TL;DR

프레스 다이의 균열은 과도한 응력, 재료 결함, 조작 오류 및 부적절한 공구 설계로 인해 발생하는 주요 제조상의 고장입니다. 주요 원인으로는 변형 경화를 유발하는 국부적인 압축 응력, 재료 내부의 잔류 응력 방출, 다이 또는 작업물 모두에서 발생할 수 있는 열처리상 결함 등이 있습니다. 또한 윤활 부족, 장비 정렬 불량, 부정확한 라운드 지름 또는 간격과 같은 부적절한 다이 형상 역시 초기 다이 파손에 크게 기여합니다.

중요한 차이 이해하기: 균열(Cracking)과 파열(Splitting)

고장을 진단하기 전에 균열과 파열을 구분하는 것이 중요합니다. 이 둘은 근본 원인과 해결 방법이 서로 다르기 때문입니다. 고장 유형을 잘못 식별하면 잘못되고 비효율적인 시정 조치로 이어지는 경우가 많습니다. 두 경우 모두 부품이 불합격 처리되지만, 서로 반대되는 응력 상태에서 발생합니다.

분할 인장 파손입니다. 금속이 최대 연신율 한계를 초과하여 지나치게 늘어날 때 발생합니다. 이 과정은 일반적으로 '목넥킹(necking)'이라고 알려진 소재의 눈에 띄는 두께 감소 현상으로 앞서 나타납니다. 토피(taffy) 사탕을 잡아당겨 중간 부분이 가늘어지고 결국 찢어지는 것과 비슷합니다. 성형 공정에서 파열은 일반적으로 펀치 반경 근처에서 수평 방향으로 파열된 형태로 나타나며, 이는 소재가 너무 얇아졌기 때문입니다. 일반적인 해결책으로는 펀치 반경을 크게 하거나 윤활을 개선하거나 연신율 특성이 더 좋은 소재를 사용하는 것입니다.

균열 , 반대로 압축 파손입니다. 이는 국소적인 압축이 과도하게 가해져 특정 부위의 재료가 과도하게 가공 경화되고 취성화되면서 발생합니다. 제작자 이와 같은 파손 형태는 파단 부위의 금속이 원래 상태보다 더 두꺼워지는 결과를 초래합니다. 균열은 일반적으로 수직 방향의 파손으로 나타나며 고강도 강재 및 스테인리스강에서 점점 더 흔히 발생합니다. 균열을 위해 설계된 해결책으로 분열을 수리하려는 시도는 문제를 더욱 악화시킬 뿐입니다.

정확한 진단을 돕기 위해 다음의 주요 차이점을 고려하십시오:

재료 관련 원인 및 고유 결함

작업물과 다이 자체의 물리적, 화학적 특성은 균열이 발생하기 쉬운 주요 원인이다. 재료에서 기인하는 결함은 미묘할 수 있으나 생산 수율과 다이 수명에 중대한 영향을 미친다. 이러한 문제는 크게 성형에 사용되는 원자재의 문제와 다이를 구성하는 재료 내부의 결함으로 구분할 수 있다.

작업물의 경우, 부적절한 원자재 선택이 주요 원인이다. 연성 값이 낮거나 냉간 가공 경화 지수가 높은 재료, 예를 들어 오스테나이트계 스테인리스강은 특히 취성 마르텐사이트 구조로의 상변태를 겪기 쉬우며, 전문가들이 설명하듯이 이로 인해 균열이 발생하기 쉬워진다. Kanou Mould . 또한, 블랭크의 표면 결함(예: 흠집이나 마모)은 다이로의 재료 흐름을 방해하여 균열이 발생할 수 있으며, 이는 일반적으로 정밀 성형 .

공구 측면에서 보면 다이 소재의 품질이 매우 중요하다. 예를 들어 낮은 품질의 초경합금으로 만든 다이는 치명적인 손상으로 이어질 수 있다. The Fabricator의 튜브 및 파이프 저널 에서는 부적절한 소결로 인한 기공과 같은 금속학적 결함이 주요 원인이라고 지적하고 있다. 초경합금 분말이 적절히 소결되지 않으면 텅스텐과 코발트 성분이 제대로 결합하지 못해 다이의 구조적 완전성과 압연 응력을 견디는 능력이 저하된다. 이로 인해 균열이 쉽게 발생하고 확장될 수 있는 약한 부위가 생긴다.

