스테인레스 스틸 딥 드로잉 부품 생산 시 주름과 균열을 방지하는 방법은 무엇입니까?

딥 드로잉에서 주름과 균열의 근본 원인 이해

스테인레스 스틸 딥 드로잉 평평한 스테인레스 강판을 자동차부터 의료 기기까지 다양한 산업에서 사용되는 복잡하고 속이 빈 부품으로 성형하는 정밀 금속 성형 공정입니다. 그러나 주름과 갈라짐이라는 두 가지 일반적인 결함으로 인해 생산이 중단되는 경우가 많습니다. 주름은 일반적으로 금속 시트의 바깥쪽 가장자리("블랭크 홀더 영역"으로 알려짐)가 인발 중에 장력이 부족하여 과도한 재료가 접히거나 뭉칠 때 발생합니다. 이와 대조적으로 균열은 불균일한 힘 분포, 부적절한 재료 선택 또는 부적절한 윤활로 인해 스테인리스 강의 인장 강도를 초과하는 금속에 대한 과도한 응력으로 인해 발생하며 특히 좁은 반경 영역에서 파손으로 이어집니다. 두 결함 모두 부품을 망칠 뿐만 아니라 재료, 시간, 노동력을 낭비합니다. 이 문제를 해결하려면 딥 드로잉 공정의 물리적 특성과 스테인리스강의 고유한 특성에 부합하는 목표 수정이 필요합니다.

1단계: 딥 드로잉에 적합한 스테인레스강 등급 선택

모든 스테인레스강 등급이 딥 드로잉에 똑같이 적합한 것은 아닙니다. 올바른 합금을 선택하는 것이 주름과 균열에 대한 첫 번째 방어선입니다. 스테인레스 강의 성형성은 연성(파단 없이 늘어나는 능력)과 가공 경화 속도(성형 중 얼마나 빨리 단단해지는지)에 따라 결정됩니다.

오스테나이트계 스테인리스강(예: 304, 316)은 딥 드로잉에 가장 많이 사용됩니다. 이는 높은 연성과 낮은 가공 경화율을 제공하므로 깨지거나 균열이 발생하지 않고 균일하게 늘어날 수 있습니다. 특히 304등급은 균형 잡힌 강도와 성형성으로 인해 깊고 복잡한 부품에 이상적입니다.

페라이트계 스테인리스강(예: 430)은 연성이 낮고 가공 경화 속도가 높기 때문에 깊은 다단계 공정보다는 얕은 인발에 더 적합합니다. 깊은 부품에 페라이트 등급을 사용하면 응력을 받으면 금속이 너무 빨리 경화되므로 균열 위험이 높아집니다.

또한 재료의 두께 일관성을 확인하십시오. 두께가 고르지 않은(0.1mm 이상 변형) 스테인레스 강판은 인발 중에 힘의 분포가 고르지 않을 수 있습니다. 얇은 부분은 너무 많이 늘어날 수 있고(균열), 두꺼운 부분은 과도한 재료 축적(주름)을 일으킬 수 있습니다. 딥 드로잉 프로젝트의 경우 항상 두께 공차가 엄격한 소스 시트를 사용하십시오.

2단계: 주름 방지를 위한 블랭크 홀더 힘(BHF) 최적화

블랭크 홀더 힘(BHF)(인발하는 동안 스테인리스 강판의 외부 가장자리에 가해지는 압력)은 재료 흐름을 제어하고 주름을 방지하는 데 중요합니다. BHF가 너무 적으면 블랭크 홀더 영역이 자유롭게 움직일 수 있어 과도한 재료가 접혀 주름이 생길 수 있습니다. 그러나 BHF가 너무 많으면 재료 흐름이 제한되어 부품 벽의 장력이 증가하고 균열 위험이 높아집니다.

BHF를 최적화하려면:

1. 기준선부터 시작합니다. 오스테나이트계 스테인리스강(예: 304)의 경우 인발력(재료의 항복 강도와 부품의 표면적을 기준으로 계산)의 10~15% BHF로 시작합니다.

2. 점진적으로 조정: 소량의 부품 배치에서 초기 BHF를 테스트합니다. 주름이 나타나면 주름이 사라질 때까지 BHF를 5~10%씩 늘립니다. 균열이 발생하면 BHF를 약간 줄입니다. 이렇게 하면 재료 흐름을 제어하면서 장력의 균형을 맞출 수 있습니다.

