금형 제작 설계 및 생산 프로세스 압축

최신 CAD/CAM 및 CAE 소프트웨어를 사용하여 금형 제작자는 설계 속도를 크게 높이고 고품질 금형 및 다이를 위한 제조 주기를 단축할 수 있습니다.

금형 제작자는 금형 제작 프로세스의 속도를 높이고 생산성을 높이는 동시에 프로세스와 제품 품질을 개선해야 한다는 지속적인 압력을 받고 있습니다. 목표를 달성하기 위해 금형 제작자는 CAD/CAM 및 CAE의 새로운 기술을 활용하는 최신 금형 제작 소프트웨어를 사용하고, 등각 냉각을 위한 시뮬레이션 및 금형 및 금형 제조의 기타 주요 기능을 대폭 개선했습니다.

금형 및 금형 공정에 사용되는 응용 프로그램은 대부분의 주요 소프트웨어 개발자의 CAD/CAM 소프트웨어와 제품의 맞춤 및 마감, 열 성능 및 주요 차별화 요소에 대한 상세한 시뮬레이션 및 분석을 제공하는 정교한 CAE 소프트웨어에 이르기까지 다양합니다. 이러한 금형 제작 패키지 중에는 설계자의 주요 CAD/CAM 소프트웨어 내에서 실행할 수 있는 통합 패키지가 있어 설계에서 시뮬레이션으로 쉽게 전환하고 부품의 잠재력을 분석할 수 있습니다.

빠르고 정확하게 만들기

Mastercam CAD/CAM 소프트웨어 개발자인 CNC Software Inc.(Tolland, CT)의 수석 시장 분석가인 Ben Mund는 금형 제작자의 주요 소프트웨어 요구 사항이 지난 몇 년 동안 일관되게 유지되어 주로 생산성 향상에 중점을 두었다고 말했습니다. "이러한 요구는 전체 프로세스에 걸쳐 확장되어 CAD/CAM 소프트웨어 개발에서 우리가 볼 수 있는 추세를 주도합니다. 즉, 기계에서 더 빠르게, 기계에서 더 빠르게, 가능한 한 높은 품질을 제공합니다.

Mund는 "또 다른 성장 추세는 소프트웨어, 기계 및 작업 현장 프로세스가 모두 서로 통신하도록 하는 제조의 연결성입니다."라고 말했습니다. “CAM을 사용하면 툴링 라이브러리, 검사, 작업장 모니터링 및 기타 항목에 대한 연결을 볼 수 있습니다. 이는 모두 매장이 디지털 제조로의 전환에 대비하도록 하는 일부입니다."

생산성 추구의 핵심은 효율적인 CAD/CAM 시스템이라고 Mund는 말했습니다. 이 시스템은 사용자에게 작업을 빠르고 쉽게 수행할 수 있는 과다한 도구를 제공합니다. “CAD로 시작합니다. 상점에서는 개념 또는 부품 모델을 생산 금형으로 전환하는 데 도움이 되는 특수 CAD 도구에 대한 필요성이 증가하고 있습니다.”라고 Mund가 말했습니다. "이는 모델 준비, 솔리드 모델 수리, 간격 채우기, 고정물 생성 및 전극, 코어/캐비티 모델 분리, 파팅 라인 생성과 같은 고도로 집중된 요구 사항을 위한 설계 도구를 의미합니다. 이 모든 것은 도구가 금속에 닿기도 전에 발생해야 합니다."

그는 재고가 기계에 들어오면 더 빠른 주기 시간을 위해 계속해서 공격적인 노력을 기울이고 있다고 덧붙였습니다. “금형 제작자가 가장 주목하는 영역 중 하나는 벌크 재료를 거의 그물 모양으로 제거하는 가장 효율적인 방법입니다. '스마트' 황삭 공구 경로의 발전으로 가공 시간이 크게 단축되고 있습니다. 물론 최종 금형의 정밀도와 품질이 가장 중요하며 여기에서 상점은 새로운 공구 경로 동작뿐만 아니라 프로그래밍 소프트웨어에서 지원해야 하는 새로운 도구에 대해 더 자세히 살펴보고 있습니다."

