냉간 단조 금형용 공구강 선정

냉간 단조는 상온에서 소성 변형을 통해 패스너와 같은 대량 생산 부품을 제조하는 데 사용되는 벌크 성형 공정입니다. 금형은 최대 약 2413 MPa(350 ksi)의 반복적인 충격 하중과 압축 응력을 받습니다.

냉간 가공으로 분류되지만, 변형 에너지와 마찰로 인해 금형과 공작물 접합면의 국부적인 온도가 수백 도까지 상승할 수 있습니다. 이는 표면 경도에 영향을 미치고 마모를 가속화합니다.

이러한 조건에서 금형 파손은 주로 마모, 접착성 긁힘 및 피로 균열에 의해 발생합니다. 고하중 적용 분야에서는 인성이 부족하면 모서리 파손이나 갑작스러운 취성 파괴가 발생합니다.

선택 요인

냉간 단조 금형용 공구강의 선택은 내마모성, 인성 및 압축 강도 간의 상호 작용에 의해 결정됩니다.

마모, 접착 및 소성 변형에 저항하려면 높은 표면 경도가 필요합니다. 대부분의 응용 분야에서 사용 경도는 56~62 HRC 범위입니다. 그러나 경도가 증가하면 인성이 감소하여 반복적인 충격 하에서 균열 발생 위험이 높아집니다.

결과적으로 냉간 단조 금형은 균일한 경도를 가진 부품으로 설계되지 않습니다. 오히려 성능은 경도 구배에 따라 결정됩니다. 즉, 단단하고 내마모성이 뛰어난 표면과 충격 응력을 흡수하는 더 강한 중심부로 구성됩니다.

이 요구사항은 두 가지 접근 방식을 통해 충족됩니다.

표면 경화성이 낮은 강은 열처리 과정에서 비교적 강인한 중심부를 가진 단단한 표면을 형성합니다. 이러한 강은 높은 충격을 받는 솔리드 다이에 적합합니다.

심층 경화 고합금강은 균일하게 높은 경도를 제공하므로, 더 견고한 외부 케이스가 기계적 하중을 지탱하는 삽입물로 사용됩니다.

따라서 선택은 재질뿐만 아니라 금형이 솔리드 툴로 설계되었는지 아니면 인서트 형태로 설계되었는지에 따라서도 달라집니다.

추천 공구강

AISI D2 공구강 |1.2379 | SKD11

D2는 마모가 주요 고장 메커니즘이고 충격 하중이 중간 정도인 응용 분야에 사용됩니다.

높은 탄소 및 크롬 함량으로 인해 다량의 단단한 탄화물이 생성되어 58~60 HRC의 경도를 가지며 뛰어난 내마모성을 제공합니다. 그러나 상대적으로 낮은 인성 때문에 강한 충격을 받는 솔리드 다이에는 적합하지 않습니다.

이러한 이유로 D2는 일반적으로 인서트 형태로 사용되며, 주변 다이 구조가 하중을 흡수합니다.

S1 및 S7 (내충격 공구강)

S1과 S7은 충격으로 인한 파손이 주된 파손 모드일 때 선택됩니다.

S7강은 공기 경화 특성과 안정적인 인성으로 인해 널리 사용됩니다. 일반적으로 충격으로 인한 균열 발생 위험을 줄이기 위해 56~58 HRC 경도로 사용됩니다. 고경도 강에 비해 내마모성은 떨어지지만 피로 파괴 저항성은 훨씬 뛰어납니다.

S1은 응력 집중이 발생하는 금형, 특히 균열 발생을 제어해야 하는 경우에 선호됩니다.

이러한 강철은 마모가 주요 제한 요소가 아닌 심한 충격 조건에서 작동하는 솔리드 다이에 적합합니다.

AISI M2 공구강 | 1.3343 | SKH51

M2는 심한 마모, 높은 접촉 응력 또는 가공 경화 재료가 관련된 고하중 응용 분야에 사용됩니다.

M2는 D2보다 높은 압축 강도와 내마모성을 제공하며, 일반적으로 62~64 HRC의 경도로 사용됩니다. 기존의 냉간 가공용 강재와 달리 M2는 고온에서도 경도를 유지하므로 고속 성형 시 표면 연화 및 소성 변형을 방지하는 데 도움이 됩니다.

비용 때문에 M2는 주로 마모가 심한 부위에 삽입재로 사용됩니다.

W1 및 W2 (수경화 공구강)

W1과 W2는 높은 충격 하중을 받는 펀치 및 솔리드 다이에 사용되는 얕은 경화강입니다.

이 소재는 경화성이 제한적이기 때문에 더 단단한 중심부를 유지하면서 60 HRC 이상의 표면 경도를 달성할 수 있습니다. 이러한 구조 덕분에 금형은 균열 없이 충격을 흡수할 수 있습니다.

하지만 수냉식은 변형 및 균열 발생 위험이 높아 단순한 형상과 작은 단면에만 사용이 제한됩니다.

요약표

공구강 등급일반적인 경도주요 선발 역할
W1 / W2표면 경도: 60 HRC 이상 / 중심부 경도: 40~50 HRC단순한 형상을 가진 고강도 충격용 솔리드 다이
S1 / S756~58 HRC솔리드 다이는 충격과 피로에 대한 최대의 저항력이 필요합니다.
디258–60 HRC마모가 심한 용도에 사용되는 인서트
엠262–64 HRC고하중, 고마모 및 열연화 조건에 적합한 인서트