냉간단조금형(Cold Forging Die)의 다이블록(Dieblock)을 제작하는 방법 중의 하나로, 다이블록 제작용 재료를 면가공 하여 다이블록 상면(上面)을 마스터펀치(Master Punch)인 호브(Hob)로 압입(Indentation) 시켜 절삭가공((Cutting Work)이 아닌 다이호빙(Die Hobbing) 방법으로 임프레션(Impression)을 성형하여 제작하고 있다. 이 방법에 의하여 다이블록의 재료를 합금공구강(Alloy ToolSteel)인 SKD11을 사용하여 제작하고, 스테인리스판(Stainless Sheet Metal)을 제품 재료로 하여 냉간단조가공(Cold Forging Work)을 수행하였더니 6,000 스트로크(Stroke)에서 금형수명(Die Life)을 다 하고 파손되었다. 본 논문에서는 다이블록 재료를 고속도공구강(High Speed Tool Steel)인 SKH51로 교체 제작하고, 탄소강(Carbon Steel)인 S45C를 제품 재료로 하여 냉간단조가공을 수행하였더니 21,000 스트로크에서 금형수명을 다하고 파손되어 종래의 방법과 비교 검토하였을 때 350%의 금형수명 연장 효과를 얻게 되었다.
냉간단조금형(Cold Forging Die)의 다이블록(Dieblock)을 제작하는 방법 중의 하나로, 다이블록 제작용 재료를 면가공 하여 다이블록 상면(上面)을 마스터펀치(Master Punch)인 호브(Hob)로 압입(Indentation) 시켜 절삭가공((Cutting Work)이 아닌 다이호빙(Die Hobbing) 방법으로 임프레션(Impression)을 성형하여 제작하고 있다. 이 방법에 의하여 다이블록의 재료를 합금공구강(Alloy Tool Steel)인 SKD11을 사용하여 제작하고, 스테인리스판(Stainless Sheet Metal)을 제품 재료로 하여 냉간단조가공(Cold Forging Work)을 수행하였더니 6,000 스트로크(Stroke)에서 금형수명(Die Life)을 다 하고 파손되었다. 본 논문에서는 다이블록 재료를 고속도공구강(High Speed Tool Steel)인 SKH51로 교체 제작하고, 탄소강(Carbon Steel)인 S45C를 제품 재료로 하여 냉간단조가공을 수행하였더니 21,000 스트로크에서 금형수명을 다하고 파손되어 종래의 방법과 비교 검토하였을 때 350%의 금형수명 연장 효과를 얻게 되었다.
Die hobbing is one of the dieblock manufacturing methods of cold forging die, which makes the upper side of dieblock indented using master punch, hobb to produce impression not using cutting work. SKD11, alloy tool steel was used as the material of dieblock and stainless sheet metal was used as prod...
Die hobbing is one of the dieblock manufacturing methods of cold forging die, which makes the upper side of dieblock indented using master punch, hobb to produce impression not using cutting work. SKD11, alloy tool steel was used as the material of dieblock and stainless sheet metal was used as product material in cold forging work. The life span of the die was 6,000 strokes. In this research, the material of dieblock was changed into SKH51, the high speed tool steel and the product material was S45C, the carbon steel in the cold forging work. The life span of the die was 21,000 strokes, which is 350% of the life span of the die using the former method.
Die hobbing is one of the dieblock manufacturing methods of cold forging die, which makes the upper side of dieblock indented using master punch, hobb to produce impression not using cutting work. SKD11, alloy tool steel was used as the material of dieblock and stainless sheet metal was used as product material in cold forging work. The life span of the die was 6,000 strokes. In this research, the material of dieblock was changed into SKH51, the high speed tool steel and the product material was S45C, the carbon steel in the cold forging work. The life span of the die was 21,000 strokes, which is 350% of the life span of the die using the former method.
