프레스 금형 응용에서의 탄화물 인서트 이해하기

프레스 가공 작업에서 부품의 품질이 일관되지 않거나 절단 에지의 마모가 빠르게 진행되는 것을 발견하면, 그 원인은 종종 하나의 핵심 부품인 탄화물 인서트에 있습니다. 하지만 이 부품들은 정확히 무엇이며, 왜 다이의 성능에 그렇게 중요한 영향을 미칠까요?

프레스 금형용 탄화물 인서트는 주로 텅스텐 탄화물로 제작된 정밀 설계된 마모 부품으로, 반복적인 절단, 성형 및 블랭킹 공정에서 큰 하중을 받는 고응력 접촉 지점에 다이 본체 내부에 장착되도록 설계되었습니다.

프레스 응용 분야에서의 탄화물 인서트란 무엇인가?

프레스 금형을 두 개의 구분된 부분으로 생각해 보세요: 구조적 본체와 작동면입니다. 금형 본체는 강성을 제공하고 모든 가동 부품들을 수용하는 반면, 탄화물 인서트는 가공 물질과 직접 접촉하는 실제 절단 에지 및 마모 면을 담당합니다. 이러한 분리는 의도적이며 매우 전략적인 설계입니다.

텅스텐 카바이드 인서트는 일반적으로 코발트로 이루어진 금속 바인더에 의해 결합된 경질 텅스텐 카바이드 입자로 구성됩니다. 이 조합은 스탬핑 작업에서 발생하는 반복적인 충격 하중에도 견딜 수 있을 만큼의 인성을 유지하면서도 뛰어난 경도를 제공하는 소재를 만들어냅니다. 적용 분야에 따라 단일 텅스텐 카바이드 인서트는 기존 공구강 부품보다 10배에서 20배까지 더 오래 사용할 수 있습니다.

펀치 끝부분, 다이 절단 에지, 성형 공정 위치 및 도구가 시트 메탈과 직접 접촉하는 모든 부위에 카바이드 팁을 찾아볼 수 있습니다. 이러한 위치들은 양산 과정에서 가장 높은 응력 집중과 마모율을 경험합니다.

다이 설계에서 교체 가능한 마모 부품의 역할

왜 다이 전체를 탄화물로 제조하지 않을까요? 그 이유는 실용성과 경제성에 있습니다. 탄화물은 공구강보다 훨씬 비싸며 복잡한 형상을 가공하기가 훨씬 더 어렵습니다. 핵심 마모 부위에만 교체 가능한 탄화물 인서트를 사용함으로써 제조사들은 두 가지 장점을 동시에 달성하게 됩니다. 즉, 가장 중요한 부분에서 뛰어난 마모 저항성을 확보하면서도 경제적인 다이 구조를 실현하는 것입니다.

탄화물 인서트가 결국 허용 공차 이상으로 마모되면, 단순히 제거하고 새 부품을 설치하면 됩니다. 이 모듈식 접근 방식은 전체 다이 부위를 재수리하거나 교체하는 것에 비해 가동 중단 시간을 최소화합니다. 인서트의 코발트 결합제 함량은 이러한 마모 특성에 직접적인 영향을 미치며, 인서트의 수명과 최종적인 파손 방식 모두에 영향을 줍니다.

이 가이드를 통해 초경합금의 조성에 관련된 재료 과학을 탐구하고, 특정 작업 물감과 맞는 등급을 선택하는 방법을 배우며, 조기 파손을 방지하기 위한 실질적인 전략을 알아보게 됩니다. 이러한 기본 원리를 이해함으로써 초경 인서트 선정을 추측 기반의 결정이 아닌 체계적인 공학적 결정으로 전환할 수 있습니다.

초경합금 조성과 성능 뒤에 있는 재료 과학

동일한 스탬핑 공정에서 외형은 동일한데도 두 개의 초경 인서트가 매우 다른 성능을 보이는 이유가 궁금하셨나요? 그 해답은 내부 조성, 특히 텅스텐 카바이드 입자와 이를 고정시키는 코발트 바인더 사이의 정교한 균형에 있습니다. 이 관계를 이해하면 운영 조건에 정확히 부합하는 등급을 선택할 수 있는 능력을 갖추게 됩니다.

텅스텐 카바이드와 코발트 바인더 비율 설명

탄화 텅스텐 입자를 더 부드러운 금속인 코발트 계 매트릭스에 포함된 매우 단단한 돌처럼 상상해 보세요. 이 '돌'은 마모 저항성과 경도를 제공하며, 매트릭스 역할을 하는 코발트는 파손 없이 충격을 흡수할 수 있는 인성을 제공합니다. 이 두 성분 간의 비율을 조절하면 인서트가 응력 하에서 어떻게 반응하는지를 근본적으로 변화시킵니다.

프레스 다이 인서트의 코발트 함량은 일반적으로 중량 기준 6%에서 15% 사이입니다. 6%에서 8% 정도로 낮은 코발트 비율은 최대 경도와 마모 저항성을 갖는 인서트를 만들어냅니다. 이러한 등급은 마모가 주요 고려 사항인 응용 분야에서 특히 우수하며, 예를 들어 마모성이 강한 소재를 스탬핑할 때 또는 매우 높은 생산량을 처리할 때 적합합니다. 그러나 이 과정에서 일부 충격 저항성을 희생하게 됩니다.

코발트 함량을 10%에서 15%로 증가시킬수록 인서트는 점점 더 강한 내구성을 갖게 됩니다. 이로 인해 파손이나 균열 없이 더 큰 충격 하중을 흡수할 수 있으므로 두꺼운 소재의 스탬핑 또는 중형 블랭킹 작업에 이상적입니다. 다만 마모 저항성과 경도가 약간 감소하는 단점이 있습니다. 탄화물 공급업체와 신뢰할 수 있는 협력 관계를 맺고 있다면, 모든 응용 분야에서 최적의 성능을 내는 단일 조성이 없다는 이유로 다양한 등급의 제품을 제공하는 것을 확인할 수 있습니다.

코발트 함량 선택은 스포츠카와 오프로드 차량 중 선택하는 것과 비슷합니다. 둘 다 목적지까지 도달하게 해주지만, 각각 다른 조건에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 가벼운 마감 작업에 사용되는 면삭 인서트는 경도를 우선시할 수 있지만, 반복적인 강한 충격을 흡수해야 하는 펀치 팁은 높은 코발트 함량에서 나오는 추가적인 강도가 필요합니다.

입자 크기가 스탬핑 성능에 미치는 영향

결합제 함량을 넘어서, 탄화텅스텐 입자의 크기는 인서트 성능에 큰 영향을 미칩니다. 입자 크기는 일반적으로 네 가지 범주로 분류됩니다:

• 나노입자 (0.5마이크론 이하): 정밀 프레스 가공을 위한 뛰어난 날카로움과 내마모성을 제공합니다
• 아래마이크론 (0.5~1.0마이크론): 범용 응용 분야에 적합한 경도와 인성의 탁월한 균형을 제공합니다
• 미세입자 (1.0~2.0마이크рон): 적절한 인성과 중간 수준의 내마모성을 제공합니다
• 조립자 (2.0마이크론 이상): 강한 충격 하중이 가해지는 응용 분야에서 인성을 극대화합니다

입자가 작을수록 더 조밀하게 배열되어 공극이 줄어들고, 더 높은 경도를 얻을 수 있습니다. 나노입자 소재로부터 가공된 직사각형 탄화물 블랭크는 더 오랫동안 날카로운 절삭 날을 유지하므로 얇은 재료를 프레스할 때나 치수 공차를 엄격히 유지해야 할 경우 특히 중요합니다. 그러나 더 미세한 입자는 충격 하중에 대한 내성이 낮아진다는 의미도 됩니다.

거친 입자 탄화물은 경도를 일부 희생하지만, 깨짐과 파손에 대한 내성은 크게 향상됩니다. 두꺼운 재료의 대량 블랭킹 공정이나 도구에 충격을 주는 간헐적인 피딩 오류가 발생하는 작업의 경우, 입자가 굵은 구조가 치명적인 파손에 대비한 안전 마진을 제공합니다.

코발트 함량	경도(HRA)	수직 인장 강도	권장 응용 분야
6%	92.5 - 93.5	1,500 - 1,800 MPa	얇은 소재의 대량 스탬핑, 정밀 블랭킹
8%	91.5 - 92.5	1,800 - 2,200 MPa	범용 스탬핑, 프로그레시브 다이 공정
10%	90.5 - 91.5	2,200 - 2,600 MPa	중간 정도의 전단 및 성형 공정으로, 보통 수준의 충격이 가해지는 경우
12%	89.0 - 90.5	2,600 - 3,000 MPa	강한 전단, 두꺼운 재료, 높은 충격 하중
15%	87.0 - 89.0	3,000 - 3,500 MPa	심한 충격이 가해지는 용도, 단속적인 절삭, 열악한 작업 조건

코발트 함량이 증가함에 따라 경도는 감소하고, 굽힘 하중에 대한 파단 저항을 측정하는 횡결과강도는 크게 증가한다는 점에 주목하십시오. 이러한 반비례 관계 때문에 초경합금 제조업체들은 다양한 등급의 제품을 제공합니다. 특정 피가공재와 스탬핑 조건에 맞는 적절한 결합제 함량과 입자 크기 조합을 선택하면 잘못 매칭된 공구로 인해 발생하는 조기 손상을 방지할 수 있습니다.

