금형 마모의 측정 과제 해결

이상 마모

이상 마모가 발생하면 금형의 캐비티나 코어에 동작 불량이나 파손 등 치명적인 손상이 발생합니다. 대표적인 이상 마모에는 다음의 5종류가 있습니다. 이 중 금형에서 많이 보이는 이상 마모는 연마 마모와 응착 마모로 이 2개의 마모 형태는 「긁힘」이라고도 불립니다.

연마 마모:

연마 마모에는 「이원 마모」와 「삼원 마모」가 있습니다. 이원 마모는 부드러운 쪽의 부재에 딱딱한 쪽의 부재가 박혀 발생하는 마모입니다. 또한 삼원 마모는 경질의 마모분(경질 입자) 등에 의해 금형 표면이 기계적으로 깎이는 현상으로 「긁힘 마모」라고도 불립니다.

응착 마모:

부재의 돌기 사이의 접촉부가 응착을 일으켜 응착부가 박리되어 마모되는 현상입니다. 「눌어 붙음」이라고도 합니다.

피로 마모:

연마 마모도 응착 마모도 발생하지 않는 경우의 마모입니다. 작동과 정지의 반복에 의해 금속이 피로한 결과로 발생하는 마모입니다. 반복 응력에 의해 표면이 가공 경화를 일으키고 시간이 경과하면 미세한 균열이 발생합니다. 미세한 균열은 곧 균열이 되어 표면이 벗겨집니다. 이 중 미세한 균열을 발생시키는 전단 응력은 표면에서 약간 내부로 들어간 곳에서 최대가 됩니다. 그리고 여기가 기점이 되어 균열이 발생. 비늘 모양으로 벗겨지는 현상(플레이킹)이나 크게 평면 모양으로 벗겨지는 현상(필링)이 발생합니다.

미동 마모(프레팅 마모):

결합 부분의 표면에 마찰력을 수반한 미세한 반복 운동(프레팅)에 의해 발생하는 미세한 피칭 형상의 마모입니다. 미동 마모를 일으킨 표면에는 미세한 균열이 발생합니다. 이 부분에는 외부 하중과 프레팅에 의한 마찰력이 복합적으로 작용하기 때문에 피로에 대한 강도가 본래의 1/2 이하로 저하되어 피로 파괴에 의해 파단되는 경우가 있습니다.

부식 마모:

부식성 분위기 속에서 금속간에 생긴 전위차에 의해 슬라이딩부가 누락되고 한층 더 마찰이 가해져 급속하게 손상되는 마모입니다. 「화학 마모」라고도 합니다. 마찰의 기계적 작용과 기체나 액체의 분위기와의 화학적 작용에 의해 발생하며 액체 분위기에서의 발생은 「침식· 부식」이라고도 불립니다.

정상 마모

정상적인 사용에서 응착 마모나 연마 마모가 발생하지 않는 마모입니다. 정상 마모는 초기 마모와 정상 마모로 분류됩니다. 초기 마모는 「친숙한 마모」라고도 하며 운전 개시 후 부재의 미세한 요철이 제거되는 마모입니다. 정상 마모는 사용을 계속함으로써 발생하는 정상 마모로 정상 마모가 관리된 예정 치수에 도달했을 경우 새로운 부품으로 교체하면 금형의 고장이나 결함을 미연에 방지할 수 있습니다.

연마 마모의 대책

연마 마모의 대책은 이원 마모와 삼원 마모에 따라 다릅니다.

이원 마모의 경우:

이원 마모에 대한 대책으로는 부재의 경도를 높이거나 탄화물을 많이 포함한 강종의 적용을 들 수 있습니다. 또한 일반적으로는 표면이 경질일수록 내마모성이 양호해지기 때문에 금형에의 담금질이나 질화 처리 등이 유효합니다.

삼원 마모의 경우:

삼원 마모에 대해서는 기계의 접동면을 완전히 밀봉하여 토사나 연삭성 입자가 혼입되지 않도록 합니다. 또한 혼입된 경우에 신속하게 제거할 수 있도록 윤활계통에 필터를 설치하는 등의 대책도 유효합니다.

응착 마모 대책

응착 마모의 대책은 필요한 경도와 인성을 갖춘 금형 소재의 사용을 생각할 수 있습니다. 그러나 실제로는 금형 소재의 개선만에 의한 대책에는 한계가 있습니다. 이 때문에 금형 표면과 워크와의 마찰 계수를 낮추고 응착을 일으키지 않는 대책이 필요합니다. 특히 윤활의 최적화는 중요하며 윤활제의 균일한 도포나 윤활 끊김을 일으키지 않는 금형 설계와 가공 조건의 최적화가 요구됩니다. 또한 경질 표면 처리도 마찰 계수를 낮추는 데 효과적입니다.

