다. 높은 변형량은 가공경화를

통하여 높은 응력을 발생시킨다. 이러한 원인으로 인해 공구의 마모 및 파손이 일

어날 가능성이 높아진다. 이상의 현상에 대한 적절한 공정관리가 이루어지지 않을

경우 단조품에는 다양한 결함 발생의 가능성이 높아진다. 다단 냉간 압조 기술을

통해 생산이 되고 있는 주요 부품들로 Gear Shaft, Case, 자동차 조향 장치용 부

품 등이 있다. 이상의 다단 냉간 압조 자동차 관련 부품들은 축대칭 형상을 가지고

있는 것이 큰 특징이다. 일반적으로 다단 냉간 압조품은 주어진 형상을 다단계 성

형 공정으로 나누어 단계적으로 성형을 하게 된다. 다단 냉간 압조 공정에서 성공

적인 단조품을 제조할 수 있는 핵심 기술은 단계별 변형량 제어 및 이에 따른 금형

형상 설계이다. 다단 냉간 압조기술은 금형의 성공적인 설계 여부에 따라 개발 및

생산 비용이 좌우되는 대량 생산 공정으로 신제품 개발시 수차례에 걸치는 시험 금

형의 제작 과정이 수반된다. 시험 금형의 제작 회수는 공정의 경제성 및 건전한 부

품 제조와 밀접한 관계를 가지고 있다. 본 사업전까지 대한금속(주)에서 냉간 압조

품의 공정 설계는 20여년에 걸쳐 습득한 경험을 통해 이루어졌다. 다단 냉간 압조

공정을 통해 생산되는 제품들이 축대칭의 형상을 가지고 있기 때문에 경험적인 설

계와 시행착오를 통해 신제품을 개발할 수는 있으나 앞서 기술한 바와 같이 글로벌

아웃소싱이 일반화된 오늘날에는 CAE(Computer Aided Engineering) 기술을 이용

한 제품 개발이 필수적으로 요구된다.

제 2 절 기술지원 목표

냉간 압조(단조) 전문 기업인 대한금속(주)의 입장에서 본 사업을 통해 지원받고자

하는 요소는 아래와 같다. 첫째로 대한금속(주)의 기술수준을 향상시킬 수 있는 냉

간 단조 기술에 관한 지원을 요청하였다. 또한, 대한금속(주)이 향후 독자적인 기술

개발을 할 수 있는 능력을 배양하기 위한 연구 개발의 기반 구축에 관한 지원도 같

이 요청하였다.

● 기술 개발 측면: 고속 냉간 단조 기술 개발

1. 공정 설계 기술 : 다단계 공정 설계 방안

2. 금형 기술 : 금형 수명 향상 방안

3. 신제품 개발 : CAE 지원

4. 결함 원인 분석 : 접힘, 크랙 발생

5. 냉간 압조 공정 DB

● 기술 정보 및 연구 기반 구축 측면

1. 냉간 압조 공정 기술 정보 제공

2. CAE 기술 정보 제공

3. 국내외 기술 동향 수집 제공

부품소재 통합연구단의 요청에 따라 한국기계연구원 공정연구부 소성응용그룹 이정

환 박사는 20여년의 연구를 통하여 축적한 냉간 단조 기술의 전분야에 걸친 기술

및 경험등을 대한금속(주)에 지원하게 되었다.

이러한 공동 연구 과정을 통해 대한금속(주)은 시급한 제품 개발의 기간을 단축시

킬 수 있으며 향후 신제품 개발시 필요한 연구 개발의 기반을 구축할 수 있다.

본 지원 사업의 목표인 대한금속(주)의 기술력 및 기술기반 구축을 위한 세부적인

목표는 아래와 같다.

1. 정밀 냉간 압조 공정 최적화 기술

2. 냉간 압조용 원소재 사용시 단조품 결함 발생 제어 기술

3. Case류 및 냉간압조시 내경부 단류선 접힘 현상 개선

4. FEM 해석을 이용한 공정 개선 관련 기술 지원

제 3 절 기술지원 내용

본 사업을 통하여 한국기계연구원이 대한금속(주)에 "냉간 압조 후 부품의 치수 정

밀도 향상 기술"을 위해 지원하고자 한 세부적인 내용은 아래와 같다.

1. 냉간 압조용강(SWRCH 50F, S45C 등)의 성형성 평가 및 공정중 불량 개선

(Crack 발생 방지)을 위한 단조 공정의 확립

- 공정간 Preform 형상 설계 최적화

- 금형 응력 분포 해석을 통한 금형 수명 향상 대책 확립

2. Case류 냉간 압조품의 내경부 접힘 현상 개선

- 공정 단계별 특성 변화 data 확보

- 공정 인자 최적화를 위한 특성 평가

- 유한요소해석(FE analysis): CAE기술을 이용하여 다단계 공정에서 공정간 변형량

/공정 흐름의 합리적인 재설계를 통해 공정 개선

3. 유한요소해석(FE analysis)을 통한 공정 개선 기술 지원

- 공정 특성을 분석하여 해석을 위한 Modelling

- 해석 결과 분석 및 현장 적용 기술

4. 냉간 압조용 소재의 요구 사양 및 관리 방안 지원

- 금형 수명 향상을 위한 소재 전처리 조건 설정 및 관리 항목 확립

- 단조 성형성 향상을 위한 소재 특성 확립

5. 기술 정보 및 연구 기반 구축 측면

- 냉간 압조 공정 및 CAE 기술 정보 제공

- 국내외 기술 동향 수집 제공

사업초 본 사업의 지원을 통해 기대되는 효과는 아래와 같다.

