복합 다이 작동 원리에 대한 이해

어떤 프레스 부품은 거의 완벽한 동심도를 달성하는 반면, 다른 부품은 일관되게 공차 검사를 통과하지 못하는 이유에 대해 궁금해본 적이 있습니까? 그 해답은 종종 다이 자체의 작동 방식을 이해하는 데 있습니다. 제조업체가 사용할 수 있는 다양한 프레스 다이 유형 중에서, 복합 다이는 그 고유한 작동 메커니즘으로 두드러집니다.

복합 다이는 하나의 프레스 스트로크 내에서 한 공정 위치에서 여러 가지 절단 작업 — 특히 블랭킹과 피어싱 — 을 동시에 수행합니다. 모든 특징들이 한 번의 작업에서 동일한 기준점에 상대적으로 절단되므로 누적 위치 오차가 제거됩니다.

이 정의는 흔한 오해를 해결하기 때문에 중요합니다. 많은 사람들은 복합 다이(compound dies)가 단지 복잡한 형상을 가진 '복잡한 다이'라고 생각하지만, 실제로 '복합(compound)'이라는 용어는 복잡성과는 무관하게 여러 절단 공정이 동시에 수행된다는 점을 의미합니다. 복합 다이는 비교적 단순한 부품도 생산할 수 있지만, 모든 작업이 한 번에 이루어지기 때문에 뛰어난 정밀도를 제공합니다.

금속 스탬핑에서 복합 다이를 특별하게 만드는 요소

내부 구멍과 외부 가장자리가 있는 와셔를 스탬핑하는 상황을 상상해 보세요. 별도의 공정을 사용하면 먼저 중심 구멍을 펀칭한 후 외경을 블랭킹하거나 그 반대로 진행해야 합니다. 각 공정마다 위치 편차가 발생할 수 있습니다. 그러나 복합 다이 스탬핑 방식에서는 두 절단이 동일한 순간, 동일한 공정 위치에서 동일한 기준점(reference datum point)을 기반으로 동시에 이루어집니다.

에 따르면 제작자 , 부품의 내경(ID)과 외경(OD)을 동시에 도장함으로써 왜곡을 제거하고 동심도를 향상시킬 수 있으며, 이는 항공우주, 의료 및 에너지 분야에서 사용되는 와셔와 심에 매우 중요한 특성입니다. 이러한 단일 공정 방식은 점진적으로 여러 공정을 거치는 프로그레시브 도구와 구별되는 복합 도구의 특징입니다.

단일 스트로크 동시 가공 개념

이 원칙의 엔지니어링적 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 천공, 전단, 블랭킹 공정이 모두 하나의 프레스 스트로크 안에서 이루어질 때 다음 사항들을 제거할 수 있습니다.

• 여러 설정으로 인한 누적 공차 중첩
• 공정 간 정렬 오류
• 치수 변동을 유발하는 소재 이동
• 다이 교체 또는 공정 이전에 소요되는 시간 손실

내부 및 외부 특징 간의 동심도가 매우 정확해야 하거나 평탄도가 필수적인 경우, 이 기본 원리를 이해하면 처음부터 올바른 공구 방식을 지정하는 데 도움이 됩니다.

개스킷, 전기 적층판 또는 정밀 셔임과 같이 여러 특징을 가진 정밀한 평면 부품을 제조하려는 제조사들에게 이 작동 원리는 직접적으로 우수한 부품 품질로 이어집니다. 재료 변경이 동일한 공정 위치와 동일한 시간에 이루어지므로 매우 높은 위치 정확도를 달성할 수 있으며 누적 공차가 줄어듭니다.

복합 다이 시스템의 구조

동시 절단이 중요한 이유를 이제 이해했으니, 이것이 실제로 가능하게 하는 요소를 살펴보겠습니다. 복합 공구는 완벽하게 조화된 상태로 작동하는 부품들의 정밀한 배열에 의존합니다. 기존의 다이 구성과 달리 이 시스템은 말 그대로 전통적인 구조를 거꾸로 뒤집습니다.

복합 다이 어셈블리의 핵심 구성 요소

모든 복합 다이 어셈블리는 절단 작업 중 각각 특정 기능을 수행하는 여러 중요한 요소로 구성되어 있습니다. 이러한 부품들을 이해하면 품질 문제를 해결하고 공구 파트너와 효과적으로 소통하는 데 도움이 됩니다.

이러한 유형의 다이 작업 시 자주 접하게 될 핵심 용어들을 정리해 보았습니다:

• 노크아웃 핀: 이 부품들은 다이 캐비티 내에서 이중 역할을 수행합니다. 미스미(Misumi)에 따르면, 노크아웃은 구멍 펀칭 펀치의 스트리퍼 역할과 동시에 다이 내부에 갇힌 완제품의 이젝터 역할을 합니다. 일반적인 생각과는 달리, 노크아웃 표면은 보통 다이 표면보다 0.5mm에서 1.0mm 정도 돌출되어 있습니다.
• 키커 핀: 노크아웃 내부에 위치한 이 작은 핀들은 블랭킹된 재료가 노크아웃 표면에 부착되는 것을 방지합니다. 절단 오일이 재료에 코팅되면, 재료가 노크아웃에 달라붙어 다이를 손상시키는 더블 펀칭 사고를 일으킬 수 있습니다. 킥어 핀의 돌출부는 일반적으로 0.5mm에서 1.0mm입니다.
• 파일럿: 이 가이드 핀들은 각 스트로크 전에 재료의 정확한 정렬을 보장합니다. 이전에 펀칭된 구멍이나 시트 엣지와 맞물려 스트립을 정확하게 위치시킴으로써 특징 간의 일관된 관계를 유지합니다.
• 다이 간격: 펀치와 다이의 절단 에지 사이의 갭은 절단 품질, 공구 수명 및 치수 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다. The Fabricator에서 언급한 바와 같이, 클리어런스는 재료의 경도와 펀치 형상에 따라 금속 두께 당 측면 기준 0.5%에서 최대 25%까지 다양할 수 있습니다.
• 전단각: 펀치 또는 다이의 절단 에지에 형성된 경사면으로, 스트로크 전체에 절단력을 분산시켜 순간적인 절단력을 감소시킵니다. 이를 통해 프레스 충격을 줄이고 공구 수명을 연장합니다.

역전 다이 배열의 설명

콤파운드 다이(compound dies)를 다른 유형의 다이와 구별하는 핵심 요소는 바로 그 역전된 배치 구조이다. 일반적인 블랭킹 설비에서는 펀치가 위에서 아래로 내려오고, 다이는 아래에서 고정된 상태로 유지된다. 콤파운드 다이는 이러한 배치를 뒤집는다.

콤파운드 다이 구성 방식은 다음과 같다.

• 블랭킹 다이는 상부 다이 슈에 장착되며(프레스 슬라이드와 함께 움직인다)
• 블랭킹 펀치는 하부 다이 슈에 위치한다(보르스터 플레이트에 고정됨)
• 노크아웃은 상부 다이 내부에 조립되어 프레스 기구와 연결된다

왜 이러한 역전 배치가 중요한가? Accushape Die Cutting 에 따르면, 이 배치는 블랭킹 중 제품의 휨을 방지하기 위한 대책 역할을 한다. 블랭킹된 제품은 아래에서 다이로 들어가며, 블랭킹 공정과 동기화된 노크아웃이 완성된 부품을 배출한다. 절단 중 재료가 노크아웃에 의해 아래로 눌러지기 때문에 휨이나 변형 가능성이 줄어든다.

노크아웃 뒤쪽에 스프링을 적용하면 이 효과가 증폭됩니다. 스프링은 스트로크 전반에 걸쳐 소재에 일정하고 조절된 압력을 제공하여 제품의 효율적인 탈형과 동시에 평탄도를 유지할 수 있게 해줍니다.

노크아웃 자체의 설계에서도 중요한 고려 사항이 있습니다. 노크아웃의 형상을 다이 캐비티와 동일하게 제작하면 문제가 발생합니다. 펀칭 중 생성된 금속 부스러기가 노크아웃과 다이 사이의 간극에 축적되어 융착이나 거친 움직임을 유발할 수 있습니다. 현명한 다이 설계자들은 잔류물의 축적을 방지하기 위해 상세한 형상 부위나 모서리 부분에 R(라운드) 또는 챔퍼 처리와 같은 작은 여유부(escapes)를 제공합니다.