3.복잡한 부품에는 가변 BHF를 사용하세요. 깊이가 고르지 않은 부품(예: 플랜지 또는 좁은 반경이 있는 부품)의 경우 조정 가능한 압력 구역이 있는 블랭크 홀더를 사용하세요. 이는 주름이 생기기 쉬운 영역(예: 넓은 플랜지)에서 더 높은 BHF를 보장하고 균열 위험이 있는 영역(예: 깊은 구멍)에서 더 낮은 BHF를 보장합니다.

최신 딥 드로잉 프레스에는 디지털 BHF 제어 장치가 포함되어 있는 경우가 많아 실시간 조정을 통해 생산 실행 전반에 걸쳐 일관성을 유지할 수 있습니다.

3단계: 응력 및 재료 낭비를 줄이기 위해 다이 설계 개선

다이 설계는 스테인리스강이 드로잉 중에 흐르는 방식과 응력을 견디는 방식에 직접적인 영향을 미칩니다. 잘못 설계된 다이는 주름과 균열의 주요 원인입니다. 결함을 최소화하기 위한 주요 설계 조정에는 다음이 포함됩니다.

다이 반경 최적화: 다이의 "모서리 반경"(평평한 시트가 다이 캐비티 안으로 구부러지는 곳)이 중요합니다. 반경이 너무 작으면(재료 두께의 2~3배 미만) 응력이 집중되는 날카로운 굴곡이 생겨 균열이 발생합니다. 반경이 너무 크면 과도한 재료가 축적되어 주름이 생길 수 있습니다. 대부분의 스테인리스 스틸 딥 드로우의 경우 시트 두께의 3~5배인 다이 반경이 재료 흐름과 응력 분포의 균형을 맞춥니다.

매끄러운 다이 표면: 거칠거나 긁힌 다이 표면은 스테인리스강과 다이 사이의 마찰을 증가시켜 재료 흐름이 고르지 않게 흐르거나(주름) 금속이 긁힐 수 있습니다(약해지고 균열이 발생함). 다이 표면을 Ra 0.4μm 이상의 매끄러운 마감으로 연마하고 마모나 손상이 있는지 정기적으로 검사하십시오.

드로 비드 추가(필요한 경우): 블랭크 홀더 영역이 큰 부품(예: 넓은 플랜지)의 경우 다이의 블랭크 홀더에 작고 돌출된 "드로 비드"를 추가합니다. 이러한 비드는 제어된 저항을 생성하여 재료 흐름을 늦추고 과도한 장력을 추가하지 않고도 과도한 재료가 뭉쳐 주름이 생기는 것을 방지합니다.

전체 생산 전에 이러한 조정을 통해 다이 프로토타입을 제작하면 설계 결함을 조기에 식별하고 수정하여 나중에 비용이 많이 드는 결함을 줄이는 데 도움이 됩니다.

4단계: 고품질 윤활을 적용하여 마찰을 최소화합니다.

스테인레스 강판과 다이/압축기 사이의 마찰은 주름과 균열의 숨겨진 원인입니다. 과도한 마찰은 재료 흐름을 제한하여 금속이 고르지 않게 늘어납니다. 즉, 얇은 부분은 갈라지고 두꺼운 부분은 주름이 생깁니다. 적절한 윤활은 마찰을 줄여 금속이 다이를 통해 부드럽게 미끄러지고 응력이 균일하게 분산되도록 합니다.

스테인리스 스틸 딥 드로잉용 윤활제 선택 및 도포 시:

올바른 유형 선택: 스테인리스강용으로 특별히 제조된 윤활제를 사용하십시오. 이 윤활유에는 딥 드로잉의 높은 힘을 견디는 극압(EP) 첨가제가 포함되어 있는 경우가 많습니다. 오스테나이트 등급의 경우 유성 또는 합성 윤활제(40°C에서 점도가 100-200cSt)가 가장 잘 작동합니다. 열에 의해 증발하거나 분해될 수 있으므로 딥 드로우에는 수성 윤활제를 사용하지 마십시오.

일정한 층 도포: 스프레이나 롤러를 사용하여 스테인리스 강판의 양면에 얇고 균일한 윤활제 층을 도포합니다. 윤활유가 너무 적으면 마찰이 발생합니다. 너무 많으면 다이에 윤활유가 축적되어 재료 흐름을 방해하고 주름이 생길 수 있습니다. 5~10μm의 두께를 목표로 합니다.

