스탬핑 다이에 사용하는 질소 가스 스프링: 힘과 정밀도를 위한 엔지니어 가이드

TL;DR

프레스 금형용 질소 가스 스프링 질소 가스 스프링은 고압 유압 부품으로, 소형 실린더 내에서 비활성인 질소 가스를 사용하여 전통적인 기계식 코일 스프링의 능력을 훨씬 뛰어넘는 강력한 힘을 제공합니다. 스트로크 전반에 걸쳐 일정한 압력을 유지함으로써 부품의 품질을 크게 향상시키고 금형의 물리적 공간을 줄입니다.

자동차 및 산업용 제조업체의 주요 이점은 출력 밀도 내구성과 수명에 있습니다. 피로로 인해 프리로드가 감소하는 코일 스프링과 달리 질소 스프링은 즉각적인 접촉 힘을 제공하며 정확한 톤수 요구에 맞게 조정이 가능하여 대량 생산을 위한 현대 금속 프레스 가공의 표준이 됩니다.

기본 원리: 프레스 금형 내 메커니즘 및 기능

질소 가스 스프링은 압력 가스를 포함 한 질소 가스, 피스톤 막대 및 특수 실린더를 포함하는 밀폐 시스템으로 작동합니다. 프레스 가 닫히면, 피스톤 은 가스를 압축 하여 프레스 가 열리면서 방출 되는 잠재 에너지 를 저장 합니다. 이 메커니즘은 훨씬 더 높은 출력 밀도 기계적 대안보다 작은 가스 스프링이 훨씬 큰 스핀 스프링과 같은 힘을 발휘할 수 있다는 것을 의미합니다.

질소의 선택은 임의가 아닙니다. 무활성 가스 , 이것은 부품의 수명을 위해 중요합니다. 이 부분의 본문은 특별 샘물 질소의 무활성성 특성으로 인해 실린더 내부의 산화와 경화가 방지되며, 내부 밀폐 및 윤활유가 빠른 스탬핑 주기로 인해 발생하는 강렬한 열에도 안정적으로 유지되도록합니다. 산소 나 압축 공기 를 사용 하면, 기름 과 열 이 결합 되어 화상 이나 급속 한 밀폐 분해 가 발생할 수 있다.

전형적인 스탬핑 다이 설정에서, 이러한 스프링은 펌프가 재료에 접촉하기 전에 금속을 단단히 고정하기 위해 펌프 플레이트 (일반적으로 결합기 또는 스트립퍼 플레이트) 사이에 위치합니다. 이 "패드 하드 다운" 기능은 매우 중요합니다. 이 는 금속 이 거나 찢어지는 것 을 방지 합니다. 왜냐하면 질소 샘은 가변 압력 , 엔지니어들은 가스의 전하를 조절하는 것만으로도 유지력을 정밀하게 조정할 수 있습니다. 기계식 스프링이 제공할 수 없는 유연성입니다.

비판적 비교: 질소 가스 스프링 대 기계 스필 스프링

기계식 코일 스프링에서 질소 가스 스프링으로의 전환은 종종 더 높은 정확성과 공간 효율성에 대한 필요성에 의해 주도됩니다. 스핀프링은 저렴하고 간단하지만 선형 힘 곡선으로 고통 받고 있습니다. 초기 접촉 (예충전) 에서 매우 적은 힘을 제공하고 최대 힘은 완전한 압축에서만 발생합니다. 반대로 질소 스프링은 접촉 즉시 거의 최고 힘을 전달합니다.

공간 제약이 종종 결정적인 요소가 된다. 복잡한 자동차 금형의 경우, 닫힌 상태에서 사용 가능한 공간을 의미하는 '셧 하이트(shut height)'가 매우 중요한데, 이는 공간이 매우 제한적임을 의미한다. 단일 질소 실린더는 종종 5~10개의 코일 스프링 묶음을 대체할 수 있어 금형의 부피를 크게 줄일 수 있다. 이를 통해 프로그레시브 금형에 더 많은 공정 위치를 확보하거나, 보다 작고 가벼운 도구를 만들어 취급과 보관 비용을 절감할 수 있다.

