메탈 스피닝과 하이드로포밍: 기존 다이 스탬핑의 비용 효율적 대안

필요 수량이 포밍 다이 제작엔 너무 적습니까? 시제품만 필요합니까? 스탬핑과 딥 드로 스탬핑의 대안으로 주목할 만한 두 공정, 메탈 스피닝과 하이드로포밍을 소개합니다.

탑햇, 믹싱볼, 로켓 노즈콘 같은 형상은 만들기 쉽지만, 대량 생산하려면 포밍 다이에 투자해야 합니다. 이는 소량만 필요한 프로젝트에 상당한 비용을 더하고, 납기 리드타임에 수주에서 수개월을 추가합니다.

좋은 소식은 대안이 있다는 것입니다. 하이드로포밍과 메탈 스피닝은 성숙하고 예측 가능한 가공 공정이지만, 일반적으로 잘 알려지지 않았습니다.

두 금속가공 방식 모두 전용 툴링이 필요한 저물량 작업에서 경쟁력이 있으며, 그렇지 않으면 제작이 비현실적인 부품을 생산할 수 있습니다. 메탈 스피닝과 하이드로포밍에 대해 알아야 할 내용을 정리했습니다.

제조업에서 메탈 스피닝이란?

볼, 탑햇 같은 부품을 견적 내며 '이게 어떻게 만들어지지?' 궁금했던 공작기계 조작자들을 위해 설명합니다. 메탈 스피닝은 원하는 공작물 내부 형상과 같은 모양과 크기로 가공된 맨드릴 위로 금속 시트를 부드럽게 눌러 형상을 만듭니다.

보통 '냉간' 공정이라 타이트한 영역과 코너, 가공 경화가 우려되는 곳으로 금속이 잘 흐릅니다. 참고: 블로토치로 금속을 더 연하게 만들기도 합니다.

알루미늄, 구리, 황동, 탄소강 및 스테인리스강, 티타늄과 인코넬 같은 슈퍼합금 등 연성 금속이면 모두 메탈 스피닝에 적합합니다.

예를 들어 스테인리스강 종을 만든다면, 종 모양 맨드릴을 선반 스핀들에 장착합니다. 맨드릴은 목재, 경질 플라스틱, 대량 작업용 금속으로 만듭니다.

종 외면 최대 길이보다 약간 큰 디스크가 필요하며, 두께는 대략 1/8인치 정도지만 종 크기에 따라 다릅니다. 일부 전문 숍은 1인치 이상 두께도 스피닝 가능하다고 합니다.

메탈 스피닝 작동 영상. 출처: Good Machine

디스크를 맨드릴 끝에 위치시키고, 테일스톡 장착 라이브 센터 같은 회전 압력 패드로 맨드릴에 고정합니다. 선반 스핀들을 작동하면 '스푼'이라 불리는 적절한 공구로 압력을 가해 금속을 원하는 형상으로 점차 밀어 넣습니다.

종종 수작업 공정입니다. 선반과 힘센 팔이 존재하는 한 장인들은 금속 부품을 스피닝해왔습니다. 하지만 더 높은 정밀도와 생산성을 제공하는 CNC 스피닝 머신도 있습니다. 이 경우 롤러형 공구를 사용합니다.

메탈 스피닝은 폐기물이 거의 없습니다.

종 예시에서 스크랩은 성형 후 잘라내는 밑동의 좁은 링뿐입니다. CNC로 균일 벽 두께 ±0.015인치 정밀도와 미러 피니시가 가능합니다(버니싱 타입 스푼 또는 롤러 공구 적용 시). 그렇지 않으면 공구 자국이 보일 수 있습니다.

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제조업에서 하이드로포밍이란?

하이드로포밍은 메탈 스피닝과 몇 가지 유사점이 있지만, 변위 메커니즘이 완전히 다릅니다. 예를 들어, 완성 공작물보다 약간 큰 블랭크를 시작점으로 사용합니다.

반드시 원형일 필요 없습니다. 코너가 둥글다면 다각형과 불규칙 형상도 생산 가능합니다. 메탈 스피닝처럼 다양한 연성 금속을 성형할 수 있지만, 하이드로포밍은 더 얇은 게이지 소재와 더 복잡한 부품 형상에 유리합니다.

맨드릴이 관여하지만 회전하지 않으며 스푼이나 롤러 공구가 필요 없습니다. 맨드릴은 일반 프레스처럼 생긴 기계 베드에 놓습니다. 이때 맨드릴을 남성 펀치로 생각하면 됩니다.

참고: 형상이 다른 여러 맨드릴을 동시에 사용할 수 있습니다. 차이점은 다이 역할을 하는 엘라스토머 블래더의 존재입니다.

하이드로포밍 작동 영상. 출처: Jones Metal Products

하이드로포밍 기법: 플루이드 셀 포밍

플루이드 셀 하이드로포밍, 튜브 하이드로포밍, 딥 드로 하이드로포밍 등 다양한 기법이 있습니다. 모두 유압을 이용하지만, 일부는 메탈 스피닝처럼 여성 맨드릴을 사용합니다. 다른 유형은 소재 가장자리를 잡아 주름 방지 메커니즘을 쓰며, 블래더 대신 맨드릴을 움직이는 것도 있습니다.

플루이드 셀 하이드로포밍으로 작동 원리를 살펴보겠습니다.

공작물 블랭크를 맨드릴 위에 올린 뒤 램이 내려와 작업 공간을 밀봉하고, 수천 파운드의 유압이 가해집니다. 이로써 블래더가 소재에 눌려 아래 남성 금형에 맞춰 형상을 만듭니다.

딥 드로잉 공정과 비슷하게 생각할 수 있습니다. 단순화일 수 있지만 복잡한 공정이며, 사용 기법에 따라 더 많은 단계가 필요할 수 있습니다.

더 많은 축으로 더 많은 부품을 생산해야 하나요? 방법을 알아보세요. "고성능 가공을 도입할 때인가?"를 읽어보세요.

메탈 스피닝과 하이드로포밍의 이점은?

메탈 스피닝과 하이드로포밍은 기존 딥 드로잉의 훌륭한 대안입니다. 툴링 투자가 기존 성형 공정의 일부분에 불과합니다. 세팅 시간도 더 짧고 유연성도 높습니다.

이 기술들은 대량 생산 시나리오에서도 경쟁력이 있습니다. 특히 하이드로포밍은 항공우주와 자동차 산업에서 다양한 복잡한 양산 부품에 널리 쓰입니다.

딥 드로 스탬핑의 단점이나 장점은 무엇입니까? 스피닝이나 하이드로포밍을 검토해보셨습니까? 금속가공 포럼에서 동료들과 이야기해보세요. [등록 필요]