TL;DR

자동차 스탬핑의 표면 결함은 스크랩률 증가와 양산 출하 지연의 주요 원인으로, 일반적으로 다음 두 가지로 분류된다 클래스 A 외관상 결함 (외관을 해치는 결함)과 구조적 결함 (안전성을 해치는 결함). 정적 결함 (금형의 오염 또는 손상에 의해 발생하는 결함)과 동적 결함 (유동, 열, 변형과 같은 공정 변수에 의해 발생하는 결함)을 구분함으로써 효과적인 원인 진단이 가능하다.

제로 결함 제조를 달성하기 위해 엔지니어는 블랭크 홀더 힘(BHF), 윤활, 공구 반경과 같은 공정 변수를 최적화하고 동시에 고급 검출 방법을 활용해야 합니다. 본 가이드는 오렌지 필, 충격선, 균열과 같은 주요 결함의 근본 원인을 다루며 디지털 시뮬레이션에서 현장 유지보수까지 실행 가능한 해결책을 제공합니다.

클래스 A 외관 결함(브랜드 파괴자)

후드, 도어, 펜더와 같은 외부 패널의 경우, 미세한 표면 편차라도 OEM이 요구하는 "클래스 A" 마감을 망칠 수 있습니다. 이러한 결함은 부품 강도에는 영향을 주지 않지만 도장 후 눈에 띄는 왜곡을 유발합니다. 이를 관리하려면 재료 특성과 변형 분포를 정밀하게 제어해야 합니다.

오렌지 껍질 표면 처리

진단: 감귤류 과일 껍질처럼 거친 질감의 표면. 도장 후 매우 두드러지며 빛을 산란시켜 마감면이 매트하게 보입니다.

근본 원인: 이것은 주로 재료 수준의 문제이다. 개별 금속 결정립이 집합적으로 변형되는 것이 아니라 독립적으로 변형될 때 발생한다. 굵은 결정립을 가진 재료는 딥 드로잉 공정 중 이러한 현상에 더 취약하다. 경우에 따라 과도한 윤활이 오일 덩어리를 포획하여 유사한 표면 질감을 만들기도 한다.

해결책:

• 재료 선택: 결정립 크기 제어 기준이 엄격한 미세결정립 시트 금속으로 전환하십시오.
• 변형 관리: 표면이 팽팽해질 정도로 재료를 충분히 늘려야 하지만, 결정립 수준의 불안정성을 유발할 정도로 지나치게 늘리지 않도록 해야 한다.
• 윤활 제어: 수압에 의한 거칠어짐(hydrostatic roughening)을 방지하기 위해 윤활제 점도와 도포량을 최적화하십시오.

스키드 라인(Skid Lines)과 쇼크 라인(Shock Lines)

이 두 가지 결함은 종종 혼동되지만, 서로 다른 기계적 원인에서 비롯된다. 이를 구분하는 것은 올바른 해결책을 선택하는 데 매우 중요하다.

• 스키드 라인(Skid Lines): 시트 금속이 물리적으로 슬라이딩하는 것 공구 반경(다이 입구 반경이나 캐릭터 라인 등)을 따라 슬라이딩하는 동안 표면이 연마되어 가시적인 경로가 남는다. 수리 방법: 공구 반경을 거울처럼 매끄럽게 연마하거나 고품질 윤활제를 사용하거나, 해당 반경 위의 금속 이동을 줄이기 위해 애드엔덤 설계를 조정하십시오.
• 쇼크 라인(또는 임팩트 라인): 에 의해 발생한 변형 히스테리시스 금속이 반경을 따라 굽었다가 다시 펴질 때 변형의 급격한 변화로 인해 슬라이딩이 발생하지 않았더라도 가시적인 선이 남을 수 있다. 이는 일반적으로 캐릭터 라인 근처에서 발생한다. 수리 방법: 벤드-언벤드 사이클의 강도를 줄이기 위해 공구 반경을 확대하거나 시뮬레이션 소프트웨어 설계 단계에서 변형 분포를 최적화하기 위해

표면 저점 및 싱크 마크

진단: 육안으로는 보이지 않다가 부품에 도장이나 스톤 처리 후에야 드러나는 미세한 오목부 또는 '홈'들. 일반적으로 도어 핸들 오목부나 연료 주입구 도어 주변에서 발생한다.

근본 원인: 이들은 종종 불균일한 변형 분포로 인해 발생하는 "함몰(Fall-in)" 결함입니다. 높은 변형률 영역이 낮은 변형률 영역에 둘러싸일 때, 재료가 불균일하게 이완하여 저점(low spot)이 형성됩니다. 복잡한 형상 주변의 탄성 회복(스프링백) 또한 표면을 내부로 끌어 당길 수 있습니다.

해결책: 증가시키다 블랭크 홀더 힘(BHF) 패널 전체에 충분한 장력을 발생시켜 재료가 균일하게 흐르도록 보장하는 것입니다. 다이 표면을 지나치게 볼록하게 설계하는 것도 예상되는 재료의 이완을 보상할 수 있습니다.

구조적 무결성 결함(부품을 즉시 폐기시키는 "파트 킬러")

구조적 결함은 부품의 물리적 무결성을 해치기 때문에 즉각적인 부품 거부를 초래합니다. 이러한 결함은 성형한계도표(FLD)와 인장 응력 및 압축 응력 간의 균형에 의해 결정됩니다.

균열 및 파열

진단: 미세한 균열에서부터 심각한 파열에 이르기까지 금속에 나타나는 가시적인 균열입니다. 이러한 결함은 일반적으로 깊은 드로잉 코너와 같은 두께 감소가 심한 부위에서 발생합니다.

