[인터뷰] 홍석무 국립공주대 미래자동차 공학과 교수
소성가공의 이해와 동향
홍석무 교수는 뮌헨공대에서 자동차 소성 분야 박사학위를 수행했으며, 삼성전자 글로벌기술센터에서 금속성형기술 파트장을 역임했다. 학회활동으로 기계학회, 자동차학회, 소성학회에서 주로 활동하고 있고, 저서로는 소성가공공정의 거시적 모델링, 소성가공시물레이션, 전산이용설계, 프레스 성형 이론 및 해석, 재료 역학 등이 있다. 최근 고급 소성이론 기반 CAE 및 재료 물성 결정 등의 연구과제를 수행하고 있다.
소성가공이란 무엇인가.
여러 가지 금속 가공법 중에서 절삭하는 가공법과 비절삭 가공법으로 크게 나누고, 비절삭 가공은 넓은 범주로 금속성형가공, 분말가공, 세라믹 및 유리성형, 플라스틱 성형 등이 포함된다. 금속 재료의 특성 중 재료에 탄성한계를 넘어서 외력을 가하면 내부 응력에 의해 복원되지 않는 영구적인 변형이 남는 것을 소성 변형(塑性 變形, plastic deformation)이라고 하는데 공구, 금형 등을 이용하여 금속의 소성 변화를 유도하는 성형가공(Forming)을 소성가공이라 한다.
소성가공은 주로 어떠한 분야에서 응용되고 있는가.
소성가공은 기계 부품 전반에 거쳐 응용된다. 특히, 자동차 부품에 많이 사용된다. 소성 가공은 압연(rolling), 압출(extrusion), 인발(Wire Drawing), 단조(Forging), 판재 성형(Sheet metal forming) 등의 가공법으로 세부 구분된다. 예를 들어 자동차 한 대를 만들 때 소성가공을 거치는 재료·부품은 60%가 넘는 비중을 차지한다. 원가에서 차지하는 비율은 최소 35% 이상이고 차체 섀시(뼈대), 스티어링 휠(핸들), 범퍼 빔 등 구조물·부품은 전부 소성가공을 거치게 된다. 자동차뿐 아니라 항공기, 선박, 철도, 건설장비, 중공업, 발전소, 휴대폰, TV 등 거의 모든 산업기기·부품에 활용된다고 볼 수 있을 것이다.
소성가공의 이점은 무엇인가.
소성가공은 절삭가공에 비해 조직이 치밀하고 강한 성질을 갖게 되고 주조 공정에 비해 치수가 정확한 장점을 갖게 된다.
특히, 자동차 및 전자 제품 분야에서 소성가공은 금형을 이용하기 때문에 대량 생산 및 생산성에 가장 큰 이점을 가지게 된다.
소성가공 분야의 트렌드
소성가공 분야뿐만 아니라 전체 제조기술 분야에서는 환경규제강화, 에너지 부족 심화, 고령화 등의 트렌드에 맞춰 자원 고갈에 대응하기 위한 기술. 공정 개발에 집중하고 있다.
자동차 분야에서는 자동차 차체 경량화에 맞춘 고강도 철강의 소성 가공(예를 들어 hot press forming)과 경량 합금 소재의 소성가공 기술개발(고강도 알루미늄 합금의 가공 기술)이 이루어지고 있다.
소성가공 관련 향후 전망
국내 소성 가공의 매출액은 세계 4위권의 수준으로 높은 기술을 보유하고 있다. 하지만, 노동집약적인 생산 기술에서 벗어나 자동화, 디지털화를 위한 전환이 필요하다.
독일과 일본 등은 미래형 제조기술개발에 힘을 쏟고 시장지향형 구조로의 산업 전환을 진행해 왔다. 국내에서도 스마트 매뉴팩처링 기술 지원을 통해 자동화, 생산성 향상, IoT, 빅데이터, 인공지능화 과제를 통해 현장의 현장의 숙련된 기술자의 경험적 기술을 디지털화 및 소성가공의 스마트화에 노력을 많이 하고 있다.
CAE 분야의 발전을 위한 제언이 있다면.
구조해석 범용 소프트웨어(ABAQUS, Ansys, MSC 등) 소성 가공 특화 프로그램으로는 단조와 판재성형으로 크게 구분되며, 대표적인 단조 소프트웨어로는 디폼(DEFORM), 포지(Forge), AFDEX 등이 있으며 판재 성형 분야로 팜스탬프(PAMSTAMP), LS-DYNA, 오토폼(Autoform) 등이 사용되고 있다.
이러한 소프트웨어들이 대기업에서 많이 사용되고 있지만 중견 및 중소 기업에서는 인력 및 소프트웨어 비용이 큰 부담으로 작용하여 널리 사용되지 않는 실정이다.
국가 정책으로 소부장 대학 지원 과제 또는 국가 무료 지원 사업을 통해 널리 사용되기를 희망한다.
좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다.
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작성일 : 2022-11-25
