Lower volume applications for Powder Metallurgy at ASCO: Opportunities, challenges and best practices
ASCO Sintering은 미국캘리포니아에 본사를 두고 있으며, Powder Metallurgy 제품의 설계 및 생산을 전문으로하는 종업원 소유의 회사입니다. 이 회사는 제조분야에서 흔히 볼 수있는 상황을 해결하는 새로운 접근법을 채택했습니다. 즉 시장에서 소량의 제품 개발 요구가 있을시 이를 처리하는 방법을 제시하였습니다. 이 독점보고서에서 Larry Totzke는 회사가 시장의 적은 수량의 요구에 어떻게 성공적으로 대처했는지를 설명합니다.

ASCO Sintering은 1964년 PM사업을 시작했으며, 현재는 다양한 PM제품의 선두 생산업체입니다. 오랜 역사와 고급 인력을 보유한 동사는 PM설계 및 생산 분야에서 다년간의 엔지니어링 경험을 보유하고 있습니다. ASCO는 오랫동안 성형공정에서 복잡한 형상을 만들어낼 수 있는 혁신적이고 독창적인 금형을 개발했습니다. 동사는 4톤에서 220톤까지 다양한 분말 성형프레스를 보유하고 있으며, 연속 벨트 및 푸셔 소결로를 보유하고 있습니다. 음향 및 전자기 공진비 파괴검사 라인을 통하여 내부 제조 결함을 탐지할 수 있습니다. 가혹한 사용 조건하에서 작동하는 브레이크 및 구동장치에 사용되는 자사에 사용되고 있습니다. 분말 야금 제조 기술은 일반적으로 중간 및 대량 생산되는 제품의 생산에 적합하다고 이해되고 있습니다. 가공공정에 다양한 변수가 있기 때문에, 종종 새로운 PM제품을 생산에 적용하기 위해서는 기술적으로 대단히 어려운 작업이 필요합니다. ASCO Sintering은 고객에게 전형적인 대량의 PM제품을 공급하는 것 외에도 단기 소량 제품 시장을 공략했습니다. 북미에서 자동차 분야는 최대의 PM시장이며 대단히 많은 PM제품이 생산되고 있습니다. 대부분의 북미 자동차에는 19kg(40lbs)이상의 PM부품이 사용되고 있습니다.

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2016 년에 미국 시장에서는 1,200 만대의 자동차가 생산되었고, 1,700 만대가 판매되었습니다. 한 개의 PM 부분을 여러 플랫폼에서 사용할 수 있는 경우에는 제품 한 개를 수 백만 개씩 생산하는 것은 드문 일이 아닙니다.           분말 야금 및 주조, 성형 및 기계 가공과 같은 동반 기술은 금속 부품 제조산업의 중추입니다. Net-shape 방식을 사용하는 PM은 다른 생산 접근 방식에 비하여 보다 더 유연 하고 생산 비용을 낮출 수 있습니다. 분말 기술의 발전에 힘 입어, 새로운 응용 분야가 지속적으로 개발되고 있으며, 자동차에 적용되는 PM 부품의 수는 매년 증가하고 있습니다. 그러나 자동차 분야에서도 필요한 PM 부품의 수가 적은 경 우도 종종 있습니다. 이러한 경우 PM으로 이 적은 수의 부품을 생산하는 것을 비경제적인 것으로 간주합니다.

Powder Metallurgy can provide a viable manufacturing option

( PM은여러가지의사용가능한생산방법을제공할수있습니다)

PM이 가지고 있는 다양한 생산 방법을 적용할 수 있는 수많은 금속 부품이 설계, 제조 및 조립되고 있습니다. 부품 유형에 따라서는 연간 수억 개가 필요한 시장이 있지만, 부품의 개별적 형상 변경 때문에 수천 개만 필요한 경우도 있습니다. 신제품 출시 또는 기존 부품의 감소에도 불구하고, PM 산업은 이런 시장에도 서 비스를 제공 할 수 있어야 합니다.경영진은 가지고 있는 기존 설비 능력 내에서 매출액과 수익을 올리기 위해서 노 력합니다. 선택적으로 적용 할 경우, 단기 생산 경제학의 개념은 기업이 그 일을 할 수 있도록 도울 수 있습니다. 제조 효율은 생산수량에 비례하여 증가합니다. 문제는 소량 단기 생산에 대량 생산 원칙을 적용하는 방법입니다. ASCO에서는, Single Press campaign을 전개하여, 수백개 짜리 부품에서 수천개 짜리 부품을 단기간만 생산할 수 있습니다. 소형 싱글 캐비티 프레스는 시간 당 1500개를 생 산합니다.

