공구 및 다이 인서트의 수축 끼워맞춤
수축 끼워맞춤은 체결구가 아닌 억지 끼워맞춤으로 인서트를 리테이너에 고정하며, 동시에 두 번째 역할을 수행합니다. 억지 끼워맞춤은 인서트에 반경 방향 압축을 가하며, 이 압축은 다이 인서트의 치핑과 균열의 일반적인 원인인 인장 응력에 대항합니다. 이 페이지에서는 다이 적용에 기반이 되는 억지 끼워맞춤, 한 쌍의 각 부품이 유지해야 하는 경도와 치수, 그리고 열, 냉각 또는 둘 다를 사용하여 조립이 실제로 어떻게 이루어지는지를 설명합니다. 이는 다이를 제작하거나 재제작하는 공구실과 조인트 양쪽의 강재를 공급해야 하는 구매자를 위해 작성되었습니다.
끼워맞춤이 인서트에 하는 일
공구, 다이, 가이드포스트 및 핀을 리테이너에 수축 끼워맞춤하는 이점은 부품을 제자리에 고정하는 것 이상입니다. 올바르게 만들어진 수축 끼워맞춤은 끼워맞춤을 받는 부품에 반경 방향 압축 응력을 형성하며, 이 응력은 치핑과 균열을 유발하는 인장 응력에 대항합니다. 따라서 끼워맞춤을 받는 부품은 다른 방식으로 고정된 동일 부품보다 더 사용하기 적합합니다. 또한 끼워맞춤은 인서트를 위치시키고 조립체를 강성화하며, 이는 면 전체에 불균일한 하중을 받는 다이에서 중요합니다.
기계적으로 이 조인트는 한 쌍의 응력입니다. 인서트는 리테이너에 의해 압축되고 리테이너는 인서트에 의해 인장되며, 둘 사이의 반경 방향 압력은 억지 끼워맞춤의 양과 각 재료의 탄성 계수에 따라 달라집니다. 이것이 두 부품을 한 쌍으로 설계해야 하는 이유이며, 리테이너의 재료 선택이 편의가 아닌 강도 결정인 이유입니다.
억지 끼워맞춤, 끼워맞춤의 기준이 되는 수치
수축 끼워맞춤이 작동하려면 인서트의 외경이 리테이너의 내경보다 크게 제작됩니다. 그 차이는 직경 단위당으로 표현되며, 하한과 상한이 있는 작업 범위가 있습니다.
| 억지 끼워맞춤, in./in. (mm/mm) | 조립체에서 생성되는 것 | 사용 중 거동 |
|---|---|---|
| 0.001 미만 | 인서트에 거의 반경 방향 압축 응력이 없음 | 도움이 되기에는 너무 헐거움. 끼워맞춤이 인서트를 압축 상태로 만들지 않으므로, 다이 적용에서 인서트를 균열시키는 인장 응력에 대해 아무런 역할도 하지 않습니다. |
| 0.003 ~ 0.004 | 높은 조인트 강도, 접합면에 반경 방향 압력 형성 | 작업 범위. 리테이너는 인장 응력을 받고 인서트는 압축 응력을 받으며, 이 압축이 치핑과 균열을 억제합니다. |
| 0.006 이상 | 한 쌍이 설계된 범위를 초과하는 반경 방향 압력 | 과도한 억지 끼워맞춤. 작업 응력과 수축 응력이 인서트 또는 리테이너의 강도를 초과하여 응력 과부하로 인한 파손을 일으킬 수 있습니다. |
Tool and Die Making Troubleshooter의 수축 끼워맞춤 섹션에서 발췌한, 공구와 다이를 리테이너에 수축 끼워맞춤할 때 권장되는 억지 끼워맞춤 범위.
하한이 존재하는 이유는 억지 끼워맞춤이 거의 없는 끼워맞춤은 전체 작업을 정당화하는 반경 방향 압축 응력을 발생시키지 않기 때문입니다. 상한이 존재하는 이유는 사용 중 균열을 억제하는 동일한 응력이 충분히 높은 수준에서는 조립 중이나 첫 하중에서 리테이너나 인서트를 균열시킬 수 있기 때문입니다. 작업 응력과 수축 응력은 서로 더해지며, 그 합은 두 부품 중 약한 쪽의 강도 내에 머물러야 합니다.