이러한 재료 관련 고장을 줄이기 위해 다음과 같은 몇 가지 전략이 효과적이다:

• 재료 선택: 예상 용도에 적합한 우수한 연성과 성형성을 가진 재료를 선택하십시오. 가공 경화가 크게 발생하는 재료의 경우, 연성을 회복하기 위한 중간 소성 공정을 계획하십시오.
• 품질 관리: 표면 결함이나 두께 불균일성이 없는지 확인하기 위해 입고된 원자재에 대해 철저한 검사를 시행하십시오.
• 금형 재료 사양: 신뢰할 수 있는 업체로부터 고품질이며 적절히 소결된 초경합금 또는 기타 적합한 금형강을 사용하도록 요구하십시오. 금형 재료가 특정 피가공재의 압연 가공에서 발생하는 응력에 적합한지 확인하십시오.

작업상 오류: 공정 응력, 윤활 및 정렬

완벽한 재료와 금형 설계가 이루어지더라도, 압연 공정 자체에서 발생하는 오류는 균열의 주요 원인이 됩니다. 이러한 작업상 오류는 종종 응력, 마찰 및 기계적 세팅 간의 복잡한 상호작용에서 비롯됩니다. 이를 해결하기 위해서는 제조 환경을 꼼꼼히 모니터링하고 통제해야 합니다.

가장 근본적인 원인 중 하나는 내부 응력의 해소 여러 산업계 자료에서 지적하듯이, 내부 응력은 금속 제조 과정에서 피할 수 없는 부산물입니다. 압연 가공 중 이러한 잔류 응력이 해소되며 균열이 발생할 수 있는데, 이는 성형 직후 또는 저장 기간 후에도 나타날 수 있습니다. 특히 가공 경화 지수가 높은 소재의 경우 이러한 현상이 두드러집니다.

윤활이 부족함 또 다른 중요한 작동 고장입니다. 윤활제는 다이와 작업물 사이에 보호막을 형성하여 마찰과 열을 줄여줍니다. 이 보호막이 파손되면 금속 간 직접 접촉이 발생하며, 이로 인해 찍힘(galling), 압연 힘 증가 및 궁극적으로 파단이 유발될 수 있습니다. 윤활제 선택은 매우 중요하며, 스테인리스강과 같은 어려운 소재의 경우 효과적인 장벽을 유지하기 위해 PVDF 필름과 같은 특수 윤활제가 필요할 수 있습니다.

마지막으로, 기계적 정렬 오류 다이의 조기 파손을 유발하는 불균일한 응력을 발생시킬 수 있습니다. 예를 들어, 마모된 풀리가 다이에 와이어를 잘못된 각도로 공급하면 일관되지 않은 마모 패턴이 생깁니다. 이로 인해 다이 내부의 특정 지점에 응력이 집중되어 국소적인 마모와 균열이 발생하게 됩니다. 한 사례 연구에서 보여주었듯이 문제는 다이 자체가 아니라 정렬 오류를 유발한 상류의 홈이 있는 풀리에 있었습니다.

운영자는 다음 체크리스트를 사용하여 작동상의 고장을 진단하고 예방할 수 있습니다.

• 윤활 점검: 윤활 시스템이 정상적으로 작동하고 있으며 가공 중인 소재와 공정에 적합한 윤활제가 사용되고 있는지 확인하십시오.
• 정렬 검사: 와이어를 다이에 정확히 공급하기 위해 드로우 벤치의 모든 구성 요소(풀리 및 가이드 포함)를 주기적으로 점검하여 마모 여부와 작업물의 정렬 상태를 확인하십시오.
• 공정 변수 제어: 가공 중인 소재에 대해 권장되는 한도 내에서 드로잉 속도와 압연 감소율이 유지되도록 하십시오.
• 응력 관리: 지연 파열이 발생하기 쉬운 재료의 경우 성형 후 가능한 한 빨리 응력 제거 열처리를 고려해야 합니다.

결함 있는 다이 설계 및 부적합한 제작

드로잉 다이의 설계 및 제작 품질은 그 성능과 수명의 기초가 됩니다. 이러한 영역 중 하나에 결함이 있으면 재료 품질이나 작동 정밀도에 관계없이 균열로 직접 이어지는 응력 집중 및 재료 흐름 문제를 유발할 수 있습니다. 잘 설계된 다이는 원활한 재료 흐름을 가능하게 하지만, 설계가 부실한 다이는 이에 저항하게 됩니다.

