냉간 압출 다이 손상: 예방 팁

펀치 다이 손상 및 예방 조치

펀치 다이는 냉간 압출 다이에서 가장 중요한 부품입니다. 높은 압축 하중을 견딜 수 있어야 하며, 약간의 굽힘으로 인해 측면 압력이 발생하여 갑작스러운 파손이 발생하지 않도록 충분한 인성을 갖춰야 합니다.

동시에 펀치 다이는 가열 중 연화 가능성을 방지하고 잠재적인 긁힘과 물림을 방지하며 영구 변형 가능성을 방지하기 위해 내마모성이 우수해야 합니다.

냉간 압출 펀치 다이의 손상은 주로 과도한 작업 스트레스, 편심 하중 및 단기 피로를 유발하는 스트레스 집중으로 인해 발생합니다. 주요 손상 형태는 변형, 골절, 파손입니다.

변형

압출 공정 중에 펀치 다이는 그림 9-3과 같이 뒤집힘, 변형, 굽힘과 같은 영구적인 변형을 겪게 되는데, 이를 소성 변형이라고 합니다.

a) 부기
b) 변형
c) 굽힘

펀치 다이의 소성 변형을 일으키는 주요 원인은 다음과 같습니다:

• 그리고 압출력 가 너무 커서 펀치 다이 재료의 항복 강도를 초과합니다.
• 펀치 다이의 강도와 경도가 너무 낮습니다.
• 블랭크 재료의 경도가 너무 높습니다.
• 블랭크의 부피가 너무 커서 여분의 재료를 제거할 수 없습니다.
• 펀치 다이 재질을 잘못 선택했습니다.

펀치 다이가 구부러지거나 변형되는 것을 방지하려면 담금질 및 템퍼링 후 경도가 61HRC 이상인 열경도가 좋고 압축 강도가 높은 고속 공구강으로 만들어야 합니다. 블랭크의 정밀도를 개선하고 블랭크의 두 끝을 평행하게 만들어야 하며 블랭크의 경도를 110HBW 이하로 제어해야 합니다.

또한 압출 시 펀치와 다이의 동축성을 보장하기 위해 다이의 가이드 정확도와 설치 정확도를 개선해야 합니다.

프랙처

파손은 펀치 다이의 수명에 직접적인 영향을 미치는 가장 치명적인 형태의 고장입니다. 펀치 다이의 파손은 종종 아주 작은 흠집이나 스크래치에서 시작하여 점차 확대되어 원형 균열을 형성하고 심한 경우 균열과 갑작스러운 파손이 발생합니다. 균열이 발생하는 주된 이유는 반복적인 응력과 주기적인 온도 변화입니다.

냉간 압출 공정에서는 단시간에 많은 양의 열이 발생하여 금형의 온도가 상승하며, 각 압출은 열과 냉기를 반복하는 사이클입니다. 이렇게 열과 냉기가 번갈아 가면서 금형 표면의 응력이 긍정과 부정으로 번갈아 가면서 열 피로 균열이 형성됩니다. 따라서 피로는 펀치 다이 균열의 주요 원인 중 하나입니다.

또한 편심 하중을 받으면 필렛과 직선 부분의 접합부, 즉 단면이나 모양이 변하는 부분에 균열이 발생하고 심하면 파손될 수도 있습니다. 특히 이러한 전이 부위의 필렛이 매우 작거나 매끄럽게 연결되지 않은 경우 균열이 더욱 심해집니다.

이는 이러한 부품이 응력 집중 영역이자 균열 형성의 시작점이기 때문입니다. 따라서 이러한 부품을 적절한 필렛으로 설계하고, 원활한 연결을 위해 세심하게 가공하고 연마하여 응력이 집중되지 않도록 하는 것이 균열 형성을 방지하는 효과적인 방법입니다.