끼워맞춤의 유지 여부를 결정하는 설계 포인트
수축 끼워맞춤은 제작 전에 설계되며, 아래 규칙들은 끼워맞춤이 의존하는 규칙들입니다. 그중 여러 가지는 모든 공구강 부품에 적용되는 동일한 규칙이며, 이것이 응력을 받는 리테이너가 챔퍼, 필렛 및 테이퍼 없이 도면화되는 이유입니다.
| 설계 포인트 | 규칙 | 목록에 포함된 이유 |
|---|---|---|
| 리테이너 재료 | 32 ~ 43 HRC로 경화 가능한 합금강 | 리테이너는 인장을 받는 부품이므로, 항복 없이 끼워맞춤을 유지할 만큼 충분히 강해야 합니다. |
| 중부하용 리테이너 | 48 ~ 52 HRC로 열처리된 내충격 공구강 | 다이가 끼워맞춤 하중뿐만 아니라 충격도 받는 경우, 일반 합금강 대신 더 인성이 높은 리테이너 재료가 지정됩니다. |
| 응력 균형 | 작업 응력과 수축 응력의 합은 두 부품 모두의 강도 내에 머물러야 함 | 끼워맞춤은 이미 사용 응력을 받을 공구에 응력을 추가합니다. 두 응력은 서로 더해집니다. |
| 리테이너 외경 | 내경의 최소 2배, 바람직하게는 3배 | 인서트 주위의 벽은 변형 없이 억지 끼워맞춤으로 인한 원주 응력을 견뎌야 합니다. |
| 테이퍼 | 인서트나 리테이너 모두 테이퍼 설계를 사용하지 않습니다 | 테이퍼 시트는 원주 전체에 걸쳐 균일한 접촉을 유지할 수 없으며, 압력은 끼워맞춤이 가장 tight한 곳에 집중됩니다. |
| 모서리와 엣지 | 모서리와 엣지에 챔퍼를 주고 충분한 필렛을 제공하십시오 | 열처리 시 다이에 균열을 일으키는 동일한 응력 집중 요인이 리테이너에도 존재합니다. |
| 접합 면 | 약 5~25 microinches(0.13~0.64 micrometres)의 매끄러운 마무리로 연삭 | 설계대로 반경 방향 압력이 발생하려면 접합부 둘레에 걸쳐 접촉이 연속적이어야 합니다. |
| 가공 공차 | 필요 치수의 0.0005 in.(0.013 mm) 이내로 연삭 | 간섭량은 두 직경의 차이이므로, 두 직경 모두 간섭량 자체의 일부로 관리됩니다. |
| 조립 클리어런스 | 확장 또는 수축 상태에서 필요한 클리어런스를 제공하십시오 | 부품은 하나는 뜨겁게 또는 하나는 차갑게 한 상태에서 조립해야 하며, 힘으로만 조립되는 끼워맞춤은 이미 손상된 끼워맞춤입니다. |
공구 또는 다이 부품을 리테이너에 압입 끼워맞춤(shrink fitting)하기 위한 설계 및 준비 사항, Tool and Die Making Troubleshooter의 압입 끼워맞춤 섹션에서 발췌.
조립, 가열 방식, 냉각 방식, 또는 둘 다
대부분의 압입 끼워맞춤은 리테이너를 가열하여 인서트를 받을 수 있을 만큼 팽창시켜 수행합니다. 이 방법의 한계는 리테이너 자체의 열처리인데, 마지막 템퍼링 온도 이상으로 가열된 부품은 제작 당시보다 연화되어 나오기 때문입니다. 48~52 HRC를 유지해야 하는 리테이너는 토치와 온도계 없이 팽창시킬 수 없습니다.
