2015 년 단조 기술세미나

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

2015 4 8 안산 - 기안회관2015 4 9 부산 - 경제자유구역청

들어가기 전에 들어가기 전에

1 절단품의 결함과 검사 (shear crack)

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

차 례차 례

1 절단품의 결함과 검사 (shear crack)

1-1 절단 결함 1-2 현상과 검사

단조업종 SQ 관련 규격 ( 열간 냉간 단조 )

항목 FP 완성품 검사기준 표준화 및 검사 준수상태

요건사항

▷ 열처리 제품 조직 및 경도 측정 ( 한도견본 시편보관 ) - 조직 조직 현미경 - 경도 ▷ ( 전산 ) 완성품 자분탐상검사 단류선 검사 전산기록 관리 실시 - 비파괴검사 (5EALOT) 크랙검사 ( 자분탐상검사 ) - 단류선 검사 (1EALOT) 단류선 시험시편 저장 및 전산기록 관리 ▷ 파괴 비파괴 검사 기준설정 ( 품목설정 ) 및 실시 상태 - 자분탐상 검사기준 설정 및 준수상태 ( 열간 전수 냉간 보안 안전부품 필수 ) - 초음파 또는 와류탐상 - 단면 파괴검사 실시 - 부품특성 고려한 검사 주기 설정 ( 검사협정서 참조 치수 중량 등 ) ▷ 출하검사 실시 및 성적서 작성 - 출하검사 항목 실측 실시 ( 중요치수 등 ) - 가공 기준부 결육 및 가공여유 (05mm 이상 ) 확인 상하형 MISMATCHING 확인

1-1 절단 결함

원소재 재료학적 특성

원소재 형상과 크기

공정 변수

- 공구의 형상- 공구 간의 클리어런스- 소재와 공구간의 클리어런스- 속도- 소재의 재질과 형상- 소재의 길이- 축 압력- 윤활조건- 소재 전처리

a) 전단에 영향을 끼치는 주요 요인

KAP 2010 단조세미나 참조

b 전단 매카니즘

전단은 아래 그림과 같이 재료를 2 개의 도형공구 ( 刀形 工具 ) 에 의하여 이루어 진다 일반적으로 고정도 ( 固定刀 ) 에 놓여진 재료는 누르게에 의하여 눌려져 고정이 되어지며 이동도 ( 移動刀 ) 에 놓여진 재료가 비렛트로 되어지며 ( 전단 ) 이동도가 반환혈형( 半丸穴形 ) 의 경우 누르게가 없으므로 재료는 굽힘모멘트에 의하여 휘어진다

양도 ( 兩刀 ) 의 식입 ( 食입 ) 에 더불어 처음에는 재료의 표면에 눌림이 생기고 칼날의진행에 의하여 칼날의 측면에 접하여진 재료 내부의 면이 광택을 갖는 전단면을 형성한다

봉재 (RB)

누르게

( 전단 후 비렛트가 되는 부분 )

이동도

고정도크랙 발생

눌림 발생

전단면( 쉐이빙 면 )

굽힘모멘트 발생

KAP 2010 단조세미나 참조

도선 ( 刀先 ) 에서 크랙이 발생이 되며 반환혈 ( 半丸穴 ) 이동도 ( 移動刀 ) 의 경우 상하의크랙 발생시기는 서로 다르고 전단면적도 다르다 굽힘에 의한 인장응력을 받는 이동도의 각 ( 角 ) 에서 먼저 크랙이 발생한다

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자 재료의 고청정도 고정수압응력 ( 高靜水壓應力 ) 고온 저속 등 lt 연성 gt변형능 저하인자 굽힘에 의한 인장응력 윤활에 의한 인장응력은 정수압응력을 감소 시킴 불순물 저온 고속 등 lt 취성 gt

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

1 절단품의 결함과 검사 (shear crack)

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

차 례차 례

1 절단품의 결함과 검사 (shear crack)

1-1 절단 결함 1-2 현상과 검사

단조업종 SQ 관련 규격 ( 열간 냉간 단조 )

항목 FP 완성품 검사기준 표준화 및 검사 준수상태

요건사항

▷ 열처리 제품 조직 및 경도 측정 ( 한도견본 시편보관 ) - 조직 조직 현미경 - 경도 ▷ ( 전산 ) 완성품 자분탐상검사 단류선 검사 전산기록 관리 실시 - 비파괴검사 (5EALOT) 크랙검사 ( 자분탐상검사 ) - 단류선 검사 (1EALOT) 단류선 시험시편 저장 및 전산기록 관리 ▷ 파괴 비파괴 검사 기준설정 ( 품목설정 ) 및 실시 상태 - 자분탐상 검사기준 설정 및 준수상태 ( 열간 전수 냉간 보안 안전부품 필수 ) - 초음파 또는 와류탐상 - 단면 파괴검사 실시 - 부품특성 고려한 검사 주기 설정 ( 검사협정서 참조 치수 중량 등 ) ▷ 출하검사 실시 및 성적서 작성 - 출하검사 항목 실측 실시 ( 중요치수 등 ) - 가공 기준부 결육 및 가공여유 (05mm 이상 ) 확인 상하형 MISMATCHING 확인

1-1 절단 결함

원소재 재료학적 특성

원소재 형상과 크기

공정 변수

- 공구의 형상- 공구 간의 클리어런스- 소재와 공구간의 클리어런스- 속도- 소재의 재질과 형상- 소재의 길이- 축 압력- 윤활조건- 소재 전처리

a) 전단에 영향을 끼치는 주요 요인

KAP 2010 단조세미나 참조

b 전단 매카니즘

전단은 아래 그림과 같이 재료를 2 개의 도형공구 ( 刀形 工具 ) 에 의하여 이루어 진다 일반적으로 고정도 ( 固定刀 ) 에 놓여진 재료는 누르게에 의하여 눌려져 고정이 되어지며 이동도 ( 移動刀 ) 에 놓여진 재료가 비렛트로 되어지며 ( 전단 ) 이동도가 반환혈형( 半丸穴形 ) 의 경우 누르게가 없으므로 재료는 굽힘모멘트에 의하여 휘어진다

양도 ( 兩刀 ) 의 식입 ( 食입 ) 에 더불어 처음에는 재료의 표면에 눌림이 생기고 칼날의진행에 의하여 칼날의 측면에 접하여진 재료 내부의 면이 광택을 갖는 전단면을 형성한다

봉재 (RB)

누르게

( 전단 후 비렛트가 되는 부분 )

이동도

고정도크랙 발생

눌림 발생

전단면( 쉐이빙 면 )

굽힘모멘트 발생

KAP 2010 단조세미나 참조

도선 ( 刀先 ) 에서 크랙이 발생이 되며 반환혈 ( 半丸穴 ) 이동도 ( 移動刀 ) 의 경우 상하의크랙 발생시기는 서로 다르고 전단면적도 다르다 굽힘에 의한 인장응력을 받는 이동도의 각 ( 角 ) 에서 먼저 크랙이 발생한다

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자 재료의 고청정도 고정수압응력 ( 高靜水壓應力 ) 고온 저속 등 lt 연성 gt변형능 저하인자 굽힘에 의한 인장응력 윤활에 의한 인장응력은 정수압응력을 감소 시킴 불순물 저온 고속 등 lt 취성 gt

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

1 절단품의 결함과 검사 (shear crack)

1-1 절단 결함 1-2 현상과 검사

단조업종 SQ 관련 규격 ( 열간 냉간 단조 )