이러한 구성 요소들과 그 상호작용을 이해하는 것은 중요하지만, 완전한 프레스 사이클 동안 이들이 어떻게 움직이는지를 아는 것이 일관된 부품 품질을 달성하는 데 있어 더욱 중요한 통찰을 제공합니다.

프레스 스트로크 순서 및 힘 역학

복합 다이가 천천히 파손되는 장면을 상상해 보세요. 순간적으로 보이는 현상이라도 실제로는 정교하게 조율된 일련의 기계적 단계를 통해 진행됩니다. 프레스 스트로크의 각 단계는 평판 금속 시트를 정밀 부품으로 변형시키는 데 고유한 역할을 수행합니다. 이러한 순서를 이해하면 품질 문제를 진단하고 스탬핑 공정을 최적화하는 데 도움이 됩니다.

복합 다이 프레스 스트로크의 다섯 가지 단계

프레스가 작동하면 상부 다이 쇼어(shoe)가 하강하기 시작합니다. 그 다음에 일어나는 일은 완벽한 제품을 얻게 될지, 아니면 불량품을 만들게 될지를 결정합니다. 다음은 핵심 단계별로 나누어 설명한 전체 사이클입니다:

1. 접근 단계: 상부 다이 슈가 하부 다이 어셈블리 위에 위치한 시트 메탈을 향해 하강합니다. 이 단계에서, 파일럿이 스트립 재료와 맞물려 절단 시작 전에 정확한 정렬을 보장합니다. 상부 다이 내부에 매달려 있는 노크아웃은 재료와 접촉할 준비를 갖추고 있습니다. 압착기의 접근 속도는 절단 시보다 일반적으로 더 빠르며, 생산성을 극대화하기 위함입니다.
2. 접촉 단계: 블랭킹 다이 엣지가 시트 메탈 표면에 닿는 순간 초기 접촉이 발생합니다. 이때 노크아웃이 상단에서 재료를 단단히 누르며, 노크아웃의 표면과 하부 블랭킹 펀치 사이에 재료를 고정시킵니다. 이 클램핑 동작은 절단 작업 중 재료의 움직임을 방지하고 왜곡을 최소화하는 데 매우 중요합니다. 동시에 피어싱 펀치가 지정된 위치에서 재료에 접촉합니다.
3. 관통 단계: 절단은 다이의 가장자리가 재료에 밀려 들어가면서 시작된다. 이 단계에서 실제 절단 작업이 이루어진다. 금속이 단순히 잘리는 것이 아니라, 복잡한 변형 과정을 거친다. 먼저, 펀치의 가장자리 주위로 재료가 압축되며 플라스틱 변형이 발생하고 흐름이 시작된다. 힘이 증가함에 따라 금속의 항복 강도를 초과하게 되고, 펀치와 다이의 절단 에지 양쪽에서 전단 파괴가 발생한다. 이 단계에서는 블랭킹과 피어싱 공정이 동시에 진행되며, 모든 절단 에지가 동일한 속도로 재료 내부로 진입한다.
4. 돌파 단계: 펀치와 다이 측면의 파손 영역이 만나면서 완전한 분리가 발생한다. 블랭킹된 부품은 다이 캐비티 안으로 떨어지고, 피어싱 슬러그는 각각의 개구부를 통해 아래로 떨어진다. 이 단계에서는 최대 절단 하중이 발생하며 프레스 성형 작업 중 들리는 특유의 '딱'하는 소리가 발생한다. 임계 응력 수준에 도달하면 재료의 파손은 거의 순간적으로 일어난다.
5. 복귀 단계: 상부 다이가 후퇴하면서 블랭킹 다이를 새롭게 절단된 부품에서 분리시킵니다. 프레스 슬라이드가 상승함에 따라 스프링 압력 또는 기계적 작동을 통해 노크아웃 핀이 작동하여 완성된 부품을 다이 캐비티로부터 밀어냅니다. 부품이 깨끗하게 배출되고, 스트립은 다음 사이클을 위해 새로운 소재를 위치로 이동시킵니다.

블랭킹과 피어싱이 동시에 발생하는 방식

복합 다이 가공 방식이 프로그레시브 다이 성형 공정과 근본적으로 다른 점이 바로 여기에 있습니다. 프로그레시브 금속 성형에서는 소재가 순차적인 각 공정 스테이션을 지나며 개별 작업이 하나씩 진행됩니다. 각 스테이션은 독립적으로 형상을 추가합니다. 그러나 복합 다이의 경우 모든 작업이 동시에 이루어지며, 이로 인해 고유한 힘의 동역학이 발생합니다.

블랭킹 및 파이어링 힘이 결합될 때, 총 프레스 톤수 요구량은 개별 절단 힘들의 합과 동일하다. 블랭킹 톤수만 계산하고 그것으로 충분하다고 가정할 수 없다. 외경 50mm, 내경 25mm의 와셔를 예로 들어보면, 블랭킹 힘은 외부 둘레를 전단하고, 동시에 파이어링 힘은 내부 둘레를 절단한다. 프레스는 정확히 동일한 순간에 발생하는 두 하중 모두를 감당할 수 있어야 한다.

톤수 계산은 간단한 공식을 따른다: 절단 둘레 길이에 재료 두께와 전단 강도를 곱하면 된다. 동시 작업의 경우, 둘레 길이들을 더하면 된다:

• 외부 블랭크 둘레: 157mm (50mm 지름 × 3.14)
• 내부 파이어 둘레: 78.5mm (25mm 지름 × 3.14)
• 총 절단 길이: 235.5mm

이 결합된 둘레 길이가 톤수 계산에 반영된다. 동시 작용하는 힘들을 고려하지 않으면 프레스 용량이 부족하게 선택되어 불완전한 절단, 과도한 공구 마모, 조기 다이 손상 등의 문제가 발생할 수 있다.

복합 다이의 경우 특유의 추가적인 힘 고려가 필요합니다. 나이프아웃이 절단 중 재료에 압력을 가함에 따라, 추가적인 힘이 나이프아웃 메커니즘을 통해 전달됩니다. 이 클램핑 압력은 부품의 평탄도를 위해 필수적이지만, 프레스 장비가 감당해야 하는 총 하중에 더해집니다.

전단력 작용 하에서의 재료 거동

침투 단계에서 금속에는 정확히 어떤 일이 발생할까요? 금속학적 측면을 이해하면 엣지 품질을 예측하고 버 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.

펀치가 재료에 들어갈 때, 절단면에는 세 가지 뚜렷한 영역이 형성됩니다:

• 롤오버 영역: 펀치가 시트를 처음 접촉하고 눌러내릴 때, 재료의 상부 표면이 약간 둥글게 변형됩니다. 이 소성 변형은 입구 지점에서 매끄럽고 곡률을 가진 엣지를 만듭니다.
• 전단 영역(반광 영역): 롤오버 아래쪽에는 깨끗한 전단이 발생한 매끄럽고 광택 있는 밴드가 나타납니다. 이것이 고품질 절단면의 부분이며, 적절한 다이 클리어런스는 이 영역을 최대화합니다.
• 파열 영역(Fracture Zone): 하단부는 깨끗하게 전단되지 않고 재료가 찢어진 부분으로, 거칠고 입자상의 외관을 나타낸다. 균열은 펀치와 다이 가장자리에서 진행된 균열들이 만나면서 시작된다.

프레스 가공 시 다이 측면 가장자리에서 파손이 깨끗하게 발생하지 않을 때 버(Burr)가 형성된다. 과도한 클리어런스, 무딘 공구, 또는 부적절한 재료 지지 모두 버 형성을 유발한다. 복합 다이 가공에서는 모든 절단이 동일한 클리어런스 조건에서 동시에 이루어지기 때문에 버의 방향이 예측 가능하고 일관된다.

