금형 마모의 예지 보전을 실현하는 3D 스캐너 활용

이상 마모의 종류

대표적인 이상 마모에는 아래의 5종류가 있습니다. 이 중에서도 흔한 이상 마모가 '어브레시브 마모'와 '응착 마모'입니다. 이 두 가지 마모 형태는 '소착(눌어붙음)'이라고도 불립니다.

어브레시브 마모(Abrasive wear)

어브레시브 마모는 '2체 마모'와 '3체 마모' 두 종류가 있습니다. 2체 마모는 부드러운 부재에 단단한 부재가 파고들어 발생하는 마모입니다. 한편 3체 마모는 단단한 마모 가루(경질 입자) 등에 의해 금형 표면이 기계적으로 깎여 나가는 현상으로 '긁힘 마모'라고도 불립니다.

응착 마모(Adhesive wear)

부재의 돌기끼리 접촉하여 응착이 일어나고, 응착부가 벗겨져 마모되는 현상입니다. 일반적으로 '소착(燒着)'이라고 불립니다.

미동 마모(프레팅 마모, Fretting wear)

끼워 맞춤 부분 표면에 마찰력을 동반한 미세한 반복 운동(프레팅)에 의해 발생하는 미세한 피칭 형태의 마모입니다. 미동 마모에서는 금형 표면에 미세한 균열이 발생합니다. 또한 미동 마모가 발생하는 부분에는 외부 하중과 프레팅에 의한 마찰력이 복합적으로 작용하므로 피로에 대한 강도가 본래의 1/2 이하로 저하되어 피로 파괴로 파단되는 경우도 있습니다.

부식 마모(Corrosive wear)

부식성 환경 속에서 금속 사이에 발생한 전위차에 의해 미끄럼 운동부가 떨어져 나가고, 거기에 마찰이 더해져 급속히 손상되는 마모로 '화학적 마모'라고도 불립니다. 마찰의 기계적 작용과 기체나 액체 환경과의 화학적 작용에 의해 발생하며, 액체 환경에서의 발생은 '에로전·코로전(Erosion-corrosion)'이라고도 불립니다.

정상 마모의 종류

정상적인 사용 상황에서 응착 마모나 어브레시브 마모가 발생하지 않는 마모입니다. 정상 마모는 '초기 마모'와 '정상 마모' 두 종류가 있습니다.

초기 마모

운전 개시 후에 부재의 미세한 요철이 제거된 상태의 마모를 가리키며, '길들임 마모'라고도 불립니다.

정상 마모

금형을 계속 사용함으로써 발생하는 마모입니다. 정상 마모에 관해서는 적절한 유지보수 시점에 점검·보수를 함으로써 미연에 방지할 수 있습니다.

사후 보전

사후 보전이란 금형이나 대상 설비에서 기능 저하나 정지 등이 발생한 후, 원인 규명·부품 교환·수리 등의 유지보수를 하는 것입니다. 문제가 명확하고 경미한 고장이라면 예비 부품 등으로 수리할 수 있어 단시간에 간단히 대응할 수 있다는 것이 장점입니다. 한편 수리나 부품 조달에 시간이 걸리는 경우에는 긴 수리 기간이 필요해 생산 정지 기간이 길어진다는 것이 단점입니다.

예방 보전

예방 보전이란 유지보수 계획에 따라 계획적으로 정기 점검·부품 교환·보수 등을 하는 유지보수입니다. 예방 보전에는 점검이나 교환 시기를 정해 실시하는 '시간 기준 보전'과 부품의 상태에 따라 점검이나 교환 시기를 정해 실시하는 '상태 기준 보전' 두 종류가 있습니다. 시간 기준 보전·상태 기준 보전 모두 부품의 수명을 파악하고, 기간이나 쇼트 수 외에 과거의 작업이나 트러블로부터 적절한 유지보수 계획을 세우는 것이 중요합니다.

예지 보전

예지 보전이란 금형이나 장치의 상태를 감시하고 그 데이터를 분석함으로써 고장 날 장소나 시간을 예측하여 고장 나기 전에 점검이나 부품 교환을 하는 유지보수입니다. 단, 금형 마모 판정은 어려워 허용값 내에 있는지 판정하기 곤란하므로 현장의 노하우나 감에 의존하는 부분도 크다는 것이 과제입니다. 또한 제품 검사만으로는 금형 마모의 징후를 판단하기도 어렵습니다. 하지만 최근에는 IoT나 AI를 구사하여 금형 마모의 예방 보전을 하는 움직임도 활발해지고 있습니다.

