MOULD and DIE

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 탄소섬유강화 플라스틱으로 항공기에 대량으로 적용되기 시작한 이후 자동차를 비롯한 수송기계 분야에 활발히 적용되고 있다. CFRP의 강도와 탄성은 각각 철강의 6배, 3배이다. 내마찰, 내마모, 치수안정성이 뛰어난 특성을 가지고 있다. 전기자동차의 대중화와 에너지 효율 차원에서 경량화가 키워드이지만 CFRP의 확대 적용을 어렵게 만드는 요인은 높은 재료 가격과 성형의 어려움으로 인한 제조비용이다. CFRP는 열경화성과 열가소성으로 나누어진다. 열경화성 CFRP는 에폭시 수지(열경화성 수지)를 탄소섬유에 침투시킨 재료이다. 과거에는 가열하여 경화하는 시간이 길었지만 3분 정도로 단축시킨 속(速)경화수지가 개발되었다. 열가소성 CFRP는 사출성형의 가열과 냉각에 의해 쉽게 형상을 만들 수 있는 장점이 있다. 열경화성의 모재 수지는 에폭시 수지가 대부분이지만, 열가소성 CFRP에 사용되는 모재 수지는 종류가 많아 모재 수지 특성이 성능에 미치는 영향이 크다. CFRP에 이용되는 열가소성 수지는 PP, PA, PPS, PEEK 등이다. 오토클래이브(Autoclave) 는오래 전부터 항공기 분야에서 널리 사용하던 성형 방식이다. 탄소섬유 프리프레그(Prepreg)를 오토클레이브 내부에 넣어 고온 고압으로 성형한다. 비행기 동체 등 큰 규모의 부품 제조에 사용되고 있다. 수지이송성형(RTM. Resin Transfer Molding) 은 열경화성 CFRP의 대표 성형 방법이다. 1차로 탄소섬유 소재를 원하는 형상으로 프레스해서 예비 성형품 형태를 만든다. 예비 성형품은 아직 수지가 함침되지 않은 드라이 상태인데 1차 성형에서의 형태를 유지하기 위해 섬유 사이는 열가소성 수지의 가느다란 실로 연결되어 있다. 2차로 이 형태를 별도의 프레스로 이동시켜 에폭시 수지를 주입하고 압력을 가해 경화시킨다. 단섬유 사출성형 은 탄소섬유와 열가소성 수...

CSS 절삭가공의 대표적인 특징은 높은 압력에서 빠른 속도로 회전하는 공구와 공작물의 접촉을 통한 마찰과 열의 발생이다. 마찰은 공구의 급격한 마멸을 초래하고, 절삭열은 공작물을 팽창시켜 치수안정도를 떨어뜨리며 표면층의 가공경화를 유발한다. 이러한 바람직하지 않은 영향을 감소시키기 위해 절삭유를 사용하여 가공표면을 순환시키고 마찰을 감소시키며 공구와 공작물을 냉각시키고 금속칩을 제거한다. 절삭유의 사용목적은 절삭성 향상을 위한 냉각과 윤활작용이며 부가적으로 방청작용도 포함한다. 절삭유 종류는 물로 희석해서 사용하는 수용성과 원액으로 사용하는 비수용성으로 나누어진다. 절삭유 선택에 있어서는 절삭성과 환경부하를 함께 고려해야 한다. 표에 수용성 절삭유와 비수용성 절삭유를 비교했다. 수용성 절삭유와 비수용성 절삭유의 상대비교 비교항목 수용성 절삭유 비수용성 절삭유 핵심기능 냉각 윤할 절삭성능 부족하다 우수하다 극압성 나쁘다 좋다 방청성 나쁘다 좋다 수명 짧다 길다 작업장 청결 좋다 나쁘다 관리 어렵다 편리하다 연기발생 적다 많다 가격 저렴하다 비싸다 환경오염 크다 적다 환경친화 생산공정, 청정기술 측면에서 볼 때 비수용성 절삭유를 사용하는 것이 바람직하다. 비수용성 절삭유는 기본 성능인 절삭성 뿐만 아니라 환경적인 면에서도 수용성 절삭유에 비하여 우수한 결과를 보여준다. 하지만 많은 가공업체들이 여전히 가격이 저렴하다는 이유로 환경부하가 큰 수용성 절삭유를 사용하고 있는 실정이다. 비수용성 절삭유를 사용하더라도 가공조...

