자동차 다이 성능을 위한 주요 공구강 등급

TL;DR

자동차 금형용 적절한 공구강 등급을 선택하려면 마모 저항성과 인성 사이의 균형을 정밀하게 맞춰야 하며, 이는 공구 수명과 부품 품질을 보장하기 위해 중요합니다. 가장 일반적으로 사용되는 등급으로는 절단 및 성형 공정에서 높은 마모 저항성을 제공하는 D2와 같은 D계열 강, 고충격 스탬핑에서 우수한 충격 저항성을 제공하는 S7과 같은 S계열 강, 그리고 두 특성 모두를 폭넓게 갖춘 A2와 같은 A계열 강이 있습니다. 최종 선택은 고강도 강판 스탬핑부터 정밀 부품 성형에 이르기까지 특정 용도에 따라 달라집니다.

공구강 분류 체계 이해하기

공구강은 공구, 다이 및 금형 제작을 위해 설계된 특수한 종류의 탄소강 및 합금강입니다. 이는 뛰어난 경도와 마모 저항성, 고온에서도 형태를 유지하는 능력 덕분에 혹독한 산업 환경에서 없어서는 안 될 존재입니다. 이러한 재료들을 표준화하기 위해 미국철강협회(American Iron and Steel Institute, AISI)는 경화 방식, 조성 및 용도에 따라 공구강을 분류하는 체계를 수립하였습니다. 이 체계를 이해하는 것은 자동차 다이에 적합한 재료를 선택하는 첫 번째 단계입니다.

이 분류 체계는 각 등급을 식별하기 위해 문자-숫자 표기법을 사용합니다. 문자는 강재의 주요 특성 또는 경화 방식을 나타내며, 엔지니어와 공구 제작자에게 명확한 기준을 제공합니다. 예를 들어 'A'는 공냉경화(Air-Hardening)를 의미하고, 'W'는 수냉경화(Water-Hardening)를 의미합니다. 이 시스템은 유사한 성능 특성을 가진 강재들을 분류함으로써 선택 과정을 간소화합니다.

다양한 카테고리가 있지만, 다이 제조와 특히 관련 있는 몇 가지 종류가 있습니다. 여기에는 물로 경화하는(W), 기름으로 경화하는(O), 공기로 경화하는(A), 고탄소-고크롬(D), 그리고 충격 저항(S) 유형이 포함됩니다. 각 그룹은 절단 및 블랭킹부터 성형 및 스탬핑에 이르기까지 특정 작업에 맞게 조정된 고유한 특성 조합을 제공합니다. 주요 공급업체의 자료를 통해 가장 일반적인 분류에 대한 자세한 설명을 확인할 수 있습니다. SSAB .

자동차 다이용 공구강의 주요 특성

자동차 다이의 성능은 공구강의 기계적 특성과 직접적으로 연결되어 있다. 최적의 등급을 선택하려면 응용 분야의 요구 사항에 맞게 재료 특성을 조정하기 위한 일련의 상충 요소들을 고려해야 한다. 이러한 균형에서 가장 중요한 두 가지 특성은 내마모성과 인성이다.

내마모성 는 스탬핑 또는 성형 중 시트 메탈이 표면을 따라 흐를 때 발생하는 마모 및 침식에 강재가 견딜 수 있는 능력을 의미합니다. D타입 등급과 같은 내마모성이 뛰어난 강철은 미세조직 내에 경질 탄화물을 포함하고 있어 공구 표면의 급속한 열화를 방지합니다. 이 특성은 대량 생산 공정이나 최근 자동차 차체에서 점점 더 일반화되고 있는 고강도 철강소재(AHSS)와 같은 마모성 재료를 다룰 때 특히 중요합니다.

내구성 반대로, 충격 인성은 갑작스러운 충격이나 고응력 하에서 에너지를 흡수하고 파편 발생, 균열, 또는 심각한 파손을 저지하는 소재의 능력을 말합니다. S타입의 내충격성 강재는 최대의 인성을 확보하도록 설계되었습니다. 이러한 특성은 두꺼운 소재의 전단 가공이나 파손이 쉬운 날카로운 모서리가 있는 다이와 같이 강한 충격이 가해지는 응용 분야에서 매우 중요합니다. Pennsylvania Steel 에 명시된 바와 같이, 고충격 응용 분야에서는 파손 없이 충격을 흡수할 수 있도록 설계된 강재가 필요합니다.

공구강 선택에서의 근본적인 문제는 내마모성과 인성이 종종 서로 배타적이라는 점이다. 내마모성을 향상시키기 위해 강의 경도를 높이면 일반적으로 취성도 증가하여 인성이 저하된다. 이와 같은 상충 관계는 D2와 S7 등급을 비교할 때 명확히 드러난다. D2는 우수한 내마모성을 제공하지만 인성은 낮아 절단 다이에 적합하다. 반면 S7은 내마모성을 희생하는 대신 뛰어난 인성을 제공하므로 펀치 및 충격 부하 응용 분야에 이상적이다. 목표는 특정 다이 부품에 맞는 최적의 균형을 찾아 수명을 극대화하는 것이다.

심층 분석: 자동차 다이용 최고의 공구강 등급

자동차 산업에서는 다양한 응용 분야에서 신뢰할 수 있는 성능을 제공하기 때문에 소수의 '기본용' 공구강 등급이 표준으로 자리 잡고 있습니다. 이러한 재료들은 단순한 브래킷부터 복잡한 구조 부품에 이르기까지 금형 제작자가 성능을 최적화할 수 있도록 다양한 특성을 제공합니다. 각각의 강점에 대한 이해는 성공적인 다이 설계 및 제조에 핵심입니다.

