Transcript 기계제작 공정
기 계 공 작 법 담당교수 : 안태환 1학기 : 2시간 2학점 2학기 : 3시간 3학점 참고서적 바람직한 대학생활을 위하여서는 인증제 시행학과 (1주) 1. 서 론 각종재료를 각종 방법으로 변형(變形) 또는 성형(成形) 하여 우리생활에 필요한 기계(機械), 기구(機具)들을 제작(製作), 제조(製造)하는 이론(理論)과 방법(方法) 및 기술(技術)을 논하는 학문(學問)을 기계공작(機械 工作) 또는 기계공작법(機械工作法), 기계제작법(機械 製作法), 생산(제조)공학,재료 가공학 이라고 한다. 현재에는 부품(部品)을 조립(組立), 시험(試驗), 도장 (塗裝), 포장(包裝), 및 출하까지도 기계공작법의 한 분야(分野)로 취급한다 영어의 표현은 Mechanical Technology Manufacturing Process Manufacturing Process for Engineering Materials Manufacturing Engineering and Technology Fundamentals of Modern Manufacturing Principles of Manufacturing Materials and Process, Production Engineering 등으로 부른다. 기계공작(제작 또는 가공)에서는? Manufacturing 은 “손으로 만든다” 라는 라틴어로서 현대적 의미는 잘 조직된 계획에 따라서 여러 가지 기술 을 가진 사람, 컴퓨터, 로봇, 재료처리장치 등 다양한 기 계, 장비, 공구들을 포함하여 이러한 공정과 기계를 이 용하여 원료로부터 제품을 만드는 과정을 말한다. 가공(공작)이란? 원료 → 변환 → 조립 하는 모든 과정을 총칭한다(자동차 1만5천 - 2 만개, C-4A수송기 400만개 이상의 부품으로 조립) 즉 원료를 제품으로 변환시키는 과정을 말한다. ▶ 가공은 부가가치를 높여주는 중요한 기능을 하므로 상품 및 서비 스 총액의 1/3을 차지한다(예: 진흙-접시, 공구, 절연재 등) 역사적 배경(5-7) 50억년전 : 지구탄생 기원 2000년전 : 이집트문명 1세기-10세기 : 수차, 연금술, 유리, 목제치차 11세기 : 풍차, 화약, 양수,웨스터 민스터사원 건립 등 14세기 : 기계시계제작 1492년 : 신대륙 발견, 세계일주 1679년 : 후크의 법칙, 피스톤 기관 1687년 : 만유인력법칙 1750년 : 산업혁명, 증기기관, 방직공장 1797년 : 선반제작 1818년 : 프레이너 제작 1846년 : 미싱발견 1878년 : 오토싸이클기관 1879년 : 에디슨 전구발명 1892년 : 디젤기관 발명 1912년 : 국내 최초로 버스운행 1915년 : 국내 취체령(도로교통법) 1937년 : 국산 자동차 부품생산 개시 1938년 : 카로사스 라이론을 발명 1952년 : 수치제어공작기계발견 1957년 : 공업용 로봇출현 1962년 : 국내 첫 새나라 자동차 설립 1965년 : NC밀링, IC 전자계산기 1967년 : 현대자동차(포드와 기술제휴) 1969년 : 아폴로 11호 달표면 착륙 1978년 : 화성 착륙 현재 세계적 화두는 환경, 자원 등 저탄소 녹색성장 즉 그린 에너지 – 신성장 동력 10대 미래 유망기술 (10년안에 제품으로 나와 우리에게 큰 파급 효과를 가져올 과제) 한국과학기술기획평가원(KISTEP)-2010년 1월 1. 입는 컴퓨터 2. 3차원 디스플레이 3. 간병 도우미 로봇 4. 다목적 백신 5. 유전자 치료 6. 홈 헬스케어 시스템 7. 고효율 휴대용 태양전지 8. 