내가 처음으로 프로그레시브 금속 스탬핑 작업장을 운영하기 시작했을 때, 나는 다이 마모가 겨울의 추위나 결코 원활하게 작동하지 않는 기계처럼 모든 스탬퍼가 처리하는 일의 일부일 뿐이라고 생각했습니다. 그런 다음 우리는 대량 자동차 계약을 체결했습니다.금속 스탬프 부품s, 그리고 우리의 다이 스타트는 예상 실행 속도의 절반으로 실패했습니다. 갑자기 "정상적인" 마모가 12,000달러의 문제가 되었습니다. 가동 중지 시간, 급하게 재분쇄하고 고객이 1년 동안의 주문을 거의 버릴 뻔했습니다. 그때부터 저는 금형 마모를 당연한 것으로 취급하는 것을 중단하고 이를 해결할 수 있는 엔지니어링 퍼즐로 취급하기 시작했습니다. 당신이 프로그레시브 스탬핑 공급업체(나 같은)이거나 이에 의존하는 제조업체라면프로그레시브 금속 스탬핑고용량, 엄격한 공차 부품의 경우 이는 단순한 기술적인 세부 사항이 아니라 생산 할당량을 달성하는 것과 수익성 있는 작업을 잃는 것의 차이입니다. 다음은 시행착오를 통해 다이 내마모성을 단계적으로 높이는 방법에 대해 배운 내용입니다.
가장 먼저 구매를 중단한 것은 값싼 공구강이었습니다. 처음에는 모든 D2나 S7 공구강이 다 똑같다고 생각했기 때문에 파운드당 최저 가격을 선택했습니다. 모든 공구강이 동일하게 열처리되는 것은 아니며, 그 작은 차이가 마모에 막대한 영향을 미칩니다. 자세히 설명하자면, D2는 내마모성이 뛰어난 고탄소, 고크롬 공구강이지만 용도에 따라 올바른 로크웰 C(HRC) 범위(보통 58~62)로 경화하는 경우에만 가능합니다. 열처리기가 공정을 서두르고 HRC 55까지만 도달하면 다이가 30% 더 빠르고 쉽게 마모됩니다. 작년에 우리는 스탬핑 다이를 전문으로 하는 현지 열처리업체로 전환하고 조기 마모를 유발하는 잔류 오스테나이트(강의 연하고 불안정한 상)를 제거하는 템퍼링 후 극저온 동결이라는 전처리 단계를 추가했습니다. 우리는 이제 더 미세한 입자 구조를 가진 공구강을 지정합니다. 강철 매트릭스의 탄화물이 작을수록 시간이 지남에 따라 치핑과 마모가 줄어듭니다. 나는 다른 상점들이 이것을 건너뛰는 것을 본 적이 있으며, 그들의 다이는 매 100,000개의 부품마다 재연삭이 필요합니다. 우리의 D2 다이 세트는 이제 첫 번째 그라인딩 전에 250,000개 이상의 부품을 실행하여 6개월 만에 다이 유지 관리 비용을 40% 절감합니다.
다음으로 우리는 스탬프를 찍는 부품에 대한 블랭크 디자인과 재료 처리를 조정했습니다. 많은 스탬퍼들은 다이 마모가 툴링에서만 발생한다고 생각하지만 작업 재료 자체가 큰 요인입니다. 고강도 저합금(HSLA)강, 스테인리스강 또는 표면 코팅이 두꺼운 황동을 스탬핑하는 경우 해당 소재는 표준 냉간 압연강(CRS)보다 마모성이 더 높습니다. 작년에 우리는 새로운 제품이 나올 때마다 재료 표면 마감 테스트를 시작했습니다.하드웨어 스탬핑또는프레스 부분연마재를 사용한 주문: 우리는 재료를 샘플링하고 작은 프로토타입 다이에서 마모 테스트를 실행한 다음 블랭크 디자인을 조정하여 접촉 지점의 마찰을 줄였습니다. 예를 들어, 건설 고객을 위해 아연 도금 강철 브래킷을 스탬핑하기 시작했을 때 아연 코팅이 다이의 펀치에 달라붙어 마모되고 미세한 마모가 발생했습니다. 펀치 진입점에 약간의 반경을 추가하여 이 문제를 해결했습니다. 날카로운 모서리가 코팅을 파고드는 대신 블랭크가 반경 위로 미끄러지듯 움직입니다. 또한 수동 재료 공급에서 매번 일관되고 평평한 블랭크를 제공하는 서보 제어 롤 공급으로 전환했습니다. 울퉁불퉁한 블랭크는 스트로크할 때마다 다이의 캐비티 가장자리에 마찰을 일으켜 아무리 많은 공구강으로도 고칠 수 없는 불필요한 마모를 추가합니다. 무역 박람회에서 베테랑 스탬플러에게서 배운 한 가지 요령은 항상 다른 배치의 샘플이 아니라 생산 주문과 동일한 두께와 마감으로 재료를 테스트한다는 것입니다. 블랭크가 약간 더 두꺼우면 다이 압력이 15% 이상 증가하고 시간이 지남에 따라 마모가 더 빨라집니다.
