알루미늄 시트 스탬핑 금형 문제 해결

알루미늄과 강판의 특성이 다르기 때문에 실제 스탬핑 생산 공정에는 상당한 차이가 있어 기존 강판 생산에 비해 스탬핑 생산 장비 사용, 금형 설계 및 금형 조정 기술에 대한 요구 사항이 더 엄격해졌습니다.

이 기사에서는 알루미늄 시트의 실제 생산 및 조정 과정에서 발생하는 일반적인 스크랩 관리 문제에 대한 방법을 설명하고 효과적인 개선 조치 및 솔루션을 제안하며 알루미늄 시트의 생산 효율성을 향상시킵니다.

자동차 산업에서 에너지 절약, 배기가스 저감, 신에너지의 급속한 발전으로 자동차 경량화 기술은 급속한 발전 단계에 접어들었습니다. 차체 제조에 기존 강판을 대체하기 위해 알루미늄 시트를 사용하는 것은 차량 무게를 줄이는 중요한 방법 중 하나입니다.

알루미늄 판재 소재의 특성은 강판과 크게 다르기 때문에 전통적인 강판 생산 금형 공정, 구조 설계, 금형 조정 및 스탬핑 생산 기술을 혁신해야 합니다.

이 기사에서는 생산 중 알루미늄 부품 스탬핑 금형에서 제어하기 어려운 스크랩 문제를 분석하고 해결하여 후속 금형 생산 및 조정에 대한 참조를 제공합니다.

스탬핑 장비에서 강판과 알루미늄 판의 차이점

언코일링 라인

가이드 롤러: 강판 언코일링 가이드 롤러는 강철 롤러이고 알루미늄 시트 가이드 롤러는 고무 롤러이며, 레벨러: 알루미늄 및 철강 부품 생산의 언코일링 및 블랭킹 공정에 사용되는 레벨러는 동일하지만, 생산 과정에서 철 스크랩이 알루미늄 소재를 손상시키는 것을 방지하기 위해 별도로 사용해야 합니다;컨베이어 벨트: 강판은 자력을 이용해 컨베이어 벨트로 이송하고, 알루미늄 판재는 진공 흡입을 이용해 이송합니다.

장치 디스패킹

분리 방법: 강판은 자기 분리 방식(그림 1)을 사용하고 알루미늄 시트는 송풍 분리 방식(그림 2)을 사용합니다.

부품 운송: 강판은 마그네틱 벨트 운송을, 알루미늄 시트는 진공 벨트 운송을 사용합니다.

부품 위치 감지: 알루미늄 시트는 광전 감지 방법을 사용하며, 강철 부품 생산 전에 표면 유막 두께를 확인해야하며 알루미늄 부품 생산의 경우 표면 건식 윤활제 두께를 확인해야합니다. 알루미늄 판재와 강판재는 완전히 분리하여 생산해야 하며, 가급적 알루미늄 부품 전용 생산 라인에서 생산해야 합니다.

시트 자재 운송

알루미늄은 매우 민감한 소재이며 다른 소재와 접촉하면 부식되기 쉽습니다. 생산 전에 알루미늄 시트와 접촉하는 생산 라인의 부품(컨베이어 벨트, 흡입 컵, 이송 카트, 빈 워크스테이션 등)을 철저히 청소하여 알루미늄 부품 표면에 철제 파일과 이물질이 남지 않도록 해야 합니다.

판금 수리

알루미늄과 철강 재료의 폐기물 처리 시스템은 완전히 분리되어야 합니다. 연삭 시 발생하는 알루미늄 분말과 칩은 중앙에서 수거하여 처리해야 하며, 연삭 작업장은 환기가 필요하며 그렇지 않으면 공기 중 화염에 노출될 경우 폭발할 수 있습니다.

알루미늄 부품 드로잉 다이

알루미늄 시트의 전반적인 재료 특성으로 인해 경도와 강도는 강판보다 훨씬 낮습니다. 따라서 생산 및 성형 과정에서 금형에 대한 요구 사항이 더 엄격합니다.

