딥 드로우 다이 설계가 정밀 제조에 의미하는 바

깊이 대 지름 비율이 뛰어난 원통형 컵, 산소 탱크 또는 자동차 부품을 원활하게 생산해야 하는 과제를 맡았다면, 딥 드로우 다이 설계는 가장 중요한 성공 요소가 됩니다. 금속을 절단하거나 굽는 일반적인 스탬핑과 달리, 딥 드로잉 공정은 평판 금속 시트를 제어된 소성 흐름을 통해 중공의 3차원 형상으로 변형시킵니다. 지정하는 다이 형상은 재료가 형태 안으로 매끄럽게 압축되는지, 아니면 과도한 응력으로 인해 파열되는지를 결정합니다.

현대 제조업에서의 딥 드로우 다이 설계 정의하기

정확히 딥 드로잉이란 무엇입니까? 이는 펀치가 평판 블랭크를 다이 캐비티를 통해 강제로 밀어 넣어 부품의 지름을 초과하는 깊이를 생성하는 금속 성형 공정입니다. 다음에 따르면 제작자 , 가장 큰 오해 중 하나는 금속이 성형 과정에서 늘어난다는 것이다. 실제로, 정확하게 수행된 딥 드로잉 공정은 거의 늘어나지 않는다. 오히려 압축력이 펀치를 향해 재료를 내부로 밀어넣으면서 소성 흐름(plastic flow)에 의해 금속이 두꺼워진다.

이러한 차이는 다이 설계 접근 방식에 중요하다. 여러분은 금속의 늘어남을 제어하는 도구가 아니라, 압축과 흐름을 제어하는 공구를 설계하고 있는 것이다. 모든 곡률 반경, 간격, 표면 마감 사양이 평면 블랭크가 목표 형상으로 어떻게 효과적으로 전환되는지를 결정한다.

다이 설계가 부품 품질을 결정하는 이유

다이 형상은 다음의 세 가지 중요한 결과를 직접적으로 제어한다:

• 재료 흐름 패턴 - 펀치 및 다이 곡률 반경은 금속이 압축되는 위치와 늘어나는 위치를 결정함
• 부품 형상 정확도 - 간격 및 드래프트 각도는 치수 일관성을 결정함
• 생산 효율성 - 적절한 설계는 드로잉 공정 단계를 최소화하고 비용이 많이 드는 재작업을 방지함

펀치 위치와 블랭크 가장자리 사이의 관계는 특히 중요합니다. 압축 상태의 금속은 흐름을 저항합니다. 드로우 펀치가 블랭크 가장자리에서 너무 멀리 떨어져 있으면 압축 영역이 지나치게 커지고, 흐름 저항이 인장 강도를 초과하게 되며, 이로 인해 펀치 코 근처에서 파열이 발생합니다.

드로잉 비율 - 즉, 블랭크 지름과 펀치 지름 간의 비율 - 은 딥 드로잉 성공을 좌우하는 기본 원리입니다. 재료의 한계 드로잉 비율을 초과하면 윤활제 양이나 프레스 압력 조정을 아무리 해도 실패를 막을 수 없습니다.

이 기술 참조 자료는 성공적인 다이 설계를 위해 필요한 구체적인 파라미터, 공식 및 문제 해결 방법을 제공합니다. 신제품 개발을 위한 딥 드로잉 아이디어를 탐색하든 기존 금형을 최적화하든, 입증된 공학 원리에 기반한 실행 가능한 지침을 찾을 수 있습니다. 다음 섹션에서는 재료별 드로우 비율 한계, 블랭크 크기 계산, 반경 사양, 다단계 설계 계획 및 결함 해결 전략을 다루며, 이를 통해 이론적인 개념에서 양산 가능한 금형 설계로 전환할 수 있습니다.

재료별 드로우 비율 한계 및 감소율

딥 드로잉 공정의 성패는 드로우 비율에 달려 있다는 것을 이미 알고 계실 것입니다. 하지만 스틸 소재의 딥 드로잉, 알루미늄 딥 드로잉 또는 스테인리스 스틸 딥 드로잉의 경우 각각 어떤 구체적인 한계값이 적용될까요? 정확한 수치적 파라미터 없이는 추측만 할 수밖에 없습니다. 본 섹션에서는 스테이징 요구사항을 계산하고 재료 파손을 방지하기 위해 필요한 정확한 값을 제공합니다.

재료 유형별 최대 드로우 비율

제한 드로우 비율(LDR) 공식은 간단합니다:

LDR = D / d (여기서 D는 블랭크 지름, d는 펀치 지름(컵 내경))

이 비율은 특정 펀치 크기로 성공적으로 성형할 수 있는 블랭크의 크기를 나타냅니다. 다음에 따르면 Toledo Metal Spinning 이 공식은 필요한 드로우 횟수를 결정하는 출발점 역할을 합니다. 그러나 중요한 점은 LDR 값이 재료에 따라 크게 달라진다는 것입니다.

판금의 스탬핑 공정에서 이러한 한계를 초과하면 원주 방향 압축 응력이 재료가 견딜 수 있는 수준을 넘어서게 됩니다. Macrodyne Press 가 설명하듯이, 딥 드로잉 과정에서 감소량이 재료의 한계를 초과하면 블랭크가 펀치 끝부분 근처에서 늘어나거나 찢어지게 됩니다. 유동 저항이 인장 강도를 압도하기 때문입니다.

재료별 특성에 대해 알아야 할 사항은 다음과 같습니다:

재료 유형	첫 번째 드로우 비율 한도	후속 드로우 감소 백분율	권장 어니일링 임계값
저탄소강(딥 드로잉 강판)	2.0 - 2.2	25% - 30%	누적 감소량 40% 이후
스테인리스 스틸(304/316)	1.8 - 2.0	20% - 25%	누적 감소율 30% 후
알루미늄 합금 (1100, 3003)	1.9 - 2.1	20% - 25%	누적 감소율 35% 후
구리 합금 (C11000, C26000)	2.0 - 2.3	25% - 30%	누적 감소율 45% 후

스테인리스강의 딥드로잉은 가장 까다로운 조건을 요구한다는 점에 유의해야 합니다. 가공 경화 특성으로 인해 탄소강이나 구리에 비해 최초 드로잉 비율이 낮고 더 빨리 어닐링이 필요합니다.

다단계 공정을 위한 감소율 계산

총 감소량 요구치가 단일 드로잉으로 달성 가능한 범위를 초과하는 경우, 여러 단계가 필요합니다. 이 계산 과정은 분할, 주름, 표면 결함을 방지하기 위해 반드시 따라야 하는 체계적인 방법으로, The Fabricator는 이를 필수적이라고 설명합니다.

감소율을 계산하는 방법은 다음과 같습니다:

감소율 % = (1 - Dc/Db) × 100

여기서 Dc는 컵 지름, Db는 블랭크 지름입니다.

예를 들어 10.58인치 블랭크로부터 4인치 지름의 컵을 제작한다고 가정해 보겠습니다. 계산 결과 약 62%의 총 감소가 필요하지만, 대부분의 재료에서 1차 성형 시 최대 감소율이 일반적으로 50%로 제한되기 때문에 다단계 공정이 필요합니다.

다음 실용적인 예를 고려해 보세요 Macrodyne Press :

1. 1차 성형 - 50% 감소 적용 (LDR 2.0), 10.58인치 블랭크를 5.29인치 중간 지름으로 줄임
2. 2차 성형 - 최대 30% 감소 적용 (LDR 1.5), 3.70인치 지름 달성
3. 3차 성형 - 필요할 경우 최종 치수에 대해 20% 감소(1차 드로잉 비율 1.25)를 적용하십시오.

목표 직경인 4인치가 2차 드로잉 능력과 블랭크 크기 사이에 위치하므로, 두 단계로 성공적으로 가공이 완료됩니다.

재료 두께가 이러한 비율에 미치는 영향

일반적으로 더 두꺼운 재료는 좌굴 저항성이 뛰어나기 때문에 약간 더 높은 드로잉 비율을 허용합니다. 그러나 동시에 더 큰 블랭크 홀더 힘과 더욱 견고한 공구가 필요하게 됩니다. 얇은 게이지의 딥드로잉 강판은 출판된 범위의 하단에 해당하는 LDR 값만 달성할 수 있습니다.

기억해야 할 핵심 원칙은 다음과 같습니다: 최종 제품에 필요한 모든 표면적은 1차 드로잉 시점에서 존재해야 합니다. The Fabricator가 강조하듯이, 초기 드로잉 공정 이후에는 표면적이 일정하게 유지됩니다. 즉, 후속 공정에서는 새로운 재료를 생성하는 것이 아니라 기존 재료를 재분배하는 것입니다.

이와 같은 드로잉 비율 한계를 설정한 후에는 목표 형상에 충분한 재료가 있는지 확인하기 위해 정확한 블랭크 크기 계산이 다음으로 필요합니다.

블랭크 크기 계산 방법 및 공식

드로우 비율의 한계를 알고 계시고, 감소율도 이해하고 계십니다. 하지만 목표하는 컵이나 쉘을 제작하기 위해 필요한 정확한 블랭크 지름을 어떻게 결정할 수 있을까요? 블랭크 크기를 작게 잡으면 소재가 부족해지고, 너무 크게 잡으면 소재를 낭비하게 되며 트리밍 시 불필요한 플랜지를 만들어 복잡성을 증가시킵니다. 딥 드로잉 공정은 첫 번째 단계부터 정밀함을 요구합니다.

블랭크 크기 계산을 지배하는 기본 원리는 부피 일정 원칙입니다. SMLease Design 이 설명하듯이, 블랭크의 표면적은 완성된 부품의 표면적과 동일해야 합니다. 성형 과정에서 금속이 사라지거나 새로 생성되는 것은 아닙니다. 단지 평면 원판 형태에서 3차원 형상으로 재분배될 뿐입니다.

블랭크 개발을 위한 표면적 방법

원통형 컵의 경우, 가장 일반적인 딥 드로잉 판금 부품으로, 수학적 접근 방식이 간결하다. 기본적으로 평평한 원형 블랭크의 면적과 성형된 컵의 밑면 및 측벽 면적을 서로 동일하게 하는 것이다.

반지름 Rf와 높이 Hf를 가진 단순한 원통형 컵을 생각해보자. 블랭크 반지름 Rb는 다음 기본 방정식을 사용하여 계산할 수 있다.

Rb = √[Rf × (Rf + 2Hf)]

이 공식은 블랭크 면적(πRb²)을 컵 면적(πRf² + 2πRfHf)과 같게 설정함으로써 유도된다. Rb에 대해 이 식을 풀면 위에서 보여준 관계를 얻게 된다.