가공물 재료별 초경합금 등급 선택

코발트 함량과 입자 크기가 인서트 성능에 어떤 영향을 미치는지 이해하셨으므로, 다음으로 실무적인 질문이 생깁니다. 즉, 현재 스탬핑하고 있는 특정 재료에 가장 적합한 등급은 무엇일까 하는 것입니다. 이에 대한 답은 가공물의 특성에 크게 좌우되며, 각각의 금속 재료는 공구에 매우 다른 요구 조건을 만들어냅니다.

연강 스탬핑은 보통 정도의 마모를 유발합니다. 프레스 가공할 때 강한 열과 갈링 현상이 발생합니다. 알루미늄 스탬핑은 부착 문제를 일으킵니다. 각 상황마다 서로 다른 초경합금 조성이 필요하며, 잘못된 선택은 조기 마모나 예기치 못한 파손으로 이어질 수 있습니다. 가장 일반적인 가공재별 초경합금 선택 기준을 살펴보겠습니다.

강 및 스테인리스강 스탬핑을 위한 초경합금 선택

탄소강 또는 저합금강을 스탬핑할 때는 마모성 마모가 주요 고장 모드입니다. 강재 표면에 존재하는 철 산화물과 스케일은 절단 날 가장자리에 대해 샌드페이퍼처럼 작용하여 매 스트로크마다 점차적으로 날을 마모시킵니다. 이러한 응용 분야에서는 코발트 함량이 6%에서 10% 범위 정도로 낮은 더 단단한 초경합금 등급을 우선적으로 선택해야 합니다.

초미세입자에서 미세입자 구조가 이 경우에 매우 우수한 성능을 발휘합니다. 이러한 구조는 날카로운 절단 에지를 더 오래 유지하여 깨끗한 전단면과 더 정밀한 치수 제어를 가능하게 합니다. 얇은 게이지 강재에 대해 대량 생산을 수행하는 경우, 6% 코발트 나노입자 초경합금 절단 인서트는 교체나 연삭 전에 최대의 공구 수명을 제공합니다.

스테인리스강은 완전히 다른 도전 과제를 제시합니다. 가공 경화 성향으로 인해 이 소재는 변형될수록 점점 더 단단해지며, 이로 인해 절삭력이 증가하고 인서트 모서리에 국부적인 응력이 더욱 집중됩니다. 또한 스테인리스강의 크롬 성분은 초경합금 표면에 달라붙는 경향을 유도하여 긁힘 현상과 재료 축적을 일으키고, 이는 마모를 가속화합니다.

스테인리스강 스탬핑의 경우 다음 조정 사항을 고려하십시오:

• 높은 절삭력에 대응하기 위한 충격 강도를 높이기 위해 코발트 함량을 10%에서 12%로 증가시키십시오
• 칩 저항성과 모서리 유지력을 균형 있게 갖춘 미세입자 구조를 선택하십시오
• 접착 및 열 축적을 최소화하기 위해 충분한 윤활을 확보하십시오
• 공구와 작업물 계면에서 마찰을 줄이는 코팅된 인서트를 고려하십시오

자동차 응용 분야에서 사용되는 고강도 합금 및 첨단 고강도 강철은 귀하의 장비 중 가장 강한 등급을 요구합니다. 이러한 소재를 전단하기 위해 필요한 극한의 힘으로 인해 더 단단한 탄화물 성분이 균열 나거나 파손될 수 있습니다. 마모 저항성은 다소 떨어지지만, 12%에서 15%의 코발트 함량을 갖는 방향으로 변경하면 이러한 혹독한 조건에서도 견딜 수 있는 충격 저항성을 확보할 수 있습니다.

알루미늄 및 구리 응용 분야를 위한 인서트 선택 최적화

알루미늄과 구리 같은 부드러운 금속은 공구에 무리가 가지 않을 것처럼 보이지만, 고유한 문제들을 야기합니다. 알루미늄의 주요 문제는 접착입니다. 부드러운 금속이 탄화물 표면에 달라붙어 절삭 날에 누적되며, 결국 인서트 자체의 입자를 떼어내게 됩니다. 이러한 접착 마모 메커니즘은 강철에서 발생하는 연마 마모와 근본적으로 다릅니다.

알루미늄 프레스 성형의 경우 날카로운 절삭날이 매우 중요합니다. 코발트 함량이 낮은 나노입자 및 아마이크론 탄화물 등급은 알루미늄을 깨끗하게 전단하면서도 재료가 쌓이지 않도록 하는 예리한 날을 형성하는 데 적합합니다. 또한 많은 공장에서는 마찰을 줄이고 알루미늄의 부착을 방지하는 폴리싱 처리된 인서트 표면을 사용하는 것이 효과적이라고 판단합니다.

구리와 황동은 부착성 면에서 알루미늄과 유사하게 행동하지만, 또 다른 고려 사항이 추가됩니다. 이러한 재료는 중간 정도의 속도로 가공 경화되며 두꺼운 게이지를 프레스할 때 예상치 못한 높은 절삭력을 발생시킬 수 있습니다. 일반적으로 8%에서 10%의 코발트를 함유한 절삭 인서트는 구리 합금을 잘 다룰 수 있으며, 성형 시 발생하는 힘에 견딜 만큼의 인성을 제공하면서도 재료의 붙음을 방지하기 위해 필요한 날카로움을 유지합니다.

흥미롭게도, 프레스 성형에서 초경합금 재료 선택을 지배하는 원리는 선반 가공 및 기타 가공 작업에 사용되는 인서트 선택 원리와 유사하다. 선반 작업용 초경합금 인서트가 절삭하는 작업물 재료에 맞춰야 하듯이, 프레스 성형용 인서트도 동일하게 신중한 재료 매칭이 필요하다. 금속 변형의 물리학은 제조 공정 전반에 걸쳐 일관되게 유지된다.

재료 두께와 프레스 성형 속도가 선택에 미치는 영향

작업물의 구성 외에도, 재료 두께와 프레스 성형 속도라는 두 가지 운영 매개변수가 등급 선택에 상당한 영향을 미친다.

두꺼운 소재는 전단 또는 성형 시 더 큰 힘이 필요하며, 이로 인해 인서트 모서리에 더 높은 응력이 집중됩니다. 두꺼운 게이지 소재를 스탬핑할 때는 코발트 함량이 높은 보다 강한 등급으로 전환하는 것이 좋습니다. 이로 인해 가로파단강도가 증가하여 높아진 하중에서도 모서리의 파손을 방지할 수 있습니다. 반면 얇은 소재는 한 번의 스트로크당 충격이 작기 때문에 경도가 높고 코발트 함량이 낮은 소재를 사용하여 마모 저항성을 우선시할 수 있습니다.

스탬핑 속도는 열 발생과 충격 빈도에 영향을 미칩니다. 고속 프로그레시브 다이 공정은 분당 수백 회 사이클을 반복하며 절단 에지에서 상당한 열을 발생시킵니다. 이러한 열응력은 너무 단단하고 취약한 탄화물에서 미세 균열을 유발할 수 있습니다. 일반적으로 고속 공정에서는 열 순환에 더 잘 견디는 약간 더 강한 등급이 유리합니다.

가공물 재질	권장 코발트 %	선호 입자 크기	주요 마모 형태	주요 선정 고려사항
연질 탄소강	6% - 8%	아마이크론에서 미세	연마재	긴 마모 수명을 위해 경도 극대화
스테인리스강	10% - 12%	미세한	접착제 + 연마재	강도와 스크래치 저항성의 균형
알루미늄 합금	6% - 8%	나노에서 아하미크론	점착제	날카로운 모서리, 광택 처리된 표면, 적절한 윤활
구리 및 청동	8% - 10%	아마이크론에서 미세	점착제	적절한 강도와 함께 날카로운 엣지
고강도 합금	12% - 15%	미세에서 거 coarse	충격 + 연마	경도보다 강도를 우선시하십시오

마모 저항성과 파편 저항성의 균형 조절

모든 초경합금 등급 선택에는 근본적인 타협이 따릅니다. 코발트 함량이 낮아 더 단단한 등급은 점진적인 마모에 탁월하게 저항하지만 갑작스러운 충격 하중이나 가장자리의 파편 발생에 취약합니다. 반면 코발트 함량이 높아 강도가 큰 등급은 충격 하중에 견디지만 정상 작동 조건에서 더 빨리 마모됩니다.

초경절삭 인서트의 옵션을 평가할 때 다음 질문들을 스스로에게 해보십시오:

• 귀하의 적용 분야는 일정하고 예측 가능한 하중을 다루고 있습니까, 아니면 가끔씩 잘못 공급되거나 이중 충격이 발생합니까?
• 프레스가 적절히 유지 관리되어 겹침(gibbing)이 정밀합니까, 아니면 중심에서 벗어난 하중을 유발하는 헐거움이 있습니까?
• 균일한 소재를 스탬핑하고 계십니까, 아니면 입고되는 자재의 두께가 변동합니까?
• 재연마 사이의 시간 최대화보다 깔끔한 잔여물 없는 가장자리 품질이 얼마나 중요한가요?

장비 관리가 잘되고, 원자재 공급이 일정하며, 공정 제어가 철저한 작업장은 더 경도 높은 등급의 인서트를 사용하여 최대한의 공구 수명을 확보할 수 있습니다. 반면에 가변적인 조건이나 오래된 프레스를 사용하는 작업의 경우, 예기치 못한 과부하 상황에 대비해 더 튼튼한 등급의 인서트를 선택함으로써 안정성을 확보하는 것이 유리합니다.