생산해야 할 모든 제품은 그 제품을 성형하기 위한 금형이 필요합니다. 싸이징 금형 또는 절삭 가공 등의 2차 가공이 추가되면 별도로 셋업 시간이 더 추가됩니 다. 제조 cost 구성을 살펴보면, 실제 가공 시간이 차지하는 비율은 몇 %에 불과 하고 금형을 쎗팅하고, 교체하는데 사용되는 시간은 제품 그 자체를 만드데 소요 되는 시간보다 더 걸릴 수 있습니다. 생산을 위한 준비 시간이 매우 중요할 경우, 해결 해야 할 사항이 늘어납니다. 최종 분석에서 문제가 경제성이라는데 동의하 면 최종 수량이 거의 무의미 해집니다.

Offering a short run option to customers

고객으로부터의 소량 생산 요청을 수락할 것인지 거절할 것 인지에 따라, 기회의 획득 또는 기회의 단절로 볼 수 있습니다. 소량 단기 생산 방식은 회 사의 모든 역량을 고객의 요구 사항을 충족시키는 데 초점을 맞추어 야 한다는 데서 크게 다릅니다.2-2

From the management desk

회사는 이익을 창출해야 한다는 궁극적 인  목표 를 포기하지 않습니다. 이익을 창출하여야만 직 원에게 급료를 지불하고 새로운 장비를 구입하고 고객에게 지속적으로 서 비스를 제공 할 수 있습 니다. 그러나 단기 소량 생산 작업을 투입하면 공장을 확장하거나 새로운 장비를 투입하지 않고도 공장 가동률을 높일 수 있습 니다.

흡수의 회계 원칙을 잘 살펴보아야 합니다. 일반적으로 대량생산을 통하여 오버 헤드를 분산 시키면 모든 제품의 수익성이 향상됩니다. 이론적으로 PM산업에서 적은 수량의 제품을 생산 하는 방법에는 다른 옵션도 (예를 들면 PM 블럭을 가 공하여 제품을 만드는 방법)있지만, 이론적으로는, 가격만 적당하면, 몇십개의 제 품을 생산하는 것도 가능합니다.

From the marketingand sales perspective

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마케팅 및 Sales 관점에서 볼 때 소량 단기 생산은 고객과의 관계 구축의 통로를 의미합니다. 이는 고객 기반 확대를 위한 시장 침투 전략으로 볼 수 있습니다. RFQ를 받는 다는 것은 고객과 회사간의 통로를 만드는 것을 의미하며, 고객은 공급 가격과 납기에 대한 정보뿐 만 아니라 기술 지원 및 Communication을 원 하고 있다는 것을 알아야 합니다. 이러한 대화의 기회를 통하여 ASCO는 자신이 가지고 있는 문제해결 능력을 고객에게 보여줄 수 있는 기회를 가질 수 있을 뿐만 아니라, 다른 한편으로는 고객으로부터 다른 분야의 Business 를 배우는 기회 를 가질 수 있었습니다.

고객과의 관계 구축 전략에 우선 순위를 두면 RFQ / 견적 주기가 연속적으로 발 생할 수 있습니다. 띠엄띠엄 오는 기회를 성공적으로 수주하거나 또는 수주를 못 하더라도, 그 결과 자체는, 고객을 알고 회사의 정책과 업무처리 과정을 알게 되 는 것에 비하면 그리 중요하지가 않습니다. ASCO는 미국내에서 PM 제조 전문 업체로 인정을 받고 있습니다. 고객에 대한 지원을 확대하고 협업을 통하여, 회 사는 고객의 엔지니어링 부서의 일부로 인정받게 되었습니다. 그 결과 ASCO는 고객의 텐트 안에 들어갈 수 있 게 되었습니다.

From the quality assurance desk

품질보증부 관점에서는 생산 수량은 품질 요소가 아닙니다. ASCO는 네트워크에 연결된 SPC 시스템을 사용하여 자동으로 데이터를 수집합니다. Cpk 값을 얻기 한 샘플링 계획이 수립됩니다. Cpk 값은 고객이 지정하거나 ASCO의 표준을 사 용합니다. 낭비를 제거하고 6 시그마의 원칙을 적용하여 효율성을 높여서 소량 생산의 효율을 높입니다. ASCO는 회사 직원의 절반 이상이 6 시그마 벨트 인증 을 받을 수 있도록 지원하였습니다. 소량 생산 방법을 숙달함에 따라 생산 성이 높아졌고, 이 효과는 대량 생산에도 큰 도움이 됩니다.

From engineering

2-4고객 맞춤형 금설계는 한 번에 하나씩 수행해야합니다. 그러나 CAD의 진보로 인 하여 프로세스가 합리화되었습니다. 금형 설계 및 공정 설계에서 공구 및 가공 공정 개발에 소요 된 시간은 10 만개를 제조할 때 1개를 만들기 위한 시간과 동 일하다는 오래된 격언이 있습니다. 물론 대다수의 기업들에게 이것은 사실입니다. 그러나 ASCO에는 오직 하나의 시스템 만 있습니다. 이 시스템은 회사 전체의 표준으로 아직도 양산 제품이나 소량 제품에도 다 동일하게 적용되고 있습니다.

