미세 블랭킹: 궁극의 가이드

일반 블랭킹과 파인 블랭킹의 차이점 블랭킹 프로세스

일반 스탬핑 부품과 미세 블랭킹 부품의 절단면 비교

펀칭 공정 중에 링 기어 프레싱 플레이트는 재료에 힘을 가하고 암 다이에 압력을 가하여 V자형 톱니의 내부 표면에 측면 압력을 생성하는 데 사용됩니다. 이는 전단 영역의 찢어짐과 금속의 측면 흐름을 방지하는 데 도움이 됩니다.

6mm 두께의 FORD 핸드 브레이크 팬 부품(핸드 브레이크 부문)

펀칭 다이가 소재에 압착되면 이젝터의 역압이 가해져 소재가 압축됩니다. 이는 작은 간격과 둥근 모서리를 가진 오목한 다이를 사용하여 응력 집중을 제거하고 전단 영역의 금속을 3방향 압축 응력 하에 배치하여 인장 응력을 줄이고 재료의 가소성을 개선합니다.

이 접근 방식은 일반적인 블랭킹에서 일반적으로 발생하는 굽힘, 늘어짐, 찢어짐을 방지하는 대신 다이의 가장자리 모양을 따라 순수한 전단을 통해 재료를 부품으로 블랭킹하여 고품질의 매끄럽고 고른 전단 표면을 만듭니다.

6mm 두께의 테슬라 시트 부품

미세 블랭킹에서는 누르는 힘, 블랭킹 간격 및 다이 가장자리 반경이 상호 의존적이며 필수적입니다. 이러한 요소의 영향은 서로 연결되어 있으며, 간극이 균일하고 가장자리 반경이 적합하면 최소한의 프레스 재료로 매끄러운 섹션을 생성할 수 있습니다.

6mm 두께의 토요타 튜빙 구성 플랜지

매우 높은 평탄도 요구 사항

미세 블랭킹 개요

01 미세 블랭킹이란?

정밀 블랭킹이라고도 하는 파인 블랭킹은 기존 블랭킹 기술에서 발전한 고급 금속 스탬핑 공정입니다. 두 공정 모두 판금 분리 범주에 속하지만, 파인 블랭킹은 일반 블랭킹과 구별되는 특정 매개변수와 툴링 구성을 사용합니다. 그 결과 매우 매끄러운 절단 표면, 최소한의 버 형성, 엄격한 치수 공차 등 우수한 품질 특성을 갖춘 부품을 생산할 수 있습니다.

이 고정밀 공정은 고정 블랭킹 펀치, 카운터 펀치, V링 인덴터 등의 기능을 통합한 트리플 액션 프레스와 특수 설계된 툴링을 활용합니다. 작업 중 재료 흐름이 제어되므로 복잡한 형상을 그물 모양에 가까운 정확도로 생산할 수 있어 2차 작업이 필요 없는 경우가 많습니다.

벤딩, 딥 드로잉, 플랜지, 코이닝, 정밀 압출과 같은 상호 보완적인 냉간 성형 공정과 통합하면 파인 블랭킹은 기존 제조 방식을 대체할 수 있는 상당한 잠재력을 보여줍니다. 자동차, 항공우주, 전자, 정밀 기계 등 다양한 산업 분야에서 기존의 블랭킹, 가공, 단조, 주조, 분말 야금에 대한 강력한 대안을 제시합니다. 이러한 대체는 재료 활용도 향상, 부품 기능 향상, 생산 주기 시간 단축과 같은 파인 블랭킹의 기술적 장점과 전체 생산 비용 절감 및 생산성 향상과 같은 경제적 이점에 의해 주도됩니다.