이러한 소재별 요구사항과 운영상의 상충관계를 이해하면, 인서트 등급을 보다 현명하게 선택할 수 있습니다. 그러나 설사 완벽한 탄화물 등급을 사용하더라도 다이 설계가 부적절하다면 최적의 성능을 발휘하기 어렵습니다. 다양한 다이 구조는 각기 다른 응력 패턴과 마모 조건을 발생시키며, 이는 인서트 선택을 더욱 세밀하게 조정해야 함을 의미합니다.

공구강 및 기타 대체 재료와 비교한 탄화물 인서트

작업물 재료에 적합한 초경합금 등급을 이미 파악하셨겠지만, 자주 간과되는 질문이 있습니다. 과연 처음부터 초경합금을 사용해야 할까요? 고성능 프레스 성형 공정에서는 초경합금 인서트가 주로 사용되지만, 항상 가장 경제적인 선택지는 아닙니다. 초경합금 사용이 타당한 상황과 대체 재료가 더 나은 가치를 제공하는 상황을 이해함으로써 공구 예산을 전략적으로 배분할 수 있습니다.

초경합금이 D2 공구강, M2 고속도강(HSS), 첨단 세라믹과 같은 가장 일반적인 대체재와 어떻게 비교되는지 살펴보겠습니다. 각 재료는 프레스 다이 응용 분야에서 특정한 영역을 차지하고 있으며, 최적의 선택은 생산량, 작업물 재료, 허용 오차 요구 사항에 따라 달라집니다.

대량 생산 프레스 가공에서의 초경합금과 공구강 비교

D2와 같은 공구강은 수십 년 동안 프레스 성형 작업에 사용되어 왔습니다. 상대적으로 가공이 용이하고, 적절한 경도를 얻기 위해 열처리가 가능하며 탄화물보다 훨씬 저렴합니다. 시제품 제작 또는 소량 생산의 경우 D2 공구강은 종종 경제적으로 매우 합리적인 선택입니다.

그러나 생산량이 수십만 개에서 수백만 개로 증가할 경우, 경제성 계산은 크게 달라집니다. D2 인서트는 5만 내지 10만 스트로크마다 재연마가 필요할 수 있는 반면, 적절히 선택된 탄화물 커터는 동일한 작업에서 50만에서 100만 스트로크 이상 작동한 후에야 손질이 필요합니다. 각각의 재연마는 생산 중단 시간, 노동 비용을 수반하며 공구 형상이 변화함에 따라 치수 편차가 발생할 가능성도 있습니다.

다음 상황을 고려해 보세요. 분당 400스트로크의 프로그레시브 다이를 가동하여 자동차 브래킷을 생산하고 있습니다. D2 인서트를 사용하면 한 번 또는 두 번의 교대마다 재연마를 위해 정지를 해야 할 수 있습니다. 초경합금으로 전환하면 동일한 공정에서 수주간 개입 없이 운전이 가능합니다. 초경합금은 초기 비용이 더 높지만, 부품당 공구 비용은 크게 감소합니다.

손익분기점은 일반적으로 10만 개에서 25만 개 사이의 부품 수량에서 발생하며, 구체적인 적용 사례에 따라 달라질 수 있습니다. 이 수량 이상에서는 초경합금의 긴 수명이 초기 프리미엄 가격을 훨씬 상회합니다. 그러나 이 기준 이하에서는 공구강이 낮은 초기 비용과 가공 용이성 덕분에 종종 더 유리합니다.

세라믹 또는 고속도강(HSS) 대안이 적합한 경우

M2 고속도강은 일반적인 공구강과 초경합금 사이의 중간 위치를 차지합니다. M2는 D2보다 더 뛰어난 내열경도를 제공하여 고속 가공 중 열이 발생하더라도 절삭 날 유지 성능이 우수합니다. 열 발생이 문제시되지만 초경합금의 비용이 과도하다고 판단되는 응용 분야에서 M2는 실현 가능한 타협안을 제공합니다.

형성 가공에서는 공구 인서트가 마모는 적게 받지만 하중 조건에서 변형에 저항해야 하는 경우가 많으며, 이러한 작업에서 고속도강(HSS)이 특히 효과적입니다. 실제 절단이 포함되지 않는 드로우 다이나 굽힘 공정의 경우, M2 부품을 사용하면 초경합금 대비 상당히 낮은 비용으로 충분한 성능을 발휘할 수 있습니다.

세라믹 소재는 공구강과는 정반대에 위치합니다. 세라믹은 극도로 경질이며 마모 저항성이 뛰어나 가장 단단한 등급의 초경합금보다도 높은 수준에 이릅니다. 그러나 세라믹은 동시에 매우 취약합니다. 충격 하중이나 진동이 개입되는 스탬핑 공정에서는 세라믹 인서트가 균열이 생기거나 파손될 위험이 큽니다.

세라믹은 어디에서 뛰어난 성능을 발휘합니까? 매우 엄격한 조건 하에 마모성 물질을 스탬프 가공하고 충격이 최소화된 고도로 전문화된 작업에서 그렇습니다. 세라믹 기판이나 충전제가 다량 포함된 플라스틱을 사용하는 일부 전자부품 스탬프 가공 응용 분야에서는 세라믹 공구를 사용할 때 이점이 있습니다. 그러나 주류 금속 스탬프 가공의 경우, 세라믹은 여전히 실용적인 사용에는 너무 취약합니다.

흥미롭게도, 일부 다이 응용 분야에서 사용되는 밀링 인서트인 직사각형 형상의 공구는 경화 표면에 대한 경량 마무리 절삭 작업을 수행할 때 세라믹 소재를 적용하기도 합니다. 하지만 이러한 사례는 일반적인 스탬프 가공 상황이라기보다는 특수한 경우에 해당합니다.

재질	경도 (HRC/HRA)	내구성	내마모성	상대 비용	일반적인 공구 수명 (스트로크)
D2 공구강	58-62 HRC	좋음	중간	1x (기준)	50,000 - 150,000
M2 HSS	62-65 HRC	좋음	중간-높음	1.5x - 2x	75,000 - 200,000
카바이드(10% Co)	90-91 HRA	중간	훌륭한	5배 - 10배	50만 - 200만
세라믹	93-95 HRA	가난한	뛰어난	8배 - 15배	가변적(취약함)

경제적 결정을 내리는 방법

카바이드 절삭공구를 대체 제품과 비교 평가할 때, 공구 인서트의 초기 가격만 고려하는 대신 부품당 총비용을 계산하십시오. 다음 요소들을 고려해야 합니다:

• 가동 중단 비용: 생산 중단으로 인한 손실 생산량 비용은 얼마입니까?
• 재분쇄 비용: 공구 재조건을 위한 인건비, 장비 시간 및 물류
• 품질 일관성: 공구 마모로 인해 치수 편차가 발생하여 더 빈번한 조정이 필요한가요?
• 폐기율: 마모된 공구로 인해 교체 전에 더 많은 불량 부품이 발생하나요?

대량 생산되는 자동차 및 가전제품 스탬핑 작업은 프리미엄 가격에도 불구하고 거의 항상 초경합금을 선호합니다. 동일한 부품을 수백만 개 생산할 때는 경제성이 더 유리하기 때문입니다. 반면 소규모 다품종 생산을 수행하는 작업장은 일반적으로 공구강과 초경합금 공구를 혼합하여 사용하며, 각각의 가장 경제적인 용도에 따라 적절히 배치합니다.

종종 간과되는 요소 중 하나는 재연마 가능성입니다. 공구강 인서트는 형상이 더 이상 사용할 수 없을 때까지 여러 번 재연마할 수 있습니다. 반면 초경합금은 경도가 높아 재연마 횟수가 적고 특수 다이아몬드 연삭 장비가 필요합니다. 귀사 작업장에 초경합금 재연마 설비가 없다면 외부 서비스 비용이나 재조정 대신 교체에 드는 비용을 고려해야 합니다.

궁극적으로 올바른 재료 선택은 귀하의 특정 생산 환경에 달려 있습니다. 탄화물(Carbide)은 생산량이 많고 정밀도가 중요하며 가동 중단 비용이 발생하는 경우에 우세합니다. 공구강(Tool steel)은 생산량이 적거나 그 한계가 품질에 영향을 미치지 않는 응용 분야에서 여전히 실용적입니다. 세라믹은 극도로 높은 경도가 그들의 취약성을 정당화할 수 있는 특수한 상황을 위해 예비로 대기하고 있습니다.

재료 선택을 명확히 했으므로 다음 고려 사항은 서로 다른 다이 구조가 인서트 요구사항에 어떤 영향을 미치는지에 관한 것입니다. 연속다이(Progressive dies), 이송다이(Transfer dies), 복합다이(Compound dies)는 각각 탄화물 등급 선정과 인서트 배치 전략에 영향을 주는 독특한 응력 패턴을 생성합니다.

연속다이, 이송다이 및 복합다이 적용 지침

작업물 재질에 적합한 초경합금 등급을 선택했으며, 귀하의 생산량 기준으로 초경합금 사용이 경제적으로 타당하다는 것도 확인하셨습니다. 이제 숙련된 다이 설계자조차 어려움을 겪는 질문이 남았습니다. 다이 구성 방식이 인서트 배치, 형상 및 등급 선택에 어떤 영향을 미칠까요? 프로그레시브 다이, 트랜스퍼 다이, 컴파운드 다이 각각은 서로 다른 응력 패턴을 발생시키며, 초경합금 적용 시 맞춤형 접근이 필요합니다.