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제안 방법
그래서 다이 블록의 임프레션면(Impression Face)을 3차원 측정기로 특정 부위를 지정하여 측정 하였더니 부위별 치수가 합격 처리된 것과 일치하지 않았다. 그래서 다이블록 가공방법을비절삭 방법으로 바꾸어야 된다는 문헌S을 인용하여 호브(Hob)로 다이블록의 임프레션을 성형하는 기법을 선택하기로 하였다 "2" 이와 같은 방법을 이용하여 마스터 펀치(Master Punch)라고 하는 호브를 기계가공과 열처리 및 다듬질로 제작 완료 하였다. 호브를 500톤급의 유압 프레스에 설치하고 다이블록 소재를 볼스터에 고정시킨 뒤다이블록 상면을 냉간으로 압입(Indentaid^시켜 임프레션을 성형(Die Hobbing)(1) 하였다.
냉간단조용 금형을 너클프레스에 설치하고 스탬핑을 시작하여 5, 000 스트로크에서 작업을 중지하고 다이 블록의 임프레션면을 배율 10배의 확대경으로 관찰 하였던바 작업 초의 면과 동일 하였다. 계속 양산 작업을 수행하다가 10, 000 스트로크에서 다시 관찰 하였을 때에도 임프레션 면에 변화가 없었다.
1mm 정도의 찰과흠을 발견 하였다. 따라서 금형수명을 약 21, 000 스트로크로 예측하고 제2의 트라이얼을 시도 하였다.
본 논문에서는 제품소재를 스테인리스 판재에서 탄소강(S45C), 선재(Wire Rod, 04.0mm)로 하고, 다이 블록 재료를 합금공구강에서 고속도공구강(SKH 51)으로 교체하여 금형강의 열처리 방법까지 개선하여 금형수명과 제품의 재료비 절감 등을 비교 검토하기로 하였다.
연구전 평균 6, 000스트로크의 금형수명을 유지하던 합금 공구 강재(SKD11)의 다이블록 재질과 제품재료인 스테인리스 판재를 본 연구에서는, 다이블록의 재료를 고속 도공 구강(SKH51) 으로 하였고, 제품의 재료를 탄소강 (S45C) 선재로 교체하여 전처리 공정으로 인산염 피막처리와 금속비누막처리로 윤활처리를 하였다. 다이 블록의 열처리 작업 사이클은 그림 4와 같이 개발하여 수행한 결과, Table 1.
이 열처리 작업 사이클은 담금질 과정에서냉긱시 유냉(Oil Cooling)과 공냉(Air Cooling)을 병행 하였으며 특히, 공냉 중 여열 80-100-C 상태에서 템퍼링을 실시하였다. 템퍼링 과정도 종래의 저온 템퍼링 2회에서고 온 템퍼링 3회 실시 하였다.
임프레션 성형 과정에서 다이 블록의 장변(長辺) 상부 양측면에 벌징(Bulging)처럼 부풀어 오르는 현상이 있었다. 이것은, 오목(凹)형상으로 성형되는 과정 중에 압입을 받는 다이블록 상면 부근에서 소재의 유동과 응력 때문에 발생되는 것으로 추정되어 이를 해소 하려고 다이블록 상면에 도피홈(Relief Slot)을파고 임프레션 성형가공을 하였더니 벌징현상도 50% 정도 감소되어 파손 되지 않고 그림 3과 같이 다이 블록을 제작 하였다.
이 열처리 작업 사이클은 담금질 과정에서냉긱시 유냉(Oil Cooling)과 공냉(Air Cooling)을 병행 하였으며 특히, 공냉 중 여열 80-100-C 상태에서 템퍼링을 실시하였다. 템퍼링 과정도 종래의 저온 템퍼링 2회에서고 온 템퍼링 3회 실시 하였다.
트라이얼에 사용할 금형구조는 다이블록을 슈링키지부싱 (Shrinkage Bushing)으로 열박음하여 보강 하였다.
펀치와 다이블록은 그림 4에 의하여 열처리를 하였으며 소재는 인산염 피막처리와 금속 비누막 처리를 하였다.