실제 예제를 통해 살펴보자. 지름 50mm, 깊이 60mm인 컵을 제작해야 한다고 가정하자. 딥 드로잉 금형 계산 과정에 따라:

• 컵 반지름 (Rf) = 25mm
• 컵 높이 (Hf) = 60mm
• 블랭크 반지름 = √[25 × (25 + 120)] = √[25 × 145] = √3625 = 60.2mm
• 블랭크 지름 = 60.2 × 2 = 120.4mm

이 계산은 이론적인 최소 블랭크 크기를 제공합니다. 실제로는 트리밍을 위한 여유분과 박판화 효과를 보상하기 위한 추가 재료가 필요합니다.

트림 여유 및 재료 박판화 고려

현장에서의 딥 드로잉 제조 공정 요건은 이론적 최소치를 넘어서야 합니다. 깨끗한 트리밍을 위한 설계된 스크랩과 성형 중 벽 두께 변화에 대한 보상이 필요합니다.

양산 가능한 블랭크 치수를 얻기 위해 다음 순차적 단계를 따르세요:

1. 완성 부품의 표면적 계산 - 특정 형상에 맞는 기하학 공식을 사용하세요. 원통의 경우: πd²/4 + πdh. 복잡한 형상의 경우 CAD 소프트웨어를 통해 정확한 표면적 측정이 가능합니다.
2. 트림 여유 추가 - 업계 관행상 계산 전 컵 높이에 금속 두께의 두 배를 더하는 것이 좋습니다. 0.010인치 두께의 재료로 4인치 높이의 컵을 성형하는 경우, 계산에 사용할 높이는 4.020인치가 됩니다.
3. 재료의 두께 감소를 고려하세요 - 컵 측벽에서 일반적으로 10-15%의 벽 두께 감소가 발생합니다. 일부 전문가들은 계산된 블랭크 면적에 3-5%를 추가하여 두께 감소를 보정합니다.
4. 최종 블랭크 지름을 결정하세요 - 보정된 치수를 사용하여 표면적 공식을 적용한 후, 실용적인 절단 크기로 올림합니다.

에 따르면 제작자 , 금속 두께의 두 배를 여유량으로 추가하는 것은 성형 후 깔끔한 최종 치수를 보장하는 좋은 방법입니다.

간이 공식이 부족할 때

위의 방정식은 단순한 원통형 컵에는 매우 잘 작동합니다. 그러나 지름이 단계형이거나 플랜지가 있는 부품, 불규칙한 단면의 경우는 어떠한가요? 복잡한 형상은 다른 접근 방식이 필요합니다.

다음과 같은 경우에는 CAD 기반의 표면적 계산으로 전환하는 것이 좋습니다:

• 귀하의 부품은 여러 개의 지름 변화나 테이퍼 구간을 포함하고 있습니다
• 모서리 반경은 표면적에 상당한 영향을 미칩니다(단순한 공식은 펀치 끝부분 반경을 무시함)
• 비축대칭 형상은 원형 블랭크 대신 전개된 블랭크 패턴을 필요로 합니다
• 엄격한 공차는 경험 기반 조정 방식 이상의 정밀도를 요구합니다

사각형 또는 불규칙한 딥드로잉 부품의 경우, 블랭크 형상 자체가 원형이 아닐 수 있습니다. 이러한 전개 블랭크는 최적의 초기 형상을 결정하기 위해 CAD 분석 또는 유한요소 해석이 필요합니다. 압연 방향으로 인한 재료의 이방성도 비원형 부품의 블랭크 형상 최적화에 영향을 미칩니다

블랭크 크기 계산 및 재료 선정 후 다음 중요한 설계 변수는 성형 중 금속 흐름의 매끄러움을 제어하는 펀치 및 다이 반경 사양입니다

최적의 재료 흐름을 위한 펀치 및 다이 반경 사양

귀하는 블랭크 크기를 계산했으며 드로우 비율을 알고 있습니다. 이제 딥 드로잉 금속 성형 공정의 성패를 좌우할 수 있는 요소가 등장합니다: 공구 반경입니다. 펀치 코 반경과 다이 입구 반경은 플랜지에서 사이드월로 전환되는 과정에서 금속이 얼마나 급격히 굴곡되는지를 결정합니다. 이 사양을 잘못 설정하면 응력 집중으로 인한 파열이나 재료 제어 부족으로 인한 주름 발생에 직면하게 됩니다.

핵심 원리는 다음과 같습니다: 날카로운 모서리를 따라 흐르는 금속은 연성 한계를 초과하는 국부적인 변형을 경험하게 됩니다. 반대로 너무 큰 반경은 재료를 적절히 유도하지 못해 압축 좌굴을 허용하게 됩니다. 귀하의 임무는 각각의 재료와 두께 조합에 대해 최적의 지점을 찾아내는 것입니다.

재료별 펀치 코 반경 가이드라인

펀치 코너 반경은 성형된 제품에서 가장 취약한 위치의 응력 분포를 결정합니다. 다음에 따르면 딥 드로잉 공정을 위한 위키백과의 DFM 분석 , 펀치 코너는 판 두께의 4~10배가 되어야 합니다. 금속 흐름이 이 영역에서 크게 감소하기 때문에 펀치 코너 근처에서 두께 감소가 가장 심해집니다. 너무 날카로운 코너는 펀치 베이스 근처에 균열을 유발합니다.

왜 이 위치가 그렇게 중요한가요? 드로잉 성형 중 재료는 축방향으로 펀치 끝을 따라 늘어나는 동시에 원주 방향으로 압축됩니다. 이 이축 응력 상태는 곡률 전이부에 집중됩니다. 곡률 반경이 부족하면 응력이 집중되어 드로잉 완료 전에 파열이 시작됩니다.

다음과 같은 다양한 곡률 반경 값 적용 시 발생하는 현상을 고려해 보세요:

• 너무 작을 때 (4t 미만) - 변형이 심하게 국소화되어 스테인리스강과 같은 가공 경화성 재료에서 특히 펀치 끝 부분에 파열이 발생함
• 최적 범위 (4~10t) - 응력이 더 넓은 구역에 분포되어 제어된 정도의 두께 감소가 가능하며 파손 없이 성형이 가능함
• 너무 클 때 (10t 초과) - 제약이 부족하여 바닥이 돔 형태로 부풀거나 주름이 생기고, 사이드월 형상 정의가 명확하지 않아짐

고강도 소재를 사용하는 딥 드로잉 금속 응용의 경우, 이 범위의 보다 큰 쪽을 향하는 것이 좋습니다. 알루미늄 및 구리와 같은 더 부드러운 소재는 4t에 가까운 곡률 반경을 허용할 수 있습니다.

다이 엔트리 반경 사양 및 그 영향

다이 코너 반경은 금속이 수평 플랜지 영역에서 수직 다이 캐비티로 전환되는 방식을 제어합니다. 이 지점에서 압축 응력이 인장 벽 응력으로 전환됩니다. 위키백과의 딥 드로잉 참조 에 따르면, 다이 코너 반경은 일반적으로 시트 두께의 5~10배가 되어야 합니다. 이 반경이 너무 작으면 플랜지 근처에 주름이 더 두드러지게 발생하고, 금속 흐름의 급격한 방향 전환으로 인해 균열이 발생합니다.

다이 반경은 펀치 반경과는 다른 과제를 제시합니다. 여기서 금속은 블랭크 홀더 압력에 의해 압축된 상태에서 외부 코너를 따라 굽어집니다. 충분하지 않은 반경은 다음을 초래합니다.

• 과도한 마찰 및 열 발생
• 표면 긁힘 및 갈링
• 반경 전환 지점에서의 국부적인 파열
• 드로잉 힘 요구 조건 증가

그러나 다이 반경이 과도할 경우 블랭크 홀더와의 유효 접촉 면적이 감소하여 플랜지 영역에서 재료가 일찍 방출되며 주름 발생을 유도한다.

재료 두께별 반경 사양

다음 표는 일반적인 재료 두께 범위에 걸친 딥 드로잉 성형 공정에 대한 구체적인 권장 사항을 제공한다:

재료 두께 범위	권장 펀치 반경	권장 다이 반경	조정 참고사항
0.010" - 0.030" (0.25-0.76mm)	두께의 6~10배	두께의 8~10배	얇은 게이지는 찢어짐을 방지하기 위해 더 큰 곡률 반경 배수를 필요로 합니다
0.030" - 0.060" (0.76-1.52mm)	두께의 5-8배	두께의 6~10배	대부분의 응용 분야에서 표준 범위
0.060" - 0.125" (1.52-3.18mm)	두께의 4-6배	두께의 5-8배	두꺼운 재료는 더 작은 배수를 견딜 수 있음
0.125" - 0.250" (3.18-6.35mm)	두께의 4-5배	두께의 5-6배	두꺼운 게이지; 깊은 부품의 경우 여러 번 드로잉하는 것을 고려하십시오

재료의 종류도 이러한 사양에 영향을 미칩니다. 스테인리스강은 가공 경화 특성으로 인해 일반적으로 각 범위의 상한선 근처에서 라운딩 반경을 필요로 합니다. 반면 연질 알루미늄과 구리는 범위의 하한선 근처 값을 사용할 수 있습니다.

다이 간극과 재료 두께의 관계

라운딩 반경 외에도 펀치와 다이 사이의 간극은 재료 흐름에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 위키백과의 설계를 고려한 제조(DFM) 지침에 따르면, 다이 캐비티 상단부에 금속이 집중되는 것을 방지하기 위해 간극은 금속 두께보다 커야 합니다. 그러나 간극이 너무 크면 금속 흐름이 무제한이 되어 벽면 주름 현상이 발생할 수 있으므로 적절한 제한이 필요합니다.

드로우 성형 시 실용적인 간극 지침:

간극 = 재료 두께 + (재료 두께의 10% ~ 20%)

두께 0.040인치 재료의 경우, 간극은 0.044인치에서 0.048인치 사이가 되어야 합니다. 이는 측벽이 자연스럽게 두꺼워지는 것을 감안하여 충분한 공간을 제공하면서도 좌굴을 방지하기 위해 충분한 제약을 유지합니다.

일부 공정은 측벽 두께를 더 균일하게 만들고 표면 품질을 향상시키기 위해 의도적으로 여유를 줄여 측벽을 '압연(ironing)'합니다. 허드슨 테크놀로지스(Hudson Technologies)가 설명하듯, 툴링은 재료의 자연스러운 경향 이상으로 측벽을 더 얇게 또는 압연하도록 의도적으로 설계될 수 있으며, 이는 치수 안정성을 높이고 외관상 더 매끄러운 케이스를 만들어냅니다.