전단 영역과 파손 영역의 깊이 비율은 다이 클리어런스에 크게 좌우된다. 좁은 클리어런스는 더 많은 광택면을 생성하지만, 더 높은 힘을 필요로 하며 공구 마모를 빠르게 한다. 최적의 균형점을 찾으려면 클리어런스 비율이 특정 재료에 어떻게 영향을 미치는지를 이해해야 하며, 이 관계에 대해서는 다음에 자세히 살펴볼 것이다.

다이 클리어런스 및 정밀도 요소

프레스 스트로크가 어떻게 진행되고 전단력 하에서 재료가 어떻게 반응하는지 이미 보셨습니다. 하지만 여기서 좋은 부품과 불량품을 가르는 중요한 질문이 있습니다: 펀치와 다이 사이에는 어느 정도의 간격이 있어야 할까요? 천분의 몇 인치 단위로 측정되는 이 사소해 보이는 세부사항은 복합 다이가 깔끔한 가장자리를 만들어내는지, 아니면 엉성한 실패를 반복하는지를 직접적으로 결정합니다.

최적의 절단 품질을 위한 다이 클리어런스 계산

다이 클리어런스란 펀치와 다이의 절단 에지 사이에 있는 양쪽 기준 간격을 의미합니다. 이를 잘못 설정하면 프로덕션 런 내내 버러, 공구 수명 단축, 치수 불일치 등의 문제에 시달리게 됩니다.

모든 절단 작업에 대해 재료 두께의 10%를 한쪽당 기준으로 한다는 오래된 경험칙은 정밀한 검토를 견디어내지 못합니다. 제작자 에 따르면, 절단 클리어런스는 음수 값(펀치가 구멍보다 더 큰 경우)부터 최대 25%까지도 변할 수 있습니다. 최적의 선택은 일률적인 백분율이 아니라 재료 특성에 따라 달라집니다.

각 극단에서 발생하는 현상을 살펴보겠습니다.

• 간극이 부족한 경우: 간극이 너무 좁으면 절단 중 금속이 압축 상태로 강제됩니다. 슬러그가 분리된 후, 탄성 특성을 가진 재료가 펀치 측면을 조여 과도한 마찰을 유발합니다. 이 마찰로 인해 열이 발생하여 공구강이 부드러워지며 마모성 긁힘 현상이 생길 수 있습니다. 절단면에서 2차 전단이 발생하고, 펀치 이탈력이 증가하며, 펀치 수명이 급격히 단축됩니다.
• 간극이 과도한 경우: 너무 큰 간극은 자체적인 문제를 유발합니다. 다이 측 가장자리에서 더 큰 버어가 형성되며, 낙달(roll-over)이 크게 증가하여 때때로 낙달 영역에서 인장 파열이 발생할 수 있습니다. 부품의 평탄도가 떨어집니다. 절단력은 감소하지만, 가장자리 품질이 저하됩니다.

최적의 간극은 절단면에서 약 20%의 전단(반광면)과 80%의 파열을 생성합니다. 이 비율은 펀치와 다이의 가장자리에서 시작된 균열이 재료 두께의 중앙에서 깔끔하게 만난다는 것을 나타내는 것입니다.

강재의 경우, 틈새 권장 사항은 인장 강도에 따라 다음의 일반적인 기준을 따릅니다:

• 인장 강도 60,000 PSI 미만 재료: 측면당 6-10%
• 인장 강도 60,000~150,000 PSI 사이 재료: 측면당 12-14% (강도 증가에 따라 증가)
• 인장 강도 150,000 PSI 초과 재료: 측면당 약 5%로 다시 줄입니다

왜 초고강도 재료는 더 적은 틈새를 필요로 할까요? 이러한 강철은 연성이 극히 낮아서 상당한 변형이 발생하기 전에 파단됩니다. 절단 중에 일반적으로 발생하는 금속 흐름이 없기 때문에 더 좁은 틈새가 더 효과적입니다.

재료 두께가 복합 다이 성능에 미치는 영향

재료의 종류와 두께는 복합 다이 작동의 모든 측면에 영향을 미치는 방식으로 상호작용합니다. 동일한 두께 사양을 공유한다고 해서 모든 재료가 유사하게 작동한다고 가정하지 마십시오.

다음 시나리오를 고려해 보세요. The Fabricator's 연구에 따르면, 0.062인치 두께의 304 스테인리스 스틸에 0.5인치 구멍을 뚫는 경우 양쪽 각각 약 14%의 클리어런스가 필요하다. 그러나 이 구멍의 지름을 재료 두께와 동일한 0.062인치로 줄이면 최적의 클리어런스는 양쪽 각각 18%로 증가한다. 더 작은 구멍은 절단 중 더 큰 압축 응력을 유발하여 재료 흐름을 위해 더 많은 공간이 필요하게 된다.

다음 표는 재료 유형 및 강도 수준에 따라 권장되는 클리어런스를 요약한 것이다:

재료 유형	인장강도 범위	권장 클리어런스 (%/측면)	비고
연강	270 MPa 미만	5-10%	표준 기준; 마모가 증가할수록 버의 높이도 증가
HSLA 강철	350-550 MPa	10-12%	고강도 재료는 약간 더 큰 클리어런스를 필요로 함
듀얼 페이즈(DP) 스틸	600-980 MPa	13-17%	마르텐사이트 섬은 균열의 시초 역할을 하며, 엣지 연성을 최적화해야 함
복합상(CP) 강재	800-1200 MPa	14-16%	aHSS Insights에 따르면, 일반적으로 15%의 클리어런스가 최적임
마르텐사이트 강철	1150-1400 MPa	10-14%	낮은 연신율로 인해 버 형성이 제한되며, 펀치 엣지의 파편 발생에 주의 필요
알루미늄 합금	다르다	8-12%	부드럽고 끈적거리며 마모성이 있음; 윤활 관리에 특별한 주의 필요

연구 출처 AHSS 인사이트 이러한 선택들이 실제로 어떤 영향을 미치는지를 보여주는 사례이다. CP1200 강재에 대한 시험 결과, 클리어런스를 10%에서 15%로 증가시켰을 때 구멍 확장 성능이 크게 향상되었다. 20% 클리어런스는 10%보다는 나았지만 15%만큼은 못했다. 이는 더 많은 것이 항상 더 낫다는 것은 아님을 입증한다.

콤파운드 다이가 우수한 동심도를 달성하는 이유

이 부분에서 콤파운드 다이의 작동 원리가 가장 큰 장점을 발휘한다. 프로그레시브 다이 금속 스탬핑 또는 트랜스퍼 스탬핑의 경우, 소재가 각 공정 사이를 이동하게 된다. 각 이동 과정에서 정렬 오류가 발생할 수 있으며, 정밀한 파일럿과 신중한 스트립 제어가 있더라도 누적된 위치 편차가 점차 쌓이게 된다.

복합 다이를 사용하면 이러한 문제가 완전히 해결됩니다. 블랭킹과 피어싱이 한 번의 공정에서 동시에 동일한 기준점에서 이루어지기 때문에, 재료가 이동할 가능성이 없으며 공정 간의 정렬 오차 가능성도 없습니다.

이러한 단일 기준점 방식은 측정 가능한 결과를 제공합니다:

• 동심도: 내부 및 외부 특징들은 동일한 기준에서 절단되기 때문에 정확한 위치 관계를 유지합니다. 와셔, 개스킷, 전기 적층판의 경우, 수천 개의 부품에 걸쳐 일관된 내경 대 외경 관계를 보장합니다.
• 평탄성: 노크아웃 메커니즘은 절단 중 재료를 하부 펀치에 단단히 눌러, 블랭킹과 피어싱이 별도로 수행될 때 발생할 수 있는 컵핑 또는 디싱 현상을 방지합니다.
• 버의 균일성: 모든 버는 동일한 부품의 동일한 측면에 일관된 방향으로 형성되므로, 후속 공정에서 예측 가능하고 관리하기가 용이합니다.