표면 처리는 우리가 가장 큰 장기적 이익을 보았던 분야이며, 우리가 수년 동안 놓쳤던 단계입니다. 예전에는 다이에 오일을 바르고 '윤활'이라고 했지만 이는 초보자를 위한 표면 처리입니다. 이제 우리는 애플리케이션에 따라 계층화된 접근 방식을 사용합니다. 대부분의 프로그레시브 다이에는 다이를 가공하고 열처리한 후 질화티타늄(TiN) 또는 DLC(다이아몬드형 탄소)로 물리적 기상 증착(PVD) 코팅을 수행합니다. TiN은 가격이 저렴하고 경도가 약 2,500HV로 CRS나 알루미늄과 같은 저마모 소재에 적합합니다. DLC는 최대 4,000HV까지 단단하고 마찰이 적어 스테인리스강과 같은 연마성 재료를 스탬핑할 때 열이 적고 마모가 적습니다. 우리는 자동차 분야를 맡으면서 DLC를 사용하기 시작했습니다.금속 스탬프 부품앞서 언급한 순서와 그 단일 변경으로 인해 다이의 작동 수명이 두 배로 늘어났습니다. 그러나 우리는 코팅만으로는 충분하지 않다는 것도 배웠습니다. 코팅하기 전에 금형 표면을 마무리해야 합니다. 공구 자국이 있거나 Ra 0.8의 거칠기가 있는 다이는 더 많은 잔해물을 담고 코팅을 긁어 마모를 유발합니다. 이제 우리는 PVD 코팅 전에 모든 다이 접촉 표면에 미세 연마를 수행하여 거칠기를 Ra 0.2 이하로 낮춥니다. 차이점은 밤낮입니다. 코팅된 다이는 이제 수십만 번의 스트로크 후에도 마손을 방지하는 매끄럽고 달라붙지 않는 표면을 갖게 되었습니다. 다이 코너나 펀치 팁과 같이 마모가 심한 부분에는 열 스프레이 용접을 사용하여 텅스텐 카바이드 오버레이를 적용하여 가장 중요한 부분에 경도를 한 단계 더 높입니다. 이는 전체 다이 세트를 조기에 교체하는 것을 방지하는 일종의 표적 표면 처리입니다.
다이 간격과 스트로크 조정은 작지만 많은 프로그레시브 스탬플러가 모서리를 자르는 부분입니다. 다이가 펀치와 다이 캐비티 사이의 간격이 너무 작으면 재료를 너무 많이 압축하여 툴링을 마모시키는 과도한 마찰과 열이 발생합니다. 너무 많으면 버(burr)가 생겨 재료가 다이 측면에 마찰을 일으키게 되어 가장자리가 마모됩니다. 프로그레시브 다이의 경우 클리어런스는 재료 유형과 두께에 따라 다릅니다. 경험상 깨끗한 절단에는 재료 두께의 8-10%를 사용하지만 고강도 재료(10-12%) 또는 하드 코팅이 있는 재료에는 이를 조정합니다. 우리는 또한 50,000개의 부품마다 다이 스트로크 정렬을 모니터링하기 시작했습니다. 시간이 지남에 따라 프레스 편향으로 인해 다이의 정렬이 바뀔 수 있으므로 펀치가 캐비티 중앙에 완벽하게 위치하지 않습니다. 이로 인해 고르지 않은 마모가 발생합니다. 즉, 펀치의 한쪽이 다른 쪽보다 빨리 마모되고 결국 다이에서 버 또는 치수 오류가 있는 부품을 생산하기 시작합니다. 이제 우리는 정기적인 유지 관리 중에 다이얼 표시기를 사용하여 정렬을 확인하고 100,000 스트로크마다 프레스 지브를 조정합니다. 또 다른 점은 다이 높이를 조정하는 방식을 변경했다는 것입니다. 설정 시 다이를 한 번 설정하고 잊어버리는 대신 재료 배치를 변경할 때마다 작은 조정(보통 0.001인치)을 수행합니다. 부드러운 재료의 경우 다이 높이가 더 빡빡하면 경사가 줄어들고, 단단한 재료의 경우 높이가 약간 느슨하면 과도한 압력이 방지됩니다. 내 작업장 데이터에 따르면 이러한 작은 조정으로 다이 수명이 최대 20% 더 길어졌습니다.
