프레스금형설계교육 서울산업대학교금형설계학과김종호 1 목차 월 10 주 1 2 1. 금형의분류 3. 전단금형 3.1 전단금형의종류 3.2 전단가공특성 3.3 전단금형의기본구조 교육내용 3 3.4 전단금형부품의기능및설계 3.5 전단금형설계 4 평가 2 1
1. 금형의분류 1.1 금형의개요 금형은재료의소성 (Plasticity), 전연성 (Malleability, Ductility), 유동성 (Fluidity) 등의성질을이용하여재료를가공성형, 제품을생산하는도구 로서금속재료를사용하여만들어진형 ( 型 ) 을말하며 동일형상, 동일규 격의제품을대량생산하기위해모체가되는틀 이라고함. 우리나라에서는다이 (Die) 와몰드 (Mould) 를통칭하는의미로서 금형 또는 형, 그리고중국, 대만, 홍콩, 싱가포르등중화경제권에속하는국가에서는 모구 라말한다. 또영국을비롯하여독일, 프랑스, 미국등 서방선진국에서는 Special Tooling 이라는용어를사용하고있다. 3 1. 금형의분류 1.2 금형의종류 (1) 프레스금형 (Press Die) 직선왕복운동을하는프레스기계에금형이라는특수공구를설치하여주로금속제품을성형가공하는금형을말함 (2) 사출금형 (Injection Mould) 사출금형은고분자 ( 플라스틱합성수지 ) 재료를가열용융또는반용융상태에서강한압력을가하여코어 (Core) 와캐비티 (Cavity) 사이의빈공간에주입냉각시켜성형품을만드는금형을말한다. ㆍ생산제품 : 일상생활용품, 사무용기기, 자동차부품, 장식품, 항공기부품, 전기전자부품, 컴퓨터, 핸드폰, 완구, CD, 렌즈, 건축자재등. 4 2
1. 금형의분류 1.2 금형의종류 (3) 다이캐스팅금형 (Die casting Mould) 저용융금속인 Al, Zn, Mg 합금등을정밀한형상의금형에고압으로주입하여제품을생산하는방법으로원리는사출금형과유사하다. ㆍ성형재료 : Al, Zn, Cu, Mg등ㆍ생산제품 : 자동차부품, 전기전자통신기기부품, 정밀기계, 가정용품, 항공기부품, 완구, 스포츠용품등 (4) 단조금형 (Forging Die) 공작물을냉간또는가열한상태에서해머, 프레스등으로충격이나압력을가하여원하는형상으로가공하는금형이다. 5 1. 금형의분류 1.2 금형의종류 (5) 고무금형 (Rubber Mould) 고무및합성고무소재를금형에넣어열과압력을가하여고무제품을성형하는금형으로플라스틱의압축성형법과유사하다. ㆍ생산제품 : 자동차부품 ( 타이어, 몰딩재 ), 신발, 구두, 골프공등. (6) 유리금형 (Glass Mould) 유리의원료를금형에넣고, 고온고압으로압력을가하여제품을제조하거나, 공기의압력으로유리를부풀게하여성형하는가공법이다. ㆍ금형용소재 : 주철, 내열강ㆍ성형재료 : 유리ㆍ생산제품 : 각종유리병, 컵, 유리용기, 브라운관전면유리, 전기라이트렌즈, 전구, 이화학용기구등. 6 3
1. 금형의분류 1.2 금형의종류 (7) 분말야금금형 (Powder Metallurgy Mould) 금속및비금속 (W, Mo, Al2O3) 분말을금형에넣어고온고압으로원하는형상의제품을성형하는방법으로일명소결금형이라한다. ㆍ금형용소재 : 합금공구강, 초경합금ㆍ성형재료 : 금속및비금속분말 (Ag-W, Cu-W, C-Cu, Al2O3) 등. ㆍ생산제품 : 각종절삭공구, 기어, 오일리스베어링, 자석, 세라믹, 초경금형공구, 방전가공전극등. (8) 요업금형 (Ceramic Mould) 일반적으로벽돌, 타일등의제품을만드는세라믹성형용과일명사기그릇이라고하는접시, 찻잔, 인형등을제조하는도자기형등을요업금형이라고한다. 7 1. 금형의분류 1.2 금형의종류 ㆍ금형용소재 : 합금공구강, 초경합금, 고속도강등. ㆍ성형재료 : 점토, 석고, 요업분말, Al2O3 분말등. ㆍ생산제품 : 각종식기, 도자기, 전기절연재 ( 애자 ), 건축재 ( 타일, 세면기등 ) (9) 주조금형 (Casting Mould) 주물사, 석고, 플라스틱, 알루미늄등으로주형을제작하여용융재료를주입하여제품을생산하는방법이다. ㆍ주형용소재 : 주물사, 주철, 강, 청동, Al 등. ㆍ성형재료 : 주철, 구리합금, 알루미늄등. ㆍ생산제품 : 자동차부품 ( 엔진블록, 캠축 ), 공작기계프레임, 구조가복잡한부품, 기계, 전기, 전자부품등. 8 4