스마트 원자로(중소형 원자로) 9. 무선 전선 송수신 기술 10. 에코 에너지 제로 건축 한국 기계공업 발달사 자동차사진으로 기계기구와 기계요소 기구(mechanism) 힘과 일 등은 고려하지 않고 운동의 전달방법과 변 환방법만 고려한 상대 운동들의 조합 기계(machine) 외부로부터 공급받은 에너지를 필요한 일이나 형 태가 다른 에너지로 변환시키는 장치 정의 여러 개의 부품으로 조립 외력에 대한 충분한 저항력 일정한 상대 운동 유효한 기계적 일 기계 요소(machine element) 결합용: 나사, 볼트, 너트, 키, 핀, 리벳, 용접 전동용: 축, 베어링, 마찰차, 기어, 캠, 벨트와풀리, 체인과 스프로킷 휠, 링크 등 완충 및 제동용: 스프링, 완충장치, 브레이크 관에 관한 요소: 파이프, 밸브, 콕, 관 이음 자동차부품들 주조부품 워터펌프 케이스, 풀리, 흡기 및 배기 매니폴드, 문손잡이, 잠금 장치, 브레 이크 드럼, 브레이크 실린더, 차동장치, 트랜스미션 하우징, 엔진 블록, 피스톤 금속성형부품 스프링, 금속필터, 단조밸브, 안테나, 차축, 새시 기타 부품 세라믹 스파크 플러그, 사 출성형된 타이어, 연료탱크, 계기판, 오일 팬, 휠 커버, 대시 보드 기계가공부품 볼트, 크랭크 샤프트, 브레이크 로터, 연료분사장치, 마스터 실린더, 엔진 블록 금속접합부품 점용접된 차체, 전기회로 납땜, 브레이징 된 배기가스 조절장치, 머플러, 시임 용접 된 차체, 배기관, 섬유류 접착 그림 1-1 제조기술로 생산한 현대식 자동차 내부 개념도 동력기계와 작업기계 동력기계 화학적, 전기적. 그 밖의 에너지를 기계적 에너지(동 력)로 변환시키는 기계 원동기(prime mover) 작업 기계 동력기계로부터 에너지를 받아 작업 목적을 달 성하는 기계 기계 재료 금속 재료, 비금속 재료, 신소재(재료) 철 1) 순철 ; 아주 연하고 고가이므로 C와 다른 원소와 함유하여야 한다. C를 0.01%이상을 함유 2) 강 ; 담금질, 용접효과 우수 C≤0.3% 저탄소강 또는 연강 C=0.3-0.6% 중 탄소강 C=0.6-1.7% 고 탄소강 또는 경강 3) 주철 ; 용광로에서 제조 C=1.7-6.67% 담금질하지 않는다. 용접성 불량 4) 특수강 ; 강에 Ni, Cr, Mn, W, V등을 첨가하여 특정한 성질을 나타 나도록 한것 5) 특수주철 ; 철에 영향을 미치는 5대 성분(C, Mn, P, S, Si) 이외에 다른 것을 첨가하거나 특정 성분을 많이 넣어 특수한 성질 을 부여한 주철 ‘주몽 명검’의 비밀은 탄소강에 있었다 주몽(송일국)이 고구려를 건국하기 위해 크고 작은 전쟁을 치르 고 있다. 야철대장 모팔모(이계인 분)는 독창적인 초강법 기술 로 철제 무기와 철갑 옷을 만들어 주몽의 다물군이 부여군과 한 나라군을 제압하는 데 크게 기여하고 있다.》 ○탄소함량 너무 많으면 되레 잘 부러져 ○두들기고 식히면 탄소원자 빽빽해져 강도 향상 ○성분비와 불순물 조절이 핵심 기술 시뻘건 쇳물이 부글부글 끓고 쇠를 두드리는 소음이 요란한 철기방. 드라마 초반 이곳에서 모팔모가 땀 을 뻘뻘 흘리며 만든 검은 안타깝게도 한나라 철기군의 검과 부딪쳐 맥없이 부러지고 말았다. 부여 의 검은 연철, 한나라의 검은 강철로 만들었기 때문이다. 강철은 연철보다 단단하다. 철에 들어 있는 탄소(C) 성분의 양이 다르기 때문이다. 연철은 탄소 함량이 0.2% 이하로 거의 철(Fe) 성분으로만 이뤄져 있어 외부의 충격에 잘 변형된다. 강철은 탄소 함량이 0.05∼2.0%. 