다이가 마모되고 파손되는 이유

다이는 아홉 가지 이유 중 하나로 폐기됩니다

다이 및 금형 마모에 관한 공개된 문헌은 공구가 손실되는 방식을 아홉 가지 메커니즘으로 구분합니다. 그중 세 가지인 응착 마모, 연삭 마모, 침식 마모는 대부분의 성형 공정에서 어느 정도 비율로 나타납니다. 나머지 여섯 가지는 균열, 연화, 또는 마모 현상이 전혀 아니었던 과부하를 통해 다이의 수명을 끝냅니다. 모든 마모된 다이를 연삭 마모 문제로 취급하는 다이 공장은 강종을 바꾸어도 개선을 보지 못하는데, 그 메커니즘이 연삭이 아니었기 때문입니다.

ASM Handbook Volume 18의 다이 및 다이 재료의 마찰과 마모에 관한 글에서 요약한, 다이 및 금형의 마모와 파손 메커니즘 및 각각이 관련된 공정. 출처는 처음 세 가지가 대부분의 성형 공정에 공통적이며, 다이캐스팅에서는 연삭보다 침식이 주요 손실 메커니즘이라고 언급합니다.

이 중 두 가지는 별도로 언급할 가치가 있습니다. 현장에서 열간 균열이라고 부르는 열 피로는 다이캐스팅 다이가 폐기되는 가장 흔한 단일 원인이며, 그 뒤를 주조 금속이 다이 표면에 응착하는 솔더링이 바짝 뒤따릅니다. 열간 단조에서 열간 균열은 연삭 마모에 이어 다이가 폐기되는 두 번째 원인입니다. 둘 다 치수의 측정 가능한 변화가 아니라 작업 표면의 미세한 균열 네트워크로 나타나므로, 어느 것도 정비 기록에 마모로 나타나지 않습니다.

열간 균열을 결정하는 것

열간 균열은 하중이 아니라 다이 표면의 온도 변동폭에 의해 결정되는 각 열 사이클의 변형률 진폭에 의해 발생하는 저주기 피로 균열입니다. 이를 견디는 특성은 낮은 열팽창 계수, 높은 열전도도, 높은 고온 항복 강도, 템퍼링 연화 저항, 높은 크리프 강도, 그리고 균열 없이 변형률을 흡수할 충분한 연성입니다. 마르텐사이트, 베이나이트 또는 페라이트 조직을 가진 모든 다이강은 열팽창 계수가 거의 동일하므로, 그 항은 다이 공장이 일반적으로 구매하는 강종 전반에 걸쳐 상수입니다. 오스테나이트 조직은 약 50퍼센트 더 높으며, 그런 이유로 다이캐스팅 재료가 아닙니다.

실질적인 지렛대는 온도 변동폭 자체입니다. 그 변동폭의 양 끝을 비교한 공개된 연구에 따르면, 최고 표면 온도를 100 C 낮추는 것이 최소 벌크 온도를 같은 100 C 높이는 것보다 균열 개시 수명을 훨씬 더 연장하며, 그 이유는 최고 온도가 변형률 진폭을 결정하기 때문입니다. 최고 온도는 윤활과 함께 단열 작용도 하는 윤활제를 분사하거나, 피가공재 온도를 낮추거나, 단조에서는 다이를 예열 상태로 유지하여 변동폭이 더 높은 바닥에서 시작되게 함으로써 낮출 수 있습니다. 최고 온도를 Ac1 온도 아래로 유지하면 표면에서 재오스테나이트화 및 재경화 사이클의 체적 변화를 피할 수 있으며, 이는 열 변형률 위에 변태 변형률을 더하게 됩니다.

청정도와 결정립 크기는 균열 개시를 통해 영향을 미칩니다. 개재물을 제거하도록 정련된 강재는 균열이 개재물에서 시작되므로 열간 균열의 시작에 저항하며, 더 미세한 결정립도 같은 이유로 더 우수한 성능을 냅니다. 화학적, 조직적으로 균일한 다이강은 열적 특성도 균일하므로 자체 편석으로 인한 내부 변형률이 축적되지 않으며, 이것이 장기 작업에서 진공 아크 재용해 다이 블록을 사용하는 근거입니다. 현장을 위한 재가열 조언은 짧습니다. 최종 템퍼링 후에 질화하고, 절대 그 전에 하지 말며, 질화 온도보다 높게 템퍼링하십시오.