필요에 따라 재도포하십시오. 다단계 딥 드로잉(부품이 여러 패스로 형성되는 경우)의 경우 단계 사이에 윤활유를 다시 바르십시오. 금속 표면은 각 드로잉 중에 윤활유를 마모시켜 후속 단계에서 마찰을 증가시킬 수 있습니다.

5단계: 균일한 성형을 위한 공정 변수 제어(속도, 온도)

올바른 재료, 금형 설계 및 윤활을 사용하더라도 부적절한 공정 매개변수로 인해 여전히 결함이 발생할 수 있습니다. 제어해야 할 두 가지 중요한 매개변수는 드로잉 속도와 온도입니다.

드로잉 속도: 스테인레스 스틸은 적당한 속도에서 가장 균일하게 늘어납니다. 너무 빠른 속도(오스테나이트 등급의 경우 50mm/s 초과)는 금속이 고르게 흐를 수 있는 충분한 시간을 제공하지 않아 국부적인 응력과 균열이 발생합니다. 속도가 너무 느리면(10mm/s 미만) 금속이 냉각되거나(공정에서 열이 발생하는 경우) 다이에 들러붙어 주름이 생길 수 있습니다. 20~40mm/s 범위의 속도를 테스트하고 부품 품질에 따라 조정합니다.

온도 제어: 딥 드로잉은 마찰과 가공 경화로 인해 열을 발생시킵니다. 스테인리스강의 경우 과도한 열(150°C 이상)은 연성을 감소시켜 금속에 균열이 더 쉽게 생길 수 있습니다. 과열을 방지하려면:

대량 생산을 위해서는 냉각 다이(워터 재킷을 통해)를 사용하십시오.

금형과 금속이 냉각될 수 있도록 부품 50~100개마다 잠시 생산을 일시 중지합니다.

새로 그려진 부품을 쌓지 마십시오. 부품 사이에 갇힌 열은 금속을 약화시키고 성형 후 균열을 일으킬 수 있습니다.

6단계: 도면 후 검사 및 프로세스 개선 구현

주름과 갈라짐 방지는 생산에서 끝나지 않습니다. 정기적인 점검과 지속적인 개선이 장기적인 불량 감소의 핵심입니다.

도면 직후 부품 검사: 육안 검사를 통해 표면 주름이나 균열을 확인하고 캘리퍼를 사용하여 벽 두께를 측정합니다(두께가 고르지 않으면 균열이 발생할 수 있는 응력 지점을 나타냄). 중요한 부품의 경우 초음파 검사와 같은 비파괴 검사(NDT) 방법을 사용하여 숨겨진 균열을 탐지합니다.

결함 패턴 추적: 결함의 유형, 위치 및 빈도를 기록합니다(예: "플랜지 가장자리의 주름" 또는 "다이 반경의 균열"). 이 데이터는 근본 원인을 식별하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어 균열이 동일한 영역에 지속적으로 나타나는 경우 다이 반경을 조정해야 할 수 있습니다.

열차 운전자: 생산 직원이 BHF 조정 방법, 윤활제 도포 방법, 공정 매개변수 모니터링 방법을 이해하도록 합니다. 작은 작업자 오류(예: 균일하지 않은 윤활 또는 잘못된 BHF 설정)도 결함으로 이어질 수 있으므로 모범 사례에 대한 정기적인 교육이 필수적입니다.

결론: 결함 없는 딥 드로잉을 위한 체계적인 접근 방식

스테인레스 스틸 딥 드로잉에서 주름과 균열을 방지하려면 재료 선택부터 시작하여 금형 설계, 공정 제어, 생산 후 검사까지 확장하는 체계적인 접근 방식이 필요합니다. 연성 스테인리스강 등급 선택, 블랭크 홀더 힘 최적화, 금형 형상 개선, 고품질 윤활 사용, 속도 및 온도 제어, 정기 검사 실시를 통해 제조업체는 결함을 크게 줄일 수 있습니다. 목표는 재료 흐름(주름 방지)과 응력 분포(균열 방지)의 균형을 맞추는 것입니다. 이는 스테인리스강의 고유한 특성과 딥 드로잉 공정의 물리학을 이해하는 데서 비롯됩니다. 이러한 단계를 통해 생산 팀은 결함이 없는 고품질 스테인리스 스틸 딥 드로잉 부품을 일관되게 만들 수 있습니다.