6.7.4 다이스 설계

압출형재의 양부는 다이스설계에 의한 것이 크며 다이스 및 다이스를 둘러싼의 설계는 압출가공에 있어서 가장 중요한 인자 중 하나이다. 설계는 다이스설계자와 다이스수정자(압출기 운용자 포함)와의 일상관찰을 반복하고 경험과 데이터의 축적, 그리고 양자간의 피드백에 의해 향상되어 왔다.
소위 현장경험을 우선하는 기술이었지만 오늘날 컴퓨터기술의 발전과 이용으로 CAD/CAM시스템의 다이스설계 도입이 기술을 크게 변화시켰다.

6.7.4.1 다이스설계
다이스설계에서는 제품의 특성(재질, 단면형상, 표면, 품질), 압출기의 능력(최대압력, 압출가능외접원), 후면설비의 처리능력과의 균형을 가미해 다이스 타입, 구멍개수 및 레이아웃을 정한다.
(1) 기본적 고안
①다이스는 압출기의 컨테이너에 대해 중심을 일치시켜 메탈플로의 균형을 잡아균일한 속도로 압출되도록 설계한다.
②제품형상(허용대기)의 용도에 맞는 설계를 한다.
③압출 및 다이스수정의 작업성을 고려한설계를 한다.
④각종 공작기계 및 공구를 이용해 가공할 수 있는 설계를 한다.
(2) 결정요소
다이스홀 수는 압출비, 외접원, 품질(굽힘, 뒤틀림, 흠 등), 재료수율을 고려해서 결정한다. 다이스홀의 위치에 따라 다이스설계의 양부가 거의 결정되므로 여러요소를 고려해야 한다.
①원칙으로서 다이스홀의 배려는 다이스의 중심과 빌렛의 중심을 일치시킨다.
②다공수인 경우는 다양한 배치, 배향이 있으며 메탈플로, 작업성을 고려해서 선택한다. 특히 압출비는 압출형재의 크기와 압출홀 수를 제어하는 것이며 가장 중요한 인자이다.
③압출된 형재는 흠이 잘 생기므로 런아웃 테이블에 접속하는 면은 사용될 때 보이지 않는 부분이 되도록 한다. 중공형재(空洞)에 있어서의 용착선은 형재의 구석부분, 또는 사용상 보이지
않는 부분이 되도록 한다.
(3) 다이스의 단면형상
컨테이너 내 메탈플로방향은 다이스 개구부에 따라 달라지지만 일반적으로는 컨테이너의 내벽과 빌렛과의 마찰에서 빌렛의 중심부가 빠르고 빌렛의 외주부에 가까워질수록 메탈의 흐름은 늦다. 이러한 이유로 빌렛중심부에서는 베어링을 길게하고 빌렛의 외주부에 가까워질수록 베어링길이를 짧게 한다. 또 두꺼운 부분과 얇은 부분이 있는 단면형상의 경우 두꺼운 부분은 얇은 부분보다 베어링을 길게 하고 메탈의 흐름을 같도록 한다. 그러나 다이스설계, 컨테이너온도, 빌렛온도, 다이스온도 등의 조건을 모두 적절하게 한다 해도 양호한 압출형재를 얻을 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우 균형을 잡는 방법으로 일반적인 것은 베어링의 길이 및 베어링면의 쵸크, 릴리프가 있다. 홀로우다이스에서는 메탈홀형상을 조정한다. 동일단면형상에 두꺼운 부분과 얇은 부분이 공존할 경우 두꺼운 부분의 베어링을 길게 해서 압출저항이 같도록 한다. 또 홀로우다이스의 압출에는 형재에 용착선이 나오므로 제품상 지장이 없는 부분에 하도록 설계한다.
최근에는 베어링길이나 베어링면에서 메탈플로를 콘트롤하기보다 웰트 ·포멧이나 메탈홀의 설계에서 콘트롤하는 경우가 대부분이다. 압출된 형재에 있어서 품질 및 양호한 제품특성을 얻는 중요한 포인트는 설계기술과 다이스 제작기술의 정도 향상이 불가결하다.

