나사산 압연 금형용 공구강 선정
나사산 압연은 소성 변형을 통해 나사산을 형성하는 공정으로, 이 과정에서 금형은 지속적으로 높은 접촉 압력과 반복적인 하중을 받게 됩니다. 이 공정은 재료를 제거하지 않기 때문에 금형 표면의 응력 축적이 주요 요인이 됩니다.
작동 중 금형은 압축 응력, 굽힘 및 슬라이딩 접촉에 노출됩니다. 마찰은 특히 원통형 금형에서 열을 발생시킬 수 있지만, 이는 일반적으로 부차적인 문제입니다. 깨끗한 작업 환경에서는 마모가 제한적입니다. 대신, 고장의 주요 원인은 피로 파손으로, 나사산 마루 부분에 미세 균열을 발생시키고 점차 진행되어 박리 및 국부적인 파손으로 이어집니다. 마루 부분의 형상이 손상되면 치수 정확도가 빠르게 저하됩니다.
선택 요인
나사산 성형 금형의 재료 선택은 정적 강도뿐만 아니라 응력 집중 영역에서 반복적인 하중에 대한 강철의 반응에 따라 결정됩니다.
방사형 압력 하에서 소성 변형을 방지하려면 높은 압축 강도가 필요합니다. 그러나 나사산 끝부분은 균열 발생에 매우 민감합니다. 인성이 충분하지 않으면 사용 초기에 국부적인 파손이나 박리가 발생합니다.
피로 저항성은 사용 수명을 좌우합니다. 균열 발생을 억제하고 균열 전파 속도를 늦추는 재료는 더 긴 생산 주기 동안 금형의 무결성을 유지합니다.
인성과 내마모성 사이에는 상충 관계가 있습니다. 단기간 또는 불안정한 생산 공정에서는 인성이 높을수록 조기 고장 위험이 줄어듭니다. 장기간 안정적인 생산에서는 합금 함량과 탄화물 함량을 높이면 인성이 다소 떨어지더라도 치수 유지력이 향상됩니다.
추천 공구강
산업 현장에서는 생산 조건 및 안정성 요구 사항에 따라 평면 및 원형 나사산 압연 금형에 다음과 같은 등급이 일반적으로 사용됩니다.
AISI A2 공구강 | 1.2363 | SKD12
A2는 인성과 내마모성이 균형 있게 조합되어 평면형 및 원통형 다이 모두에 적합합니다. 높은 인성은 반복적인 하중에도 나사산 끝부분이 깨지는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.
또한 열처리 중 우수한 치수 안정성을 제공하는데, 이는 후경화 연삭이 필요한 금형에 중요합니다. 정렬, 윤활 또는 하중 조건이 완전히 안정적이지 않은 응용 분야에서는 A2가 더 넓은 안전 여유를 제공합니다.
이 합금의 한계는 내마모성입니다. 장기간 생산 과정에서 탄화물 함량이 낮으면 고합금 등급보다 형상 손상이 더 빨리 발생합니다.
AISI D2 공구강 |1.2379 | SKD11
D2는 치수 안정성과 내마모성이 가장 중요한 요구 사항일 때 선택됩니다. 높은 탄소 및 크롬 함량으로 인해 다량의 경질 탄화물이 생성되어 표면 열화에 대한 저항성이 크게 향상됩니다.
장기 생산에서 D2는 나사산 형상 정확도를 유지하고 금형 수명을 연장합니다. 따라서 일정한 부하가 유지되는 안정적인 공정에서 효과적입니다.
하지만 인성이 낮아 파손되기 쉽습니다. 정렬 불량, 진동 또는 충격이 발생하는 조건에서는 마루 파손이 조기에 발생할 수 있습니다. 따라서 D2는 공정 안정성이 잘 관리되는 환경에서 사용해야 합니다.
AISI M2 공구강 | 1.3343 | SKH51
M2는 까다로운 생산 환경에서 금형 수명을 최대한 연장해야 할 때 사용됩니다. 우수한 내마모성과 높은 고온 경도를 결합하여 마찰로 인해 고온이 발생하더라도 강도를 유지할 수 있습니다.
냉간 가공용 강재와 비교했을 때, M2는 연화에 강하고 장기간 사용에도 날카로움을 유지합니다. 일반적으로 더 높은 수준으로 경화 처리되어 내마모성이 향상되며, 제어된 템퍼링을 통해 사용에 필요한 인성을 유지합니다.
이러한 특징 덕분에 M2는 기계적 하중과 열적 영향을 모두 고려해야 하는 장기간 생산에 적합합니다.
요약표
| 공구강 등급 | 주요 특성 / 경도 | 높은 인성은 불안정한 조건에서 능선 파손 위험을 줄여줍니다. |
| A2 | 56~58 HRC, 균형 잡힌 인성과 내마모성 | 약 64 HRC의 경도, 높은 내마모성 및 고온 경도 |
| 디2 | 경도 56~58 HRC, 매우 높은 내마모성, 낮은 인성 | 안정적인 장기 생산 환경에서 프로파일 정확도를 유지합니다. |
| 엠2 | 60~65 HRC, 우수한 모서리 안정성 및 열 저항성 | 기계적 및 열적 하중이 복합적으로 작용하는 조건에서 금형 수명 최대화 |
