금형 연마에 대한 포괄적인 이해

금형의 품질은 종종 공작물의 품질과 생산 효율에 직접적인 영향을 미칩니다. 금형 가공 워크플로에서 형상 가공 단계 이후에는 부품의 표면 연삭 및 연마로 통칭되는 매끄러운 가공과 거울 가공이 있습니다. 연마의 품질은 금형의 품질과 수명에 영향을 미치며, 이는 다시 제품의 품질을 결정합니다.

연마의 원리와 공정을 이해하고 적절한 연마 방법과 제품을 선택하면 금형 품질과 수명을 개선하여 제품 품질과 공정 효율을 높일 수 있습니다.

일반적인 금형 연마 방법

1. 물리적 연마

금형의 물리적 연마에는 일반적으로 오일 스톤, 울 휠, 사포와 같은 도구를 사용하여 재료 표면의 소성 변형을 유도하고 돌출부를 제거하며 매끄러운 마감을 달성하는 작업이 포함됩니다. 이 프로세스는 일반적으로 수동으로 수행됩니다. 고품질 요구 사항이 있는 표면의 경우 초미세 연마 방법을 사용할 수 있습니다. 초미세 연마는 연마제가 포함된 슬러리에 특수 연마 도구를 사용하여 공작물 표면을 누르고 고속으로 회전시킵니다. 이 방법을 사용하면 Ra0.008 μm의 표면 거칠기를 얻을 수 있습니다.

금형의 물리적 연마는 현재 금형 제조업체에서 가장 널리 사용되는 연마 방법입니다.

1). 금형 연마를 위한 일반적인 도구 및 사양

1. 금형 연마에 일반적으로 사용되는 도구로는 사포, 오일 스톤, 울 펠트 휠, 연마 페이스트, 합금 파일, 다이아몬드 연마 바늘, 대나무 조각, 섬유 오일 스톤, 회전식 연마기 등이 있습니다.
2. 샌드페이퍼: 150#, 180#, 320#, 400#, 600#, 800#, 1000#, 1200#, 1500#
3. 오일 스톤: 120#, 220#, 400#, 600#
4. 울 펠트 휠: 원통형, 원추형, 끝이 뾰족한 직사각형
5. 폴리싱 페이스트: 1#(흰색), 3#(노란색), 6#(주황색), 9#(녹색), 15#(파란색), 25#(갈색), 35#(빨간색), 60#(보라색)
6. 파일: 정사각형, 원형, 평면, 삼각형 및 기타 모양
7. 다이아몬드 그라인딩 바늘: 일반적으로 3/32 또는 1/8 생크가 있으며 둥근 물결, 원통형, 긴 직선 실린더 및 긴 원뿔 모양으로 제공됩니다.
8. 대나무 조각: 작업자 및 금형 모양에 적합한 다양한 모양으로, 원하는 표면 거칠기를 얻기 위해 연삭 중에 사포를 누르는 데 사용됩니다.
9. 섬유 오일 스톤: 200#(검정), 400#(파랑), 600#(흰색), 800#(빨강)

2). 폴리싱 프로세스

01. 거친 연마

미세 밀링과 같은 프로세스를 거친 후 EDM및 연삭35,000~40,000r/min 속도의 회전 연마기를 사용하여 표면을 연마할 수 있습니다. 그런 다음 등유를 윤활유 또는 냉각수로 사용하는 수동 오일 스톤 연삭이 이어집니다. 사용 순서는 180# → 240# → 320# → 400# → 600# → 800# → 1000#입니다.

02. 반 마감 연마

반 마감 연마는 주로 사포와 등유를 사용합니다. 사포 사용 순서는 400# → 600# → 800# → 1000# → 1200# → 1500#입니다. #1500 사포는 경화된 금형강(52HRC 이상)에만 적합하며 사전 경화된 강에는 표면이 손상되어 원하는 연마 효과를 얻지 못할 수 있으므로 주의하세요.

03. 미세 연마

미세 연마에는 주로 다이아몬드 연마 페이스트를 사용합니다. 다이아몬드 연마 분말 또는 페이스트가 혼합된 연마 천 휠을 사용하는 경우 일반적인 연마 순서는 9μm(1800#) → 6μm(3000#) → 3μm(8000#) 순서로 진행됩니다. 9μm 다이아몬드 연마 페이스트와 연마 천 휠은 1200# 및 1500# 사포가 남긴 헤어라인 스크래치를 제거할 수 있습니다. 그런 다음 펠트와 다이아몬드 연마 페이스트를 순서대로 사용하여 연마를 계속합니다: 1μm(14000#) → 1/2μm(60000#) → 1/4μm(100000#) 순으로 연마합니다.

