피어싱 펀치의 금속표면 순간열처리법(WPC)에 의한 기계적 특성 변화에 관한 연구 = A Study on the Mechanical Property Changes of Piercing Punches by WPC

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 많은 프레스 펀치의 제조업의 금속 가공 공정에서 중요한 이슈인 내구수명 증대 문제와 알루미늄 판재의 칩핑성 문제는 도구의 내구 성 저하와 공정 불량을 초래한다는 관점에서 연구하였다. 이러한 문제는 생 산성 저하와 공정 불량률 증가로 이어질 수 있으며, 이에 따른 교체 비용과 유지 보수 비용이 상당히 증가한다, 이를 개선하기 위해 주로 다양한 코팅 등을 사용 중에 있다. 하지만 당연히 코팅의 문제점은 고가이며 박리가 쉽 게 발생하는 문제가 있다. 따라서 피어싱 펀치의 마모와 피로에 대한 저항성을 크게 향상시킬 수 있는 금속표면 강화 기술로 주목받고 있는 WPC(금속 표면 순간 열처리)처리 기 술을 제시하고자 한다. 이 기술은 초미세 입자를 고속으로 표면에 충돌시 켜, 금속 표면에 잔류 압축 응력을 형성하고, 기계적 특성을 향상시키는 방 식이다. 이를 통해 피어싱 펀치의 마모 저항성과 피로 수명을 크게 개선할 수 있을 것으로 기대된다. 결국, 본 연구에서는 피어싱 펀치에 WPC 처리를 적용하여 금속 표면의 기 계적 특성이 어떻게 변화하는지를 규명하고자 하였고 동시에 이를 예측하고 자 하였다. 이러한 시험을 통하여, 금속표면 경도 상승, 압축 잔류응력 부여, 금속표면 조직 변화, 마이크로로 딤플 등의 효과를 부여함으로써 알루미늄 칩 부착 억제 및 내구수명을 3배 이상 증대할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study addresses two critical issues in the metal processing operations of press punch manufacturing: increasing the durability of press punches and mitigating the chipping tendency of aluminum sheets, both of which can lead to tool durability degradation and process defects. These issues may result in decreased productivity and higher defect rates, significantly raising replacement and maintenance costs. To improve this situation, various coating methods are currently employed. However, coatings inherently present challenges, such as high cost and susceptibility to delamination. Therefore, this study proposes the application of WPC(Wonder Process Craft), a metal surface enhancement technology that has gained attention for its potential to significantly improve wear and fatigue resistance of piercing punches. This technique involves accelerating ultrafine particles at high velocity to impact the metal surface, thereby inducing residual compressive stress and enhancing mechanical properties. It is expected that this process will greatly improve both the wear resistance and fatigue life of piercing punches. Ultimately, this study aims to investigate how the mechanical properties of metal surfaces change when WPC treatment is applied to piercing punches and to predict the corresponding performance improvements. Through these experiments, the study confirmed significant enhancements, such as increased surface hardness, introduction of residual compressive stress, changes in surface microstructure, and the formation of micro dimples, effectively suppressing aluminum chip adhesion and extending the tool’s durability by more than three times

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구개발 필요성 1
• 1.2 연구내용 4
• 제2장 이론적 배경 5
• 2.1 WPC처리의 원리 5
• 2.1.1 WPC처리의 작용 6
• 2.1.2 금속 제품의 순간 열처리법 7
• 제3장 실험 10
• 3.1 시편의 준비 및 제작 10
• 3.2 WPC 장치 13
• 3.2.1 WPC 처리 설비 13
• 3.2.2 경도기 사진 14
• 3.2.3 주사 전자 현미경 사진 15
• 3.2.4 광학 현미경 사진 16
• 제4장 실험결과 및 고찰 17
• 4.1 실험결과 17
• 4.1.1 WPC처리전·후 및 내구시험 후 금속표면사진(SKH51) 17
• 4.1.2 경도값 변화 20
• 4.1.3 SKH51 조직변화 22
• 4.1.4 압축 잔류응력 32
• 4.1.5 내마모성 향상 35
• 4.1.6 표면조직(마이크로딤플) 변화 36
• 제5장 결론 38
• 5.1 연구 결론 38
• 5.2 향후 과제 39
• 참고문헌 40