또한 신뢰성은 주요 차별 요소이다. 코일 스프링은 예측할 수 없게 파손되어 금속 파편을 도구 내부로 방출하며 치명적인 손상을 일으킬 수 있다. 반면 질소 스프링은 적절히 유지보수 시 점진적으로 마모된다. Ready Technology 와 같은 제조업체의 최신 설계는 측면 하중 손상에 저항하는 '보어 실드(bore sealed)' 시스템과 플로팅 가이드 스템(floating guide stems)을 갖추고 있어 재제작이 필요하기 전까지 수백만 회 이상의 스트로크를 보장한다.

선택 가이드: 힘 및 스트로크 요구 사양 계산

올바른 질소 가스 스프링을 선택하려면 정밀한 공학 계산이 필요합니다. 목표는 필요한 유지력과 가용 공간 및 프레스 용량 사이의 균형을 맞추는 것입니다. 필요한 스프링 수를 결정하는 일반적인 방법은 선택한 스프링 지름에서 사용 가능한 최대 힘으로 총 요구 힘을 나누는 것입니다.

스트로크 길이 계산

다음의 애플리케이션 가이드라인에 따르면 Harslepress 스트로크 길이가 다이 이동 거리와 정확히 같은 스프링을 선택해서는 안 됩니다. 피스톤이 바닥에 닿는 것을 방지하기 위해 안전 마진이 필수적이며, 이는 즉각적인 고장을 유발할 수 있습니다.

• 화학식: 최소 스트로크 = 다이 이동 거리 + 10% 안전 마진.
• 예시: 다이 이동 거리가 50mm인 경우, 50mm 스프링을 사용하지 마십시오. 적어도 55mm 스트로크를 가진 스프링을 선택하십시오 (흔히 표준인 60mm 또는 63mm 모델로 올림).

힘 분배

전체 힘 요구 조건을 충족하는 것만으로는 충분하지 않으며, 기울기나 끼임을 방지하기 위해 압력 패드 전체에 힘이 균등하게 분포되어야 합니다. 엔지니어들은 일반적으로 호환성을 보장하기 위해 ISO 또는 VDI 표준(VDI 3003 등)을 준수합니다. 다이 높이가 제한된 경우 리트로핏 시 '컴팩트' 또는 '슈퍼 컴팩트' 시리즈를 선택해야 할 수 있으나, 이러한 제품은 일반적으로 ISO 표준 모델에 비해 최대 스토크 길이가 더 짧은 편입니다.

설치, 유지보수 및 안전 기준

고압 실린더 작업 시 안전이 가장 중요합니다. 질소 스프링은 사실상 압력 용기이므로 부적절한 취급은 위험할 수 있습니다. 가장 중요한 설치 규칙은 실린더 본체를 지지할 수 있을 만큼 포켓 깊이가 충분해야 한다는 것입니다. 일반적으로 포켓 깊이는 안정성과 수직도를 확보하기 위해 카트리지 길이의 적어도 50% 이상이어야 합니다.

설치 최선 사례

1. 수직도: 스프링은 접촉면에 대해 90도로 장착되어야 합니다. 약간의 각도라도 측면 하중이 발생하여 씰이 조기에 마모될 수 있습니다.
2. 공간: 포켓 여유치를 0.5mm에서 1.0mm로 유지하십시오. 너무 끼는 경우 작동 중 열팽창이 발생하면 실린더가 고정될 수 있습니다.
3. 배수: 금형에서 다량의 윤활제를 사용하는 경우, 포켓에 배수 채널이 있도록 해야 합니다. 유체가 갇혀 발생하는 유압이 실린더를 파손시킬 수 있습니다.

분해 과정이 가장 높은 위험을 수반합니다. 절대 질소 가스를 완전히 배출하기 전에 가스 스프링을 열려고 시도하지 마십시오. 대부분의 제조사는 특별한 배기 밸브나 나사를 포함하고 있습니다. Harslepress가 권장하듯이, 잠금 링을 분리하기 전까지 모든 히스 소리가 멈출 때까지 육각 렌치를 사용하여 밸브 코어를 천천히 누르되, 몸에서 멀리 떨어진 방향으로 향하게 하십시오.

주요 제조업체 및 상호 호환성

시장에는 여러 설립된 제조업체들이 공급하고 있으며, 다음이 포함됩니다. DADCO , Hyson , Kaller , 그리고 특별 샘물 . 이러한 브랜드들은 대부분 ISO 11901 표준을 따르며, 이는 어느 정도의 상호 교환성을 가능하게 합니다. 예를 들어, DADCO ISO 시리즈 스프링은 금형 포켓을 수정하지 않고도 종종 Kaller 또는 Hyson의 동등한 모델과 교체할 수 있어 글로벌 프레스 성형 작업의 유지보수를 간소화합니다.