04. 연마 환경

연마 공정은 거친 연마와 미세 연마의 두 가지 영역으로 나누어 진행해야 합니다. 이전 단계의 연마 입자를 제거하기 위해 단계 사이에 공작물을 철저히 청소하는 것이 중요합니다. 최대 1200# 사포의 오일 스톤으로 거친 연마를 완료한 후에는 금형 표면에 먼지 입자가 부착되지 않도록 연마를 위해 먼지가 없는 공간으로 공작물을 옮겨야 합니다. 1μm(1μm 포함) 이상의 정밀도가 필요한 연마 공정은 깨끗한 연마실에서 마무리합니다. 먼지, 연기, 비듬, 침 등이 고정밀 연마 표면을 손상시킬 수 있으므로 더욱 정밀한 연마를 위해서는 절대적으로 깨끗한 환경이 필요합니다.

연마 공정이 완료된 후에는 공작물 표면을 먼지로부터 보호해야 합니다. 연마가 중단되면 모든 연마제와 윤활제를 조심스럽게 제거하여 표면이 깨끗한지 확인하고 곰팡이 녹 방지 코팅층을 공작물 표면에 뿌려야 합니다.

2. 화학적 연마

화학적 연마는 표면의 미세한 돌출부가 오목한 부분보다 우선적으로 용해되어 매끄러운 표면을 만드는 화학 매질에 재료를 담그는 방식입니다. 이 방법의 주요 장점은 복잡한 장비가 필요하지 않고 복잡한 모양의 공작물을 연마할 수 있으며 많은 공작물을 동시에 연마할 수 있어 효율성이 높다는 점입니다. 화학적 연마의 핵심 과제는 연마 용액의 준비에 있습니다. 화학적 연마를 통해 얻을 수 있는 표면 거칠기는 일반적으로 수십 마이크로미터 범위입니다.

3. 전해 연마

전해 연마의 기본 원리는 재료 표면의 미세한 돌기가 선택적으로 용해되어 매끄러운 표면을 만드는 화학 연마의 원리와 유사합니다. 화학적 연마에 비해 음극 반응의 영향을 제거하여 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 전해 연마 공정에는 두 단계가 포함됩니다:

• 거시적 평준화: 용해 생성물은 전해질로 확산되어 재료 표면의 기하학적 거칠기(Ra > 1μm)를 감소시킵니다.
• 마이크로 레벨링: 양극 편광은 표면 밝기를 증가시킵니다(Ra <1μm).

4. 초음파 연마

초음파 연마에서는 연마재 현탁액에 공작물을 넣고 초음파 장에 노출시킵니다. 초음파 진동으로 인해 연마재가 공작물 표면을 연마합니다. 초음파 가공은 거시적인 힘을 최소화하여 공작물 변형을 방지하지만 툴링과 설정이 까다로울 수 있습니다. 초음파 가공은 화학적 또는 전기 화학적 방법과 결합할 수 있습니다. 초음파 진동을 가하여 용액을 교반함으로써 공작물 표면의 용해 생성물을 제거하여 표면 근처의 균일한 부식 또는 전기 분해를 보장합니다. 또한 액체에서 초음파의 캐비테이션 효과는 부식 과정을 억제하여 표면을 밝게 하는 데 기여합니다.

5. 유체 연마

유체 연마는 고속으로 흐르는 액체를 운반하는 연마재를 사용하여 공작물 표면을 연마합니다. 일반적인 방법으로는 연마제 분사 가공, 액체 분사 가공 및 유체 동적 연삭이 있습니다. 유체 동적 연삭에서는 연마 입자가 포함된 유압 구동 매체가 공작물 표면을 앞뒤로 빠르게 흐릅니다. 매체는 일반적으로 실리콘 카바이드 분말과 같은 연마재와 혼합된 특수 화합물(고분자 유사 물질)로 구성됩니다.