CSS 3D 프린팅은 적층 제조 기법으로 물체 형상에 맞게 무수한 반복을 통해 쌓아올리는 인쇄 방식이다. 전통적인 방식인 재료를 깎거나 잘라서 생산하는 절삭가공, 두 종류 이상의 금속을 접합시키는 용접, 재료에 변형을 가하는 소성가공 등과 같은 제조 방식과 대조된다. 3D 프린터를 이용하면 조립이 필요없는 완성품을 제작할 수도 있다. 이러한 제품은 조립 부위가 없어서 파손이 없는 한 정기적인 수리가 불필요하다. 표는 3D 프린터의 재료형태와 조형원리에 대한 설명이다. 3D 프린터의 종류와 조형원리 구분 재료형태 조형원리 조형방식 액체 기반형 액체 레진 레이저나 자외선을 이용하여 재료를 경화 SLA 분말 기반형 플라스틱 분말 금속 분말 분말 재료를 선택적으로 가열하여 접합 결합제 또는 레이저 사용 SLS 고체 기반형 와이어 필라먼트 열가소성 수지를 녹인 후 노즐로 압출 FDM 펠릿 입자 재료를 헤드에서 녹여 노즐에서 분사 POLYJET 시트, 필름 시트를 접착하면서 칼로 절단 LOM 사용 재료로는 수지가 대부분이었으나 금속계 프린팅이 가능하도록 재료 종류가 다양해지고 있다. 앞으로도 새로운 금속소재 개발을 선도하는 것이 중요하다. 금속 적층에서 가장 유리한 기법은 분말 기반형인 SLS(선택적 레이저 소결) 방식이다. SLS 방식은 넓은 범위의 다양한 금속계를 사용할 수 있다. 적용할 수 있는 재료에는 순티타늄과 그 합금, 알루미늄 합금, 스테인리스 합금, 마레이징강 등이 있다. 마레이징강은 강도와 인성이 매우 좋고, 티타늄은 비중이 낮아 가볍다. 티타늄의 경우 내식성과 기계적인 성질이 우수하며 인체에 무해한 생체 적합성까지 갖추고 있다. 최근에는 노즐을 통해...

사출성형에서 용융수지의 흐름 단면을 보면 금형면에 닿는 부위와 중심 부위의 속도차가 있음을 알 수 있다. 금형면 온도는 캐비티 중심부보다 낮기 때문에 흐름성이 저하되어 분수 유동 현상이 발생한다. 금형면에서는 마찰과 냉각의 영향으로 유동 속도가 더디고 일정 온도 이하가 되면 유동이 멈추면서 고화층을 형성한다. 캐비티 중심부는 빈 공간이긴 하지만 고화층 때문에 흐름 영역이 좁고, 차가운 공기의 저항으로 인해 유동성이 떨어지면서 용융수지가 바깥으로 밀려 나가는 현상을 보인다. 이 모습이 물을 내뿜는 분수와 비슷해서 용융수지 흐름을 설명할 때 분수유동이라고 부른다. 사출금형 캐비티 유동단면 velocity-유동속도, shear rate-전단속도, shear stress-전단응력 분수유동과 관련해서 사출성형에서만 나타나는 특징 중 하나는 충진 순서이다. 최초로 주입된 용융수지가 캐비티 깊은 곳으로 뻗어나가지 못하고 입구가 좁은 게이트 주변에서 고화되기 시작한다. 오히려 나중에 들어간 수지가 게이트로부터 멀리 떨어진 캐비티 끝 부분을 채워 나간다. 나중에 들어온 수지일수록 캐비티 말단을 향해 흘러가는 것이다. 일반적인 유체의 경우 먼저 들어가면 앞으로 전진하고 다음에 들어오는 유체가 뒤를 채운다. 하지만 사출성형에서는 플라스틱의 유동특성 변수가 작용하므로 반대이다. 유동정체현상(Hesitation effect)은 살두께가 불균일한 성형품에서 용융수지가 두꺼운 영역으로 먼저 이동하고 얇은 두께에서는 흐름이 정지되어 있는 상태를 말한다. 얇은 구간은 유동단면이 협소하여 빨리 고화되면서 미성형이 발생한다. 살두께가 다른 성형품에서 가느다란 리브(rib)가 존재하는 경우 서로 다른 방향의 사이드 게이트라 하더라도 게이트 부근의 리브에서 유동이 멈춰 미성형이 유발한다. 리브의 유동정체현상은 러너와 게이트 시스템을 변경해서 해소할 수 있다. 3단금형 핀포인트 게이트 또는 핫러너 밸브게이트를 채택하고 위치를 조정하여 리브 영역 충진이 ...

