컴파운드 다이 스탬핑: 정의, 공차 및 사용 시점
복합 금형(Compound Die)은 단일 프레스 스트로크 내에서 한 스테이션에서 블랭킹(blanking)과 피어싱(piercing) 등의 여러 공정을 수행하는 스탬핑 금형입니다. 부품에 높은 평면도, 정밀한 홀-엣지 간 관계가 요구되고, 생산 수량이 10,000개에서 1,000,000개 사이이며 프로그레시브 금형 비용이 타당하지 않은 경우 복합 금형을 사용해야 합니다.
복합 금형 작동의 기본 원리
복합 금형에서 다이 플레이트에는 블랭킹 펀치와 피어싱 펀치가 모두 포함됩니다. 스트립이 금형에 공급되고, 프레스의 하강 스트로크 동안 블랭크가 스트립에서 절단되는 동시에 내부 홀이 피어싱됩니다. 프로그레시브 금형과의 중요한 차이점은 모든 절단 작업이 단일 스테이션과 단일 스트로크에서 이루어지며, 작업 사이에 스트립을 이동시키지 않는다는 점입니다.
소재는 전체 작업 과정에서 스트리퍼 플레이트에 의해 평평하게 고정됩니다. 이 설계는 절단력이 양방향에서 균형을 이루기 때문에 블랭크가 완벽하게 평평하게 유지되도록 보장합니다. 두께가 0.1mm에서 6.0mm인 부품의 경우, 복합 금형은 길이 50mm당 0.02mm 이내의 평면도를 유지하며, 이는 스트립 이동으로 인한 굽힘이 발생할 수 있는 프로그레시브 스탬핑보다 우수합니다.
금형 구성 요소에는 상부 다이 슈, 하부 다이 슈, 블랭킹 펀치, 피어싱 펀치, 다이 버튼, 스트리퍼 플레이트 및 파일럿 핀이 포함됩니다. 절단 클리어런스는 일반적으로 연강의 경우 소재 두께의 4%~8%(편측 기준), 스테인리스강의 경우 6%~10%입니다. 두께 1.5mm SPCC 강판의 경우 권장 클리어런스는 편측 0.06mm~0.12mm입니다.
중요 비교: 복합 금형 vs 프로그레시브 금형 vs 라인 금형
금형 유형 선택은 부품 형상, 공차 요구 사항 및 생산 수량을 분석해야 합니다. 아래 표는 2004년부터 2025년까지의 BQUQ 생산 데이터를 기반으로 한 직접적인 엔지니어링 비교를 제시합니다.
| 파라미터 | 복합 금형 | 프로그레시브 금형 | 라인 금형 |
| 공차(홀-엣지) | ±0.01mm | ±0.05mm | ±0.10mm |
| 달성 평면도 | 50mm당 0.02mm | 50mm당 0.05mm | 50mm당 0.10mm |
| 생산 속도 | 40-80 스트로크/분 | 200-600 스트로크/분 | 20-40 스트로크/분 |
| 금형 비용(USD) | 3,000-15,000 | 8,000-40,000 | 1,500-6,000 |
| 리드 타임(주) | 3-5 | 6-10 | 2-4 |
| 적합한 생산량 | 1만-100만 개 | 10만-1,000만 개 | 1천-10만 개 |
| 소재 활용률 | 45-60% | 60-75% | 40-55% |
| 부품 크기 제한 | 200mm x 200mm | 300mm x 300mm | 500mm x 500mm |
복합 금형은 중간 생산량에서 최상의 공차 대비 비용 비율을 제공합니다. 주요 제한 사항은 부품 크기인데, 블랭킹 펀치가 피어싱 펀치 내부에 장착되어야 하기 때문입니다. 이 중첩 구조로 인해 최대 부품 크기는 약 200mm x 200mm로 제한됩니다. 더 큰 부품의 경우 금형이 너무 무거워지고 프레스 토네이지 요구량이 기하급수적으로 증가합니다.
