최적의 금속 성형 솔루션을 선택하는 것은 부품 품질 (예:구조적 무결성, 치수 정확성), 생산 효율성 (주기 시간, 재료 수율) 및 총 소유 비용 (TCO) - 공구 투자가 시작되는 후처리에 이르기까지.이 결정은 항공 우주 부품의 소량 프로토 타입 개발, 대량 자동차 부품의 확장 또는 정밀 의료 기기 제조 등 사용 사례에 걸쳐 중요하지 않습니다.아래는 금속 성형 기본, 공정 분류, 선택 기준 및 데이터 중심의 의사 결정을 안내하는 첨단 기술에 대한 구조적이고 기술적 분석입니다.
금속 성형은 재료를 추가 / 제거하지 않고 기계적 힘을 사용하여 금속 가공소재 (시트, 막대, 튜브 또는 빌렛) 를 네트 모양 또는 거의 네트 모양 구성요소로 재구성하는 가소성 변형 프로세스입니다.그것의 핵심 장점은 재료의 무결성을 보존하는 것입니다 (예:인장 강도를 향상시키는 곡물 흐름 정렬 (grain flow alignment, which enhances tensile strength) 은 빼기 공정 (예 : machining) 입니다.성공을 형성하는 핵심 원칙은 다음과 같습니다.
- 성형성: 재질이 균열 없이 변형될 수 있는 능력으로, 분할 시 신장과 같은 측정 단위로 정량화됩니다 (예:알루미늄 6061 - T 6 은 ~ 10% 연장, 적당한 형성에 적합; 저탄소 강철 1018 은 ~ 25% 를 가지고, 깊은 드로잉에 이상적입니다.)
- 유동 응력: 가소성 변형을 시작하는 데 필요한 힘 (온도에 따라 달라집니다.핫 성형은 AHSS 와 같은 고강도 강철의 유동 응력을 감소시킵니다.)
- 변형 분포: 형성 중 균일 응력 / 변형은 결함을 방지합니다 (예:그림에서 주름, 굽힘에서 스프링백 (springback)
2.금속성형공정 Classification of Metal Forming Processes
금속 성형 공정은 가공소재 형상, 변형 메커니즘 및 온도에 따라 분류됩니다.아래는 핵심 프로세스, 운영 원리 및 산업용 응용에 대한 기술적인 분석입니다.
2.1판금 성형 (평평면, 얇은 재질의 경우: 0. 1 - 10 mm 두께)
3 D 구조로 판금 재구성하는 데 중점을 둡니다. 자동차, HVAC 및 가전제품에 필수적입니다.
- 벤딩: 세 가지 주요 기술을 사용하여 선형 축을 따라 금속을 변형합니다.
- 공기 벤딩: 부분 다이 접촉을 사용하여 가변 각도를 달성합니다 (예: 90 ° - 135 °) 가 공구 변경을 최소화하며, 정밀 응용을 위한 일반적인 공차: ± 0. 1 mm.
- Bottoming: 고정 각도에 대한 전체 다이 접촉; 공기 절곡보다 더 높은 힘이지만 더 나은 반복성 (공차: ± 0. 05 mm).
- 주조: 다이 디테일 (예: 다이 디테일) 을 삽입하기 위해 극한 압력 (1, 000 - 3, 000 MPa)로고); 전기 접촉과 같은 고정밀 부품에 사용됩니다.
- 신장: 표면적을 늘리기 위해 판금을 펀치 위로 끌어당깁니다. 목이 얇아지는 것을 방지하기 위해 균일한 변형이 필요합니다.자동차 바디 패널에 적용 (예: (후드) 및 항공기 스킨.
- 도면: 닫힌 금형 중공으로 판금 백재를 당깁니다. 깊이별로 분류:
- 얕은 드로잉 (깊이 & lt; 빈 지름): 세탁기, 팬에 사용됩니다.
- 깊은 드로잉 (깊이 & gt; 빈 지름): 원통형 / 중공 부품 (예:캔, 유압 실린더) 를 사용하면 재료 흐름을 제어하고 주름이 생기지 않도록 비드가 그려집니다.
2.2정밀 벌크 성형 (두께 게이지 재료: > 10 mm; 막대, 빌렛)
고강도 하중 내재 구성요소에 사용됩니다. 표면 마감보다 구조적 무결성을 우선시합니다.
- Forging: 지역화된 압축력을 통해 금속을 형성합니다. 온도별로 분류:
- 핫 Forging (600 - 1200 ° C, 합금에 따라): 하드 금속의 유동 응력을 감소시킵니다 (예:티타늄, 합금 강철); 크랭크샤프트, 터빈 블레이드에 사용됩니다.
- 냉간 단조 (상온): 단단한 공차 (± 0. 02 mm) 와 부드러운 표면을 제공합니다. 패스너 (볼트, 너트) 및 의료용 임플란트에 적합합니다.