크리프(Creep)는 크기에 변함 없는 일정한 온도와 외력이 작용할 때 시간 경과에 따라 재료의 변형량에 변화가 생기는 현상을 말한다. 즉 소성변형이 일정한 응력하에서 시간에 따라 증가하는 속도를 나타낸 현상이다. 금속재료는 상온에서 크리프 현상을 거의 느낄 수 없으나 고온에서는 이를 무시할 수 없다. 고온 고하중에서 처음에는 변형이 급속히 진행하다가 어느 시점에서는 시간이 경과해도 변형량이 늘어나지 않는다. 최후에는 다시 변형이 급속도로 진행하여 결국에는 파단에 이른다. 최초 단계를 1기 크리프, 변형이 작아지는 중간 단계를 2기 크리프, 마지막 단계를 3기 크리프라고 한다. 고온에서 사용하는 부품은 설계 단계에서 크리프 변형을 신중히 고려할 필요가 있다. 내크리프성, 크리프 한도를 알기 위해 크리프 실험을 실시하는 경우도 있다. 크리프 현상은 고온 환경에서 사용하는 금속재료에서 자주 발생한다. 고분자 화합물인 플라스틱에서는 변형이 더욱 현저하게 나타난다. 크리프 곡선

  두 물체가 접촉한 상태에서 미끄러지면서 발생하는 저항을 마찰이라 하고, 이로 인하여 물체의 표면이 닳아 없어지거나 변형이 생기는 것을 마모라 한다. 마찰이 일어나는 부품은 마찰열, 소음, 진동 등의 에너지 형태로 흔적을 남긴다. 심화된 마찰은 표면의 형상 변화를 가져와서 본래의 기능을 약화시키고 부품 수명을 단축시킨다. 마찰 운동을 하는 물체의 표면특성을 실제의 사용 조건에 맞게 바꾸는 것을 표면특성 향상기술이라 한다. 표면특성 향상기술은 마찰, 마모, 부식, 윤활 등을 개량하는 표면개질과 마찰접촉면에 동종(同種) 또는 이종(異種) 소재를 물리적 화학적으로 얇게 붙이거나 증착시키는 코팅으로 분류된다. 대표적인 표면특성 향상기술에는 열처리, 금속침투법, 카본분사, 물리적 증착, 화학적 증착, 플라즈마질화 등이 있다.

CSS 경도는 재료의 기계적 성질을 알아내는 가장 간단한 방법으로 변형에 대한 저항력의 크기이다. 어느 물체에 그보다 더 딱딱한 물체로 눌렀을 때 생긴 흔적으로 크기를 계산한다. 경도는 가공성이나 내마모성에 영향을 미친다. 경도는 딱딱함이고 강도는 단단함이다. 유리의 경우 경도는 높지만 강도가 약해 충격에 깨지기 쉽다. 금속은 경도와 강도가 모두 우수한 재료이다. 각종 역학계산에서 경도값과 강도값을 혼동하지 않도록 주의해야 한다. 절삭가공한 강의 표면은 가공경화가 일어나 변질층이 형성되어 경도가 높지만 모재 안으로 들어갈수록 낮아진다. 반대로 경화 처리된 강을 절삭했을 때 급격한 절삭열의 발생으로 표면에 뜨임(템퍼링) 효과가 발생해서 연화하는 경우도 있다. 가공경화는 얇은 변질층을 생성시키는데 표면경도는 재료의 조직, 가공방법 등에 따라 차이가 있으나 보통 0.1~0.5㎜ 깊이에서부터 모재와 비슷해진다. 경도 종류에는 로크웰 경도, 브리넬 경도, 비커스 경도, 쇼어 경도 등이 있다. 경도 종류와 시험방법 종류 기호 하중형상 설명 로크웰 경도 HRB HRC 구(球) 원추 재료에 하중을 가해서 생긴 압흔의 깊이로 표시한다. 얇은 재료와 열처리한 단단한 재료도 측정 가능하다. B스케일과 C스케일이 있다. 브리넬 경도 HB 구(球) 원형 구(球)를 압입하여 생긴 압흔의 직경을 측정하여 그 표면적을 계산하고 단위면적당 작용한 응력으로 표시한다. 비커스 경도 HV 사각추 사각추를 압입하여 생긴 압흔의 대각선 길이를 측정하여 그 표면적을 계산하고 단위면적당 작용한 응력으로 표시한다. 쇼어 경도 HS 해머 다이아몬드가 부착된 해머를 자유낙하시켜 그 반발력으로 튀어오른 높이를 측정한다. ...