생산 중 퍼징, 모서리 쌓임, 스크래치, 쿠션 소재 칩 등의 결함을 방지하기 위해 드로잉 작업의 펀치 및 다이에 전기 도금과 같은 표면 처리를 적용하고 블랭크 홀더의 표면 거칠기를 줄입니다.

알루미늄 부품 드로잉 다이의 설계 및 제조 요구 사항:

(1) 최소 R 값은 드로잉 다이 는 재료 두께의 3배가 되어야 하며, 너무 작으면 재료가 긁힐 수 있습니다;

(2) 드로잉 다이의 R 각도 값은 드로잉 시뮬레이션 분석의 값과 일치해야하며 제품 또는 기타 이유로 인해 임의로 변경할 수 없습니다. (3) 그림 3과 같이 수직 절단을 피하기 위해 스크랩 나이프 영역에서 드로우 비드를 분리해야합니다;

(4) 펀치 및 다이 입구의 최소 R 값은 각각 R8mm 및 R12mm입니다;

(5) 판금 수집 라인은 드로 비드 바깥쪽에서 약 5mm 정도 멈추도록 제어해야 합니다;

(6) 판금의 흐름은 드로 비드에 의해 가능한 한 제한되어야 하며 블랭크 홀더는 공작물에 영향을 미치지 않아야 합니다;

(7) 2차 성형이 발생하지 않도록 주의하여 한 번의 스탬핑 작업으로 공작물이 형성되도록 합니다;

(8) 재료의 "흐름 방지 라인"은 "드로잉 방지 라인"과 일치해야하며 드로잉 다이의 상부 및 하부 금형 사이의 간격 값은 재료 두께 t에 5% (t + 5%)를 더한 값이어야합니다. 너무 크거나 작으면 빌드업 에지가 발생하기 쉽습니다(그림 4).

성형 공정 중 알루미늄 시트의 스프링백은 강판보다 더 큽니다. 그림 5는 알루미늄 합금, 연강 및 고강도 강철의 변형 곡선을 보여줍니다. 이 세 가지 시트 재료가 소성 변형되는 동안 동일한 변형 조건에서 언로드 후 잔류 응력이 방출되어 스프링백의 정도가 달라지며 알루미늄 시트 스프링백은 강판보다 훨씬 큽니다.

따라서 알루미늄 부품 드로잉 다이 공정 및 구조 설계의 초기 단계에서 형상 및 치수 요구 사항을 충족하면서 공정 보충제와 로컬 드로 비드를 추가하여 스프링백을 제한하여 성형 공정 중에 판금 성형을 보다 완전하고 균형 있게 만들어 스프링백 보정을 달성할 수 있습니다.

최근 신차 모델의 시각적 효과를 높이기 위해 외장을 덮는 부품에 날카로운 모서리 디자인을 적용하는 경우가 증가하고 있습니다. 그러나 알루미늄 시트는 본질적으로 강판보다 두껍고(제품 설계에 따라 결정됨), 스탬핑 알루미늄 시트는 일반적으로 1mm보다 두껍습니다. 외부 부품의 경우 스탬핑 강판의 두께는 일반적으로 0.7~0.8mm입니다. 알루미늄 시트는 R 모서리에서 찢어지기 쉽기 때문에 금형 설계 시 더 큰 반경(재료 두께의 최소 3배)이 필요하며, 완성 부품의 경우 8%-18%의 최적 두께가 필요합니다. 또한 알루미늄 시트는 연신율이 낮고 이 부분에서 쉽게 찢어지기 때문에 그림 6과 7에서 볼 수 있듯이 알루미늄 부품 웨이스트 라인은 강철 부품과 같은 날카로운 모서리를 얻을 수 없습니다. 이는 제품 설계 시 핵심적으로 고려해야 할 사항입니다.

알루미늄 부품 트리밍 및 피어싱 다이

트리밍 및 피어싱 작업은 알루미늄 부품 금형 조정에서 가장 까다로운 부분입니다. 알루미늄 부품은 강철 부품에 비해 경도가 훨씬 낮기 때문에 알루미늄 시트를 트리밍할 때 알루미늄 스크랩이 발생하기 쉽습니다. 강철 스크랩에 비해 가벼운 무게는 고속 스탬핑 중에 트리밍 재료와 다이 캐비티의 음압 흡입을 쉽게 유발하여 알루미늄 스크랩을 펀치 및 다이의 작업 표면으로 가져와 공작물 표면에 움푹 들어간 곳, 퍼징 및 구멍과 같은 결함을 유발하여 생산 효율에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 일반적인 스크랩 유형은 일반적으로 그림 8, 9, 10 및 11에 각각 표시된 것처럼 스트립 모양, 플레이크 모양, 과립 모양 및 분말 모양의 네 가지 범주로 나뉩니다.