일반적인 설계 결함으로는 부적절한 형상이 있습니다. 예를 들어 펀치 및 다이 반경 이 너무 작으면(너무 날카로우면) 재료가 다이 캐비티로 흐르는 것을 제한하여 인장 응력을 증가시키고 파열을 유발할 수 있습니다. 반대로 반경이 너무 크면 주름이 생길 수 있습니다. 이에 따라 CNstamping , 펀치와 다이 간의 부적절한 클리어런스도 균열이 발생하는 또 다른 흔한 원인이다. 마찬가지로, 드로잉 압력이 너무 좁은 면적으로 집중되는 경우인 접근 각도 길이가 부족하면 윤활제가 압출되어 나가고, 이로 인해 갈림 현상(galling)과 파손이 발생하게 된다.

열등한 제작 품질은 완벽한 설계조차 무력화시킬 수 있다. 탄화물 인서트와 스틸 케이스 사이의 맞춤은 기계적 지지와 열 분산 모두에서 매우 중요하다. 인서트가 완전히 지지되지 않으면(예: 케이스 내경(ID)이 테이퍼진 경우) 드로잉 하중을 견딜 수 없게 되어 균열이 발생한다. 인서트를 케이스에 열수축 적절히 끼워 넣는 것은 최대 접촉 면적을 확보하고, 케이스가 방열판 역할을 하여 인서트가 과열되는 것을 방지하기 위해 필수적이다.

이러한 문제를 방지하려면 전문 지식과 풍부한 경험을 갖춘 다이 제조업체와 협력하는 것이 중요합니다. 전문가는 재료 특성, 드래프트 각도 및 작동 응력을 고려하여 특정 용도에 맞게 도구를 정확하게 설계하고 제작할 수 있습니다. 예를 들어, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. 과 같은 전문 업체는 CAE 시뮬레이션을 활용해 다이 설계를 최적화하고, 프로젝트 관리 전문성을 바탕으로 자동차 스탬핑과 같은 까다로운 응용 분야에 적합한 고품질의 신뢰성 있는 금형을 제공합니다.

다이 설계 및 제작 시 고려해야 할 주요 사항은 다음과 같습니다.

• 최적화된 형상: 특정 재료 및 부품 형상에 맞게 곡률 반경, 여유 치수, 접근 각도를 조정해야 합니다.
• 정확한 인서트 지지: 센터리스 그라인딩 처리된 인서트를 사용하고, 인서트가 본체 내에서 완전히 지지되도록 하여 열 전도성과 기계적 강도를 극대화해야 합니다.
• 재료 흐름: 정사각형이 아닌 소재의 경우, 날카로운 모서리가 다이 평면에 파고드는 것을 방지하기 위해 오목한 원추형 모서리를 갖춘 설계를 고려해야 합니다.
• 전문가와의 협업: 금형 공급업체와 긴밀히 협력하여 설계를 검증하고 고품질의 제작 방식이 준수되도록 한다.

자주 묻는 질문

1. 성형 공정 중 다이 블록이 균열되는 이유는 무엇인가?

다이 블록은 응력과 재료 무결성과 관련된 여러 가지 이유로 균열될 수 있다. 주요 원인으로는 잘못된 다이 설계나 정렬 불량으로 인한 응력 집중이 있으며, 이는 작은 영역에 막대한 힘이 집중되게 만든다. 또 다른 주요 요인은 공구강 내 탄화물 분포의 불균일로 인해 약한 지점이 생성되는 것이다. 마지막으로, 가동 중 높은 온도는 다이의 냉각이 적절히 이루어지지 않을 경우 재료의 균열 저항성을 감소시킬 수 있다.

2. 금속에서 균열이 발생하는 원인은 무엇인가?

금속의 균열은 일반적으로 재료의 강도를 초과하는 응력으로 인해 발생한다. 이는 가공 과정과 같은 외부 힘에 의한 기계적 과부하, 급격한 가열 또는 냉각에 의한 열 응력, 이전 제조 공정에서 잔류하는 내부 응력, 시간이 지남에 따라 재료를 약화시키는 부식과 같은 환경적 요인 등 다양한 방식으로 일어날 수 있다. 다공성이나 불순물 포함과 같은 재료 결함도 균열이 시작되는 지점으로 작용한다.

3. 판금 성형에서 균열이 주로 발생하는 원인은 무엇인가?

판금 성형에서 대부분의 균열은 국부적으로 과도한 변형이 발생할 때 생긴다. 이는 대개 펀치와 다이 사이의 간격이 너무 좁아 금속이 전단되거나 균열이 생기는 부적절한 다이 클리어런스로 인해 발생한다. 불량한 정렬도 불균일한 응력을 유발하여 파손으로 이어질 수 있다. 또 다른 흔한 원인은 판금이 불균일하게 늘어나 연신율 한계를 초과하게 만드는, 부족한 재료 지지 또는 클램핑이다. 이로 인해 갈라짐이나 균열이 발생한다.