다음과 같이 생각해 보세요. 단일 펀칭 공정에서는 뛰어난 성능을 발휘하는 동일한 초경합금 등급이라도 프로그레시브 다이의 성형 공정에서는 조기에 수명이 다했을 수 있습니다. 이러한 애플리케이션별 요구사항을 이해함으로써 금속 펀치와 다이를 최대한 오래 사용하고 일관된 부품 품질을 유지할 수 있도록 배치할 수 있습니다.

프로그레시브 다이를 위한 초경 인서트 고려 사항

진행형 다이에서는 스트립 재료를 여러 스테이션을 통해 이동시키며, 각 정지 위치에서 서로 다른 작업을 수행합니다. 각 스테이션마다 근본적으로 다른 응력이 가해지기 때문에, 이와 같은 구성은 흥미로운 마모 패턴의 과제를 만들어냅니다.

초기 스테이션은 일반적으로 피어싱 및 블랭킹 작업을 처리하여 스탬핑 다이 펀치에 높은 전단력과 마모성 마찰이 가해집니다. 중간 스테이션은 형성, 굽힘 또는 코이닝 작업을 수행하는 경우가 많으며, 여기서는 공구에 갑작스러운 충격보다는 점진적인 압력이 가해집니다. 최종 스테이션은 누적된 스트립 위치 오류로 인한 엣지 하중과 전단이 결합된 커팅 오프 또는 트리밍 작업을 포함할 수 있습니다.

이러한 점이 탄화 텅스턴 인서트 전략에 어떤 의미를 가지는가? 모든 스테이션에 동일한 등급을 사용하는 방식보다는, 각기 다른 스테이션에 맞는 서로 다른 등급이 필요할 가능성이 높습니다. 다음의 스테이션별 지침을 고려해 보세요:

• 피어싱 스테이션: 코발트 함량이 6%에서 8%인 더 단단한 등급이 이곳에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 반복적인 펀칭 작용은 일정한 마모를 유발하며, 날카로운 엣지는 버(burr)가 적고 깨끗한 구멍을 만들어냅니다.
• 성형 스테이션: 코발트 함량이 10%에서 12%인 보다 중간 정도의 등급은 지속적인 압력과 측면 하중에 더 잘 견딥니다. 이러한 공정장치는 천공 시 발생하는 날카로운 충격을 거의 받지 않지만, 하중 아래에서의 변형에는 저항력을 가져야 합니다.
• 절단 공정장치: 약 10%의 코발트를 함유한 강한 등급은 최종 분리 지점에서 중심이 맞지 않는 하중을 유발하는 스트립 위치 편차 누적으로부터 안전성을 제공합니다.

스트립 진행 방향 또한 독특한 고려 요소를 수반합니다. 스트립 삽입 지점 근처의 공정장치는 더 깨끗하고 일관된 재료를 처리하지만, 하류 공정장치는 여러 차례 펀칭, 굽힘 및 성형을 거쳐 가공 경화된 재료를 접하게 됩니다. 이러한 점진적인 경화 효과는 후속 공정장치에서 절단력을 증가시키며, 일반적으로 더 단단한 인서트를 선호하는 작업이라도 때때로 더 튼튼한 초경합금 등급을 사용해야 할 필요성을 정당화합니다.

프로그레시브 다이 응용 분야에서는 고정 방법이 매우 중요합니다. 탄화물 펀치는 작동 중에 움직임이 전혀 없도록 단단히 고정되어야 하면서도 정비를 위해 교체 가능해야 합니다. 압입 고정 방식은 작은 크기의 펀치에 적합하지만, 더 큰 인서트는 종종 나사나 클램프를 사용한 기계적 고정 방식을 사용합니다. 고정 방식은 인서트를 통해 응력이 전달되는 방식에 영향을 미치며, 이는 마모 패턴과 파손 양상 모두에 영향을 줍니다.

트랜스퍼 다이 및 복합 다이 인서트 요구사항

트랜스퍼 다이는 연속 스트립을 진행시키는 대신 개별 블랭크를 각 공정 사이에서 이동시킵니다. 이와 같은 근본적인 차이점은 탄화물 인서트가 받는 응력 역학을 변화시킵니다.

스트립의 고유한 가이드 기능이 없기 때문에 각 블랭크는 모든 공정 위치에서 정확하게 위치되어야 합니다. 위치 설정 오차는 탄화물 펀치에 바로 비대칭 하중으로 작용하게 됩니다. 이러한 현실은 트랜스퍼 다이 응용 분야에서 일시적인 정렬 오류에도 파손 없이 견딜 수 있는 보다 강한 탄화물 등급을 선호하게 만듭니다. 설령 트랜스퍼 장치가 매우 정밀하게 작동하더라도 수백만 사이클 동안 발생하는 불가피한 위치 편차로부터 보호하기 위해 어느 정도의 인성 여유를 확보하는 것이 중요합니다.

트랜스퍼 다이는 일반적으로 프로그레시브 공정보다 더 크고 무거운 블랭크를 처리합니다. 증가된 질량은 매 스트로크마다 더 큰 운동량을 의미하며, 접촉 순간에 더 높은 충격력을 발생시킵니다. 금속 펀치 및 다이 부품은 이러한 에너지를 손상 없이 흡수해야 하므로 대부분의 공정 위치에서 코발트 함량 10%에서 12% 범위의 등급이 유리합니다.

복합 다이도 또 다른 뚜렷한 과제를 제시한다. 이러한 다이는 단일 스트로크에서 블랭킹과 피어싱, 또는 절단과 성형을 통합하는 등 일반적으로 여러 작업을 동시에 수행한다. 이러한 작업의 동시성은 단일 작업 다이에서는 결코 발생하지 않는 복잡한 응력 상태를 만들어낸다.

복합 다이용 탄화물 인서트의 주요 고려 사항은 다음과 같다:

• 동시 하중: 여러 절단 에지가 동시에 작업물에 작용하여 측방 이동을 방지하기 위해 균형 잡힌 힘이 필요하다. 균일한 하중 분포를 위해 인서트는 대칭적으로 배치되어야 한다.
• 응력 상호작용: 피어싱과 블랭킹이 동시에 발생할 때, 한 작업의 재료 흐름이 인접 작업의 응력 상태에 영향을 미친다. 더 강한 등급의 재료는 이러한 상호작용 응력을 흡수하는 데 도움이 된다.
• 누출 요구사항: 복합 다이는 부품과 슬러그를 좁은 공간 안에서 배출해야 한다. 누출 또는 스트리핑 기능에 관여하는 탄화물 표면은 유착을 방지하기 위해 우수한 표면 마감을 가져야 한다.
• 열 집중: 분산된 작업보다 다중 동시 작업이 더 작은 영역에 더 많은 열을 발생시킵니다. 열 순환을 견딜 수 있도록 코발트 함량이 약간 높은 등급을 고려하십시오.

복합 다이에서 일반적인 고장 지점은 각 공정이 접하는 부분에 집중됩니다. 예를 들어, 블랭킹 엣지와 인접한 성형면 사이의 연결 부위는 개별 공정에서는 발생하지 않는 복잡한 응력 상태를 경험합니다. 고응력 연결부에서 만나는 개별 인서트를 설치하는 대신, 이러한 인터페이스를 아우르는 통합 섹션으로 초경 인서트를 배치하면 신뢰성이 크게 향상됩니다.

프레스 파라미터가 인서트 선택 및 배치에 미치는 영향

초경 인서트 선택은 이를 구동하는 프레스로부터 독립적이지 않습니다. 톤수, 속도 및 스트로크 길이는 모두 인서트의 작동 방식과 마모 특성에 영향을 미칩니다.

프레스 톤수는 도구를 통해 전달되는 힘에 직접적인 영향을 미칩니다. 특히 프레스의 정격 용량에 근접하는 고톤수 작업의 경우, 더 강한 탄화물 등급이 요구됩니다. 200톤 프레스를 180톤으로 운전할 경우, 소재의 차이 또는 약간의 정렬 오류로 인한 충격 하중에 대비할 여유가 거의 없어집니다. 이러한 상황에서는 코발트 함량이 12%에서 15%인 탄화물 펀치가 필수적인 파손 저항성을 제공합니다.

스탬핑 속도는 열 발생과 충격 주파수 모두에 영향을 미칩니다. 분당 400회 이상의 스트로크로 작동하는 고속 프레스는 급격한 열 순환을 유발하여 취성 등급의 마이크로 균열을 유발할 수 있습니다. 일반적으로 빠른 작업은 동일한 작업을 느린 속도로 수행할 때보다 약간 더 높은 코발트 함량을 가진 등급을 사용하는 것이 유리합니다. 추가된 인성은 열 응력 누적으로부터 보상해 줍니다.

스트로크 길이는 펀치가 가공물에 접촉하는 속도에 영향을 미칩니다. 더 긴 스트로크는 충격 전에 펀치가 더 많이 가속할 수 있게 하여 접촉 순간의 순간적인 힘을 증가시킵니다. 스냅스루 프레스 및 고속 스탬핑 공정의 경우 탄화물 등급 선택에 주의를 기울여야 하며, 내구성이 뛰어난 등급이 높은 충격 에너지로부터 보호해 줍니다.