트리밍 및 피어싱 금형의 현장 스크랩 생산 상황을 바탕으로 생산 위치와 원인에 대한 분석 및 통계 비교를 수행했으며, 그 결과는 표 1에 나와 있습니다.

표 1 분석 결과

알루미늄 부품 트리밍 및 피어싱 다이의 생산 및 조정 요구 사항:

(1) 트리밍 모서리 및 트리밍 인서트는 담금질해야 하며, 경도: (58-2) HRC. 트리밍 인서트의 열처리 형태가 코팅 처리로 조정되는 경우 해당 부품의 세부 목록에 특수 열처리로 표시해야합니다.

(2) 하단 다이 트리밍 인서트의 절삭날은 가능한 한 날카로워야 합니다.

(3) 1.2mm 미만의 재료 두께를 위한 트리밍 인서트는 백킹이 필요하지 않습니다.

(4) 트리밍 가장자리의 관통 깊이는 약 2-3mm가 되어야 합니다.

(5) 물결 모양의 절단면은 사전 절단 현상을 피하기 위해 허용되지 않습니다.

(6) 상부 다이 트리밍 인서트의 절삭 날은 -2° 음의 각도를 가져야 합니다.

(7) 블랭킹 간극은 재료 두께의 10%-12%의 단면 간극으로 정확해야 합니다.

(8) 알루미늄 부품 금형의 경우 상부 및 하부 금형 절삭 날의 선명도가 강철 부품 금형보다 더 중요합니다.

(9) 그림 14와 같이 블랭크 홀더 윤곽과 트리밍 라인 윤곽 사이의 최대 간격은 0.5mm입니다. 일부 자동차 회사에서는 0.4-0.8mm를 요구하며 일반적으로 0.5mm로 설정합니다.

(10) 그림 15와 같이 스크랩 슈트에는 슈트 각도가 30° 이상인 텍스처 플레이트를 사용합니다.

(11) 그림 16과 같이 최첨단 코팅은 DLC 기술을 사용합니다.

(12) 스크랩 나이프 형태 표면은 공작물/도면 모양과 일치해야 하며 하단 다이 스크랩 나이프도 일관성이 있어야 합니다.

(13) 스프링이 장착된 스크랩 나이프(상부 다이)도 기울어짐을 방지하고 동시 절단을 보장하기 위해 공작물 모양과 일치해야 합니다.

(14) 상단 다이 인서트는 절단하기 전에 스크랩을 변형시키지 않아야 합니다.

(15) 알루미늄 부품 다이의 모든 펀치에는 이젝터 핀이 있어야 하며, 펀치 관통 깊이는 2~3mm여야 합니다.

동일한 재료 분리 공정의 경우, 그림 17과 같이 알루미늄 부품 펀치에 대한 유지보수 기준은 기존 펀치에 비해 차이가 있습니다.

직경이 6mm보다 큰 펀치는 일반적으로 절삭날과 재료 사이의 접촉 면적을 줄이기 위해 -2° 각도로 가공됩니다.

직경이 6mm보다 작은 펀치의 경우 그림 18과 같이 절삭날 끝면은 원추형 끝면 디자인을 사용하며 절삭날 마찰을 줄이기 위해 전기 도금 처리됩니다.

알루미늄 시트 펀치는 스크랩 부착을 방지하기 위해 관통 깊이가 약 2~3mm인 이젝터 핀이 있는 구조를 사용해야 합니다.

