프레스 금형의 금형 클리어런스 및 절단력

펀치와 다이 사이의 간격은 절단면, 버, 금형 수명, 그리고 프레스가 제공해야 하는 톤수를 결정합니다. 이 페이지는 일반적인 판재 재질에 대해 출처에서 제시하는 클리어런스 범위, 절단, 스트리핑 및 측면력의 공식, 그리고 최대 톤수를 낮추는 설계 방안을 정리합니다.

소재 두께에 대한 백분율로 나타낸 클리어런스

클리어런스는 일반적으로 편측당 소재 두께의 백분율로 표현되며, 결정된 후에는 펀치와 다이 제작 시 이를 유지해야 합니다.

피삭재	편측당 클리어런스	예상되는 사항
연강	5~12퍼센트	일반 재질 중 가장 넓은 범위입니다. 범위 내에서 클리어런스를 높이면 절단력이 낮아지고 재연삭 간 가동 시간이 길어지며, 버 높이와 절단면 테이퍼가 한계가 됩니다.
알루미늄, 황동, 드로잉 품질 냉간 압연강	9~11퍼센트	연질 소재는 해당 범위의 중간에서 가장 잘 가공됩니다.
저탄소 냉간 압연, 열간 압연 산세유, CDA 110 구리, 경화 황동	12~13퍼센트	이 재질들은 연강 범위의 상한에서 가장 잘 가공됩니다.
고탄소강 및 풀림 스테인리스강	14퍼센트	경질 소재는 파단 경로가 진행할 더 많은 여유가 필요합니다.
경화 재질	나열된 값 이상	경화 소재는 펀치와 다이 클리어런스가 추가로 필요합니다.

출처: Fundamentals of Tool Design, 6th edition (Society of Manufacturing Engineers, 2010), Chapter 8. 수치는 시작점으로 간주하십시오. 출처는 주어진 재질에 대한 최적의 클리어런스 값을 찾기 위해 어느 정도 실험이 필요할 수 있다고 언급합니다.

클리어런스 값은 편측 기준입니다. 펀치와 다이 사이의 물리적 간격은 나열된 값의 두 배입니다.
정상 클리어런스에서 만들어진 절단면은 제품과 스크랩 모두에서 약 1/3의 전단면과 2/3의 파단면을 가집니다.

타이트한 클리어런스와 넉넉한 클리어런스가 각각 제공하는 것

범위의 양 끝은 절단면 품질과 금형 수명 및 절단력을 상충시키며, 대부분의 작업은 그 사이 어딘가에 위치합니다.

클리어런스 범위	제공하는 것	비용
타이트, 편측당 3~5퍼센트	절단면의 테이퍼 감소, 다이 개구부에서 끌어올려지는 스크랩 감소	절단력 증가, 특히 두꺼운 소재에서 이중 파단 경향
넉넉함, 편측당 7~25퍼센트	재연삭 간 펀치 및 다이 수명 연장, 절단력 감소, 이중 파단 없음	스크랩 풀러가 필요해지고, 절단면에 테이퍼와 버 높이가 더 커짐

이중 파단과 해결 방법

이중 파단은 클리어런스가 너무 타이트할 때 나타납니다. 파단이 양쪽에서 시작되고 경로가 고르게 만나지 못해 구멍 내부나 스크랩에 2차 광택 영역이 생기며 절단면이 거칠어집니다. 일반적인 해결책은 클리어런스를 늘리는 것이며, 종종 펀치를 작게 만들어 구멍 크기와 제품 크기를 모두 유지합니다. 연강은 편측당 12~15퍼센트, 두꺼운 블랭크는 때때로 25퍼센트가 필요할 수 있습니다. 절단면의 파단 부분은 그때 뚜렷한 테이퍼를 가집니다.

넉넉한 클리어런스는 펀치와 다이에 가해지는 측면력도 증가시켜 공구 수명을 단축할 수 있습니다. 깨끗한 절단면과 긴 수명의 공구 사이의 창은 보통 종이보다 프레스에서 찾게 됩니다.

어느 부재를 도면에 맞게 제작하는가

유지해야 하는 치수는 도면에 맞게 제작하고, 클리어런스는 다른 부재에서 가져옵니다. 이 규칙은 불규칙한 윤곽에도 동일하게 적용되며, 클리어런스는 전체 외곽선 주위에 적용됩니다.