사용 온도가 재료 계열을 결정합니다

강종 선택 전에 더 간단한 질문이 있습니다. 단조용 다이 재료의 공개된 사용 온도 대역은 각 단계마다 네 가지 계열을 약 200~300 C로 구분하며, 이것이 저합금 다이 블록을 열간 공구강이 견딜 프레스 작업에 투입할 수 없는 이유입니다.

ASM Handbook Volume 18에서 재현한 단조용 다이 재료의 일반적인 사용 온도. 대역이 겹치는 것은 강종의 유효 상한이 온도에 노출되는 시간과 템퍼링된 경도에 따라 달라지기 때문입니다.

열간 공구강 대역 위에서는 대안이 더 이상 공구강이 아닙니다. 마레이징 강종은 같은 경도에서 크롬 열간 공구강의 두 배에서 두 배 반의 인성에 도달하고 열간 균열에도 최소한 동등하게 저항하지만, 내마모성이 낮아 코팅이나 질화 단계가 경제성을 좌우합니다. H12, H13, H19, H21, H26, H42의 주조 다이는 단조품 등가재보다 높은 고온 경도와 내마모성을 유지하고 날카로운 모서리에서 균열 가능성이 낮으며, 50퍼센트 이상의 수명 연장에 대한 현장 경험이 보고되었지만, 패턴 비용은 하나의 몰드에서 최소 세 개의 주조품이 나올 때만 감당할 가치가 있습니다. 니켈 기반 초합금은 760~925 C까지 강도를 유지하며, 다이강이 전혀 작동할 수 없는 등온 단조에 적합합니다.

다이캐스팅 다이의 일반 수명과 이를 끝내는 요인

다이캐스팅은 지배적인 메커니즘이 다이강이 아니라 용탕에 의해 결정되는 가장 명확한 사례입니다. 아연, 알루미늄, 구리 기반 용탕은 서로 다른 온도 및 화학적 영역에 속하며, 표로 정리된 일반 수명은 다이의 어떤 특성보다 주조 온도를 따릅니다.

다이캐스팅 금형의 수명 제한 요인, ASM Handbook, Volume 18에서 발췌. 수명 수치는 천 회 사출 기준입니다. 알루미늄 또는 황동 금형의 코어는 캐비티보다 먼저 손상되는데, 이는 더 뜨겁게 작동하고 더 많은 면이 용탕에 둘러싸여 있기 때문입니다.

열간 공구강은 장시간 생산의 경우를 제외하고는 아연 주조에 권장되지 않으며, 예비 경화된 금형 등급은 일반적인 작업 경도 29~34 HRC에서 이를 처리합니다. 알루미늄과 마그네슘은 약 44~48 HRC에서 H11 및 H13을 사용합니다. 구리 합금은 38~45 HRC에서 텅스텐 열간 등급 H20, H21 및 H22를 사용하며, 그 이유는 경도보다는 주조 온도 때문인데, 약 1000 C의 황동 용탕은 5% 크롬강의 템퍼링 저항성을 초과하기 때문입니다. 그 선택의 재고 및 등급 측면은 다음에 설명되어 있습니다 아연 및 마그네슘 다이캐스팅 페이지, 그리고 H13 사례는 H13이 다이캐스팅 등급인 이유.

다이캐스팅 금형의 침식은 유입되는 용융 금속 제트에 의해 금형 재료가 씻겨 나가는 현상이며, 발표된 결과는 이를 세 가지 진술로 요약합니다. 용탕 온도가 가장 강력한 단일 변수이므로, 용탕은 주조가 허용하는 한 차갑게 운전해야 합니다. 일반적인 열간 등급 간의 차이는 유의하지 않으므로, 등급을 바꾸어도 내침식성이 향상되지 않습니다. 세 번째 발견은 유용한 것으로, 경화 및 템퍼링된 금형 블록이 연질 어닐링된 것보다 재료 손실이 적으며, 예를 들어 산화막을 온전하게 유지함으로써 강과 용탕 사이의 금속 접촉을 방지할 수 있다면 심각한 침식 위험이 급격히 감소한다는 것입니다. 이것이 질화 표면이 도움이 되는 이유이며, 또한 다이캐스팅 금형의 질화층이 0.13 mm를 초과해서는 안 되는 이유입니다. 더 깊은 층은 분할선과 날카로운 모서리에서 박리되고, 박리된 피트는 이젝션 시 주물을 찢습니다.