탄화물 인서트를 배치할 때 다음의 프레스 관련 요소들을 고려하십시오:

• 톤수 분포: 플래튼이 휘거나 변형되는 위치보다 프레스 힘이 균일하게 집중되는 영역에 가장 중요한 탄화물 부품을 배치하십시오.
• 정렬 민감도: 마모된 가이드나 과도한 헐거움이 있는 오래된 프레스는 중심에서 벗어난 하중을 보상하기 위해 전체적으로 더 튼튼한 인서트를 필요로 합니다.
• 윤활제 공급: 윤활제가 효과적으로 도달하는 위치에 인서트를 배치하십시오. 윤활이 부족한 절삭날은 훨씬 더 빠르게 마모되며 온도가 더 높아집니다.
• 접근성: 자주 교체되는 인서트는 금형의 대규모 분해 없이도 비교적 빠르게 교체할 수 있는 위치에 설치하십시오.

초경합금 인서트 전략을 금형 유형과 프레스 특성에 맞추면 조기 고장을 방지하는 종합적인 접근 방식이 가능합니다. 그러나 가장 철저히 계획된 설치라 할지라도 결국 마모가 나타납니다. 정상적인 마모 진행과 비정상적인 고장 징후를 구분함으로써 품질 저하나 치명적인 손상이 발생하기 전에 조치를 취할 수 있습니다.

고장 모드 진단 및 유지보수 전략

당신의 탄화물 인서트는 설계된 대로 정확하게 작동하며, 매번 안정적으로 소재를 절삭하고 있습니다. 그런데 어느 순간 무언가가 달라집니다. 이전까지 깔끔했던 부품에서 갑자기 버(burr)가 생기기 시작하는 것을 눈치챌 수 있고, 프레스 소리가 약간 다르게 들릴 수도 있으며, 치수 측정값이 서서히 벗어나기 시작할 수 있습니다. 이러한 미묘한 신호들은 종종 더 심각한 문제들에 앞서 나타나며, 이를 조기에 인지하는 것은 예정된 정비 정지와 비용이 많이 드는 긴급 수리 사이의 차이를 만들 수 있습니다.

탄화물 인서트가 어떻게 고장 나고, 더 중요하게는 왜 고장 나는지를 이해함으로써, 정비 접근 방식을 수동적인 문제 해결에서 능동적인 예방으로 전환할 수 있습니다. 우리가 겪게 될 고유한 고장 모드들과 공구 인서트가 최상의 성능을 유지하도록 돕는 문제 해결 전략들을 살펴보겠습니다.

마모 패턴 및 고장 지표 식별

모든 마모가 동일한 것은 아니다. 정상적인 마모는 점진적이고 예측 가능한 속도로 진행되며, 품질이 저하되기 전에 충분한 경고를 제공한다. 비정상적인 마모는 예기치 않게 가속화되며, 방치할 경우 악화될 수 있는 근본적인 문제를 나타내는 경우가 많다. 이러한 마모 패턴을 구분하는 방법을 아는 것은 유지보수 결정을 올바르게 내리는 데 도움을 준다.

정상 마모 인서트 카바이드 표면의 절단 에지가 서서히 둥글어지거나 플랭크 마모(flank wear)로 나타난다. 확대해서 보면 절삭 날 가장자리를 따라 매끄럽고 균일한 마모 영역이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이 마모는 스트로크 횟수에 비례하여 선형적으로 진행되므로, 이를 추적하면 인서트가 언제 교체가 필요한지를 합리적인 정확도로 예측할 수 있다. 마모가 누적되더라도 부품은 사양 범위 내에 머무르지만, 절삭력이나 버(burr) 높이가 약간 증가하는 현상을 느낄 수 있다.

비정상 마모 다르게 나타납니다. 절삭 날의 한쪽 면에는 국부적인 마모가 집중되어 있는 반면, 반대쪽 면은 비교적 새것 같은 상태를 유지하는 것을 관찰할 수 있습니다. 절삭 날 모서리에 수직인 홈이나 스크래치는 마모성 입자가 손상을 유발하고 있음을 나타냅니다. 정면(입자면)의 크레이터 형성은 가공물 재료와 탄화물 사이의 화학적 상호작용을 시사합니다. 이러한 패턴 중 어느 것도 정상 작동 범위를 벗어난 무언가가 발생하고 있다는 신호입니다.

칩핑 절삭 날에서 작은 조각들이 떨어져 나가는 현상을 의미합니다. 이러한 조각들은 일반적으로 0.5mm 미만이며, 불규칙하고 울퉁불퉁한 가장자리를 남깁니다. 초기 단계의 경미한 조각 떨어짐은 허용될 수 있지만, 조각 경계 주변에 응력이 집중되면서 추가적인 손상을 가속화하게 됩니다. 일반적으로 이와 같은 조각 떨어짐은 탄화물 등급이 해당 응용 분야의 충격 수준에 충분한 인성을 갖추지 못하고 있음을 나타냅니다.

균열 이는 더 심각한 상태를 나타냅니다. 균열이 탄화물 본체를 통해 전파되며, 때로는 표면에서 눈에 보이고, 때로는 치명적인 고장이 발생할 때까지 내부에 숨겨져 있습니다. 열균열은 일반적으로 절삭 날 모서리에 수직으로 형성되며 급격한 가열 및 냉각 사이클에서 기인합니다. 기계적 균열은 응력이 집중되는 지점을 따라 발생하며 하중 방향과 관련된 각도로 전파될 수 있습니다.

파단 인서트가 완전히 파손되어 다이 본체뿐 아니라 프레스 자체에도 손상을 줄 수 있는 현상입니다. 이러한 고장 모드는 철저히 관리되는 작업 환경에서는 결코 발생해서는 안 됩니다. 치명적인 고장이 반복적으로 발생한다면 이는 사용 중인 재료 등급 선정, 세팅 또는 운전 조건 중 기본적인 부분에 문제가 있음을 의미합니다.

주의가 요구되는 경고 신호

숙련된 운영자는 공구에 주의가 필요할 때 거의 직관적으로 감지하게 됩니다. 그러나 직관에만 의존하는 것은 품질에 영향을 줄 때까지 문제를 놓칠 위험이 있습니다. 문제를 조기에 발견할 수 있는 체계적인 모니터링 절차를 마련해야 합니다.

카바이드 커터 인서트를 점검해야 할 경고 신호를 주의 깊게 살펴보세요:

• 버의 높이 증가: 이전에는 깨끗했던 가장자리에 눈에 띄는 버가 생기기 시작하면, 절삭 날이 최적의 날카로움을 잃고 마모되었음을 의미합니다
• 치수 드리프트: 부품 치수가 공차 한계로 향해 가고 있는 경우, 절삭 형상에 영향을 주는 점진적인 마모가 발생하고 있음을 나타냅니다
• 절삭력 증가: 프레스가 더 힘들게 작동하고 있다고 느껴진다면, 마모된 인서트가 재료를 전단하는 데 더 큰 힘을 필요로 하고 있습니다
• 표면 마감 상태 악화: 절단면이 거칠어지거나 눈에 띄는 긁힘 자국이 보이는 경우, 날 가장자리 손상이나 재료의 축적이 의심됩니다
• 소음의 변화: 날카로운 충격, 마찰음, 또는 불규칙한 리듬은 종종 시각적으로 확인 가능한 문제 이전에 나타납니다
• 재료의 붙음: 가공물 재료가 인서트 표면에 달라붙는 경우 마모를 가속화시키고 부품 품질에 영향을 미칩니다
• 가시적인 날 면 손상: 보이는 칩, 균열 또는 비정상적인 마모 패턴은 즉각적인 조사를 필요로 합니다

인서트가 새것일 때 기준 측정값을 설정하면 비교를 위한 기준점을 확보할 수 있습니다. 버러 높이, 부품 치수 및 절삭력 측정값을 정기적으로 추적하세요. 이러한 값을 시간 경과에 따라 그래프로 나타내면 마모 경향을 파악할 수 있어 예방적 유지보수 계획을 수립하는 데 도움이 됩니다.

파손, 균열 및 조기 마모 방지

대부분의 조기 고장은 확인 가능한 근본 원인에서 비롯됩니다. 이러한 근본적인 문제를 해결하면 선반 공구용 교체용 탄화물 팁이나 스탬핑 인서트 모두 설계된 수명까지 완전히 사용할 수 있습니다.

부적절한 등급 선택 여전히 조기 고장의 가장 흔한 원인이다. 충격 하중이 큰 작업 환경에서 경도가 높고 코발트 함량이 낮은 등급을 사용하면 칩핑이 발생할 가능성이 거의 확정적이다. 반대로 순수한 마모성 마멸 조건에서 인성이 좋고 코발트 함량이 높은 등급을 선택하면 공구 수명이 불필요하게 단축된다. 이전 섹션에서 설명한 등급 선정 원칙을 다시 검토하고, 현재 사용 중인 인서트가 실제 운전 조건에 부합하는지 솔직하게 평가해 보라.

정렬 불량 절단 에지의 일부 영역에 응력이 집중되는 비균일한 하중을 유발한다. 미세한 정렬 오차라도 수백만 사이클 동안 반복되면 누적되어 국부적인 마모 또는 에지 손상을 초래할 수 있다. 정밀 측정 도구를 사용하여 프레스와 다이의 정렬 상태를 정기적으로 점검하라. 마모된 가이드 부품, 느슨한 고정 장치, 또는 열팽창 계수의 차이로 인해 초기 설치 시에는 없었던 정렬 오차가 발생할 수 있다.