중요한 부분	치수에 맞게 제작되는 부재	클리어런스가 적용되는 위치
펀칭된 스크랩이 제품이 되는 경우	다이 개구부, 제품 또는 블랭크 크기에 맞게 제작	펀치에서 차감
펀칭된 구멍이 기능적인 경우	펀치, 구멍 크기에 맞게 제작	다이 개구부에 추가

현장에서의 적용

와셔의 경우 두 경우가 같은 부품에 존재합니다. 외경은 블랭크이므로 다이를 치수에 맞게 제작하고 펀치가 이를 따릅니다. 구멍은 기능적이므로 펀치를 치수에 맞게 제작하고 다이 개구부가 이를 따릅니다. 어느 형상이 제품인지 명시하지 않은 도면은 결정을 현장에 맡깁니다.

이런 종류의 금형에 현장에서 선택하는 등급은 다음에서 논의됩니다: 블랭킹 및 펀칭 다이 선택 페이지.

프레스 톤수를 결정하는 힘

프레스 톤수는 한 스트로크에서 금형이 발생시키는 모든 힘의 합이며, 절단력이 그 중 가장 큰 부분입니다.

수량	공식	작업 노트
최대 절단력	F_s = L × t × S_s	L은 절단 총 길이, t는 소재 두께이며, S는_s 전단 강도입니다. 전단 강도는 일반적으로 최대 인장 강도의 60~80%입니다.
스트리핑 힘	F = L × T × 1.5, F는 톤, L과 T는 인치	대략적인 근사치입니다. 실제 수치는 펀치와 접촉하는 금속 면적, 클리어런스, 펀치의 날카로움, 스트리퍼 스프링의 위치에 따라 달라집니다.
스트리핑 힘, 미터법	F = L × T × 20,600, F는 kN, L과 T는 미터	출처에서는 L과 T를 밀리미터로 표기하고 이 계수를 적용합니다. 이 계수는 제곱미터당 20,600 kN, 즉 절단 면적 약 20.6 MPa로 영국식 규칙과 일치하므로, 미터법 형식에서는 L과 T를 미터로 읽습니다.
측면 힘	F_H = F_V × C / (T − P)	C는 클리어런스, T는 재료 두께이며, F는_V 절단력입니다. P는 침투 깊이로, 일반적으로 0.33 × T입니다.
프레스 톤수	행정 중 모든 힘의 합	스프링 장착 스트리퍼를 사용하는 경우 절단 중 스프링이 압축되므로 스트리핑 힘을 더하고, 성형, 드로 패드 및 유사 요소에 대한 스프링 압력도 더합니다.

절단력 계산은 전단 각도나 펀치 진입 시점을 고려하지 않으므로 결과에 안전 계수가 포함됩니다. AISI SAE 1010 냉간 압연 강은 약 56,000 psi(386 MPa)의 최대 인장 강도와 42,000 psi(290 MPa)의 전단 강도를 가집니다. 전단 강도는 프레스 가공의 빠른 변형률에서 증가하므로, 최대 인장 강도가 추정에 더 안전한 기준입니다.
프로그레시브 다이 작업에서 절단 길이는 모든 파일럿 홀과 캐리어 스트립에서 수행된 모든 절단을 포함해야 합니다. 해당 다이 등급에 사용되는 공구강은 다음 페이지에 정리되어 있습니다: 프로그레시브 다이 선택 페이지.

정렬이 톤수만큼 중요한 이유

원형 및 대칭 홀의 경우 측면 힘은 균형을 이루지만, 다이는 여전히 확장 하중을 견뎌야 합니다. 노칭, 전단 및 기타 불균형 절단은 전체 측면 하중을 정렬 시스템에 전달하며, 압력은 프레스 힘의 3배 이상을 초과할 수 있습니다. 펀치 변형이 커지면 클리어런스도 커지고 측면 힘도 다시 커집니다. 가이드 핀과 힐 블록은 이러한 변형을 허용 가능한 한도 내로 유지하기 위해 존재합니다.

부품을 변경하지 않고 톤수 줄이기

두 가지 설계 방법이 행정을 따라 절단을 분산시킵니다. 두 방법 모두 정상 클리어런스에서 완전 파단이 예상되는 깊이인 소재 두께의 1/3을 기준으로 추정합니다.