파인 블랭킹은 복잡한 피처, 엄격한 공차, 우수한 표면 마감의 부품을 한 번의 작업으로 생산할 수 있어 기어, 스프라켓, 잠금 부품, 복잡한 브래킷과 같은 중요 부품을 제조하는 데 특히 유용합니다. 산업에서 더 높은 정밀도와 효율성을 지속적으로 요구함에 따라 파인 블랭킹은 현대 제조 공정에서 점점 더 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

02 미세 블랭킹 분류

미세 블랭킹의 다양한 방법은 기술 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

03 미세 블랭킹 작동 원리

1. 차이점 블랭킹 및 미세 블랭킹

우리가 흔히 말하는 미세 블랭킹은 일반적인 의미의 미세 블랭킹(트리밍, 마감 블랭킹, 고속 블랭킹 등)이 아니라 강한 압력판을 사용한 미세 블랭킹을 말합니다(아래 그림 참조).

• P_R–기어 링 force
• P_S–펀칭력
• P_G-배압

파인 블랭킹의 기본 원리는 특수(3방향 힘) 프레스를 사용하여 특수 구조의 다이를 통해 재료의 소성 및 전단 변형을 일으켜 고품질의 파인 블랭킹 부품을 얻는 것입니다.

2. 미세 블랭킹 프로세스 특성

다음 표는 일반 블랭킹과 미세 블랭킹이라는 두 가지 프로세스 방법의 특성을 보여줍니다.

3. 다이의 작동 원리

미세 블랭킹 머신은 미세 블랭킹 공정을 실현하기 위한 특수 장비입니다.

아래 그림에서 볼 수 있듯이 세 가지 종류의 힘(P_S, P_R, P_G)가 미세 블랭킹 중에 다이에 작용합니다.

링 포스 P를 통해 펀칭을 시작하기 전에_R가이드 플레이트(6) 외부의 전단선을 통해 V자 모양의 기어 링 (8) 재료에 눌려 다이를 눌러 V자형 기어 링의 내부 표면에 횡압을 발생시켜 전단 영역의 재료가 찢어지고 전단 영역 외부로 금속이 측면으로 흐르는 것을 방지합니다.

동시에, 역압 P_G 은 전단 라인에서 이젝터(4)에 의해 압착되어 캠에 대해 재료를 누르고, 압착된 상태에서는 펀칭력 P의 작용에 따라_S.

전단 영역의 금속은 3방향 압축 응력 상태에 있어 재료의 가소성을 증가시킵니다.

이 시점에서 재료는 다이 가장자리의 모양을 따라 순수한 전단 형태로 부품을 펀칭합니다.

펀칭이 끝나면 P_R 및 P_G 압력이 해제되면 다이가 열리고 이젝터 힘 P에 의해 부품과 스크랩이 배출됩니다._RA 와 이젝터 힘 P_GA 로 각각 표시되며 압축 공기로 분사됩니다.

• Punch
• 죽다
• 내부 펀치
• 이젝터
• 이젝트 로드
• 가이드 플레이트
• 프레스 플레이트
• 링 기어
• 고급 블랭킹 재료
• 미세 블랭킹 부품
• 내부 폐기물
• Ps- 블랭킹 포스
• PR-링 기어 포스
• PG-배압
• PRA-방전력
• PGA- 배출력
• SP-블랭킹 갭

4. 미세 블랭킹 작업 프로세스 

(a) 다이가 열리고 재료가 공급됩니다;

(b) 다이가 닫히고 커팅 엣지(블랭킹 라인) 내부와 외부의 재료가 링 힘과 역압에 의해 압축됩니다;

(c) 블랭킹 힘 P로 재료가 블랭킹됩니다._S를 누르는 힘 P_R 및 P_G 는 전체 프로세스에서 효과적으로 눌러집니다;

(d) 램 스트로크가 끝나면 펀치가 다이에 있고 보어 폐기물이 드롭아웃 다이로 플러시됩니다;

(e) 링 힘 P_R 및 역압 P_G 가 제거되고 주사위가 열립니다;

(f) 톱니 링 힘이 가해지는 위치에서 보어 폐기물을 배출하고 배출력 P를 제거하는 효과가 있습니다._RA 펀치 랩에서

(g) 역압이 가해지는 위치에서 이 시점에서의 효과는 다음과 같습니다: 토핑력 P_GA 주사위를 던졌습니다.