마모 마모가 열간 단조 금형 수명을 좌우합니다

단조에서 마모에 의해 제거되는 금형 재료의 양은 계면 압력과 상대 슬라이딩 양에 비례하고, 금형 표면의 경도에 반비례합니다. 실제 단조 금형은 지점마다 압력과 슬라이딩이 다르기 때문에, 발표된 연구는 모사 시험을 기반으로 하며, 결과는 인용할 만큼 충분히 일관됩니다.

합금 함량이 가장 강력한 금형 재료 변수입니다. 거의 동일한 경도로 템퍼링된 11가지 금형강의 통제된 시리즈에서 총 합금 함량이 약 3%를 넘으면 우수한 내마모성이 나타나고, 몰리브덴이 특히 강한 영향을 미치며, 약 2% 몰리브덴 이상에서는 추가 이득이 없다는 것을 발견했습니다. 250~550 C의 금형 온도에서 탄화물 형성 원소의 상대적 효과는 크롬, 텅스텐, 몰리브덴 및 바나듐에 대해 2 대 5 대 10 대 40의 비율로 주어지며, 이는 바나듐과 그 탄화물이 텅스텐과 그 탄화물보다 8배 더 효과적임을 의미합니다. 텅스텐, 몰리브덴 및 바나듐만의 두 번째 순위는 10 대 20 대 40을 제공합니다. 실질적인 해석은 고바나듐 열간 등급이 동일한 경도의 일반 크롬 등급보다 측정 가능할 정도로 적게 마모된다는 것입니다.

경도 자체도 효과가 있지만, 분야 전반에 걸쳐 동등하지는 않습니다. 마모율의 경도 의존성은 저합금 금형강에서 가장 가파르며, 이것이 저합금 금형 블록의 작업 경도를 높이는 것이 이득이 되는 이유이며, 내마모성이 주로 합금 탄화물에서 비롯되는 열간 등급에서는 더 평평합니다. 조직도 중요합니다. 등온 경화로 하부 베이나이트로 만든 금형은 동일한 강을 담금질 및 템퍼링하여 동일한 경도로 만든 것보다 더 오래 지속되며, 발표된 설명은 등온 처리가 마모 파괴를 시작할 내부 응력과 미세 균열을 더 적게 남긴다는 것입니다. 플랜지 성형 금형의 비교는 등급 효과를 구체화합니다. 65 HRC에서 작동하는 M4 및 D7은 17-7 PH 스테인리스에서 61 HRC의 D2보다 두 배 이상의 수명을 제공했으며, 질화 처리된 4140 금형은 질화 처리되지 않은 동일한 금형보다 약 8배의 수명을 제공했습니다.

세 가지 공정 변수가 강만큼 금형 마모를 좌우합니다. 공작물 온도에는 피크가 있으며, 마모는 약 1100 C까지 상승하고 그 이상에서는 다시 감소하는데, 이는 스케일 형성이 온도와 함께 증가하고 그 다음 공작물의 유동 응력이 계면 압력을 줄일 만큼 충분히 떨어지기 때문입니다. 스케일이 두 번째이며, 출처는 스케일 제어 불량이 금형 수명의 200%를 손실할 수 있다고 추정하며, 이는 제어된 노 분위기, 방스케일 코팅 또는 온도 유지 시간을 짧게 한 유도 가열을 위한 논거입니다. 윤활이 세 번째이며, 첫 번째 읽기에서 놀라운 방식으로 작용합니다. 개방 업셋 시험에서 윤활된 금형은 건조한 것보다 더 많이 마모되는데, 윤활제가 공작물을 더 멀리 슬라이딩하게 하기 때문입니다. 한 지점을 지나는 동일한 금속 흐름에 대해 계산하면, 동일한 윤활이 마모를 3배 감소시켰습니다.