두 번째 방법은 인서트를 수축시키는 것입니다. 압입 끼워맞춤을 위한 심냉은 한때 약 -120 F(-84 C)의 드라이아이스로 수행되었으며, 현재는 약 -300 F(-184 C)의 액체 질소가 더 자주 사용됩니다. 액체 질소의 더 낮은 온도 덕분에 리테이너를 전혀 가열하지 않고도 많은 끼워맞춤을 만들 수 있게 되었고, 이는 조립 단계에서 경도 위험을 제거합니다. 다만 인서트를 천천히 냉각해야 하므로 그 자체의 위험이 따릅니다. 액체 질소에 곧바로 넣으면 인서트가 온도 변화로 충격을 받아 균열될 수 있으며, 그 균열은 끼워맞춤에 하중이 가해질 때까지 보이지 않을 수 있습니다. 수축량은 도달한 영하 온도에 따라 달라지므로, 인서트를 더 차갑게 할수록 더 많이 수축하여 조립이 더 쉬워집니다.
어떤 경로를 사용하든, 작업의 마무리는 수치만큼 중요합니다. 두 부품을 깨끗하고 건조하게 하고, 지연을 최소화하여 조립하며, 급랭이나 급가열 대신 조립체를 천천히 실온으로 복귀시키십시오. 압입 끼워맞춤은 이후에 응력 제거를 하지 않는데, 인서트의 압축 응력이 이 작업의 핵심이기 때문입니다. 공정의 영하 측면은 다음에서 추가로 설명합니다: 심냉 처리 페이지, 그리고 리테이너 경도를 결정하는 처리는 다음에서: 열간 공구강 열처리 페이지.
압입 끼워맞춤이 잘못되는 경우
네 가지 실패가 대부분의 문제를 차지합니다. 템퍼링 온도 이상으로 가열된 부품은 경도를 잃고, 리테이너는 설계 하중에 도달하기 전에 항복합니다. 간섭량이 너무 적으면 인서트에 엣지 칩을 방지하는 압축 응력이 없어져 다이는 끼워맞춤이 전혀 없는 것처럼 거동합니다. 간섭량이 너무 많으면 조립 시 리테이너나 인서트가 균열되거나, 두 부품 모두에 사용 하중에 추가되는 잔류 응력이 가득 남습니다. 테이퍼 시트 또는 진원으로 연삭되지 않은 한 쌍의 접합 면은 원주 일부에 압력을 집중시켜 그 측면에서 과도한 간섭과 동일한 결과를 초래합니다.
문제의 강재 측면은 조립 측면보다 작으며, 위의 실패들은 사용 중 균열되는 다이가 항상 열처리 문제인 것은 아닌 이유입니다. 이미 실패한 다이의 진단 경로는 다음에 제시되어 있습니다: 공구 및 금형 고장 분석 페이지 및 균열 저항 페이지, 그리고 공구가 가동되기 전에 응력을 유발하는 설계 결함은 다음에 있습니다: 공구 및 다이 설계 결함 페이지.
다음으로 볼 곳
리테이너의 재료는 다른 공구 부품과 동일한 표에서 선택합니다: 공구강 특성 차트 및 조성 차트. 충격 하중을 받는 인서트의 경우, 내충격 등급은 다음에서 설명합니다: S7 페이지 및 치핑 저항 페이지, 그리고 각 등급이 끼워맞춤 전에 필요로 하는 담금질은 다음에 있습니다: 담금질 차트. 리테이너와 그 인서트를 함께 위해 치수대로 절단한 블록과 라운드의 경우, 공급 페이지 우리의 작업 방식을 제시합니다.
이 수치대로 리테이너를 절단하기 전에
이 페이지는 공개된 관행의 참조 요약이며 Aobo Steel의 사양이 아닙니다. 간섭 값과 설계 사항은 Tool and Die Making Troubleshooter에서 재현한 것이며, 실제로 필요한 끼워맞춤은 다이의 단면, 재료 및 하중에 따라 달라집니다. 작업 응력과 수축 응력은 조립을 설계하는 사람이 두 부품의 강도에 대해 검증해야 하며, 최종 치수는 해당 작업의 도면에서 확인합니다.
출처: Tool and Die Making Troubleshooter, R. M. Leed, Society of Manufacturing Engineers, 2003.