항목 FP 완성품 검사기준 표준화 및 검사 준수상태

요건사항

▷ 열처리 제품 조직 및 경도 측정 ( 한도견본 시편보관 ) - 조직 조직 현미경 - 경도 ▷ ( 전산 ) 완성품 자분탐상검사 단류선 검사 전산기록 관리 실시 - 비파괴검사 (5EALOT) 크랙검사 ( 자분탐상검사 ) - 단류선 검사 (1EALOT) 단류선 시험시편 저장 및 전산기록 관리 ▷ 파괴 비파괴 검사 기준설정 ( 품목설정 ) 및 실시 상태 - 자분탐상 검사기준 설정 및 준수상태 ( 열간 전수 냉간 보안 안전부품 필수 ) - 초음파 또는 와류탐상 - 단면 파괴검사 실시 - 부품특성 고려한 검사 주기 설정 ( 검사협정서 참조 치수 중량 등 ) ▷ 출하검사 실시 및 성적서 작성 - 출하검사 항목 실측 실시 ( 중요치수 등 ) - 가공 기준부 결육 및 가공여유 (05mm 이상 ) 확인 상하형 MISMATCHING 확인

1-1 절단 결함

원소재 재료학적 특성

원소재 형상과 크기

공정 변수

- 공구의 형상- 공구 간의 클리어런스- 소재와 공구간의 클리어런스- 속도- 소재의 재질과 형상- 소재의 길이- 축 압력- 윤활조건- 소재 전처리

a) 전단에 영향을 끼치는 주요 요인

KAP 2010 단조세미나 참조

b 전단 매카니즘

전단은 아래 그림과 같이 재료를 2 개의 도형공구 ( 刀形 工具 ) 에 의하여 이루어 진다 일반적으로 고정도 ( 固定刀 ) 에 놓여진 재료는 누르게에 의하여 눌려져 고정이 되어지며 이동도 ( 移動刀 ) 에 놓여진 재료가 비렛트로 되어지며 ( 전단 ) 이동도가 반환혈형( 半丸穴形 ) 의 경우 누르게가 없으므로 재료는 굽힘모멘트에 의하여 휘어진다

양도 ( 兩刀 ) 의 식입 ( 食입 ) 에 더불어 처음에는 재료의 표면에 눌림이 생기고 칼날의진행에 의하여 칼날의 측면에 접하여진 재료 내부의 면이 광택을 갖는 전단면을 형성한다

봉재 (RB)

누르게

( 전단 후 비렛트가 되는 부분 )

이동도

고정도크랙 발생

눌림 발생

전단면( 쉐이빙 면 )

굽힘모멘트 발생

KAP 2010 단조세미나 참조

도선 ( 刀先 ) 에서 크랙이 발생이 되며 반환혈 ( 半丸穴 ) 이동도 ( 移動刀 ) 의 경우 상하의크랙 발생시기는 서로 다르고 전단면적도 다르다 굽힘에 의한 인장응력을 받는 이동도의 각 ( 角 ) 에서 먼저 크랙이 발생한다

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자 재료의 고청정도 고정수압응력 ( 高靜水壓應力 ) 고온 저속 등 lt 연성 gt변형능 저하인자 굽힘에 의한 인장응력 윤활에 의한 인장응력은 정수압응력을 감소 시킴 불순물 저온 고속 등 lt 취성 gt

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

단조업종 SQ 관련 규격 ( 열간 냉간 단조 )

항목 FP 완성품 검사기준 표준화 및 검사 준수상태

요건사항

▷ 열처리 제품 조직 및 경도 측정 ( 한도견본 시편보관 ) - 조직 조직 현미경 - 경도 ▷ ( 전산 ) 완성품 자분탐상검사 단류선 검사 전산기록 관리 실시 - 비파괴검사 (5EALOT) 크랙검사 ( 자분탐상검사 ) - 단류선 검사 (1EALOT) 단류선 시험시편 저장 및 전산기록 관리 ▷ 파괴 비파괴 검사 기준설정 ( 품목설정 ) 및 실시 상태 - 자분탐상 검사기준 설정 및 준수상태 ( 열간 전수 냉간 보안 안전부품 필수 ) - 초음파 또는 와류탐상 - 단면 파괴검사 실시 - 부품특성 고려한 검사 주기 설정 ( 검사협정서 참조 치수 중량 등 ) ▷ 출하검사 실시 및 성적서 작성 - 출하검사 항목 실측 실시 ( 중요치수 등 ) - 가공 기준부 결육 및 가공여유 (05mm 이상 ) 확인 상하형 MISMATCHING 확인

1-1 절단 결함

원소재 재료학적 특성

원소재 형상과 크기

공정 변수

- 공구의 형상- 공구 간의 클리어런스- 소재와 공구간의 클리어런스- 속도- 소재의 재질과 형상- 소재의 길이- 축 압력- 윤활조건- 소재 전처리

a) 전단에 영향을 끼치는 주요 요인

KAP 2010 단조세미나 참조

b 전단 매카니즘

전단은 아래 그림과 같이 재료를 2 개의 도형공구 ( 刀形 工具 ) 에 의하여 이루어 진다 일반적으로 고정도 ( 固定刀 ) 에 놓여진 재료는 누르게에 의하여 눌려져 고정이 되어지며 이동도 ( 移動刀 ) 에 놓여진 재료가 비렛트로 되어지며 ( 전단 ) 이동도가 반환혈형( 半丸穴形 ) 의 경우 누르게가 없으므로 재료는 굽힘모멘트에 의하여 휘어진다

양도 ( 兩刀 ) 의 식입 ( 食입 ) 에 더불어 처음에는 재료의 표면에 눌림이 생기고 칼날의진행에 의하여 칼날의 측면에 접하여진 재료 내부의 면이 광택을 갖는 전단면을 형성한다

봉재 (RB)

누르게

( 전단 후 비렛트가 되는 부분 )

이동도

고정도크랙 발생

눌림 발생

전단면( 쉐이빙 면 )

굽힘모멘트 발생

KAP 2010 단조세미나 참조

도선 ( 刀先 ) 에서 크랙이 발생이 되며 반환혈 ( 半丸穴 ) 이동도 ( 移動刀 ) 의 경우 상하의크랙 발생시기는 서로 다르고 전단면적도 다르다 굽힘에 의한 인장응력을 받는 이동도의 각 ( 角 ) 에서 먼저 크랙이 발생한다

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자 재료의 고청정도 고정수압응력 ( 高靜水壓應力 ) 고온 저속 등 lt 연성 gt변형능 저하인자 굽힘에 의한 인장응력 윤활에 의한 인장응력은 정수압응력을 감소 시킴 불순물 저온 고속 등 lt 취성 gt

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

1-1 절단 결함

원소재 재료학적 특성

원소재 형상과 크기

공정 변수

- 공구의 형상- 공구 간의 클리어런스- 소재와 공구간의 클리어런스- 속도- 소재의 재질과 형상- 소재의 길이- 축 압력- 윤활조건- 소재 전처리

a) 전단에 영향을 끼치는 주요 요인

KAP 2010 단조세미나 참조

b 전단 매카니즘

전단은 아래 그림과 같이 재료를 2 개의 도형공구 ( 刀形 工具 ) 에 의하여 이루어 진다 일반적으로 고정도 ( 固定刀 ) 에 놓여진 재료는 누르게에 의하여 눌려져 고정이 되어지며 이동도 ( 移動刀 ) 에 놓여진 재료가 비렛트로 되어지며 ( 전단 ) 이동도가 반환혈형( 半丸穴形 ) 의 경우 누르게가 없으므로 재료는 굽힘모멘트에 의하여 휘어진다

양도 ( 兩刀 ) 의 식입 ( 食입 ) 에 더불어 처음에는 재료의 표면에 눌림이 생기고 칼날의진행에 의하여 칼날의 측면에 접하여진 재료 내부의 면이 광택을 갖는 전단면을 형성한다

봉재 (RB)

누르게

( 전단 후 비렛트가 되는 부분 )

이동도

고정도크랙 발생

눌림 발생

전단면( 쉐이빙 면 )

굽힘모멘트 발생

KAP 2010 단조세미나 참조

도선 ( 刀先 ) 에서 크랙이 발생이 되며 반환혈 ( 半丸穴 ) 이동도 ( 移動刀 ) 의 경우 상하의크랙 발생시기는 서로 다르고 전단면적도 다르다 굽힘에 의한 인장응력을 받는 이동도의 각 ( 角 ) 에서 먼저 크랙이 발생한다