어떤 정도의 허용오차를 현실적으로 기대할 수 있을까요? 적절히 관리된 복합 공구(Compound Tooling)를 사용하면 특징 부위 간 위치 정확도는 일반적으로 ±0.001인치에서 ±0.003인치 범위 내에 듭니다. 내경과 외경 사이의 동심도는 일반적으로 0.002인치 TIR(Total Indicator Runout, 총 진동 변위) 이하 또는 그 이상의 정밀도를 달성합니다. 이러한 능력은 유사한 부품 형상에 대해 프로그레시브 다이 및 스탬핑 방식이 일반적으로 제공하는 수준을 초과합니다.

이 방법에 내재된 정밀도 때문에 특징 부위의 정렬이 중요한 응용 분야에서는 복합 다이가 선호되는 선택이 됩니다. 그러나 특정 응용 사례에 있어 이 방식이 적합한 시점을 파악하기 위해서는 몇 가지 추가적인 요소들을 평가해야 합니다.

복합 다이 대 프로그레시브 다이 및 트랜스퍼 다이

복합 다이가 단일 스테이션에서 동시에 절단함으로써 정밀도를 어떻게 달성하는지 이해하셨습니다. 하지만 이러한 방식이 다른 대안들과 비교했을 때 어떤 장단점을 가지는지 아시겠습니까? 언제 프로그레시브 다이 성형을 대신 선택해야 할까요? 더 큰 부품의 경우 트랜스퍼 다이 성형은 어떨까요? 올바른 선택을 하려면 각 다이 유형이 무엇을 하는지뿐 아니라 왜 그렇게 작동하는지까지 이해해야 합니다.

다이 유형 간의 작동 원리 차이

각 다이 유형은 근본적으로 서로 다른 원리에 따라 작동하며, 이러한 차이점은 생산할 수 있는 부품의 종류, 생산량 및 정밀도 기준에 직접적인 영향을 미칩니다. 각 방식이 실제로 어떻게 작동하는지 자세히 살펴보겠습니다.

복합 다이: 단일 스테이션 동시 절단

우리가 살펴본 바와 같이, 복합 다이(compound die)는 한 번의 프레스 스트로크로 하나의 공정 위치에서 모든 절단 작업을 수행합니다. 재료가 진입하여 블랭킹과 피어싱이 동시에 이루어지고, 완성된 평면 부품으로 나옵니다. 이 과정에서 재료 이동이나 공정 위치 간 이동은 없으며, 누적적인 위치 편차가 발생할 가능성도 없습니다.

Keats Manufacturing에 따르면, 복합 다이 스탬핑은 와셔 및 휠 블랭크와 같은 평면 부품을 중간에서 대량으로 생산하는 데 이상적인 고속 공정입니다. 설계 원리는 간단합니다. 작업 공정이 적을수록 변수가 줄어들고, 변수가 적을수록 동심도와 평탄도에 대한 제어를 더욱 정밀하게 할 수 있습니다.

진행형 다이: 순차적 공정 처리

진행형 다이 스탬핑은 완전히 다른 방식을 사용합니다. 연속된 금속 스트립이 여러 개의 공정 위치를 통해 이동하며, 각 위치에서는 절단, 굽힘, 피어싱 또는 성형과 같은 특정 작업이 수행됩니다. 작업물은 전체 공정 동안 캐리어 스트립에 연결된 상태로 유지되며, 최종 공정 위치에서 비로소 분리됩니다.

이러한 작동 원리는 복합 다이가 달성할 수 없는 것을 가능하게 합니다: 여러 성형 공정이 필요한 복잡한 형상을 말입니다. Die-Matic은 연속 스탬핑이 중간에서 높은 생산량의 복잡한 부품을 고속으로 생산하기에 이상적이라고 언급하며, 이는 연속적인 공정이 작업 처리를 최소화하고 처리 능력을 극대화하기 때문이라고 설명합니다.

그러나 여기에는 단점이 있습니다. 각 공정 사이의 이동 과정에서 정렬 편차가 발생할 수 있습니다. 정밀한 가이드 피봇이 있더라도 여러 번의 위치 결정 과정이 누적되면 특징 간 정확도에 영향을 줄 수 있으며, 이는 동심도 허용오차가 엄격한 부품에서는 매우 중요한 요소입니다.

트랜스퍼 다이: 개별 부품 취급

트랜스퍼 다이 스탬핑은 두 가지 방식의 요소를 결합하지만 독자적인 원리로 작동합니다. Worthy Hardware에 따르면, 이 공정은 금속 스트립에서 부품을 마지막이 아니라 처음에 분리한 후, 자동 핑거 또는 기계식 암을 사용해 기계적으로 각 공정 사이를 이동시킵니다.

왜 엔지니어들은 보다 복잡해 보이는 이 접근 방식을 선택할까요? 그 이유는 이 방식이 가능하게 해주는 기능에 있습니다. 즉, 딥 드로잉(deep drawing), 대형 부품 취급, 그리고 작업물 주변의 재료가 완전히 제거된 상태에서 수행해야 하는 공정들입니다. 전달 다이(Transfer dies)는 펀칭, 벤딩, 드로잉, 트리밍을 단일 생산 사이클 내에서 통합할 수 있으며, 이는 부품이 캐리어 스트립(carrier strip)에 연결된 상태에서는 불가능한 공정들입니다.

단순 다이: 단일 공정 중심

복잡성의 반대편에는 단순 다이가 위치합니다. 이 다이들은 한 번의 스트로크 당 하나의 공정만 수행합니다 — 하나의 구멍, 하나의 블랭킹, 하나의 벤딩 등입니다. 간단하고 제작 비용이 저렴하지만, 기본적인 부품 이상의 작업을 위해서는 여러 번의 세팅과 부품 취급이 필요합니다. 추가되는 각 공정은 취급 시간을 증가시키며 위치 결정 오류를 유발할 수 있습니다.

비교 분석: 다이 유형 종합 비교

다음 표는 이러한 다이 유형들이 주요 운영 및 성능 특성별로 어떻게 다른지를 요약한 것입니다.

특징	복합 금형	진보적 다이	트랜스퍼 다이(Transfer Die)	단순 다이
작동 방법	단일 공정; 블랭킹과 피어싱을 동시에 수행	다중 공정; 연속 스트립에서 순차적 작업 수행	다중 공정; 공정 사이에 개별 부품 이송	단일 공정; 한 번의 스트로크당 하나의 작업 수행
부품 처리	한 번의 스트로크로 부품 생성 및 배출	자동 스트립 공급; 최종 공정까지 부품이 연결된 상태 유지	기계식 핑거 또는 암이 자유 블랭크를 이송	매 사이클마다 수동 또는 자동으로 적재/하역
일반적인 부품 복잡성	블랭킹과 피어싱만 포함된 평면 부품; 성형 없음	간단한 것부터 복잡한 것까지; 벤딩 및 성형 포함 가능	정교한 특징을 가진 복잡하고 대형 또는 깊게 그려진 부품	단일 특징 부품 또는 다이 순차 공정의 한 단계
생산량 적합성	중간에서 높은 생산량	높은 생산량; 규모의 경제에 따라 가장 비용 효율적	짧은 주기에서 긴 주기까지; 다양한 생산량에서 유연하게 활용 가능	낮은 생산량 또는 프로토타입 제작
정밀 특성	우수한 동심도; 부품 간 치수 공차가 빡세고 평탄도가 뛰어남	좋은 공차 유지; 공정 스테이션 이동 시 누적 오차 가능성 있음	좋은 정밀도; 복잡한 형상에도 유연하게 대응 가능	작업당 높은 정밀도; 여러 설비에서 누적 오차
금형 비용	진행형보다 낮음; 구조가 단순함	초기 투자 비용은 높지만 대량 생산 시 비용 효율적	설정 복잡성 높음; 특수 응용 분야에 적합	금형당 가장 낮은 초기 비용

귀하의 응용 분야에 맞는 적절한 금형 유형 선택하기

복잡해 보이시나요? 결정을 간소화해 봅시다. 올바른 선택은 부품 형상, 정밀도 요구사항, 생산량의 세 가지 주요 요소에 따라 달라집니다.