윤활 부족 마찰과 열 발생을 모두 가속화시킵니다. 건조한 절삭 날은 극도로 높은 마찰을 경험하게 되며, 이는 초경합금에서 열균열을 유발할 수 있는 온도를 생성합니다. 윤활 시스템이 모든 절삭면에 일정하게 공급되는지 확인하십시오. 보호 기능을 저하시킬 수 있는 노즐 막힘, 저장량 고갈 또는 윤활제 성능 저하 여부를 점검하십시오.

과도한 프레스 속도 충격 강도와 발열을 동시에 증가시킵니다. 생산 속도를 최근에 높였지만 사용 중인 초경 등급을 재고하지 않았다면, 인서트의 능력을 초과했을 수 있습니다. 원래 선택한 등급이 낮은 속도에서 완벽하게 작동했더라도, 더 높은 속도에서는 일반적으로 내구성 있는 등급으로 업그레이드하는 것이 정당화됩니다.

공구 수명을 연장시키는 예방 전략에는 다음이 포함됩니다:

• 정기적인 정렬 확인: 문제가 발생했을 때뿐만 아니라 정해진 주기마다 펀치와 다이 간의 간격 및 동심도를 점검하십시오
• 윤활 시스템 유지보수: 정기 다이 유지보수의 일환으로 윤활제 공급 시스템을 청소, 보정 및 검증하십시오
• 자재 검사: 두께, 경도 또는 표면 상태의 입고 자재 변동은 인서트 마모에 영향을 미칩니다. 공구 손상 전에 사양 범위를 벗어난 자재는 거부하십시오
• 적절한 초기 운전 새로운 인서트는 처음에 감속 운전을 통해 미세한 엣지 조건을 형성함으로써 본격적인 생산 부하 이전에 유리합니다
• 온도 모니터링: 과도한 열은 윤활 부족 또는 과도한 속도를 나타냅니다. 균열을 유발하기 전에 열 문제를 해결하십시오

재연마 대 교체 결정

인서트에 마모가 발생하면 절삭 엣지를 복원하기 위해 재연마할지, 아니면 새 부품으로 교체할지 선택해야 합니다. 두 가지 옵션 모두 각각의 장점이 있으며, 올바른 결정은 비용과 성능 모두에 영향을 미칩니다

재연마가 경제적으로 타당한 경우

• 마모가 균일하며 절삭 엣지 영역에만 국한되어 있는 경우
• 원래의 기하학적 형상을 허용 가능한 공차 내에서 복원할 수 있을 만큼 충분한 재료가 남아 있는 경우
• 균열, 깊은 파손 또는 구조적 손상이 존재하지 않음
• 귀사의 작업장에서는 적절한 초경 연삭 장비와 전문 기술을 이용할 수 있음
• 인서트 설계는 폐기 전에 여러 번 재연삭이 가능하도록 함

다음과 같은 경우 교체가 필요함:

• 균열이나 깊은 파손이 구조적 무결성을 해침
• 이전 재연삭으로 인해 사용 가능한 재료가 소진됨
• 마모 패턴이 등급 불일치를 나타내며 다른 재료가 필요함
• 재연삭 비용이 교체 비용에 근접함
• 중요한 적용 분야에서는 새 인서트의 일관성이 요구됨

금형 스탬핑용 대부분의 초경 인서트는 치수 제한으로 더 이상 복원이 불가능해지기 전까지 3회에서 5회 정도 재연삭이 가능합니다. 각 인서트의 재연삭 이력을 관리하여 언제 폐기가 불가피해지는지 파악하세요. 일부 작업장에서는 펀치 도트나 에칭 마크를 찍어 재연삭 횟수를 시각적으로 표시합니다.

예상 공구 수명 기준

적절한 공구 수명은 적용 분야에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 다음의 일반적인 기준을 통해 귀하의 인서트가 적정하게 작동하고 있는지 평가할 수 있습니다.

응용 프로그램 유형	정비 사이의 일반적인 스트로크 수	수명에 영향을 미치는 요인
경량 강판 블랭킹	50만 - 200만	재료 경도, 윤활 품질
중량 강판 블랭킹	200,000 - 750,000	톤수 요구 조건, 충격 강도
스테인리스강 천공	150,000 - 500,000	경화 경향, 윤활 효과성
알루미늄 스탬핑	750,000 - 3,000,000	접착 방지 제어, 엣지 날카로움 유지
고강도 합금 성형	100,000 - 300,000	재료 강도, 프레스 톤수 여유량

실제 공구 수명이 위의 범위보다 현저히 낮은 경우, 앞서 논의한 근본 원인을 조사하십시오. 반대로, 이러한 기준을 상당히 초과하고 있다면 더 단단한 등급을 선택함으로써 더욱 긴 마모 수명을 제공받을 수 있는 최적화 기회가 있을 수 있습니다.

실제 성능을 예상 기준과 비교하여 추적하면 최적화 기회를 파악할 수 있습니다. 예를 들어, 연속 다이의 성형 공정이 지속적으로 기대 이하의 성능을 보인다면 등급 업그레이드를 시사할 수 있습니다. 반면 블랭킹 펀치가 예측을 초과한다면, 서비스 주기를 연장하여 비용을 절감할 수 있음을 의미할 수 있습니다.

고장 모드가 이해되고 예방 전략이 마련된 상태에서, 남은 질문은 원천 품질에 관한 것이다. 당신의 초경 인서트를 제조하는 데 사용되는 생산 공정은 본질적으로 그 성능 잠재력을 결정지으며, 이로 인해 공급업체 평가는 공구 전략의 핵심 요소가 된다.

제조 품질 요인 및 공급업체 평가

귀하는 등급 선정을 완벽히 숙지했고, 고장 모드를 이해하며 공구 수명을 연장시키는 유지보수 전략을 개발했다. 하지만 종종 간과되는 현실이 하나 있다. 동일한 명세서를 지닌 두 개의 인서트라도 다이에서의 실제 성능은 극명하게 다를 수 있다는 점이다. 그 차이는 제조 품질에 달려 있으며, 모든 초경 인서트 제조업체가 동등한 정밀도로 부품을 생산하는 것은 아니다.

초경합금 인서트의 제조 과정을 이해하면 잠재 공급업체를 평가할 때 올바른 질문을 할 수 있습니다. 원료 분말에서 완성된 인서트까지의 제조 과정에는 여러 중요한 단계가 포함되며, 어느 단계에서든 품질의 차이가 공구 성능에 영향을 미칩니다.

소결, 연마 및 EDM 마감 품질 요소

초경합금 인서트의 생산은 실제로 가공이 시작되기 훨씬 이전에 이루어집니다. 분말 준비는 그 뒤를 이어 모든 과정의 기반을 마련합니다. 텅스텐 카바이드 분말은 일정한 입자 크기 분포를 달성하기 위해 정밀하게 분쇄되어야 하며, 코발트 결합제 분말은 혼합물 전체에 균일하게 분산되도록 신중하게 혼합되어야 합니다. 이 단계에서의 어떤 불일치라도 완성품에 약한 지점 또는 지나치게 단단한 지점을 만들어냅니다.

분말 압축 혼합된 분말을 형태는 유지하지만 강도는 없는 '녹색' 압축체로 전환한다. 프레스 성형 공정은 인서트 형상 전체에 균일한 압력을 가해야 한다. 불균일한 압력은 소결 과정까지 지속되는 밀도 차이를 유발하여 표면 경도가 일관되지 않은 인서트를 생성한다. 고급 탄화물 인서트 제조업체들은 밀도의 균일성을 보장하기 위해 고정밀 프레스 장비와 정밀하게 조정된 다이를 도입하고 있다.

소결 제조 공정 중 가장 중요한 단계일 수 있다. 소결 동안, 압축된 성형체는 코발트 결합제가 녹아 탄화텅스텐 입자 주위를 흐르며 모든 것을 하나의 고체 덩어리로 결합시키는 온도까지 가열된다. 이 과정에서 온도 조절은 매우 정밀해야 한다.

온도 변화 시 발생할 수 있는 상황을 고려해보자:

• 너무 낮은 경우: 불완전한 결합으로 기공과 약한 결정립 계면이 남는다
• 너무 높은 경우: 과도한 결정립 성장으로 경도와 절삭날 유지력이 감소한다
• 불균일한 가열: 사용 중 또는 마감 과정에서 균열을 유발하는 내부 응력을 생성함
• 부적절한 냉각 속도: 열응력 또는 미세구조상의 불일치를 유발함

신뢰할 수 있는 제조업체들은 작업 영역 전체에 걸쳐 몇 도 이내의 온도 균일성을 유지하는 소결로를 운영하며, 산화를 방지하기 위해 제어된 분위기를 사용하고, 가열 및 냉각 사이클 동안 정밀한 온도 상승 및 하강 속도를 적용합니다. 이러한 세부 사항은 제품 사양서에 거의 나타나지 않지만 인서트 품질을 근본적으로 결정합니다.

연삭 공정 소결된 블랭크를 정밀한 형상을 갖는 완제품 인서트로 변환합니다. 탄화물의 극도로 높은 경도는 다이아몬드 연삭숫돌과 강성 높은 공작 기계를 필요로 합니다. 연삭 공정 자체에서 상당한 열이 발생하며, 부적절한 방법은 표면 균열이나 성능 저하를 초래할 수 있는 잔류 응력을 유발할 수 있습니다.