  이온질화(Ion nitriding)는 진공 상태의 질소 가스 분위기 속에서 전압을 가하여 질화층을 형성하는 열처리 방식이다. 전압에 의해 글루 방전이 발생하고 부드러운 빛의 플라즈마가 가공물을 덮기 때문에 플라즈마질화라고도 부른다. 이온화된 질소 가스가 가공물에 충돌하면서 운동에너지가 열에너지로 변환하고 이 과정에서 가공물을 가열해 표면에 강한 질화층을 형성한다. 이 방식은 작업환경이 매우 좋고 질화 속도가 빠르다. 이온질화는 내마모성, 내식성, 피로강도를 끌어올리고 표면경도를 극도로 높게 개선시킨다. 저온 진공 상태에서 처리하므로 변형이 거의 발생하지 않고 후가공을 생략할 수 있는 장점이 있다. 이온질화 방식은 종래의 질화법과 전혀 다른 처리 방법이며 기계부품, 사출성형기 부품, 사출금형 부품의 표면처리에 사용이 늘어나고 있다. 이온 플라즈마 표면처리 이온질화 전후 단면비교

  마레이징은 마텐자이트(Martensite)와 에이징(Aging)의 합성어이다. 마텐자이트 조직을 450~510℃ 사이에서 3시간 시효처리하면 초강력성을 발휘하게 된다. 니켈을 함유하고 있고 고온에서도 매우 단단하고 인성이 좋으며 가공성도 우수하다. 미사일 등의 군사무기 및 항공기, 제트엔진 등 초고온 초고압 환경에서 사용하는 부품에 적용한다. 내구성을 요구하는 다이케스팅 금형강으로도 사용하고 있으며 금속 3D 프린터, 분말야금 재료로 이용되고 있다. 마레이징강은 가혹 조건에서 강도와 경도가 매우 우수한 합금재료로써 일본이 한국을 대상으로 수출금지한 소재에 포함(2019년 기준)되어 있으며 가격이 매우 비싸다.

  금속의 소성가공은 성형온도의 높낮이에 따라 열간가공과 냉간가공으로 구분된다. 열간가공은 재결정온도 이상에서, 냉간가공은 재결정온도 이하( 常溫 )에서 수행한다. 금속을 가열하여 일정 온도 범위에 도달하면 내부응력이 사라지고 새롭게 연화된 결정이 등장하여 성장하게 되는데 이를 재결정이라 한다. 열간가공과 냉간가공의 특징은 다음과 같다. ​ 열간가공 ◁ 내부응력이 제거되어 가공이 용이하다.(변형능 증가) ◁ 산화막이 발생하여 표면 상태가 고르지 못하다. ◁ 두께치수 정밀도가 좋지 못하다. ​ 냉간가공 ◁ 탄성한계, 항복점, 경도가 커서 큰 가공력을 요구한다. ◁ 열간가공에 비해 연신율과 단면수축율이 작다 ◁ 표면 및 두께 정밀도가 양호하다 ​ 프레스 가공의 대부분은 냉간가공 범위에 속한다. 열간가공과 냉간가공 사이의 온도에서 가공하는 것을 온간가공이라 한다. 경량화를 추구하는 전기자동차는 내연기관 자동차보다 두께가 얇은 강판을 사용하는 부품이 증가하고 있다. 배터리를 보호하는 부품에서 강도 보강 목적으로 고장력 고강도 강판 소재를 사용하는데 이러한 부품을 성형하는 핫스탬핑 방식은 열간가공에 해당된다.