콤파운드 다이를 사용하는 것이 적합한 경우

다음 기준을 충족하는 응용 분야일 경우 이 방식을 선택하세요:

• 블랭킹 및 피어싱 공정만 필요한 평면 부품
• 내부 및 외부 형상 간 높은 동심도 요구 사항
• 공정 간 이동으로 인한 왜곡을 허용할 수 없는 중요한 평탄도 사양
• 진행형 다이 공구 비용이 정당화되지 않는 중간 생산량
• 와셔, 가스켓, 전기 라미네이션 및 정밀 셔임과 같은 응용 분야

엔지니어링 논리는 매우 타당합니다. 키표스 매뉴팩처링(Keats Manufacturing)이 지적하듯, 한 번의 스트로크로 더 평탄한 부품을 생성할 수 있으며 단일 다이 방식은 높은 재현성을 가능하게 합니다. 동심도와 평탄도가 품질 평가 기준인 경우 복합 다이(compound dies)가 적합합니다.

진행형 다이가 더 우수한 경우

다음과 같은 다른 조건에서는 진행형 다이 스탬핑이 선호되는 선택이 됩니다:

• 부품당 원가를 최소화해야 하는 대량 생산
• 절단 외에 굽힘, 성형 또는 기타 가공이 필요한 부품
• 순차적으로 추가될 수 있는 여러 특징을 가진 복잡한 형상
• 개별 블랭크보다 스트립 고정이 취급에 유리한 소형 부품

다이메틱(Die-Matic)에 따르면, 프로그레시브 스탬핑은 생산 속도가 빠르고 사이클 시간이 짧으며 인건비와 단위당 비용을 절감할 수 있습니다. 연속 공정으로 인해 각 공정 간 부품 취급이 불필요하므로 적합한 응용 분야에서 매우 효율적입니다.

트랜스퍼 다이가 필수적인 경우

트랜스퍼 다이 스탬핑은 단순한 대안이 아니라 특정 응용 분야에서는 유일하게 실현 가능한 옵션입니다.

• 스트립 피딩 제약 조건 내에 맞지 않는 큰 부품
• 재료가 스트립 고정 없이 자유롭게 흐르도록 해야 하는 딥드로잉 부품
• 모든 면에 가공이 필요하거나 복잡한 방향 전환이 요구되는 부품
• 나사, 리브, 크누를(돌기), 또는 유사한 정교한 특징을 포함하는 설계

워디 하드웨어(Worthy Hardware)는 트랜스퍼 다이 스탬핑이 부품 취급 및 방향 설정 측면에서 더 큰 유연성을 제공하여 다른 방법으로는 제작할 수 없는 정교한 디자인과 형상에 적합하다고 강조합니다.

각 접근 방식 뒤에 있는 엔지니어링 원리

왜 이러한 다양한 작동 원리가 존재하는지? 각각은 특정 제조상의 과제를 해결하기 위해 발전되었습니다.

복합 다이(compound dies)는 평면 부품에서 정밀도를 필요로 하는 요구로부터 등장했습니다. 공정 사이에 재료 이동을 없애면서 엔지니어들은 특징들의 정렬을 보장할 수 있었습니다. 절단 작업만으로 제한된다는 단점은 많은 핵심 응용 분야(예: 전기 적층재나 정밀 가스켓 등)가 정확히 그와 같은 특성만을 요구하기 때문에 용인되었습니다.

진행형 다이(progressive dies)는 점점 더 복잡한 부품의 대량 생산을 해결하기 위해 개발되었습니다. 연속 스트립 방식의 장점은 그 효율성에 있습니다. 재료가 자동으로 공급되며, 공정이 라인 속도에서 수행되며, 최종 분리 단계에서만 부품을 다루면 됩니다. 자동차 브래킷, 전자 커넥터 및 유사한 대량 부품의 경우, 이 방식은 여전히 뛰어나지 못한 수준을 유지하고 있습니다.

트랜스퍼 다이(Transfer dies)는 복합 방식이나 연속 방식 모두 적용하기 어려운 경우의 공정 갭을 메워줍니다. 부품이 스트립 피딩에는 너무 크거나 심판 가공(deep drawing)이 필요하거나 스트립 고정과 양립할 수 없는 공정을 요구할 때, 트랜스퍼 스탬핑은 해결책을 제공합니다. 기계식 트랜스퍼 장치는 복잡성을 증가시키지만, 다른 방법으로는 달성할 수 없었던 제조 유연성을 가능하게 합니다.

이러한 기본적인 차이점을 이해하면 도구 설비에 대한 현명한 결정을 내릴 수 있습니다. 하지만 평평하고 정밀도가 높은 부품에 복합 다이(compound dies) 방식이 적합하다고 판단했다면 다음 질문은 이 단일 공정 작업에서 실제로 기대할 수 있는 품질 수준이 무엇인지입니다.

복합 다이 공정에서 얻을 수 있는 부품 품질 결과

복합 다이가 진행형 및 전달형 대안과 어떻게 비교되는지 확인하셨습니다. 하지만 부품이 검사 테이블에 도착했을 때 진정으로 중요한 것은 측정 가능한 품질 결과입니다. 단일 공정에서 동시에 절단하는 방식은 이론상 좋게 들리는 것에 그치지 않으며, 부품이 품질 검사를 통과할지 여부에 직접적인 영향을 미치는 구체적이고 정량화 가능한 이점을 제공합니다.

단일 공정 복합 다이 가공의 품질적 장점

복합 다이 프레스 성형을 선택할 때 여러분은 단순히 제조 방법 하나를 고르는 것이 아니라, 특정한 품질 수준을 선택하고 있는 것입니다. 진진형 도형 및 스탬핑 단일 공정을 사용하면 기계적 정확도가 향상되어 부품의 평탄도 유지와 좁은 치수 공차 달성이 보다 쉬워진다고 합니다. 그러나 이것이 실무적으로는 어떤 의미를 가지는 것일까요?

다중 공정에서 발생하는 상황을 고려해 보세요. 각각의 공정 사이에서 재료가 이동할 때마다 위치 결정 변수들이 누적됩니다. 작업자는 다시 정렬해야 하며, 스트립 장력은 변동되고, 열팽창이 정렬에 영향을 미칩니다. 정밀한 공구를 사용하더라도 이러한 미세한 오차들이 여러 공정을 거치며 쌓이게 됩니다.

복합 다이(composite die)는 이러한 모든 오차 원인을 제거합니다. 재료가 다이에 한 번 들어가면 모든 절단이 동시에 이루어지고, 단일 스테이션에서 단일 스트로크로 완성된 부품이 배출됩니다. 따라서 공정 사이에서 부품이 이동하거나 회전, 혹은 정렬 오류가 발생할 여지가 전혀 없습니다.

복합 다이 공정이 직접적으로 영향을 미치는 품질 지표들은 다음과 같습니다.

• 동심도: 내부 및 외부 형상들은 동일한 기준점에서 동시에 가공되기 때문에 전체 위치 정확도(TIR)가 0.002인치 이내 또는 그보다 더 높은 정밀도를 유지합니다.
• 평탄성: 절단 중 전역에 균일한 압력을 가하는 노크아웃 장치 덕분에 순차적 공정에서 흔히 발생하는 컵핑(cupping)이나 디싱(dishing) 없이 부품이 평탄하게 유지됩니다.
• 버의 일관성: 모든 버가 동일한 방향으로 동일한 측면에 형성되므로, 후속 마무리 작업이 예측 가능하고 효율적입니다.
• 차원적 안정성: 특징 간 허용오차 ±0.001인치에서 ±0.003인치까지는 적절히 유지된 공구를 사용하면 일반적으로 달성할 수 있습니다.
• 가공면 품질의 균일성: 모든 절단 작업에서 동일한 클리어런스 조건이 유지되므로, 모든 절단 가장자리는 동일한 전단 대 파단 비율을 보입니다.
• 반복성: 생산 런 동안 공정 변수가 적어 드리프트를 유발할 가능성이 줄어들기 때문에, 부품 간 일관성이 향상됩니다.

복합 다이가 뛰어난 치수 정확도를 달성하는 방법

공학적 원리는 간단합니다: 부품이 공정 사이에서 이동하지 않기 때문에, 정렬 오류나 레지스트레이션 오류의 가능성이 전혀 없습니다. 하지만 이것이 어떻게 치수 정확도로 이어지는지 구체적으로 살펴보겠습니다.