비원통형 부품의 모서리 반경 고려사항

직사각형 및 정사각형 딥드로우 부품은 추가적인 복잡성을 수반합니다. 내부 모서리 반경이 가장 중요한 설계 파라미터가 됩니다. 허드슨 테크놀로지스 일반적인 규칙은 재료 두께의 두 배가 달성 가능한 최소 모서리 반경이라는 것입니다. 더 큰 모서리 반경은 바람직하며 필요한 드로우 횟수를 줄일 수 있습니다.

모서리 반경을 추가 드로우 공정을 통해 더 작게 만들 수 있는 예외도 가능하지만, 주의가 필요합니다. 모서리 반경의 한계를 밀어붙일 경우 재료의 과도한 감소와 인접 측벽의 휨(bow)이 발생할 수 있습니다.

비원형 부품의 경우 다음 지침을 고려하십시오:

• 최소 내부 코너 반경 = 재료 두께의 2배 (절대 최소값)
• 권장 내부 코너 반경 = 재료 두께의 3~4배 (성형 공정 단계 감소)
• 하단 코너 반경 = 펀치 반경 가이드라인을 따를 것 (두께의 4~10배)

후속 성형 공정을 위한 반경 수정

제품에 다중 성형 공정이 필요한 경우, 공정 간 반경 사양이 변경됩니다. 1차 성형 공구는 일반적으로 소재의 경화를 최소화하고 원활한 소재 흐름을 보장하기 위해 보다 넉넉한 반경을 사용합니다. 이후 재성형 공정에서는 제품이 최종 치수에 근접함에 따라 점차 더 작은 반경을 적용할 수 있습니다.

일반적인 진행 방식:

• 1차 성형 - 다이 반경: 두께의 8~10배; 펀치 반경: 두께의 6~8배
• 2차 성형 - 다이 반경은 두께의 6-8배; 펀치 반경은 두께의 5-6배
• 최종 드로잉 - 다이 반경은 두께의 5-6배; 펀치 반경은 두께의 4-5배

드로잉 사이에 어닐링 공정이 수행되는 경우, 가공 경화가 제거되었으므로 더 공격적인 반경으로 재설정할 수 있습니다. 중간 어닐링 없이 진행할 경우, 후속 드로잉 공정은 점점 더 경화된 소재에서 이루어지므로 균열을 방지하기 위해 보수적인 반경이 필요합니다.

다이 및 펀치 반경과 간격이 지정된 후에는 다음으로 부품 제작에 실제로 몇 단계의 드로잉 공정이 필요한지 계획하고, 각 공정에서의 감소율을 순차적으로 배치하는 것이 중요합니다.

다단계 드로잉 공정 및 감소율 순서 계획

여러분은 드로우 비율을 결정하고, 블랭크 크기를 계산하며, 공구 반경도 지정했습니다. 이제 성공적인 딥드로우 스탬핑 프로젝트와 비용이 많이 드는 실패를 가르는 중요한 질문이 남아 있습니다: 귀하의 부품은 실제로 몇 단계의 드로우 공정이 필요할까? 너무 적게 예상하면 소재가 찢어지고, 너무 많게 예상하면 공구 투자비와 사이클 타임을 낭비하게 됩니다.

해답은 체계적인 감소량 계획에 있습니다. 제조 기술 라이브러리 에서 설명하듯이, 감소율이 50%를 초과하면 재드로잉 공정을 계획해야 합니다. 그러나 이것이 시작점일 뿐입니다. 소재 특성, 부품 형상 및 생산 요구사항은 모두 공정 배치 결정에 영향을 미칩니다.

필요한 드로우 공정 단계 계산하기

깊이 대 직경 비율은 공정 복잡성의 첫 번째 지표를 제공합니다. 비율이 0.5 미만인 얕은 부품은 일반적으로 단일 드로우로 성형됩니다. 그러나 깊이 대 직경 비율이 2.0을 초과하는 깊은 원통형 쉘, 배터리 케이스 또는 압력 용기를 제작할 때는 어떻게 될까요?

스테이징 요구 사항을 결정하기 위해 다음의 체계적인 접근 방법을 따르십시오:

1. 필요한 총 감소량을 결정하십시오 - 다음 공식을 사용하여 블랭크 직경에서 최종 부품 직경까지의 감소율을 계산하십시오: 감소율 % = (1 - Dp/Db) × 100. 예를 들어, 10인치 블랭크에서 4인치 직경 컵을 성형하는 경우 총 감소량은 60%입니다.
2. 각 단계별 소재 특성에 맞는 감소 제한을 적용하십시오 - 소재의 1차 드로잉 한계를 참조하십시오(일반적으로 강철은 45-50%, 스테인리스는 40-45%). 후속 드로잉에서는 점진적으로 더 작은 감소율이 가능합니다: 2차 드로잉은 25-30%, 3차 드로잉은 15-20%입니다.
3. 필요 시 중간에 열처리를 계획하십시오 - 누적 감소량이 소재의 가공경화 임계치를 초과하는 경우(합금에 따라 30-45%), 연성을 회복하기 위해 각 단계 사이에 스트레스 완화 열처리를 계획하십시오.
4. 진행형 다이 스테이션을 설계하십시오 - 각 감소 단계를 특정 다이 스테이션에 대응시키고, 소재 취급, 윤활 요구 사항, 품질 검사 지점을 고려하십시오.

실용적인 딥 드로잉 공정의 예를 고려해 보겠습니다: 0.040인치 두께의 저탄소강을 사용하여 지름 3인치, 깊이 6인치의 컵을 만들어야 합니다. 이 경우 깊이 대 지름 비율은 2.0으로, 단일 드로잉 공정으로는 훨씬 초과하는 수치입니다. 완성된 치수에서 거꾸로 계산하면 각각 48%, 28%, 18%의 감소율을 갖는 세 단계의 공정을 계획할 수 있습니다.

진행형 공정에 걸친 감소율 계획

공정 단계 수를 결정한 후에는 감소율의 순차적 배치가 매우 중요해집니다. 첫 번째 드로잉이 가장 큰 변형을 담당하며, 이후 드로잉 공정에서는 형상을 정밀하게 다듬고 최종 치수를 달성합니다.

성공적인 딥 드로잉 제조 공정에서 각 단계별로 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다:

• 1차 성형 - 완성품 부품에 필요한 모든 표면적을 확보합니다. 여기서 최대 감소율(일반적으로 45~50%)이 발생합니다. 가공 경화를 최소화하기 위해 도구 반경이 가장 여유 있게 설정됩니다.
• 두 번째 드로잉 (리드로우) - 직경을 25-30% 줄이면서 깊이를 증가시킵니다. 첫 번째 공정에서 재료가 가공 경화되었기 때문에 직경 감소율이 더 작음에도 불구하고 성형력은 증가합니다.
• 세 번째 및 이후의 드로잉 - 각 단계에서 직경을 추가로 15-20%씩 감소시킵니다. 누적 변형 정도에 따라 어닐링이 필요한지 여부를 평가하십시오.

에 따르면 제조 기술 라이브러리 , 중간 형상을 설계할 때, 블랭크, 중간 제품 및 최종 드로잉 제품의 표면적이 동일하도록 설정해야 합니다. 이 부피 일정 원칙은 새로운 표면적을 생성하려는 것이 아니라 기존 재료를 재분배하고 있음을 보장합니다.

아이닝(Ironing) 공정이 포함될 경우

어떤 깊은 드로잉 제조 요구사항에서는 표준 드로잉으로 얻을 수 있는 두께보다 더 얇은 벽 두께가 필요할 수 있습니다. 바로 이때 아이닝 공정이 사용됩니다. 표준 딥드로잉에서는 재료가 내부로 압축되면서 자연스럽게 측벽이 약간 두꺼워지지만, 아이닝은 펀치와 다이 사이의 간격을 고의로 줄여 측벽을 얇게 만드는 방식으로 이를 반전시킵니다.

다음과 같은 경우 아이닝 공정 도입을 고려하십시오:

• 응용 분야에서 벽 두께의 균일성은 매우 중요합니다
• 기존 블랭크 두께보다 얇은 벽 두께가 필요합니다
• 표면 마감 요구 조건이 아이어닝(ironing) 공정이 제공하는 버니싱 효과를 필요로 합니다
• 생산 런(runs) 전반에 걸친 치수 일관성이 가장 중요합니다

아이어닝은 일반적으로 최종 드로잉 단계에서 또는 드로잉 후 별도의 공정으로 수행됩니다. 이 공정은 치수 안정성을 향상시키고 더욱 미적으로 우수한 표면을 만들어 내지만, 추가적인 금형 투자와 정밀한 힘 계산이 필요합니다

프로그레시브 다이 대 트랜스퍼 다이 구성

스테이징 계획은 프레스 구성과 일치해야 합니다. 다단계 딥 드로잉 스탬핑의 경우 두 가지 주요 옵션이 있습니다: 프로그레시브 다이와 트랜스퍼 다이입니다. 각각은 부품 형상과 생산량에 따라 고유의 장점을 제공합니다

다이메틱(Die-Matic)에 따르면, 프로그레시브 다이 스탬핑은 여러 공정 단위를 통해 동시에 작업이 이루어지는 연속 금속 스트립을 사용합니다. 이 방식은 단순한 형상을 가진 대량 생산품 제조에 적합합니다. 스트립이 부품의 위치를 자동으로 유지하므로 취급의 복잡성이 줄어듭니다.

반면 트랜스퍼 다이 스탬핑은 기계적 또는 유압식 트랜스퍼 시스템을 사용해 개별 블랭크를 각 단위 사이로 이동시킵니다. 다이메틱(Die-Matic)이 설명하듯이, 이 방법은 다수의 성형 공정이나 심판(딥 드로잉)이 필요한 복잡한 부품 제작에 가장 적합합니다. 정지-운동 방식(stop-and-go)은 각 단계에서 재료 흐름을 정밀하게 제어할 수 있게 해줍니다.

구성	가장 좋은	제한 사항	전형적 응용
진보적 다이	대량 생산, 단순 형상, 얇은 소재	드로잉 깊이 제한, 스트립 폭 제약	전자 부품, 소형 하우징, 얕은 컵
트랜스퍼 다이(Transfer Die)	복잡한 부품, 심판(딥 드로잉), 엄격한 공차	느린 사이클 시간, 높은 금형 복잡성	자동차 패널, 압력 용기, 깊은 원통형 쉘

깊이 대 지름 비율이 1.0을 초과하는 깊은 드로잉의 경우, 일반적으로 트랜스퍼 다이 구성이 더 나은 결과를 제공한다. 각 공정 위치에서 블랭크를 정확하게 재배치할 수 있는 능력은 다단계 가공에 필수적인 제어된 재료 흐름을 가능하게 한다. 프로그레시브 다이는 첫 번째 드로잉 공정에서 대부분의 요구 깊이를 달성하고 이후 공정들에서 트리밍, 피어싱 또는 소규모 성형 작업을 수행할 때 효과적으로 작동한다.