금형이 마모에 의해 제한되는 경우 해결책은 유한하며 나열할 수 있습니다. 더 고합금 열간 공구강으로 전환하고 재료 및 가공 비용을 감수하거나, 질화 처리하는데, 출처는 마모율을 절반까지 줄인다고 보고합니다. 스케일을 줄입니다. 블로커를 재설계하여 피니싱 임프레션에서 더 많은 압착과 더 적은 측면 흐름이 발생하도록 합니다. 경질 코팅은 접합을 유지하는 동안에만 도움이 되는데, 사용 중 균열이 발생한 코팅은 파편을 떨어뜨려 코팅되지 않은 표면보다 금형을 더 빠르게 마모시키기 때문입니다. 동일한 논거의 경도 측면은 다음에 수집되어 있습니다 열간 경도 차트, 그리고 열균열 측면은 내열피로 등급 페이지.

판금 성형 금형의 갈링 및 픽업

판금 성형 금형은 주어진 접촉 압력에 대해 판금이 슬라이딩하는 거리에 비례하여 마모되므로, 얇은 어닐링 소재가 가장 온화한 경우이고 두꺼운 경화 소재가 최악입니다. 갈링은 생산을 중단시키는 파괴입니다. 이는 금형과 판금 사이의 마찰 열이 금형 표면을 연화시켜 발생하므로, 열 하에서의 연화 저항이 등급을 순위 매기는 특성이며, 발표된 해결책은 그로부터 따릅니다.

판금 성형 금형의 갈링 및 픽업에 대한 대책, ASM Handbook, Volume 18에서 발췌. 출처는 금형 라디우스의 마모량이 가장 날카로운 라디우스와 가장 넉넉한 라디우스 사이에서 20배까지 변할 수 있다고 기록하며, 이는 작동하던 금형이 픽업을 시작할 때 라디우스 설계가 가장 먼저 확인할 사항임을 의미합니다.

구매자가 명시할 수 있는 사양이므로 반복할 가치가 있는 세부 사항이 하나 있습니다. 경질 크롬 도금은 그 아래의 기재가 50 HRC보다 단단하고, 코팅이 0.005~0.01 mm 두께이며, 도금된 부품이 도금 직후 최소 3시간 동안 150~205 C에서 유지되어 수소를 제거할 때 갈링에 가장 잘 저항합니다. 그보다 두꺼운 코팅은 금형에서 마모되기보다 박리됩니다. 스테인리스 및 고니켈 작업에서 드로우 링의 발표된 선호 순서는 알루미늄 청동이 첫 번째, 그 다음 매끄럽게 연삭, 질화 및 연마된 D2, D3 또는 D4, 그 다음 400~420 HB로 담금질 및 템퍼링된 합금 주철입니다.

등급 및 재고

위의 메커니즘은 어떤 등급 그룹을 살펴볼지 결정하며, 그룹 순위 자체는 다음에 있습니다 공구강 특성 차트. 열간 단조, 압출 및 다이캐스팅 다이를 담당하는 열간 작업 범위는 다음 페이지에 나와 있습니다 열간 단조, 스탬핑 및 트리밍 다이 페이지. 다이가 이미 파손되었고 마모 패턴만으로 메커니즘이 명확하지 않은 경우, 판독 순서는 다음에 있습니다 공구 및 다이 파손 분석 페이지.

인접한 두 메커니즘은 별도로 다룹니다. 손상이 슬라이딩 마모 흔적이 아니라 작은 진동 운동에 의한 얕은 멍 자국 패턴인 경우, 진단은 다음에 있습니다 프레팅 마모 페이지. 공구가 마모된 것이 아니라 날 부분이 일부 떨어져 나간 경우, 그 패턴은 다음에 속합니다 충격 마모 및 스폴링. 다이가 마모되는 것이 아니라 소착 및 고착되는 경우 어떻게 해야 하는지에 대한 질문이라면, 강종 측면은 다음에 있습니다 내접착 마모 강종 페이지.

출처: ASM Handbook, Volume 18, Friction, Lubrication, and Wear Technology, ASM International, 1992.