진행형 금속 프레스 가공에서 단순한 와셔를 생산한다고 상상해 보세요. 먼저 스트립이 피어싱 공정 위치로 이동하여 중심 구멍이 펀칭됩니다. 그런 다음 스트립은 블랭킹 공정 위치로 이동하여 외경이 절단됩니다. 정밀한 파일럿 핀이 이전에 뚫린 구멍에 다시 맞물리더라도 미세한 변동이 발생할 수 있습니다. 스트립의 이송 정확도, 파일럿 홀 여유, 그리고 소재의 스프링백 현상 등이 내부와 외부 형상 간의 위치적 오차를 유발합니다.

이제 동일한 와셔를 복합 다이(compound die)로 제작하는 경우를 생각해 보세요. 피어싱 펀치와 블랭킹 다이는 동시에 소재에 작용하며, 두 절단 에지는 동일한 순간에 동일한 위치를 기준으로 합니다. 그 결과는 무엇일까요? 내경과 외경 사이의 완벽한 동심도가 실현됩니다. 이는 각 공정 사이의 신중한 정렬 때문이 아니라, 아예 공정 간 정렬이 필요 없기 때문입니다.

로서 업계 전문가들이 지적하듯이 , 한 번의 다이로 부품을 제작함으로써 제조업체는 평탄도와 우수한 치수 안정성을 달성하면서도 일관성과 정확성을 보장합니다. 이는 마케팅 문구가 아니라 관련된 물리학적 원리의 직접적인 결과입니다.

이러한 품질 특성이 중요한 핵심 응용 분야

일부 응용 분야에서는 복합 다이 공정만이 제공할 수 있는 품질 사양을 요구합니다. 기능에 직접적으로 영향을 미치는 부품을 제조할 때 형상 정렬 정밀도가 필수적이며, 이러한 프레스 성형 공정은 선택 사항이 아니라 필수적입니다.

와셔 및 셈: 겉보기에 단순해 보이는 이러한 부품들은 내경과 외경 사이의 높은 동심도를 요구합니다. 편심된 형상을 가진 와셔는 제대로 맞물리지 않아 불균일한 하중 분포를 유발하며, 이는 고정장치의 느슨해짐이나 조기 파손으로 이어질 수 있습니다. 복합 다이는 제조 원리 자체를 통해 내경과 외경 간 동심도가 보장된 와셔를 생산합니다.

개스킷(Gaskets): 씰링 부품은 전체 부품에 걸쳐 일관된 형상을 요구합니다. 볼트 홀과 씰링 표면 간의 관계에서 발생하는 어떠한 변동도 누출 경로를 생성합니다. 복합 다이(compound die)는 모든 특징들을 동시에 절단하기 때문에 첫 번째 부품부터 만 번째 부품까지 위치적 관계가 일관되게 유지됩니다.

전기 라미네이션: 모터 및 변압기 라미네이션은 에너지 손실을 최소화하고 올바른 자력 선속 경로를 보장하기 위해 정밀한 형상이 필요합니다. 여기서 복합 다이 공정의 평탄도 장점은 특히 중요합니다. 미세한 휨조차도 적층 조립 및 전자기 성능에 영향을 미칩니다. Metalcraft Industries 에 따르면, 정밀 금속 스탬핑은 오차 허용 범위 없이 정교한 설계에서도 0.001~0.002인치의 공차를 달성합니다.

정밀 평판 부품: 정밀한 위치 공차를 유지하기 위해 여러 특성이 필요한 모든 응용 분야는 단일 공정 방식의 운영에서 이점을 얻습니다. 계측 장비 부품, 광학 마운트 및 정밀 하드웨어는 모두 이 범주에 포함됩니다.

복합 다이의 품질적 이점은 추상적인 의미에서 "더 나은" 부품을 생산하는 데 있는 것이 아니라, 특정 품질 지표가 기능 수행에 핵심적인 부품 생산에 있습니다. 동축도, 평면도 및 치수 정확도가 조립체의 작동 여부를 결정할 때, 단일 공정 동시 절단 방식은 순차 처리 방식으로는 도저히 따라갈 수 없는 결과를 제공합니다.

이러한 품질 결과를 이해함으로써 올바른 공구 방식을 명세할 수 있습니다. 하지만 다음 단계는 복합 다이가 특정 응용 요구 사항에 대해 진정으로 최적의 선택이 되는 시점을 판단할 수 있는 실용적인 프레임워크를 구축하는 것입니다.

복합 다이 적용을 위한 의사결정 프레임워크

이제 복합 다이(compound die)가 제공하는 품질적 이점을 이해하셨습니다. 하지만 모든 제조 엔지니어가 직면하는 실질적인 질문은 다음과 같습니다. 이러한 방식이 귀하의 특정 응용 분야에 적합한가요? 잘못된 다이 공구 선택은 개발 시간을 낭비하고 비용을 증가시키며 부품 품질을 저해할 수 있습니다. 복합 다이 선택이 타당한 경우와 그렇지 않은 경우를 판단할 수 있는 명확한 결정 프레임워크를 마련해 봅시다.

복합 다이 공구를 사용해야 할 시기

모든 스탬프 가공 부품이 복합 다이의 작동 원리로부터 이득을 얻는 것은 아닙니다. 이 방식은 고유한 특성이 요구 사항과 일치하는 특정 상황에서 특히 우수합니다. 공구 개발에 착수하기 전에 귀하의 응용 분야를 이러한 기준에 따라 평가하십시오.

복합 다이 선택에 이상적인 상황:

• 블랭킹 및 피어싱만 필요한 평면 부품: 복합 다이(compound dies)는 절단 작업만 수행합니다. 부품에 굽힘, 성형, 드로잉 또는 기타 형태 변경 작업이 필요한 경우 프로그레시브 다이 또는 트랜스퍼 다이를 사용해야 합니다.
• 엄격한 동심도 요구사항: 내부 및 외부 형상 간의 정확한 위치 관계를 유지해야 할 경우 — 예를 들어 와셔, 개스킷 또는 적층판 등 — 동시 절단 원리는 다중 공정에서 발생하는 정렬 오차를 제거합니다.
• 중요한 평면도 사양: 다이 커팅 중 탈착 장치(knockout mechanism)가 일정한 압력을 가하여 블랭킹과 피어싱을 별도로 수행할 때 발생하는 컵핑(cupping)이나 디싱(dishing)을 방지합니다. 0.002인치 이하의 평면도를 요구하는 부품은 이로 인해 큰 이점을 얻습니다.
• 중간 수준의 생산량: 업계 자료에 따르면, 복합 스탬핑은 10,000개에서 100,000개 사이의 생산 수량에서 비용 효율성이 높아지며, 이 범위에서는 다이 비용이 노동력 및 장비 사용 감소로 상쇄될 수 있습니다.
• 단순에서 중간 수준의 복잡한 형상: 형성 공정이 필요하지 않는 한, 다수의 구멍, 내부 절개 및 불규칙한 외곽 라인도 모두 가능합니다.

금속 스탬핑 공정 결정을 위한 간단한 자기진단 체크리스트는 다음과 같습니다.

선택 기준	예	아니요	의미
부품이 완전히 평면입니까? (굽힘 또는 성형 없음)	✓ 복합 다이 후보	연속 다이 또는 트랜스퍼 다이 고려	복합 다이는 절단 작업만 수행함
부품에 블랭킹 및 피어싱 공정이 필요한가요?	✓ 핵심 복합 다이 기능	단일 공정용 다이로 충분한지 여부 검토	동시 공정 수행이 장점임
특성 간 동심도가 중요합니까? (±0.002" 이하)	✓ 강력한 복합 다이의 장점	진행형 다이도 허용될 수 있음	단일 공정은 누적 오차를 제거함
평면도가 중요한 품질 지표입니까?	✓ 복합 다이 선호	다른 유형의 다이도 사용 가능	노크아웃 압력이 평면도를 유지시켜 줍니다
연간 생산량이 10,000~100,000개 부품 사이입니까?	✓ 최적의 비용 대비 효율 범위	낮은/높은 생산량에 대한 대안 평가	이 범위 내에서 다이 비용이 효과적으로 상각됨

복합 다이 선택을 위한 적용 기준

기본 체크리스트 외에도 복합 다이 공구를 최선의 선택으로 결정하는 데 영향을 미치는 여러 가지 애플리케이션별 요소가 있습니다. 이러한 다이 공구 요구 사항을 이해함으로써 자원 투입 전에 정보에 기반한 결정을 내릴 수 있습니다.