펀치 다이의 파손은 파괴적인 특성과 파손 부위의 모양에 따라 가로 균열, 세로 균열, 방사형 균열로 구분됩니다. 가로 균열에는 그림 9-4와 같이 두 가지 상황이 있는데, 하나는 파손입니다. 대부분의 파손은 전이 부위에서 발생하며 때로는 압출 부품의 작업 부위와 펀치 다이의 고정 연결 부위에서 발생합니다.

a) 전환 영역의 균열
b) 압출된 부품의 가장자리 균열
c) 볼록한 몰드 마운팅 플레이트 영역의 균열

파손은 주로 편심 하중으로 인한 굽힘 응력에 의해 발생하며 응력 집중의 영향을 덜 받습니다. 컵 모양의 조각을 간접 압출하는 경우 펀치 다이의 필렛 R이 간접 압출을 과도하게 제한하면 가로 균열이 발생합니다.

간접 압출 부품의 입구가 비뚤어진 경우, 즉 한쪽이 높고 한쪽이 낮은 경우, 그림 9-5와 같이 인출 시 횡력에 의한 굽힘 모멘트로 인해 펀치 다이가 파손되는 경우가 종종 있습니다. 다른 파손 유형인 인장 파손은 주로 윤활 조건이 악화될 때 단면이 변하는 부위에서 발생합니다.

인장 파손의 주요 특징은 평평한 파손 표면입니다. 펀치 다이의 인장 파손을 방지하려면 윤활 조건을 개선하고 마찰을 줄이는 것이 효과적인 방법입니다.

일반적인 형태의 세로 균열은 그림 9-6에 나와 있습니다. 그림 9-6a에 표시된 세로 균열은 작업 링 벨트의 둘레에서 발생합니다. 이는 주기적인 열 및 냉간 교대 응력에 의해 발생하는 피로성 균열이며, 블랭크의 윤활 불량 및 펀치 다이의 경도 부족과도 관련이 있습니다.

a) 피로 균열
b) 세로 분할
c) 중앙 분할
d), e) 코너 균열

이러한 미세한 세로 균열의 발생을 줄이려면 먼저 인성이 우수한 고속강 소재를 선택하고, 표면의 내마모성과 내피로성을 높이기 위해 질화 침탄 처리를 적용해야 합니다.

둘째, 적절한 입도를 가진 연삭 휠을 선택하고 연삭 중 이송량을 엄격하게 제어해야 합니다. 연삭 후 연마를 수행해야 합니다. 동시에 윤활 품질을 개선하고 마찰을 줄이며 펀치 다이의 표면 경도를 61HRC 이상으로 높이는 것도 도움이 될 수 있습니다.

그림 9-6b 및 9-6c에서 볼 수 있듯이 작업 끝면에서 위쪽으로 발생하는 세로 균열 및 중앙 균열은 대부분 고르지 않은 카바이드 분포 및 과도한 재료 분리와 같은 재료 결함으로 인해 발생합니다. 이는 고르지 않은 카바이드 분포가 강철의 취성을 증가시키고 강도를 감소시키기 때문입니다. 단조 시 재료 분리는 일반적으로 레벨 3 이하로 제어됩니다.

이는 작은 직경의 로드에서 달성할 수 있습니다. 대구경 봉재의 경우 엄격한 교차 단조 공정을 통해 과도한 카바이드 분리를 제거해야 합니다. 그림 9-6d 및 9-6e에 표시된 모서리 균열은 연결 부품의 너무 작은 필렛 또는 매끄럽지 않은 조인트로 인해 발생합니다.

따라서 연결 부품을 필렛으로 설계하고, 부드러운 전환과 응력 집중이 없도록 세심한 가공과 연마를 통해 모서리 균열을 방지하는 것이 효과적인 조치입니다.

볼록 몰드의 작업 끝면과 꼬리 끝면에서 방사형으로 발생하는 균열은 그림 9-7에 나와 있습니다. 볼록 몰드의 작업 필렛에서 발생하는 균열은 표면적인 미세 균열입니다. 이러한 균열은 종종 아주 작은 마모, 스크래치 또는 금속 접착력 손상에서 시작하여 점차 매우 얇은 선에서 미세 균열로 확장됩니다.

a) 작업 반경의 균열
b) 작업 끝면의 균열
c) 꼬리 끝면의 균열

따라서 금속 접착을 방지하기 위해 고품질 윤활제를 사용하여 표면 거칠기를 줄이고 필렛 영역의 경도를 높이면 이러한 균열을 방지할 수 있습니다. 볼록한 금형의 작업 끝면의 네트워크 균열은 압출 중 열 효과로 인한 열 피로로 인해 발생합니다.