CNC 소프트웨어의 "CAD for CAM" 준비 도구와 같은 기능은 계속해서 초점을 맞추고 있으며 회사는 곧 출시될 Mastercam 릴리스에서 금형 제작자가 모델, 패치 구멍 및 CAD 모델의 오류를 빠르고 깨끗하게 수정하는 데 도움이 되는 새로운 도구를 갖게 될 것이라고 Mund가 말했습니다. 그들은 주어진다. "이러한 문제는 오랜 지연을 유발할 수 있으며 이를 최소화하면 금형이 가능한 한 빨리 기계에 들어갈 수 있습니다."

Mastercam의 Dynamic Motion 엔진 외에도 소프트웨어에는 Accelerated Finishing이라는 새로운 NC 프로그래밍 기술이 있다고 Mund는 덧붙였습니다. “이를 통해 상점은 새로운 모양의 도구를 의도한 방식으로 사용할 수 있습니다. 우리는 타원형 절단기, 배럴 밀, 테이퍼 절단기, 렌즈 모양 절단기 등을 겨냥한 절단 전략을 개발하기 위해 도구 제조업체와 긴밀히 협력하고 있습니다.”라고 그는 말했습니다. "올바르게 프로그래밍하면 이 커터를 사용하여 작은 직경의 공구가 큰 유효 절삭 반경을 가질 수 있으므로 사이클 시간을 단축하거나 표면 조도를 높이거나 또는 둘 모두를 수행할 수 있습니다."

더 쉽고 스마트한 솔루션 찾기

Moldex3D CAE 금형 제작 제품군의 개발자인 CoreTech System Co. Ltd.(미시건주 파밍턴 힐스 및 대만 Hsinchu)의 사장 겸 공동 설립자인 Anthony Yang은 금형 설계자와 제작자 사이에서 소프트웨어 사용 용이성이 최고라고 말했습니다. 시뮬레이션 응용 프로그램.

등각 냉각과 같은 기능은 플라스틱 사출 성형 제조 공정을 더 쉽고 효율적으로 만들지만 사용자는 훨씬 사용하기 쉬운 소프트웨어를 원한다고 Yang은 말했습니다. "현재 추세는 DFM[제조 가능성을 위한 설계]을 사용한 선행 시뮬레이션이며, 또 다른 주요 추세는 소프트웨어를 더 스마트하게 만드는 것입니다."

오늘날의 소프트웨어를 통해 사용자는 경계 조건을 보다 쉽게 ​​설정하고 메쉬를 생성할 수 있다고 그는 말했습니다. “금형이 어떻게 반응하는지 시뮬레이션하고 열이 어디에서 오는지 지정해야 합니다. 디자인하기가 쉽지 않다”고 말했다. 소프트웨어가 사용하기 쉬울수록 더 빠르고 효율적인 금형 설계 프로세스를 허용하는 더 나은 사용자 인터페이스를 원하는 금형 제작자에게 더 좋습니다.

CoreTech의 Moldex3D 소프트웨어는 주로 엔지니어링 부서에서 사용되지만 부품 설계자들도 사용합니다. Moldex3D 소프트웨어는 Siemens PLM의 NX Mold와 같은 소프트웨어와 통합되며 회사는 Dassault Systèmes의 Solidworks 및 PTC의 Creo CAD/CAM 소프트웨어와 같은 주요 개발자 제품과도 협력합니다.

Faurecia Interior Systems India Pvt에서 Ltd.(인도 푸네)의 자동차 시트 및 인테리어 디자인은 Moldex3D 시뮬레이션을 사용하여 플라스틱 사출 성형된 내부 부품의 뒤틀림을 줄여 치수 정밀도를 개선했습니다. 회사는 대시보드 센터 콘솔 페시아 하나에 소프트웨어를 사용하여 다음과 같은 결과를 얻었습니다. 부품 어셈블리에 대한 허용 오차 내에서 갭 및 플러시가 잘 유지되도록 부품 편향을 감소시키는 단계; 툴 튜닝 비용 68% 감소; 및 전통적으로 높은 스크랩 비율을 무시할 수 있는 수치로 낮추는 것입니다. 이것은 Moldex3D의 변형 예측 시뮬레이션에 의해 부분적으로 가능했습니다.

복잡성은 프로세스를 주도합니다.

복잡한 제품을 위한 툴링이 증가함에 따라 금형 및 다이 공장은 다른 제조업체와 함께 고급 제조 공정으로 눈을 돌리고 있습니다. Siemens PLM Software(Plano, TX)의 NX 제품 마케팅 관리자인 Himanshu Iyer는 "자동화 및 통합은 고객이 도구 설계 워크플로 최적화 및 검증 도구를 통해 도구를 개선할 수 있는 원동력입니다."라고 말했습니다. 제조업체에게 가장 중요한 것은 "오류가 있는 경우 설계 주기에서 가능한 한 빨리 캡처되도록 하는 것입니다. 프로세스의 후반부에 이러한 문제를 처리하는 데 비용이 얼마나 많이 드는지 모두 알고 있으며 프로세스를 보다 효율적으로 만들어야 합니다.”

