경량 자동차 구조 부품용 펀칭 인서트 성능 이해

Aug 18, 2023

z1b / iStock / 게티 이미지 플러스

차량 중량과 전반적인 원자재 소비를 모두 줄이는 방향으로 나아가는 운송 산업의 현재 추세에 따라 더 많은 제조 공급업체가 경량 소재, 특히 알루미늄 합금을 스탬핑하고 있습니다. 이러한 제조업체가 이러한 재료에 사용하는 펀칭 인서트의 성능을 이해하는 것이 중요합니다.

펀칭 인서트 가장자리의 하중은 일반적으로 스탬핑 작업 내에서 가장 높고 전단 시트의 유동 응력을 크게 초과하므로 이러한 도구는 스탬핑 다이의 다른 부분보다 잠재적으로 더 많은 마모를 겪습니다. 그리고 마모된 툴링으로 인해 스탬핑 부품 ​​가장자리에 버가 발생하고, 스탬핑 다이 표면을 통해 스탬핑 시트 입자가 퍼지고, 절단된 가장자리가 늘어난 스탬핑 부품의 가장자리 분할이 발생할 수 있습니다.

제조업체는 가능한 실패 모드를 이해하고 스탬핑 생산에 적합하고 펀칭 인서트의 성능 저하를 최소화하는 다이 재료와 표면 처리의 조합을 식별해야 합니다.

오클랜드 대학교 첨단 제조 및 재료 센터의 연구원들은 최근 일반적으로 경량 자동차 구조 부품에 사용되는 알루미늄 합금 시트 AA5754의 스탬핑에서 펀칭 인서트의 동작을 조사했습니다. 그들은 코팅되지 않은 M2 인서트를 Ionbond 42(Cr + CrN + aC:H:W + aC:H), ZrN, Tetrabond Plus(ta-C) 및 Tetrabond(ta-C)로 코팅된 M2 인서트와 비교했습니다. 이 연구에서는 전단 및 신장 굽힘 작업을 모두 포함하는 U-벤드 스탬핑 공정을 사용하여 연구자들이 인서트 펀칭 및 성형 성능을 연구할 수 있었습니다.

U-bend 쿠폰을 스탬핑하는 데 사용되는 프로그레시브 다이의 설계는 그림 1에 설명되어 있으며 "알루미늄 시트 스탬핑에서 마손 시작 감지"에 설명되어 있습니다. 주변의 일부는 코일 재료가 프로그레시브 다이를 통해 흐르는 동안 코일 재료에서 순차적으로 공백이 되었습니다. 그런 다음 드로잉 인서트를 사용하여 모서리의 마지막 부분을 절단하고 U-벤드 부품을 형성했습니다.

M2 공구강으로 제작된 펀칭 인서트를 사용하여 둘레의 서로 다른 4개 영역을 절단했습니다. 이 접근 방식을 사용하여 네 가지 다른 펀칭 인서트 구성을 동시에 연구하고 오른쪽 또는 왼쪽 위치에 따라 LH-out, LH-in, RH-in 및 RH-out이라는 이름을 지정했습니다.

펀치 표면에서 발생하는 변화를 이해하기 위해 연구원들은 Bruker 모델 ContourGT-K 광학 비접촉 프로파일링 시스템을 사용하여 테스트 전후에 인서트의 거칠기를 측정했습니다. 측정은 Bruker Vision64 소프트웨어로 처리되었습니다. 거칠기는 그림 2의 식을 이용하여 표면의 산술평균 대비 각 점의 높이 차이의 절대값인 Sa값으로 계산하였다.

테스트 후 눈에 보이는 마모 영역에서 표면 거칠기를 측정했습니다. 거칠기는 연구된 각 인서트를 사용하여 스탬핑된 부품의 총 개수와 상관 관계가 있는 펀칭 인서트의 가장 거친 영역에 대해 보고되었습니다.

인서트는 오른쪽으로, 오른쪽으로, 왼쪽으로, 왼쪽으로 그룹별로 테스트되었습니다. 그림 3은 테스트 조합 목록과 이러한 인서트로 생산된 부품 수를 제공합니다.

인서트 1~4는 50,000개의 U-벤드 부품을 스탬핑하는 데 사용되었습니다. 표면 거칠기는 코팅된 인서트에서 관찰되었으나 코팅되지 않은 인서트에서는 4배 이상 증가했습니다. 50,000개의 스탬핑 부품 ​​이후의 펀칭 인서트 1~4의 이미지는 펀치 양쪽에서 그림 4에 표시됩니다. 코팅되지 않은 인서트에는 골링 형성 징후가 보입니다.

그림 1. 이것은 U-bond 쿠폰을 찍는 데 사용되는 프로그레시브 다이의 개략도입니다.

인서트 5(ZrN)는 부품 9,000개만 스탬핑하는 데 사용되었습니다. 거칠기가 상당히 증가했으며 양쪽에 심각한 마모 징후가 나타났습니다. 인서트 6~8(Tetrabond Plus, Tetrabond 및 Ionbond 42)은 각각 150,000개 부품을 스탬핑하는 데 사용되었습니다. 그들은 50,000개의 부품을 스탬핑하는 데 사용된 코팅되지 않은 펀치보다 거칠기 증가가 더 낮은 것으로 나타났습니다. 그림 5는 각 펀치의 양쪽에서 스탬핑 후 펀칭 인서트 5~8을 보여줍니다.