때때로 연삭량이 너무 많고 이송 속도가 너무 빠르면 표면 과열로 인한 거북이 균열이 압출 중에 네트워크 균열로 발전 할 수도 있습니다. 따라서 성형 끝면을 연마할 때는 거친 그라인딩 휠을 사용해야 합니다.

완제품에 가까워질수록 매번 연삭량이 적어야하며 템퍼링 처리, 질화 침탄, 크롬 도금 및 기타 표면 처리를 확인해야합니다. 볼록한 금형의 끝단면에는 그림 9-7c와 같이 네트워크 균열과 유사한 끝단 균열이 발생하는 경우가 있습니다.

이 표면 네트워크, 세로로 발생하는 균열 현상은 고르지 않은 끝면, 고르지 않은 재료 또는 고르지 않은 볼록 몰드 패드, 중심 붕괴 변형 및 끝면 접촉 불량으로 인해 발생합니다. 따라서 볼록 몰드의 꼬리 끝면은 평평하고 작업 끝면과 평행해야하며 강성을 높이고 변형을 방지하기 위해 충분한 두께와 강도를 가진 볼록 몰드 패드를 사용해야합니다.

볼록 몰드 휨, 파단 및 균열 손상의 원인과 예방 조치는 표 9-3에 나와 있습니다.

표 9-3: 볼록 금형의 구부러짐, 파손 및 균열 손상의 원인과 예방 조치

피해

펀치의 작업 부위에서 플랜지 및 박리와 같은 국소 손상이 발생할 수 있습니다. 반면에 산산조각 및 분쇄 손상은 전체 손상의 한 형태입니다. 갑작스럽고 매우 파괴적입니다. 금속 접착과 갈링은 다이 고착 현상의 가장 일반적인 유형입니다. 다이 고착은 펀치의 작업 표면을 쉽게 긁어 압출 부품의 품질에 영향을 줄 수 있습니다.

다이 고착이 심하면 소재를 꺼내기 어렵고 작업 조건이 악화되어 압출 공정이 정상적으로 진행되지 않습니다. 이 세 가지 유형의 손상에 대한 원인과 예방 조치는 표 9-4에 나와 있습니다.

표 9-4: 펀치 손상의 원인 및 예방 조치

금형 캐비티 손상 및 예방 조치

냉간 압출 다이 캐비티는 다이 펀치만큼 손상되기 쉽지 않습니다. 일반적인 형태의 다이 캐비티 손상에는 균열, 세로 균열, 가로 균열 및 일반적인 마모가 포함됩니다.

크래킹

균열은 그림 9-8과 같이 주로 인서트의 세로 균열로 관찰되는 초기 금형 손상의 일반적인 형태입니다. 인서트의 세로 균열의 주요 원인은 불충분한 사전 응력 또는 인서트의 벽 두께가 너무 얇거나 과도한 진원도 오차 및 불충분한 강도 때문입니다.

이를 방지하려면 다이 캐비티 인서트의 간섭량과 두께를 적절히 늘리는 것이 중요합니다. 경질 합금 인서트를 사용하는 경우 외경의 진원도 오차를 0.005mm 이내로 제어해야 합니다.

세로 균열

그림 9-9에서 볼 수 있듯이 금형 캐비티 내부 표면에 균열이 발생합니다. 처음에는 균열이나 열 발작 스크래치와 비슷하지 않습니다. 그러나 가공 작업 횟수가 증가함에 따라 무수히 많은 세로 스크래치가 나타나고 점차적으로 균열 네트워크로 발전하여 결국 박리까지 이어집니다.