OEM과 공급업체 간의 커뮤니케이션이 원활하지 않으면 제품 개발 과정에서 어려움을 겪을 수 있습니다. NX Mold Wizard의 제품 관리자인 Daks Azhagappan은 "문제 중 하나는 설계 단계 초기에 고객을 참여시키는 것입니다. “모든 제조 가능성 문제를 살펴봐야 합니다. 매우 밀접하게 작업하지 않는 한 시간과 비용이 듭니다. 많은 고객, 대부분의 공구 매장에서 초기에 OEM과 어떻게 협력해야 하는지 묻습니다."

Moldex3D 엔진으로 구동되는 NX의 CAE 도구를 사용하여 사용자는 메쉬를 개선하여 더 나은 전체 설계를 얻을 수 있습니다. Azhagappan은 "과거에 한 가지는 시험을 통과하는 것이었습니다."라고 말했습니다. “그들이 직면한 문제는 뒤틀림입니다. 한 가지는 설계로 돌아와서 냉각을 변경하는 것입니다. 그런 다음 '왜곡을 보상할 수 있습니까?'라고 말할 수 있습니다." NX 10에 추가된 메쉬 변환기를 사용하면 사용자가 메쉬를 최적화하고 해당 정보를 CAD 환경으로 가져올 수 있습니다.

그는 최신 도구를 사용하여 사용자가 설계 단계와 CAE 소프트웨어의 두 단계로 메쉬 변환을 수행할 수 있다고 말했습니다. Azhagappan은 Moldex3D 금형 흐름 분석을 통해 "NX에 통합된 많은 기능을 가지고 있습니다."라고 덧붙였습니다.

NX CAM의 더 빠른 가공 기술은 또한 금형 제작 생산성을 높이고 고속 기술로 더 빠른 가공 시간을 달성하는 데 큰 역할을 한다고 Siemens 제품 마케팅 관리자, 제조 솔루션 및 NX CAM인 Sashko Kurciski는 말했습니다. "어떤 경우에는 가공 시간을 60%까지 단축하고 있습니다."라고 그는 말했습니다. "[또한] 공구 수명을 4배 연장할 수 있습니다."

최신 NX 12 CAM을 통해 Siemens는 구성 요소 기술을 사용하는 내부 개발 고속 황삭 전략을 추가했습니다. "Volumill과 유사하지만 어떤 경우에는 더 나은 우리를 위한 새로운 기술입니다."라고 Kurciski가 말했습니다. "추가 기능이 아닙니다."

적층 기술은 또 다른 중요한 요소입니다. “우리의 의견으로는 도구 산업에 여러 가지 영향을 미칠 것입니다. 이러한 영역 중 하나는 등각 냉각입니다.”라고 Iyer는 말했습니다. "첨가 기술을 사용하면 고객이 이미 다른 방식으로 생각하는 것을 볼 수 있습니다."

시장에 있는 하이브리드 감산/가산 기계의 장점은 기계의 양쪽과 양쪽 사이에서 프로세스를 자동화할 수 있다는 것입니다. 공장은 내부 냉각 채널이 있는 첨가제 측면으로 금형을 제작한 다음 "동일한 기계를 사용하여 금형에 필요한 고품질 표면을 얻을 수 있습니다."

가속 가공, AM 추가

더 빠른 가공은 금형 제작자에게 핵심이며 CAD/CAM 개발자는 이를 달성할 수 있는 다양한 방법을 제공합니다. Autodesk Inc.(캘리포니아주 산라파엘)의 PowerMill 제품 마케팅 관리자인 Clinton Perry는 "금형 제작자들이 오늘날 그 어느 때보다 많은 압박을 받고 있다는 것은 큰 폭로가 아닙니다."라고 말했습니다. “그들은 [높은] 수준의 고객 서비스를 제공하기 위해 배송 시간 단축, 부품 품질 유지 또는 개선, 비용 최소화 등 고객 기대치를 충족해야 하는 매일의 과제에 직면해 있습니다. 동시에 금형 제작자는 경쟁 우위를 제공할 수 있는 새로운 기술 유형을 주시해야 합니다.”