사후 보전의 장점과 단점

장점

• 고장 등이 발생했을 때 유지보수나 부품 교환 등을 하므로 원인 규명이 용이함
• 예비 부품 등이 있으면 비교적 단시간에 간단하게 수리할 수 있음

단점

• 고장 등이 발생한 후에 대응하므로 다운타임이 발생함
• 심각한 트러블의 경우 수리에 시간이 걸려 생산에 큰 영향을 줌

예방 보전의 장점과 단점

장점

• 유지보수 계획에 따라 점검·부품 교환을 하므로 정상 마모로 인한 트러블을 미연에 방지할 수 있음
• 점검이나 부품 교환의 스케줄링이 용이하여 관리하기 쉬움

단점

• 적절한 유지보수 계획을 세우려면 과거의 경험이나 노하우 축적이 필수적임
• 불필요한 점검이나 부품 교환이 발생하여 유지보수 비용이 드는 경우도 있음

예지 보전의 장점과 단점

장점

• 금형 마모 상태를 실시간으로 감시하고 고장을 예측하여 점검·수리하므로 다운타임을 회피할 수 있음
• 예방 보전과 같은 불필요한 점검·수리를 줄일 수 있어 부품 교환이나 인건비를 최적화할 수 있음

단점

• 고장이나 결함을 방지하는 예지 보전은 기술자의 경험이 필요하며, 이를 위한 업무 공수도 발생함
• IoT 디바이스나 AI 등을 이용하여 모니터링이나 분석을 하는 경우, 그 비용이 발생함

버니어 캘리퍼스를 이용한 측정의 과제

금형 마모를 판단할 때, 금형으로 만든 성형품 등 제품의 치수로부터 징후를 예측하는 방법이 있습니다. 단, 버니어 캘리퍼스 등으로 치수를 측정하는 경우 미세한 치수 변화의 경향 관리가 곤란하여 금형 마모의 징후를 포착하기 어렵다는 과제가 있었습니다. 또한 NG품이 나온 후에야 금형의 마모를 알아차리고 점검 또는 수리를 실시하는 사후 보전이 되기 쉬웠습니다.

불필요한 점검·부품 교환의 과제

버니어 캘리퍼스를 이용한 측정의 과제에서도 언급했지만, 금형 마모는 예지 보전이 어려워 시간이나 상태에 따라 점검이나 부품 교환을 하는 '예방 보전'이 일반적입니다. 그렇기 때문에 유지보수 계획에 따라 교환을 해야 하며, 본래라면 아직 사용할 수 있는 부품도 교환해야 하므로 불필요한 부품 비용이나 점검에 대한 공수가 발생했습니다.

장점 1: 여러 개의 대상 물체를 한 번에 스캔하여 일괄적으로 간단하게 데이터를 취득할 수 있다

기존의 3D 스캐너는 여러 개의 대상 물체를 한꺼번에 측정·분석할 수 없기 때문에 대상 물체를 하나씩 측정·분석하는 공수가 발생했습니다. KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'는 여러 개의 대상 물체를 한 번에 스캔할 수 있고, 데이터 분할 기능을 사용하면 간단하게 데이터를 취득할 수 있습니다. 여러 개의 대상 물체를 일괄적으로 측정할 수 있으므로 측정 작업을 효율적으로 실시할 수 있으며 검사 공수 절감에 효과적입니다.

장점 2: 템플릿·공차 판정 기능을 사용하면 경향 관리를 간단하게 할 수 있다

기존의 측정 방법은 측정 방식에 따라 측정값에 편차가 발생하는 과제가 있었습니다. KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'는 분석 템플릿을 만들어 동일한 샘플을 동일한 조건으로 측정할 수 있습니다. 또한 공차 범위를 설정하여 공차 판정 범위 내에 있는지도 판정할 수 있습니다. 나아가 위에서 서술했듯이 여러 대상 물체를 동시에 측정할 수 있으므로 제품을 일괄적으로 측정·분석하고 치수 변화를 확인함으로써 예지 보전에 기여합니다.

장점 3: 측정 헤드를 분리하여 금형 등 대형 대상 물체에도 대응할 수 있다

KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'는 카메라와 스테이지가 일체형인 올인원 바디가 특징이지만, 스테이지에 다 올라가지 않는 큰 대상 물체에도 대응할 수 있도록 측정 헤드를 분리할 수 있습니다. 측정 헤드를 분리하면 금형과 같은 큰 대상 물체도 측정할 수 있습니다. KEYENCE에서는 고객의 요청에 맞춰 각종 지그, 시스템도 제안해 드릴 수 있으니 편하게 상담해 주십시오.