딥 드오잉(Deep Drawing)

딥 드오잉(Deep Drawing)

 

 

 

 

1. 개요

 

     ① 프레스 주요 3가지는 Sheaeing, Bending 그리고 Drawing 을 들 수 있고 그중 Deep Drawing 이란

         구멍이 뚫린 다이위에 평평한 Blank 를 놓고 원통상의 펀치로서 구멍을 통하여 밀어 넣어

         바닥이 있는 용기를 만드는 작업을 말한다.

     ② 드로잉 가공을 하기 위해서는 우선 잘 설계된 금형을 제작 하여야 하고 드오잉 가공에 적합한 재료를

         선택 하여야 하며 적절한 프레스 및 윤활유를 선택 하여야 한다.

 

 

 

 

2. 드로잉 작업 과정

 

  1) 소재를 드로잉 다이위에 있는 위치 결정판에 중심을 정확히 놓는다.

  2) 펀치가 하강 하여 블랭크에 닿기 직전에 블랭크 홀더가 블랭크를 잡아 주어 가공중

     제품에 주름이 잡히지 않도록 한다.

  3) 펀치가 아래로 이동하면 블랭크에 높은 힘을 가하여 오므라지면서 다이 속으로 빨려 들어간다.

  4) 소재가 다이를 완전히 통과 하여 드로잉 가공이 끝나면 펀치는 상승 하고 가공된 제품은 스트리퍼에 의해 분리된다.

 

 

 

 

3. 블랭크의 크기

 

  1) Deep Drawing 은 압축과 인장이 적절히 상호 보완 되면서 일어나므로 가공 후에도 체적에는 거의 변함이 없다.

  2) 원소재의 치수 또는 오므리기 깊이를 블랭크의 두께 및 표면적이 일정 하다는 가정하에 용기를 전개 하고 계산한다.

  3) 복잡한 형상 일때는 부분적으로 나누어 계산 하면 편리 하다.

 

 

 

 

4. 곡률 반경과 클리어런스

 

  1) 펀치 곡률 반경

     ① 펀치의 곡률 반경은 용기에 따라 다르지만 곡률 반경의 결정은 대단히 중요 하며

         일반 적으로 다이의 곡률반경과 같게 한다.

          (4～6) t ≤ rp(rd) ≤ (10～20) t

     ② 펀치의 곡률 반경은 가공 초기에 변형에 영향을 주므로 최대 드로잉력과 블랭크 홀더 압력 크기에는

         영향을 받지 않는다.

     ③ 펀치의 곡률 반경이 작으면 용기 모서리 부분의 인장 응력이 커지고 블랭크의 두께가 감소되어 파단 하기 쉽다.

     ④ 펀치의 곡률 반경이 커지면 주름이 발생하고 변형 중 플랭크의 원주직경이 펀치 직경보다 작아지므로

         최대 드로잉력은 작아도 단위 면적당 작용하는 힘이 커지므로 블랭크가 파단하기 쉽다.

     ⑤ 펀치의 최소 곡률반경은 (2-3)t가 필요 하고 펀치의 직경의 1/3 보다 작게 한다.

     ⑥ 재료가 경질 일수록 큰값을, 재료가 연질 일수록 작은 값을 선택한다.

 

  2) 다이의 곡률 반경

 

     ① 다이의 곡률 반경 결정은 드로잉 금형에서 매우 중요하다.

          (4～6) t ≤ rp(rd) ≤ (10～20) t

     ② 최대 드로잉력과 블랭크 홀더력의 크기는 rd가 커짐에 따라 작아진다.

     ③ 다이 곡률 반경이 클수록 주름이 발생 할 위험이 있다.

     ④ 다이 곡률 반경이 너무 작으면 급격한 굽힘과 수축을 동시에 받게 되어 드로잉력이 상당히 커진다.

 

  3) 클리어런스

 

     ① 클리어런스는 드로잉력과 블랭크 홀더 압력과는 큰 관계는 없으나 블랭크 두께보다 작으면

         아이어닝이 되어 드로잉력이 증가 한다.

     ② 너무 작으면 성형 중 제품 측벽이 커지고 너무 커지면 플랭크가 펀치에 충분히 접촉을 못하여

         테이퍼상으로 되어 형상이 불량해진다.

     ③ 여러 사정으로 일률적으로 적용하기 어려우나 편측으로 t + 10～20%{(1.1～1.2)t} 가 적당 하다.

 

 

 

 

5. 드로잉력

 

  1) 블랭크를 원형 드로잉 가공 하기 위한 드로잉력은 최대 인장 강도로 구하면

      P = π d t σb (kg)

      P= 드로잉력(kg) d : 제품의 중립면 직경(mm)

      t : 소재의 두께 (mm) σb : 소재의 최대 인장강도(kg/㎟)

      이지만 게산값은 실제값 보다 많이 나오므로 보정게수 K 를 곱하여

      P = π d t K σb (kg) 로 나타낸다

 

  2) 각통인 경우 드로잉력에 관하여 실용적인 식이 발표된 예가 적고 일반적으로Crane의 실험식이 많이 이용된다

 

  3) 블랭크 홀더력

     ① 블랭크 홀더의 압력이 너무 크면 드로잉력이 증가 하고 균렬이 생기며

     ② 블랭크 홀더의 압력이 너무 작으면 주름이 발생한다.