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자 재료의 고청정도 고정수압응력 ( 高靜水壓應力 ) 고온 저속 등 lt 연성 gt변형능 저하인자 굽힘에 의한 인장응력 윤활에 의한 인장응력은 정수압응력을 감소 시킴 불순물 저온 고속 등 lt 취성 gt

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

원소재 재료학적 특성

원소재 형상과 크기

공정 변수

- 공구의 형상- 공구 간의 클리어런스- 소재와 공구간의 클리어런스- 속도- 소재의 재질과 형상- 소재의 길이- 축 압력- 윤활조건- 소재 전처리

a) 전단에 영향을 끼치는 주요 요인

KAP 2010 단조세미나 참조

b 전단 매카니즘

전단은 아래 그림과 같이 재료를 2 개의 도형공구 ( 刀形 工具 ) 에 의하여 이루어 진다 일반적으로 고정도 ( 固定刀 ) 에 놓여진 재료는 누르게에 의하여 눌려져 고정이 되어지며 이동도 ( 移動刀 ) 에 놓여진 재료가 비렛트로 되어지며 ( 전단 ) 이동도가 반환혈형( 半丸穴形 ) 의 경우 누르게가 없으므로 재료는 굽힘모멘트에 의하여 휘어진다

양도 ( 兩刀 ) 의 식입 ( 食입 ) 에 더불어 처음에는 재료의 표면에 눌림이 생기고 칼날의진행에 의하여 칼날의 측면에 접하여진 재료 내부의 면이 광택을 갖는 전단면을 형성한다

봉재 (RB)

누르게

( 전단 후 비렛트가 되는 부분 )

이동도

고정도크랙 발생

눌림 발생

전단면( 쉐이빙 면 )

굽힘모멘트 발생

KAP 2010 단조세미나 참조

도선 ( 刀先 ) 에서 크랙이 발생이 되며 반환혈 ( 半丸穴 ) 이동도 ( 移動刀 ) 의 경우 상하의크랙 발생시기는 서로 다르고 전단면적도 다르다 굽힘에 의한 인장응력을 받는 이동도의 각 ( 角 ) 에서 먼저 크랙이 발생한다

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자 재료의 고청정도 고정수압응력 ( 高靜水壓應力 ) 고온 저속 등 lt 연성 gt변형능 저하인자 굽힘에 의한 인장응력 윤활에 의한 인장응력은 정수압응력을 감소 시킴 불순물 저온 고속 등 lt 취성 gt

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

b 전단 매카니즘

전단은 아래 그림과 같이 재료를 2 개의 도형공구 ( 刀形 工具 ) 에 의하여 이루어 진다 일반적으로 고정도 ( 固定刀 ) 에 놓여진 재료는 누르게에 의하여 눌려져 고정이 되어지며 이동도 ( 移動刀 ) 에 놓여진 재료가 비렛트로 되어지며 ( 전단 ) 이동도가 반환혈형( 半丸穴形 ) 의 경우 누르게가 없으므로 재료는 굽힘모멘트에 의하여 휘어진다

양도 ( 兩刀 ) 의 식입 ( 食입 ) 에 더불어 처음에는 재료의 표면에 눌림이 생기고 칼날의진행에 의하여 칼날의 측면에 접하여진 재료 내부의 면이 광택을 갖는 전단면을 형성한다

봉재 (RB)

누르게

( 전단 후 비렛트가 되는 부분 )

이동도

고정도크랙 발생

눌림 발생

전단면( 쉐이빙 면 )

굽힘모멘트 발생

KAP 2010 단조세미나 참조

도선 ( 刀先 ) 에서 크랙이 발생이 되며 반환혈 ( 半丸穴 ) 이동도 ( 移動刀 ) 의 경우 상하의크랙 발생시기는 서로 다르고 전단면적도 다르다 굽힘에 의한 인장응력을 받는 이동도의 각 ( 角 ) 에서 먼저 크랙이 발생한다

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자 재료의 고청정도 고정수압응력 ( 高靜水壓應力 ) 고온 저속 등 lt 연성 gt변형능 저하인자 굽힘에 의한 인장응력 윤활에 의한 인장응력은 정수압응력을 감소 시킴 불순물 저온 고속 등 lt 취성 gt

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

도선 ( 刀先 ) 에서 크랙이 발생이 되며 반환혈 ( 半丸穴 ) 이동도 ( 移動刀 ) 의 경우 상하의크랙 발생시기는 서로 다르고 전단면적도 다르다 굽힘에 의한 인장응력을 받는 이동도의 각 ( 角 ) 에서 먼저 크랙이 발생한다

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자 재료의 고청정도 고정수압응력 ( 高靜水壓應力 ) 고온 저속 등 lt 연성 gt변형능 저하인자 굽힘에 의한 인장응력 윤활에 의한 인장응력은 정수압응력을 감소 시킴 불순물 저온 고속 등 lt 취성 gt

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

변형능 향상인자 재료의 고청정도 고정수압응력 ( 高靜水壓應力 ) 고온 저속 등 lt 연성 gt변형능 저하인자 굽힘에 의한 인장응력 윤활에 의한 인장응력은 정수압응력을 감소 시킴 불순물 저온 고속 등 lt 취성 gt

누르게 이동도

고정도

굽힘모멘트 발생

봉재 (RB)

눌림 발생

변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙은 도선의 밖으로향한다 ( 단면 요철 커짐 )

딱지정류균열

( 停留龜裂 )변형능 향상인자 lt 연성 gt

크랙 발생 지연 전단면 커짐

변형능 저하인자 lt 취성 gt

크랙은 도선의 아래로향한다 2 차 전단

KAP 2010 단조세미나 참조

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

변형능 향상인자가 영향하여 늦게 발생하는 크랙은 도선각 ( 刀先角 ) 의 2 등분선의 방향즉 도선의 외측 ( 최대인장응력면 방향 ) 으로 향하는 경향을 나타낸다 반대의 경우 크랙은 빨리 발생되며 도선의 하방 ( 최대전단변형면 방향 ) 으로 향하려고한다 전단이 먼저 시작된 상부의 크랙은 그림 A 와 같이 고정도선을 향하여 진행하지만 그다지 진행되지 않은 하부의 크랙과 만나지 못하여서 그림 B 와 같이 정류균열을 남긴다

c 전단 결함

A 1 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

봉재측 비렛트측 양측을 누르게를 적용하여 굽힘을 방지하는 경우 크랙은 양도선에서 동시에 대칭으로 발생하게 된다 그러나 양도의 간격 lt 클리어런스 gt c 가 작고 또한 변형능향상 인자가 작용하고 있는 경우 그림 C 와 같이 최초의 도선에서 외측으로 향하는 크랙은 동시에 진행되지 못하고 전단이 먼저 진행한 후에 새로운 크랙을만들어 분리가 종료되며 이러한 경우에도 정류균열이 생기게 된다

C 2 단 정류균열의 발생 B정류균열과 눌림

KAP 2010 단조세미나 참조

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

헤어 크랙 (Hair Crack) 는 재질적인 문제이며 가공 경화의 발생은 전단변형과 절단 후의 마찰에 의하여 발생한다 체적의 변동은 절단 중의 파단면 경로의변동 및 원재료 직경의 산포가 원인인 경우도 있다

d) 헤어 크랙 e) 가공경화의 발생 f) 체적변동의 원인

KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

d 전단 공정 중의 발생결함

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

17KAP 2010 단조세미나 참조

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

18KAP 2010 단조세미나 참조

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

19KAP 2010 단조세미나 참조

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

ldquo 열간단조 업체 자료 rdquo 중 ldquo 강의 열처리 기초 rdquo 홍영환 著중

히타 ( 가스가열식 인덕션 식 ) 는수분의 제거 영하의 소재를 실내온도로 올리는 정도로 사용

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

1-2 현상과 검사

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

a 개선 사례

SCM 재 크랙 발생품 SCM 재 정상품

1 현상

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 원소재 절단방법의 변경 ( 절단기 방식 -gt 쏘잉 방식 )