고려해야 할 제한 사항:

• 성형 기능 없음: 복합 다이는 굽힘, 드로잉, 엠보싱 등 재료를 성형할 수 없습니다. 부품이 평면 절단 이상의 형태 변화를 필요로 한다면 다른 방식이나 2차 공정이 필요합니다.
• 기하학적 제약: 복합 다이는 중간 수준의 복잡성은 잘 처리하지만, 수십 개의 특징을 가진 극도로 정교한 부품의 경우 실현 가능성이 낮을 수 있습니다. 다이의 제작 및 유지보수가 어려워지기 때문입니다.
• 스트로크당 더 높은 힘 필요: 모든 절단 작업이 동시에 발생하기 때문에, 필요한 총 톤수는 프로그레시브 다이가 각각의 단일 공정에서 필요로 하는 것보다 더 큽니다. 프레스는 한 순간에 발생하는 전체 하중을 견딜 수 있어야 합니다.
• 부품 이젝션 고려사항: 완성된 부품은 다이 캐비티로부터 신뢰성 있게 분리되어야 합니다. 매우 큰 부품이나 특이한 형상의 경우 이젝션이 복잡해질 수 있으며 특수한 논치아웃 장치가 필요할 수 있습니다.

프레스 요구사항 및 톤수 계산

컴파운드 다이 작업을 위한 적절한 프레스를 선택하려면 정밀한 하중 분석이 필요합니다. 프로그레시브 스탬핑의 경우 여러 공정에 걸쳐 하중이 분산되는 것과 달리, 컴파운드 다이는 모든 절단력을 단일 스트로크에 집중시킵니다.

톤수 계산은 간단한 공식을 따릅니다:

톤수 = (총 절단 둘레 × 재료 두께 × 전단 강도) ÷ 2000

컴파운드 다이의 경우 '총 절단 둘레'란 외부 블랭킹 둘레와 모든 피어싱 둘레를 포함하여 동시에 작용하는 모든 절단 엣지를 의미합니다. 다음에 따르면 산업 가이드라인 , 일반적인 재료의 전단 강도는 알루미늄의 경우 30,000 PSI에서 스테인리스강의 경우 80,000 PSI까지 다양합니다.

프레스 유형 고려사항:

• 개방형 백워드 경사(OBI) 프레스: 복합 다이 작업에 적합합니다. 성형 참고자료 에 따르면, 에어 블로오프를 사용하여 경사 위치에서 OBI 프레스를 가동하면 다이 캐비티로부터 부품 제거를 보다 쉽게 할 수 있습니다.
• 스트레이트사이드 프레스: 고톤수 요구 조건 및 더 엄격한 공차 작업을 위해 우수한 강성을 제공합니다.
• 기계식 대 유압식: 기계식 프레스는 양산 런에 있어 속도 측면에서 이점이 있으며, 유압 프레스는 두꺼운 재료나 가공이 어려운 재료에 대해 힘 제어 측면에서 장점이 있습니다.

계산 시 스트리핑 힘을 포함하는 것을 잊지 마십시오. 펀치에서 소재를 분리하는 데 필요한 힘은 일반적으로 절단 톤수 요구량에 5~10%를 추가하며, 어려운 응용 분야에서는 최대 25%까지 증가할 수 있습니다.

귀하의 적용 조건을 평가하고 프레스 요구사항을 이해한 후 마지막 단계는 이러한 공학 원리를 현실적인 구현으로 연결하는 것입니다. 즉, 귀하의 사양을 양산 가능한 다이 솔루션으로 전환해 줄 수 있는 금형 파트너와 협력하는 것입니다.

정밀 금형 파트너 및 제조 우수성

귀하는 적용 조건을 평가하고, 톤수 요구량을 계산하였으며, 복합 금형이 적절한 접근 방식임을 확인하셨습니다. 이제 정밀 스탬핑 다이가 일관되고 고품질의 부품을 생산하게 할지, 아니면 생산 현장에서 비용이 많이 드는 문제의 원인이 될지를 결정하는 중요한 단계가 남아 있습니다. 이론적인 다이 설계와 신뢰할 수 있는 제조 성과 사이의 갭은 전적으로 구현 여부에 달려 있습니다.

생산에 복합 다이 솔루션 도입

설계 컨셉에서 양산 가능한 공구 개발로 나아가는 과정은 사양에 맞춰 다이 부품을 가공하는 것 이상의 작업을 포함합니다. 현대의 정밀 스탬핑 다이 개발은 실제 금속 가공 이전에 시뮬레이션, 검증 및 반복적 개선을 통합합니다.

적절한 도입 없이 발생할 수 있는 일반적인 문제들을 고려해 보세요:

• 이론상으로는 작동하지만 실사용 시 조기 마모를 유발하는 다이 간격
• 생산 속도에서 막히는 탈형 메커니즘
• 예기치 못한 버나 가장자리 결함을 유발하는 재료 흐름 패턴
• 실제 요구력보다 낮게 산정된 톤수 계산

이러한 각각의 실패는 모두 동일한 근본 원인에서 비롯됩니다: 양산 투입 전 충분하지 않은 검증. 다음의 연구에 따르면 스탬핑 시뮬레이션에 관한 Keysight의 연구 , 공구 설계은 다이의 효율성과 수명에 매우 중요하며, 가공되는 금속의 종류에 따라 도구강 또는 초경과 같은 내구성 있는 재료가 선택됩니다. 그러나 재료 선택만으로 성공이 보장되는 것은 아닙니다. 실제 운전 조건에서 전체 시스템이 함께 작동해야 합니다.

다이 개발에서 CAE 시뮬레이션의 역할

컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE)은 프레스 성형 다이 제조업체가 정밀 공구를 개발하는 방식을 혁신적으로 변화시켰습니다. 물리적 프로토프로 제작하고 시험 및 오류를 반복하는 대신, 현대의 다이 엔지니어링 서비스는 시뮬레이션을 사용하여 다음을 예측합니다:

• 절단 스트로크 동안의 재료 흐름 거동
• 펀치 및 다이 부품 전체의 응력 분포
• 생산에서 발생하기 전의 잠재적 고장 모드
• 특정 재료 등급에 맞는 최적의 클리어런스 설정
• 요구 힘과 나이프아웃 타이밍 파라미터

이러한 시뮬레이션 우선 접근 방식은 개발 주기를 극적으로 단축시킵니다. 생산 시험 중에 금형 수정이 비용과 시간이 많이 소요되는 시점에서 문제가 발견되는 대신, 문제는 가상 테스트 단계에서 조기에 드러납니다. 그 결과 첫 번째 양산 공정부터 정확히 작동하는 다이(die)를 구현할 수 있습니다.

업계 동향 분석에서 지적된 바와 같이, 고급 시뮬레이션 소프트웨어를 통해 설계자들은 생산 전에 재료 옵션을 검토하고 설계를 최적화할 수 있어 궁극적으로 비용 절감과 전체 제품 품질 향상을 이끌어냅니다. 이 기능은 초도 성공률이 프로그램 일정에 직접적인 영향을 미치는 자동차 스탬핑 금형 분야에서 필수적이 되었습니다.

정밀 스탬핑 다이 개발을 위한 엔지니어링 지원

시뮬레이션 기능을 넘어서서, 복합 다이(compound die)의 성공적인 도입을 위해서는 이론적인 작동 원리뿐만 아니라 대량 생산의 실질적 제약조건도 이해하는 엔지니어링 파트너가 필요합니다. 이러한 역량을 갖춘 파트너는 놀랍게도 매우 드물게 나타납니다.

