열간 트리밍 다이용 공구강 선정
핫 트리밍은 단조 및 다이캐스팅에서 성형 직후, 공작물이 여전히 뜨거운 상태에서 플래시, 게이트 및 오버플로우를 제거하는 2차 공정입니다. 이는 절삭 효율을 향상시키지만, 금형에 기계적 하중과 열 순환을 동시에 가하게 됩니다.
트리밍 온도는 재질에 따라 다릅니다. 비철 합금은 약 150°C에서 가공할 수 있지만, 강철 및 철 합금은 종종 980°C를 초과합니다. 이러한 조건에서 세 가지 손상 메커니즘이 상호 작용합니다. 산화막에 의한 마모, 반복적인 가열 및 냉각으로 인한 열 피로, 그리고 열 연화로 인한 모서리 변형입니다. 대부분의 경우 공구 수명은 주어진 사이클에서 가장 빠르게 발생하는 손상 메커니즘에 의해 제한됩니다.
선택 요인
공구강의 선택은 특정 트리밍 조건에서 발생하는 주요 파손 모드에 따라 결정됩니다.
내마모성과 인성은 주요한 상충 관계입니다. 탄화물 함량이 높을수록 연마 스케일에 대한 저항성이 향상되고 모서리 마모가 느려지지만, 충격 저항성이 감소하고 파손 위험이 증가합니다. 플래시가 심하거나, 정렬이 불량하거나, 하중이 불안정한 작업 환경에서는 인성이 부족하면 마모가 심각해지기 전에 모서리가 조기에 파손될 수 있습니다.
열피로 저항성은 반복적인 가열 과정에서 균열 발생 및 전파를 제어합니다. 트리밍 작업 시 급격한 온도 변화가 동반되는 짧은 사이클이 반복되면 표면에 균열이 발생하고 점차 연결되어 네트워크를 형성합니다. 이러한 균열이 발생하면 재료 제거 속도가 빨라지고 모서리 안정성이 저하됩니다. 인성과 템퍼링 안정성이 높은 강재는 이러한 과정을 지연시킵니다.
접촉 시간이나 열 입력량이 증가할수록 고온 경도가 결정적인 역할을 합니다. 사용 중에 강철이 연화되면 내마모성이 충분하더라도 절삭날이 소성 변형될 수 있습니다. 이는 느린 절삭 주기, 두꺼운 단면, 또는 절삭 사이에 열이 발산되지 않고 축적되는 조건에서 흔히 발생합니다.
추천 공구강
AISI D2 공구강 |1.2379 | SKD11
D2는 마모가 주된 손상 원인이고 열 노출 시간이 짧은 고온 트리밍에 사용됩니다. 높은 탄소 및 크롬 함량으로 인해 다량의 단단한 탄화물이 생성되어 날끝 마모를 늦추고 절삭력을 유지합니다.
이 소재의 한계는 낮은 인성과 열연화에 대한 중간 정도의 저항성입니다. 따라서 얇은 플래시 트리밍, 고속 작업 또는 공구와 공작물의 접촉 시간이 짧은 경우에 사용이 제한됩니다. 일반적인 경도는 58~60 HRC이며, 이는 취성 파괴 위험을 최소화하면서 내마모성을 유지하기 위해 선택됩니다.
AISI H11 공구강 | 1.2343 | SKD6
H11은 충격 하중이나 열 피로로 인해 파손이 발생하는 경우에 선택됩니다. D2와 비교했을 때 내마모성은 낮지만 인성과 균열 전파 저항성이 훨씬 높습니다.
이 소재는 업셋 단조와 같이 하중이 변하거나 충격이 큰 일반적인 열간 트리밍 조건에 적합합니다. 이러한 조건에서 모서리 파손은 마모보다는 균열로 인해 발생하는 경우가 더 많습니다. 일반적인 경도는 46~50 HRC로, 강도와 파손 및 열 균열 저항성 사이의 균형을 이룹니다.
AISI H21 공구강 | 1.2581 | SKD5
H21은 열 연화로 인해 공구 수명이 제한될 때 사용됩니다. 텅스텐 함량이 고온 강도를 향상시켜 지속적인 열에도 날이 원래 형상을 유지할 수 있도록 합니다.
이 소재는 플래시 트리밍, 두꺼운 단면 가공 또는 작동 중 열이 축적되는 저속 사이클에 적합합니다. H11과 비교했을 때 연화 저항성은 우수하지만 인성은 낮습니다. 일반적인 경도는 50~52 HRC이며, 이는 열 부하 하에서도 모서리 안정성을 유지하기 위해 선택되었습니다.
AISI S7 공구강 | DIN 1.2355
S7은 충격이 주요 파손 원인이고 모서리 파손이 주요 위험 요소일 때 선택됩니다. 높은 인성 덕분에 균열 없이 반복적인 충격을 흡수할 수 있습니다.
내마모성과 고온 경도가 제한적이므로 마모가 심하거나 고온 환경에는 적합하지 않습니다. 불안정한 하중이나 심한 기계적 충격이 발생하는 트리밍 작업에서 최상의 성능을 발휘합니다. 사용 중 연화 위험을 줄이기 위해 예상 사용 온도 이상에서 템퍼링 처리가 필요합니다.
6G 또는 6F2 저합금강
이러한 강재는 모서리 마모보다는 전체적인 파손이 주요 원인인 펀치 및 지지 부품에 사용됩니다. 니켈-크롬-몰리브덴 조성으로 높은 중심 인성과 강한 압축 및 충격 하중에 대한 저항성을 제공합니다.
이 소재는 절삭날용으로 설계된 것이 아닙니다. 오히려 경도보다 구조적 신뢰성과 균열 저항성이 더 중요한 곳에 사용됩니다. 일반적인 경도는 41.8~45.7 HRC로, 강도와 연성 사이의 균형을 제공합니다.
요약표
| 공구강 등급 | 일반적인 경도 | 고온 트리밍의 주요 이점 |
|---|---|---|
| D2 | 58–60 HRC | 짧은 접촉 트리밍 시 마모에 강합니다. |
| H11 | 46–50 HRC | 충격 및 열 순환에 의한 균열에 강함 |
| H21 | 50–52 HRC | 지속적인 열에도 날카로움을 유지합니다. |
| S7 | — | 충격을 흡수하고 모서리 깨짐을 방지합니다. |
| 6G / 6F2 | 41.8–45.7 HRC | 고하중 부품에 필요한 핵심적인 내구성을 제공합니다. |