- 원소재의 소둔처리 ( 경도 낮춤 )

- 검사방법의 강구 ( 기보유 MT 는 검출한계 깊이 길이등 )

- 고급절단기 사용

2 근본적인 대책

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

ldquo 열간단조 업체 레포트 rdquo 중

- 절단기 방식에 따른 경화도 비교 ( 타사 장비 )3 절단 시 가공경화

B 사 (Knuckle Type)A 사 (Crank Type)

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 289 293 1 측정기준 크랙발생부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부쪽 또는 크랙이 발생한 위치가 경도가 높음을 나타냄

MIN 20 238

AVR`G 259 274

X2

MAX 299 3012

MIN 23 254

AVR`G 283 2903

절단면 경도측정 결과 ( 구간별 5Point-Point 간 3mm)

NO 록크웻 (HRC) 브리넬 (HB) 비 고

X1

MAX 246 261 1 측정기준 심부 기준으로 하여 표면쪽으로 진행

2 검사결과 심부에서 표면으로 경도 상향됨을 나타냄 일반적으로 심부에서 표면경도가 노픙음을 나탐냄

MIN 128 194

AVR`G 219 231

X2

MAX 261 2727

MIN 171 219

AVR`G 226 237

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

ldquo 冷間鍛造의 基礎와 應用rdquo 중

- 소재 절단 예비성형 소둔처리 단조제품

4 경도의 변화

공정 1) 소재(S15C A)

2)쉐어절단

3) 예비성형( 밀폐 )

4) 소둔처리 5) 후방압출(AR 41)

평균 132 153 202 132 219

최대 140 179 220 143 258

최소 123 136 181 118 147

차이 17 43 39 25 111

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 절단 도물 개선 전 후 ( 냉간 헤다기 절단품 )

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 285 (HV 290)

HRc 264 (HV 2745)

2 HRc 253 (HV 268)

HRc 278 (HV 2847)

3 HRc 230 (HV 2542)

HRc 276 (HV 2830)

4 HRc 246 (HV 2633)

HRc 294 (HV 2974)

5 HRc 233 (HV 2557)

HRc 297 (HV 2992)

6 HRc 221 (HV 2484)

HRc 276 (HV 2830)

개선 전(HSS)

1

2

34

5

6

측정부위 측정 DATA소재경도 DATA

외부 내부 HRc 18

1 HRc 251 (HV 2664)

HRc 240 (HV 2602)

2 HRc 276 (HV 2830)

HRc 230 (HV 2542)

3 HRc 259 (HV 2712)

HRc 226 (HV 2513)

4 HRc 218 (HV 2470)

HRc 235 (HV 2572)

5 HRc 253 (HV 2680)

HRc 233 (HV 2557)

6 HRc 204 (HV 2401)

HRc 207 (HV 2415)

12

34

5

6

개선 후( 초경 )

냉간단조업체 레포트 중

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

개선전 개선후 절단면에 전단결함 [2 차 전단면 등 ] 으로 제품 외관불량 발생 [ 사내공정불량유형 중 25 외관불량 발생 ]

- 절단다이스 경사각 그라인더 사용 수제작 ( 경사각 표준 없음 )

- 절단부 재질 SKD 사용 [ 수명 7 만타 후 재연마 ]

절단다이스 절단나이프 신규 제작 - 절단다이스 경사각 기계가공 ( 경사각 3plusmn1 도 표준지정 )

- 절단부 초경 사용 [ 사용수명 현재 13 만타 이상없음 ]

개선 효과 절단면 개선으로 제품의 외관 및 금형수명 향상투자비 (만원 )

100

협력사 업 종일반 현황

공정명개선 유형

인원 매출 (rsquo11년 )

공정조건 검사 설비 원재료

첨부 1 개선 상세 내용

後 절단나이프

2-1

前 절단나이프

前 절단다이스

1-1

전단면

2 차 전단면

後 절단다이스

1-1

2-1

전단면

냉간단조업체 레포트 중

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

5 냉간 단조품의 크랙 검사방법 예

냉간단조업체 레포트 중

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 크랙품과 정상품의 음향탐상 비교 테스트

냉간단조업체 레포트 중

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

6 크랙 이재 제품의 음향탐상 테스트

열간단조업체 레포트 중

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

7 크랙 이재 ( 異材 ) 제품의 음향탐상 테스트 결과

열간단조업체 레포트 중

NO 시료 불량유형 검출결과

1 양 품 동일 LOT 작업품

전 불량에 대하여 검출상태 양호

검사 포인트 설정에 따라 검출력 향상 가능

차기 2 차 TEST 진행시 기본 Data base 추가 확보를 통한 검출한계치 TEST예정

와전류 검사장비 대비 크랙 이종제 이종재질 검출력 우수함

2 크랙발생품

크랙깊이 1mm

크랙깊이 4mm

크랙깊이 10mm

3 유사이종품800

820

4 이종재질품

S55C

SCR420HB

SCR422PRH

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

8 음향탐상 적용 예

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

b 적용 ( 테스트 ) 예정

- Examples of Chevron Defects

In the automotive industry

many shaft and shaft-like components

including fasteners are produced

by forward extrusion

Some of these components are

considered critical for the safe performance

of the vehicle and must be free of defects

These defects could be visible external ones

or non-visible internal defects

such as chevrons

ldquo 냉간 열간단조의 기초와 적용rdquo ERC NSM

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

2 후방압출 금형 고찰 (backward extrusion)

2-1 제품 사례 2-2 냉간단조의 기초와 응용 (1 장 기초 ~3 장 후방압출 )

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

후방압출 제품 사례 12-1 제품 사례

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

4 다이

-R 은- 인써트 분활면은- 직선부 내경의 탄성변형량은- 테이퍼구간 가공은- 입구부 안내면 길이는

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

4 펀치 ( 핀 )

- 펀치케이스와의 조립공차는- 펀치선단과 랜드부는

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

후방압출 제품 사례 2

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

저부원통 ( 底附圓筒 )

- 바닥부의 두께와 데드메탈부는- 노크아웃과 다이간의 틈새 ( 단조시 ) 로 생기는 버는 ( 다이의 탄성변형 )- 펀치선단부의 형상과 릴리프 량은

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

후방압출 제품 사례 3

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

축상부품 ( 軸狀部品 )

- 펀치케이스와 펀치조립공차는- 축부성형부는- 축부의 휨방지는- 펀치선단부의 형상은- 제품외경의 치수공차는

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

n a b c 비고

1 32240 32236 32255 　

2 32242 32241 32252 　

3 32249 32241 32256 　

4 32242 32241 32251 　

5 32244 32242 32254 　

6 32240 32242 32252 　

7 32241 32240 32252 　

8 32242 32242 32256 　

9 32240 32240 32255 　

10 32240 32241 32251 　

평균 32242 32241 32253 　

최소 32240 32236 32251 　

최대 32249 32242 32256 　

외경 치수 확인 (2 다이 내경 3227 IRONING 가공 후 )

a

b

c

+001 0

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

냉간단조의 기초와 응용

일문판 책자 ( 사와베 히로시 著 1970 産報 發刊 ) 의 그림을 인용하고 주요 내용을 정리하였다 본 자료는 강의용으로 하고 업무는 일문판 원본을 참조하시기 바랍니다

