프레스 금형의 원리 및 제작

재료의 소성(Plasticty), 전연성, 유동성의 성질을 이용하여, 주로 철 및 비철금속재료를 가공 성형하여 제품을 생산하는 금형이다. 프레스 기계를 사용하여 소재에 힘을 가하면서 여러 가지 절단이나 성형, 변형시키는 가공법이다.

 

▶ 금형 작동 원리

 펀치와 다이로 구성된 금형 상하형을 프레스 기계에 설치하여 프레스의 램의 상하 이송으로 동력을 얻어 재료를 절단, 벤딩 등 여러 형태로 성형하는 원리로써 제품의 정밀도는 0.005mm까지 가능하며, 프레스 SPM은 금형의 피치에 따라 차이가 있지만 Max.1400/min 정도까지 가능하다.

SPM : 프레스가 1분당 상하 작동하여 움직인 횟수를 말한다.

 

▶ 금형의 적용분야

 정밀제품으로 TV 브라운관에 사용되는 전자총 부품, 반도체 칩의 프레임(Frame)으로 사용되는 리드프레임(Lead Frame), 자동차 및 가전제품에 사용되는 커넥터(Connecter)류 등의 생산에 사용되며, 그 외 위에 설명한 각 산업분야의 제품을 생산하는데 쓰인다.

 

▶ 금형의 구조

 핵심부품으로 펀치와 다이가 있으며 이를 고정하는 상 홀더와 하 홀더, 제품을 펀치로부터 털어주는 스트리퍼(Stripper), 상하 홀더를 가이드(Guide) 해주는 가이드포스트(Guide Post) 및 부싱(Bushing)으로 구성되어 있으며 작업 제품의 형상 및 재질에 따라 별도의 부품이 추가되어 사용된다.

 

▶ 금형의 제작

금형의 제작에 사용되는 핵심기술은 2미크론 정도의 정밀 치수를 가공할 수 있는 성형 연마 기술, 지그 라인딩 가공기술(Jig Grinding), 지그 보링 가공기술(Jig Boring), CNC 가공기술로서 와이어커팅 가공기술(Wire Cutting), 열처리 및 표면처리기술 등이 주로 사용되며 분할 편을 누적 공차 2미크론 내에서 조립할 수 있는 초정밀 조립기술이 사용된다.

1. 연마 기술

 연마는 열처리된 금형부품을 연마 저석을 이용하여 연삭기에서 정밀하게 연마 가공하는 기술을 말한다. 세부적으로는 평면 연삭, 성형 연삭, 프로화일 가공 연삭(Profile Grinding) 등이 있다.

(1) 평면 연마(Surface Grinding Machine) : 부품의 평면을 연마하는 기계로 평면 및 직각 연마를 할 때 사용되는 기계이다.

(2) 성형연삭기 : 형상 펀치를 연마할 때 저석을 연마하고자 하는 형상으로 성형한 후 제품을 연마하는 방식으로, 디아 폼용 템프 레이트는 지그 보링머신 또는 와이어 커팅머신에서 작업한다.

(3) 프로화일 그라인딩 머신(Profile Grinding Machine) : 가공하고자 하는 형상을 50배 내지 100배로 확대하여 전등이 설치된 화면에 부착하고 저석의 끝부분의 각도가 접시처럼 아주 적은 다이아몬드 휠 또는 드레싱 된 일반 저석을 사용하여 가공하고자 하는 형상을 따라 수동 또는 CNC 제어에 의해 가공하는 기계로서 단이 진 펀치 및 분할 펀치, 다이 등을 가공한다. 

2. 지그 그라인딩 기술

 열처리된 부품의 구멍을 정밀 치수로 가공하거나, 구멍과 구멍 간의 위치를 정밀하게 가공할 때 사용되는 가공기술이다.

1) 구멍의 피치 정밀도가 아주 좋다.

2) 숙련도에 따라 거의 0mm까지 가능하다.

3. 와이어 커팅 가공기술

 전극으로 동, 황동, 은, 텅스텐, 합금 등의 직경 0.05~0.2mm 정도의 와이어를 사용하여, 가공하고자 하는 형상을 약 5,000도의 고열로 녹이면서 원하는 형상으로 가공하는 기술을 말한다. NC 프로그램을 통한 CNC 제어에 의해 원하는 형상으로 가공이 이루어진다.

1) 주로 프레스 금형의 다이 및 다이 편을 가공한다.

2) 일반 방전가공과 달리 가공하고자 하는 형상의 전극이 필요 없다.

3) 열처리된 강, 초경합금 등 경도가 강한 재료도 가공이 가능하므로 열처리 후 정밀가공을 할 수 있다. 현재 0.002mm 이내로 가공을 할 수 있다.

4) 정밀도가 좋기 때문에 성형 연마 또는 프로화일 연마기(Profile Grinding)에서 작업할 것을 이 기계에서 많이 작업을 한다.

5) 관통형 부위만 가공이 가능하다. 관통이 되지 않은 부분은 일반 방전가공으로 작업하여야 한다.

6) 고열에 의해 작업면이 연화될 수 있다.

4. 지그 보링 가공기술

열처리하지 않은 제품의 구멍을 정밀하게 가공하고나, 구멍을 크게 가공할 때 사용되는 기술이다. 지그 그라인딩 머신의 가공과 거의 유사하다. 단 지그 보링머신은 열처리되지 않은 제품을 가공하고, 지그 그라인딩 머신은 열처리된 제품을 가공한다. 지그 보링머신은 머시닝센터와 기능이 유사하나 거의 구멍가공만 하기 때문에 스핀들 헤드의 정밀도가 좋다.

5. 열처리 기술

 부품의 적정한 온도로 열을 가하여 금속의 조직을 변화시켜 강도 및 내마모성을 갖도록 하는 기술

6. 표면 처리 기술

 부품의 표면에 원하는 기계적 성질을 나타낼 수 있는 금속을 표면에 침투시켜 부품의 내마모성 및 윤활성을 높이는 기술

7. 조립 기술

 금형의 수명을 연장하고 정밀하게 조립된 금형 상태를 오랫동안 유지할 수 있으면서 원하는 제품의 치수정밀도를 확보하게 할 수 있는 기술로서 금형제작의 핵심기술이다.

위에 열거한 기술들이 프레스 금형에 사용되는 핵심기술이다. 그 외 범용 공작기계들이 일반적으로 사용된다.

 

▶ 금형의 수명

 금형의 수명은 펀치 및 다이의 재료를 초경 또는 열처리된 합금공구강을 사용한 경우에 일반적 수명은 백만 타발 정도이며, 가공소 재가 동판의 경우 최대 3억 타발까지 가능하다.