그러나 외부 치수는 동일할 수 있지만, 씰링 시스템 및 로드 가이던스와 같은 내부 기술은 다를 수 있습니다. DADCO의 UltraPak 카트리지와 Ready Technology의 Design-Tite 시스템은 오염된 프레스 성형 환경에서 서비스 수명을 연장하기 위해 개발된 독자적인 기술입니다. 조달팀은 초기 비용뿐 아니라 '한 번 작동할 때마다 드는 비용(cost per stroke)'을 고려해야 합니다. 50만 사이클마다 고장나는 저렴한 스프링은 다운타임을 고려했을 때 200만 사이클 지속되는 프리미엄 제품보다 훨씬 더 큰 비용이 소요될 수 있습니다.

금형 및 부품이 최종 확정되면, 생산에 초점을 맞추게 됩니다. 프로토토닝에서 대량 생산으로 확장하는 제조업체의 경우, 이러한 기술을 효과적으로 활용하기 위해 경험이 풍부한 스탬핑 공급업체와 협력하는 것이 매우 중요합니다. 샤오이 메탈 테크놀로지의 종합적인 스탬핑 솔루션을 통해 자동차 생산을 가속화하십시오 이 솔루션은 첨단 금형 기준을 활용하여 컨트롤 암 및 서브프레임과 같은 정밀 부품을 제작합니다. 해당 기업의 전문성은 부품 선정과 대량 생산을 위한 IATF 16949 인증 제조 사이의 갭을 메워줍니다.

결론

질소 가스 스프링은 힘과 부피를 분리함으로써 금속 프레스 성형 산업을 혁신하였습니다. 이를 통해 엔지니어들은 소형화되고 고품질의 다이를 설계할 수 있어 더 적은 폐기물로 우수한 부품을 생산할 수 있습니다. 힘 밀도의 기본 원리를 이해하고, 철저한 설치 안전 절차를 준수하며, ISO 인증을 받은 신뢰할 수 있는 브랜드를 선택함으로써 제조업체는 다운타임을 크게 줄이고 공구 수명을 연장시킬 수 있습니다.

질소 기술에 대한 초기 투자는 일관된 부품 품질과 유지보수 비용 감소를 통해 지속적인 이익을 가져다줍니다. 오래된 기계식 다이를 개조하든 새로운 연속 공정 도구를 설계하든, 질소 가스 스프링은 현대 제조업에서 없어서는 안 될 필수 자산입니다.

자주 묻는 질문

1. 코일 스프링을 질소 가스 스프링으로 직접 교체할 수 있나요?

예, 하지만 계산이 필요합니다. 크기만으로 단순히 일대일로 교체할 수 없습니다. 코일 스프링이 제공하는 총 힘을 계산한 후, 그 힘과 일치하는 질소 가스 스프링을 선택해야 합니다. 종종 여러 개의 코일 스프링이 수행하던 작업을 더 적은 수의 질소 스프링이 대신할 수 있기 때문에, 힘을 균등하게 분산시키기 위해 다이의 압력 패드를 수정해야 할 수도 있습니다.

2. 질소 가스 스프링은 얼마나 자주 재충전이 필요한가요?

관리가 잘 된 다이에서는 질소 스프링이 수백만 사이클 동안 충전 없이 작동할 수 있습니다. 그러나 소량의 압력 손실(약 연간 10%)은 정상적인 현상입니다. 사용 빈도에 따라 보통 6개월에서 12개월마다 정기적인 다이 정비 시 압력을 점검하는 것이 권장됩니다.

3. 자체 내장형 시스템과 연결형 시스템의 차이는 무엇인가요?

자립 스프링은 자체 내부 가스 전하로 독립적으로 작동합니다. 연결된 시스템은 여러 스프링을 튜브를 통해 제어판과 외부 탱크에 연결합니다. 연결된 시스템으로 모든 스프링의 압력을 동시에 압력장 밖에서 모니터링하고 조절할 수 있습니다. 이는 빈번한 압력 조정이 필요한 대형 자동차 도어에 이상적입니다.