KAP 이성근

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

冷間鍛造の基礎と応用沢辺弘 著 ( 사와베 히로시 著 )[ 目次 ]目次 1 冷間鍛造の基礎 11 塑性変形 p1512 工法の分類 p2413 冷間鍛造の特徴 p322 金型の組立 21 型組の要点 p4922 型組の構成 p533 後方押出加工 31 加工力の推定 p6132 底付円筒の押出工具 p6333 軸状部品の押出工具 p7834 後方押出の問題点 p804 前方押出加工 41 加工力の推定 p9342 拘束押出用工具 p9443 非拘束押出用工具 p10644 前方押出の問題点 p1075 複合押出加工 51 加工様式 p11752 複合押出用工具 p11853 複合押出の問題点 p1206 据込加工 61 加工力の推定 p12462 据込加工の問題点 p1267 ダイの補強 71 しまりばめ構造 p13472 締め込みによる応力分布 p13573 ダイの補強の要点 p141

8 金型材料 81 概要 p14482 冷間鍛造型鋼に要求される性質 p14783 生産条件による型材の選定 p15084 型鋼の表面処理 p15385 補強リング用の材料 p15586 型組用の材料 p15687 金型の破損 p1569 被加工材料 91 概要 p16292 鉄鋼材料 p16393 アルミニウム合金 p17310 ブランクの潤滑処理 101 潤滑機構 p177102 潤滑処理 p179103 潤滑処理の要点 p181104 補足的な潤滑方法 p18511 製品形状と成形工程の計画 111 鍛造作業の計画 p187112 後方押出を主体とした工程 p187113 前方押出を主体とした工程 p191114 圧印の併用 p19412 冷間鍛造とプレス機械 121 冷間鍛造プレスの発達 p196122 プレスの選定 p19913 これからの冷間鍛造 131 製品形状にたいする考察 p206132 被加工材質と半熱間鍛造 p207133 流体押出加工 p208134 高エネルギ高速加工 p21014 結び 索引 p213

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

11 소성변형

- 연강의 인장시험 ( 공칭응력 - 공칭변형율 곡선 )

- 후크의 법칙 ( 비례한도 내 )

111 변형

1 냉간단조 기초

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

11 소성변형

-( 공업적 ) 항복점을 비례한도 ( 또는 탄성한계 ) 라 간주하여도 좋다

- 부하 ( 負荷 ) 시와 제하 ( 除荷 ) 시의 변형량의 差 -gt 탄성회복량이라 하며 냉간단조 시 중요

-02 영구변형을 일으키는 응력을 항복점 내력 ( 耐力 ) 이라함

111 변형

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

11 소성변형

- 가공 경화 ( 加工 硬化 )

- 길이와 직경 ( 直徑 ) 변화 -gt 소성변화 의 척도를 인장 압축 재료 시험치로 표시

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

11 소성변형

- 인장과 압축의 응력치는 동일

- 인장 압축 단면적증가율 단면적감소율의 표시가 가능

112 가공도 ( 加工度 )

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

11 소성변형

-Tresca 최대전단응력설 재료내부의 최대와 최소 주응력의 차이가 항복응력에 도달하면 소성변형이 시작된다

2 Ⅹ I 전단응력 Imax = 최대 주응력 ndash 최소 주응력

= 항복응력 ( 변형강도 )

113 변형강도 ( 變形强度 )

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

-

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

11 소성변형

114 변형에너지 ( 變形 Energy)

- 압출가공 시 30 ~ 85 정도 임- 효율을 구속계수로 적용하여 에너지 계산

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

- 냉간단조는 상온 ( 常溫 ) 에서 재료에 압축하중을 가하여 항복응력 이상으로 내부응력을 높여서 나타나는 소성변형을 이용하여 성형하는 방법으로

1)소재를 크게 변형시켜서 제품의 형상을 만드는 주성형과

2)재료의 유동을 되도록 국부적으로 적게 제한하여 정도를 높인 치수 및 형상을 만드는

보조성형으로 구분하는 것이 편리하다

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

- 압출과 업 셋팅을 적절히 구사하여 가능한 가공회수를 적게 계획한다

121 주성형

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

- 후방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

- 전방압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

- 복합압출

121 주성형

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

- 자유 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

- 반밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

- 밀폐 업셋팅

121 주성형

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

- 압인 (COINING)

122 보조성형

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

122 보조성형

- 아이오닝 (IRONING)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

122 보조성형

- 타발 (Blanking)

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

12 공법의 분류

122 보조성형

- 절삭

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

- 전제 조건 대량생산 장기간 계속 생산

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

-1) 제품중량의 유효비율 90~95 산화 탈탄 현상이 없다

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

-2) 냉간단조의 소재준비 방향성을 피하기 위해 봉재 (Round Bar) 사용 절단 쏘잉 선반 가공

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

-3) 소둔에 의한 손실 ( 가공경화를 제거 )

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

4) 프레스공정에서의 손실 ( 단조성을 용이하게 불필요한 형상을 붙임 Relife Boss)

131 냉간단조에서의 재료손실

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

- 자동과 수동 (10~20 spm)

132 생산 속도

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

- 변형도에 따라 다르다

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

1) 금형에 의하여 결정되는 치수 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

2) 프레스 하사점에 의하여 결정되는 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

3) 형합에 의한 정도

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

4) 축상 ( 軸狀 ) 부품의 휨

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

① 금형에 의하여 결정되는 치수② 프레스의 하사점에 의하여 결정되는 치수③ 형합에 의하여 결정되는 치수④ 휨 ( 제품 성형 시 발생 )

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

- 절삭가공과 냉간단조의 가공기준과 가공면의 비교 -gt 가공 불량 발생

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

133 가공 정도

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

13 냉간단조의 특징

134 제품의 기계적성질

- 조직미세화 섬유상 조직 내마모성 향상

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 펀치 다이 노크 아웃트 ( 전용 금형 부품과 공용 부품 )

2 금형의 조립

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 금형의 작업압력 200~300 Kgmm2 -gt 20 Kgmm2 (램 볼스타 )

2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점2 금형의 조립

211 가공압력의 전달 ( 分散 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

- 튼튼함 편심 하중의 고려

2 금형의 조립

212 프레스의 강성 ( 剛性 )

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

21 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 요점

1) 후방압출 제품높이 le 12 ( 스트로크 길이 )

2) 전방압출 제품높이 ge ( 스트로크 길이 ndash 소재길이 )

3) 업셋 팅 소재길이 le 스트로크 길이

2 금형의 조립

213 프레스의 스트로크 길이

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 기본적인 형조 노크아우트 하중 -gt 성형하중의 10- 성형前 펀치와 다이가 충분히 안내부를 취 할수 있도록 할事

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 펀치의 취부 방법

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방압출보다 제품의 길이가 길다 압력판 ⑫의 부분을 다이의 일부로 활용한다

2 금형의 조립

221 기본적인 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 다이의 조정나사를 이용 조심 ( 調芯 )

2 금형의 조립

222 셧트 하이트가 작은 경우

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 링 (Ring) 형상의 노크 아웃트

2 금형의 조립

223 링 노크 아웃트를 이용한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 후방 압출시 펀치에 제품 고착 ( 固着 ) ( 면적이 큰 다이쪽에 제품 고착 -gt 노크 아웃트 有 )

2 금형의 조립

224 스트리퍼를 취한 형조

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

22 형조 ( 型組 ltdie setgt) 의 구성

- 가이드포스트가 가이드 부쉬 내에 완전히 진입 후 성형 개시 필요

2 금형의 조립

225 가이드 포스트 형조

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

31 가공력의 추정

- 측벽의 두께가 작을수록 구속의 정도가 커져 하중이 크게된다

3 후방압출가공

311 바닥이 있는 원통형의 계산식 ( 底附圓筒形 )

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

31 가공력의 추정

- 소재의 소둔상태 화학성분 중량 윤활 금형의 형상 금형의 조도 가공조건의 미묘한변화에 따라 변형강도가 변화하여 10~20 의 산포가 펀치하중으로 나타난다

3 후방압출가공

312 계산도표

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

- 취부부 안내부 성형부로 구분 안내부는 다이와 상대하며 소재의 중심에 펀치가 자리잡게 한다 - 각부는 응력의 급격한 변화 집중이 없도록 한다 - 펀치의 소성변형을 고려하라