CSS 측정값은 물체의 길이나 양을 직접 측정하여 얻은 값이다. 물체의 실제값을 참값이라 하며 측정값에서 참값을 뺀 것을 측정오차라고 한다. 측정오차 크기가 작을수록 측정값은 참값에 가깝다. 측정은 사람이 하는 일이기 때문에 측정결과에는 산포가 있다. 측정오차가 없는 이상적인 측정시스템은 존재하지 않는다. 측정은 1회 실시로 끝나지 않고 여러 번 측정을 한 후 측정결과를 통계적으로 적용하는 것이 효과적이다. 측정오차가 발생하는 이유는 다음과 같다. 측정 불확실성에 영향을 주는 요인 발생요인 설명 개인오차 측정하는 사람의 습관에서 생기는 오차. 인간의 감각으로 작은 눈금을 정확히 읽지 못하기 때문에 측정오차가 발생한다. 기기오차 측정기 자신이 가지고 있는 오차. 측정기기를 정밀하게 만들었어도 한계가 있다. 눈금의 간격, 굵기 등에서 조금씩 차이가 생기므로 측정오차가 발생한다. 환경오차 온도, 습도, 진동, 채광 등 측정환경에서 생기는 오차. 환경 변화에 따라 참값과 측정값이 변할 수 있기 때문에 측정오차가 발생한다. 우연오차 여러가지 예측할 수 없는 복합적인 원인이 작용하여 측정오차가 발생한다. 불확실성에 영향을 주는 다른 인자는 반복성과 재현성이다. 반복성은 동일한 부품의 동일한 특성을 동일한 계측기로 한 명의 측정자가 여러 번 반복하여 측정했을 때 얻어지는 측정값의 변동이다. 재현성은 동일한 부품의 동일한 특성을 동일한 계측기로 여러 명의 측정자가 반복하여 측정했을 때 얻어지는 측정값의 변동이다. 측정에서 정밀도는 측정값 사이의 차이를 말하며, 정확도는 측정값과 참값 사이의 차이를 나타낸다. 정밀도와 정확도의 편차를 작게 해야 측정 신뢰도가 높아진다.

CSS 로케이트링(Locate ring) 은 사출금형 고정측 설치판에 부착하며 설치판 바닥에서 약간 돌출되어 있다. 금형을 설치할 때 사출성형기 고정측 부착판 정중앙에 관통되어 있는 구멍에 로케이트링을 끼워 위치를 맞춘다. 사출성형기 노즐과의 중심맞춤 작업이 수월하도록 모서리를 15°~30°의 각도면으로 만드는 것이 좋다. 사출성형기 노즐과 금형의 스프루부시 중심이 일치하도록 위치 제어 역할을 담당한다. 로케이트링은 사출성형기마다 규격이 다르므로 금형사양서를 확인하고 맞는 크기로 제작해야 한다. 일반적으로 Ø100, Ø120, Ø150을 많이 사용하는데 틈새를 적용해서 외경을 Ø99.8, Ø119.8, Ø149.8로 제작하는 것이 좋다. 스프루부시(Sprue bush) 는 사출성형기 노즐에서 흘러나온 수지를 금형 캐비티로 운반하는 첫 관문이다. 스프루는 최초의 유로이며 성형면까지 직접 연결되거나 러너로 이어진다. 다이렉트 게이트 형식의 2단금형은 스프루가 제품면에 직접 연결되고, 3단금형은 수평러너와 수직러너 조합의 긴 유로와 게이트를 거쳐 용융수지가 캐비티로 진입한다. 고화된 스프루가 잘 빠져나오도록 스프루부시 내부의 원뿔 벽면을 빼기 방향으로 래핑해야 한다. 원뿔형태 유로의 체적이 크므로 고화가 잘 되도록 주변에 냉각을 설치한다. 스프루부시 머리 바닥에 가공되어 있는 구(球) 형상은 사출성형기 노즐 외경과 밀착시켜 수지가 새는 것을 방지해야 한다. 이를 위해 스프루부시의 구(球) 형상은 사출성형기 노즐 외경보다 1㎜ 크게 하고, 스프루 부시의 유로 시작 직경 또한 사출성형기 노즐 중앙에 뚫려 있는 구멍보다 1㎜ 크게 한다. 사출성형기 노즐과 맞닿은 스프루부시의 구(球) 부위는 마모 방지를 위해 화염열처리를 해서 경도를 끌어올린다. 로케이트링(왼쪽)과 스프루부싱(오른쪽) 로케이트링과 스프루부싱 조립