스테이징 계획과 다이 구성을 결정한 후 다음 중요한 요소는 주름을 방지하면서도 찢김을 유발할 수 있는 과도한 마찰을 피하기 위한 블랭크 홀더 힘을 산정하는 것이다.

블랭크 홀더 힘 요구사항 및 압력 제어

드로잉 단계를 계획하고 다이 구성을 선택하셨습니다. 이제 정밀한 조정이 요구되는 파라미터가 남았습니다: 블랭크 홀더 힘입니다. 압력을 너무 낮게 설정하면 압축 응력으로 인해 플랜지가 주름져요. 반대로 압력을 과도하게 가하면 마찰로 인해 소재 이동이 방해되어 팬치 끝부분 근처에서 파트가 찢어질 수 있습니다. 적절한 균형을 찾으려면 관련 물리 원리와 제어 가능한 변수들을 이해해야 합니다.

블랭크 홀더는 하나의 주요 기능을 수행합니다: 다이 캐비티로의 통제된 소재 유입을 허용하면서 플랜지 영역을 고정하는 것입니다. FACTON의 딥 드로잉 비용 모델 에 따르면, 블랭크 홀더 영역은 주름을 방지하기 위해 딥 드로잉 중 유지되어야 하는 소재 부분을 의미합니다. 이 영역에 가해지는 압력과 마찰이 결합되어 금속이 성형 공정으로 유입되는 속도를 조절하는 저항을 형성합니다.

블랭크 홀더 압력 공식 및 변수

적절한 블랭크 홀더 힘을 계산하는 것은 추측이 아니다. 압력, 재료 특성 및 형상 간의 관계는 확립된 원칙을 따른다. 다음은 기본적인 접근 방식이다.

블랭크 홀더 힘 = 블랭크 홀더 면적 × 블랭크 홀더 압력

간단해 보이는가? 복잡성은 올바른 압력 값을 결정하는 데 있다. 요구되는 블랭크 홀더 압력에는 여러 요인이 영향을 미친다.

• 소재 강도 - 인장 강도가 높은 재료일수록 유동을 제어하기 위해 더 큰 고정력을 필요로 한다. FACTON이 지적하듯, 인장 강도는 블랭크 홀더 압력 계산에 직접적으로 반영된다.
• 블랭크 지름 - 더 큰 블랭크는 플랜지 영역에서 더 큰 압축력을 발생시키며, 이에 비례하여 더 높은 구속력이 요구된다.
• 드로우 뎁이 - 깊게 드로잉할수록 더 긴 스트로크 동안 일정한 압력이 유지되어야 하므로 힘의 크기와 시스템 설계 모두에 영향을 준다.
• 마찰 계수 - 윤활제의 품질은 가해진 힘이 열 발생보다는 재료 구속력으로 얼마나 전달되는지를 직접적으로 좌우한다.
• 드로잉 비율 - 더 높은 비율은 플랜지에 더 많은 압축 응력을 집중시키므로, 클램핑 압력을 증가시켜야 합니다.

재료 고정기 압력 설정의 일반적인 시작 공식은 연강의 경우 0.5에서 1.5MPa 범위이며, 이는 특정 재료와 형상에 따라 조정되어야 합니다. 스테인리스강은 가공 경화 특성으로 인해 일반적으로 높은 압력 범위를 요구합니다. 알루미늄 및 구리 합금은 종종 낮은 압력에서 잘 작동합니다.

재료 고정 면적 자체의 계산은 재료 크기와 다이 형상에 따라 달라집니다. 기본적으로 다이 개구부와 재료 가장자리 사이의 원형 고리(환상 영역)를 계산하는 것입니다. 성형이 진행됨에 따라 이 면적은 줄어들게 되며, 이것이 깊은 성형 공정에서 가변 압력 시스템이 유리한 이유입니다.

주름 방지와 파열 위험의 균형 맞추기

CIRP 아널스(CIRP Annals)에 발표된 연구에 따르면 CIRP 아널스 , 딥 드로잉에서 주로 발생하는 결함 모드는 주름 생성과 파단이며, 이러한 결함은 블랭크 홀딩 포스(BHF)를 적절히 조절함으로써 대부분 제거할 수 있다. 이 결과는 BHF 교정이 왜 매우 중요한 설계 변수인지 강조한다.

여기서 작용하는 물리적 원리는 다음과 같다: 딥 드로잉 금속 스탬핑 중, 플랜지 부위에 원주 방향 압축 응력이 발생하며, 이는 재료가 반경 방향으로 안쪽으로 흐를 때 생긴다. 충분한 저항이 없을 경우 이러한 응력은 플랜지가 위로 굽힘 변형되며 주름을 유발한다. 그러나 지나치게 큰 저항은 재료의 흐름을 완전히 막아 버리고, 펀치 근처의 인장 응력이 재료의 강도를 초과하여 파열을 일으킨다.

연구에 따르면 벽 주름은 이 영역에서 시트가 도구에 의해 지지되지 않기 때문에 특히 어려운 문제이다. 블랭크 홀더 힘 조절을 통한 벽 주름 억제는 플랜지 주름 방지보다 더 어렵다. 즉, 압력 설정은 결함이 가장 많이 발생할 가능성이 높은 위치를 고려해야 한다.

블랭크 홀더 압력이 부정확한 것을 어떻게 알 수 있을까? 다음 진단 지표들을 주의 깊게 살펴보라:

• 주름 형성 패턴 - 플랜지 영역의 원주 방향 버클은 압력이 부족함을 나타내며, 벽 주름은 더 복잡한 유동 제어 문제를 시사한다
• 에지 찢김 - 블랭크 가장자리에서 시작하는 균열은 과도한 압력으로 인한 마찰이 과도함을 나타낸다
• 벽 두께 불균형 - 비대칭적인 감소 패턴은 블랭크 홀더 표면 전체에 걸친 압력 분포의 불균형을 드러낸다
• 표면 스크래치 - 플랜지에 나타나는 갈링 자국은 과도한 압력과 부적절한 윤활이 함께 발생했음을 나타낸다
• 펀치 노즈 파열 - 컵 바닥 근처의 균열은 재료가 인장 응력을 완화할 만큼 자유롭게 흐르지 못함을 시사합니다

주름이 생긴다면, 압력을 급격히 증가시키고 싶은 충동을 느낄 수 있습니다. 그러나 이러한 충동을 억제하세요. 10~15%의 점진적인 조정을 통해 찢어짐이 발생하는 영역으로 지나치게 갈 위험 없이 최적의 압력에 접근할 수 있습니다.

가변 블랭크 홀더 압력 시스템

복잡한 딥 드로잉 금속 부품의 경우, 스트로크 전체에 걸쳐 일정한 압력을 유지하는 것은 종종 부적절합니다. The Fabricator가 설명하듯이, 전자 셰이밍(electronic shimming) 시스템은 딥 드로잉 공정에서 블랭크 및 금속 흐름 제어에 가장 큰 유연성을 제공합니다. 이러한 시스템을 통해 프레스 스트로크 중 어느 시점에서도 성형된 형상의 주변부 어디에서나 블랭크 홀더 압력을 조정할 수 있습니다.

왜 가변 압력이 중요한가요? 드로잉 공정 중에 발생하는 현상을 고려해 보세요.

• 스트로크 시작 시, 전체 블랭크 면적이 주름 방지를 위해 구속되어야 합니다
• 재료가 다이로 유입되면서 플랜지 면적은 점차 감소합니다
• 축소되는 면적에 일정한 힘을 유지하는 것은 유효 압력이 증가한다는 것을 의미합니다
• 이러한 압력의 상승은 드로잉의 중요한 마지막 단계에서 재료의 흐름을 방지할 수 있습니다

가변 압력 시스템은 드로잉 진행에 따라 힘을 감소시켜 최적의 힘이 아닌 최적의 압력을 유지함으로써 이 문제를 해결합니다. The Fabricator에 따르면, 이러한 시스템은 드로잉 공정 중 발생하는 금속 두께 변화에도 보상할 수 있어 블랭크 홀더에 러닝 스팟이 필요하지 않게 만듭니다

다이 쿠션 요구사항 및 질소 스프링 대체 옵션

블랭크 홀더 힘은 어디선가 유래해야 합니다. 심층 드로잉 금속 스탬핑 응용 분야에 각각 고유한 특성을 가진 세 가지 주요 옵션이 존재합니다

프레스 쿠션 전통적인 접근 방식을 나타냅니다. The Fabricator가 지적하듯이, 유압 쿠션은 자동차 후드 및 외부 도어 패널과 같은 스트레치 드로잉 부품에 필요한 막대한 블랭크 홀더 힘을 가할 수 있습니다. 이러한 시스템은 공기 또는 쿠션 핀을 통해 힘을 전달하여 블랭크 홀더 표면 전체에 균일하게 압력을 분포시킵니다.

그러나 프레스 쿠션은 철저한 유지보수가 필요합니다. The Fabricator는 공기 핀이 손상되거나 휘었거나 고르지 않을 경우 바인더 변형이 발생하여 다이 면과 블랭크 홀더 사이의 맞춤이 제대로 이루어지지 않아 금속 성형 조절력 상실로 이어질 수 있다고 경고합니다. 마찬가지로 오목하게 찌그러지거나 더러운 쿠션 표면은 핀 정확도와 무관하게 압력의 균일성을 해칠 수 있습니다.

질소 스프링 다이에 직접 장착되는 독립형 대안을 제공합니다. 이러한 가스 충전 실린더는 스트로크 전반에 걸쳐 일정한 힘을 제공하며 외부 압력 공급원이 필요하지 않습니다. 금속 성형, 코인링 및 유사한 정밀 작업의 경우 질소 스프링은 공기 시스템이 때때로 따라잡지 못하는 재현성을 제공합니다.

질소 스프링의 장점은 다음과 같습니다.

• 다이 구조 내부에 컴팩트하게 설치 가능
• 프레스 쿠션 상태와 무관한 일정한 출력 힘
• 쉬운 교체 및 유지보수
• 생산 런 전반에 걸친 예측 가능한 성능

단점은 무엇입니까? 질소 스프링은 고정된 힘 특성을 제공합니다. 스프링 사양을 변경하지 않고서는 스트로크 중에 압력을 조절할 수 없습니다. 가변 블랭크 홀더 힘 프로파일이 필요한 부품의 경우, 프로그래밍 가능한 제어 기능을 갖춘 프레스 쿠션 시스템이 더 큰 유연성을 제공합니다.