- 스탬핑: 대용량, 다중 작업 프로세스 (펀치, 블랭킹, 엠보싱) 를 사용하여 진행형 다이; 최대 500 parts per minute (ppm) 의 사이클 시간.자동차 좌석 프레임, 전기 커넥터에 필수적입니다.
2.3특수 형성 프로세스
틈새 요구 사항 해결 (예:복잡한 형상, 이국적인 재료):
- 주조: 기술적으로 재료 증착 공정 (가소 성형이 아닌) 이기는 하지만 복잡한 모양 (예:엔진 블록 (engine blocks) 은 형성이 실용적이지 않습니다.금형에 주입된 용융 금속을 사용; 제한된 정밀도 (공차: ± 0. 5 - 1 mm) 하지만 소용량 실행을 위한 낮은 공구 비용.
3.금속 성형 솔루션의 중요한 선택 기준
프로세스를 프로젝트 목표에 맞추기 위해 기술적 및 경제적 요소에 가중치를 부여해야 합니다.아래는 정량적 프레임워크입니다:
| 기준 (Criteria)| 기술적 고려 사항|
|-----------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------|
| 재료 특성|- 가성: 낮은 가성 금속 (예:마그네슘 (magnesium) 은 뜨거운 성형이 필요합니다; 높은 가성 (e. g., Cold Forming (Cold Forming) 에 적합합니다. <br>- 유동 응력: 고강도 합금 (예 : Inconel) 는 유압 / 공압 힘이 필요합니다 (저탄소 강철의 경우 기계적 대). |
| 부품의 복잡성|- 간단한 형상 (예:괄호): 벤딩 / 스탬핑 (작은 공구 비용). <br>- 복잡한 모양 (예:자동차 배기 manifold): Hydroforming 또는 Forging (더 나은 변형 분포). <br>튜브 - 중공 구조물: 유압성형 (용접 이음새 방지). |
| 생산량|- 낮은 볼륨 (< 1, 000 부품): 수동 벤딩 또는 주조 (최소 도구 투자). <br>- 중간 볼륨 (1, 000 - 100, 000 부품): 유압 프레스 (균형된 비용 / 속도). <br>- 대용량 (> 100, 000 부품): 진보적 스탬핑 또는 롤 형성 (주기 시간 > 100 ppm) |
| 정밀도 요구사항|- 공차 & lt; ± 0. 05 mm: 냉간 단조, 정밀 스탬핑 또는 CNC 절곡. <br>- 공차 ± 0. 1 - 0. 5 mm: 공기 굽힘, 뜨거운 단조. <br>- 공차 & gt; ± 0. 5 mm: 주조 또는 수동 형성. |
| 원가 드라이버|- 공구 비용: 스탬핑 다이 ($ 50, 000 - $500, 000) 와 벤딩 다이 ($ 5, 000 - $20, 000). <br>- 재료 수율: 성형 (90 - 95% 수율) 과 가공 (60 - 70% 수율). <br>- 사이클 시간: 스탬핑 (100 + ppm) vs. forging (5 - 10 ppm). |
4.첨단 금속 성형 기술
신흥 기술은 전통적인 프로세스의 한계를 해결합니다 (예:복잡한 형상, 재질 낭비):
4.1가압성형 (Hydroforming)
고압 유압 유체 (10 - 100 MPa) 를 사용하여 재료를 금형으로 압축합니다; 두 가지 변형:
- 시트 유압 성형: 복잡한 시트 부품 (예:자동차 도어 내부) 와 균일한 두께 (그림에 대한 주름 감소).
- 튜브 유압 성형: 금속 튜브를 3 D 구조로 모양으로 만듭니다 (예:자동차 섀시 레일) 이 이음새가 없으므로 구조적 강성이 향상됩니다.
4.2롤 형성 (Roll Forming)
판금이 순진 롤 세트를 통과하여 일관된 횡단면을 형성하는 연속 공정 (예: C - 채널, 금속 지붕).장점:
- 무제한 부품 길이 (베이드 크기에 의해 제한되는 프레스 브레이크와 비교)
- 낮은 재료 폐기물 (95 + % 수율) 과 높은 속도 (최대 30 m / min)
4.3금속 성형용 적층 제조 (AM)
AM 은 증착 공정이지만, 하이브리드 제조를 통해 형성하는 것을 보완합니다:
- 3 D 프린팅 직물 모양에 가까운 프리フォーム (예:토폴로지 최적화된 브래킷) 을 사용하여 성형 힘과 재료 사용량을 줄일 수 있습니다.
- 인쇄 도구 (예:소량 성형용 맞춤형 다이) 를 사용하여 리드타임을 몇 주에서 며칠으로 단축합니다.
- 복잡한 부품을 직접 인쇄 (예:전통적인 방법으로는 불가능한 의료용 임플란트 (medical implant) 를 형성합니다.