표 1-3. 본 사업을 통한 기대효과

제 2 장 본 론

제 1 절 기술지원 성과

1. 다단 냉간 압조(단조) 공정을 통한 개발품 기술 지원

1차년도 사업중 한국기계연구원은 대한금속(주)에 다단 냉간 압조 공정 최적화의

기술 지원을 위하여 유한 요소 해석을 중점적으로 실시하였다. 또한, 금형의 수명을

최대한 증가시키기 위하여 냉간 단조시 금형에 가해지는 응력 해석, 단조품의 결함

발생의 예측 및 해결 방안 등의 기술 지원도 실시하였다.

대한 금속이 보유한 다단 포머에서 생산되는 냉간 압조품은 형상의 복잡성에 따라

4 ~ 6공정으로 구성된다. 공정은 소재의 절단에서부터 최종 단조품에 이르기까지

고속으로 작동되는 다단 포머에서 자동적으로 이루어진다. 대한금속(주)에서 생산하

는 단조품의 소재는 주로 SM25C, SM45C 계통의 보통강들이며 일부 비조질강도

제품 생산에 사용되고 있다. 이상의 소재들은 자동화를 위해 선재 코일 상태로 공

급되며 절단량은 부품에 따라 최종 단조품의 형상으로부터 소재의 양이 계산된다.

가. Case류 다단 냉간 압조 공정 해석

그림 2-1 에 나타낸 Case류는 대한금속(주)에서 생산하는 대표적인 냉간 압조품으

로 축대칭 형상을 가지고 있어 다단 포머에 적합한 제품이다. 대표적인 사용 용도

로는 자동차 조향장치 부품인 볼스터드(Ball Stud)의 케이스(Case)이며 자동차 모

델에 관계없이 유사한 형상 및 크기를 가지고 있다. 일부 제품의 경우 형상 및 치

수에 따라 다단 포밍 고속 자동화 공정을 사용할 수 없어 프레스 단조 공정으로 생

산하는 경우도 있다. 일반적으로 다단 포머 공정에 비해 프레스 공정은 생산 속도

의 차이로 인해 제품의 단가가 수배 이상 높다.

다단 포머 공정으로 생산할 수 있는 케이스류 단조품도 치수가 약간만 변경되어도

금형 설계 및 공정 설계가 전면적으로 다시 이루어져야 한다. 즉, 다단 포머 공정은

정확한 공정 설계 및 금형 설계가 밑받침이 되지 않을 경우 생산성에 큰 변화가 발

생하는 공정이다. 대한금속(주)는 다년간에 걸친 Case류 다단 포머 공정의 경험을

통해 축적한 기술을 바탕으로 신제품의 개발을 진행해 오고 있었다. 하지만, 최근에

이르러 유한 요소해석 (Finite Element Analysis)을 비롯한 CAE(Computer Aided

Engineering)기술을 신제품 개발에 사용하여야지만 국내외 동종업체와의 경쟁에서

우위를 점할 수 있는 상태이다. 당해연도 한국기계연구원에서 Case류에 대한 유한

요소해석을 통해 대한금속(주)은 신제품 개발을 지원 하였다. 이상의 공동 연구 과

정을 통해 대한금속(주)은 경험적인 기술에 더불어 CAE기술을 습득하여 Case류 제

품 개발 기간을 보다 앞당길 수 있게 되었다.

그림 2-1. 대표적인 Case류 형상

당해연도 한국기계 연구원이 대한금속(주)에 공정해석을 지원한 Case류 부품에는

LX-Chrysler Case, E265 Case 및 기존 Press 단조품을 다단 포머 공정으로 대체

한 수출용 신규 개발품이 있다. 지원 과정중 대한금속(주)에 제공한 지원 보고서는

부록에 첨부하였으며 해당 지원 건에 관한 중요한 기술적인 내용은 아래에 정리하

였다.

1) LX-Chrysler Case

대한금속(주)에서 부품명 "LX-Chrysler Case"에 대해 기존의 설계 방법대로 공정

방안을 제시하였다. 기존에 제품 개발은 대한금속(주)의 개발부에서 여러 가지 공정

방안을 설정한 후 실제 금형을 가공하여 시제품을 제작한 후 오차를 수정하는 방식

을 사용하였다. 즉, 수번에 걸친 금형 제작을 거치는 시행착오 과정을 통해 신제품

에 대한 개발을 진행하였다.

본 사업에서는 먼저 대한금속(주)에서 제공한 2종의 공정도면을 바탕으로 공정별

체적의 변화를 평가한 후 다단 공정의 유한요소해석을 실시하여 공정의 적합성을

검토하였다. 이러한 결과를 바탕으로 보다 나은 성형 방법을 제안할 수 있었다.

먼저 체적계산을 실시하여 이를 통해 최적 소재 절단 크기를 결정 하는데 기초 자

료로 제공하였다. 표 2-1에 공정별 체적 계산의 결과를 나타내었으며 설계시 공정

단계에 따라 체적의 변화가 있음을 확인할 수 있다. 소재의 절단 크기는 전체 6공

정 중 가장 많은 소재 체적이 요구되는 공정을 기준으로 설정하여야 한다. 초기 절

단 소재량에 따라 공정별 변형율, 응력 분포가 변화하며 이에 더불어 금형에 걸리

는 응력의 분포 및 크기도 변화하게 된다. 즉, 적절한 소재의 양을 결정하는 것이

성공적인 다단 포머 공정의 시작이다.

최종 단조품의 형상 및 치수를 설계대로 얻기 위해서 공정별로 변형량의 적절한 제

어를 통한 형상의 제어가 필수적이다. 또한, 원하는 형상을 성형할 때 금형에 부과

되는 응력을 적절하게 제어하지 못할 경우 금형의 조기 파손을 가져올 수 있다. 따

라서 원하는 형상과 이를 얻기 위한 금형 설계의 적절한 배분이 다단 성형 전단계

에 걸쳐 요구된다.