2.1 전단가공그룹 전단기 (Shearing machine) 나금형 (Die) 을사용하여재료에파단강도이상의압력을가하여잘라내는가공을말하며그종류는다음과같다. (1) 전단 (Shearing) 전단기 (Shearing machine) 로소재의일부를전단하는작업. 이중에서스크랩이거의없게규칙적인배열로전단하는공정을특히컷오프 (Cut-off) 작업이라함 그림 2-1 전단 9 2.1 전단가공그룹 (2) 블랭킹 (Blanking) 소재로부터정해진형상을절단해내어그것을제품으로사용하는작업 그림 2-2 블랭킹 (3) 피어싱 (Piercing) 제품으로사용하고자하는소재로부터구멍을뚫어내는작업. 이작업을펀칭 (Punching) 이라고도한다. 그림 2-3 피어싱 10 5
2.1 전단가공그룹 (4) 트리밍 (Trimming) 성형된제품의불규칙한가장자리부위를절단하는작업 그림 2-4 트리밍 (5) 노칭 (Notching) 소재의가장자리로부터원하는형상을절단하는것으로전단선윤곽이폐곡선을이루지않음 그림 2-5 노칭 11 2.1 전단가공그룹 (6) 슬로팅 (Slotting) 판재의중앙부에서가늘고긴홈을절단하는작업으로피어싱과유사함 그림 2-6 슬로팅 (7) 슬리팅 (Slitting) 판재의일부에가는절입선을가공하는작업또는넓은판재를일정한간격의좁은코일또는스트립으로가공하는작업 그림 2-7 슬리팅 12 6
2.1 전단가공그룹 (8) 세퍼레이팅 (Separating) 성형된제품을 2개이상으로분리하는작업 그림 2-8 세퍼레이팅 (9) 퍼퍼레이팅 (Perforating) 판재상에많은구멍을규칙적인배열로피어싱하는작업 그림 2-9 퍼퍼레이팅 13 2.1 전단가공그룹 (10) 셰이빙 (Shaving) 앞공정에서전단된블랭크재의전단면을평평하게가공하기위해다시한번전단하는작업 그림 2-10 셰이빙 14 7
2.2 굽힘가공그룹 가공판재의중립면 (Neatural plane) 을기준으로인장과압축이동시에작용하는가공법으로재료에힘을가하여굽힘응력을발생시켜여러가지모양의제품을만드는가공법으로종류는다음과같다. (1) 컬링 (Curling) 판또는용기의가장자리부에원형단면의테두리를만드는가공 (2) 시밍 (Seaming) 2장의판재의단부를굽히면서겹쳐눌러접합하는가공 그림 2-11 컬링 그림 2-12 시밍 15 2.2 굽힘가공그룹 (3) 벤딩 (Bending) 굽힘작업의총칭으로 V형, U형, L형굽힘, 채널굽힘, 컬링, 시밍등도이에속함 그림 2-13 벤딩 (4) 버링 (Burring) 평판에구멍을뚫고그구멍보다큰직경을가진펀치를밀어넣어서구멍에플랜지를만드는가공. 그림 2-14 버링 16 8
2.2 굽힘가공그룹 (5) 플랜징 (Flanging) 소재의단부를직각으로굽히는작업으로굽힘선의형상에따라세가지로분류된다. ㆍ스트레이트플랜징 (Straight flanging) ㆍ스트레치플랜징 (Stretch flanging) ㆍ슈링크플랜징 (Shringk flanging) 그림 2-15 스트레이트플랜징 그림 2-16 스트레치플랜징 그림 2-17 슈링크플랜징 17 2.3 드로잉가공그룹 금속판또는소성이큰재료를다이속으로끌고들어가면서이음매가없는컵, 그릇모양의용기를주름 (wrinkling) 이나, 균열 (crack) 이발생치않게성형하는가공법으로서그종류는다음과같다. (1) 드로잉 (Drawing) 평판소재를펀치가다이속으로유입시키면서펀치모양의용기를성형하는가공으로깊이가깊을때특히디프드로잉이라함. 그림 2-18 드로잉 18 9