이러한 균열은 피로에 의한 것으로 윤활 조건이 악화되고 사전 응력이 불충분할 때 특히 발생하기 쉽습니다. 따라서 윤활유의 품질을 개선하고 간섭량을 적절히 늘리면 세로 균열을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

다이의 표면 경도를 향상시키기 위해 질화 침탄 처리를 사용하거나 다이 캐비티를 만들 때 일반 공구강 대신 경질 합금을 대체하면 그림 9-9a에 표시된 균열을 완전히 제거할 수 있습니다.

a) 캐비티 내부 표면의 균열
b) 작업 가장자리의 균열

1 - 초기 스크래치 2 - 균열의 네트워크 3 - 박리 4 - 세로 균열

그림 9-9b에 표시된 세로 균열은 작업 에지 밴드 위치에서 발생하며 다이 캐비티의 내부 표면에도 모입니다. 일정한 깊이를 가지고 있지만 관통하지 않고 주로 표면층에 집중되어 있습니다.

이러한 균열은 주로 블랭크 표면에 잔류 산화물이 존재하여 윤활이 불량하여 다이가 달라붙거나 다이 표면이 연화되어 발생하기 때문입니다. 따라서 블랭크의 청결을 유지하고, 윤활 처리 효과를 높이고, 다이 캐비티의 경도를 개선하기 위해 질화 침탄 처리를 실시하거나 다이 캐비티 인서트에 경질 합금을 사용하면 이러한 균열을 효과적으로 제거할 수 있습니다.

가로 균열

그림 9-10에 표시된 것처럼 가로 균열에는 두 가지 일반적인 유형이 있습니다. 그림 9-10a에 표시된 다이의 가로 균열은 단면의 전이 부분에서 발생합니다. 전이 영역에서 필렛의 반경을 적절히 늘리거나 이 지점에서 다이를 두 부분으로 측면 분할하면 이러한 균열을 제거할 수 있습니다.

a) 전환 위치의 균열
b) 가이딩 부품과 성형 부품 사이의 경계에 균열이 있는 경우

그림 9-10b에 표시된 가로 균열은 금형의 가이드 부분과 성형 부분 사이의 경계, 즉 금형에서 반복적으로 작용하는 부분에서 발생합니다. 압출 공정 중에 펀치가 다이에 가하는 하중은 주기적으로 반복되는 하중이므로 다이의 방사형 탄성 변형도 주기적으로 변동합니다.

이러한 장기간의 반복으로 인해 인터페이스에 가로 균열이 나타납니다. 균열의 발생은 금형의 과도한 변형 및 불충분한 강도와 직접적인 관련이 있으며, 맞춤 표면의 접촉 상태와도 관련이 있습니다.

따라서 인서트와 전체 다이의 내경과 외경의 비율을 높이고, 간섭량을 적절히 늘리고, 맞춤 표면의 균일한 접촉을 보장하거나, 여러 개의 프레스 재킷이 있는 다이를 사용하면 가로 균열을 제거할 수 있습니다.

피해

그림 9-11에 표시된 바와 같이, 금형 캐비티와 작업 표면에서 발생하는 모서리 붕괴 A와 박리 B는 냉간 압출 금형에서 흔히 발생하는 손상 형태입니다. 이러한 유형의 박리 손상은 작업 블레이드의 가장자리, 가장자리 융기 또는 홀 입구에서 종종 발생합니다. 이러한 부위는 응력이 집중되는 부위이며 상대적으로 약합니다.

a) 코너 붕괴
b) 박리 박리

필렛 반경을 잘못 선택하거나 재료의 인성이 좋지 않으면 국소 박리가 발생할 수 있습니다. 국부적인 결함이 있거나 국부적인 과열로 인해 연화되는 경우에도 금속 박리가 발생할 수 있습니다. 따라서 인성이 높은 소재를 사용하고, 적절한 필렛 반경을 선택하고, 고품질 윤활제를 사용하면 박리 발생을 크게 줄이고 예방할 수 있습니다.

프리스트레스 링 손상 및 예방 조치

컴파운드 다이에서 프리스트레스 링의 손상 형태는 주로 세로 균열과 영구 변형이 있습니다.

세로 균열

그림 9-12a는 프리스트레스 외부 링에서 두 가지 유형의 세로 균열 시나리오를 보여줍니다. 하나는 조립 후 몇 시간 내에 발생하는 자연 균열이고, 다른 유형은 몇 개, 수십 개 또는 수백 개의 조각을 압출한 후 하중을 받아 발생하는 균열입니다.