     ③ 성형 용기에 발생 하는 주름은 블랭크가 두꺼울수록, 직경이 작을수록 발생 하지 않는다.

     ④ 일반적인 블랭크 홀더 압력의 크기는 0.03-0.3 kg/㎟ dl 적당 하다.

 

 

 

 

6. 드로잉 금형의 종류 및 특성

 

  1) 보통 드로잉 금형

      A, B, C 형이 있으며 일반적인 드로잉을 말한다.

 

  2) 재 드로잉금형

     일반 드로잉 금형에서 1회 가공한 제품을 다시 직경이 적고 깊은 제품을 얻기 위한 드로잉으로

      보통 드로잉 금형과 근본적으로 같으나 위치 결정이 확실 하고 쉽게 고정 시킬 수 있어야 한다.

 

  3) 역 드로잉 금형

     1회 가공한 제품의 내경을 외경으로 하면서 직경을 감소시키는 작업으로

     블랭크 홀더가 있는 형과 없는형 으로 나눈다.

 

  4) 드로잉 트리밍 금형

      드로잉과 트리밍을 조합한 것으로 트루잉과 동시에 귀(Ear)부분을 절단하여 완전한 용기를

      완성 하는 것을 말한다.

 

  5) 드로잉 블랭크 금형

     드로잉과 블랭킹을 조합한 것으로 비교적 높이가 낮은 용기를 대량 생산 할 때 쓰이며 A, B, C 형이 있다.

 

  6) 테이퍼 용기 드로잉 금형

      보통 용기를 드로잉 하는 것과 같으나 반드시 녹 아웃 장치를 부착 하여야 한다.

 

 

 

 

7. 드로잉 금형 요소

 

  1) Punch

     ① 성형된 제품의 내면과 같은 단면을 가지고 있으며 강도는 계산할 필요가 없을 만큼 충분하다.

     ② 플랭크 마찰에 의한 마모를 생각해야 하고 대형의 경우 재료비 절감을 위해 마모가 심한 부분만 공구강으로 한다.

     ③ 용기 바닥과 펀치 끝 사이는 진공으로 분리되기가 힘드므로 ∅5-8 mm 정도의 공기 배기 구멍

          (Air Bent) 이 있어야 한다.

     ④ 블랭크 홀더가 없는 금형에는 제품을 분리시키기 위해 녹아웃 핀을 설치한다.

 

  2) Die

     ① 드로잉 금형의 다이는 용기의 외형과 같은 단면 형상이며 적당한 클리어런스가 있다.

     ② 대부분 녹아웃 장치가 있고 작동의 원할을 위해 가공면이 깨끗해야 한다.

     ③ 내면 조도가 좋지 못하면 제품에 상처를 줄 수 있고 블랭크와 마찰에 의해 마모가 심하다.

 

  3) 블랭크 홀더(Blank Holder)

     ① 드로잉 하는 동안 용기 측벽에 발생 하는 주름을 억제하는 것이 목적이다.

     ② 고정식과 가동식이 있다.

     ③ 클리어런스가 너무 작거나 크면 드로잉력은 증가 하고 가공성은 감소한다.

         적정 클리어런스는  최종 가공 용기의 50-70% 정도이다.

     ④ 클리어런스 대신 다이 쿠션이나 스프링을 사용하여 압력을 조정하는 경우도 있다.

         주로 플랜지가 있는 경우에 다이 쿠션 등을 사용한다.

 

  4) 돌기(Bead)

     ① 사용 목적은 마찰 저항을 부분적으로 증가 시키고 용기 전체의 미끄럼 저항의 균형을 이루므로

          블랭크 치수는 작게 하고 드로잉률을 향상 시키는데 있다.

     ② 하나의 금형에 2-3개 까지 설치 하지만 보통 1-2개 설치 한다.

 

 

 

 

8. 드로잉률과 드로잉비

 

  1) 드로잉비

     ① 드로잉에서 가공도를 드로잉비라 하고 소재의 지름 D의 제품의 지름 d에 대한비 D/d를 말한다.

     ② 드로잉비가 크다는 것은 변형이 크다는 것을 말한다.

 

  2) 드로잉률

     ① 드로잉비의 역수 d/D x 100%를 드로잉률 이라고 한다.

 

 

 

 

9. 아이어닝 가공(Ironing)

     ① 드로잉 가공된 용기를 바깥지름 보다 작은 다이의 구멍에 밀어 넣어 두께를 줄이는 방법으로

          드로잉과 같으나 펀치와 다이의 틈새가 블랭크 두께보다 작은 것이 특징이다.

     ② 통모양의 측벽을 얇게 가공하는 방법으로 밑바닥 두께와 측벽두께가 다른 용기를 얻을수 있다.

     ③ 1공정에서 약 30%, 2공정 부터는 약 25% 씩 두께를 줄일 수 있다.

