블랭킹 및 피어싱 다이용 공구강 선정
블랭킹 및 피어싱 다이는 높은 압축 응력, 급격한 파단 방출, 그리고 가공 재료와의 반복적인 절삭날 접촉이라는 복합적인 조건에서 작동합니다. 펀치가 판재를 관통할 때, 절삭날은 압력, 마찰, 국부적인 열 발생, 그리고 판재 파단(돌파) 시의 충격에 노출됩니다. 결과적으로 이러한 공구는 일반적으로 두 가지 방식으로 고장 납니다. 절삭날이 점진적으로 마모되거나, 충격 하중으로 칩핑 또는 균열이 발생합니다.
이러한 이유로 블랭킹 및 피어싱 다이용 공구강 선택은 가장 단단한 등급이나 가장 내마모성이 뛰어난 등급을 고르는 문제가 아닙니다. 진정한 과제는 생산 과정에서 가장 흔하게 발생하는 고장 유형에 맞는 강재를 선택하는 것입니다.
핵심 선택 원칙
블랭킹 및 피어싱 다이 선택의 핵심 문제는 내마모성과 인성 사이의 균형을 맞추는 것입니다.
내마모성이 너무 낮으면 절삭날이 빠르게 예리함을 잃습니다. 버(burr)가 증가하고, 부품 치수가 밀려나며, 재연마 빈도가 높아집니다. 인성이 너무 낮으면 절삭날이 파단(돌파) 충격을 견디지 못하고, 정상적인 마모 수명에 도달하기 훨씬 전에 칩핑이나 균열이 시작됩니다.
즉, 적절한 등급은 주로 생산량, 재료 두께, 절삭 중 충격 강도라는 세 가지 생산 조건에 따라 결정됩니다. 대량 생산이나 마모성 마모가 심한 조건에서는 내마모성이 높은 재질을 선택해야 합니다. 반면, 두꺼운 재료, 불안정한 하중, 또는 심한 파단(돌파) 충격이 발생하는 경우에는 인성이 높은 재질을 선택해야 합니다.
일반적으로 사용되는 공구강 선택
AISI A2 공구강 | 1.2363 | SKD12
A2는 적당한 마모와 충격 조건에서 작동하는 블랭킹 및 피어싱 다이에 적합한 균형 잡힌 소재입니다. D2보다 우수한 인성을 제공하며, S7과 같은 내충격성 강재보다 내마모성이 뛰어납니다. 따라서 다이가 지나치게 취성화되지 않으면서 절삭날 마모와 간헐적인 충격에 견뎌야 하는 중간 규모 생산량에 적합합니다.
A2는 용도에서 최대 내마모성이나 최대 내충격성이 명확하게 요구되지 않을 때 주로 선택됩니다.
AISI D2 공구강 | 1.2379 | SKD11
D2는 마모성 마모가 다이 파손의 주요 원인일 때 사용됩니다. 높은 탄화물 함량으로 인해 절삭날 유지력이 뛰어나며, 이는 장기간 생산이나 절삭날 형상 유지가 중요한 작업에 매우 유용합니다.
하지만 D2는 A2나 S7에 비해 파단(돌파) 충격에 대한 내성이 떨어집니다. 두꺼운 재료를 사용하거나, 프레스 조건이 불안정하거나, 충격 하중이 큰 블랭킹 및 피어싱 다이에서는 D2의 절삭날이 칩핑될 가능성이 더 높습니다. 따라서 D2는 하중이 비교적 안정적이고 충격 저항보다 마모 제어가 더 중요한 대량 생산 작업에 가장 적합합니다.
AISI S7 공구강 | 1.2550
S7은 다이 파손이 마모가 아닌 충격으로 인해 발생할 때 선택됩니다. S7의 주요 장점은 인성입니다. 고부하 피어싱 작업, 두꺼운 소재 가공, 또는 펀치와 다이 절삭날에 예기치 않은 균열이 자주 발생하는 경우에는 S7이 더 안전한 선택이 될 수 있습니다.
