TL;DR

연간 50,000개 이상의 부품 생산량을 요구하는 자동차 브래킷 제조에서 프로그레시브 다이 설계는 속도, 정밀도, 일관성의 균형을 제공하는 표준 방식입니다. 목표 소재 활용률을 75% 이상 달성하기 위해 엔지니어는 정확한 브리지 두께 계산(일반적으로 1.25t ~ 1.5t)과 최적화된 배치 전략을 사용하여 스트립 레이아웃을 최적화해야 합니다. 주요 설계 요소로는 고강도 저합금(HSLA) 강철에서의 스프링백 보정 및 전체 전단 둘레와 스트리핑 힘을 기반으로 한 프레스 톤수 계산이 포함됩니다.

±0.05mm 이하의 공차가 요구되는 복잡한 자동차 브래킷의 경우, 성공은 견고한 파일럿 핀 위치 결정과 생산량에 따라 적절한 공구강(예: 카바이드 대 D2)을 선택하는 데 달려 있습니다. 본 가이드는 고품질 프로그레시브 다이를 설계하기 위해 필요한 기술적 계산식, 배치 규칙 및 결함 예방 전략을 제공합니다.

단계 1: 사전 설계 및 재료 선정

첫 번째 스트립 레이아웃을 그리기 전에 설계 프로세스는 브래킷의 재료 특성에 대한 철저한 분석부터 시작해야 합니다. 자동차 브래킷은 구조적 강성을 유지하면서 중량을 줄이기 위해 일반적으로 고강도 저합금(HSLA) 강재 또는 알루미늄 합금(6061 또는 5052 등)을 사용합니다. 재료의 선택은 다이의 클리어런스, 벤딩 반경 및 코팅 요구사항을 결정합니다.

재료 특성 및 다이 영향
원자재의 인장 강도와 전단 강도는 톤수 및 공구 마모의 주요 결정 요인입니다. 예를 들어, HSLA 강을 스탬핑할 경우 연강에 비해 훨씬 더 높은 톤수와 더 좁은 클리어런스가 필요합니다. 반면 알루미늄 합금은 더 부드러운 특성을 가지나 갈링(galling)이 발생하기 쉬우므로, 연마된 활성 공구 부품이나 TiCN(티타늄 카본나이트라이드)과 같은 특수 코팅이 필요합니다.

스프링백 초기 대응
자동차 브래킷 프레스 성형에서 가장 빈번하게 발생하는 결함 중 하나는 스프링백인데, 이는 금속이 굽힘 후 부분적으로 원래 형태로 되돌아가려는 현상이다. 이는 HSLA 소재에서 특히 두드러진다. 이를 보완하기 위해 설계자는 표준 와이프 벤딩 방식 대신 '과도한 굽힘' 공정을 설계하거나 로터리 벤딩 기법을 적용해야 한다. 90도 브래킷의 경우 다이를 과도하게 굽히도록 설계 2-3도 정도 추가하여 최종 도면 공차를 만족시키는 것이 일반적인 방법이다.

단계 2: 스트립 레이아웃 최적화

스트립 레이아웃은 프로그레시브 다이의 설계도면입니다. 이 레이아웃은 전체 생산 공정의 비용 효율성을 결정합니다. 설계가 부실한 레이아웃은 자재를 낭비하고 다이를 불안정하게 만들지만, 최적화된 레이아웃은 매년 수천 달러의 스크랩 비용을 절감할 수 있습니다.

브릿지 두께 및 캐리어 설계
브릿지 또는 웹(web)은 다이 내에서 부품들을 운반하기 위해 남겨진 재료 부분을 의미합니다. 이 너비를 최소화하면 스크랩이 줄어들지만, 너무 얇게 만들 경우 스트립의 좌굴 위험이 있습니다. 강철 브래킷의 일반적인 공학 기준은 브릿지 폭을 1.25 × 두께(t) 그리고 1.5 × 두께(t) 사이로 설정하는 것입니다. 고속 가공이나 더 얇은 재료의 경우 피딩 문제를 방지하기 위해 2t까지 증가시켜야 할 수 있습니다.

자재 사용률 계산
효율성은 자재 활용률(%)로 측정됩니다. 자동차 브래킷의 목표는 >75% 이상이어야 합니다. 배치 전략을 검증하기 위한 공식은 다음과 같습니다.