그림 2-2. LX-Chrysler Case 공정방안 1

그림 2-3. LX-Chrysler Case 공정방안 2

표 2-1 LX-Chrvsler Case의 공정별 체적 계산

유한요소해석을 위해 강소성 유한해석 프로그램 DEFORM-2D을 사용하였다. 다단

포밍 공정은 상온에서 진행되는 공정으로 성형시 마찰 및 가공열에 의한 온도 상승

이 발생하지만 가공되는 소재가 일반강이라는 점을 고려하면 상온 등온 해석을 실

시하여도 무방하다. 소재 및 제품의 형상은 축대칭으로 유한요소해석시 해석 시간

의 단축을 위하여 2차원 축대칭 가정하에 공정을 해석하였다. 해석시 펀치인 상부

금형(Top Die), 하부 금형 및 성형소재로 구분하였다. 각각의 요소는 유한요소해석

시 표 2-2에 정리한 것과 같은 특성을 가진다. 일반적으로 다이에 가해지는 응력을

해석할 때 금형도 소재와 마찬가지로 일정한 크기를 가지는 요소(mesh)로 나누어

서 응력해석을 실시하는 경우가 많다. 하지만 DEFORM-2D에서는 금형을 강성 매

체(Rigid Medium)으로 설정한 후 소재의 변형 후 금형에 가해지는 응력을 역으로

내삽(Interpolation)하여 금형에 미치는 응력을 계산할 수 있는 특징이 있다. 본 지

원연구에서는 대한금속(주)의 개발 요구에 빠르게 대응하기 위하여 이상의 방법을

사용하였다.

표 2-2. Object Description

유한요소해석시 소재의 초기 온도는 20°C로, 다이의 온도도 20°C로 소재와 동일하

게 설정하였다. 공정은 다단 포머 press속도에 의해 제어되도록 하였는데 이 때 프

레스 속도는 100mm/s으로 설정하였다. 소재와 금형의 마찰의 특징은 Shear 마찰

로써 마찰계수는 0.15로 설정하였다. 공정중 마찰계수의 변화는 발생하지 않는다고

가정하였다. 실제 공정에서는 소재가 변형됨에 따라 마찰계수의 값은 변화하는 것

으로 알려져 있지만 아직까지 공정 중 마찰계수의 변화에 대한 연구에 대한 결론이

명확하게 제시되어 있지 않다. 또한, 소재와 금형사이의 윤활제에 의한 열전달이 발

생하는 것은 유한요소해석에서 고려하였다.

표 2-3은 해석에 사용된 소재 및 금형의 기초적인 물성을 나타낸 결과이다. 소재는

일반강인 AISI-1045(KS SM45C, JIS S45C)를 사용하였으며 다이는 AISI H-13를

사용하였다. 펀치는 텅스텐 카바이드를 사용하였다.

표 2-3. 유한요소해석에 사용된 소재의 물성

그림 2-4는 "LX-Chrysler Case 공정 방안 1"의 유한요소해석 결과로써 공정에 따

른 소재의 변형 형상, 이에 따른 소재의 응력과 변형율 그리고 변형시 필요한 힘을

소재의 변형높이에 따라 표시한 결과이다. 해석결과 4공정에서 5공정으로 넘어갈

때 소재에 접힘현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 소재에 접힘이 발생하면

이는 단조품의 결함으로 남아 최종 부품의 성능을 저하시키는 원인이 된다.

그림 2-4 LX-Chrysler Case 공정방안 1

그림 2-5는 LX-Chrysler Case를 생산하기 위한 공정 방안 2로써 공정 방안 1과

비교의 목적으로 대한금속(주)이 제시한 공정의 유한요소해석 결과이다. 공정 해석

에 사용한 조건은 공정방안 1과 동일한 조건을 사용 하였으며 각 공정 단계별 금형

의 형상만을 달리하였다.

1 공정은 소재를 필요한 크기로 절단하는 공정이다. 실제 소재의 절단시 한쪽 방향

으로 약간 치우치게 잘리는 경우가 발생하며 burr도 나타난다. 2공정에서는 절단된

소재의 높이를 일정하게 만들어주는 공정이다. 3공정에서는 외곽부쪽으로 일정한

높이를 가지는 단을 만들어 4공정에서 중심부쪽으로 압축할 수 있는 형상을 만들어

준다. 4공정에서 외곽부를 좀 더 높게 형성시킨 다음 5 공정에서 후방압출 형태로

소재를 가공한다. 6공정에서 마지막으로 외곽에 단을 형성시키기 위한 압축을 가하

여 제품을 완성하게 된다.

공정방안 1에서는 2, 3 공정에서 뒤따를 후방압출을 위한 형상이 공정방안 2에 비

해 불리하게 설계되어 있었다. 결과적으로 "공정방안 1"과 다른 공정별 금형을 사용

함으로써 "공정방안 2"에서는 "공정방안 1"에서 발생한 접힘현상이 발생하지 않음을

확인할 수 있었다. 그러나 공정방안 2에서도 최종 6공정 종료후 외곽부위쪽에 접힘

현상이 발생하고 있다. 이 접힘부위는 후속 기계가공 조건에서 제거할 수 있다.