사후 수정이 아닌 예측 유지 관리가 퍼즐의 마지막 조각입니다. 우리 중 많은 사람들은 부품이 불량해 보이기 시작할 때, 표면 긁힘, 치수 변화가 있을 때만 다이 마모를 알아차립니다. 그때쯤이면 다이는 이미 경도의 5~10%를 잃었고 생산은 이미 뒤처진 상태입니다. 이제 우리는 모든 다이 세트에서 실행 횟수와 부품 검사 데이터라는 두 가지 항목을 추적합니다. 금형을 실행할 때마다 생산되는 부품 수를 기록하고 10~15개 부품의 버 높이, 치수 정확도, 표면 마감을 확인합니다. 버 높이가 약간 증가한 경우(0.0005인치에서 0.001인치로) 전체 다이 교체가 이루어지기 전에 부분적인 그라인딩이나 수정 작업을 계획합니다. 또한 휴대용 금형 경도 시험기를 사용하여 부품 50,000개마다 중요한 표면의 경도를 확인합니다. D2 강철의 경도가 HRC 57 아래로 떨어지면 다이가 너무 마모되어 고칠 수 없을 때까지 기다리지 않고 재열 처리 및 연마 작업을 계획합니다. 지난 분기에 우리는 다이 캐비티 가장자리의 경도가 떨어지기 시작한 다이 세트를 발견했습니다. 우리는 이를 $5,000에 교체하는 대신 $800에 손질했습니다. 이는 다이 마모를 비용이 많이 드는 문제에서 계획된 저비용 유지 관리 단계로 바꾸는 일종의 사전 예방적 접근 방식입니다.
일부 스탬플러들이 이 글을 읽고 "그건 너무 비싸요. 왜 냉동 처리, DLC 코팅, 예측 유지 관리에 투자하겠습니까?"라고 말할 것이라는 것을 알고 있습니다. 계산해 보겠습니다. 새로운 프로그레시브 다이 세트의 가격은 복잡성에 따라 $4,000-$15,000입니다. 다이가 교체가 필요하기 전에 100,000개의 부품을 실행하는 경우 다이 비용은 부품당 $0.04 ~ $0.15입니다. 공구강 열처리, DLC 코팅 및 미세 연마에 1,500달러를 투자하고 동일한 다이에서 250,000개 부품을 실행한다면 다이 비용은 부품당 0.016~0.06달러로 떨어집니다. 이는 100만 개 부품 주문 시 최대 수천 달러까지 추가되는 직접적인 비용 절감입니다. 또한 가동 중지 시간을 방지합니다. 다이가 마모되면 교체 또는 수리를 기다리기 위해 4~8시간 동안 가동을 중단해야 합니다. 대량 스탬핑에서는 시간당 수백 개의 부품이 손실되며, 이는 납품 기한을 놓치고 고객이 불만을 품게 됨을 의미합니다.
결국 다이 내마모성을 개선하는 것은 하나의 큰 "비결"이 아닙니다. 공구강 선택부터 유지 관리까지 전체 프로세스에 걸쳐 작고 일관된 변경이 필요합니다. 당신이 사용하는 경우프로그레시브 금속 스탬핑귀하의 부품에 있어서 귀하의 다이 세트는 가장 귀중한 자산이며, 이를 잘 관리하면 귀하의 운영이 더욱 수익성 있고 신뢰할 수 있게 됩니다.
일관된 고품질을 위해 다이 수명을 우선시하는 진보적인 스탬핑 파트너를 찾고 있다면금속 스탬프 부품,하드웨어 스탬핑, 또는프레스 부분생산, 우리가 도와드리겠습니다. 귀하의 프로젝트 요구 사항과 긴 다이 수명 및 비용 효율성을 최적화할 수 있는 방법에 대해 논의하려면 당사에 문의하십시오.
참고자료:
- Astakhov, 부사장 (2006). 금속 절단의 마찰학. 엘스비어.
- DeGarmo, EP, Black, JT, & Kohser, RA(2011). 제조 재료 및 공정(11판). 존 와일리 앤 선즈.
- 쇼, 엠씨 (1996). 금속 절단 원리(2판). 옥스포드 대학 출판부.
- Tschätsch, H., & 디트리히, J. (2012). 응용 마찰학: 원리 및 실습(2판). 뛰는 것.