금형 제작과 철강 재료 선택: 다양성과 기준

금형 재료의 종류와 선택, 특히 철강재료에 중점을 두고 금형 제작과 관련된 다양한 측면을 살펴보겠습니다.

 

각 재료와 형재의 특성에 대한 이해

1. 최근 동향

금형 제작은 다양한 요구사항을 충족해야 하기 때문에 여러 종류의 재료를 고려하고 있습니다. 형재 메이커들은 화학 조성에 의해 특성이 다른 재료를 제공하여 유저가 자신의 요구와 예산에 맞게 선택할 수 있도록 하고 있습니다.

최근에는 엔지니어링 플라스틱인 PA, PC, PPO, PETR, P-BT, 그리고 풀루오르 등의 수지가 많이 사용되고 있습니다. 뿐만 아니라 난연화나 개질을 위해 무기분말(탄화칼슘, 실리카, 단 유리섬유, 마이카프레이크, 유리바즈, 각종 마이크로 느페너 등)이 충전된 그레이드도 늘고 있습니다. 고압 사출성형이 더 많이 사용되면서 고정밀도에 대한 요구도 증가하고 있습니다.

2. 성능 요구사항

금형의 성능에 대한 요구는 내마모성, 내식성, 고온 강도 특성, 내발청성, 경면 마무리성, 그리고 기타(줄무늬 가공성, 절삭성, 용접성, 내경시 변형성, 열처리성 등) 다양합니다.

이러한 요구에 대해 기존의 JIS급의 기계 구조용 탄소강이나 탄소 공구강, 크롬몰리브덴강만으로는 충분한 대응이 어려우므로 약간 고급의 강재가 더 많이 사용되고 있습니다. 금형 가공 기술의 향상과 최신 설비의 도입은 이러한 고급 재료를 쉽게 활용할 수 있게 만들었습니다. 최근에는 예를 들어 프리 하든 경도가 HRC30 전후였던 것과 비교하여 HRC40 정도까지 이용 가능한 경향이 나타났습니다.

3. 종합적인 선택 고려

금형의 다양성과 코스트의 변화로 인해 적절한 형재를 선택하는 것은 경제성과 목적에 맞게 중요합니다. JIS급의 강재가 필요한 용도에는 여전히 충분하겠지만, 성능이나 특수한 조건을 고려해야 할 때는 더 많은 예비 지식이 필요합니다.

형재의 코스트는 일반적으로 탄소량이 적고 합금 원소량이 많을수록 증가하는 경향이 있습니다. 따라서 선택 시 성분을 주의 깊게 고려하는 것이 중요합니다.

 

4. 주된 형재의 특성과 선택의 기준

주로 활용되는 형재의 대상은 주로 철강 재료로 구성되어 있으며, 이는 주로 본격적인 생산 용도로 활용됩니다. 그러나 소량 생산용 등을 고려할 때에는 비철금속 재료와 플라스틱 재료도 고려 대상에 포함됩니다.

4-1. 철강 재료

• 구조용 탄소강
• 프리하든강
• 석출 경화강
• 탄소 공구강
• 마르에이징강
• 스테인레스 스틸강
• 호빙강
• 기타(하스테로이, 분말합금 등)

4-2. 비철금속 재료

• 베릴륨-구리 합금
• 아연 합금
• 알루미늄 합금
• 전주
• 용사 합금
• 초소성 금속

4-3. 플라스틱 재료

• 충전 에폭시
• 실리콘 변성 에폭시 등

이러한 다양한 형재들은 각각 특유의 물성과 특성을 가지고 있어 선택 시에 고려할 사항들이 다양하게 나타납니다. 따라서 사용 목적과 환경에 따라서 적절한 형재를 선택하는 것이 중요합니다.

5. 각 형재의 특징

5-1. 구조용 탄소강

구조용 탄소강은 오랜 역사를 가진 재료 중 하나로, 주로 S50C 및 S55C와 같은 플라스틱 재료로 사용됩니다. 비용이 저렴하고 기계 가공이 효과적이어서 여전히 많이 사용되고 있습니다. 그러나 기계적 강도나 경도에서는 최근의 고급 요구 사항을 충족시키기 어렵습니다. 이는 대부분 범용 플라스틱에서 특히 대량 생산이 필요하지 않은 경우에 가장 적합합니다.

5-2. 프리 하든강

프리 하든강은 미리 담금질과 불림 처리가 이루어진 상태로 형조각 후 사용됩니다. 이로써 열처리 변형에 의한 치수 문제가 없어지며, 정밀 금형 제조에 적합하며 형제작 및 납기면에서도 유리합니다. 경도는 HRC32-40 정도이며, 성분 조정으로 HRC35-40 정도에서 쾌속성을 얻을 수 있습니다. 주로 대량 생산용이나 경면이 필요한 용도에 적합합니다.

5-3. 석출경화강

석출경화강은 프리하든강과 달리 시효처리를 통해 경도와 기계적 성질을 향상시키는 재료입니다. 정밀하고 복잡한 캐비티에 적합하며, 시효 처리 후에도 극히 작은 치수 변형으로 인해 정밀 금형 제작에 이점이 있습니다. 최근에는 시효 처리를 진공 또는 광휘시효로 수행하여 가공 후 경면 다듬질 시효에 걸어 경도를 올려 사용되고 있습니다.

5-4. 공구류

공구류는 담금질 불림에 의해 HRC50 이상의 경도를 가지고 있는 내마모성이 뛰어난 강종입니다. 주로 절삭 공구, 금형, 다이스 등의 제조에 사용되며, 특히 열경화성 수지 및 무기질 충전 플라스틱의 성형용 금형으로도 널리 사용됩니다. 각각의 그룹은 특유한 성능과 비용 특성을 가지고 있으므로 사용 목적에 맞게 선택되어야 합니다.

 

마무리

이렇게 금형 재료의 다양성과 특히 철강 재료에 대한 선택에 대해 알아보았습니다. 각 재료와 형재의 특성을 잘 이해하면 산업현장에서 큰 도움이 될 것으로 기대가 됩니다.