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

1) 전장을 될수 있도록 짧게 취한다 2) 단면적의 큰변화와 급한 단차부를 피한다 3) 응력의 집중을 피한다 4) 다이와의 결합부는 적어도 직경에 준하는 길이를 취하여 중심 맞추기를 확실히 한다 5) 취부부는 홀다에 가볍게 결합될수 있도록 한다 6) 펀치의 바닥면은 직각도와 평면을 확보하고 펀치홀다의 바닥면보다 돌출되지 않도록 한다 이상은 냉간단조용 공구에 공통으로 적용된다

3 후방압출가공

321 펀치 3211 펀치의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

- 취부부와 안내부를 하나로 취한 형상 1) 강도상 불안정부가 없다 2) 성형부와 안내부를 완만한 곡선으로 이어줄 필요가 없어 길이를 짧게 취할수 있다 3) 일체 펀치의 경우 ( 큰 직경의 ) 중심부의 결함이 많은 부분이 성형을 하여야 하는 불합리를 피할수 있다 4) 펀치케이스에는 하중이 걸리지 않으므로 고급재질 및 고정도의 가공이 필요치 않다 펀치와 케이스는 양단에서 결합이 되도록 하고 중간부는 소성변형을 고려하여 틈새 (Relife) 를 부여한다

3 후방압출가공

321 펀치 3212 펀치의 분활

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

- 선단의 원추각도에 의하여 펀치하중이 크게 좌우한다 - 원추 각도가 크게될수록 하중은 감소하지만 성형에 필요한 에너지는 어느 각도에서 최소가 된다 - 철강재 5~7deg알미늄합금 2~3deg 정도가 적당 ( 요구하는 제품 형상에 따라 적용에 제한적 )

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

- 펀치 랜드의 길이 펀치 압력의 관점 -gt짧은 쪽이 유리 ( 펀치 마모의 관점 -gt 긴 쪽이 유리 )

- 일반적 2~3 mm 보통 대형의 펀치는 10 mm 이상도 있음- 원추면과는 05~15 mm 의 R 로 연결- 탄소함유량이 높은 소재 ( 제품 ) -gt 원추각 R 크게 취함- 선단의 평탄부를 취하는 것이 제품의 편육 ( 偏肉 ) 을 작게 함- 평탄부의 직경은 성형직경의 12~23 정도를 취한다 - 연강 알미늄합금 등 성형성이 좋은 제품은 불요- 성형랜드부 위의 릴리프부분은 제품의 탄성회복량과 펀치의 탄성변형의 합계보다 여유있게 크게 취한다 ( 직경 25 mm 에 편측 01mm 정도 ) 특별히 큰직경의 펀치는 면밀히 계산하여 취한다 - 릴리프부분과 랜드부는 역테이퍼를 부여하여 펀치에 제품이 고착 ( 固着 ) 되는 것을 방지한다

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

- 길고 완만한 테이퍼 홀 형상의 후방압출품과 성형부 선단에 예리한 단차를 갖는 제품과 편심진 홀의 단조는 펀치의 파손이 심하므로 피한다 - 해야 한다면 가능한한 큰 R 로 연결을 한다 (45deg 이상의 테이퍼와 R)

3 후방압출가공

321 펀치 3213 성형부의 형상

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

- 안내부 성형부 노크아웃부 ( 노크아웃 작동부 ) 로 구분- 펀치의 크기는 제품의 성형부에 제약을 받는다 ( 강도 부여에 제한 )- 다이는 제한이 없으므로 파손보다는 마모를 주안점으로 수명을 반영구적으로 접근

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

1) 작업 압력 다이는 소재의 가압축에 직각인 방향 ( 원주방향 ) 의 변형을 구속하는 것이 주역활임 작업 시 걸리는 내압 ( 內壓 ) 은 펀치압력의 60~70(120~180 Kgmm2 임 이 압력에 대하여 다이에 걸리는 응력을 항복응력 이하로 하기 위하여 억지끼워 맞춤 구조를 이용한 보강 링 방식을 사용한다 ( 다른 장에서 별도로 설명 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

2) 성형부의 위치 소재가 유동 ( 流動 ) 하기전 항복점하중까지 가압되고 압출의 과정에서는 오히려 펀치의 하중이 작아지게 되어 정상적인 변형에서는 종료시까지 그다지 변하지 않는다 다이에 걸리는 내압은 소재 높이의 범위에 작용 하므로 그 위치가 보강된 다이의 중앙에 있도록 설계한다

분할금형에서는 성형압력이 걸리는 부분이 단면의 가까이에 있게 되는 경우가 많아서 보강을 어느 정도 숙련되게 하지 않으면 파손되는 위험이 있다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

3) 직각도 다이의 바닥면 즉 압력판과 접하는 단면은 가공축에 대하여 완전히 직각으로 또한 압력판과 접촉되어 압력이 전달되어야 하며 보강 링 ( 샤링크 링 ) 보다는 돌출되어야 한다 ( 압력 전달 )

노크아웃 작동부와 펀치의 안내부는 충분한 길이를 취하여 제품의 직각도를 유지하도록 한다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

4) 다이의 크기 보강 링을 포함한 다이 전체의 크기는 볼스타 ( 다이셋트 ) 의 크기에도 영향 되지만 다이내경의 탄성변화량이 문제로 된다 성형부의 반직경방향의 탄성변화량이 큰 다이는 성형하중의 변동에 따라 성형된 제품의 치수 산포가 크게된다 또한 반복되는 작업에서 다이의 피로파괴가 일어나기 쉬워 수명이 짧아진다

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

32 저부원통의 압출공구

- 다이가 동일재질일 때 성형부 내경의 5~10배 정도를 취한다 ( 다이의 외경이 무한히 커져도 내경의 탄성 변형량은 일정하다 )

3 후방압출가공

322 다이 3221 다이의 설계요령

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 펀치안내부 노크아웃작동부 성형부가 동일한 직경으로 이루어진 다이로 가공이 간단함 - 재료가 펀치의 반대방향으로 유동하는 범위는 펀치의 하부에서 압출된 벽두께의 2배의 높이에 있으므로 저후 ( 低厚 바닥두께 ) 가 얇은 경우 다이의 탄성변형에 의하여 노크아웃과의 틈새가 벌어지게 되어 제품저면의 외주에 버가 생긴다 - 바닥두께가 두꺼울 경우 버는 작아서 재품의 결함이 되지는 않지만 얇은 경우 저면 외주가 재료내부에서 전단을 받아 원상 ( 環狀 ) 의 버가 금형내부에 남겨져 다음번의 성형에 해 ( 害 ) 를 일으킨다 스트레이트 구멍의 압출은 바닥두께가 벽두께의 2배 이상 의 제품에 이용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3222 스트레이트 홀 다이

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 바닥두께가 얇은 저부원통의 형상에서 버의 발생을 작게 하기 위하여는 아래그림 (314) 과 같은 다이를 사용한다 - 다이성형직경 gt 노크아웃직경 gt ( 펀치성형부 직경 + 2middot 바닥두께 middottan20deg) ( 노크아웃직경은 성형직경보다 작게 제품바닥면에서의 펀치압력의 전달범위보다는 크게 취한다 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 노크아웃은 성형시의 탄성압축량 만큼 성형부로 돌출시켜서 셋팅을 하여 성형완료와 동시에 단차부의 R 과 일치되도록 한다 ( 변형량을 미리 보정하여 셋팅 ) - 압출초기에 노크아웃이 재료에 파고 들어가며 압출이 진행되며 저면주변의 재료가 말려 올라가며 성형완료와 동시에 다이의 R 과 접촉되어 버가 없는 평탄한 바닥면이 만들어 진다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 다이의 단차부분의 R 은 성형초기에는 재료와 접촉하지 않으므로 연한재질에서는 R05 정도가 좋지만 가공이 어려운 경 ( 硬 ) 한 재질에서는 성형의 최종단계에서 저면 외주의 가공도가 크게 되므로 갈라짐 ( 破 ) 이 생기기 쉬우므로 R 을 크게 취한다