CSS 구멍과 축의 끼워맞춤 관계에서 구멍이 축보다 큰 것을 틈새라 하고, 축이 구멍보다 큰 것을 죔새라 한다. 끼워맞춤 방식은 3가지로 구분한다. 헐거운 끼워맞춤 은 구멍의 최소 치수보다 축의 최대 치수가 작은 경우로 틈새가 있다. 억지 끼워맞춤 은 구멍의 최대 치수보다 축의 최소 치수가 크거나 같은 경우로 죔새가 있다. 중간 끼워맞춤 은 헐거운 끼워맞춤과 억지 끼워맞춤 사이 값이다. 구멍과 축의 관계는 ISO가 분류한 IT(International Tolerance) 규정을 따르며, KS 규격에는 B 0401 '치수 공차의 한계 및 끼워맞춤'으로 명시되어 있다. 아래는 구멍 기준의 끼워맞춤을 표기한 예이다. 구멍 기준에서는 앞에 알파벳 대문자, 뒤에 소문자로 표기한다. 숫자가 작을수록 정밀한 가공이다. 헐거운 끼워맞춤 - H7e7, H7f6, H7f7, H7g6, H7h6, H7h7 (e~h) 중간 끼워맞춤 - H7js6, H7js7, H7k6, H7m6, H6n6 (js~n) 억지 끼워맞춤 - H7p6, H7r6, H7s6, H7t6, H7u6, H7x6 (p~x) 구멍의 IT 등급은 축보다 한 등급 큰 것을 적용한다(예를 들면 Ø50H7g6과 같이 기입한다). 구멍이 축보다 가공이 어렵기 때문이다. 구멍과 축의 치수는 기준치수, 최대허용치수, 최소허용치수, 치수공차, 위치수 허용차, 아래치수 허용차로 구성된다. 사출금형에는 밀핀, 코아핀, 슬리브핀, 가이드핀 부시, 스프루 부시 등 많은 원통형 부품들이 끼워맞춤 구조로 구성되어 있다. 프레스금형의 원형 펀치와 파일럿핀은 구멍기준 중간 끼워맞춤인 H7m5를 적용한다. H7f6와 H7g6는 구멍기준 헐거운 끼워맞춤으로 손으로 쉽게 조립이 가능한 수준이다. H7을 기준으로 하는 축의 끼워맞춤이 가장 많이 사용되고 있다. 상용하는 대표적인 구멍기준 끼워맞춤 상태 기호 설명  헐...

CSS 내구성 있는 금형을 제작하기 위해서는 금속재료의 여러가지 기계적 성질을 고려해야 한다. 대상 금속이 지닌 장단점을 이해하고 나서 금형설계에 착수해야 내구성 있는 금형을 만들고 결함을 제거할 수 있다. 금형은 장기간에 걸쳐 고온 고압하에서 사용하는 도구이므로 목적에 맞는 재료 선정이 매우 중요하다. 금속재료의 기계적 성질을 알기 위해 여러 형태의 재료시험을 진행한다. 기계적 성질을 확인하기 위한 재료시험 구분 시험종류 설명 정적 시험  인장시험 재료에 인장력을 가해 기계적 성질을 조사하는 시험이다. 항복점, 내력, 인장강도, 신장, 수축, 비례한도, 탄성한도 등을 확인할 수 있다. 응력-변형도 곡선으로 나타낸다. 가장 대표적인 공업적 시험이다.  압축시험 압축하중에 의한 강도, 변형을 조사하는 시험이다. 취성재료에 주로 적용한다.  굽힘시험 규정된 내측 반경으로 재료를 굽힐 때 구부러진 부분 표면에 생기는 결함을 조사하는 시험이다. 가압굽힘법과 감기굽힘법이 있다.  비틀림시험 재료의 비틀림 강도를 조사하는 시험이다.  전단시험 재료의 전단강도를 측정하는 시험이다.  경도시험 재료의 딱딱한 정도를 측정하는 시험이다. 로크웰경도, 비커스경도, 브리넬경도, 쇼어경도, 모스경도가 있다. 정적 시험  크리프시험 일정한 온도에서 일정한 하중을 가했을 때 시간 경과에 따라 발생하는 변형을 측정하는 시험이다. 내크리프성, 크리프 한도를 확인할 수 있다.  피로시험 재료에 반복하중(인장, 압축, 굽힘, 비틀림, 충격)을 가하고 파괴될 때까지의 반복 횟수를 구하는 시험이다. 반복 횟수와 응력과의 관계를 S-N 곡...