단점은 내마모성이 떨어진다는 것입니다. 다시 말해, S7은 일반적으로 파손에는 더 강하지만 마모성 절삭날 마모에는 더 강하지 않습니다. 따라서 S7은 마모가 심한 환경에서 절삭날 수명을 극대화하기 위한 것이 아니라, 치명적인 파손을 방지하기 위해 선택됩니다.
AISI O1 공구강 | 1.2510 | SKS3
O1은 부하 수준이 심하지 않고 공구 비용을 관리해야 하는 단기에서 중기 생산에 적합한 실용적인 옵션입니다. 일반적인 블랭킹 및 피어싱 작업에 필요한 수준의 내마모성과 적절한 인성을 제공하지만, 매우 높은 생산량이나 심한 충격 조건에는 적합하지 않습니다.
O1은 일반적으로 까다로운 사용 환경에서 다이 수명을 극대화하기보다는 경제적인 툴링을 위해 선택됩니다.
AISI M2 공구강 | 1.3343 | SKH51
M2는 높은 내마모성과 강력한 압축 하중 저항성이 요구되는 까다로운 블랭킹 및 피어싱 작업에 사용됩니다. 특히 대량 생산이나 두꺼운 소재 가공 시, 기존의 냉간 가공용 강재는 절삭날 성능이 너무 빨리 저하될 수 있으므로 M2가 적합합니다.
D2와 비교하면, 절삭날 마모와 혹독한 사용 조건이 모두 중요한 용도에서 M2가 더 유리합니다. S7과 비교했을 때는 내마모성이 내충격성보다 더 중요한 경우에 선택됩니다.
실용적인 선택 논리
실질적으로 블랭킹 및 피어싱 다이 선택은 다음과 같이 단순화할 수 있습니다.
다이의 주요 고장 원인이 절삭날 마모인 경우에는 D2 또는 M2가 일반적으로 더 나은 선택입니다. 다이의 주요 고장 원인이 칩핑, 균열 또는 갑작스러운 파손인 경우에는 S7이 더 적합합니다. 이러한 극단적인 경우의 중간에 해당하는 경우에는 A2가 가장 균형 잡힌 솔루션인 경우가 많습니다. 생산 수요가 제한적이고 다이 비용 절감이 주요 고려 사항인 경우에는 O1도 여전히 합리적인 선택이 될 수 있습니다.
블랭킹 및 피어싱 다이용 공구강을 선택하는 가장 유용한 방법은 추상적인 물성 비교가 아니라 실제 파손 거동에서 출발하는 것입니다. 다이가 운용되는 클리어런스는 절삭날에 가해지는 하중을 좌우하며, 일반 판재에 적용되는 범위와 그 근거가 되는 힘 계산식은 다음 차트에 정리되어 있습니다: 금형 클리어런스 및 절단력 차트.
요약표
| 공구강 등급 | 일반적인 사용 경도 | 주요 선택 이유 |
|---|---|---|
| A2 | 58–60 HRC | 중하중 블랭킹 및 피어싱 다이에 적합한 균형 잡힌 내마모성과 인성 |
| D2 | 58–60 HRC | 상대적으로 안정적인 하중 조건에서의 장시간 운전에 적합한 높은 내마모성 |
| S7 | 56–58 HRC | 심한 충격, 두꺼운 소재 또는 칩핑에 민감한 용도에 적합한 높은 인성 |
| O1 | 58–60 HRC | 일반 용도 또는 단기 생산용 툴링에 경제적인 선택 |
| M2 | 60–62 HRC | 까다로운 생산 환경에 적합한 높은 내마모성과 압축 강도 |
결론
블랭킹 및 피어싱 다이에 사용할 공구강은 다이가 실제로 사용 중에 어떻게 파손되는지를 기준으로 선택해야 합니다.
주된 문제가 절삭날 마모라면 내마모성이 더 높은 등급을 선택해야 합니다. 주된 문제가 칩핑이나 파손이라면 인성이 더 높은 등급이 더 적합합니다. 이러한 차이점을 명확히 이해하면 A2, D2, S7, O1, M2 중에서 선택하는 것이 훨씬 더 수월해지고 기술적으로 타당해집니다.