Factors to consider in short run applications

그러나 불행히도 PM 제조 기술은 현재 많은 재료 엔지니어 및 프로세스 엔지니 어들에게 잘 알려져 있지 않은 경우가 많습니다. 요구되는 제품의 수량에 관계없 이 고려해야 할 여러 가지 요소가 있습니다.

Part/tool design

PM 제품 또는 부품 설계를 할 때 가장 중요한 것은 가능한 한 그 제품을 처음 설계 할 때의 컨셉에 근접하여 한다는 것입니다. 따라서 이 제품 제조에 경험이 많은 업체가 초기 단계부터 참여해야 합니다. 소재 선택과 제품 설계에 이르기 까지 제품 제조업체의 엔지니어링 지원을 받아야 합니다. 이 지원을 통하여 좋은 제품 설계가 만들어 질것입니다. 좋은 제품 설계는 내구성있는 금형 설계를 가 능하게 합니다. 최종 성형단계에서 금형부품은 가끔 50ton / in2 (689.5MPa)를 초 과하는 압축 압력을 받습니다.

Material selection

2-5원 소재인, Powder Blends는 상당한 기술을 사용하여 연구 개발되었고 고유한 특 성을 가지고 있습니다. 일반적으로, PM 제품은 주조 또는 단조 소재보다 탄소 함 유량이 높습니다. PM 제품은 다 공성 조직을 가지고 있습니다. 높은 탄소 함유량 과 다 공성 때문에 충격하중과 연신율이 떨어집니다. 표준 재료를 선택하면 표준 화 된 파우더 브렌드를 사용할 수 있습니다.

Prototypes

드물게는 PM 제품 생산자가 컨셉을 증명하기 위하여 성형 금형을 제작하기도 합니다. 그러나 이 기회 비용은 너무 큽니다. 프로토 타입이 PM 개발에 필요할 때, 가장 보편적인 접근방법은 원판 또는 하키 퍽 모양의 PM 소재를 가공하여 만들거나, 또 다른 방법은 3D 프린팅 또는 주물용 탄소 주형이 있습니다. 이 모 든 방법들은 PM 제품의 형상을 시각적으로 보여 줄 수 있는 실용적인 방법입니 다. 첫 번째 컨셉이 선택되고, 이 설계가 최종 생산까지 연결이 되면, 개념 설계 에서 제품 생산까지의 과정이 대단히 간단해 집니다. 반복 품질 성능 검사 과정 도 생략할 수 있습니다.

Application engineering support

제품의 사용 환경을 이해하는 것은 필수적입니다. 이러한 접근 방법을 기반으로 하여 부품의 성능 기준을 충족 할 수 있는 프로세스를 개발할 수 있습니다. PM 프로세스는 최저 비용으로 최적의 성능을 제공할 수 있도록 변경할 수 있습니다. 조정할 변수에는 제품의 밀도, 화학 성분 그리고 소결 공정 (시간, 온도 및 외부 온도)이 포함됩니다. 그러나 접근 방법은 단시간에 이루어 질 수 없습니다. 엔지 니어링 작업이 원래의 작업 범위에 포함되어 있지 않으면, 단기적인 접근은 실제 실험 결과와 호환되지 않습니다. 소결 작업이 완료된 후 여러가지 다양한 2 차 작업을 추가 할 수 있습니다. 예를 들어, 부품의 무게를 증가시키거나 치수를 조 정하는 싸이징 공정과 용접, 열처리, 기계 가공 또는 코팅이 가능합니다.

Automation: This applies both to low value and high value processes

2-6중요도가 낮은 공정을 자동화 할 때, 우리 대부분은 반복적인 작업을 수행하는 로봇을 생각합니다. 로봇을 사용하더라도 작업 현장을 간소화하여 얻을 수 있는 효율성은 그다지 높지 않습니다. 사실, 대부분의 제조업체는 이미 어느 정도 이 것을 수행하고 있습니다. ASCO에서 자동화가 얼마나 잘 수행되고 있는지를 보여 주는 지표로서, 현재 24시간 6500 m2 (70,000 ft2) 공장에서 20명이 투입되어 작 업을 수행하고 있습니다.