스톡 리프터 실린더 특히 프로그레시브 다이 응용 분야에서 또 다른 선택지를 제공합니다. The Fabricator에 따르면, 이러한 설치 가능한 가스 스프링은 기존 실린더보다 더 큰 측면 추력과 과도한 하중을 흡수할 수 있습니다. 다이 제작을 간소화하기 위해 마운팅 스톡 레일용으로 미리 탭 처리된 구멍이 함께 제공됩니다.

압력 시스템을 선택할 때는 요구 사항에 맞춰 적절한 복잡성을 고려해야 합니다. 단순한 질소 스프링으로도 충분한 경우 비싼 전자식 셈 시스템에 투자하지 마십시오. 반대로, 복잡한 형상을 성형하는 데 필요한 힘의 용량과 정밀한 제어 기능이 부족한 기본 우레탄 압력 시스템으로 성공적인 드로잉을 기대해서는 안 됩니다.

블랭크 홀더 힘이 적절히 교정된다면 일관된 부품 생산이 가능해집니다. 하지만 결함이 여전히 발생한다면 어떻게 해야 할까요? 다음 섹션에서는 설계가 잘 된 공구조차도 직면할 수 있는 주름, 파열 및 표면 품질 문제를 체계적으로 진단하고 해결하기 위한 트러블슈팅 방법을 제시합니다.

딥 드로우 결함 문제 해결 및 근본 원인 분석

블랭크 홀더 힘을 조정하고, 금형 반경을 지정하며, 감소 공정 순서를 계획하셨습니다. 하지만 여전히 부품에 결함이 발생합니다. 무엇이 잘못된 것일까요? 그 해답은 체계적인 진단에 있습니다. 모든 주름, 파열, 표면 결함은 여러분의 공정 상태에 대해 이야기하고 있습니다. 이러한 실패 패턴을 읽는 법을 배우면, 수습하기 어려운 스크랩도 다이 설계 개선을 위한 실행 가능한 정보로 전환할 수 있습니다.

딥 드로우 성형 결함은 예측 가능한 유형으로 나뉘며, 각각 뚜렷한 시각적 특징과 근본 원인이 있습니다. According to Metal Stamping O 에 따르면, 대부분의 딥 드로우 성형 문제는 금형과 설계 문제의 복합적인 원인에서 비롯됩니다. 완성된 제품을 검사함으로써 숙련된 눈은 공정의 품질에 관해 명확한 이야기를 할 수 있습니다. 여러분의 과제는 바로 그 숙련된 눈을 기르는 것입니다.

주름 및 파열 결함 진단

주름과 파열은 소재 흐름 스펙트럼의 양극을 나타냅니다. 주름은 제어되지 않은 압축을 의미하며, 파열은 과도한 인장력을 나타냅니다. 부품에서 각 결함이 발생하는 위치를 이해하면 원인 제공 디자인 매개변수를 직접적으로 파악할 수 있습니다.

주름 진단: 부품의 어디에 주름이 형성됩니까? 블랭크 가장자리에서 발생하는 플랜지 주름은 일반적으로 불충분한 블랭크 홀더 압력을 나타냅니다. 금속 스탬핑 O에서 설명하듯이, 홀더가 균형이 맞지 않거나 너무 조이거나 블랭크의 고정 가장자리에 버가 존재하면 금속이 제대로 흐르지 못해 상단 가장자리 전체에 특징적인 주름이 생깁니다. 블랭크 홀더와 펀치 사이의 지지되지 않은 영역에서 발생하는 월 주름은 과도한 클리어런스 또는 부적절한 다이 반경을 시사합니다.

주름 결함 해결 방법:

• 블랭크 홀더 압력을 점진적으로 증가시킵니다 (10-15% 조정)
• 블랭크 홀더 평행도를 확인하고 기울기가 있는 경우 수정합니다
• 제대로 장착되는 것을 방해할 수 있는 블랭크 가장자리의 버를 점검합니다
• 다이 클리어런스를 줄여 벽면 지지력을 향상시킵니다
• 블랭크 홀더 전체 표면에 균일한 압력 분포가 이루어지는지 확인합니다
• 문제가 발생하는 구역에서 소재의 고정력을 높이기 위해 드로우 비드를 고려합니다

파열 진단: 파열 위치는 응력이 집중된 부위를 나타냅니다. 펀치 코 근처에 균열이 생기는 것은 인장 응력을 완화하기 위해 소재가 자유롭게 흐르지 못하고 있음을 의미합니다. AC의 금속판 결함 분석에 따르면 펀치에 의한 과도한 금속 성형력은 성형 부품의 과도한 변형, 파열 및 균열을 유발합니다.

블랭크 외주로부터 시작되는 가장자리 파열은 다른 문제를 시사합니다. 금속 스탬핑 O는 바닥 균열이 주로 블랭크와 블랭크 홀더의 상태 때문이라고 지적합니다. 표면의 긁힘이나 마모는 다이로의 소재 흐름을 저하시켜 컵 바닥에 균열이 형성되는 원인이 됩니다.

파열 결함 해결 방안:

• 블랭크 홀더 압력을 낮춰 소재의 흐름을 더 자유롭게 만듭니다
• 응력을 더 넓은 면적으로 분산시키기 위해 펀치 노즈 반경을 증가시킵니다
• 재료 이동 시 마찰을 줄이기 위해 다이 입구 반경을 증가시킵니다
• 귀하의 재료 두께에 비해 펀치-다이 간극이 너무 조밀하지 않은지 확인합니다
• 마찰로 인한 인장 응력을 줄이기 위해 윤활 상태를 개선합니다
• 이전 공정에서 가공 경화로 연성이 저하된 경우 어닐링을 고려합니다
• 추가 드로잉 공정을 도입하여 드로우 비율을 낮춥니다

이어링 및 표면 품질 문제 해결

모든 결함이 치명적인 파손을 의미하는 것은 아닙니다. 이어링은 잔여 트리밍량을 증가시키는 불균일한 컵 높이를 만들어냅니다. 표면 결함은 외관을 손상시킬 수 있으며 부품 기능에 영향을 미칠 수 있습니다. 두 경우 모두 제어 가능한 공정 변수에서 기인합니다.

이어링 설명: 드로잉된 컵의 가장자리를 검사할 때 림의 높이가 원주 방향으로 다르게 나타나는 것을 볼 수 있는데, 이것이 바로 이어링입니다. Breaking AC가 설명하듯이, 이어링 결함이란 성형된 부품의 림 주위에 높이가 고르지 않게 나타나는 현상을 말합니다. 주요 원인은 작업물과 다이 재료 간의 적합성을 무시하는 데 있습니다.

그러나 재료의 이방성이 주요한 역할을 한다. 압연 공정에서 제작된 금속 시트는 방향성 특성을 가지며, 결정립이 압연 방향으로 늘어나 그 방향에 대해 0°, 45°, 90°에서 서로 다른 기계적 성질을 나타낸다. 금속의 딥드로잉 공정 중에는 일부 방향으로 재료가 더 쉽게 흐르게 되어 예측 가능한 각도 위치에서 특유의 '이어(ears)' 현상이 발생한다.

이어링(earring) 문제 완화 전략:

• 면내 이방성 값이 낮은 재료를 선택하십시오 (모든 방향에서 r값이 1.0에 가까운 것)
• 방향별 흐름 차이를 보완할 수 있는 블랭크 형상을 설계하십시오
• 예상되는 이어 높이 변화를 수용할 수 있도록 트림 여유치를 증가시키십시오
• 중요한 용도의 경우 교차 압연된 재료를 고려하십시오
• 블랭크 홀더 압력을 조정하여 흐름 균일성에 영향을 주십시오

표면 품질 문제: 스크래치, 갈링(galling), 오렌지 필 텍스처, 다이 라인은 모두 특정 공정 문제를 나타냅니다. 갈링은 윤활이 부족하여 블랭크와 공구 사이에 금속 간 접촉이 발생할 때 생깁니다. 오렌지 필 텍스처는 과도한 어닐링이나 현재 드로우 깊이에 적합하지 않은 결정립 구조를 가진 소재에서 과도한 결정립 성장이 있었음을 시사합니다.

표면 결함에 대한 해결책:

• 특히 마찰이 큰 구역에서 윤활제의 품질과 도포 범위를 개선하세요
• 다이 및 펀치 표면을 연마하여 마찰을 줄이고 소재가 붙는 현상을 방지하세요
• 사용 중인 소재 조합에 적합한 공구강 및 표면 처리 방식을 선택하세요
• 드로우 강도에 맞는 적절한 소재의 결정립 크기인지 확인하세요
• 블랭크 홀더 및 다이 표면에 이물질이나 오염물질이 없는지 점검하세요
• 매우 깨끗한 표면 마감이 필요한 부품의 경우 보호 필름 사용을 고려하세요

종합 결함 참조 테이블

다음 표는 심층 드로잉용 강철, 스테인리스강 및 기타 일반 소재에 대한 결함 진단을 빠르게 참조할 수 있도록 정리한 것입니다:

결함 유형	시각적 지시등	근본 원인	수정 조치
플랜지 주름	블랭크 가장자리의 원주 방향 버클링; 주름진 플랜지 표면	블랭크 홀더 압력 부족; 홀더 정렬 불량; 블랭크 가장자리의 버 존재	BHF 증가; 홀더 평행도 점검; 블랭크의 버 제거; 드로우 비드 추가
월 주름	플랜지와 펀치 노즈 사이의 컵 측벽에 발생하는 버클링	다이 간극 과다; 다이 반경 부족; 재료 두께 과소	간극 감소; 다이 반경 증가; 아이어닝 공정 고려
펀치 노즈 파열	컵 바닥 반경에서 시작되는 균열	펀치 반경이 너무 작음; 드로우 비율 초과; BHF 과다; 윤활 부족	펀치 반경 증가; 드로우 공정 단계 추가; BHF 감소; 윤활 개선
에지 찢김	블랭크 외주로부터 발생하는 균열	과도한 BHF; 블랭크 엣지의 버러; 블랭크 홀더의 갈링	BHF 감소; 블랭크의 버 제거; 블랭크 홀더 연마; 윤활 개선
이어링	컵 리름 높이 불균형; 45° 간격으로 피크 형성	재료의 평면 이방성; 블랭크 홀더 압력 불균형	등방성 재료 선정; 개발된 블랭크 사용; 트림 여유량 증가
벽 두께 불균형	국부적인 얇은 부위; 비대칭 두께 분포	펀치-다이 정렬 불량; 비균일 BHF; 재료 특성 변동	공구 정렬 조정; 베어링 하중 균일성 확인; 재료 일관성 점검
갈링/스크래치	선형 스크래치; 공구 표면에 재료가 묻는 현상	윤활 부족; 공구 소재와의 불호환성; 과도한 압력	윤활제 개선; 표면 코팅 적용; 접촉 압력 감소
오렌지 껍질 표면 처리	감귤류 껍질처럼 거칠고 무늬진 표면	입자 크기 과도함; 과도한 어닐링; 심한 변형	더 미세한 입자 구조의 재료 지정; 어닐링 조건 제어
탄성 복귀	부품 치수와 다이 형상 간 차이; 벽면이 바깥쪽으로 휨	성형 후 탄성 회복; 고강도 재료 사용	보정을 위해 도장 시 초과 굴곡 적용; 스트로크 하단에서 유지 시간 증가

체계적인 진단 접근

강철 또는 기타 재료의 딥 드로잉 공정에서 결함이 발생할 경우, 여러 가지 조정을 동시에 시도하고 싶은 유혹을 참으십시오. 대신 다음의 체계적인 절차를 따르십시오.