철 원자 사이에 탄소 원자가 끼어들어 단단해져 쉽게 변형되지 않는다. 결국 철의 탄소 함량을 조절하는 방법에 따라 얼마나 단단한 무기를 만들 수 있는지가 결정되는 것이다. 철기방에서 철을 만들 때는 먼저 철광석을 숯과 함께 가열한다. 자연 상태의 철광석은 주로 산화철(FeO) 성분으로 이뤄져 있다. 숯의 탄소와 산화철의 산소(O)가 일산화탄소(CO)가 돼 날아가면 철(Fe)만 남는다. 철은 다시 숯에 들어 있는 탄소를 흡수하는데, 탄소 함량이 0.8% 를 넘으면 너무 단단해져 오히려 쉽게 부러지고 만다. 이때 탄소 함량을 낮추는 비결은 바로 산소를 공급하는 것. 막대기로 휘휘 젓거나 녹슨 철가루 같은 산화 철 성분을 넣으면 된다. 철 속의 탄소가 산소와 반응해 이산화탄소(CO2) 형태로 날아가기 때문이다. 기계재료에 요구되는 성질 가공성(조조, 소성가공, 용접 및 절삭성) 열 및 표면 처리성 경량화 안전성(강인성, 연성) 재료의 보급과 대량생산 및 저렴 기계재료의 선정 기계부품에 요구되는 기능 기계공작 강도 기계적 성질 내마멸성 내식성 내열성 재료의 종류 조성 성질 및 모양 금속재료에 대한 규격(KS D) 기계재료의 가공성 요소로 사용되기 위하여 다음과 같은 성질을 이용한다 가융성(fusibility) - 주조공정 전연성(malleability)- 성형가공 공정 절삭의 용이성: 비절삭 에너지로 평가 절삭(cutting), 연삭(grinding) 등 접합성 - 용접가공 공정 단조(forging), 압출(extrusion), 압연(rolling), 인발(drawing), 프레스가공(press working) 절삭성(machinability) - 기계가공공정 주조성, 유동성(fluidity) 용접(welding), 단접(forge welding), 납땜(soldering) 결합과 조립 : 제조된 부품을 결합하고 조립하여 제품 완성 기계공작법과 그 특징 주조법(casting) 주물(castings) 가정용구, 장식품, 자동차 부품, 농기구, 건설 및 공 작 기계 등 모든 산업 분야 기계공작법과 그 특징 용접법(welding) 금속의 접합부를 녹이고, 용접봉을 용해,보충하여 접합하는 방법 각종 구조물, 차량, 선박, 철도차량, 기계제작 및 건 축 등 산업 전반 가스 용접, 전기 아크용접, 전기 저항 용접 등 소성가공(plastic working) 재료에 소성 변형을 일으켜 원하는 제품을 만드는 기계공작법 단조, 압연, 전조, 인발, 판금가공, 프레스 가공 등 가전, 자동차, 철도차량, 선박, 항공기 기계공작법과 그 특징 절삭가공(machining) 1차 가공한 부품소재를 정확한 치수로 가공하기 위 해 칩으로 소재를 제거하는 가공법 기계공작법과 그 특징 연삭가공(grinding) 절삭가공이 어려운 난삭재나 치수가 정밀하고 매끈한 다듬질 면을 얻을 수 있는 가공법 특수가공 Non-traditional machinging 방전가공(Electro Discharge Machining) 전해가공(Electrolytic Machining) 전자빔가공(Electron Beam Machining) 레이저가공(Laser Machining) 초음파가공(Ultrasonic Machining) 플라즈마가공(Plasma Machining) 열처리 열처리 조작으로 기계적 성질을 등을 변화시켜 재료 를 효과적으로 이용 강의 열처리 방법 풀림(annealing): 재질을 연화 담금질(quenching): 재질을 경화 노멀라이징(normalizing): 조직의 미세화 