소형 부품 단조: 프로세스 선택, 설계 규칙 및 공차

소형 부품에 가장 적합한 단조 공정 선택

소형 부품은 툴링 비용, 달성 가능한 공차 및 재료 활용도를 절충하는 여러 프로세스를 통해 단조될 수 있습니다. 부품군(패스너, 기어, 핀, 요크, 작은 레버, 전기 접점)을 프로세스 창 및 허용 가능한 마감에 맞추는 것부터 시작하십시오.

잘못된 프로세스를 피하기 위한 빠른 규칙

• 부품이 본질적으로 패스너와 같은 형상인 경우 열간 단조를 고려하기 전에 냉간 압조/냉간 성형부터 시작하십시오.
• 고강도와 거의 순 형상(보스, 스플라인, 짧은 리브)이 필요한 경우 다중 스테이션 냉간 단조 또는 온간 단조를 평가하십시오.
• 합금이 냉간 성형되기 어려운 경우(또는 단면 변경이 공격적인 경우) 계획된 코이닝/트리밍 단계를 갖춘 폐쇄 다이 열간 단조가 일반적으로 더 안전합니다.

소형 부품 단조를 예측 가능하게 만드는 설계 규칙

대부분의 "단조 작은 부품" 문제는 재료를 가두거나 흐름의 급격한 전환을 강요하거나 비현실적인 단조 공차를 요구하는 형상으로 거슬러 올라갑니다. 다음 규칙은 다이 마모를 줄이고 채우기를 안정화하며 트리밍을 일관되게 만듭니다.

드래프트, 반경 및 분할 전략 제어

• 다이에서 해제되는 벽에 초안을 계획합니다. 강철의 경우 드래프트가 일반적으로 인용됩니다. 3~7° 범위는 깊이와 복잡성에 따라 다릅니다.
• 칼날과 날카로운 내부 모서리를 피하십시오. 흐름과 다이 수명을 유지하려면 넉넉한 필렛을 사용하십시오. 일부 스테인레스 단조 지침의 경우, 6.35mm(0.25인치) 필렛 반경은 흐름의 용이성을 위한 최소 기준점으로 처리됩니다.
• 기능적 특징에 대한 불일치 영향을 최소화하고 플래시 트리밍에 접근하고 반복할 수 있는 곳에 분할선을 배치합니다.

"단조된 상태"와 "가공된 상태"가 무엇인지 명확하게 설명하세요.

작은 부품의 경우, 모든 곳에서 아주 꼭 맞는 부품을 찾는 것이 거의 필요하지 않거나 경제적입니다. 실용적인 접근 방식은 기능에 꼭 필요한 기능에만 "완료 필요"라는 라벨을 붙이고 다른 모든 기능은 그대로 유지하는 것입니다.

• 단조된 표면: 니어넷이 허용되는 리브, 보스 및 비결합면.
• 마감이 필요한 표면: 베어링 보어, 씰링 면, 정밀 스레드 및 어셈블리 스택업을 구동하는 데이텀 기능이 있습니다.

"흐름 친화적인" 기능 계층 구조 설계

• 깊고 얇은 갈비뼈를 보수적으로 유지하십시오. 필요한 경우 다중 노출 단조를 고려하여 한 번에 전체 채우기를 강제하는 대신 각 노출이 점진적으로 높이를 구축하도록 하세요.
• 다이에 복잡한 언더컷을 형성하는 것보다 단조 후 피어싱이나 2차 가공을 통해 생성된 관통 구멍을 선호합니다.
• 가능하다면 기본 하중 경로를 예상되는 곡물 흐름(단조의 핵심 기계적 장점 중 하나)에 맞추세요.

소형 부품 단조를 위한 실제 공정 흐름

다음은 패스너와 같은 부품을 냉간 단조하든 작은 레버/요크를 열간 단조하든 적응할 수 있는 강력한 기본 흐름입니다. 핵심은 트리밍, 크기 조정/코이닝 및 검사를 나중에 고려하는 것이 아니라 주요 프로세스의 일부로 처리하는 것입니다.

1. CTQ(품질 중요 치수), 데이텀 및 허용되는 단조 표면을 정의합니다.
2. CTQ, 합금 성형성 및 부피를 기준으로 단조 경로(냉간/온간/열간)를 선택합니다.
3. 프리폼 전략 생성(특히 열간 단조의 경우): 과도한 플래시 없이 최종 인상이 채워지도록 볼륨을 분산합니다.
4. 안정적인 릴리스 및 트림 액세스를 위해 구배, 반경 및 분할선이 있는 다이를 설계합니다.
5. 트리밍 및 크기 조정/코이닝 작업을 계획합니다. 엄격해야 하는 기능을 위해 예약하세요.
6. 치수 안정화 후 열처리(필요한 경우) 및 표면 마감(예: 도금, 코팅)을 지정합니다.
7. 검사 계획을 수립합니다: 첫 번째 품목, 공정 중 검사, CTQ와 관련된 최종 샘플링.

팁: 대량 단조 소형 부품의 경우 사후 공정 정렬보다 초기 금형 시험 및 측정 루프에 더 많은 노력을 들이십시오. 예방하는 것이 탐지하는 것보다 저렴합니다.

변동성을 줄이는 공차 및 툴링 제어

단조 소형 부품의 치수 분산은 일반적으로 다이 폐쇄 변화, 다이 마모, 온도 변동(열간/온간 단조), 윤활 불일치(차가운/따뜻한) 및 트리밍 변화로 인해 발생합니다. 몇 가지 입증된 제어 기능을 사용하여 이러한 문제를 직접적으로 완화할 수 있습니다.