이러한 요구 사항을 충족하기 위해 금형 제작자는 고객 설계를 고품질 툴링으로 신속하게 변환하는 소프트웨어가 필요합니다. “속도는 의심할 여지 없이 여기에서 가장 중요한 과제입니다. CAD/CAM/CAE 소프트웨어는 전체 설계, 시뮬레이션 및 제조 워크플로를 간소화하여 전반적인 시장 출시 시간을 단축해야 합니다.”라고 Perry가 말했습니다. "64비트 프로세서, 멀티코어 및 클라우드 컴퓨팅과 같은 하드웨어 기능의 개선은 확실히 도움이 되었지만 더 근본적인 것이 있습니다. Autodesk 및 기타 소프트웨어 회사는 고객 모델을 가져와 사용 가능한 도구로 신속하게 변환하는 데 도움이 되는 모델링 도구를 계속 개발하고 있습니다. 이 프로세스는 가져온 데이터의 결함을 수정하기 위해 어느 정도의 모델 수리 작업이 필요한 경우가 많습니다."

Autodesk PowerShape와 같은 CAD 모델링 제품은 수리로 인한 지연을 방지하는 도구를 제공한다고 덧붙였습니다. 가장 유능한 모델링 소프트웨어는 가져온 CAD 파일을 분석하여 다운스트림 제조를 복잡하게 만들 수 있는 문제를 식별하고 (자동으로) 수정할 수 있으며 표면, 솔리드 및 직접 모델링 도구를 사용하면 금형 제작자가 고객 설계를 도구로 신속하게 변환할 수 있습니다.

또 다른 주요 트렌드는 물리학 기반 시뮬레이션이라고 Autodesk 시뮬레이션 비즈니스 라인 관리자인 Mark Hennebique는 말했습니다. 시뮬레이션을 통해 강철 블록을 가공하기 전에 설계를 "승인"할 수 있습니다.

Hennebique는 Autodesk Moldflow의 분석 도구와 같은 시뮬레이션 소프트웨어를 개발 프로세스에서 사용하여 부품 설계의 제조 가능성과 초기 설계 단계에서 금형 도구의 성능을 최적화할 수 있다고 말했습니다. “시뮬레이션을 통해 성형 주기 및 부품 품질에 미치는 영향을 확인하기 위한 신속한 피드백과 함께 여러 설계를 시도하고 테스트할 수 있습니다. 게이트 위치, 벽 두께, 성형 공정, 냉각 회로 설계 및 재료 속성과 같은 변수는 모두 빠른 피드백으로 수정되어 금형이 첫 번째 성형 주기에서 예상한 결과를 제공할 것이라는 확신을 가질 수 있습니다.”

최신 Moldflow 릴리스에서 사용자는 이제 공개 재료 데이터베이스에 있는 10,000개 이상의 재료에 액세스할 수 있다고 그는 말했습니다. "더 많은 재료에 액세스할 수 있으므로 사용자는 최종 부품 모양 및 제조 가능성에 대한 제조 프로세스의 영향을 확인할 수 있으므로 프로젝트 요구 사항을 충족하기 위해 올바른 프로세스/재료 조합을 선택할 수 있습니다. 사용자는 또한 솔버 속도에서 작동 속도에 이르기까지 다른 성능 개선 사항을 볼 수 있어 솔루션으로 훨씬 쉽게 이동할 수 있습니다.” 또한 Moldflow는 Autodesk Fusion 360과 함께 제공되어 사용자에게 향상된 상호 운용성과 CAD/CAE 기능에 대한 액세스를 제공하여 설계를 반복하고 데이터를 공유하는 등의 이점을 제공합니다.

3D 프린팅이 제조 도구로 등장하면서 금형 제작자는 금형 설계 및 제작 방식을 변경할 수 있다고 Perry는 덧붙였습니다. “한 가지 좋은 예는 3D 프린팅이 성형되는 형태를 더 밀접하게 따르는 냉각 회로를 포함하는 금형을 설계하는 데 사용되는 것을 봅니다. 이러한 등각 냉각 회로를 통해 성형 주기 시간을 단축할 수 있습니다.” Perry는 Fado와 같은 금형 제조업체가 이제 Autodesk 설계 및 제조 소프트웨어를 사용하여 점점 더 많은 금형에 등각 냉각 기능을 추가한다고 말했습니다.