많은 금형 공급업체들이 정밀 부품 가공에는 뛰어나지만 스탬핑 공정 물리학에 대한 깊이 있는 전문 지식은 부족합니다. 다른 업체들은 이론을 이해하지만 그 지식을 견고한 양산용 금형으로 전환하는 데 어려움을 겪습니다. 처음부터 정확하게 작동하는 정밀 스탬핑 다이를 꾸준히 제공하는 제조업체들은 이러한 두 가지 역량을 모두 보유하고 있습니다.

다이 엔지니어링 파트너 선정 시 고려사항:

• 품질 시스템 인증: IATF 16949 인증은 자동차 수준의 품질 관리 시스템을 의미하며, 정밀 제조 분야에서 가장 엄격한 표준입니다
• 시뮬레이션 역량: 강재 절삭 작업을 시작하기 전에 설계를 검증할 수 있는 CAE 통합
• 빠른 프로토타이핑: 개발 일정이 촉박할 때 개념 설계에서 실제 금형 제작까지 신속하게 전환할 수 있는 능력
• 초회 성공률 지표: 시험 가동 반복 없이도 꾸준한 금형 성능을 입증하는 실적 기록
• 소재 전문성: 다양한 강종, 알루미늄 합금 및 고강도 신소재가 복합 다이 절단 조건에서 어떻게 거동하는지를 이해하는 능력

그 글로벌 스탬핑 시장 자동차, 항공우주 및 에너지 분야에서 고정밀 부품에 대한 수요 증가로 인해 약 3726억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 이러한 성장은 제조업체들이 정밀성과 속도 모두를 제공할 수 있는 공구 파트너를 향하도록 유도하고 있습니다.

종합 다이 엔지니어링 역량이 필요한 이유

복합 다이 개발을 위한 스탬핑 다이 제조업체를 평가할 때, 해당 제조업체의 역량이 귀하의 특정 요구사항과 얼마나 부합하는지를 고려해야 합니다. 일부 제조업체는 대량 생산용 표준 공구에 특화되어 있는 반면, 다른 업체들은 복잡한 프로그레시브 다이에 집중합니다. 동심도와 평면도라는 복합 다이 가공 방식의 이점이 요구되는 정밀 평판 부품의 경우, 귀하의 응용 분야와 맞는 전문성을 갖춘 파트너가 필요합니다.

샤오이(Shaoyi)는 OEM 기준에 맞춰 정밀하게 제작된 복합 다이 공구를 원하는 제조업체에게 강력한 선택지 중 하나입니다. 샤오이의 접근 방식은 복합 다이 성공에 관련된 여러 역량을 통합하고 있습니다:

• IATF 16949 인증: 일관된 다이 성능을 보장하는 자동차 등급 품질 시스템의 증거
• 첨단 CAE 시뮬레이션: 물리적 금형 제작 전에 잠재적 문제를 식별하여 결함 없는 결과를 지원하는 가상 검증
• 빠른 프로토타이핑: 프로그램 일정이 신속한 처리를 요구할 경우 최대 5일까지 빠른 개발 기간
• 93%의 1회 통과 승인률: 광범위한 반복 작업 없이도 양산 준비가 완료된 금형으로 전환되는 엔지니어링 전문성을 보여주는 지표

포괄적인 몰드 설계 및 제작 역량을 탐색하는 제조업체들을 위해, 해당 자동차 스탬핑 다이 리소스 이용 가능한 다이 엔지니어링 서비스에 대한 상세 정보를 제공합니다.

원리와 생산 성공 연결하기

콤파운드 다이 작동 원리는 동심도, 평면도 및 치수 정확도에서 뛰어난 성능을 제공하지만, 올바르게 구현될 경우에만 가능합니다. 이론적인 이점과 실제 성능 사이의 차이는 다음 요소에 따라 달라집니다:

• 응용 요구사항을 정확한 금형 사양으로 변환
• 실제 동작을 예측하는 시뮬레이션으로 검증된 설계
• 지정된 공차 내에서 정밀 제조된 금형 부품
• 동시 절단 하중을 고려한 적절한 프레스 선정 및 세팅
• 생산 수명 동안 금형 성능을 유지하는 지속적인 유지보수 관행

이러한 요소들이 조화를 이룰 때, 복합 금형은 정밀한 평면 부품 제조를 위해 선호되는 선택이 되는 고품질의 결과를 제공한다. 어느 한 요소라도 미흡하면, 단일 공정에서의 동시 절단이 지닌 이점은 실현되지 않고 이론에 머무르게 된다.

부품이 고장나는 이유는 복합 다이(compound die) 자체가 본질적으로 문제가 있어서가 아니라, 원리와 구현 방식이 맞지 않을 때입니다. 공학적 기본 원리와 실질적인 제조 현실을 모두 이해하는 금형 파트너와 협업하면, 복합 다이 금형은 단순한 서류상의 사양이 아니라 일관된 생산 성능으로 바뀌며, 부품 하나하나, 매 스트로크마다 안정적인 품질을 보장합니다.

복합 다이 작동 원리에 대한 자주 묻는 질문들

1. 복합 다이(compound die)와 연속 다이(progresssive die)의 차이점은 무엇인가요?

복합 다이(compound dies)는 단일 스테이션에서 한 번의 스트로크로 여러 절단 공정(블랭킹 및 피어싱)을 동시에 수행하여 동심도가 우수한 완제품 부품을 생산합니다. 프로그레시브 다이(progressive dies)는 재료를 여러 스테이션을 순차적으로 이동시키며 각 스테이션에서 하나의 공정을 수행합니다. 프로그레시브 다이는 벤딩 및 성형이 포함된 복잡한 부품을 처리할 수 있지만, 복합 다이는 모든 절단이 동일한 기준점에서 즉시 이루어지기 때문에 특징 간의 엄격한 허용오차를 요구하는 평면 부품에 더 뛰어납니다.

2. 조합 다이(combination die)와 복합 다이(compound die)의 차이는 무엇인가요?

복합 다이(compound dies)는 블랭킹 및 피어싱과 같이 동시에 수행되는 절단 공정에만 제한됩니다. 반면 조합 다이(combination dies)는 동일한 스트로크 내에서 절단 및 성형 공정(예: 벤딩 또는 드로잉)을 모두 수행할 수 있습니다. 부품이 평면 절단 이상의 형상 변화를 필요로 한다면, 복합 다이 대신 조합 다이 또는 다른 금형 방식이 필요합니다.

3. 복합 다이 성형의 주요 장점은 무엇인가요?

복합 다이 스탬핑은 세 가지 주요 장점을 제공합니다: 내부 및 외부 형상 간의 우수한 동심도(일반적으로 TIR 기준 0.002인치 이하), 절단 시 노크아웃 압력으로 인한 뛰어난 부품 평탄도, 그리고 높은 치수 정확도(±0.001~±0.003인치). 이러한 이점들은 공정 사이에서의 재료 이동을 없앰으로써 발생되며, 모든 형상들이 단일 스트로크에서 동일한 기준점으로부터 절단되기 때문에 가능합니다.

4. 복합 다이 제조에 가장 적합한 부품 유형은 무엇입니까?

복합 다이는 블랭킹과 피어싱만 필요한 평면 부품에 이상적이며, 와셔, 개스킷, 전기 라미네이션, 셈(shim), 정밀 평면 부품 등이 포함됩니다. 구멍과 외곽 엣지 사이의 높은 동심도, 엄격한 평탄도 사양, 중간 수준의 생산량(10,000~100,000개)이 요구되는 부품일수록 이 방식의 금형 공법에서 가장 큰 이점을 얻을 수 있습니다.

5. 복합 다이 공정의 프레스 톤수는 어떻게 계산합니까?

합성 다이의 톤수를 계산하려면 전체 절단 둘레(외부 블랭크 및 모든 피어싱 둘레 포함)에 재료 두께와 전단 강도를 곱한 후 2000으로 나누십시오. 모든 절단력이 동시에 발생하므로 프레스는 한 번의 스트로크에서 복합 하중을 처리해야 합니다. 스트리핑력에 대비해 5-10%를 추가하십시오. 이는 힘이 여러 공정 위치에 분산되는 프로그레시브 다이와는 다릅니다.