소재 선택 및 금형 수명 데이터
소재 선택은 금형 수명과 달성 가능한 공차에 직접적인 영향을 미칩니다. 100,000개 이상의 생산 런의 경우 공구강 선택이 중요해집니다. BQUQ는 복합 금형 구성 요소에 다음 소재를 사용합니다:
블랭킹 펀치의 경우 TiCN 코팅이 적용된 D2 공구강을 58-62 HRC로 경화하여 사용합니다. 이 조합은 두께 2.0mm 이하의 연강에 대해 재연삭 간 500,000~800,000 스트로크의 수명을 제공합니다. 직경 3.0mm 미만의 피어싱 펀치의 경우 좌굴에 저항하도록 62-64 HRC의 M2 고속도강을 지정합니다.
다이 버튼 소재는 가공 소재에 따라 달라집니다. 알루미늄 합금(5052, 6061)의 경우 56-58 HRC의 A2 공구강을 사용합니다. 스테인리스강(304, 316)의 경우 경도 88-92 HRA의 카바이드 인서트를 사용합니다. 카바이드 다이 버튼은 D2 강에 비해 금형 수명을 5~10배 연장하지만 금형 비용을 30-40% 증가시킵니다.
스트리퍼 스프링은 일관된 성능을 위해 중요합니다. 최소 150,000 사이클 정격의 질소 가스 스프링을 사용합니다. 스트리핑 힘은 절단력의 10-15%여야 안정적인 부품 배출이 보장됩니다. 두께 2.0mm SPCC에서 직경 50mm 블랭크의 경우 절단력은 약 45톤이며, 5-7톤의 스트리핑 힘이 필요합니다.
실제 적용 사례 및 공차 데이터
복합 금형은 정밀한 동심도 요구 사항이 있는 부품 생산에 탁월합니다. 대표적인 적용 사례는 소형 DC 모터용 모터 라미네이션입니다. 이러한 부품은 외경 공차 ±0.01mm, 중심 홀 공차 ±0.005mm, 동심도 0.015mm 미만이 요구됩니다. 복합 금형은 블랭크와 홀이 고정된 스트립에서 동시에 절단되므로 이를 안정적으로 달성합니다.
또 다른 일반적인 적용 사례는 와셔 생산입니다. 외경 20.0mm, 내경 8.2mm의 평와셔의 경우 복합 금형은 분당 60개를 생산하며 버 높이는 0.03mm 미만입니다. 버 방향은 항상 같은 쪽으로 일관되게 형성되어 필요한 경우 후속 디버링 공정을 단순화합니다.
방열판 생산에서는 베이스 플레이트 블랭킹 작업에 복합 금형을 사용합니다. 두께 3.0mm 알루미늄 6061-T6의 80mm x 80mm 방열판 베이스의 경우 복합 금형은 전체 표면에 걸쳐 0.05mm의 평면도를 달성합니다. 이 평면도는 열계면재료(TIM) 적용 및 후속 가공 공정에 필수적입니다.
스탬핑 중 최대 온도는 중요한 파라미터입니다. 분당 60 스트로크 이상의 고속 스탬핑의 경우 금형 표면 온도가 120-150°C에 도달할 수 있습니다. 이 온도는 윤활제 성능에 영향을 미치고 알루미늄 부품에 갤링(galling)을 유발할 수 있습니다. 강재에는 염소화 파라핀계 윤활제를, 알루미늄에는 저점도 광유를 사용하여 금형 온도를 100°C 미만으로 유지할 것을 권장합니다.
비용 분석 및 손익분기 계산
복합 금형과 프로그레시브 금형 중 선택은 손익분기 생산량에 따라 달라집니다. 홀 4개와 단순한 외곽선을 가진 일반적인 부품의 경우 비용 계산은 다음과 같습니다:
복합 금형 금형비: 8,000 USD. 100,000개 기준 단가: 개당 0.35 USD. 프로그레시브 금형 금형비: 22,000 USD. 100,000개 기준 단가: 개당 0.28 USD. 금형비 차이는 14,000 USD입니다. 개당 절감액은 0.07 USD입니다. 손익분기 생산량은 14,000을 0.07로 나눈 200,000개입니다.