활용률 % = (완성된 블랭크 면적) / (피치 × 스트립 폭) × 100

결과가 65% 미만인 경우, 두 개의 브래킷이 서로 마주보는 방향으로 스탬프되어 공통 캐리어 라인을 공유하는 "투패스(two-pass)" 또는 "인터록된(interlocked)" 배치를 고려하십시오. 이 방법은 L자형 또는 U자형 브래킷에 매우 효과적입니다.

파일럿 핀 위치 결정
정밀도는 정확한 스트립 위치 결정에 달려 있습니다. 파일럿 홀은 첫 번째 공정에서 반드시 펀칭되어야 하며, 이후 공정의 파일럿 핀은 다이가 완전히 닫히기 전에 스트립을 정렬합니다. 홀 간 치수 공차가 엄격한 브래킷의 경우, 형성용 펀치가 재료에 접촉하기 최소 6mm 전에 파일럿 핀이 스트립에 걸려야 하는지 확인하십시오.

단계 3: 공정 순서 및 톤수

펀치, 파일럿, 트림, 성형, 커팅 오프와 같은 공정 순서를 올바르게 결정하면 다이 고장을 방지할 수 있습니다. 논리적인 진행 순서는 전체 공정 동안 스트립의 안정성을 보장합니다. 이상적으로 펀칭은 조기에 수행되어 파일럿 홀을 확보하고, 중량 성형 공정은 부하를 균형 있게 분산시키기 위해 적절히 배치되어야 합니다.

필요 톤수 계산
엔지니어는 프레스가 작업을 수행할 수 있는 충분한 용량(및 에너지)을 갖추고 있는지 확인하기 위해 필요한 총 힘을 계산해야 합니다. 블랭킹 및 피어싱 톤수의 공식은 다음과 같습니다.

톤수(T) = 절단 길이(L) × 재료 두께(t) × 전단 강도(S)

에 따르면 산업계 계산 기준 또한 스트리핑력(일반적으로 절단력의 10~20%)과 스트립을 고정하는 데 사용되는 질소 스프링 또는 쿠션의 압력을 반드시 고려해야 합니다. 이러한 보조 하중을 포함하지 않으면 프레스 용량 산정이 부족해져 최하점에서 정지하는 문제가 발생할 수 있습니다.

하중 중심
종종 간과되지만 중요한 계산 항목 중 하나는 "하중 중심"입니다. 다이의 한쪽 면에 절단 및 성형력이 집중될 경우 비대칭 하중이 발생하여 램이 기울어지고 프레스 지브와 다이 필러에 조기 마모를 유발합니다. 큰 둘레를 절단하는 등 고톤수가 요구되는 공정은 다이의 중심선을 기준으로 대칭적으로 배치하여 레이아웃을 균형 있게 구성해야 합니다.

4단계: 일반적인 브래킷 결함 해결

견고한 설계를 하더라도 시운전 중 결함이 발생할 수 있습니다. 디버깅은 근본 원인 분석을 위한 체계적인 접근이 필요합니다.

• 버러: 과도한 버(burr)는 일반적으로 클리어런스가 부정확하거나 공구 날이 무딘 경우 나타납니다. 구멍의 한쪽 면에만 버가 생긴다면 펀치 정렬이 어긋났을 가능성이 큽니다. 전체 둘레를 따라 클리어런스가 균일한지 확인하십시오.
• 슬러그 당김(Slug Pulling): 이 현상은 스크랩 슬러그가 펀치면에 붙어 다이 버튼에서 빨려 나올 때 발생합니다. 다음 스트로크에서 스트립이나 다이를 손상시킬 수 있습니다. 해결 방법으로는 슬러그 보유용 홈이 있는 '슬러그 허거(slug-hugger)' 다이를 사용하거나 펀치 중심부에 스프링 부하형 이젝터 핀을 추가하는 것입니다.
• 정렬 불량(캠버, Misalignment (Camber)): 피딩 중 스트립이 휘어지는(캠버 현상) 경우 캐리어가 변형되고 있을 수 있습니다. 성형 과정에서 스트립의 해제가 제한될 때 자주 발생합니다. 스트레스를 완화하기 위해 피드 사이클 동안 재료가 자유롭게 떠다닐 수 있도록 파일럿 리프터(lifter)를 적절히 설정해야 합니다.