- 크게 취한 R 부분이 성형초기에 어느 정도 소재의 단면을 성형하도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3223 단차붙이 홀 다이

r le δ

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 가공축방햐의 성형하중을 전부 노크아웃이 받게 되는 다이 ( 스트레이트 단차붙이 ) 는 가공축의 직각방향의 압력만 견디도록 계획하는 것이 보통이며 강도적으로도 유리하다 - 노크아웃의 직경이 작은 바닥붙이 다이는 가공축 방향과 직각방향 2 개소 방향에 하중이 걸리며 하중 작용 시 저면의 구석 ( 隅 ) 에 큰응력이 발생하여 이 부분이 파괴된다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 다이에 2 개소 방향의 하중이 걸리는 경우에는 하중을 각각 분산시킬 수 있게 다이를 분할한다 1)횡방향의 분할 펀치 안내부와 성형부가 하나로 된 상부분과 압력판의 역할을 하는 하부분을 각각 제작하여 다이 홀다에 억지끼워 맞춤 구조로 한다 하부 다이의 단면이 성형바닥면이 되므로 이 단면에 단차가 없는 압력판에서는 보강할 필요가 없지만 이 단면에 R 을 붙여서 성형 바닥면이 하부 다이의 단면보다 낮게되는 경우에는 보강을 하여야 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

성형부의 분할면 가까운 부분은 하다이의 입구부분 보다 탄성적인 팽창량이 크므로 성형부의 직경을 작게 취한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

분할면은 R 중심보다 1~2mm 정도 성형부쪽에 배치하는 것이 버의 끼이는 현상을 적게 할 수 있다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

분할면 (Partting Line)

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

하부 다이는 큰 중공부를 지닌 노크아웃 홀다 위에 조립되므로 두께를 충분히 취하지 않으면 강도적으로 문제가 된다 노크아웃 홀다와의 사이에 압력판을 사용하는 것이 좋다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

노크아웃 홀다

압력판

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

2) 종방향의 분할 스트레이트 다이 단차붙이 다이에 다이 인서트를 결합하여 축방향의 하중이 걸리도록 한다 다이의 수압 ( 受壓 ) 면적이 큰 경우 횡방향 분할 보다 구조 가 간단하며 성형상의 문제도 적으며 강도적으로도 유리하다 단차붙이의 경우 다이인서트의 압축량 만큼 단차부를 높게 ( 보정값 ) 취한다 다이인서트는 다이보다 경 ( 硬 ) 한 재질을 사용하며 다이를 보강한 후 인서트를 삽입한다 이 구조의 다이는 성형하중을 전달하는 면적이 작으므로 노크아웃홀다 와의 사이에 압력판을 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3224 다이의 분활

r le δ

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 다이의 성형직경은 제품의 탄성회복량 다이의 탄성적팽창량 제품의 변형열에 의한 다이 및 제품의 팽창량을 고려하여 결정한다

표 31 펀치 고속도강 다이 다이스강 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

표 32 펀치 고속도강 다이 초경합금 저부원통형 금형에 대한 제품치수차 ( 差 )

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 금형의 치수를 작게 만들어 가공후 가공제품의 치수를 확인하여 래핑을 실시

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3225 성형부의 치수

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 다이성형부의 길이는 제품의 길이를 취하는 것이 보통이지만 성형하중을 낮게 하기 위하여 소재 높이만큼 만 성형 직경부에 래핑을 실시하고 그 외의 부분은 더 크게 ( 릴리프 ) 취할 수 있다 - 래핑을 취하는 높이는 ldquo소재의 높이 + 펀치 랜드부rdquo를 취한다 래핑부와 릴리프부의 외경의 차가 있으니 선별하여 사용한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 제품이 펀치에 고착하는 경우 성형부 하부 R 중심보다 위쪽으로 3~5mm 의 폭 깊이는 005~01mm 의 릴리프를 부여한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

322 다이 3226 성형부의 고찰

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 노크아웃은 펀치와 동일한 조건으로 사용되며 가공 ( 단조 ) 시에는 탄성변형에 의해 가공축방향으로는 압축을 직경방향으로는 불거지게 (Bulging) 된다 직경의 변화는 단면보다 중간부가 심하게 되므로 릴리프를 부여하여 성형단과 다이 와의 틈새를 작게 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 성형단은 원추형을 취하는 것이 수명을 길게 한다 단면 외주의 R 은 소재에 전단력을 일으키지 않을 정도로 하고 응력이 집중되는 곳이 없도록 한다

32 저부원통의 압출공구3 후방압출가공

323 노크아웃

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 펀치 내부에 성형부를 부여하여 재료를 유동 - 외경의 랜드는 내경랜드보다 길게 취하여 다이와의 감합 ( 嵌合 ) 부분을 확실히 확보 - 축성형부는 성형랜드와 교정랜드를 부여하여 압출된 부분의 휨을 방지

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

감합 ( 嵌合 )

기계 따위를 조립할 때에 구멍과 축 홈과 돌기 톱니와 톱니 따위를 맞추는 일

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 성형랜드와 제 1 교정랜드 거리는 성형직경의 07~10배 다음 교정랜드 간은 10~15배를 취한다 그 외의 부분은 제품의 탄성 회복량만큼 릴리프를 취한다 - 성형단면은 성형부의 주변을 1~2mm 의 평탄부를 남기고 05~1deg 의 원추면을 성형단외주는 헤어크랙 방지하도록 R 02~05 를 부여한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 중공축의 압출 시 경한재료의 경우 맨드렐과의 마찰에 의해 제품내경에 헤어크랙이 발생할수 있으므로 성형랜드에 대향하는 부분을 제외하고 릴리프를 부여할 수 있다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 중공축의 압출에서 펀치의 성형단이 소재에 접촉할때 맨드렐은 소재를 관통하여 노크아웃과 결합되어야 한다 - 내측펀치가 먼저 소재에 삽입되어야 하므로 탄성회복량 만큼 돌출되도록 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 저부원통의 압출과 동시에 축의 후방압출을 동시에 행하는 펀치로 축의 압출부분을 제한하면 펀치의 내부에 재료가 충만하여 펀치가 파손되므로 어떤경우든 자유단으로 취하여야 한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

331 펀치의 성형부

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 축의 후방압출에서는 다잉의 성형직경과 펀치의 안내직경은 동일하므로 펀치안내부 의 길이는 저부원통 경우처럼 길게 취하지 않아도 된다

- 그러나 다이의 내압이 걸리는 부분 즉 랜드위치는 보강링의 효과가 충분하여야 하므로 단면 가까이 취하면 작업압력에 의한 다이 변형이 크게 되어 펀치의 주변에 버가 크게 파여 들어가게 된다

- 적어도 펀치는 그 내경의 성형 랜드 이상의 길이가 다이의 성형부에 완전히 결합 된후 가공이 시작되어야 하며 그렇지 않을 시 펀치의 파손을 초래한다

33 축상부품의 압출공구3 후방압출가공

332 다이

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 후방압출은 다른공법에 비하여 성형하중이 크다 소재는 성형이 용이하도록 조정 필요 - 탄소강 합금강 구상화 소둔이 이상적 - 저탄소강은 연화소둔이 보통 - 시어절단의 고탄소강의 경우는 절단면의 경도가 상승하여 단면에 작은 크랙이 생긴다 - 쏘잉의 경우 절단면의 기울기에 주의한다 ( 직경 25mm 에 02mm 이하로 관리 ) - 절단면이 거친 경우 크랙으로 존재되므로 주의 - 또한 엣지 (edge) 는 면취를 취하도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