200,000개 미만에서는 복합 금형이 더 경제적입니다. 200,000개 이상에서는 프로그레시브 금형이 비용 효율적이 됩니다. 그러나 이 계산은 부품 형상이 두 금형 유형 모두와 호환된다고 가정합니다. 부품에 0.03mm 미만의 평면도 공차 또는 ±0.02mm 미만의 홀-엣지 공차가 요구되는 경우 생산량과 관계없이 복합 금형이 유일한 실행 가능한 옵션입니다.
2차 가공은 복합 금형 비용을 증가시킵니다. 부품에 탭핑, 카운터싱킹 또는 벤딩이 필요한 경우 이러한 작업은 별도로 수행되어야 합니다. 각 2차 가공은 개당 0.05-0.15 USD를 추가하고 리드 타임을 2-5일 증가시킵니다. 프로그레시브 금형은 이러한 작업을 더 낮은 개당 비용으로 통합할 수 있지만 금형 비용은 상당히 높습니다.
금형 선택을 위한 실용적 권장 사항
최대 치수가 150mm 미만이고 두께가 0.5mm~4.0mm인 부품의 경우 평면도가 중요한 기준이라면 복합 금형을 선택하십시오. 동시 절단 작용은 프로그레시브 금형에서 변형을 유발하는 스트립 굽힘 힘을 제거합니다.
±0.02mm 미만의 홀-엣지 공차가 요구되는 부품의 경우 항상 복합 금형을 사용하십시오. 절단 중 스트립이 고정되어 있으므로 홀 위치는 스트립 이송 정확도가 아닌 금형 형상에 의해서만 결정됩니다. 프로그레시브 금형은 피치와 파일럿 시스템에 따라 ±0.03mm~±0.05mm의 고유한 이송 오차가 있습니다.
생산 수량이 10,000개 미만인 경우 와이어컷 라인 금형을 고려하십시오. 금형 비용이 50-60% 절감되는 이점이 낮은 생산 속도보다 큽니다. 1,000,000개 이상의 생산량에서는 프로그레시브 금형 또는 트랜스퍼 금형을 평가하십시오. 복합 금형의 단일 스테이션 설계는 속도를 제한하고 대량 생산에서 병목 현상을 만듭니다.
복합 금형 스탬핑용 부품을 설계할 때 홀과 엣지 사이의 최소 웹 두께를 소재 두께의 2배로 유지하십시오. 두께 1.0mm 강재의 경우 최소 거리는 2.0mm입니다. 이 값 미만에서는 펀치가 파손되거나 블랭크가 찢어질 수 있습니다. 또한 도면에 버 방향을 지정하십시오. 복합 금형은 펀치 쪽(일반적으로 부품의 하단)에 버를 생성합니다.
결론 및 엔지니어링 요약
복합 금형은 정밀한 공차와 높은 평면도가 요구되는 평판 부품의 중간 생산량에 최적의 선택입니다. 단일 스트로크 작업은 프로그레시브 금형에 비해 우수한 치수 정확도를 제공하며 금형 비용은 40-60% 낮습니다. 주요 절충점은 생산 속도 감소와 약 200mm x 200mm의 최대 부품 크기 제한입니다. 두께 0.1mm~6.0mm, 생산량 10,000~1,000,000개 사이의 부품의 경우 복합 금형은 정확도, 비용, 리드 타임의 최상의 조합을 제공합니다. BQUQ는 2004년부터 5,000개 이상의 복합 금형을 제조하여 자동차, 전자, 가전 산업의 고객에게 서비스를 제공해 왔습니다. 특정 부품 형상에 대해 타당성 분석을 위해 도면을 제출하시기 바랍니다. 당사 엔지니어링 팀은 금형 비용, 개당 단가 및 납기 일정을 포함한 상세 견적을 12시간 이내에 제공합니다. sc@bquq.com 또는 WhatsApp +86 13713157787로 문의하십시오. 더 많은 사례 연구와 기술 자료는 www.bquq.com에서 확인하실 수 있습니다.