1. 결함 위치 정확히 점검하기 - 부품 상의 결함이 발생한 위치를 정확히 기록하십시오. 실패 패턴은 참고용으로 사진 촬영하십시오.
2. 결함 패턴 분석하기 - 결함이 대칭적으로 나타나는가, 아니면 국소적인가? 일정한 각도 위치에서 발생하는가? 동일한 스트로크 위치에서 나타나는가?
3. 다이 설계 변수로 추적하기 - 위의 결함 표를 사용하여 결함 유형과 위치에 기반해 가장 가능성 높은 근본 원인을 파악하십시오.
4. 단일 변수 조정 수행하기 - 효과를 고립시키기 위해 한 번에 하나의 변수만 변경하십시오. 모든 조정 사항과 그 결과를 기록하십시오.
5. 수정 안정성 확인 - 소수의 샘플에서 뿐만 아니라 생산 전반에 걸쳐 수정 조치가 일관되게 작동함을 확인하기 위해 충분한 수량의 부품을 가공해야 합니다.

에 따르면 Metal Stamping O , 딥 드로잉 방식에 대한 이해와 완성된 부품을 검사하는 방법을 파악하는 것은 의사 결정 과정에서 매우 중요합니다. 이러한 진단 능력은 금형 초기 개발 단계뿐 아니라 양산 중 문제 해결 시에도 매우 큰 가치를 제공합니다.

일부 결함들은 서로 영향을 미칠 수 있다는 점을 기억해야 합니다. 주름을 제거하기 위해 블랭크 홀더 힘을 증가시키는 것이 파열 위험을 높일 수 있습니다. 목표는 두 가지 실패 모드 모두를 피할 수 있는 운전 창을 확보하는 것입니다. 복잡한 형상의 경우 이 창이 좁을 수 있으므로 정밀한 제어 시스템과 일관된 재료 특성이 요구될 수 있습니다.

문제 해결의 기본 사항을 확립한 후, 현대 다이 설계는 절삭 가공을 하기 전에 결함을 예측하고 방지하기 위해 점점 더 시뮬레이션 도구에 의존하고 있습니다. 다음 섹션에서는 CAE 분석이 어떻게 설계 결정을 검증하고 양산 가능한 금형으로의 개발 기간을 단축하는지에 대해 살펴봅니다.

현대 다이 설계 검증을 위한 CAE 시뮬레이션 통합

당신은 드로우 비율을 숙지하고, 금형의 곡률 반경을 명세하며, 문제 해결 전문 지식을 개발했습니다. 그러나 도구용 강재를 단 하나도 가공하기 전에 모든 결함을 예측할 수 있다고 상상해 보십시오. CAE 시뮬레이션이 정확히 이를 제공합니다. 금속판금 스탬핑 설계 기술은 시행착오 방식을 넘어 진화했습니다. 유한 요소 분석(FEA)은 다이가 여전히 디지털 형상으로만 존재하는 단계에서 주름, 파열, 두께 감소 등의 문제를 가상으로 식별함으로써 설계 결정을 검증합니다.

이러한 기술이 깊은 드로우 프로젝트에 중요한 이유는 무엇입니까? 국제 공학 연구 및 기술 저널(International Journal of Engineering Research & Technology) 시험 횟수 감소는 개발 사이클 시간에 직접적인 영향을 미친다. 실제로 시험을 수행하지 않고도 시험 결과를 예측할 수 있는 소프트웨어 도구를 적절히 활용함으로써 더 짧은 사이클 시간을 계획할 수 있다. 프레스 성형 공정에서 제공되는 시뮬레이션은 다이 및 부품 설계에 필요한 수정 사항을 파악하는 데 중요한 통찰을 제공한다.

금형 설계 검증에 시뮬레이션 통합

유한 요소 해석(FEA)을 통해 금속 프레스 금형 설계 프로세스를 반응형에서 예측형으로 전환할 수 있다. 도구를 제작하고, 시험을 수행하며, 결함을 발견하고, 금형을 수정한 후 이를 반복하는 방식 대신, 시뮬레이션에서 성공이 확인될 때까지 디지털 방식으로 반복한다. 이후에 비로소 실제 금형 제작에 착수하게 된다.

스탬핑 설계 시뮬레이션의 물리적 원리는 블랭크를 수천 개의 요소로 분할하는 것으로 시작되며, 각 요소는 가상의 펀치가 진행됨에 따라 응력, 변형률 및 변위를 추적합니다. 소프트웨어는 사용자의 재료 기계적 특성, 마찰 계수 및 경계 조건을 적용하여 스트로크 동안 각 요소가 어떻게 변형되는지를 계산합니다.

제작 전에 시뮬레이션으로 무엇을 예측할 수 있나요?

• 재료 흐름 패턴 - 플랜지에서 다이 캐비티로 금속이 이동하는 정확한 방식을 시각화하여 과도한 압축 또는 인장이 발생하는 영역을 식별
• 두께 감소 분포 - 전체 부품에 걸쳐 두께 변화를 매핑하여 스크랩이 발생하기 전에 잠재적 결함 구역을 확인
• 주름 발생 가능성 - 공구 수정이 필요한 플랜지 및 지지되지 않은 벽 영역에서의 압축 좌굴을 탐지
• 스프링백 예측 - 성형 후 탄성 회복을 계산하여 다이 형상에 보정을 설계 반영
• 블랭크 홀더 힘 최적화 - 주름과 찢김 모두를 방지할 수 있는 이상적인 압력 프로파일을 결정합니다
• 드로우 비드 효과성 - 금형 변경을 진행하기 전에 제약 조건 구성 상태를 가상으로 테스트합니다

해당 연구는 이 접근 방식의 타당성을 확인합니다. IJERT 연구에서 언급하듯이, 시뮬레이션 소프트웨어를 이용한 다이의 가상 검증은 설계 단계에서 발생할 수 있는 문제들을 해결해야 합니다. 다이가 제작된 후에는 시제품 실험 및 테스트를 통해 실제 금형을 사용하여 부품 품질을 확인하는 검증 과정을 수행합니다.

성형 한계 다이어그램 이해하기

시뮬레이션 결과물 중에서 성형 한계 다이어그램(FLD)은 가장 강력한 결함 예측 도구입니다. According to 스탬핑 시뮬레이션 , 성형 시뮬레이션의 주요 목적은 스탬핑 공구 제작 전에 재료의 거동을 점검하는 것입니다. 원래 1965년의 대학원 연구 프로젝트였던 FLD는 박판 금속 성형 시 국부적 넥킹 및 파열을 유발하는 요인을 규명하고, 이러한 파열이 사전에 예측 가능한지를 판단하는 것을 목표로 하였습니다.

FLD 분석은 다음과 같이 작동합니다: 시뮬레이션을 통해 성형된 부품의 모든 요소에 대해 두 방향(주변 및 부축)으로 변형률을 계산합니다. 이러한 변형률 쌍은 그래프 상의 점들로 표시됩니다. 형상 한계 곡선(Forming Limit Curve)은 사용 중인 특정 재료와 두께에 따라 달라지며, 안전 영역과 파손 위험 영역을 구분합니다.

FLD가 딥 드로우 프레스 설정에 관해 알려주는 것은 무엇입니까?

• 곡선 아래의 점들 - 충분한 여유를 가진 안전한 성형 조건
• 곡선에 근접한 점들 - 설계 검토가 필요한 위험 구간
• 곡선 위의 점들 - 해당 위치에서 파단이 확정적이며, 균열이 발생할 것입니다
• 압축 영역 내의 점들 - 블랭크 홀더 압력을 증가시켜야 할 수 있는 주름 발생 경향

스탬핑 시뮬레이션 기준에서 설명하듯이, 성형 한계 곡선(FLC)은 주어진 재료의 n-값과 두께에 의해 주로 결정됩니다. 결과는 소재의 항복 구역, 목맴 정도, 주름 및 주름이 형성될 수 있는 압축 구역을 계산하여 나타냅니다. 이 정보를 바탕으로 강철 가공 이전에 다이면 설계에 대한 대책을 마련할 수 있습니다.

CAE 분석에서 양산 준비 완료 툴링까지

시뮬레이션은 물리적 검증을 대체하는 것이 아니라, 성공적인 물리적 검증에 도달하는 과정을 가속화합니다. 이 워크플로우는 반복적인 최적화 루프를 따릅니다:

1. 초기 다이 설계 생성 - 계산된 드로우 비율, 곡률 반경 사양 및 블랭크 크기를 기반으로 형상을 개발
2. 성형 시뮬레이션 실행 - 재료 특성, 마찰 계수 및 공정 파라미터를 적용
3. 결과 분석 - FLD 플롯, 두께 분포 맵, 주름 지표 검토
4. 문제 영역 식별 - 안전한 한계를 초과하거나 고장 임계치에 가까워진 요소를 확인합니다
5. 설계 매개변수 수정 - 곡률 반경, 간격, 블랭크 홀더 압력 또는 드로우 비드 구성을 조정합니다
6. 시뮬레이션을 다시 실행 - 수정 사항이 새로운 문제를 유발하지 않고 기존 문제를 해결했는지 확인합니다
7. 수용 가능한 상태가 될 때까지 반복 - 모든 요소가 안전한 성형 한계 내에 들어올 때까지 최적화를 계속합니다
8. 금형 제조를 위해 승인 - 물리적 다이 제작을 자신 있게 진행합니다

IJERT 연구에 따르면, 실제 시험 부품을 검사하여 결함의 존재 여부와 정도를 확인한 후 다이를 검증된 것으로 간주합니다. 원하는 특성이 낮은 빈도로 발생하고 일관성 있게 나타나는 것이 검증의 근거가 됩니다. 시뮬레이션은 이러한 검증 단계에 도달하기 위해 필요한 반복 횟수를 크게 줄여줍니다

설계 프로세스에서의 주요 시뮬레이션 체크포인트

모든 설계 결정이 완전한 시뮬레이션 분석을 필요로 하는 것은 아닙니다. 그러나 특정 체크포인트는 가상 검증을 통해 상당한 이점을 얻을 수 있습니다.