재료가 공급되기 시작합니다;

h) 미세한 블랭킹 부품과 내부 구멍의 폐기물을 블로우로 내리거나 제거합니다.

자료 공급이 완료되었습니다.

• P_R-링 기어 힘
• P_G-배압
• Ps- 블랭킹 포스
• P_RA-방전력
• P_GA-배출력
• 1- 프레스 플레이트
• 2- 오목 몰드
• 3-블랭킹(블랭킹) 펀치
• 4-이젝터
• 5- 미세 블랭킹 소재
• 6- 미세 블랭킹 부품
• 7-펀칭 내부 구멍 스크랩

미세 블랭킹 부품

01 미세 블랭킹 부품 기술

미세 블랭킹 부품 기술은 주로 부품의 기술적 및 기능적 요구 사항을 충족하는 동시에 배치 생산 시 간단하고 비용 효율적인 것을 목표로 합니다. 이 기술에 영향을 미치는 요소는 다음과 같습니다:

1. 부품 디자인.
2. 부품의 치수 및 위치 공차.
3. 재료의 속성 및 두께.
4. 프레스된 표면의 품질.
5. 다이 디자인제조 품질 및 수명을 고려합니다.
6. 미세 블랭킹 기계 등 선택

미세 블랭킹 부품의 구조 기술은 최소 필렛 반경, 조리개, 벽 두께, 링 폭, 홈 폭, 펀칭 계수 등의 결정을 포함하여 부품의 형상을 구성하는 요소를 말합니다. 이러한 값은 미세 블랭킹 원리에 따라 결정되므로 미세 블랭킹 부품의 경우 일반 블랭킹 부품보다 더 작은 경향이 있습니다. 그러나 구조 파라미터를 잘 설계하면 제품 품질을 개선하고 생산 비용을 절감할 수 있습니다.

참고: 원문에서 언급된 그림은 포함되어 있지 않습니다.

02 미세 블랭킹 부품의 난이도

부품의 기하학적 구조와 구조 단위에 따라 다음과 같이 나뉩니다.₁, S₂ 및 S₃ 를 클릭합니다.

• S₁-단순하여 전단 강도 Ks=700N/mm의 미세 블랭킹 재료에 적합합니다.²
• S₂-미디엄, 전단 강도 Ks=530N/mm의 미세 블랭킹 재료에 적합²
• S₃-전단 강도 Ks=430N/mm의 미세 블랭킹 소재에 적합한 복합 소재입니다.²

S 아래 범위에서₃로 설정하면 미세 블랭킹이 적합하지 않거나 특별한 조치가 필요합니다.

S의 범위를 사용하는 경우₃조건은 펀칭 요소가 고속 강철로 만들어져야하고 미세 블랭킹 재료의 인장 강도가 δb≤600 N / mm이어야한다는 것입니다.² (전단 강도 Ks≤430N/mm²).

예시:

그림의 스위치 캠, 재질은 Cr15(구상화), Ks=420N/mm입니다.²를 선택하면 난이도가 결정됩니다.

• 구멍 직경 d = 4.1 mm S₁
• 스크랩 B = 3.5mm S₃
• 기어 계수 m = 2.25 mm S₂
• 필렛 반경 R_a= 0.75 mm S₁/S₂

이 파트의 최대 난이도는 랩 B이므로 총 난이도는 S입니다.₃ 공백으로 처리할 수 있습니다.

03 미세 블랭킹 부품에 대한 기술적 요구 사항

1. 치수 공차

정밀 블랭크 부품의 치수 공차는 부품 모양, 툴링 제조 품질, 재료 두께 및 특성, 윤활제 및 프레스 조정에 따라 달라지며, 표 1에서 선택할 수 있습니다.