LX-Chrysler Case 공정방안 1과 2는 기존의 다단 포밍 공정의 경험을 바탕으로 설

계가 이루어진 경우이다. 따라서 후속 기계가공 과정을 염두에 두고 설계가 진행된

면이 있다. 하지만, 향후 유한요소해석을 보다 더 광범위하게 다단 포머 공정 개발

에 사용할 경우 최종적으로 정형 제조(Netshape Forming)가 가능해져 기계가공을

배제한 제품을 설계할 수 있다.

대한금속(주)는 이상의 LX-Chrysler Case의 다단 냉간 압조 공정의 유한요소해석

을 통하여 시험 금형의 제작 회수를 줄이고 제품을 생산할 수 있는 효과를 얻을 수

있었다.

그림 2-5 LX-Chrysler Case 공정방안 2

2) E256 Case

E256 Case는 앞서 설명한 LX-Chrysler Case와 유사한 형상 및 치수를 가지는 부

품이다. LX-Chrysler Case에서 실시한 유한요소해석과 동일한 방법으로 해석을 진

행하였으며 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 그림 2-6은 대한금속(주)가 제공한 공

정도면이며 그림 2-7은 유한요소해석을 통해 얻은 결과로써 최종 공정 후의 형상

을 보여주고 있다.

그림 2-6. E256 Case 공정방안

그림 2-7. E256 Case공정의 유한요소해석 (5 → 6 공정)

3) 수출용 신규 개발품(기존 Press 단조 생산부품)

1) 및 2)에서 설명한 LX-Chrysler Case 및 E256 Case의 경우 기존 다단 포머 공

정에서 제조되어 온 제품인 반면 3)에서 설명할 제품의 경우 기존 Press 단조를 통

해 생산되어온 부품을 다단 포머 공정으로 대체하여 개발한 제품이다. 앞서 설명한

바와 같이 다단 포머 공정은 Press 공정에 비해 자동화 정도가 높아 고속으로 제품

을 생산할 수 있는 큰 장점을 가지고 있다. 즉, 고속 생산으로 인해 제품의 가격을

약 5배 정도 낮추는 등 생산성의 비약적인 증가를 가져올 수 있다.

본 Press 공정 대체 수출용 신규 개발품의 해석의 목적은 강소성 유한요소해석을

통하여 제품의 결함 예측 및 금형의 응력 해석이다. 또한, 해석을 통해 얻어진 결과

로부터 금형 파손 수명을 예측하며 대책을 설정하고자 하였다. 해석에 사용될 조건

들은 아래에 정리하였다. 앞서 설명한 LX-Chrysler Case 및 E256 Case의 유한요

소해석과 차이점은 3차원 해석으로 DEFORM-3D 프로그램을 사용하여 해석을 실

시하였다.

● Object Description

● PROCESS DATA

ㆍ Initial Process Conditions

( ) Workpiece Temperature : 20°C

( ) Workpiece Strain rate : "controlled press speed"

( ) Workpiece Porosity

( ) Die Temperature(s) : Mold neck part ; 20°C

ㆍ Press Characteristics

( 0 ) Velosity Profile or Function (Attach) :

ㆍ Backward Extrusion Processing

v= 0.2mm/s

Final height = 16.3mm

AVGSTR : v(mm/sec)/initial high(mm) = 0.084

● Interface Data

( o ) Friction Type : shear

( o ) Constant Friction

( o ) Friction factor : 0.15

( o ) Lubricant Heat Transfer Coefficient

● Material Properties

O AISI-1045(S45C)

Young's modulus = 220000

Yield strength = 0.3

Themal expansion = l,42e -05

O AISI H-13(SKD61)

Young's modulus = 210000

Yield strength = 0,3

Themal expansion = 1.49e -05

그림 2-8AISI-1045(S45C) Flow Stress

● Workpiece Mesh Type : DEFORM User Mesh : 20000개

그림 2-9 Configuration or Mesh Generation for FE Analysis

수출 대상 신개발품의 경우에도 앞선 경우와 마찬가지로 대한금속(주)에서 먼저 공

정 도면을 그림 2-10과 같이 제시하였다. 설계도면에서 알 수 있듯이 앞서 설명한

LX-Chrysler Case 및 E256 Case에 비해 매우 복잡한 형상을 가지고 있다. 이 제

품은 기존에 Press 단조를 통해서만 제품의 생산이 가능하였는데 대한금속(주)는

20여년간 쌓아온 다단 포머 공정의 노하우와 더불어 한국기계연구원의 CAE 기술을

이용하여 다단 포머 공정으로 제품을 생산하는 신기술을 개발하고자 하였다.