• 블랭크 전개 검증 - 계산된 블랭크 크기가 과도한 낭비 없이 충분한 재료를 제공하는지 확인
• 초기 드로잉 가능성 - 초기 감소율이 재료 한계 내에 유지되는지 검증
• 다단계 전이 분석 - 드로잉 단계 간 소재 상태가 성형 가능성을 유지하는지 확인
• 코너 반경 평가 - 비원통형 부품의 좁은 곡률 반경에서 변형 집중 현상 확인
• 스프링백 보상 설계 - 목표 치수를 달성하기 위해 필요한 과도한 굽힘량을 계산
• 블랭크 홀더 힘 최적화 - 공정 윈도우를 최대화하는 압력 프로파일 결정
• 드로우 비드 배치 - 복잡한 형상에 대한 구속 구성 테스트

금형 성형 시뮬레이션 리소스에서는 가상의 서클 그리드 플롯을 실제 서클 그리드 실험과 비교하여 시뮬레이션 정확도를 판단할 수 있다고 언급하고 있습니다. 이러한 가상 및 실측 결과 간의 상관관계는 시뮬레이션 기반 설계 결정에 대한 신뢰를 확보하는 데 도움이 됩니다.

전문 시뮬레이션 통합 서비스 활용

시뮬레이션 소프트웨어가 점점 더 쉽게 이용 가능해지고 있지만, 최대한의 가치를 추출하기 위해서는 소프트웨어 기능뿐 아니라 딥 드로우 공정의 근본적인 전문 지식이 필요합니다. 딥 드로우 금형 성형 업체들은 점점 더 시뮬레이션 역량을 통해 차별화되고 있습니다.

시뮬레이션 통합 서비스를 제공하는 딥 드로우 금속 스탬핑 제조업체를 선택할 때 무엇을 고려해야 할까요? 우선, 1차 승인률이 구체적인 지표가 됩니다. 다이 설계 파트너가 93%의 1차 승인률을 달성한다면, 이는 시뮬레이션으로 검증된 설계의 실질적인 결과를 보여주는 것입니다. 이 비율은 개발 기간 단축, 금형 수정 비용 절감, 그리고 빠른 양산화에 직접적으로 연결됩니다.

품질 인증 또한 동일하게 중요합니다. IATF 16949 인증은 시뮬레이션 검증이 문서화된 절차와 일관된 실행을 갖춘 포괄적인 품질 관리 시스템에 통합되어 있음을 보장합니다. 시뮬레이션 자체는 현실적인 파라미터를 사용해 정확하게 수행될 때만 가치가 있습니다.

자동차 응용 분야 및 기타 고난이도 딥 드로우 프로젝트의 경우, 강재 가공 전에 시뮬레이션을 활용하는 전문 다이 설계 서비스는 전략적 이점이 됩니다. 샤오이의 자동차 스탬핑 다이 솔루션 이 접근 방식을 입증하기 위해 고급 CAE 시뮬레이션 기능과 빠르면 5일 이내의 신속한 프로토타이핑을 결합합니다. 그들의 엔지니어링 팀은 OEM 표준에 맞춤화된 시뮬레이션 검증 도구를 제공하여 전통적인 시행착오 방식 개발에서 발생하는 비용이 큰 반복 작업을 줄입니다.

IJERT 연구는 시뮬레이션이 다이 및 부품에 필요한 수정 사항을 파악하는 데 중요한 통찰을 제공하며, 이를 통해 간소화되고 생산성 높은 다이를 구현할 수 있다고 결론짓습니다. 일반적으로 성형 다이는 시험 단계를 원활히 통과할 수 있도록 정교한 설계 매개변수가 필요합니다. 시뮬레이션은 물리적 공구 제작에 투자하기 전에 이러한 정교한 매개변수를 제공합니다.

시뮬레이션 기능을 다이 설계 워크플로우에 통합함으로써 개발 지연과 비용의 가장 큰 원인을 해결하게 됩니다. 퍼즐의 마지막 조각은 검증된 설계가 양산 수량에서도 일관된 성능을 발휘할 수 있도록 적절한 다이 재료와 표면 처리를 선택하는 것입니다.

금형 재료 선정 및 표면 처리 가이드라인

시뮬레이션을 통해 금형 설계를 검증하고 모든 성형 파라미터를 최적화하셨습니다. 이제 수천 개의 부품 생산에서 일관된 결과를 얻을지, 아니면 조기에 고장이 발생할지를 결정하는 중요한 선택이 남아 있습니다: 금형 재료 선정입니다. 지정하는 펀치, 다이, 블랭크 홀더의 재료는 마모율, 표면 마감 품질, 그리고 궁극적으로 생산 수량 전체에 걸친 부품당 비용에 직접적인 영향을 미칩니다.

에 따르면 ASM 금속가공 핸드북 , 드로잉 다이의 재료 선정은 가능한 한 낮은 도구 비용으로 원하는 품질과 수량의 부품을 생산하는 것을 목표로 합니다. 이 원칙이 여러분이 내리는 모든 재료 결정을 이끕니다. 가장 마모 저항성이 뛰어난 옵션이 항상 최선인 것은 아닙니다. 초기 비용, 유지보수 요구사항, 예상 생산량 사이의 균형을 맞춰야 합니다.

딥 드로우 금형 구성요소를 위한 공구강 선정

딥 드로우 금속 스탬핑 공정은 금형에 매우 가혹한 조건을 가한다. 블랭크 홀더는 매 스트로크마다 마모성 접촉을 경험한다. 펀치는 정밀한 형상을 유지하면서 압축 하중을 견뎌야 한다. 다이(금형)는 유사한 금속이 압력 하에서 접촉할 때 발생하는 갈링(galling)에 저항하면서도 소재의 흐름을 정확히 유도해야 한다.

도구강 선택에 영향을 미쳐야 할 요소들은 무엇인가? 다음 변수들을 고려하라:

• 생산량 - 소량의 프로토타입 제작은 백만 개 단위의 자동차 부품 생산 프로그램보다 다른 재료를 사용하는 것이 타당하다
• 가공물 재질 - 스테인리스강을 딥 드로잉 가공할 경우, 연강 또는 알루미늄보다 금형 마모가 더 심하다
• 부품 복잡성 - 복잡한 형상은 특정 위치에 응력을 집중시키므로 향상된 내마모성이 요구된다
• 표면 마감 요구 사항 - 장식용 부품은 생산 전 과정 동안 광택을 유지할 수 있는 금형을 필요로 한다
• 정비 역량 - 일부 재료는 재생산을 위해 특수 열처리 또는 연삭 장비가 필요할 수 있다

프레스 성형 다이에 관한 ASM 핸드북은 철계, 비철계 및 플라스틱 금형 재료 중에서 선택 시 영향을 미치는 생산 변수들을 검토합니다. 금속의 심발 가공(Deep drawn metal) 응용 분야에서는 공구강이 주를 이루지만, 특정 등급이 매우 중요합니다.

다이 소재	응용	경도 범위(HRC)	내마모성	최상의 사용 사례
D2 공구강	다이, 펀치, 블랭크 홀더	58-62	훌륭한	대량 생산; 마모성 소재; 강판의 심발 가공
A2 공구강	펀치, 마모가 적은 다이	57-62	좋음	중간 규모 생산; 충격 하중에 대한 우수한 인성
M2 고속도강	고온 경도가 요구되는 펀치	60-65	아주 좋네요	고속 작동; 고온 환경 응용
카바이드(텅스텐 카바이드)	마모가 심한 부품, 아이러닝 링	75-80 (HRA와 동등)	뛰어난	수백만 단위 생산; 스테인리스강의 심발 성형; 정밀 치수
O1 공구강	프로토타입 다이, 소량 생산 펀치	57-62	중간	소량 생산; 가공 용이; 공예용 벤딩 가능한 금속 시트

생산량이 모든 선택에 어떻게 영향을 미치는지 주목하십시오. 공예품이나 기타 소량 응용 분야를 위한 프로토타입 금형 또는 소량 생산의 경우, O1 또는 표면 경화 처리된 저탄소강으로도 충분할 수 있습니다. 자동차 양산의 경우 초기 비용이 높아도 D2 또는 초경합금 인서트 사용이 경제적으로 타당하게 됩니다.

펀치와 다이 간의 재료 조합 고려사항

개별 부품을 선택하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 펀치와 다이 소재가 어떻게 상호작용하는지는 긁힘 저항성, 마모 패턴 및 전체적인 공구 수명에 영향을 미칩니다. ASM 핸드북에 따르면, 긁힘(galling)은 딥드로잉 공구에서 발생하는 전형적인 마모 원인입니다. 금속 스탬핑 설계 시 압력과 미끄러짐 조건 하에서 유사한 재료들이 접촉하게 되면 미세한 용접 및 파열 현상이 발생합니다.

다음의 조합 원칙을 고려하십시오:

• 동일한 경도 피하기 - 펀치와 다이의 경도가 동일할 경우, 두 부품 모두 빠르게 마모됩니다. 부품 간 2-4 HRC 차이를 지정하십시오.
• 더 단단한 부품이 가공물의 중요 표면에 접촉해야 함 - 제품 외관이 가장 중요하다면 다이를 더 단단하게 하십시오. 내부 표면이 중요하다면 펀치를 더 단단하게 하십시오.
• 이종 재료 고려 - 알루미늄 합금을 드로잉할 때는 청동 또는 알루미늄 청동 소재의 블랭크 홀더를 공구강 다이와 함께 사용하면 긁힘 발생 가능성을 줄일 수 있습니다.
• 열팽창 계수 일치시키기 - 정밀 딥 드로우 금속 스탬핑의 경우, 프레스와 다이 간의 유사한 열팽창 계수가 생산 주기 동안 틈새를 유지시켜줍니다.
• 코팅 적합성 고려 - 일부 표면 처리는 특정 다이 강재 기반 소재에 대해 더 우수한 성능을 발휘합니다.

다이 수명 연장을 위한 표면 처리 및 코팅

최고급 공구강도 표면 개선 처리로부터 이점을 얻을 수 있습니다. ASM Handbook , 옵션으로는 크로뮴 도금과 같은 표면 코팅, 저합금강의 경우 카르버라이징 또는 카본나이트라이딩과 같은 표면 처리, 그리고 공구강의 경우 나이트라이딩 및 물리적 기상 증착(PVD) 코팅이 포함됩니다. 각각의 처리 방식은 특정 마모 메커니즘을 해결합니다.

질화처리 질소를 강재 표면에 확산시켜 치수 변화 없이 단단한 표면층을 형성합니다. AZoM이 설명하듯이, 나이트라이딩은 공구 표면의 내마모성과 경도를 향상시킵니다. 특히 마모성 재료를 다룰 때 이상적입니다. 딥 드로잉 다이의 경우, 코팅된 강재 또는 고강도 합금 성형 시 나이트라이딩은 다이 수명을 상당히 연장시켜 줍니다.