2. 평탄도 허용 오차

정밀 펀칭 부품의 평탄도는 부품 평면의 처짐을 의미하며, 이 값은 값을 갖습니다:

f = h - s

미세 블랭킹 부품은 미세 블랭킹 공정 중에 소재가 눌려진 상태이기 때문에 평탄도가 우수합니다. 평탄도는 부품의 크기, 모양, 재료 두께 및 기계적 특성에 따라 달라질 수 있습니다.

일반적으로 두꺼운 부품은 얇은 부품보다, 저강도 소재는 고강도 소재보다, 가압력이 높은 소재는 가압력이 낮은 소재보다 더 곧게 펴집니다.

볼록 다이 쪽의 재료 표면은 항상 오목한 반면, 오목 다이 쪽은 항상 볼록합니다.

그러나 연속 다이로 부품을 스탬핑, 주름, 노칭, 구부리거나 펀칭해야 하는 경우 부품의 국부적인 변형이나 다른 펀칭 방향으로 인해 평탄도가 크게 변동될 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 정밀 스탬핑 부품의 평탄도는 항상 일반 스탬핑 부품보다 우수합니다. 아래 그림은 일반적인 직진성 100mm 거리에서 측정한 값입니다.

3. P수직도 허용 오차

미세 블랭크 부품의 표면과 베이스 표면은 비직각성이라는 특정 허용 오차를 가진 각도를 형성합니다. 이는 재료의 두께와 특성, 펀칭 중 절삭날의 상태, 다이의 강성, 프레스 조정 등의 요인에 의해 영향을 받습니다.

일반적으로 재료 두께가 1mm인 경우 비직각도는 0.0026mm이고, 재료 두께가 10mm인 경우 버면이 함몰면보다 0.052mm 더 큽니다. 재료 두께와 비직각도 사이의 관계는 아래와 같습니다.

4. 블랭킹 표면 품질

미세 블랭킹 부품의 품질은 블랭킹 표면에 의해 크게 결정됩니다.

이 표면은 재료의 종류, 특성 및 야금 구조, 금형 및 절삭날의 품질, 윤활제 사용, 프레스 조정 등의 요인에 의해 영향을 받습니다.

블랭킹 표면은 매끄러운 표면, 갈라진 표면, 가라앉은 결함 표면, 버 표면의 네 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다.

아래 그림은 블랭킹 표면의 세 가지 주요 특징과 그 중요성을 보여줍니다.

그림에서:

• S - 소재 두께.
• h - 파단 시 재료 두께 S의 백분율로 표시되는 최소 마감 비율(%).
• l - 피쉬 스케일 골절(%)이 있는 재료 두께 S의 백분율로 표시되는 최소 마감 비율입니다.
• b - 최대 허용 어비늘 골절 폭으로, b의 합이 관련 프로파일의 10%보다 크지 않아야 합니다.
• t - 허용되는 골절 깊이는 1.5% S입니다.
• E - 버 높이(mm).
• c - 접힌 모서리 너비 S의 30%(최대).
• d - 붕괴 깊이의 경우 20% S(최대)(톱니 샤프트의 경우 30% S)입니다.
• E-분할 테이프의 최대 너비.

(1) 블랭킹 표면 거칠기

블랭킹 표면의 마감은 둘레의 방향과 위치에 따라 다릅니다. 일반적으로 붕괴된 면이 버가 있는 면보다 더 매끈합니다. 블랭킹된 표면의 거칠기는 산술 평균값 aR로 표시되며, 일반적으로 Ra = 0.2에서 3.6 범위의 값으로 6가지 등급으로 나뉩니다(표 2 참조).

측정 방향은 펀칭 방향에 수직이며 측정 위치는 블랭킹 표면의 중앙에 있습니다(그림 6a 참조). 블랭킹 표면의 거칠기와 재료의 인장 강도 사이의 관계는 그림 6b에 설명되어 있습니다.

표 2 블랭킹 표면 거칠기

(2) 블랭킹 표면 무결성 비율

미세 블랭킹 부품의 블랭킹 표면에는 5단계의 온전함이 있습니다.