그림 2-11은 그림 2-10의 공정설계에 따른 공정별 제품의 변형 형상 및 변형율

분포를 나타낸 그림이다. 1, 2, 3 공정에서는 비록 변형율의 분포가 제품의 전체에

걸쳐 균일하게 나타나지는 않지만 결함이 발생하지는 않음을 알 수 있다. 하지만,

4번째 공정에서 결함 발생이 예측되었으며 이 결함 발생을 무시하고 해석을 계속

진행하였을 때 5번째 공정 및 6번째 공정에서도 결함이 계속 발생하고 있음을 유한

요소해석 결과 확인하였다. 결함의 위치는 Case의 내경 쪽으로 공정 단계에 따라

서로 다른 위치에 발생하고 있다. 이러한 결함의 발생 원인은 metal flow가 구속을

받게 되어 한점을 중심으로 양쪽에서 시작한 metal flow가 서로 마주치면서 소재

의 겹침이 발생하게 된다. 그림 2-12는 각각 4, 5, 6 공정에서 결함 발생의 과정을

보다 세부적으로 나타낸 해석 결과이다. 그림 2-12(a)의 4공정에서는 펀치에 밀려

올라오는 소재가 벽쪽에 소재와 겹침이 발생한 채로 후방압출이 이루어져 Case 벽

면쪽에 결함선이 같이 소재와 같이 빨려 올라감을 볼 수 있다. 5번 공정에서도 앞

선 경우와 유사하게 펀치에 밀려나 온 소재가 움직이지 않는 소재와 마주치면서 겹

침 결함이 발생하다(그림 2-12(b)). 6번 공정은 Case 벽에서 외곽부를 형성하는

공정으로 길게 서 있던 벽부분이 압축을 받게 되면서 소재가 움직일 수 있는 부분

에 전단 변형이 발생한다. 이러한 전단변형은 일종의 소재의 꺽임(buckling)을 발생

시키게 되며 꺼인 부분은 결국 겹침 결함으로 발전하게 된다(그림 2-12(c)). 6공정

에서의 결함 크기는 약 2.124mm로 예측되었으며 이는 제품의 크기를 고려할 경우

매우 심각한 수준의 결함으로 판명되었다. 공정 단계별로 결함의 크기는 서로 다르

게 나타나고 있으며 여러 위치에서 발생하기 때문에 후속 기계가공에 제거하기에

곤란할 것으로 생각된다.

그림 2-13은 그림 2-10의 공정 설계도에 따라 실제 다단 포머 작업을 한 결과를

보여 주고 있다. 유한요소해석 결과에서 예측한 것과 같이 유사한 크기의 크랙이

작업결과 관찰되고 있음을 확인할 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이 그림 2-10의 공정설계로는 결함이 없는 건전한 제품을

생산할 수 없음을 확인하였다. 한국기계연구원에서는 대한금속(주) 기술진과 협의하

에 공정 설계도를 수차례 변경하여 유한요소해석을 실시하여 결함의 발생을 억제하

는 공정 설계를 그림 2-14와 같이 제시하였다.

그림 2-10 Press품 대체 신개발품 공정도

그림 2-11 Press품 대체 신개발품의 유한요소해석 결과

그림 2-12 (a) 공정 4에서 결함 발생, (b) 공정 5에서 결함 발생,

(c) 공정 5에서 결함 발생

그림 2-13 다단 포머 작업 Case 부품 vs. 유한요소해석 결과

그림 2-14 Press품 대체 신개발품의 공정도 설계 변경(안)

그림 2-15는 그림 2-14의 공정 설계시 예상되는 결함발생을 억제하기 위한 그림

2-14의 새로운 공정설계의 유한요소해석 결과이다. 그림 2-11의 해석 결과와 비교

할 경우 변형량의 분포가 상당히 균일하게 유지되고 있음을 알 수 있다. 본 공정

설계 변경에서 가장 중요한 점은 결함의 발생이 없는 공정안을 제시하는 것이다.

그림 2-15에 나타낸 유한요소해석 결과 6공정에서 결함이 발생할 수 있음이 예측

되었다. 하지만 결함의 크기는 약 0.25 mm정도로 그림 2-10의 공정도에 의한 해

석 결과에 비해 매우 낮은 수준임을 알 수 있다.

그림 2-16은 각 공정별로 변형율의 변화 과정을 좀 더 자세히 나타낸 그림이다. 2

공정에서는 절단한 소재를 높이를 균일하게 맞추어 주는 과정이다. 3공정은 그림

2-10의 기존 설계과는 달리 펀치의 각을 직각이 아닌 일정한 각도를 주는 방법을

사용하여 외곽측에 후방압출 방식으로 벽을 형성하기 시작하였다. 이후 4공정은 순

수하게 후방압출 형태의 변형을 유도하였으며 5공정에서는 초기 후방압출되던 소재

가 벽 중간 부분에서 외곽부를 형성하도록 압축을 받도록 금형을 설계하였다. 6공

정에서는 5공정의 연장으로 외곽부 형성을 할 때 단을 부여함으로써 소재의 버클링

(buckiling)을 억제하였다. 하지만, 이 경우에도 Case 내경부에서는 외곽부 형성시

발생한 전단변형으로 인한 겹침 결함이 발생하는 것을 그림 2-16(e)에서 확인할 수

있다. 하지만 겹침 결함의 크기는 약 0.25mm로 후속 내경 가공에서 충분히 제거될

수 있는 정도의 것이다. 이러한 유한요소해석 결과를 바탕으로 공정의 최적화를 달

성할 경우 6공정에 예측된 결함도 충분히 제거할 수 있을 것으로 생각된다.

그림 2-17은 새로운 공정도에 따라 작업한 결과이다. 유한요소해석 결과 예측된

바와 같이 겹침 결함의 발생의 빈도는 이전 공정 설계에 비해 낮아짐을 알 수 있었

다. 현재, 대한금속(주)는 본 개발 제품의 수출을 위해 그림 2-14의 새로운 공정도

를 기준으로 실제 공정 조건을 조정하여 우수한 치수정밀도를 가지며 결함이 없는

제품의 생산을 앞두고 있다.

그림 2-15 새로운 공정설계에 의한 유한요소해석

그림 2-16 (a) 2공정에서 변형율 변화, (b) 3공정에서 변형율 변화, (c) 4

공정에서 변형율 변화, (d) 5 공정에서 변형율 변화, (e) 6공정에서 변형율 변화

그림 2-17 새로운 공정설계에 의한 시제품

다단 포머 공정에서 금형은 상당히 높은 수준의 변형력을 받게 되며(그림 2-4,

2-5 참조) 이에 따라 파손의 가능성이 높아진다. 실제 대한금속(주)에서 Press 대

체용 Case 제품 개발 시제품 제작시 금형의 파손이 자주 발생하였다. 금형의 파손

은 궁극적으로는 피할 수 없는 현상이지만 단조의 횟수를 증가시킬 수 있다면 경제

적으로 큰 이익을 얻을 수 있다. 따라서 금형의 응력 해석을 통한 금형 수명의 향

상은 단조 뿐만 아니라 금형을 사용하는 모든 생산 공학에서 중요한 연구 주제가

되고 있다. 대한금속(주)에서는 단조 금형의 수명을 향상시킬 수 있는 다수의 방안

을 가지고 있으며 일부는 등록된 특허를 보유하고 있을 정도로 금형 수명 향상에

적극적으로 연구개발을 해 오고 있다.