크롬 도금 단단하고 마찰 계수가 낮은 표면층을 형성한다. AZoM에 따르면, 하드 크로뮴 도금은 표면 경도를 상당히 향상시켜 최대 68 HRC의 경도 값을 실현할 수 있다. 구조용 강철, 구리, 탄소강 및 황동 성형 시 특히 유용하다. 매끄러운 크롬 표면은 부품 이형성을 개선하고 윤활제 사용량을 줄이는 데도 기여한다.

티타늄 나이트라이드(TiN) 물리적 기상 증착(PVD) 방식으로 코팅하여 금색의 세라믹 층을 형성한다. AZoM은 높은 경도와 낮은 마찰 특성이 결합되어 서비스 수명이 현저히 연장됨을 언급한다. TiN은 담김(galling) 현상을 크게 감소시키며, 접착 마모가 무코팅 공구에 문제를 일으키는 스테인리스강의 심발 가공에서 매우 유용하다.

티타늄 카본나이트라이드(TiCN) tiN 대비 더 단단하고 마찰 계수가 더 낮은 대안을 제공한다. AZoM에 따르면, TiCN은 우수한 내마모성과 함께 인성 및 경도를 갖추고 있다. 마모 저항성과 충격 인성이 모두 요구되는 심발 금속 가공 용도에서 TiCN은 탁월한 균형을 제공한다.

티타늄 알루미늄 나이트라이드(TiAlN) 열악한 조건에서도 뛰어난 성능을 발휘합니다. AZoM은 이 제품이 높은 산화 안정성과 강도를 지니며, 더 높은 속도에서도 적합하고 공구 수명을 향상시킨다고 설명합니다. 열 발생이 큰 대량 딥 드로잉 금속 생산의 경우, 다른 코팅이 열화되는 상황에서도 TiAlN은 성능을 유지합니다.

카바이드 인서트가 그 비용 프리미엄을 정당화하는 경우

카바이드 공구는 경화 공구강보다 훨씬 높은 비용이 듭니다. 이 투자가 언제 회수되는 것입니까? 여러 상황에서 카바이드가 경제적으로 더 우수한 선택이 됩니다:

• 연간 생산량이 500,000개를 초과하는 경우 - 카바이드의 긴 수명은 초기 비용을 충분한 수량의 부품에 분산시켜 부품당 공구 비용을 낮춥니다
• 엄격한 치수 허용오차 - 카바이드의 내마모성은 강철보다 훨씬 오랫동안 중요한 치수를 유지하여 조정 빈도를 줄입니다
• 마모성 있는 가공재료 - 고강도 저합금강 및 스테인리스 강등은 강철 다이의 마모를 급격히 가속화합니다
• 아이닝(Ironing) 공정 - 벽면 아이닝 중 발생하는 심한 슬라이딩 접촉은 강철 공구를 급속히 파손시킵니다
• 가동 중단 민감도 - 생산이 중단될 경우 발생하는 비용이 공구 비용보다 클 때에는 초경합금의 신뢰성이 프리미엄 가격을 정당화합니다

강결합 탄화물은 중간적인 해결책을 제공합니다. ASM 핸드북에 따르면, 강결합 탄화물은 고체 탄화물에 근접하는 내마모성을 제공하면서도 더 뛰어난 인성과 가공성을 갖추고 있습니다. 복잡한 다이 형상으로 인해 고체 탄화물 사용 시 비용이 과도하게 증가할 경우, 강결합 탄화물 대안은 탁월한 성능을 제공합니다.

생산량과 재료 선택 경제성

예상 생산 수량은 재료 선택을 근본적으로 결정합니다. 다음 순차적 접근법을 고려하세요:

시제품 및 소량 생산 (1,000개 미만): 초기 시험에서는 연강 또는 알루미늄과 같은 연성 공구재료를 사용할 수 있습니다. 무경화 처리된 O1 공구강도 충분할 수 있습니다. 목표는 공구 수명 극대화가 아니라 부품 설계 검증입니다.

중간 규모 생산 (1,000~100,000개): 경화된 A2 또는 D2 공구강이 표준이 됩니다. 질화 처리나 크롬 도금과 같은 표면 처리는 초기 투자를 과도하게 증가시키지 않으면서 수명을 연장시켜 줍니다.

대량 생산(10만~100만 개): 주요 마모 부위에 PVD 코팅을 입힌 고급 D2 또는 초경합금 인서트를 사용합니다. 생산 중 도구 수정 비용을 고려하면, 초기 재료 투자비를 높이는 것이 경제적으로 타당합니다.

양산(100만 개 이상): 초경합금 인서트, 다수의 예비 다이 세트, 종합적인 표면 처리 프로그램을 적용합니다. 이 경우 금형은 수명 주기 비용 분석이 필요한 자본 자산이 됩니다.

종합적인 다이 소재 솔루션을 위한 협업

다이 소재 선정은 고립된 결정이 아닙니다. 이는 곡률 치수, 블랭크 홀더 힘, 표면 마감 요구사항 및 생산 일정 등 다른 모든 설계 결정과 통합되어 있습니다. 경험이 풍부한 다이 설계 파트너사는 초기 비용과 양산 성능 사이의 균형을 고려하여, 소재 선정을 포괄적인 금형 솔루션의 일부로 간주합니다.

능력 있는 파트너를 구별하는 요소는 무엇일까요? 설계 개발 단계에서 사후적인 고려가 아닌, 재료 선정을 함께 다루는 엔지니어링 팀을 찾아보세요. 최단 5일 만에 가능한 신속한 프로토타입 제작 역량은 다양한 재료 옵션을 실질적으로 평가할 수 있는 제조 유연성을 보여줍니다. OEM 기준에 맞춘 비용 효율적인 금형 제작은 재료 투자를 실제 생산 요구사항과 정확히 일치시킬 수 있는 경험을 반영합니다.

샤오이의 포괄적인 금형 설계 및 제작 역량 이러한 통합 접근 방식을 잘 보여줍니다. IATF 16949 인증을 통해 샤오이는 재료 선택 결정이 문서화된 품질 절차를 따르도록 보장합니다. 백만 개 규모의 스테인리스강 생산을 위한 탄화물 인서트가 필요하든, 프로토타입 검증을 위한 경제적인 내마모강이 요구되든, 종합적인 다이 설계 서비스는 귀사의 특정 요구사항에 부합하는 적절한 재료 솔루션을 제공합니다.

다이 소재 선택은 딥 드로우 다이 설계 지침 툴킷을 완성합니다. 드로우 비율 계산에서 시뮬레이션 검증, 그리고 이제 소재 사양에 이르기까지 귀하는 생산량에 관계없이 일관되게 결함 없는 부품을 생산할 수 있는 도구를 개발하기 위한 기술적 기반을 갖추게 됩니다.

딥 드로우 다이 설계에 대한 자주 묻는 질문

1. 딥 드로잉 공정에서 적절한 다이 클리어런스는 무엇입니까?

클리어런스는 재료 두께보다 10~20% 크게 설정하여 다이 상단에서 금속이 집중되는 것을 방지하면서 동시에 벽면 제어를 유지해야 합니다. 0.040" 두께의 재료의 경우, 0.044"~0.048"의 클리어런스를 지정해야 합니다. 더 좁은 클리어런스는 균일한 두께를 위해 의도적으로 측벽을 아이닝(ironing) 처리하며, 과도한 클리어런스는 벽면 주름을 유발합니다. 샤오이와 같은 전문 다이 설계 업체는 CAE 시뮬레이션을 사용해 특정 재료 및 형상에 맞춰 클리어런스를 최적화함으로써 93%의 1차 승인률을 달성합니다.

2. 딥 드로잉을 위한 블랭크 크기는 어떻게 계산합니까?

체적 일정 원칙을 사용하여 블랭크 크기를 계산합니다: 블랭크의 표면적은 완성된 부품의 표면적과 동일합니다. 원통형 컵의 경우, Rb = √[Rf × (Rf + 2Hf)] 공식을 사용합니다. 여기서 Rb는 블랭크 반지름, Rf는 컵 반지름, Hf는 컵 높이입니다. 트림 여유분으로 재료 두께의 2배를 더하고, 감소 보정을 위해 3-5%를 추가합니다. 정확성을 위해 복잡한 형상은 CAD 기반의 표면적 계산이 필요합니다.

3. 딥 드로잉 부품에서 주름과 파열이 발생하는 원인은 무엇인가?

주름은 플랜지 영역에서 압축성 좌굴을 허용하는 블랭크 홀더 압력 부족으로 인해 발생합니다. 파열은 과도한 홀더 압력 또는 도구 라운딩 반경 부족으로 재료 흐름이 방해받아 펀치 코 근처에서 인장 응력이 재료 강도를 초과할 때 발생합니다. 해결책으로는 블랭크 홀더 힘을 점진적으로 조정하고, 펀치/다이의 라운딩 반경을 재료 두께의 4-10배로 증가시키며, 윤활을 개선하는 방법이 있습니다. 시뮬레이션으로 검증된 설계는 도구 제작 전에 이러한 결함을 방지할 수 있습니다.

4. 딥 드로잉에 몇 단계의 드로잉 공정이 필요한가?

공정 수는 전체 감소율에 따라 달라집니다. 첫 번째 드로잉에서는 45-50%의 감소를 달성하며, 이후 드로잉에서는 각각 25-30%, 15-20%의 감소율을 기대할 수 있습니다. 전체 감소량(블랭크 지름에서 최종 지름까지)을 산정한 후, 재료별 단계당 한계치로 나누어 필요한 공정 수를 계산합니다. 깊이 대 지름 비율이 1.0을 초과하는 부품은 일반적으로 다단계 공정을 필요로 합니다. 누적 감소율이 재료에 따라 30-45%를 초과할 경우 중간 어닐링 공정을 계획해야 합니다.

5. 펀치 및 다이 반경 사양은 어떻게 해야 하나요?

펀치 끝 반경은 응력을 분산시키고 파열을 방지하기 위해 재료 두께의 4~10배가 되어야 합니다. 다이 입구 반경은 재료의 원활한 이동을 위해 두께의 5~10배가 필요합니다. 얇은 게이지일수록 더 큰 반경 배수를 요구합니다. 0.030"-0.060" 두께의 재료의 경우 펀치 반경은 두께의 5~8배, 다이 반경은 6~10배로 지정해야 합니다. 비원통형 부품의 경우 최소 내부 코너 반경을 두께의 2배 이상으로 해야 하며, 드로잉 공정 단계를 줄이기 위해 3~4배가 바람직합니다.