윤곽 형상 측정기를 이용한 금형 마모의 측정 과제

윤곽 형상 측정기는 스타일러스라고 하는 촉침을 이용하여 대상 물체의 표면을 추적하여 그 윤곽 형상을 측정, 기록하는 장치입니다. 최근에는 촉침 대신 레이저를 이용하여 비접촉으로 윤곽을 스캔함으로써 복잡한 형상의 측정에 대응할 수 있는 기종도 있습니다. 또한 기종에 따라서는 상하 양면의 측정이 가능한 것도 있습니다.
윤곽 형상 측정기에서는 측정 포인트에 대해 정확한 측정 라인을 취해야 합니다.

그래서 다음과 같은 과제가 있었습니다.

• 금형을 지그에 고정하거나 레벨링 등의 작업에 시간이 걸립니다. 또한 정확한 레벨링을 위해서는 윤곽 형상 측정기에 관한 지식이나 스킬이 필수입니다.
• 윤곽 형상 측정기의 촉침은 촉침 암의 지점을 중심으로 상하로 원호 운동하고, 촉침 선단 위치는 X 방향으로도 이동하기 때문에 X축 데이터에도 오차가 발생합니다.
• 원하는 대로 바늘을 통과시키는 작업은 매우 어렵고 미묘한 바늘의 어긋남이 측정값 편차의 원인이 됩니다.
• 일부 측정값 밖에 구할 수 없기 때문에 면에서의 평가를 할 수 없습니다.

3차원 측정기에서의 금형 마모 측정 과제

일반적으로 3차원 측정기에서는 측정 부분에 프로브를 대고 스캔(실행), 「스캐닝(모방)」이라는 방법으로 측정합니다. 스캐닝 측정은 일정한 피치에서 여러 점을 측정합니다.

이 측정 방법에는 다음과 같은 과제가 있습니다.

• 원통의 중심이나 굴곡을 수직으로 지나는 선, 원의 중심을 지나는 선 등 원하는 곳으로 프로브가 지나도록 하는 것이 매우 어렵습니다. 또한 중심 각도가 얕은 각 R의 경우 짧은 원호에서 원주 전체를 산출하기 때문에 약간의 측정 오차가 크게 확대됩니다. 이러한 측정 부분의 어긋남이 미묘한 값의 편차를 유발하는 경우도 있습니다.
• 작은 부분의 3차원 형상을 측정하는 경우 프로브를 측정 위치에 맞추지 못할 수 있습니다. 또한 측정 정밀도는 측정할 점과 선의 수에 비례하므로 많은 부분을 측정해야 합니다.

이와 같이 현장의 모든 사람이 정확하게 측정할 수 있는 것은 아니고 측정할 수 없는 부분이 있으며 나아가 측정기의 설치 장소도 한정되는 등 큰 과제가 있었습니다.

장점 1: 최속 1초만에 다점 측정 가능

「VR 시리즈」는 원 샷 최속 1초만에 대상 물체의 3D 형상을 면(80만점의 데이터)으로 측정할 수 있기 때문에 지금까지 다점 측정에 걸렸던 시간을 비약적으로 단축합니다. 대상 물체 표면 전체의 최대·최소 요철을 순식간에 정확하게 측정해 설정한 공차로 대상 물체의 모든 부분을 신속하게 평가할 수 있습니다. 이를 통해 마모량이나 결함 등의 정의가 어려운 상태도 관리할 수 있습니다.

또한 일단 워크를 스캔하면 과거의 측정시와는 다른 부분의 프로파일(단면 형상)을 측정하는 것도 가능합니다. 일부러 동일 개체를 다시 준비하여 재측정할 필요는 없습니다.

• 자세히 보기
• 상담·문의

장점 2: 비교 측정 가능. CAD 데이터와의 비교도 가능하다.

「VR 시리즈」는 효율적으로 데이터를 수집할 수 있을 뿐만이 아닙니다. 측정 데이터는 목록으로 표시할 수 있는 것은 물론 모든 데이터에 같은 해석 내용을 일괄 적용하는 것이 가능합니다.
예를 들어 새로운 금형으로 만든 제품과 오래된 금형으로 만든 제품의 형상을 측정하여 금형에 의한 형상의 차이를 파악할 수 있습니다.게다가 CAD 데이터를 읽어들여 기준품과 비교해 NG품과의 사이에 얼마나 차이가 있는지 등도 한눈에 확인할 수 있습니다. 이를 통해 금형 마모를 정량적으로 분석·평가할 수 있습니다.

또한 지금까지 많은 수고와 시간이 필요했던 복잡한 형상의 대상 물체도 신속하게 측정할 수 있습니다. 그리고 측정 결과는 모두 데이터화되기 때문에 후의 데이터 비교나 해석 작업의 수고도 크게 경감할 수 있습니다.

• 자세히 보기
• 상담·문의