소개
강철은 금형 제작에 있어 중요한 재료로, 각기 다른 용도에 적합한 고유한 특성을 가진 다양한 종류가 있습니다. 올바른 강재를 선택하는 것은 금형의 내구성, 성능 및 효율성을 보장하고 최종 제품의 품질과 수율에 직접적인 영향을 미치므로 매우 중요합니다. 그렇다면 금형 제작에 사용되는 강재와 그 특성, 제품의 소재와 수율에 따라 적합한 강재를 선택하는 방법에 대해 자세히 알아보겠습니다.
금형 제작에 사용되는 강철의 종류
- 탄소강
- 합금강
- 공구강
- 스테인리스 스틸
각 유형의 강철은 경도, 인성, 내마모성, 기계 가공성 등 고유한 특성에 따라 선택됩니다.
탄소강
탄소강은 경제성과 가용성으로 인해 널리 사용되고 있습니다. 탄소강은 다양한 양의 탄소를 함유하고 있으며 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 나눌 수 있습니다.
- 저탄소 강철: 최대 0.3%의 탄소가 함유되어 있습니다. 비교적 부드럽고 가공하기 쉽지만 경도와 내마모성이 부족합니다.
- 중간 탄소강: 탄소 함유량이 0.3%~0.6%입니다. 경도와 연성 사이의 균형을 유지하여 적당한 강도와 내마모성이 요구되는 금형에 적합합니다.
- 고탄소강: 0.6%~1.4%의 탄소가 함유되어 있습니다. 매우 단단하고 내마모성이 뛰어나지만 부서지기 쉽습니다. 고강도 및 내마모성이 필요하지만 충격이 적은 금형에 사용됩니다.
합금강
합금강은 크롬, 니켈, 몰리브덴과 같은 다양한 원소를 혼합하여 특성을 향상시킵니다.
- 크롬-몰리브덴 강철: 인성과 내마모성으로 잘 알려져 있습니다. 일반적으로 플라스틱 사출 및 다이캐스팅용 금형에 사용됩니다.
- 니켈-크롬 강철: 인성, 경도, 열 및 부식에 대한 저항성이 뛰어납니다. 고응력 애플리케이션에 사용되는 금형에 적합합니다.
공구강
공구강은 공구 및 금형 제조에 사용하도록 특별히 설계되었습니다. 공구강은 절삭날 유지 능력, 변형 저항성, 고응력 조건에서의 수명 등을 기준으로 분류됩니다.
- A-시리즈(공기 경화): 크롬 함량이 높아 내마모성과 경도가 우수합니다.
- D-시리즈(고탄소, 고크롬): 내마모성이 뛰어나며 냉간 가공 분야에 사용할 수 있습니다.
- H-시리즈(열간 가공): 고온 응용 분야를 위해 설계되어 고온에서도 경도와 강도를 유지합니다.
스테인리스 스틸
스테인리스강에는 크롬이 10.5% 이상 함유되어 있어 내식성이 뛰어납니다. 내식성이 중요한 금형에 사용됩니다.
- 마르텐사이트 스테인리스 스틸: 열처리로 경화되어 내마모성이 우수하고 적당한 내식성을 제공합니다.
- 오스테나이트 스테인리스 스틸: 내식성이 뛰어나지만 마르텐사이트 유형에 비해 경도가 낮은 것으로 알려져 있습니다.
금형강의 경도
경도는 금형강 성능의 핵심 요소입니다. 경도는 로크웰 경도 척도(HRC) 또는 브리넬 경도 번호(BHN)를 사용하여 측정합니다. 다음은 다양한 금형강에 대한 일반적인 경도 값입니다:
- 저탄소강: 70-80 BHN
- 중간 탄소강: 120-180 BHN
- 고탄소강: 200-300 BHN
- 크롬-몰리브덴 강철: 180-230 HRC
- 니켈-크롬 강철: 250-350 HRC
- A-시리즈 공구강: 50-65 HRC
- D-시리즈 공구강: 55-62 HRC
- H-시리즈 공구강: 40-55 HRC
- 마르텐사이트 스테인리스: 40-50 HRC
- 오스테나이트 스테인리스: 150-200 BHN
소재 및 수율에 따른 강재 선택
금형강 선택은 성형되는 재료의 유형과 제품의 원하는 수율에 따라 영향을 받습니다. 다음은 몇 가지 가이드라인입니다:
성형 중인 재료
- 범용 플라스틱(예: 폴리프로필렌, 폴리에틸렌)의 경우 경도와 내마모성이 중간 정도인 중탄소강 또는 A 시리즈 공구강을 사용할 수 있습니다.
- 마모성 플라스틱(예: 충전 폴리머)의 경우 내마모성이 우수한 고탄소강 또는 D 시리즈 공구강이 선호됩니다.
- 금속 재료:
- 알루미늄, 아연 등 비철금속 다이캐스팅의 경우 고온에서도 경도를 유지하는 H 시리즈 공구강이 이상적입니다.
- 더 단단한 금속(예: 강철 합금)의 경우 고탄소강 또는 크롬-몰리브덴강과 같은 합금강이 필요한 강도와 내마모성을 제공합니다.
원하는 수율 및 금형 수명
- 대량 생산:
- 많은 수의 부품을 생산할 것으로 예상되는 금형의 경우, 내마모성이 높은 공구강(예: D 시리즈)은 시간이 지나도 금형 무결성을 유지하는 데 필수적입니다.
- 크롬-몰리브덴 강철은 인성이 강하고 반복적인 사용에도 견딜 수 있어 좋은 선택입니다.
- 소량 생산:
- 생산량이 적은 경우 중탄소강 또는 저탄소강의 비용 효율성이 유리할 수 있습니다. 특수 강재의 높은 비용 없이도 충분한 내구성을 제공합니다.
- 정밀도 및 표면 마감:
- 광학 부품이나 의료 기기처럼 정밀하고 높은 표면 마감이 필요한 경우 내식성과 미세한 마감 처리가 가능한 마르텐사이트계 스테인리스강과 같은 스테인리스강이 적합합니다.
- 복잡한 디테일이 필요한 복잡한 금형 형상의 경우 열처리 시 가공성과 안정성이 뛰어난 A 시리즈 공구강이 선호됩니다.
결론
금형 제작에 적합한 강재를 선택하는 것은 금형의 성능, 내구성 및 비용 효율성에 영향을 미치는 중요한 결정입니다. 사용 가능한 강재의 종류, 특성 및 경도를 이해하면 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다. 성형할 재료, 생산량, 원하는 수율과 같은 요소는 이 선택 과정에서 중요한 역할을 합니다.
제조업체는 이러한 측면을 신중하게 평가하여 선택한 금형강이 적용 분야의 특정 요구 사항을 충족하여 고품질 제품과 효율적인 생산 공정으로 이어질 수 있도록 보장할 수 있습니다. 플라스틱 사출 성형, 다이캐스팅 또는 고정밀 응용 분야에 관계없이 올바른 금형강은 금형이 최적의 성능을 발휘하도록 보장하여 장기적인 신뢰성과 가치를 제공합니다.