수송기기 산업에서 경량화는 오래 전부터 거론되는 핵심 주제이다. 가벼운 무게만을 목적으로 삼아서 플라스틱으로 차량의 모든 부품을 대체할 수는 없기 때문에 금속과 수지를 결합한 이종(異種) 소재 부품 개발이 두각을 나타내고 있다. 금속과 플라스틱은 기존의 방식에 의해 나사, 접착 본드, 테이프 등으로 접합할 수 있다. 기존의 이 방식들은 늘어나는 공정과 후속 공정간의 부품 이동시간, 반제품 및 재공품 증가, 접합 작업시간을 증가시키므로 일체화 성형을 위한 새로운 기술이 필요하다. 금속과 수지를 하나의 공정에서 결합시키기 위해 금속 표면처리 기술과 사출성형 기술 융합이 가능하다. 이 방법은 금속 표면에 미세 요철 구조를 만들고 이 금속을 금형에 삽입한 후 사출된 용융수지가 요철 구간을 감싸도록 하는 것이다. 금속표면의 미세한 요철은 충진된 수지가 떨어지지 않도록 앵커 역할을 수행한다. 사출성형은 용융수지가 금속 인서트 표면의 나노 또는 미크론 크기의 요철 부위를 차고 들어가도록 충진시킨다. 아래 그림에서 (a)는 화학 에칭으로 금속 표면에 요철 형상을 가공한 확대 단면이고, (b)는 용융수지가 성형되는 과정이다. 나노크기로 표면처리된 금속에 사출성형이 이루어지는 과정 금속표면처리 원천특허는 일본이 보유하고 있으며 오래 전부터 NMT(Nano Molding Technology)라는 명칭으로 기술 상용화를 시도했다. 아래 사진은 NMT의 화학 에칭 기법으로 알루미늄 표면에 미세한 요철을 생성시킨 전자현미경 확대사진이다. 왼쪽은 표면처리 전, 가운데는 표면처리 후, 오른쪽은 수지와 결합되어 있는 인서트 사출성형품의 단면 확대 사진이다.(위 연한 색이 수지, 아래 진한 색이 알루미늄) 요철의 크기는 nm이다. 표면처리한 알루미늄(Al5052)와 사출성형에 의한 결합체 확대단면 현재 실용화 분야는 MP3 및 스마트폰 케이스와 ECU(Electronic Control Unit)가 있다. 대만의 HTC사에서 최초로 NMT 기술...

금형 재료는 성형 특성과 성형품의 요구 품질, 금형수명 등 여러 조건을 고려하여 선정한다. 프리하든강은 기계가공 후에 열처리를 하지 않고 그대로 사용한다. 절삭가공 한계 근처 경도(HRC33~40)를 갖도록 조질 처리한 강재가 이에 속한다. 플라스틱 금형에 사용하는 프리하든강에는 HP1A, HP4A, HP4MA가 대표적이며 NAK80, PX5, P20 등도 해당된다. 금형수명을 연장시키기 위한 목적으로 가공 후 열처리를 하여 경도를 높이는 표면개질을 하는데 이러한 방식을 열처리 금형이라 한다. STAVAX 재질의 열처리 금형은 주로 대규모 양산이 필요한 소형 정밀부품에 사용하고 있다. 열처리 단계에서 변형이 발생하므로 밀링·드릴 가공→NC 황삭→열처리→평면 연마→NC 정삭 순으로 작업이 이루어진다. 플라스틱 금형강 종류 종류 경도(HRC) 구분 장점 용도  SM45C 6~22  기계구조용  탄소강  몰드베이스판재  일반금형부품  HP1A  HP4A  HP4MA 13~17 24~31 29~33  프리하든강  기계가공성  자동차범퍼  그릴  OA기기  CENA-1 40  프리하든강  경면가공성  내식성  TV BEZEL  TV REAR COVER  고품위 가전제품 외관  NAK80 38~42  프리하든강  석출경화형  경면가공성  내마모성  생활가전  화장품용기  STAVAX 45~54  스테인리스강  열처리금형  경면가공성  내식성  내마모성  광학부품  렌즈  도...