(3) 블랭킹 표면의 분할 등급

미세 블랭크 부품의 블랭킹 표면에는 4단계의 분할이 있습니다.

(4) 블랭킹 표면의 품질 방법 및 중요성

펀칭 표면의 품질 특성의 표현과 의미는 아래 그림에 나와 있습니다.

예를 들어

• 블랭킹된 표면의 거칠기는 Ra = 2.4 μm입니다;
• 마감은 h = 90%S입니다;
• l = 75%S;
• 눈물 등급은 2입니다.

04 정밀 블랭크 부품의 축소

붕괴각은 미세 펀칭 부품의 매끄러운 표면, 내부 및 외부 등고선 평면의 교차점에서 볼록 곡선의 불규칙한 소성 변형을 나타냅니다(그림 8 참조).

붕괴의 크기는 재료 두께와 같은 다양한 요소의 영향을 받습니다, 재료 속성, 부품 모양, 배압 및 톱니 링 높이. 아래 그림을 참조하여 접힘 각도 계산 방법을 선택할 수 있습니다.

일반적으로 tE≈(5～10)S, bE≈(5～10)tE.

접힘 각도 tE와 bE의 값을 계산합니다.

05 정밀 블랭크 부품의 버

버는 미세한 블랭킹 부품의 블랭킹 표면 가장자리에 있는 불규칙한 돌출부입니다. 버의 크기는 소재 유형, 간격, 다이 커팅 엣지의 상태, 소재에 대한 다이의 깊이, 블랭킹 사이클 수 등 다양한 요인에 따라 달라집니다.

미세 블랭킹 중에 발생하는 버는 절삭의 결과가 아니라 압출 버입니다. 버의 크기는 높이뿐만 아니라 뿌리의 두께에 의해서도 결정됩니다.

VDI3345 표준에 따르면 다이 모서리가 날카로우면 0.01~0.08mm 크기의 얇은 버만 생성됩니다. 반면 다이 가장자리가 무뎌지면 0.1~0.3mm 크기의 더 두꺼운 버가 생성됩니다(아래 그림 참조).

 06 치수 공차

미세 블랭킹은 흐름 전단 공정으로 블랭킹 주사위 금속 조직 결정에 강한 변형을 일으켜 분리로 이어집니다. 미세 블랭킹 재료의 유형은 미세 블랭킹 부품의 표면 품질, 치수 정확도 및 공구 수명에 영향을 미칩니다.

이를 위한 기본 요구 사항은 다음과 같습니다:

1. 가단성이 좋고 변성 용량이 커야 합니다.

이렇게 하면 주로 전단 영역의 재료 흐름이 찢어지지 않고 전단이 끝날 때까지 계속됩니다.

인장 강도 δb ≤ 650 N/mm의 강재를 사용하면 최상의 미세 블랭킹 결과를 얻을 수 있습니다.² 및 탄소 함량 의 0.35%.

[1] 소재의 미세 블랭킹 성능

• -인장 강도
• -수익률 제한
• -연장율
• -경도

-침탄체 및 탄화물의 변형 정도(구형화)

[2] 재료의 변형성

• -낮은 수율 제한
• -낮은 인장 강도
• -높은 골절 연신율
• -높은 얼굴 축소

파단 연신율과 끝 수축률이 높은 미세 블랭킹 소재는 변형 특성이 더 우수합니다. 수율 한계가 낮다는 것은 재료가 낮은 압력에서 흐르기 시작한다는 것을 나타냅니다. 미세 블랭킹 소재에 적합한 강도 범위는 다음 그림에 표시되어 있으며 탄소 함량은 등가 탄소 함량으로 표시됩니다.

2. 좋은 조직 구조가 있어야 합니다.

파인 블랭킹 소재는 금속 구조에 대한 요구 사항이 높습니다. 미세 블랭킹의 품질은 사용되는 재료가 동일하지만 다르게 처리되더라도 금속 구조에 따라 크게 영향을 받을 수 있습니다.