     ④ 제품을 빼내는 녹아웃이 반드시 필요 하고 중요하다.

 

 

 

 

10. 드로잉 불량 원인과 대책

드로잉 가공에 있어서 여러 가지 결함이 나타나는 수가 있으나 그원인을 미리 분석하여 방지 하여야한다. 주로 발생 하는 원인과 대책은 다음과 같다.

 

  1) 용기의 파단

     ① 바닥 부분 파단

        ⓐ 펀치 또는 다이 모서리 반지름이 너무 작다.---반지름을 크게 한다.

        ⓑ 플랭크 홀더 압력이 너무 크다.--------------압력을 적당히 조정한다.

        ⓒ 플랭크 치수가 너무 크다.------------------플랭크 치수 알맞게

        ⓓ 드로잉 및 재드로잉비가 너무 크다.----------드로잉비 적당히

        ⓔ 클리어런스가 너무 작다. ----------------클리어런스 알맞게

        ⓕ 윤활유가 부적당하다.-------------------- 적당한 윤활유 선택

        ⓖ 가공속도가 빠르다. ----------------------가공 속도를 늦춘다.

     ② 각통 용기의 모서리 부분 파단

        ⓐ 펀치 및 다이의 모서리 반지름이 작다. -------크게 할 것, 공정을 늘인다.

        ⓑ 플랭크 형상 부적당, 플랭크 홀더 압력 과다 ---홀더 압력 조정, 돌기 높이 조정

     ③ 용기 끝 부분 균열

        ⓐ 다이 모서리 반경 작고 ,클리어런스 부족 ------반경크게, 클리어런스 크게

        ⓑ 다이 모서리 반경 형상 불량 ----------------가공 수정

        ⓒ 블랭크 크기가 작다. -----------------------블랭크를 크게한다.

 

  2) 용기의 주름

     ① 측벽에 수직으로 생기는 주름

        ⓐ 펀치, 다이 모서리 반지름이 크다 -------------작게한다.

        ⓑ 펀치, 다이 클리어런스가 크다. ---------------작게한다.

        ⓒ 펀치, 다이 맞물림 상태 불량(한쪽으로 쏠림) ----금형 수정

        ⓓ 플랜지 부분 발생 주름이 다이 모서리 반경을 넘어 발생---플랭크 압력, 클리어런스 확인

     ② 용기 측벽에 생기는 불균일한 주름

         펀치와 다이 모서리 반지름이 너무 크거나 클리어런스가 너무 클 때 발생

     ③ 몸체 주름

         플랭크 압력 부족, 돌기 형상 위치, 드로잉 공정수를 줄였을 때 발생.

     ④ 제품의 끝 부분에 발생 되는 주름

         측벽에 수직으로 생기는 주름과 원인이 같다.

 

  3) 용기의 선단에 생기는 귀

     ① 재료의 방향성에 의한 귀

         선단 원주에 일정한 높이의 낮은 부분과 높은 부분이 규칙적으로 발생하는 현상으로 소재의

         압연 방향에 따라 재료의 변형량이 다르기 때문 -----풀림 처리로 상당량 수정할 수 있으나 100% 수정은 불가능

     ② 금형에 의한귀

         귀의 높이가 불규칙하고 광택이 난다 -----편심이나 플랭크 홀더 압력 조정

 

  4) 용기 벽의 흠

      아이어닝 이나 금형의 표면 조도를 깨끗이 해야 한다.

     ① 형이 닿아서 생기는 흠

         클리어런스 부족 등에 의해 생기며 --------클리어런스 조정

     ② 드로잉 가공홈

         분진이나 모서리 가공 정도 불량, 속도가 빠를 때, 윤활유 불량, 금형 표면의 흠등이 원인-------------원인 제거

     ③ 쇼크 마크

         재드로잉 하였을 때 용기의 측벽에 생기는 작은 홈 모양의 고리가 생기는 것으로 쇼크 마크

         (Shock Mack) 혹은 스탭 링(Stap-Ring)이라한다

         펀치 및 다이 모서리 반경이 작을 때 생기며 -------반경 크게

 

  5) 탄성 회복에 의한 부정 변형

     ① 제품 밑면이 볼록 나옴

         플랭크 두께에 비하여 직경이 클 경우 재료의 강성이 부족 하여 생기는 변형

                  ----녹 아웃을 설치 하거나 두께가 얇을 경우 비드를 만들어 강하게 해준다.

     ② 이형 제품의 비틀림

          제품의 강도가 부족 하므로--- 강도를 높이기 위하여 비드 설치, 풀림처리,뜨임처리, 응력제거

     ③ 이형제품 바닥 늘어짐

         제품의 방향성, 펀치 다이 형태, 플랭크 홀더 압력등----수정이나 조정

 

  6) 기타 변형

     ① 2단선 : 제품의 변형선이 하나가 아닌 중복으로 나타나는 것을 2단선 이라고 하고

                    --대부분 금형의 상태 불량이 원인 이다

     ② 진공 : 에어 밴트를 적절히 해준다.

     ③ 바닥 요철 등 : 이물질이나 제품, 금형의 흠집 확인