그림 2-18은 본 연구에서 사용한 DEFORM 프로그램에서 금형응력을 해석하는 방

법을 개략적으로 나타내는 그림이다. 이미 전술한 바와 같이 대한금속(주) Case류

의 유한요소해석은 강소성 해석법을 사용하였으며 금형은 강성으로 정의하였다. 하

지만 실제 금형은 매우 높은 강도를 가지는 소재로 성형시 탄성변형이 발생하게 된

다. 소재의 성형시 금형이 받는 탄성응력이 금형소재의 강도의 몇 배 이상의 힘을

반복적으로 받을 경우 금형은 파손에 이를 가능성이 매우 높아진다. DEFORM 프로

그램을 사용하여 금형이 받는 응력을 해석하는 방법은 그림 2-18에 나타낸 바와

같이 변형을 받는 소재의 소성 변형 해석이 완료된 후 강성으로 정의되어 있는 금

형에 탄성 특성을 부여함으로써 금형이 받는 응력을 계산한다.

그림 2-19는 Case 성형시 5공정에서 금형이 받는 응력을 계산하는 방법을 도식적

으로 나타낸 그림이다. 즉, 그림 2-20에 나타낸 바와 같이 파란색으로 표시된 압축

응력을 받는 부분에서 금형의 파손이 발생할 가능성이 높아진다.

금형의 파손을 방지하기 위해서는 공정 설계시 소재의 성형만을 고려하여서는 곤란

하며 성형에 따라 금형에 부과되는 응력을 같이 점검함으로써 금형의 수명을 연장

시킬 수 있다.

그림 2-18 금형응력 해석 방법

그림 2-19 Case 성형 5공정에서 금형 응력 해석

그림 2-20 5공정에서 금형 파손 가능성이 높은 부위

나. Tie Rod End 냉간 압조 공정 해석

그림 2-21 에서 나타낸 바와 같은 육각부를 가지는 Tie Rod End 부품의 성형을

위해 대한금속(주)에서 두가지 공정 설계 방안을 제안하였다. 그림 2-22는 최종 단

조품의 형상 및 공정중 가장 핵심 공정인 4공정의 금형, 그리고 공정 모델 1안과 2

안의 중요 형상을 같이 나타내었다. 모델 1안의 해석결과를 그림 2-23에 모델 2안

의 결과를 그림 2-24에 나타내었다. 그림 2-23에서 나타낸 바와 같이 모델 1안은

볼 부위에 결함이 발생함과 동시에 육각부의 미성형이 발생함을 해석 결과로부터

예상할 수 있었다. 볼 부위의 결함은 육각부가 형성되기 이전 하부의 배럴링

(Barallelling)에 의해 발생이 된다.

반면 그림 2-24의 모델 2안은 볼 부위의 성형은 양호하였으나 육각부위에는 여전

히 성형이 완벽하게 이루어지지 않음을 유한요소해석결과 예측할 수 있었다. 이러

한 결과는 육각부의 압출 공정시 원활한 성형을 위해 필요한 금속의 유동이 일어나

지 않아 볼 상부에서 과도한 변형이 발생하기 때문으로 판단된다.

이상의 결과로부터 얻을 수 있는 개선안은 모델 1안의 경우, 3공정에서 볼을 과다

하게 성형하지 않고 4공정에서 성형을 실시할 필요가 있다. 하지만 이러한 공정 설

계시 포머에 걸리는 하중이 과다한 수준으로 높아질 가능성이 있기 때문에 포머 용

량을 고려한 하중의 분산이 요구된다. 모델 2안의 경우, 압출 대신 업세팅 형태의

단조를 실시하면 미성형의 문제를 일정정도 이상 해결 할 가능성이 있다고 판단하

였다.

그림 2-21 육각부를 가지는 Tie Rod End 형상

그림 2-22 최종 단조품 형상, 4공정의 금형, 공정 모델 1안과 2안의 중요 형상

그림 2-23 모델 1안의 유한요소해석결과

그림 2-24 모델 2안의 유한요소해석결과

다. 냉간 단조 공정 사례 기술 지원

한구기계연구원은 대한금속(주)가 생산하고 있는 다단 포머 공정 제품을 비롯한 다

양한 형태의 단조품들의 생산에 참고자료로 활용할 수 있는 단조 공정 설계 사례를

수집 정리하여 대한금속(주)에 제공하였다. 제공된 결과물은 부록에 첨부하였다.

라. 기술 지원 성과 종합

본 지원 사업을 통하여 대한금속(주)는 재래식 부품 생산 업체에서 Digital 생산 시

스템 구축 중인 선진 기술업체로 변신을 하게 되었다. 본 사업의 구체적인 지원 성

과를 아래에 종합하여 정리하였다.

2. 기술 수준 향상을 위한 기반 기술 구축 지원

한국기계연구원은 대한금속(주)에 부품소재 통합연구단의 종합기술지원사업을 위한

정밀진단을 하는 과정에서 향후 독자적인 기술 개발의 토대를 마련할 필요가 있음

을 확인하였다.