탄소강 및 합금강 탄소 함량이 0.35% 이상인 시멘타이트(Fe3C)의 모양과 분포는 전단 표면 마감에 중요한 역할을 합니다.

구상화 후 탄화물은 미세한 입자 형태로 균일하게 분포되어 있으며 칩 펄라이트 구조로 인해 절단 표면이 매끄럽고 우수합니다.

아래 그림은 0.45% 탄소강의 다양한 금속학적 구조에 따라 전단 표면 품질이 어떻게 달라지는지 보여줍니다. 왼쪽은 처리되지 않은 페라이트 전 진주광 구조이고, 오른쪽은 구상화 후 구형 탄화체입니다.

3. 미세 블랭킹 중 저온 경화

파인 블랭킹은 재료의 압출과 전단을 포함하는 복잡한 공정입니다. 전단 영역의 소재는 강한 냉간 변형을 거치므로 냉간 가공 경화 영역의 경도가 매트릭스의 경도에 비해 증가합니다.

미세 블랭킹 공정을 이해하려면 냉간 경화 법칙을 명확히 이해하고 냉간 경화의 크기, 모양 및 깊이와 완성된 미세 블랭킹 부품에 미치는 실제 영향을 파악하는 것이 중요합니다.

그림 12는 일반 블랭킹과 미세 블랭킹 중 재료의 냉간 경화 과정을 보여줍니다.

07 미세 블랭킹 재료 선택

1. 선택 원칙

미세 블랭킹 부품의 기능적 요구 사항을 충족하는 동시에 비용 효율성을 고려하는 것이 중요합니다. 여기에는 재료의 유형과 가용성, 치수 공차, 표면 품질, 정밀 블랭킹의 난이도 등의 요소를 고려해야 합니다.

2. 다양한 소재

철 금속에는 연강(C≤0.13%), 비합금강(0.12-1.0%C), 합금강(0.15-0.20%C), 스테인리스강(C≤0.15%), 미세 입자강(0.10-0.22%C) 등이 있습니다.

비철금속에는 구리 및 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 등이 포함됩니다.

관련 읽기: 철과 비철 금속

3. 공급 상태

강철 요구 사항의 경우:

1. 공급 유형: 열간 압연 스트립, 냉간 압연 스트립, 플랫 바, 그러나 다른 상태에서는 어닐링, 연화 어닐링, 구상 어닐링 등이 있습니다.
2. 크기: 주사위의 디자인에 따라 결정됩니다.
3. 두께 허용 오차: 부품과 일관성이 있어야 합니다.
4. 표면 품질: 다양한 압연 방법은 산세, 샌드 블라스팅이 있는 다양한 표면 품질을 얻기 위한 것입니다, 피클냉간 압연 등...
5. 금속 조직: 제품 부품의 요구 사항에 따라 세 가지 수준으로 나뉩니다:

FSG I: 최대 인장 강도, 야금 조직에 대한 요구 사항 없음.

FSG II: 이후 어닐링 처리, 약 80-90% 구형 탄화체를 포함하는 재료 C>0.15%.

FSGIII: 연화 및 어닐링, 재료 C>0.15%, 약 100% 구형 탄화 바디 포함.

비철금속인 구리, 알루미늄 및 그 합금의 경우 화학적 조성 및 압연 상태 요구 사항이 있습니다.

4. 미세 블랭킹 평가

미세 블랭킹 재료의 평가와 그 선택은 표 5에 나와 있습니다.

참고:

1. 블랭킹 표면의 미세도가 높고 다이 수명이 긴 매우 이상적인 미세 블랭킹 소재입니다.
2. 블랭킹 표면의 부드러움과 정상적인 다이 수명을 가진 적합한 미세 블랭킹 소재.
3. 상당히 미세한 블랭킹 소재는 복잡한 모양의 부품에 사용하면 블랭킹 표면이 찢어지고 다이 수명이 짧아집니다.