정밀 다이 커팅과 일반 스탬핑 비교: 자동차 부품 엔지니어링 가이드

TL;DR

자동차 산업에서 정밀 블랭킹 대 표준 스탬핑 결국 가장 중요한 것은 엣지 품질과 기능적 요구사항이다. 정밀 블랭킹 정밀 블랭킹은 트리플 액션 프레스를 사용하여 100% 매끄럽고 전단된 엣지와 매우 엄격한 공차(±0.0005인치)를 가진 부품을 생산하는 정밀 냉간 압출 공정이다. 이로 인해 2차 가공이 필요 없어지며, 시트 리클라이너 및 변속기 기어와 같은 안전에 중요한 움직이는 부품의 표준으로 자리 잡고 있다.

표준 프레스 가공 (또는 일반 스탬핑)은 초기 금형 비용이 더 저렴하고 속도가 빠르지만, 엣지에 거친 '다이 브레이크' 또는 파손 영역을 남긴다. 엣지 마감보다 비용과 속도가 우선시되는 브라켓이나 섀시 보강재와 같은 정적 구조 부품에 적합하다. 엔지니어 입장에서는 해당 부품이 조립 즉시 기능할 수 있는 엣지가 필요한지, 아니면 후속 가공을 허용할 수 있는지를 결정해야 한다.

핵심 메커니즘: 트리플 액션 대 싱글 액션

이 두 제조 방식 사이의 주요 차이점은 프레스의 작동 방식에 있다. 일반적인 스탬핑 공정은 일반적으로 싱글 액션 또는 더블 액션 프레스를 사용한다. 펀치가 하강하여 금속에 충격을 가하고 전단력을 가해 재료가 파열될 때까지 가공한다. 이와 같은 비제어된 파열은 특유의 '다이 브레이크(die break)'를 만들어내며, 이는 거칠고 경사진 가장자리로, 종종 재료 두께의 2/3를 차지한다.

정밀 블랭킹 , 그러나 다음의 시스템을 기반으로 작동한다 트리플 액션 프레스 전체 절단 사이클 동안 재료 흐름을 제어하는

1. 스팅거(V-링): 절단이 시작되기 전에 가이드 플레이트 위의 V자형 돌출 링(스팅거)이 절단부 외곽 주변의 재료에 눌러 들어간다. 이를 통해 금속이 고정되어 측면 방향의 재료 흐름이 방지되고 재료가 찢어지는 것을 막는다.
2. 펀치: 펀치가 하강하여 부품을 절단하지만, 일반적인 스탬핑과는 달리 느리고 제어된 속도로 이동합니다.
3. 카운터펀치: 카운터펀치는 아래에서 위로 부품에 압력을 가하여 펀치 면에 부품이 평평하게 고정되도록 합니다.

이와 같은 동기화된 클램핑과 반대 방향의 압력은 재료의 파손을 방지합니다. 그 대신 금속이 소성 변형되어 스트립에서 깨끗하게 압출됩니다. 결과적으로 원자재 시트와 동일한 정확한 두께를 유지하는 부품이 만들어지며, 일반 스탬프 부품에서 흔히 나타나는 '디싱(dishing)'이나 휨 현상은 발생하지 않습니다.

에지 품질 및 정밀도: 100% 전단 처리된 에지

자동차 엔지니어에게 가장 눈에 띄는 차이는 에지 상태입니다. 일반 스탬핑에서는 에지 프로파일이 상단에 작은 '롤오버(roll-over)'와 두께의 약 1/3 정도 되는 '전단 영역(shear zone)'(매끄러운 절단면), 그리고 나머지 부분의 '파열 영역(fracture zone)'(거친 파단면)으로 구성됩니다. 이 파열 영역은 미세 균열과 응력 집중부를 유발할 수 있으며, 고응력 적용 부위에서는 허용되지 않습니다.

정밀 다이 커팅은 100% 전단 가공된 가장자리 를 제공합니다. 이 가장자리는 위에서 아래까지 완전히 매끄럽고 부품 표면에 수직입니다. 따라서 세이빙, 그라인딩 또는 리밍과 같은 2차 공정이 필요하지 않습니다. 변속기의 주차 패월이나 도어 래치와 같이 부품이 베어링 표면으로 작용하는 경우, 정밀 다이 커팅은 프레스에서 직접 필요한 표면 마감을 제공합니다.

공차 비교: 정밀 다이 커팅 vs 일반 스탬핑

또한 핀 블랭킹은 일반 스탬핑으로는 달성할 수 없는 복잡한 형상을 가능하게 한다. 재료 두께보다 작은 구멍과 웹 부분(구멍과 가장자리 사이의 거리)을 훨씬 좁게 만들 수 있어 설계자가 부품 크기와 무게를 최소화하면서도 구조적 강성을 유지할 수 있도록 자유도를 높여준다.