5단계: 원가 요인 및 공급업체 선정

설계에서 양산으로의 전환 과정에는 최종 부품 비용에 영향을 미치는 상업적 결정들이 포함된다. 다수의 공정 스테이션과 필요한 공차로 인해 다이의 복잡성이 증가하면, 이는 가장 큰 자본 지출 요인이 된다. 소량 생산 브래킷(<20,000개/년)의 경우 프로그레시브 다이보다 싱글 스테이지 또는 컴파운드 다이가 더 경제적일 수 있다.

그러나 대량 생산되는 자동차 프로그램의 경우, 프로그레시브 다이의 효율성은 초기 투자 비용을 정당화한다. 제조 파트너를 선정할 때, 해당 업체가 귀사의 다이에 필요한 특정 톤수 및 베드 크기 요구사항을 처리할 수 있는지 확인해야 한다. 예를 들어, 샤오이 메탈 테크놀로지의 포괄적인 스탬핑 솔루션 프로토타이핑에서 대량 생산까지의 갭을 해소하며, 컨트롤 암 및 서브프레임과 같은 핵심 부품에 대해 IATF 16949 인증 정밀도를 제공한다. 최대 600톤의 프레스 하중을 처리할 수 있는 능력을 통해 복잡하고 두꺼운 게이지의 브래킷도 일관되게 생산할 수 있다.

마지막으로, 금형 가공을 시작하기 전에 항상 상세한 제조 설계(DFM) 검토를 요구해야 합니다. 유능한 공급업체는 성형 공정을 시뮬레이션하여(예: AutoForm과 같은 소프트웨어 사용) 판재의 두께 감소 및 균열 위험을 예측하고, 수주의 물리적 재작업을 절약할 수 있는 가상의 수정이 가능하도록 할 것입니다.

프로그레시브 다이 효율성의 정복

자동차 브래킷용 프로그레시브 다이를 설계하는 것은 정밀도, 소재 효율성, 공구 수명 간의 균형을 잡는 작업입니다. 정확한 브리지 계산 및 톤수 공식에서부터 전략적인 소재 선정에 이르기까지 엄격한 공학 기초 원리를 적용함으로써, 엔지니어는 수백만 개의 무결점 부품을 생산할 수 있는 금형을 설계할 수 있습니다. 핵심은 스트립 레이아웃을 기반으로 삼는 것이며, 레이아웃이 최적화되면 다이가 원활하게 작동하고 결함이 최소화되며 수익성이 극대화됩니다.

자주 묻는 질문

1. 프로그레시브 다이의 최소 브리지 두께는 얼마인가?

일반적인 최소 브리지 두께(또는 웹 너비)는 일반적으로 재료 두께(t)의 1.25에서 1.5배 예를 들어, 브래킷 재료의 두께가 2mm인 경우 브리지는 최소 2.5mm에서 3mm 이상이어야 합니다. 이 한계 이하로 설계하면 특히 고속 작동 중에 스트립이 좌굴되거나 파손될 위험이 증가합니다.

프로그레시브 스탬핑의 톤수는 어떻게 계산합니까?

총 톤수는 모든 공정(절단, 벤딩, 성형)에 필요한 힘과 스트리퍼 및 프레셔 패드의 힘을 모두 합산하여 계산합니다. 절단력의 기본 공식은 둘레 × 두께 × 전단 강도 대부분의 엔지니어는 도구 마모와 프레스 변동을 고려하기 위해 총 계산 하중에 20%의 안전 마진을 추가합니다.

프로그레시브 다이 설계에서 스크랩을 어떻게 줄일 수 있습니까?

스크랩 감소는 스트립 레이아웃에서 시작됩니다. 기술에는 부품 배치(nesting parts) (동일한 캐리어 웹을 사용하기 위해 형상을 맞물리게 하는 것), 안전 최소값까지 브리지 폭을 줄이는 것, L자형 또는 삼각형 브래킷용으로 "투패스" 레이아웃을 사용하는 것 등이 있으며 개선 소재 활용도 비용 효율적인 자동차 스탬핑을 위한 핵심 목표는 75% 이상으로 높이는 것이다.