이 균열의 주요 원인은 어셈블리의 사전 간섭이 너무 커서 외륜 내부 표면의 사전 응력에 의해 생성 된 인장 응력이 외륜 재료의 항복 강도를 초과하여, 즉 사전 응력 외륜이 과도한 인장 응력을 받거나 외륜 자체의 강도 부족 또는 과도한 경도로 인해 발생하기 때문입니다.

단일 프리스트레스 외륜이 사전 조여진 상황에서 외륜의 경도가 50HRC에 가까우면 자연 균열, 즉 조립 후 배치 기간 동안 외륜이 갑자기 자체적으로 균열이 발생할 위험이 있으므로 단일 층 외륜의 경도를 45HRC 이하로 제어해야 합니다.

이중 프리스트레스 외륜을 사용하는 경우 외륜의 경도가 40HRC 미만인 경우 중간 링의 경도는 50HRC가 될 수 있습니다. 그러나 조립 중에 외륜과 중간 링이 먼저 함께 조립되지 않으면 위험합니다. 따라서 외륜 균열을 방지하기 위해 외륜의 간섭량과 경도를 엄격하게 제어해야하며 조립 방법이 합리적이어야합니다.

그림 9-12b와 같이 프리스트레스 링에 고정용 구멍을 가공할 경우, 이러한 구멍은 외부 링의 강도를 크게 감소시키고 응력 집중을 유발하므로 압출 시 드릴링 위치에 균열이 자주 발생하므로 프리스트레스 링에 금형 고정용 구멍이나 기타 구멍을 만들지 않도록 하십시오.

(a) 외부 링의 균열
(b) 드릴링 지점에서의 균열

영구 변형

프리스트레스 링에 부적절한 재료를 선택하거나 열처리 후 경도 또는 강도가 낮거나 조립 중 과도한 간섭으로 인해 과도한 반경 방향 압력이 발생하면 영구적인 변형이 발생할 수 있습니다.

따라서 우수한 소재를 사용하고, 경도와 강도를 향상시키기 위해 합리적인 열처리 공정을 구현하거나, 프리스트레스 링의 직경과 간섭을 최적으로 선택하여 프리로드가 소재의 항복 강도를 초과하지 않도록 하면 이러한 영구 변형을 방지할 수 있습니다.

압력판 손상 및 예방 조치

다양한 원인으로 인해 압력판이 손상되는 형태는 주로 방사형 균열과 영구 변형의 두 가지입니다.

방사형 균열

방사형 균열은 그림 9-13에 표시된 것처럼 압력판의 방사형 방향을 따라 발생하는 방사형 균열을 말합니다. 방사형 균열의 원인은 다음과 같습니다:

압력판의 재질이 불량하고 경도가 낮습니다;

베어링 표면이 고르지 않거나(그림 9-13a 참조) 금형 직경이 너무 작은 경우(그림 9-13b 참조);

압력판은 여러 번 반복되는 탄성 변형을 겪으며 피로 균열을 일으킵니다.

이러한 균열을 제거하기 위한 예방 조치에는 다음이 포함됩니다:

압력판의 경도를 높입니다;

압력판의 두께 또는 금형 직경 증가;

압력판 외부에 보강 링을 추가하여 강도를 높입니다;

가공 중 압력판의 상하 면이 요철 없이 평행하게 유지되도록 합니다.

a) 들여쓰기
b) 돌출.
1 - 압력 플레이트
2 - 펀치

영구 변형

압력판의 베어링 표면이 영구적으로 변형되는 이유는 다음과 같습니다:

압력판의 강도가 충분하지 않은 경우;

과도한 단위 압출력;

압력판의 두께가 충분하지 않거나 다이 직경이 너무 작은 경우.

이러한 영구적인 변형을 방지하기 위한 예방 조치에는 다음이 포함됩니다:

고품질 소재를 사용하여 압력판을 제작합니다;

압력판의 경도와 강도를 향상시키기 위해 합리적인 열처리 공정을 채택합니다;

압력판의 압축 용량을 향상시키기 위해 압력판의 두께와 금형 직경을 늘립니다;

다층 압력판을 사용하여 볼록하고 오목한 금형에서 전달되는 높은 압력을 완화합니다.