다양한 유형의 연마 시 주의사항

1. 사포 및 오일 스톤의 금형 연마 시 주의사항

• 경도가 높은 금형 표면에는 깨끗하고 부드러운 오일 스톤 연마 도구만 사용해야 합니다.
• 연마 중 사포 그릿 레벨을 변경할 때는 거친 그릿이 다음 미세 연마 단계로 넘어가지 않도록 작업물과 작업자의 손을 모두 깨끗이 닦아야 합니다.
• 각 연마 과정에서 사포는 이전 그릿의 스크래치가 제거될 때까지 45° 각도를 달리하여 사용해야 합니다. 이전 그릿의 스크래치를 제거한 후 다음 미세한 그릿으로 전환하기 전에 연마 시간을 25% 연장합니다.
• 연삭 방향을 변경하면 공작물에 물결 모양이나 고르지 않은 표면이 생기는 것을 방지할 수 있습니다.

2. 다이아몬드 연마 시 주의사항

다이아몬드 연마는 가능한 한 가벼운 압력으로 수행해야 하며, 특히 사전 경화된 강철을 연마하고 미세 연마 페이스트를 사용할 때는 더욱 그렇습니다. 8000# 연마 페이스트를 사용할 때 일반적인 하중은 100-200g/cm²이지만 이 하중을 정확하게 유지하는 것은 어렵습니다. 이를 용이하게 하기 위해 나무 조각에 얇고 좁은 손잡이를 만들거나 대나무 조각의 일부를 잘라 더 유연하게 만들 수 있습니다. 이렇게 하면 연마 압력을 제어하여 금형 표면 압력이 너무 높지 않도록 할 수 있습니다. 다이아몬드 연마를 사용할 때는 작업 표면이 깨끗해야 할 뿐만 아니라 작업자의 손도 매우 깨끗해야 합니다.

3. 플라스틱 금형 연마 시 주의사항

플라스틱 금형 연마는 다른 산업에서 요구되는 표면 연마와는 상당히 다릅니다. 엄밀히 말하면 플라스틱 금형 연마는 거울 마감이라고 해야 합니다. 연마뿐만 아니라 표면 평탄도, 부드러움 및 기하학적 정확도에 대한 높은 기준이 필요합니다.

미러 폴리싱의 기준은 4단계로 나뉩니다:

• A0 = Ra0.008μm
• A1 = Ra0.016μm
• A3 = Ra0.032μm
• A4 = Ra0.063μm

전해 연마 및 유체 연마와 같은 방법은 부품의 기하학적 정확도를 정밀하게 제어하기 어렵고, 화학 연마, 초음파 연마 및 자기 연마 연마로 얻을 수 있는 표면 품질은 요구 사항을 충족하지 못합니다. 따라서 기계식 연마는 정밀 금형의 미러 마감에 여전히 주요 방법으로 사용됩니다.

4. 폴리싱 중 주의사항:

1). 새 금형 캐비티 가공을 시작할 때는 먼저 공작물 표면을 확인하고 등유로 청소하여 오일 스톤 표면이 오염되어 절단 기능을 잃지 않도록 합니다.

2). 거친 텍스처를 연마할 때는 어려운 부분부터 쉬운 부분으로 진행하며, 특히 손이 닿기 어려운 모서리와 깊은 부분을 먼저 연마한 다음 측면과 넓은 평평한 표면을 연마합니다.

3). 여러 부품을 함께 연마해야 하는 경우 개별 부품의 거친 질감이나 EDM 마크를 먼저 연마한 다음 모든 부품을 조립하고 매끄럽게 연마합니다.

4). 넓은 평면 또는 측면 표면의 경우 오일 스톤으로 거친 질감을 제거한 후 평평한 강판을 사용하여 광 투과 테스트를 수행하여 요철이나 음풍 결함이 있는지 확인합니다. 음의 드래프트가 있으면 탈형이 어렵거나 부품 스크래치가 발생할 수 있습니다.

5). 음의 외풍을 방지하거나 일부 결합 표면을 보호하려면 톱날이나 사포를 가장자리에 부착하여 보호하면 이상적인 결과를 얻을 수 있습니다.

6). 금형의 평평한 표면을 연마할 때는 오일 스톤 손잡이를 앞뒤로 움직이면서 손잡이가 25°를 넘지 않도록 최대한 평평하게 유지해야 하며, 각도가 크면 공작물에 거친 스크래치가 생길 수 있습니다.