품질 중심의 연삭 공정은 다음을 포함합니다:

• 일관된 형상을 위해 정밀한 프로파일로 드레싱된 다이아몬드 숫돌
• 열 손상을 방지하기 위한 충분한 냉각수 흐름
• 최적의 표면 마감을 위해 점차 미세한 그릿으로 여러 번의 연마 작업
• 치수 정확도를 검증하기 위한 가공 중 측정

EDM (Electrical Discharge Machining) 연삭 공정으로는 달성할 수 없는 복잡한 형상을 마무리합니다. 와이어 방전가공(EDM)과 싱커 방전가공(EDM)은 정교한 프로파일, 날카로운 내부 모서리 및 기존 연삭 방식으로는 만들 수 없는 특징들을 구현합니다. 그러나 EDM은 가공된 표면에 재응고층을 남기며, 이 층은 미세 균열과 잔류 응력을 포함할 수 있습니다.

프리미엄 탄화물 인서트 유통업체들은 후속 마감 공정을 통해 이 재응고층을 제거하거나 EDM 파라미터를 조절해 층 두께를 최소화합니다. 이 단계를 생략하면 인서트가 특히 고응력 스탬핑 적용 분야에서 조기 균열에 취약해질 수 있습니다.

탄화물 공급업체를 평가할 때 주의 깊게 살펴봐야 할 사항

스탬핑 다이용 카바이드 인서트를 조달할 때, 단순히 제품을 구매하는 것을 넘어 품질 관리 방식이 직접적으로 귀하의 생산 결과에 영향을 미치는 제조업체와 협력하는 것입니다. 잠재적 공급업체를 체계적으로 평가하기 위해 다음 평가 체크리스트를 활용하세요.

인증 및 품질 시스템:

• ISO 9001 인증: 문서화된 품질 경영 시스템이 마련되어 있음을 입증함
• IATF 16949 인증: 자동차 산업 공급업체에게 필수적이며, 엄격한 품질 관리를 의미함
• 통계적 공정 관리(SPC): 공급업체가 최종 제품뿐 아니라 생산 공정 전반을 모니터링하고 있음을 보여줌
• 추적 시스템: 각 배치 또는 로트에 대해 원자재 및 공정 추적이 가능함

기술 역량:

• 내재 분말 생산 역량 또는 검증된 공급망: 제조 초기 단계부터 품질을 통제함
• 최신 소결 장비: 정밀한 온도 제어 및 분위기 관리가 가능함
• 정밀 연마 능력: 서브마이크론 정밀 위치 결정 기능을 갖춘 CNC 연삭 센터
• EDM 가공 능력: 복잡한 형상을 위한 와이어 및 싱커 방전가공 및 적절한 재응고층 관리
• 계측 장비: 종합 검사용 CMM, 광학 비교기, 표면 거칠기 측정기

품질 관리 프로세스:

• 입고 검사: 양품 생산 전 분말 사양 확인
• 공정 중 측정: 최종 검사뿐 아니라 제조 과정 중 치수 점검
• 경도 시험: 완제품의 HRA 값 검증
• 표면 마감 측정: 주관적인 시각 평가가 아닌 정량화된 Ra 값 제공
• 균열 탐지: 표면 결함을 식별하기 위한 침투 검사 또는 기타 방법

서비스 및 지원 지표:

• 기술 상담: 등급 선정 및 응용 최적화에 대해 논의할 의사
• 맞춤 기능: 비표준 형상이나 사양 생산 능력
• 빠른 대응 소통: 기술 질문에 신속히 답변하고 빠르게 견적 제공
• 샘플 프로그램: 평가용 시험 샘플 제공 의향
• 고장 분석 지원: 조기 고장 조사에 대한 지원

왜 허용오차와 표면 마감이 중요한지

특히 스탬핑 응용 분야의 경우, 치수 허용오차와 표면 마감이라는 두 가지 품질 요소에 특별한 주목이 필요하다.

(strict) 공차 삽입 부품이 셔임, 조정, 또는 무리한 조립 없이 정확하게 장착 위치에 맞게 들어가야 합니다. 느슨한 허용오차는 다이 조립 시 시간이 소요되는 맞춤 작업을 필요로 하며, 작동 중 미세한 움직임을 허용하여 마모를 가속화할 수 있습니다. 정밀 스탬핑 공정은 일반적으로 주요 치수에서 ±0.005mm 이하의 삽입 부품 허용오차를 요구합니다.

잠재 공급업체에 표준 허용오차와 필요 시 더 엄격한 사양을 제공할 수 있는 능력을 문의해 보십시오. 표준으로 ±0.025mm를 제시하는 공급업체는 스탬핑 등급의 정밀도를 제공할 수 있는 장비나 전문성이 부족할 수 있습니다.

표면 완성품질 성능과 내구성 모두에 영향을 미칩니다. 더 매끄러운 표면은 재료 흐름 중 마찰을 줄여 알루미늄과 같은 소재에서의 부착 문제를 최소화합니다. 또한 균열이 발생할 수 있는 응력 집중 지점을 제거합니다. 절단 날의 경우, 일반적으로 Ra 0.4마이크론 이하의 표면 거칠기가 최적의 결과를 제공합니다.

"연마 마감" 또는 "폴리시드"와 같은 모호한 설명을 받아들이는 대신, 표면 마감 사양에 대한 문서를 요청하십시오. 정량화된 Ra 값은 공급업체 간 객관적인 비교를 가능하게 하며 주문 간 일관된 품질을 보장합니다.

공급업체를 신중하게 평가하는 것은 금형의 전체 사용 수명 동안 이익을 가져다줍니다. 고품질 초경 인서트 제조업체에 약간의 프리미엄을 지불하더라도 연장된 공구 수명, 다운타임 감소 및 일관된 부품 품질을 통해 여러 차례 이상의 수익을 돌려받을 수 있습니다. 스탬핑 기술이 계속 발전함에 따라 신기술 분야에서의 공급업체 역량은 점점 더 중요한 차별 요소가 되고 있습니다.

신기술 및 산업별 적용 사례

현재 스탬핑 다이에서 사용 중인 초경합금 인서트는 수십 년에 걸친 금속학적 개선의 결과이지만, 혁신은 끊임없이 계속되고 있습니다. 제조업체들은 더욱 오래 지속되고, 더 깨끗하게 절단하며, 점점 더 까다로운 응용 분야에서도 신뢰성 있게 작동하는 인서트를 제공하기 위해 재료 과학의 한계를 확장하고 있습니다. 이러한 신기술을 이해함으로써 새로운 프로젝트에 대한 공구 사양을 정할 때 미래지향적인 결정을 내릴 수 있습니다.

나노입자 초경합금 소재부터 최첨단 표면 코팅 기술까지, 차세대 초경합금 인서트 설계는 성능 향상에 있어 중요한 진전을 약속합니다. 스탬핑 다이 응용 분야에서 가능해지는 새로운 가능성을 만들어내는 기술들을 살펴보겠습니다.

나노입자 초경합금 및 차세대 코팅

입자 크기가 인서트 성능에 어떤 영향을 미치는지 기억하십니까? 나노입자 탄화물은 이 원리를 극한까지 끌어올려, 0.5마이크론보다 작은 텅스텐 탄화물 입자를 사용하여 뛰어난 물성 조합을 실현합니다. 이러한 초미세 구조는 기존 등급보다 더 조밀하게 응집되어 경도 값이 94 HRA에 근접하면서도 합리적인 인성 수준을 유지합니다.

실제로 이것은 무엇을 의미할까요? 마모성이 강한 가공 환경에서 기존 등급보다 3~4배 더 오랫동안 절삭 날을 유지하는 맞춤형 탄화물 인서트를 상상해 보세요. 더 치밀한 입자 구조는 일반적인 인서트 날 가장자리가 서서히 무뎌지는 미세한 체ipping(chipping) 현상에 저항하여 장시간 생산 운전 중에도 날카로운 형상을 유지합니다. 깔끔한 가장자리와 정밀한 공차가 중요한 정밀 스탬핑 공정에서 나노입자 기술은 매력적인 이점을 제공합니다.

상충 관계가 완전히 사라진 것은 아니다. 나노입자 탄화물은 여전히 더 조악한 조성에 비해 일정 부분 충격 저항성을 희생하며, 프리미엄 가격을 요구한다. 그러나 도구 수명 연장이 초기 비용 상승을 정당화하는 대량 생산 응용 분야에서는, 이러한 소재들이 점점 더 경제적인 의미를 갖게 되고 있다.

표면 코팅은 또 다른 주요한 발전이다. 벌크 탄화물의 조성을 변경하는 대신, 코팅은 인서트 표면에 극도로 단단한 소재의 얇은 층을 입히는 방식이다. 스탬핑 응용 분야에서 주도하는 기술은 두 가지가 있다:

• PVD(물리적 기상 증착) 코팅: 낮은 온도에서 적용되어 기판의 경도를 유지한다. 일반적인 소재로는 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN), 크롬 질화물(CrN)이 있다. 이러한 코팅은 마찰 감소와 소재 부착 방지에 뛰어나다.
• CVD(화학 기상 증착) 코팅: 높은 온도에서 적용되어 더 두껍고 마모에 강한 층을 형성합니다. 티타늄 카바이드 및 알루미나 코팅은 가장 까다로운 응용 분야에서 뛰어난 내마모성을 제공합니다.