대한금속(주)이 기계연구원으로부터 지원받고자 하는 Press 단조를 대체하는 냉간

다단 포머 압조(단조) 기술은 전세계 단조업계에서 난이도가 높은 기술로 알려져

있으며 일본과 같은 냉간 단조 기술 선진국에서도 제한된 품목만이 시장에 나오는

실정이었다. 하지만 본 지원사업의 파견 연구원의 연구지원과 대한금속(주)의 진지

한 노력이 결합하면 빠른 시일 내에 안정적인 제품 생산을 이끌어 낼 수 있을 것으

로 판단하였다. 본 지원사업의 파견연구원은 지난 20년간 단조기술과 관련된 50여

건 이상의 과제를 수행하였다. 이상의 경험을 통해 대한금속의 기술적인 문제점을

충분히 해결해 주는 동시에 선진 냉간단조 기술을 제공해 줄 수 있었다. 대한금속

(주)의 기술 수준 향상을 위한 기반 기술 구축 지원의 구체적인 예는 아래와 같다.

1. 상용 소성가공 해석 프로그램 설명

기존에도 대한금속(주)내에서는 유한요소해석 프로그램과 같은 CAE 기반 기술의

활용에 대한 필요성은 인지하고 있었으나 해당 분야의 전문 인력이 부족할 뿐만 아

니라 투자의 필요성을 현실화할 계기를 만들어내지 못해 과거에 축적해온 경험을

통해서 제품 개발을 진행할 수 밖에 없었다.

하지만 본 지원사업의 결과 한국기계연구원이 보유하고 있는 각종 해석 프로그램의

Bench Mark Test를 제공받게 됨으로써 대한금속의 환경에서 가장 효과적으로 운용

할 수 있는 최적 소프트웨어를 도입, 운용할 수 있는 계기가 되었다.

또한, 한국기계연구원과의 연결은 대한금속(주) 입장에서 신기술인 유한요소해석 기

술의 도입시 불필요한 투자를 사전에 방지하는 결과를 얻을 수 있었다. 2002년 사

업기간중 대한금속(주)은 현장 활용성이 높은 유한요소해석 프로그램인

SuperForge를 도입하였으며 향 후 냉간 단조 분야에서 현재 최고의 신뢰도를 보이

고 있는 DEFORM-2D, 3D를 순차적으로 도입 활용할 계획이다.

2. 냉간 압조용강의 소성 변형 특성 및 열처리 특성 기술 지원

대한금속(주)은 냉간 다단 포머 업체로 소재에 대한 중요성을 크게 인식하지 못한

상태로 생산에 주력하여 왔다. 하지만, 단조와 같은 소성가공분야에서 소재의 정확

한 데이터 베이스를 확보하고 있다는 것은 곧 성공적인 소재 성형을 할 수 있다는

것과 동일한 의미를 가진다.

한국기계연구원 당해연도 지원사업 과정중 연구원이 보유한 냉간 다단 포머용 소재

인 일반강 및 비조질강의 변형 거동의 특성에 관한 데이터 및 소성 가공후 뒤따르

는 열처리에 관한 자료를 제공하여 보다 폭넓은 범위에서 신제품 개발이 이루어질

수 있도록 지원하였다.

3. 관련 기술 획득 체계 구축 지원

대한금속(주)가 위치한 경산 진량공단 및 대구권에도 상당수의 전문 냉간 단조업체

가 존재함에도 불구하고 대한금속(주)은 동종 업체와의 기술 교류가 거의 이루어지

지 않는 상태였다. 따라서 국내외의 기술 동향 및 신제품 개발에 능동적으로 대처

하기 보다는 납품 업체의 요청에 따라 신제품을 개발하는 형태의 제품 개발 구조를

가지고 있었다.

본 사업을 통하여 한국기계연구원은 대한금속(주)의 핵심 기술진들을 한국소성가공

학회 학술대회, 국내 단조업체들의 기술 교류를 목적으로 구성된 단조기술교류회,

파견연구원이 소속된 국가지정실(NRL) "무절삭 정밀 단조 연구실" workshop 등에

초청함으로써 국내 동종 업체 기술진을 비롯하여 대학교, 연구소에 근무하는 해당

분야의 전문 연구자들과 대한금속(주)의 기술진과의 교류의 기회를 늘리는 역할을

하였다.

이러한 과정을 통해 대한금속(주)은 보다 적극적으로 시장의 동향을 파악하고 신제

품을 개발할 수 있게 되었으며 동종업체와의 협력을 통해 중국, 일본 등의 업체와

의 국제적인 경쟁에 보다 적극적으로 대처할 수 있는 능력을 기를 수 있었다.

4. 연구 개발의 필요성 및 구체적 방법 지원

대한금속(주)은 국내에서 해당 기술 분야에서 상당한 수준에 위치한 기업임에도 불

구하고 완벽한 수준의 연구 개발 시스템을 갖추지는 못한 상태였다. 또한 기업의

규모상 보유할 수 있는 연구개발 인프라에는 한계가 있는데 이를 극복할 수 있는

방법은 본 지원사업과 같은 정부의 지원을 적극 활용하는 것이다. 하지만 이전까지

중소기업을 상대로 한 정부지원사업에 대한 지식 및 경험이 전무하여 한국기계연구

원과 같은 정부 출연연구소의 존재조차도 인지하지 못하는 실정이었다.

한국기계연구원은 당해연도 지원사업기간중 상시적으로 대한금속(주)이 연구개발

차원에서 정부의 지원을 얻을 수 있는 다양한 방법을 설명하였으며 대한금속(주)은

불량품 검출 시스템 개발 등과 관련하여 정부 지원을 얻고자 시도하고 있다. 또한,

대한금속(주)의 규모를 확장시키는데에도 정부 시책을 적극적으로 연구하여 보다

효율적인 제조업체로 발돋움 하고 있다.

