프레스 성형에 의존하는 제조업체들에게 중요한 질문은 다음과 같습니다. 이 금형을 앞으로 몇 번이나 더 사용할 수 있을까? 백만 달러짜리 질문은 아닐지 모르지만(물론 비유적인 표현입니다!), 분명히 중요한 차이를 만듭니다. 불행히도 지금까지는 단일하고 간단한 정답이 존재하지 않았습니다. 금속 프레스 금형의 수명은 전구처럼 대략 예측 가능한 수명을 가지는 것이 아니라 예측이 어렵습니다. 하나의 숫자를 기대하는 것은 현실적이지 않지만, 어떤 변수들에 영향을 받는지를 아는 것이 중요합니다.
왜 딱 떨어지는 숫자가 없는지:
금형을 단순히 고정된 도구가 아니라 스테로이드를 복용한 스포츠 스타로 간주해 보세요. 그리고 이 스타는 매분 수천 번에 걸친 극한의 물리적 압력을 받으며 일하고 있습니다. 이 스타의 기대 수명은 다음 요인에 따라 달라집니다:
1. 금형 설계 및 제작:
복잡성: 단순 블랭킹 다이에서 사용하는 블랭크 칩은 1회 압착으로 여러 복잡한 형상을 만드는 연속 다이 형식에 비해 일반적으로 훨씬 오래 사용할 수 있습니다. 형상이 복잡할수록 마모되기 쉬운 부위와 응력이 집중될 수 있는 부위가 더 많습니다.
재료: 기본적으로 금형강의 품질과 경도(D2, A2, 초경 인서트 등)가 중요합니다. 특정 허용오차 내에서 경화된 고급 강재는 부드럽거나 낮은 경도로 경화된 강재에 비해 마모와 충격에 훨씬 더 잘 견딥니다.
내구성: 충분한 지지대 적용, 적절한 클리어런스, 마모판 및 코팅(TiN, TiCN, CrN 등)의 신중한 선택, 그리고 효과적인 가이드 메커니즘은 주요 부품의 응력과 마모에 큰 영향을 줍니다.
2. 운전 조건:
프레스 조건: 정렬 불일치, 과도한 편심, 잘못된 클로즈 높이 또는 불안정한 프레스는 금형에 극심한 손상 에너지를 유발하여 마모와 파손에 크게 영향을 줍니다.
분당 스토크 수(SPM): 고속은 짧은 시간 내 더 많은 열과 충격 사이클을 발생시켜 마모 현상(예: 마모 및 피로)을 증가시킵니다.
윤활: 금형에 적용 가능한 경우 윤활은 필수적이며, 적절한 윤활이 이루어져야 하며 윤활제가 정기적으로 공급되어야 합니다. 또한 마찰을 줄이고, 냉각시키며, 갈림현상을 제거하고, 잔해물을 제거합니다. 불충분하거나 잘못된 윤활은 금형 수명 초기 단계에서 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다.
톤수: 설계된 최대 톤수에 근접하거나 초과하여 가동할 경우 금형이 과부하 상태가 되어 금형 수명이 크게 단축됩니다.
3. 압축되는 소재:
강도 및 경도: 고강도 강판(HSS), 초고강도 강판(AHSS), 경화된 소재를 성형할 경우 경금속(알루미늄 또는 연강 등)을 가공할 때보다 금형 표면에 훨씬 더 큰 마모가 발생합니다.
마모성: 마모 지수가 높은 소재(예: 열간 압연 강판)나 보다 단단한 입자를 함유한 소재는 절단날과 성형면을 급격히 마모시키는 경향이 있습니다.
두께: 두꺼운 소재는 다이 구조에 더 큰 압력을 가하여 더 큰 부담을 주며, 이로 인해 금형에 더 큰 하중이 걸리게 됩니다.
4.정비 및 취급:
예방정비(PM): 예방정비란 금형의 수명을 최대한 연장하기 위해 적절한 청소, 점검, 절단 및 절단부 날카롭게 가공, 마모 부품(패드, 스프링, 가이드 핀) 교체 및 윤활유 보충 등의 정기적인 유지보수를 수행하는 것을 의미합니다. 예방정비가 부족하면 작은 문제가 큰 사고로 이어질 수 있습니다.