두께가 중요한 경우 코이닝/사이징 사용

분할선 전체의 두께가 CTQ인 경우 코이닝/사이징 단계를 계획합니다. 단조 지침서 1개 일반적인 폐쇄 공차는 약 ±0.030인치입니다. , 와 ±0.010인치 단조 후 코이닝 작업을 사용하여 달성할 수 있습니다(특별한 경우에는 더욱 엄격함). 이는 일반적인 패턴입니다. 열간 단조를 촘촘한 두께로 "원하지" 않고 크기를 조정합니다.

부품 기능인 것처럼 마모 및 트리밍을 계획합니다.

• 플래시 제거로 인해 기능적 형상이 침범되지 않도록 명시적인 트림 여유분을 추가합니다.
• 허용 가능한 마모 한계, 재연마 간격, 인서트 재절삭을 위한 측정 트리거 등 다이 마모 보상 전략을 정의합니다.
• 단단한 모서리가 필요한 경우 단조 다이에 장기간 날카로운 모서리를 "유지"하도록 강요하는 대신 2차 전단 또는 가벼운 가공을 고려하십시오.

좁은 범위 내에서 온도와 윤활유를 유지하십시오.

온간/열간 단조에서는 엄격한 온도 제어로 충진 변화 및 스케일링이 줄어듭니다. 냉간 단조에서는 윤활유 일관성이 치수 분산 및 공구 파손을 유발하는 마찰 스파이크를 줄입니다. 작은 부품의 경우 피처 볼륨이 전체 부품 볼륨에 비해 작기 때문에 작은 스윙으로 인해 큰 효과가 발생할 수 있습니다.

비용 및 재료 활용: 소형 부품 단조가 승리하는 곳

단조는 강도를 향상시키면서 불량품 및 가공 시간을 줄일 수 있기 때문에 작은 부품에 선택되는 경우가 많습니다. 냉간 단조 참고 자료는 일반적으로 재료 활용이 가까워지고 있음을 인용합니다. 거의 100% 유리한 형상과 더 넓은 냉간 단조 논의가 종종 인용됩니다. 85~95% 부품군 및 프로세스 설정에 따라 활용 범위가 달라집니다.

간단한 숫자 예(니어넷이 중요한 이유)

작은 강철 부품이 40g의 완성된 재료를 사용한다고 가정합니다.

• 60% 활용률로 바에서 가공하는 데는 약 66.7g 재고 (40g / 0.60), 생성 26.7g 부품당 스크랩 수.
• 95% 활용률의 냉간 단조에는 약 42.1g 재고 (40g / 0.95), 생성 2.1g 부품당 스크랩 수.
• 연간 부품 수가 100,000개라면 그 차이는 대략 다음과 같습니다. 2.46미터톤 스크랩 감소(부품당 26.7g − 2.1g = 24.6g 절감).

이것이 바로 작은 부품을 단조하는 것이 대량 생산에서 특히 매력적인 이유입니다. 재료 델타가 빠르게 합성되고 부품이 거의 순수해질 때 가공 시간이 단축됩니다.

단조가 최선의 비용 선택이 아닐 수 있는 경우

• 다이 비용을 상각할 수 없는 매우 적은 양입니다.
• 깊은 언더컷이나 복잡한 내부 공동이 지배하는 형상(종종 기계 가공, MIM 또는 주조에 더 적합함)
• 초정밀 성능은 어디에나 적합하며 대부분의 표면을 가공할 수 있습니다.

생산 준비가 완료된 소형 부품 단조에 대한 품질 체크리스트

확장하기 전에 이 체크리스트를 사용하여 품질을 안정화하세요. 제어되지 않은 변형, 불분명한 CTQ, 후기 단계의 공차 놀라움 등 작은 부품을 단조할 때 가장 흔히 발생하는 함정을 포착하도록 설계되었습니다.

최종 툴링을 절단하기 전

• 데이텀 및 게이지 방법으로 정의된 CTQ CTQ가 아닌 표면은 단조된 상태로 명시적으로 허용됩니다.
• 초안 및 필렛 전략이 검토되었습니다. 파팅라인 및 트림 접근이 확인되었습니다.
• 재료 사양에는 의도된 단조 경로에 대한 성형성 고려 사항이 포함됩니다.

시험 중

• 단일 샘플이 아닌 여러 히트에 걸쳐 종결/불일치 및 주요 CTQ를 측정합니다.
• 트리밍 반복성을 확인하십시오. 조립에 영향을 미칠 수 있는 버/롤오버가 있는지 확인하십시오.
• 두께/평탄도가 기능을 좌우한다면 코이닝/사이징 성능을 조기에 검증하십시오.

생산 중

• 다이에 대한 마모 한계 및 재작업 트리거를 정의합니다. 고객이 드리프트를 수정하기 위해 탈출할 때까지 기다리지 마십시오.
• 육안 검사뿐만 아니라 CTQ와 연계된 진행 중 검사를 사용하고 가치 추세에 따라 간단한 대응 계획을 유지하세요.
• 불필요한 재작업을 피하기 위해 "단조된 상태로 허용되는" 상자와 "완료가 필요한" 상자를 분리하세요.

요점: 단조용 설계(구배, 반경, 분할, 트림)가 엔지니어링의 일부로 처리되고 크기 조정/코이닝 및 검사를 전략적으로 사용하여 전체 부품을 과도하게 가공하지 않고 CTQ를 제어할 때 작은 부품 단조가 성공합니다.