341 소재

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 시어로 절단된 소재는 형상이 불규칙하므로 금형으로 구속하지 않으면 예비성형이 불가 - 가공경화를 고려하여 성형 전 소둔을 실시한다 - 밀폐예비성형은 소재의 원통면이 높이의 70~80 정도가 금형에 접촉하는 정도가 최적 - 직경의 공차는 01~02mm 평행도는 25mm 에 02~025mm 로 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 직경이 작은 소재를 예비성형시 베럴링현상이 심하게 되어 외주에 말려들어가는 결함이 발생 - 소둔 ( 가공경화 제거 ) 의 실시여부는 소재의 경도기준으로 RB 90 을 기준으로 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

342 프리포밍 ( 예비성형 )

브랭크 ( 소재 ) 단면의 상처 ( 말려들어감 )직경이 너무작은 소재를 프리포밍하였을 경우 외경에 생기는 상처

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

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단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 저부원통의 후방압출에서 제품 바닥면의 형상은 바닥 두께에 의해 변화한다 - 펀치선단이 접촉하는 내저면에서 벽두께의 15배에 달하는 범위에서는 큰 변형이 있고 그 하부에서는 소재의 상태로 재료의 유동은 없다 - 바닥두께가 작게 되면 충실 ( 充實 ) 부분 전체에 걸쳐 화이바 플로아 ( 단류선 ) 변형되어 외주면에 있어서 반경방향으로 재료가 유동하게 된다 - 이 한계는 바닥두께가 압출두께 ( 벽두께 ) 의 2배 되는 상태로 바닥두께가 큰 성형에서 제품의 바닥면은 노크아웃의 형상과 다이의 성형면 그대로 복제된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

프로우가 변화된 부분

프로우 변화가 없는 부분

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 벽 두께가 바닥두께와 동일하게 될 때까지 성형하중은 일정하게 되고 정상상태의 압출을 나타낸다 - 바닥두께가 작아지면 ( 얇아지면 ) 바닥 면의 표면이 말려 올라가서 평탄한 면을 얻을 수 없다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 축상 부품의 후방압출에도 압출된 축의 직경과 동일한 두께까지는 정상압출로 되고 더 진행되어 바닥면의 두께가 얇아지면 바닥면 중앙에 빨림 현상이 생기고 압출된 부분까지 이어진다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

343 제품 바닥 면의 형상

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

- 소재가 유동하기 어려운 상태에 있는 부근에서 소재의 내부로 유동하는 부분과의 사이에 전단 ( 剪斷 ) 이 일어나 크랙이 생기고 분리가 되는 경우가 있다 이와 같이 소재의 유동이 정류 ( 停留 ) 하는 부분을 데드 메탈 (dead metal) 이라 한다 연

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

1) 저면외연 ( 바닥외주면 ) ( 低面外緣 ) 스트레이트 다이에서 저부원통을 성형하는 경우 바닥면의 재료가 노크아웃의 표면에 대하여 유동 할때 까지 성형이 진행되는 동안 바닥외주면에서 재료는 직각 부에서 휘게된다 이 부분에서 재료흐름의 곡율은 재질에 따라 변하며 변형이 어려운 재료일수록 큰 곡율 반경을 나타낸다

이 때문에 데드메탈이 생기며 圖 331 과 같이 링 형상으로 분리 ( 절단 ) 된 부분 이 다이내부에 남게된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

2) 저면의 오목부 ( 바닥면의 볼록 들어감 ) 바닥면이 볼록 들어간 형상에서 데드메탈이 만들어져 볼록부에 크랙이 생길수 있다 이를 방지하기위해 오목부 ( 노크아웃의 성형면 ) 를 원추형으로 하고 오목부 바닥 모퉁이부 ( 隅 ) 를 큰 R 로 처리하여 이부분의 재료가 전단력을 받지 않도록 한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

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3) 단차가 있는 구멍과 축의 압출 단차가 있는 경우 단차수 만큼의 공정으로 성형하는 것이 상식이지만 단차간 직경의 차이가 작은 경우 1 공정으로 성형이 가능하다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

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감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

축상제품에서 추출축에 단차가 있는 경우에도 1 공정으로 성형이 가능하다 이 경우 구멍과 축의 단차부에 데드메탈이 생기게 된다 이 데드메탈을 방지하기 위하여 가공 축에 대하여 45deg 이하의 각도와 적당한 R 로 처리한다 경사각도와 R 의 크기는 소재의 재질에 따라 차별 적용한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

344 데드 메탈 (dead metal)

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

3장까지 끝

감사합니다

자동차 부품산업 진흥재단 wwwkapkoreaorg

단조 담당 이성근 (coldforging lycoscokr)

lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

저부원통 압출공의 바닥에 작은 오목부가 있는 제품에서 측벽의 압출 전에 펀치의 돌기부분이 눌러지므로 그 주변이 부풀어진 상태에 이어서 이어지는 측벽의 압출 시 그 부분이 압축되어 두겹 버로 되어진다

또한 오목부의 주변에 데드메탈의 발생이 일어날수 있다 펀치의 돌기부는 큰 원추각 을 취하여 재료가 외측방향으로 유동이 쉽도록 유도하고 가공이 어려운 재료일수록 원추각을 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

345 두겹 버 (2枚 버 )

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

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lt 참고 인용 자료 gt1)ASM International Cold and Hot Forging2)KAP 기술지도업체 레포트3)ldquo 냉간단조의 기초와 응용rdquo 사와베 히로시 저

저부원통의 후방압출 시 편육이 큰문제로 된다 펀치와 다이의 중심이 일치되지 않는 경우 압출된 측벽의 두께에 편육이 발생한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

346 편육 ( 偏肉 )

형합 불량

펀치 좌굴

소재 작음

비대칭 소재

평행도 불량

소재 크다

원추형의 펀치

파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

348 깊은 구멍의 압출

편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

3410 축이 있는 저부원통

압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

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파이프형상의 제품을 만드는 전공정으로 단면감소율 40 이하의 후방압출이 많이 이용된다 이와 같이 압출벽의 두께가 큰 경우 펀치에 의한 소성변형이 소재의 중심부 에만 이루어지고 다이 내면에 접한 부분은 변형되지 않는다 저면이 외주에 부풀어 올라 상면이 크게 중심부를 향하여 감싸게 되므로 펀치에 제품이 고착된다 이 경우 약간의 테이퍼를 취한 릴리프 없는 펀치를 사용하는 편이 좋다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

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편육이 작은 경차이가 큰 단차를 압출할 경우 제 1 공정에서 펀치에 선행하는 펀치케이스 를 붙여서 작은 깊이의 작은 단부를 취한 후 제 2 공정에서 펀치를 안내하여 진직도를 높이는 방법을 고려한다

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349 단붙이 구멍의 압출

원통부와 축부의 각 단면감소율에 따라 제품 자유단의 높이는 자연스레 결정된다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

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단면감소율이 작은 경우 정상의 압출 (50~80 단면감소율 ) 보다는 바닥면의 두께를 더욱 크게 취한다 바닥면이 얄게 되면 압출 중에 전단을 받아 바닥이 빠져버리거나 제품의 내면하부에 미세한 크랙이 생기는 경우가 있다

34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

347 단면감소율이 작은 저부원통

저부원통의 후방압출 시 펀치의 좌굴면에서 보면 1 회의 성형으로 압출하는 구멍의 깊이 는 강 ( 鋼 ) 의 경우 내경의 15~2배 연금속의 경우 3~4배 정도로 알려져 있다 또한 펀치가 가압축선을 따라 진직으로 압입되는 한도는 강의 경우 내경과 동일한 깊이이다 이 보다 깊은 경우 펀치 선단부를 지닌 심부가공 ( 芯附加工 ) 을 행한다 앞공정보다 R 이 예리한 것을 취하면 이 부분이 국부적으로 변형이 크게되어 결함으로 나타난다 펀치선단의 원추도 후공정이 더 예리하도록 하여 앞공정의 압출공의 주위에 먼저 접촉하지 않도록 한다 성형랜드의 직경은 동일하거나 005mm 크게 취한다

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34 후방압출의 문제점3 후방압출가공

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압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

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압출길이를 조절하여야 하는 경우 공정을 분리하여 각각의 압출 공정을 행한다

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