자동차 응용 분야: 언제 어떤 공정을 사용해야 하는가

공정 선택은 거의 항상 차량 내에서 해당 부품이 수행하는 기능에 의해 결정된다. 부품이 움직이거나, 맞물리거나, 다른 부품과 결합하는 경우라면 일반적으로 핀 블랭킹이 요구되는 사양이다. 정적인 구조 부품의 경우 경제성 때문에 일반 스탬핑이 선호된다.

• 핀 블랭킹 응용 분야 (동작 부품/안전 중요 부품):
  • 시트 시스템: 리클라이너 메커니즘, 높이 조절 장치 및 트랙 래치. 이러한 부품은 걸림 없이 원활하게 작동하기 위해 완전히 평평한 표면이 필요합니다.
  • 파워트레인: 변속기 주차 패월, 클러치 플레이트, 유성기어 캐리어 및 스로틀 바디. 매끄러운 엣지가 베어링 표면 역할을 하여 마찰과 마모를 줄입니다.
  • 안전 시스템: 안전벨트 탱크, 버클 및 에어백 점화 메커니즘. 전단 가공된 가장자리의 100% 품질은 안전 인증에 있어 매우 중요합니다.
  • 브레이크: 평탄도가 필수적인 ABS 센서 링 및 브레이크 백킹 플레이트.
• 표준 스탬핑 응용 분야 (정적/구조용):
  • 샤시 및 차체: 마운팅 브래킷, 열 차폐판, 구조 보강재 및 와셔.
  • 배기 시스템: 가장자리 거칠기가 성능에 영향을 미치지 않는 플랜지 및 행거.
  • 유체 처리: 실링이 금속 엣지 자체가 아니라 개스킷에 의해 이루어지는 커버 및 캡.

엔지니어는 또한 재료를 고려해야 합니다. 정밀 프레스 가공은 냉간 성형 특성이 우수한 강철(구상화 풀림 처리된 강철)에 이상적이지만, 삼중 작용 압력 하에서도 균열이 생길 수 있는 극도로 취성인 재료나 고탄소 재료에서는 어려움을 겪습니다.

비용 분석: 금형, 속도 및 총 도입 비용

부품 단가를 직접 비교하면 일반적으로 표준 스탬핑 공법이 유리하지만, 총 통관 후 비용 복잡한 부품의 경우 종합적인 분석 결과는 결정을 자주 정밀 프레스 가공 쪽으로 기울게 만듭니다. 정밀 프레스 장비는 일반적으로 분당 40~100회(SPM)로 느린 반면, 연속식 표준 스탬핑 프레스는 분당 1,000회를 초과할 수 있습니다. 또한 정밀 프레스 장비와 금형은 유압 시스템의 복잡성과 고정밀 다이 간격 때문에 훨씬 더 높은 비용이 발생합니다.

그러나 정밀 다이 블랭킹의 경제적 이점은 후속 공정이 생략될 때 나타납니다. 일반적인 스탬프 가공 기어는 스탬핑, 평탄화, 버 제거 및 CNC 프레징 가공 등 여러 단계를 거쳐야 하지만, 정밀 다이 블랭킹으로 제작된 기어는 프레스에서 완성된 상태로 나옵니다. 이러한 세 단계의 공정을 생략함으로써 절감되는 비용은 종종 초기 스탬핑 비용이 더 높은 점을 상회합니다.

급속한 프로토타이핑에서 대량 생산으로 전환하는 자동차 프로그램의 경우, 다양한 역량을 갖춘 파트너를 선정하는 것이 필수적입니다. 소이 메탈 테크놀로지 과 같은 업체들은 초기 프로토타입 단계(5일 이내 50개 부품 납품 가능)부터 양산에 이르기까지 확장 가능한 포괄적인 스탬핑 솔루션을 제공함으로써 전략적 이점을 제공합니다. IATF 16949 인증 시설과 최대 600톤 규모의 프레스 보유를 통해 엔지니어들은 브래킷에는 일반 스탬핑, 컨트롤 암에는 정밀 성형 등의 적절한 가공 방식을 사용하여 설계를 검증할 수 있으며, 불필요한 정밀도에 대한 과다 지출 없이 글로벌 OEM 표준을 충족시킬 수 있습니다.

궁극적으로 조달 팀은 '조립 비용'을 평가해야 합니다. 표준 스탬핑 부품이 브러 등의 문제로 조립 라인에 정체를 일으키거나 평탄도 검사를 위해 수작업 점검이 필요한 경우, 명목상의 비용 절감 효과는 사라지게 됩니다. 핀 블랭킹(fine blanking)은 공정 신뢰성을 제공하여 최종 조립 공장에서 위험을 줄이고 가동 시간을 높이는 데 기여합니다.