5. 국내외 관련 업체와의 연계 발전 지원

앞서 언급한 바와 같이 대한금속(주)의 동종업체와의 교류는 대구 경산 지역에 위

치한 업체들과의 비공식적 교류 수준에 그치고 있었다.

하지만, 본 사업을 통해 대구 경북 지역 뿐만 아니라 한국기계연구원의 파견연구원

을 매개체로 자동차 산업의 본거지로 국내 단조업체의 메카인 경남지역 업체 뿐만

아니라 전통적으로 높은 기술을 보유한 업체가 많은 경기 지역등 전국적으로 관련

기업간의 네트워크를 구축할 수 있는 기회를 가지게 되어 관련 업계의 공동 발전을

도모할 수 있게 되었다. 이러한 교류는 대한금속(주)이 본 지원사업의 책임자인 이

정환 박사가 회장으로 있는 단조기술교류회를 통해 더욱 활성화되고 있다. 단조기

술교류회는 국내 100여개 이상의 단조업체 임원들의 모임으로 동종 업종간의 기술

발전 및 각종 협력의 기회를 논의하는 모임이다.

제 2 절 기술지원 수행

본 지원사업의 지원측은 한국기계연구원 책임연구원 이정환 박사가 연구책임자로,

권용남 박사가 연구원으로 참여했다. 이정환 박사는 냉간 단조 공정의 설계에 관한

기술지원을 실시하였으며 권용남 박사는 유한요소해석에 관한 지원을 실시하였다.

대한금속(주)에서 기술책임자는 최종원 이사로 연구기반구축을 비롯하여 유한요소

해석 프로그램 및 CAE기술의 도입에 관한 업무를 수행하였다. 다단 포밍 공정 설

계는 왕한섭 차장이 대한금속(주) 기술진을 대표하여 한국기계연구원과 기술회의를

주도 하였다.

지원책임자인 이정환 박사와 권용남 박사는 각각 월 2~3회 경산에 소재한 대한금

속(주)를 방문하여 한국기계연구원에서 지원한 공정설계에 따른 현장 적용 문제점

및 대한금속(주)의 설비를 고려한 생산방법, 실험참관을 실시하였다. 또한, 대한금

속(주)의 기술진도 월1회 정도 창원에 소재한 한국기계연구원을 방문하여 각종 기

술자료를 수집, 연구원들과의 기술회의를 실시하였다. 또한, 이메일 및 전화 통화를

이용하여 수시로 상호간의 연락을 취하였으며 이 내용은 본 보고서에 기술한 기술

지원 뿐만 아니라 대한금속(주)의 기술 발전을 위한 다양한 분야에 걸친 지원이 이

루어졌다.

특히 당해연도 사업을 통하여 개발에 성공한 Press 대체 다단포머 Case류의 개발

을 비롯해 대부분의 제품설계는 대한금속(주)에서 1차적으로 설계를 실시한 후 한

국기계연구원에서 유한요소해석을 통해 현장 설계의 문제점을 보완한 변경 설계를

제시하였다. 대한금속(주)에서는 제품에 따라 1차 설계에 따른 금형 가공 및 시제품

제조를 실시하였으며 실험 결과와 한국기계연구원의 해석 결과를 바탕으로 설계 변

경에 착수하였다. 이상의 과정은 제품에 따라 수차례 반복하는 방식으로 최종 제품

을 개발하였다. 과거 대한금속(주)의 독자적인 설계에 의한 제품 개발에 비해 시험

금형 제작의 회수를 크게 줄일 수 있었으며 시제품도 한국기계연구원의 분석을 통

해 신뢰성을 검증할 수 있었다.

이상의 개발을 위해 한국기계연구원에서는 CATIA™, IDEAS, DEFORM 2D™ and

3D™와 같은 컴퓨터 프로그램 및 경도기, 조직 현미경 등의 분석 장비를 사용하였

다. 대한금속(주)에서는 냉간 압조기, 열처리노 등의 시제품 제작 장비 및 일반적인

설계 프로그램을 사용하였다.

또한, 한국소성가공학회 학술대회, 단조기술교류회 및 workshop등에 참석하여 동

종분야 기술진 및 전문 연구자들과 토의를 통해 냉간 다단 압조 기술의 발전을 위

한 아이디어를 습득하였다.

제 3 장 결 론

부품소재통합연구단의 본 지원사업을 통해 한국기계연구원은 대한금속(주)에 대한

지원 결과 다음과 같은 성과를 얻을 수 있었다.

1. 신제품 개발시 유한요소해석과 같은 CAE 기술을 활용함으로 대한금속(주)의 신

제품 개발 능력이 배가되어 경쟁력을 확보할 수 있었다.

2. 대한금속(주)은 기존 Press성형품인 BALL JOINT CASE를 다단 포밍 공정으로

대체 개발함으로써 기존 Press 공정 대비 생산성 5배 확대, 공정비용 1/2 절감을

달성할 수 있었다. 또한 이상의 기술을 국내외 특허 출원중에 있다.

3. 대한금속(주)은 유한요소해석의 적극적인 활용으로 시험 금형의 제작에 소요되는

시간 및 비용을 기존 대비 70% 수준으로 절감할 수 있었다.

4. 대한금속(주)은 한국기계연구원을 매개체로 고속 다단 냉간 단조 업체를 비롯한

냉간단조업체간의 기술 Network을 형성할 수 있었다. 또한 연구소, 대학의 연구진

과 협력을 통하여 신기술 동향 및 신제품 개발에 보다 능동적인 대처가 가능해졌

다.