6.7.4.2 다이스설계의 CAD화에 관해
종래 공장간에 있어서 다이스설계의 고안, 혹은 도면의 작성방법의 차이, 보유설비, 수정기술의 차이, 설계에 관련된 인력과 시간등의 문제해결, 개인적인 경험의 숙련에 의한 기능의 상이람을 시정하고, 형재의 정도향상을 꾀하는 것에서 컴퓨터에 의한 자동설계(대화식 CDA시스템)의 도입이 급속하게 전개되어 왔다.
도입에 따른 효과로는
①설계표준의 매뉴얼화 및 설비에 의한 다이스설계기술의 향상
②설계기술향상에 의한 형재단면의 복잡화에 대한 대응
③다이스설계, 도면작성의 효율향상에 의한 단납기대응
④개인차가 없는 설계 및 정확한 설계계산
⑤다이스신뢰성향상에 의한 보충형 감소
⑥NC테이프작성에 의한 가공불량의 감소
등을 들 수 있으며 여러 조건과 요인이 해석되고 표준화 및 수치화되어야 한다.
CDA시스템에 의한 다이스설계는 생산에 필요한 외부정보로서의 형상, 중량, 치수허용차, 압출합금계 및 설계기준치로 다이스강도계산치, 압출기, 인치, 마우스수, 보전공구의 선택, 다이스홀 치수, 다이스홀수, 베어링길이, 도형모델로서의 형재레이아웃, 포트부의 배치, 베어링형상 등이 필요하다.
정보로서의 입력치는 경험값, 실측값을 해석하고 패턴화한 해석치를 수치화해서 표준화하고 있다. 이 입력값은 다수의 테이터를 수집하고 정확하게 해석해서 수치화하는 것이 다이스설계의 CDA시스템을 유효하게 기능화하는 키포인트가 된다.
또한 시스템의 하드구성은 다음과 같다.
다이스설계에 있어서 컴퓨터처리(CAD)시스템의 하드구성은 중앙처리장치(컴퓨터자기테이프, 자기디스크를 포함), 단말기(디스크 플레이터미널, 그래픽디스플레이)와 기타(하드컴퓨터, 플로터, 프린터, NC테이프리저팬쳐)로 구성된 도면작성처리, 설계검토처리, 설계처리, 도면화처리, NC데이터작성을 처리한다.
여기서 작도처리는 형상도형, 치수선의 작성, 설계검토처리는 도형계산(면적, 둘레길이, 중심, 기타), 설계처리는 다이스, 보조공구의 제형상, 치수결정, 도면화처리에서는 승인도, 다이스, 보조공구의 작도 및 NC데이터작성처리는 NC가공의 실패스데이터(seal pass data)를 교환한다.

6.7.5 다이스의 가공방법
다이스설계의 CAD화의 발전과 함께 다이스가공의 분야에 있어서 공작기계의 nc화, CNC화는 CAM시스템을 비약적으로 발전시켰다. 소위 숙련을 필요로 한작업을 컴퓨터제어에 의한 기계로 치환했다. 그 대표적인 장치가 NC정반, NC밀링기(milling), NC방전가공기, 와이어방전가공 및 머시닝센터는 현저한 가공정도의 향상, 공정수의 저감을 도모하고 있다.
또 CAD셀계에서의 NC데이터에 의한 테이프 자동작성, 혹은 가공기로의 DNC(Direct NC) 시스템은 가공공장에서의 인력감축화, 동력절약화를 이룩하고 라인에서의 다능공화(多能工化), 다대수(多臺數)보유 등을 가능하게 하고 제조원가의 절감, 단납기, 반복가공정도 향상에 크게 기여하고 있다.
최근 다이스가공의 큰 특징은 드릴머신에의한 천공가공, 밀링커터에 의한 절삭가공등이 머시닝센터가공에 대체되고 다수의 공정이 일회 세트로 동일기계에서 가공할 수 있는 핸드링의 절감과 정도향상도 도모한다. 또 위치결정정도의 향상부터 공동가공에서는 웅형과 자형을 별도로 가공하는 분리가공이 가능하게 되었다.
한편 와이어방전가공기의 진보는 종래 방전가공기의 전극소모에 의한 정도(精度) 불균형을 시정하고 베어링방전, 테이퍼커트방전가공에 의한 릴리프홀(relief hole) 방전가공시간의 단축, 베어링표면조도를 현저하게 개선한다. 또 종래의 홀로우다이스에 있어서 웅형 ·자형을 일체로 한 베어링퀀칭방전가공을 하고 웅형은 머시닝센터에서 가공해 특수부위만통상 방전가공으로 퀀칭분리가공을 가능하게 했다. 그러나 이들 NC공작기계, 머시닝센터의 사용은 팽대한 가공조건(공구재질, 사용공구의 선택, 절삭궤도, 절삭순위, 절삭속도, 회전수 등)의 축적과 선택, 방전가공기에 있어서의 방전조건을 바르게 선택하면 가공정도를 얻을 수 있다.
다이스가공에 있어서 최근의 공작기계의 발전은 현저하며 방전가공부문에서는 고속도가공, 테이퍼커트 와이어방전가공의 발전이 있으며 절삭가공부문에 있어서는 머시닝센터의 발전이 다이스가공의 공정감소, 인력감소화, 정도향상 등을 가능하게 한다. 특히 흥미깊은 사례로서 머시닝센터에 있어서 항온도절삭가공법이 있다. 이 방법은 절삭열을 최대한 고압냉각재에 의해 제거하
고 절삭가공이 기대되고 있는 역할을 충분히 발휘하는 가공이다. 냉각제의 공급은 외부에서 가공영역에 적절한 방법과 주축 내부에서 토출되는 고압축 관통냉각재 방법이 있다. 열처리를 끝낸각종 금형용 난삭재(難削材)도 보통 초경공구에서 고능률도 가공할 수 있으며 칼날의 수명이 크게 이바지 한다. 따라서 다이스가공에 있어서 종래의 가공도중에 열처리를 삽입한 공정에서 열처리를 최초의 공정으로 하고 머시닝센터에 의한 항온도절삭가공법을 주체로 한 공정으로 대신해 공정생략, 인력감축, 정도의 향상 등을 추진할 수 있다.

(남선알미늄 알루미늄기술편람 발췌)