메커니즘: 재료가 인장 강도 한계를 초과한 것입니다. 이는 동적 결함 과도한 마찰, 충분하지 않은 소재 연성(n-value), 또는 급격한 다이 형상으로 인해 발생하는 경우가 많습니다.

시정 조치:

1. BHF 감소: 블랭크 홀더 힘을 낮춰 소재가 다이 캐비티로 더 자유롭게 유동할 수 있도록 합니다.
2. 윤활: 핵심 마찰 부위에 고품질 윤활제를 사용하거나 능동적 윤활 시스템을 설치합니다.
3. 라디우스 최적화: 다이 입구 라디우스를 확대합니다. 날카로운 라디우스는 브레이크 역할을 하여 소재의 유동을 방해하고 파열될 때까지 신장을 유발합니다.

주름creasing

진단: 일반적으로 플랜지 영역이나 경사 벽면에서 발견되는 물결 모양의 주름진 금속입니다. 파열과 달리 주름은 압축 불안정성 .

메커니즘: 금속이 접선 방향으로 압축되었을 때(서로 눌려졌을 때), 제약되지 않으면 평면 외부로 처짐(buckling)이 발생하기 쉬우며, 이는 여유 있는 재료가 존재하는 경사 벽면에서 흔히 발생합니다.

시정 조치:

• BHF 증가: 플랜지에 더 큰 압력을 가하여 처짐을 물리적으로 억제합니다.
• 드로우 비드 사용: 재료 흐름을 제한하고 벽면의 장력을 증가시켜 주름을 유발하는 느슨한 재료를 당겨내기 위해 드로우 비드를 설치하십시오.
• 트레이드오프에 유의: 주름을 해결하기 위해 BHF(보드 홀딩 포스)를 증가시키면 균열 발생 위험이 높아집니다. 공정 창은 이 두 가지 결함 모드 사이의 안전 구역입니다.

공구 및 공정 유발 결함

모든 결함이 재료 흐름에서 비롯되는 것은 아닙니다. 많은 결함들이 금형의 상태나 스탬핑 환경의 자국인 경우가 많습니다. 이러한 원인들을 구분하는 것이 문제 해결의 첫 번째 단계입니다. 정적 그리고 동적 원인을 구분하는 것이 문제 해결의 첫 번째 단계입니다.

정적 결함 대 동적 결함

갈링 및 버

가ling (또는 접착 마모)는 높은 압력과 열로 인해 시트 금속이 도구강에 미세하게 융합되면서 발생하며, 이로 인해 재료 덩어리가 찢겨나갑니다. 이는 깊은 흠집을 남기고 도구 표면을 파괴시키며, 고강도 강 및 알루미늄 스탬핑에서 흔히 나타납니다. 이를 해결하기 위해서는 최신 PVD 도구 코팅을 사용하고 윤활제와 작업물 간의 화학적 호환성을 확보해야 합니다.

버(burrs) 트림 라인을 따라 형성된 날카롭고 돌출된 가장자리입니다. 거의 항상 부적절한 도면 면적 간격 때문입니다. 펀치와 다이 사이의 간격이 너무 크면(일반적으로 재료 두께의 10-15% 이상) 금속이 깨끗이 전단되지 않고 찢어지게 됩니다. 간격이 너무 좁으면 과도한 힘이 필요합니다.

이러한 변수들을 관리하려면 견고한 장비와 정밀한 엔지니어링이 필요합니다. 제조업체 입장에서는 이러한 위험 요소를 처음부터 줄이기 위해 유능한 가공 업체와 협력하는 것이 필수적입니다. 소이 메탈 테크놀로지 이 격차를 해소하는 데 특화되어 있으며, IATF 16949 인증 정밀 공정과 최대 600톤의 프레스 능력을 활용하여 OEM 표면 기준을 엄격히 준수하는 컨트롤 암과 같은 핵심 부품을 제공합니다.

검사 및 품질 관리 방법

현대 자동차 기준은 단순한 육안 검사를 넘어섰습니다. 결함을 발견하는 것은 유용하지만, 이를 예측하는 것이 혁신적입니다.

수작업 스톤 처리 대 디지털 스톤 처리

수작업 스톤 처리: 전통적인 방법으로, 평평한 연마석을 프레스 성형 패널 위에 문질러서 돌출부(버, 마디)는 제거하고 오목부는 그대로 두어 시각적 대비 지도를 만드는 방식입니다. 효과적이긴 하나 노동 집약적이며 작업자 숙련도에 의존합니다.

디지털 스톤 처리: 물리적 스톤 처리 과정을 디지털 환경에서 모사하여 표면 결함의 가상 지도를 생성하기 위해 시뮬레이션 소프트웨어(예: AutoForm) 또는 광학 스캔 데이터를 사용하는 것을 의미합니다. 이를 통해 엔지니어는 금형 가공 전에 Class A 결함을 식별할 수 있습니다. 금형이 가공되기 전에 이로 인해 품질 관리가 '시운전(Tryout)' 단계에서 '설계(Design)' 단계로 이동하게 되어 개발 시간과 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

광학 측정 시스템

자동화 시스템은 구조광(제브라 스트라이프) 또는 레이저 스캐닝을 사용하여 마이크로미터 단위까지 표면 형상을 측정합니다. 이러한 시스템은 압착 제어 시스템에 다시 제공할 수 있는 객관적이고 정량화 가능한 데이터를 제공합니다. 예를 들어, 광학 시스템에서 지속적으로 발생하는 '싱크 마크(sink mark)'를 감지하면 프레스 라인이 자동으로 쿠션 압력을 조정하여 보상함으로써 폐루프(closed-loop) 품질 관리 시스템을 구현할 수 있습니다.