복잡한 프로젝트의 경우, 전문 기업과 협력하는 것이 매우 유익할 수 있습니다. 예를 들어 Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. 와 같은 제조업체는 맞춤형 자동차 스탬핑 다이 분야에서 깊은 전문성을 보유하고 있으며, 정밀도, 효율성 및 대량 생산 환경에서의 내구성을 위해 최적의 공구강 등급을 선정하기 위해 고급 시뮬레이션과 재료 지식을 활용합니다.

다음은 자동차 금형에서 가장 흔히 사용되는 공구강 등급들의 상세한 비교표이며, 다양한 금형 전문가들의 전문 지식을 바탕으로 작성되었습니다.

다음에서 언급한 바와 같이 SteelPRO Group 정확한 등급을 선택하는 것은 최적의 성능을 위해 매우 중요합니다. 스탬핑과 같은 냉간 가공 용도의 경우 D2와 A2가 주요 후보입니다. 마모가 주요 고려사항일 때는 D2를 선호하지만, A2는 더 나은 인성과 열처리 시 우수한 치수 안정성을 제공하여 보다 균형 잡힌 특성을 갖춥니다. 도구가 충격으로 인해 파손되거나 균열이 생기는 위험이 클 경우 S7이 가장 적합한 선택입니다. H13은 핫워크 강으로, 도구가 고온의 금속과 장기간 접촉하는 단조와 같은 공정에 필수적입니다. P20은 플라스틱 몰드 강으로, 가공이 용이하여 자동차 금형의 홀더 및 지지 구조물에 흔히 사용됩니다.

현대 자동차 금형에서의 첨단 및 특수 강재

차량 설계가 더 강하고 가벼운 소재를 적용하면서 자동차 다이(die)에 요구되는 성능이 더욱 높아지고 있습니다. 고강도 고급 강재(AHSS)의 광범위한 사용은 기존 등급의 도구강으로는 충족할 수 없는 요구 조건을 만들어내고 있으며, 이에 특수 및 첨단 공구강, 특히 분말야금(P/M) 방식으로 제조된 제품들이 점점 더 중요해지고 있습니다.

분말 야금(P/M) 공구강은 용융된 강철을 미세한 분말로 아톰화한 후 고압과 고온에서 압축하여 제조합니다. 이 공정은 기존 방식으로 생산된 강철보다 훨씬 더 미세하고 균일한 미세 조직을 형성하며, 주요 이점은 탄화물의 균일한 분포입니다. 이는 D2와 같은 일반 등급에서 응력 집중 지점이 될 수 있는 크고 불균일한 탄화물을 제거합니다. 그 결과, 우수한 인성, 내마모성 및 연마성을 갖춘 강재가 만들어집니다.

P/M 강의 균일한 구조는 안정적인 기판을 제공하기 때문에 고급 표면 코팅에 매우 적합하다. 알루미늄 및 아연과 같은 용융 금속의 프레스 성형과 같이 가장 까다로운 자동차 응용 분야의 경우, P/M 강은 공구 수명과 성능을 크게 향상시켜 초기 비용이 더 높은 점을 정당화한다. 공구 전문가들이 설명했듯이, 이 첨단 제조 공정은 비범한 균일성을 가지며 균열 위험이 낮은 소재를 생산한다. 다양한 공구강 종류와 그 제조 공정에 대한 포괄적인 목록은 다음과 같은 자료에서 확인할 수 있다. Special Tool & Engineering .

자주 묻는 질문

1. 다이캐스팅에 어떤 공구강이 사용되나요?

다이캐스팅의 경우 극도의 고온 조건으로 인해 열간 공구강이 필요합니다. 가장 일반적으로 사용되는 등급은 H13입니다. 이 강종은 알루미늄 및 아연과 같은 용융 금속과 장기간 접촉하더라도 경도와 강도를 유지하도록 설계되어 열피로 및 균열에 대한 저항성이 뛰어납니다.

2. D2와 S7 중 어느 쪽이 더 좋은가요?

D2나 S7는 모두 "더 나은"이 아닙니다. 그 적합성은 전적으로 응용 프로그램에 달려 있습니다. D2는 뛰어난 마모 저항성을 제공하며 가열이 주요 관심사인 도형 절단 및 형성에 이상적입니다. S7은 뛰어난 견고성과 충격 저항성을 제공하여 중량 펀치 또는 블레이드와 같은 큰 충격으로 응용 프로그램에 더 나은 선택이됩니다.

3. P20와 D2 도구 철강의 차이점은 무엇입니까?

주요 차이점은 그들의 특성과 의도된 사용에 있습니다. D2는 고 탄소, 고 크롬 냉면 작업 도구 강철으로 높은 경화성과 뛰어난 마모 저항성을 가지고 있으며, 절단 도구 및 도형에 적합합니다. P20은 탄소 농도가 낮은 플라스틱 폼 스틸로, 일반적으로 사전 경화 상태에서 공급됩니다. 그것은 좋은 가공성과 닦을 수 있는 것으로 평가되며, 플라스틱 주사 폼 및 도어 홀더 제조에 이상적이지만 절단 응용 분야는 아닙니다.

4. 자동차 차체에 어떤 등급의 강철이 사용되나요?

자동차 차체는 공구강이 아니라 다양한 등급의 강판을 사용하여 제작됩니다. 현대 자동차는 주로 연강, 고강도 저합금강(HSLA), 그리고 이중위상(DP) 및 상변화 유발 연성(TRIP) 강과 같은 첨단 고강도 강철(AHSS) 등의 판재 형태의 강철을 사용합니다. 이러한 소재들은 성형성이 뛰어나고 충돌 에너지를 흡수하면서도 차량 무게를 최소화할 수 있어 선택됩니다.