블랭킹 간격 및 절삭 모서리에 대한 요구 사항 외에도 트리밍 및 피어싱 금형은 생산 중 알루미늄 스크랩이 금형에 미치는 영향을 줄이기 위해 금형 캐비티와 공작물 사이의 접촉 영역의 R 각도가 가능한 한 커야 합니다. 이렇게 하면 접촉 영역의 지나치게 날카로운 R각으로 인해 알루미늄 시트가 찢어지는 것을 방지할 수 있습니다. 트리밍 및 피어싱 다이의 블랭크 홀더의 경우, 그림 19와 같이 공작물이 변형되지 않도록 하면서 컬러 영역의 폭을 최대한 줄여야 합니다. 동시에 비기능 영역은 속을 비워 성형 공정 중 스크랩 쿠션 문제가 발생할 가능성을 줄여야 합니다.

다이 자체 외에도 몇 가지 보조 방법을 사용하여 다이에 대한 스크랩의 영향을 더욱 줄일 수 있습니다. 그림 20에서 볼 수 있듯이, 공작물 잡기 공정에서 로봇 팔을 사용하면 블로잉 장치가 장착된 보조 잡기 기계식 핸드가 압축 공기를 사용하여 고압으로 블로잉하여 스크랩을 스크랩 슈트로 강제로 밀어 넣을 수 있습니다. 이렇게 하면 스크랩이 금형 캐비티에 들어가거나 다음 공정으로 운반되는 것을 방지하여 스크랩으로 인한 생산 중단을 효과적으로 제어할 수 있습니다.

플랜지 및 성형 금형

플랜지 및 성형 금형은 알루미늄 시트의 모양과 치수를 다시 제한하는 최종 성형 공정입니다. 설계 및 디버깅 중에 드로잉 프로세스 설계와 마찬가지로 2차 성형을 피하기 위해 한 단계로 성형해야 합니다.

플랜지 압력판의 경우, 그림 21과 같이 플랜지 품질을 보장하고 칩 결함을 줄이려면 색상 폭이 20-25mm가 되어야 합니다. 금형과 알루미늄 부품 사이의 접촉 면적을 줄이기 위해 플랜지 압력판의 압력 영역을 너무 넓게 만들지 마십시오. 트리밍 및 펀칭 공정 금형과 마찬가지로 비기능 영역은 속을 비워야 합니다.

알루미늄 부품 플랜지 및 성형 금형에 대한 생산 및 디버깅 요구 사항:

(1) 최소한의 굽힘 반경 시트의 두께는 재료 두께의 1.5배입니다;

(2) 플랜지 작업 중 파도가 발생하면 공정 및 제조 부서의 동의를 얻어 그림 22와 같이 플랜지용 압력판 또는 클램프를 사용해야 할 수 있습니다;

(3) 스프링백은 플랜지 또는 최종 성형 중에 필요한 경우에만 고려하십시오. 플랜지의 반경과 모양에 따라 스프링백 각도가 일반적인 3°(4~5°)보다 클 수 있습니다;

(4) 성형 및 플랜지 영역에서 펀치와 다이 사이의 간격은 정상 크기 + 5%(재료 두께 + 5%)여야 합니다;

(5) 2차 성형은 피하고 한 번에 모양을 만들어야 합니다;

(6) 형성 및 전단 인서트는 100%로 작업 방향으로 연마되고 매끄러워야 합니다;

(7) 허용 크기 범위(회전 직경 <900mm, 높이 <1200mm) 내에서 플랜지 인서트는 표면 강도와 내마모성을 향상시키기 위해 PVD 코팅 처리를 거쳐야 합니다.

결론

자동차 산업에서 알루미늄 부품이 점차 강철 부품을 대체하는 추세는 피할 수 없습니다. 향후 알루미늄 시트의 다양한 기계적 및 물리적 특성이 개선되는 등 기술이 계속 발전함에 따라 스탬핑 금형에 미치는 영향은 지속적으로 감소할 수 있습니다.

그러나 현재 단계에서는 기존 알루미늄 시트 금형 디버깅 기술과 경험을 습득하는 것이 매우 필요합니다. 이 기사에서는 블랭킹에서 완제품에 이르기까지 다양한 단계와 공정에서 발생할 수있는 알루미늄 칩 문제를 제어하여 후속 프로젝트에서 알루미늄 부품 금형의 생산 및 디버깅에 대한 어느 정도의 참조를 제공합니다.