뜨임(tempering): 담금질로 경화된 조직에 인성부여 표면 경화법 침탄법(carburzing) 질화법(nitriding) 화염경화법(flame hardening) 고주파경화법(induction hardening) 기계제작 공정 공정의 자동화 기계제작 공정 설계 기계설계(machinedesign) 기계 및 부품 등을 도면에 제시하기 위한 방법 기계 또는 장치가 요구하는 역할과 구조, 강도, 재료의 모양, 크기, 재질 등을 고려 CAD, CAE(computer aided engineering) 기계제작 공정 생산계획 도면을 검토하여, 공장의 생산 능력과 제품의 납기 등을 고려하여 기계제작의 순서와 일정을 계획 CIM (computer integrated manufacturing) 생산계획 컴퓨터를 이용한 설계 생산 및 생산관리의 통합화 합리화, 효율화 생산성 향상과 원가 절감, 품질 개선에 의한 경쟁력 제고 연구개발 제품의 수명주기(life cycle)의 단축 CAD/CAM/CAE/CIM 기계제작 공정 공정 생산공정 부품 가공과 조립 및 검사 부품 검사: 가공 도중, 부품 완성 후 모양과 치수 검사 제품 검사: 부품 조립 최종 단계에서 제품의 모양, 치수, 성 능에 대하여 시험 및 검사 CAT (computer aided testing) 기계제작 공정 – 도장, 출하 도장과 출하, 발송 도장: 녹 방지, 제품의 겉모양 산업 로봇: 도장, 포장의 자동화 무인 반송차, 자동창고 몇가지 생산공정의 보기 소성가공 절삭가공 생산공정(30-34) 초음파 가공기 마이크로 밀링머신 조립 검사 시스템 용접 특수가공 기계공장의 조직 목형공장(pattern shop) 주물공장(foundry) 단조공장(forging shop) 열처리공장(heat treatment shop) 기계가공공장(tool machine shop) 조립공장(fitting and assembly shop) 검사실험실(inspection and testing room) 치공구공장: 공구, 금형, 지그 제작 관리 전기공작실: 전기기기, 전장품의 공급 보수관리 그 외 연구개발실, 설계제도실, 생산관리실 등 생산방식 생산의 자동화와 무인화 1947년 Ford 자동차 Mechantronics FA(factory automation) system 가공할동 설계 엔지니어 제품의 설계 설계목적, 재료, 하중과 요구조건 등을 숙지 해야 함 설계에 따라 가공과 조립단계의 용이성 결정 제품의 기능, 사용환경, 형상제약/제조공정의 지식 필요 제조를 고려한 설계(Design for manufacturing) 제조 엔지니어 제조에 사용할 설비와 공정방법을 결정, 사용감독 및 관리 공구 설계 제조 공정 및 기계 배치 재료 엔지니어 신소재 개발 가공제품의 예 - 문구용 칼, 가위 제작 - 1, 가위의 사용 목적 2, 사용될 재료 : 금속, 비금속 등 기능과 사용조건에 따른 종류, 크기, 모양 등을 선택 3, 가공방법 물리적방법 -- 수 가공, 기계가공 화학적방법 -- 부식, 약품처리 ※ 가장경제적인 가공방법을 선택(주문 갯수 등을 고려한 가공방법 선택) 4, 설계 : 기능을 알고 재료의 강도와 변형률 고려 --- 재료강도학, 고 체역학 (CAD, CAE, CAM, CIE) 재료의 성질-- 강성, 연성, 취성, 부식, 외관, 스타일 사용자는 누구인가? 5, 생산과정 : 기능, 균열, 파손, 미적요소, 날카로운 부분이 있는가? 6, 경제적인 여건 7, 경쟁력 있는 제품인가? 이윤을 낼 수 있는가? 8, 판매는 어떤가?