금형 제작에 사용하는 금속재료는 종류가 다양하기 때문에 용도에 맞는 재질을 선정해야 한다. 금형이 요구하는 강재는 사출원료(Resin)과 금형수명, 제품 특성에 따라 달라진다. 경도, 강도, 내식성, 내마모성, 내충격성, 절삭성, 경면사상성, 열처리 효과 등은 재료 선정의 중요한 기준이다. 성형품 양산 수량, 성형품 형상, 성형사이클 및 금형소재의 기계적 성질과 가공성을 종합적으로 고려하여 선정하도록 한다. 아래는 금형강이 갖추어야 할 조건이다. 금형강이 기본적으로 갖추어야 할 조건 구비조건 설명   내마모성   경도와 강도  동작하는 부품 사이에서 발생하는 마찰과 마모를 극복하고 성형시  작용하는 사출압력을 견뎌내야 한다. 성형부 표면 손상은 제품에  그대로 반영되므로 경도가 높아야 한다.   내충격성  성형시 반복적으로 금형에 작용하는 내부 및 외부충격과 성형압력을  충분히 극복해야 한다.   내식성  금형 표면에 부식이 발생하지 못하도록 내식성이 우수한 합금원소를  포함하고 있어야 한다. 용융수지는 금속을 부식시키는 가스를 내포  하고 있다. 스테인리스강은 내식성이 우수하다.   절삭성   기계가공성  원하는 형상을 효율적으로 절삭가공하고 공구마모를 최소화할 수  있어야 한다. 치수정밀도를 높이기 위한 연마 가공성이 좋아야 한다.  기계가공 시간은 금형원가에서 가장 큰 비중을 차지한다. 경도가 우수  해도 절삭성이 나쁘면 금형재료 선정에 주의해야 한다.   경면사상성  고품위 제품의 미려한 표...

표면처리는 산화, 마모 등을 방지하기 위해 부품 표면에 다른 금속이나 세라믹 등의 얇은 막을 씌워 표면의 질을 향상시키는 기술이다. 주된 목적은 부품의 원소재가 가지고 있는 물리적, 화학적, 감성적 한계를 극복하기 위함이다. 대표적인 표면처리 공정은 증착법이며 여기에는 TD 코팅, PVD 코팅, DLC 코팅이 있다. 코팅 효과를 극대화하기 위해 대상물 표면은 절삭버(Burr)가 없고 매끄러워야 하며 오염물이 묻지 않도록 주의해야 한다. TD(Toyota Diffusion) 코팅 은 일본 토요타 자동차에서 개발한 침탄 처리 방식이다. 합금강 자체에 포함되어 있는 탄소에 바나듐을 결합시켜 VC(Vanadium Carbide)층을 만든다. 초경합금보다 높은 경도와 내마모성을 보이고, 스테인리스강보다 내식성이 우수하다. 초고온 염욕에 담가야 하기 때문에 변형이 생길 수 있다. 경도는 HV3500 이상이다. 크로마이징(Chromizing) 코팅 은 크롬 분말을 가스 활동으로 모재 표면에 증착 확산시키는 방식이다. TD 코팅과 유사한 경도를 보이고 내마모성과 내식성이 우수하다. PVD(Physical Vapor Deposition) 코팅 은 물리증착법으로 강한 전압과 플라즈마를 이용해서 모재 표면에 CrN(질화 크롬), TiN(질화 티타늄) 등을 증착시키는 방식이다. 내식성과 내마모성이 좋다. 고급 시계 케이스에 많이 적용하고 있다. 경도는 HV1500~2500이다. DLC(Diamond Like Carbon) 코팅 은 다이아몬드의 높은 경도와 흑연의 윤활성을 결합시킨 방식이다. 대상물 표면에 다이아몬드와 유사한 구조의 탄소막을 형성시킨다. DLC 코팅은 윤활성이 좋아 사출금형 캐비티에 적용하면 유동이 좋아져 미세패턴 전사에 유리하다. 내식성이 좋아 가스 발생에 의한 표면 오염을 방지한다. 내마모성, 이형성, 절연성에도 우수한 성질을 나타낸다. 금속, 플라스틱, 세라믹 등 여러 재료에 적용 가능하며...