코팅된 원형 탄화물 인서트는 부착 현상으로 문제가 발생하는 응용 분야에 특히 유리합니다. 예를 들어, 알루미늄 스탬핑의 경우 절삭 날에 재료가 축적되는 것을 방지하는 적절히 선택된 코팅을 사용하면 극적인 성능 향상을 얻을 수 있습니다. 매끄럽고 마찰 계수가 낮은 코팅 표면 덕분에 연질 금속이 달라붙거나 축적되기 어려워집니다.

흥미롭게도 코팅 기술은 금속 절삭 응용 분야에서 시작하여 상당히 발전해 왔습니다. 원래 목재 선반 가공용 탄화물 인서트 및 공작 기계 도구에서 개발된 기술들이 이제는 스탬핑 공정에서 발생하는 특정 응력 패턴과 마모 메커니즘에 맞게 조정되어 성공적으로 적용되고 있습니다.

자동차 및 전자 산업 분야별 스탬핑 혁신

산업별로 고유한 혁신 우선순위가 존재하며, 이는 각 산업이 직면한 특정 과제에 기반을 두고 있습니다. 자동차 스탬핑 분야는 개발을 한 방향으로 추진하지만, 전자제품 제조는 완전히 다른 역량을 요구합니다.

자동차 스탬핑 점점 더 첨단 고강도 강재(AHSS) 및 초고강도 강재(UHSS)를 사용하게 되는데, 이러한 소재는 더 가볍고 안전한 차량 구조를 가능하게 해줍니다. 그러나 이러한 소재는 기존 공구를 빠르게 마모시키므로, 극도의 경도와 마모성에 견딜 수 있도록 특별히 개발된 초경합금 등급을 필요로 합니다. 이러한 응용 분야에 최적화된 초경 원형 인서트 형상은 날카로움과 충격 저항성을 균형 있게 조합한 특수 엣지 프리피레이션(Edge Preparations)을 갖추고 있습니다.

자동차 산업은 또한 대량 생산에서도 뛰어난 일관성을 요구한다. 단일 차량 모델이 매년 수백만 개에 달하는 프레스 성형 부품을 필요로 할 수 있으며, 품질 변동에 대해 전혀 허용하지 않는다. 이러한 환경은 초경합금 인서트의 일관성 향상을 지속적으로 추진하게 하며, 제조업체들은 배치 간 균일성을 보장하는 공정 관리에 막대한 투자를 하고 있다.

첨단 초경 기술을 자동차 프레스 다이에 성공적으로 통합하기 위해서는 정교한 엔지니어링 지원이 필요하다. 예를 들어 Shaoyi 와 같은 기업들은 CAE 시뮬레이션 및 IATF 16949 인증을 포함한 첨단 엔지니어링 역량이 어떻게 초경 인서트의 최적 통합을 지원하는지를 보여준다. 이들의 정밀 프레스 다이 솔루션 접근 방식은 신속한 프로토타이핑 기능을 활용하여 첫 번째 검사 승인률 93%를 달성하였으며, 이는 초경 인서트 성능을 최초 양산 단계부터 극대화하는 고도화된 다이 설계의 지표이다.

가전제품 제조 는 서로 다른 우선순위를 강조합니다. 여기서는 치수 정확성만큼 시각적인 표면 품질이 중요하게 여겨집니다. 외관에 노출되는 스탬핑 부품은 흠집, 상처 또는 후속 마감 공정이 필요한 표면 결함 없이 완성되어야 하므로, 이로 인해 작업물 표면에 흔적이 남지 않도록 연마된 탄화물 표면과 특수 코팅 기술 개발이 촉진되고 있습니다.

또한 가전제품 스탬핑은 종종 표면 마무리 품질을 유지하는 것이 기존 금형으로는 어려운 스테인리스강 및 도금강을 사용합니다. 거울처럼 연마된 작동면을 갖춘 맞춤형 탄화물 인서트가 이러한 요구를 충족시키지만, 이를 위해서는 세심한 취급과 특수한 유지보수 절차가 필요합니다.

전자부품 스탬핑 은 자동차 생산 규모를 겸허하게 만들 정도로 대규모로 이루어집니다. 커넥터 단자, 리드 프레임 및 마이크로 스탬핑 부품은 매년 수십억 개 단위로 생산됩니다. 소형화 추세는 탄화물 인서트에 다음과 같은 독특한 과제를 제시합니다:

• 마이크로 형상 정밀도: 밀리미터의 분수 단위를 측정하는 특징은 1마이크론에 가까운 정밀도를 요구하는 인서트 공차를 필요로 한다
• 에지 날카로움: 얇은 재료는 변형 없이 깔끔하게 전단되기 위해 특히 예리한 에지가 필요하다
• 열 관리: 얇은 재료의 고속 스탬핑은 미세 절단 에지에서 집중적인 열을 발생시킨다
• 재료의 종류: 구리 합금, 특수 금속 및 도금 재료는 각각 최적화된 탄화물 선택이 필요하다

나노입자 탄화물은 이러한 소형 부품에서 요구하는 예리한 형상을 유지하는 뛰어난 에지 유지 성능 덕분에 전자기기 스탬핑에 특히 유리하다. 하나의 인서트 스테이션으로 수천만 개의 부품을 생산한 후에야 유지보수가 필요할 정도이므로 프리미엄 가격의 정당성이 더욱 명확해진다

미래를 바라보며

오늘 등장하는 기술은 내일의 표준이 될 것이다. 이러한 기술 발전에 대해 지속적으로 정보를 얻고 있는 사업장은 기술이 성숙함과 동시에 개선 사항을 도입할 수 있는 위치를 확보하게 되며, 품질, 비용, 능력 측면에서 경쟁 우위를 유지할 수 있다. 자동차 부품, 가전제품 외함, 전자 커넥터에 초점을 두든 관계없이, 초경합금 인서트 기술이 어떻게 진화하고 있는지를 이해함으로써 향후 수년간 더 현명한 공구 선택을 할 수 있다.

스탬핑 다이용 초경합금 인서트에 대한 자주 묻는 질문

1. 스탬핑 다이에 적합한 초경합금 인서트를 선택하는 방법은?

적절한 탄화물 인서트를 선택하는 것은 다섯 가지 주요 요소에 따라 달라집니다: 작업 물 재질, 코발트 결합제 비율(6-15%), 입자 크기 분류, 스탬핑 가공 유형 및 생산량. 강철과 같은 마모성 재료의 경우 코발트 함량이 6-8%인 더 단단한 등급을 선택하세요. 고충격 응용 분야 또는 스테인리스강 스탬핑의 경우 코발트 함량이 10-12%인 더 강한 등급을 선택하세요. 정밀 블랭킹에는 아크미크론 미세입자 크기를 사용하고 중형 블랭킹 작업에는 더 거친 입자를 선택하세요.

2. 스탬핑 응용 분야에서 탄화물 인서트는 일반적으로 얼마나 오래 지속되나요?

카바이드 인서트의 수명은 적용 분야에 따라 크게 달라집니다. 얇은 게이지 강판 블랭킹의 경우 일반적으로 정비 사이에 50만에서 200만 스트로크를 달성합니다. 두꺼운 게이지 강판 블랭킹은 20만에서 75만 스트로크 범위입니다. 스테인리스강 펀칭은 15만에서 50만 스트로크를 제공하며, 알루미늄 스탬핑은 75만에서 300만 스트로크까지 도달할 수 있습니다. 수명에 영향을 주는 요소로는 재료 경도, 윤활제 품질, 프레스 속도 및 적절한 등급 선택이 있습니다.

3. 스탬핑용 카바이드 인서트와 세르멧 인서트의 차이점은 무엇입니까?

카바이드 인서트는 코발트로 결합된 텅스텐 카바이드 입자를 사용하여 대부분의 스탬핑 작업에서 우수한 내마모성과 인성을 제공합니다. 세르멧 인서트는 세라믹과 금속 재료를 결합하여 강하고 마모성이 큰 재료를 다루는 중부하 작업에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 일반적인 금속 스탬핑 다이의 경우 균형 잡힌 특성 덕분에 여전히 카바이드가 선호되지만, 극도의 경도가 요구되는 특수 응용 분야에는 세르멧이 적합합니다.

4. 스탬핑 다이에 탄화물 인서트를 사용할 경우 어떤 단점이 있나요?

탄화물 인서트는 공구강 대비 초기 비용이 더 높으며, 일반적으로 5~10배 정도 더 비쌉니다. 재연마를 위해서는 특수한 다이아몬드 연마 장비가 필요하며, 고속강보다 인장 강도가 낮습니다. 또한 탄화물은 공구강보다 더 취약하여 잘못된 등급을 선택할 경우 심한 충격 하중에서 깨지기 쉬운 경향이 있습니다. 그러나 고속 생산 환경에서는 긴 수명 덕분에 이러한 단점을 상쇄하는 경우가 많습니다.

5. 탄화물 인서트의 교체 시기와 연마 시기를 어떻게 구분해야 하나요?

균일하게 마모되고 절삭 에지로 한정되며, 기하학적 복원을 위한 충분한 재료가 남아 있고 구조적 손상이 없는 경우 탄화물 인서트를 리그라인드하십시오. 균열이나 깊은 파편 손상으로 인해 내구성이 저하되었거나, 이전의 리그라인딩으로 사용 가능한 재료가 소진되었거나, 마모 패턴이 등급 불일치를 나타내는 경우에는 인서트를 교체하십시오. 대부분의 스탬핑용 탄화물 인서트는 폐기 전까지 3~5회 정도 재연마가 가능합니다. 각 인서트의 리그라인드 이력을 관리하여 교체 시점을 최적화하십시오.