7). 구리 또는 대나무 조각을 사용하여 사포를 눌러 공작물 표면을 연마하는 경우, 의도하지 않은 부분이 연마되지 않도록 사포 크기가 도구 면적을 초과하지 않도록 하세요.

8). 그라인딩 휠 헤드가 거칠고 물결 모양의 표면을 남기므로 연삭기를 사용하여 절단면을 수리하지 마십시오. 필요한 경우 연삭 휠 헤드를 조정하여 동심 균형을 맞춰야 합니다.

9). 연삭 공구의 모양은 금형의 표면 모양과 밀접하게 일치하여 연삭 중에 공작물이 변형되지 않도록 해야 합니다.

폴리싱의 일반적인 문제를 해결하는 방법

1. 오버 폴리싱

일상적인 연마에서 발생하는 가장 큰 문제는 연마 시간이 길어질수록 금형의 표면 품질이 저하되는 '오버 폴리싱'입니다. 오버 폴리싱은 "오렌지 껍질"과 "피팅"이라는 두 가지 현상으로 나타납니다. 오버 폴리싱은 일반적으로 기계식 폴리싱 중에 발생합니다.

2. 공작물에 "오렌지 껍질"이 생기는 원인

불규칙적으로 거친 표면을 "오렌지 껍질"이라고 합니다. 오렌지 껍질의 원인은 여러 가지가 있지만, 가장 일반적인 원인은 금형 표면 과열 또는 과도한 탄화입니다. 과도한 연마 압력과 장시간의 연마 시간이 오렌지 껍질의 주요 원인입니다. 예를 들어, 연마 휠은 오렌지 껍질을 쉽게 유발하는 열을 발생시킬 수 있습니다. 단단한 강철은 더 많은 연마 압력을 견딜 수 있는 반면, 상대적으로 부드러운 강철은 과도하게 연마되기 쉽습니다. 연구에 따르면 과도한 연마 시간은 강철의 경도에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다.

3. 공작물의 "오렌지 껍질" 제거를 위한 조치

표면 품질이 좋지 않은 것으로 감지되면 많은 사람들이 연마 압력을 높이고 연마 시간을 연장하여 표면 품질을 악화시키는 경우가 많습니다.

다음 방법을 사용하여 문제를 해결할 수 있습니다:

• 이전에 사용한 것보다 약간 거친 연마제를 사용하여 결함이 있는 표면을 제거한 다음 이전보다 가벼운 압력으로 다시 연마합니다.
• 템퍼링 온도보다 25°C 낮은 온도에서 응력 제거를 수행하세요. 연마하기 전에 원하는 효과를 얻을 때까지 가장 고운 그릿을 사용하여 연마한 다음 더 가벼운 압력으로 연마하세요.

4. 공작물 표면의 "피팅" 발생 원인

강철의 비금속 불순물, 일반적으로 단단하고 부서지기 쉬운 산화물은 연마 중에 강철 표면에서 빠져나와 미세한 구멍이나 피팅을 형성합니다. 피팅을 일으키는 주요 요인은 다음과 같습니다:

1) 과도한 연마 압력 및 장시간의 연마 시간.

2) 강철의 순도가 불충분하고 경질 불순물 함량이 높습니다.

3) 금형 표면에 녹이 슬었습니다.

4) 검은색 스킨 소재가 제거되지 않았습니다.

5. 공작물의 피팅 제거를 위한 조치

• 이전에 사용한 것보다 약간 거친 연마제를 사용하여 표면을 조심스럽게 다시 연마합니다. 연마 과정을 진행하기 전에 마지막 연마 단계에서는 부드럽고 날카로운 오일 스톤을 사용합니다.
• 연마 입자 크기가 1mm 미만일 때는 가장 부드러운 연마 도구를 사용하지 마세요.
• 가능한 가장 짧은 연마 시간과 가장 가벼운 연마 압력을 사용합니다.

결론

금형 제조에서 캐비티를 연마하는 것은 매우 중요한 단계입니다. 이는 금형의 품질과 수명에 영향을 미치며 최종 제품의 품질을 결정합니다. 연마의 원리와 공정을 이해하고 적절한 연마 방법을 선택하면 금형 품질과 수명을 개선하여 제품 품질을 향상시킬 수 있습니다.