새로운 금형 모듈

Vero Software의 또 다른 새로운 업데이트는 VISI의 Assembly-Ng 기술을 기반으로 하는 새로운 금형 도구 모듈을 도입한 VISI 2018 R1입니다. 이 재개발된 모듈은 공급업체 및 비표준 도구 구성을 구성할 때 더 큰 유연성을 제공합니다. 빈 판 및 미리 뚫린 판 관리를 포함하여 사용자 정의 가능한 템플릿을 사용하면 모든 설계 단계에서 도구 레이아웃을 쉽게 생성하고 향상된 편집을 할 수 있습니다.

“새로운 금형 도구는 도구 생성과 고급 편집 모두에 대해 더 높은 수준의 유연성을 제공합니다. 이를 통해 도구 설계의 모든 단계에서 조정할 수 있습니다. 부품 캐비티 제조 데이터를 포함하여 플레이트 조정이 이루어지면 모든 조립 부품이 자동으로 업데이트됩니다.”라고 Vero의 VISI 제품 관리자인 Marco Cafasso가 말했습니다.

복잡한 기술 폴리머에 대한 결과 정확도를 개선하기 위해 플라스틱 흐름 변형 예측 모듈 내에서 기능이 향상되었습니다. 이러한 개선은 보류 단계에 대한 알고리즘의 완전한 수정을 통해 달성되었다고 회사는 말했습니다. 새로운 형상 솔버와 결합된 압력 및 유량 계산 조정은 프로세스 계산 시간을 최대 40%까지 줄일 수 있습니다.

시뮬레이션 확인

CGTech(캘리포니아 어바인 소재)의 Vericut 제품 관리자인 Gene Granata는 금형 설계자는 공차가 엄격하므로 작은 오류와 흠집을 방지하는 것이 중요하다고 말했습니다. “금형 프로그램은 일반적으로 많고 크기가 크므로 오프라인 확인이 기계를 계속 작동시키는 데 중요합니다. 사용자는 배치 프로세스에서 시뮬레이션을 실행하여 [모든] NC 프로그램이 예상한 최종 금형을 생성할 수 있도록 할 수 있습니다. 또한 금형[가공, AM, EDM 다이 싱킹 등]을 만드는 데 사용할 수 있는 제조 방법이 더 많아짐에 따라 시뮬레이션 소프트웨어는 매장에서 제조 시간을 예측하고 최적의 생산 속도를 유지하는 데 도움이 되는 귀중한 정보를 제공할 수 있습니다.”

그는 압축된 일정으로 인해 금형 제작자가 더 간단하고 빠르게 작업할 수 있는 방법을 찾고 있다고 덧붙였습니다. “Vericut Force는 절삭 조건을 미시적으로 분석하고 프로그램 이송 속도를 최적화하여 이상적인 칩 두께를 달성하지만 공구의 힘 한계나 기계의 스핀들 출력을 초과하지 않는 물리 기반 NC 프로그램 모듈입니다. 하중 최적화는 주어진 절삭 공구, 스톡 재료 및 가공 조건에 대해 가능한 가장 효과적인 NC 프로그램을 생성합니다. 그 결과 상당한 시간 절약, 더 나은 표면 마감으로 고품질 부품, 향상된 절삭 공구 및 기계 수명을 얻을 수 있습니다.”라고 말했습니다.

Granata는 금형 제작자 사이에서 AM에 대한 관심이 뜨겁고 새로운 Vericut Additive Module은 새로운 하이브리드 CNC 기계에서 적층 재료 증착과 기존 가공 기능을 모두 시뮬레이션한다고 말했습니다. “하이브리드 기계의 AM은 특정 정밀 금형 제작과 금형 수리를 더 쉽고 빠르게 만들 수 있습니다. 그리고 적층 프로그래밍 소프트웨어의 기능이 향상됨에 따라 우리는 새로운 경향을 보고 있습니다. 순서에 관계없이 모든 제조 프로세스를 시뮬레이션하여 의도한 최종 부품을 만들 것이라는 확신을 얻고자 하는 열망입니다.”라고 Granata가 말했습니다. “사용자는 모든 NC 프로그램이 CNC 기계에서 정확하고 최적으로 실행되도록 보장하기 위해 당사 소프트웨어에 의존합니다. 최고의 작업을 수행하기 위해 사용자는 기계를 구동할 동일한 NC 코드로 구동되는 시뮬레이션 소프트웨어를 선택하여 가능한 최고 수준의 검증을 보장해야 합니다.”