보관 및 취급: 부품을 보관할 때는 녹이 생기지 않도록 관리해야 하며, 핸들링 시 긁힘이나 흠집, 떨어뜨리는 일이 없도록 주의해야 합니다. 제품이 손상될 경우 교체나 운송 과정에서 큰 비용이 발생할 수 있습니다.
고장 양상에 따른 "수명 종료":
금형 수명은 완전히 작동을 멈춘다고 해서 끝나는 것이 아닙니다. 유지보수 비용이 지나치게 비싸지거나 부품의 품질이 마모되어 더 이상 경제적으로 사용할 수 없을 때 이미 수명이 다한 것으로 간주되는 경우가 많습니다. 일반적인 고장 유형은 다음과 같습니다:
마모: 절단 에지 및 성형 표면의 가시적인 마모로 인해 버, 치수 오차 또는 부품 표면 마감 불량이 발생합니다.
피로 균열: 반복적인 응력 사이클로 인해 피로가 누적되어 균열이 발생하고, 시간이 지남에 따라 금속 조각이 떨어져 나가는 현상을 초래합니다.
플라스틱 변형: 금형용 강재가 부드러운 지점 또는 과부하로 인해 영구적으로 변형됩니다.
취성 깨짐: 날카로운 모서리나 각도에서 발생하는 취성 파손 형태의 고장입니다.
갈링(Galling): 금형과 작업물 사이에서 재료가 이동 및 부착되어 심각한 표면 손상을 일으키는 현상입니다.
현실적인 기대와 투자수익률(ROI) 관점:
⦁ 그렇다면 일반적인 범위는 무엇인가요? 위 요인들의 영향을 크게 받기 때문에 다음과 같은 범위는 상대적일 수 있습니다:
⦁ 유리한 조건에서 단순한 대량 블랭킹 다이(blanking dies)는 대규모 리퍼비시(refurbishment) 전에 100만 회 이상의 수명을 달성할 수 있습니다.
⦁ 복잡한 프로그레시브 다이(progressive dies)가 어려운 소재(경질 소재)를 스탬핑(stamping)하는 경우, 주요 정비 사이클 간 약 10만 ~ 50만 사이클을 유지할 수 있습니다.
⦁ 매우 마모성이 강하거나 초고강도 소재를 제작하는 금형은 주의가 필요하기 전에 단지 5만 사이클 이하만 유지될 수 있습니다.
⦁ 투자 최대화:
불가능할 정도로 오랜 연수를 목표로 하기보다는, 당신이 가진 삶에서 최대한 많은 것을 얻어내는 방향으로 계획하십시오:
1. 품질에 투자하십시오: 고품질 설계 및 고품질 소재/구조에 투자하십시오.
2. 프로세스 간소화: 프레스 건강 유지, 적절한 세팅 및 이상적인 윤활 상태를 관리하십시오.
3. 철저한 예방정비(PM): 예방정비는 강조되고 실천되어야 합니다.
4. 인력 교육: 금형의 취급, 세팅 및 운용은 매우 중요합니다.
5. 부품 품질 모니터링: 모서리 마모 크기 또는 치수 이탈과 같은 마모 지표를 모니터링하여 유지보수 시점을 예측합니다.
결론:
금속 프레스 금형의 수명은 미리 결정될 수 없습니다. 수명 연장은 설계, 제작, 사용 및 유지보수 과정에서 내려진 결정들의 직접적인 결과입니다. 마모 및 손상 요인을 학습하고 효과적으로 대응함으로써 금형 제작자는 제품 수명을 크게 늘일 수 있으며, 금형 수명을 연장하고, 고품질 부품을 최저 비용으로 생산할 수 있으며, 이 중요한 자본 투자의 투자 수익률(ROI)을 극대화할 수 있습니다. 여기서 목표는 영원한 수명이 아니라, 체계적인 공정 관리와 유지보수를 통해 예측 가능한 최적화된 수명을 달성하는 것입니다.