그래서 다이블록 가공방법을비절삭 방법으로 바꾸어야 된다는 문헌S을 인용하여 호브(Hob)로 다이블록의 임프레션을 성형하는 기법을 선택하기로 하였다 "2" 이와 같은 방법을 이용하여 마스터 펀치(Master Punch)라고 하는 호브를 기계가공과 열처리 및 다듬질로 제작 완료 하였다. 호브를 500톤급의 유압 프레스에 설치하고 다이블록 소재를 볼스터에 고정시킨 뒤다이블록 상면을 냉간으로 압입(Indentaid^시켜 임프레션을 성형(Die Hobbing)(1) 하였다. 이와 같이 호브를 사용하여 냉간단조용 다이블록을 합금공구강tSKDll)으로제작하고, 냉간단조 할 제품재료를 스테인리스 판재로 하여 단조작업 하였더니 6, 000 스트로크(Stroke)에서 임프레션 면이 마멸되었다.
대상 데이터
냉간단조 하고자 하는 제품의 재료는 S45C(04.0mm) 선재로 하고, 다이블록 재료는 고속도공구강(SKH51)을그림 4와 그림 5에 의하여 2종류로 각각 열처리를 하여금 형제 작을 완성 하였다. 트라이얼용의 프레스는 너클 프레스(Knuckle Press) 250톤을 사용하였다.
열처리 과정에서 템퍼링 온도를 종래의 저온템퍼링을 배제 시키고 고온템퍼링으로 바꾸었으며 임프레션 성형에 사용될 프레스는 콜드호빙(Cold Hobbing)용의 유압프레스(500톤)였다. 다이블록의 재질은 고속도공구강(SKH51)으로 하였으며 그림 2의 호브를사용하여 임프레션을 성형 하였더니 깊이 2.0mm 정도에서 파단되어 실패 하였다. 임프레션 성형 과정에서 다이 블록의 장변(長辺) 상부 양측면에 벌징(Bulging)처럼 부풀어 오르는 현상이 있었다.
트라이얼용의 프레스는 너클 프레스(Knuckle Press) 250톤을 사용하였다. 적합한 냉간단조용 프레스는 프릭션마찰프레스(Friction Screw press) 와너클프레스가 있는데 그중에서 너클프레스를 트라이 얼 용으로 선택 하였다.EE, )
0mm) 선재로 하고, 다이블록 재료는 고속도공구강(SKH51)을그림 4와 그림 5에 의하여 2종류로 각각 열처리를 하여금 형제 작을 완성 하였다. 트라이얼용의 프레스는 너클 프레스(Knuckle Press) 250톤을 사용하였다. 적합한 냉간단조용 프레스는 프릭션마찰프레스(Friction Screw press) 와너클프레스가 있는데 그중에서 너클프레스를 트라이 얼 용으로 선택 하였다.
성능/효과
1) 제품재질을 SUS 판재에서 S45C 선재로 교체 하므로써 재료비절감과 충진불량 해소, 블랭킹공정 생략 등의 효과를 얻게 되었다.
2) 다이블록 수명을 350% 연장할 수 있었다.
3) 열처리 작업 사이클 개선효과를 얻게 되었다.
4) 선재 구입시 연질재로 하고 어닐링 처리품을 구입할 때 전처리 공정을 생략할 수 있을 것으로 예측할 수 있다고 판단된다.
5) 소형 제품들은 프로그레시브금형으로 교체할 수 있다고 판단된다.
트라이얼 방법과 동일하게 5, 000 스트로크부터 관찰하여 10, 000스트로크 까지 추적 관찰 하였지만 다이 블록의 임프레션 내면과 제품에서 아무런 문제점을 발견할 수 없었다. 계속 1, 000 스트로크 단위별로 이상유무를 확인 하던 중 16, 000 스트로크 이후의 생산품에서 표면의 조도와 찰과흠이 나타나고 있음을 확인하게 되었다. 이것은 금형 재료에 대한 열처리 작업 사이클의 중요성을 입증한 결과로 판단된다.
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