2.3 드로잉가공그룹 (2) 재드로잉 (Redrawing) 1차드로잉된용기의직경을감소시키면서다시한번드로잉하면서제품깊이를증가시키는가공. (3) 리스트라이킹 (Restriking) 그림 2-19 재드로잉 전공정에서만들어진제품의형상이나치수를정확하게하기위해변형된부분을밀어교정하는마무리작업. 그림 2-20 리스트라이킹 19 2.3 드로잉가공그룹 (4) 아이어닝 (Ironing) 제품의측벽두께를얇게하면서제품의높이를높게하는훑기가공을말함. 그림 2-21 아이어닝 20 10
2.4 성형가공그룹 재료의판두께를고의로축소시키지않으며, 금형의상하형사이에넣고압력을가해원하는형상으로만드는가공법으로재료변형이작은그룹에한정된다. (1) 엠보싱 (Embossing) 재료의판두께변화는일으키지않으면서국부적으로돌기형상의소성변형을시켜제품의강성을증가시키는작업. 그림 2-22 엠보싱 21 2.4 성형가공그룹 (2) 비딩 (Beading) 엠보싱과마찬가지로제품의강성을증가시키기위한것으로대체로형상세장비가큰작업. 그림 2-23 비딩 (3) 익스팬딩 (Expanding) 원통의단부내경을확대시키는가공. 그림 2-24 익스팬딩 22 11
2.4 성형가공그룹 (4) 벌징 (Bulging) 원통형부품의내부에고무또는유체를이용하여직경을팽창시키는가공. 그림 2-25 벌징 (5) 네킹 (Necking) 원통형부품의직경을감소시키는가공. 그림 2-26 네킹 23 2.4 성형가공그룹 (6) 플래팅 (Flatting) 소재의표면을평평하게하는작업으로스트레이트닝 (Straightening) 이라고도함. 그림 2-27 플래팅 24 12
2.5 압축가공그룹 재료에강한압축력을가하여소재변형을일으키면서금형내부의형상대로제품이성형되도록하는공정으로, 여기에는압인가공 (Coining), 마킹 (Marking), 사이징 (Sizing), 압입가공 (Indenting Indentation), 업세팅 (Upsetting), 스웨이징 (Swaging), 헤딩 (Heading), 단조 (Forging), 압출 (Extrusion), 충격압출 (Impact extrusion) 등이있다. (1) 압인 (Coining) 재료를밀폐된금형속에서강하게눌러금형과같은모양을재료의표면에만드는정밀단조가공. 그림 2-28 압인 25 2.5 압축가공그룹 (2) 마킹 (Marking) 재료의일부분에만마크또는문자를각인하는가공. 그림 2-29 마킹 (3) 업세팅 (Upsetting) 재료를상하방향으로압축하여높이를줄이고단면을넓히는가공. 그림 2-30 업세팅 26 13
2.5 압축가공그룹 (4) 스웨이징 (Swaging) 재료를반경방향으로압축하여직경이나두께를줄여서길이나폭을넓히는가공. 그림 2-31 스웨이징 (5) 헤딩 (Heading) 원기둥재료의일부를상하로압축하여볼트, 리벳등과같이부품의머리를만드는일종의업세팅가공. 그림 2-32 헤딩 27 2.5 압축가공그룹 (6) 압출 (Extrusion) 다이속에재료를넣고펀치로재료를압축하면다이의구멍 ( 전방압출 ) 또는펀치와다이의틈새 ( 후방압출 ) 로재료가유동하여원하는형상을만드는가공. 그림 2-33 압출 28 14
2.5 압축가공그룹 (7) 충격압출 (Impact Extrusion) 치약튜브와같은얇은벽의깊은용기를만들때적용되는일종의후방압출가공을말한다. 다이에경금속을넣고펀치가고속으로하강하면재료는그충격으로연신되면서성형됨. 그림 2-34 충격압출 29 15