방법	효과	알아둘 만한 세부 사항
펀치 길이를 단계적으로 조정	소재 두께의 1/3만큼 길이가 다른 펀치는 순차적으로 절단합니다. 이렇게 단계적으로 배치된 동일한 펀치 3개는 동시 절단 톤수의 약 1/3이 필요합니다.	단계적 배치는 또한 행정을 따라 하중을 분산시켜 파단 시 충격을 완화합니다.
펀치 또는 다이에 전단 연삭	소재 두께의 1/3에 해당하는 전단은 이를 지지하는 면적에서 톤수를 약 50% 줄입니다.	스크랩과 접촉하는 부재에 전단을 적용하여 변형이 부품에서 멀어지게 합니다. 피어싱에서는 절단이 윤곽의 외부 끝에서 중심을 향해 진행됩니다.

스냅스루

파단 시의 큰 굉음은 프레스와 다이에 저장된 에너지가 한꺼번에 방출되는 것입니다. 프레스는 용량의 약 10% 이상의 역하중을 견디도록 설계되지 않았으며, 충격으로 다이 구성 요소가 느슨해질 수 있습니다. 펀치 타이밍과 다이 전단의 목적은 톤수를 점진적으로 방출하는 것입니다. 한계는 프레스가 행정 하단 위에서 견딜 수 있는 톤수와 행정당 사용 가능한 플라이휠 에너지입니다.

압력 중심

불규칙한 블랭크는 램의 한쪽에 다른 쪽보다 더 많은 하중을 가하며, 공구 배치는 그 굽힘 모멘트를 프레스에서 배제해야 합니다.

지점 찾기

압력 중심은 전단력이 균형을 이루는 지점입니다. 이는 블랭크 내부 면적의 무게 중심이 아니라 블랭크 둘레를 형성하는 선의 무게 중심입니다. 각 절단 모서리 요소의 길이와 도면에 배치된 두 축으로부터 각 요소의 거리로부터 구하며, 동일한 절차가 모든 윤곽에 적용됩니다.

전체 계산은 번거롭지만, 실제 지점의 약 0.5 in.(12.7 mm) 이내의 결과면 일반적으로 충분히 정확합니다. 한 가지 빠른 방법은 연성 와이어를 블랭크 윤곽에 맞게 구부리고 두 방향으로 연필 위에서 프레임의 균형을 맞추는 것입니다. CAD 소프트웨어도 동일한 정보를 제공합니다. 그런 다음 압력 중심이 램의 중심 축에 위치하도록 공구를 장착합니다. 출처에서는 이 점이 가장 중요한 작업 중 하나로 파인 블랭킹을 언급하며, 해당 다이에 사용되는 공구강은 다음 페이지에서 별도로 논의됩니다: 파인 블랭킹 다이 선택 페이지.

다이 강이 담당하는 부분

프레스 공구는 펀치 모서리와 다이 개구부에서 마모되며, 클리어런스에 따라 증가하는 측면 하중을 받습니다. 내마모성은 대부분의 장기 다이를 결정하며, 인성은 마모되기 전에 치핑되는 공구를 결정합니다. D2 및 그 계열은 마모 측면을 담당하며, O1 는 더 낮은 비용으로 일반 프레스 작업을 담당합니다.

파손이 한계인 경우

두꺼운 소재, 불균형 절단 및 타이트한 프레스는 결정을 마모에서 충격 강도로 이동시킵니다. 내충격 등급은 내마모성을 일부 포기하고 인성을 얻으며, S7 가 해당 그룹에서 일반적인 명칭입니다. 선택의 배경이 되는 파손 모드는 다음 페이지에 정리되어 있습니다: 치핑 저항 페이지.

클리어런스는 열처리를 견뎌야 합니다

다이에 연삭된 클리어런스는 공구가 경화 및 뜨임을 거쳐 치수를 유지할 때만 유지됩니다. 각 등급이 처리 중에 일으키는 변형과 이를 계획하는 방법은 다음 페이지에 정리되어 있습니다: 열처리 시 치수 변화 페이지.

동일 작업의 재료 측면

클리어런스와 톤수는 등급 결정 위에 놓입니다. 생산량, 소재 두께, 충격 하중 및 치수 안정성이 입력이며, 이들이 등급에 매핑되는 방식은 다음 페이지에서 다룹니다: 스탬핑, 블랭킹 및 피어싱 다이 페이지.

견적 전 확인 사항

이 수치는 일반 참고용입니다. 클리어런스, 톤수 및 모서리 상태는 재료, 로트, 공구 상태 및 프레스에 따라 달라집니다. 자체 시험으로 확인하거나 Aobo Steel에 문의하십시오.