Engineering level tasks

ASCO는 견적을 작성하는 과정에 엔지니어링 작업이 포함된 자동화 컨셉을 발전 시켰습니다. 예를 들면, 제품의 체적을 사용하여 제품의 중량을 정확하게 계산 할 수 있습니다. 이 중량으로, 고객이 선택한 소재를 기준으로 하여, 원자재 가격 을 산출합니다. 제품 중량은 소결 비용 및 디버링 시간과 같은 비용 발생 요소를 유발합니다. 이 과정은 고객의 3D 솔리드 모델 또는 CAD 파일이 ASCO의 웹 사 이트에 업로드 될 때부터 시작됩니다. 실제로 제작에 사용 가능한 디자인의 제공 이 필수적입니다. ASCO사의 설계자는 제공된 디자인을 바탕으로 PM 생산의 기 본 사항을 적용하여 CAD 파일을 수정하여 고객에게 제시합니다. 제품 설계안에 대하여 상호 합의가 이루어지면 ASCO사의 코스트 센터 별 표준 요금을 적용하 여 가격을 책정 할 수 있습니다. 대부분의 견적요청(RFQ)에 대하여 하루 안에 신뢰할 수 는 제안서 제출과 수정 제안서 제출이 가능합니다. 이 제안서를 바탕 으로 ASCO사는 결정된 수량에 대한 정확한 생산 공정을 적용하여 총 비용을 제 시할 수 있습니다. 이를 통해 최종 고객은 소량의 PM 제품 생산이 가능한지 여 부를 신속하게 확인할 수 있습니다. 명확하게 정의 된 프로세스의 기초를 제공함으로써 고객과 ASCO는 추가 작업을 더하거나 공정을 삭제하거나 했을 경우의 비용 변동을 확인할 수 있습니다. 고객은 제일 적은 비용으로 최고의 성능을 낼 수 있는 최종 생산 방식을 결정할 수 있습니다.

Standardisation

소량 생산을 성공적으로 수행하면서 이익을 발생시키기 위해서는 수량이나 크기 에 관계없이 소요되는 시간당 비용을 줄이는 것이 중요합니다. 작업 방법과 하드 웨어를 표준화하면 가능합니다. ASCO가 제품을 표준화 할 수는 없습니다. 수주 를 받는 업체에는 의뢰가 된 제품 생산에 꼭 맞는 생산 라인이 없습니다. 결과적 으로, ASCO사는 고객의 특정 요구 사항을 충족시키기 위하여 변화할 수 있는 능 력을 가지고 있습니다. 모든 PM 회사는 클램프 링, 어댑터 등과 같은 성형 장비 및 프레스 및 공구 하드웨어와 같은 툴링의 하드 요소를 표준화하였습니다. ASCO사는 또한 일반 파우더 블렌드를 사용하고, 소결 사이클과 (작업 환경 및 온도) 디버링 미디어를 표준화 했습니다.

How has this strategy benefited ASCO Sintering?

ASCO의 Neil Moore 사장 겸 최고 경영자 (CEO)와의 대화에서 회사와 PM 부품 의 단기 공급량 공급에 대한 그의 열정을 확인하였습니다. Moore씨는 공정 간소 화와 표준화 간소화가 회사에 효과적으로 통합되었으며, 견적 검토 프로세스가 시장에서 호평을 받고 있다고 밝혔습니다. “우리가 이룩한 것은 고객을 이해하려 고 노력한 것입니다. 이것이 룰렛(게임)이 아니라는 점을 명심하십시오. 최종 가 격 결정 모델에는 인건비, 재료비, 셋업 시간, 설비 가동시간 및 간접비 등이 포 함됩니다. ” 소량 생산에 여러개의 캐비티를 사용할 수 있지만, 금형이 불량일 경 우 엄청난 피해가 발생할 수 있다는 것을 고객으로부터 승인 받아야 합니다. 앞 서 언급하였지만 성형 금형에 가해지는 압력은 대단히 높습니다. 성형 금형 제작 비용은 수천 달러 이상 소요되지만, 프레스의 오작동이나 재료 결함으로 인해 금 형이 파손될 수 있습니다. 불행하게도 공구 셋업 중 파손이 발생하는 경우가 가 장 많습니다. 때로는 다이에 충진되는 분말의 양을 약간만 바꾸어도 금형에 걸 리는 압력이 기하 급수적으로 증가 할 수 있습니다. “이런 소량 생산 수주 시에 는 ASCO가 공구 교체 비용까지 책임질 수 없습니다. 생산 중에 도구가 파손되 면 교체 비용은 고객의 책임 임을 항상 고객에게 사전에 알립니다. ”

Moore씨는 계속해서 “프로젝트를 즉시 착수 할 수 없는 경우에는, 필요한 엔지 니어링 지원이 가능하도록 예산을 책정합니다. 소량 생산품의 제조 가격은 ASCO 사에서는 프리미엄급으로 책정하고 있지 않습니다. 우리는 공정한 가격을 책정하 려고 노력하고 있습니다. 목표는 시장에 대하여 적극적으로 대응하는 동시에 회 사의 역량을 입증 할 수 있게 하는 것입니다.

Powder Metallurgy review 5월호 기사