롤러 체인 외측 링크 플레이트 스탬핑 공정 표준

롤러 체인 외측 링크 플레이트 스탬핑 공정 표준

산업용 동력 전달 시스템에서 롤러 체인은 핵심 동력 전달 부품이며, 그 성능은 장비의 작동 효율과 수명을 직접적으로 결정합니다. 외부 링크 플레이트, 즉 "골격"은롤러 체인롤러 체인 외측 링크 플레이트는 하중을 전달하고 체인 링크를 연결하는 데 중요한 역할을 합니다. 제조 공정의 표준화와 정밀도는 롤러 체인의 전반적인 품질에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 외측 링크 플레이트 제조의 주류 방식인 스탬핑은 원자재 선정부터 완제품 납품까지 모든 단계에서 엄격한 기준을 요구하며, 이를 통해 외측 링크 플레이트가 충분한 강도, 인성 및 치수 정확도를 확보하도록 합니다. 본 논문에서는 롤러 체인 외측 링크 플레이트 스탬핑의 전체 공정 표준을 심층적으로 분석하여 업계 종사자에게 전문적인 참고 자료를 제공하고, 최종 사용자가 고품질 롤러 체인의 공정 원리를 더욱 명확하게 이해할 수 있도록 돕습니다.

I. 스탬핑 전 기본 보증 사항: 원자재 선정 및 전처리 기준

외측 연결판의 성능은 고품질 원자재에서 시작됩니다. 스탬핑 공정은 재료의 기계적 특성과 화학적 조성에 대한 명확한 요구 사항을 설정하며, 이는 후속 공정의 원활한 진행을 위한 필수 조건입니다. 현재 업계에서 외측 연결판에 주로 사용되는 재료는 저탄소 합금 구조강(예: 20Mn2 및 20CrMnTi)과 고품질 탄소 구조강(예: 45강)입니다. 재료 선택은 롤러 체인의 적용 분야(예: 고하중, 고속, 부식성 환경)에 따라 달라집니다. 그러나 어떤 재료를 선택하든 다음의 핵심 기준을 충족해야 합니다.

1. 원료 화학 조성 기준
탄소(C) 함량 관리: 45강의 경우 탄소 함량은 0.42%~0.50% 범위 내에 있어야 합니다. 탄소 함량이 높으면 재료의 취성이 증가하고 스탬핑 공정 중 균열이 발생할 수 있으며, 탄소 함량이 낮으면 후속 열처리 후 강도에 영향을 미칠 수 있습니다. 20Mn2강의 망간(Mn) 함량은 재료의 경화성 및 인성을 향상시키고 외부 연결판이 충격 하중 하에서 파손되지 않도록 1.40%~1.80% 범위 내에 유지해야 합니다. 유해 원소 제한: 황(S)과 인(P) 함량은 0.035% 이하로 엄격하게 관리해야 합니다. 이 두 원소는 저융점 화합물을 형성하여 스탬핑 공정 중 재료를 "고온 취성" 또는 "저온 취성"으로 만들어 완제품 수율에 영향을 미칠 수 있습니다.

2. 원료 전처리 기준

원자재는 스탬핑 공정에 들어가기 전에 산세척, 인산염 처리, 오일 처리의 세 가지 전처리 단계를 거칩니다. 각 단계에는 명확한 품질 요구 사항이 있습니다.

산세척: 15~20% 염산 용액을 사용하여 실온에서 15~20분간 담가 강철 표면의 스케일과 녹을 제거합니다. 산세척 후 강철 표면에는 눈에 보이는 스케일이 없어야 하며, 후속 인산염 코팅의 접착력을 저해할 수 있는 과도한 부식(점식)이 없어야 합니다.

인산염 처리: 아연계 인산염 용액을 사용하여 50~60°C에서 10~15분간 처리하여 5~8μm 두께의 인산염 코팅을 형성합니다. 인산염 코팅은 균일하고 치밀해야 하며, 단면 절단 시험에서 박리 없음(레벨 1)의 접착력을 보여야 합니다. 이는 스탬핑 금형과 강판 사이의 마찰을 줄여 금형 수명을 연장하고 외부 연결판의 녹 방지 기능을 향상시킵니다.

오일 도포: 인산염 코팅 표면에 방청유를 얇게(두께 ≤ 3μm) 분사합니다. 오일 막은 틈이나 뭉침 없이 고르게 도포해야 합니다. 이는 보관 중 강판의 녹 발생을 방지하고 후속 스탬핑 공정의 정확도를 유지하는 데 도움이 됩니다.

II. 코어 스탬핑 공정 표준: 블랭킹에서 성형까지의 정밀 제어

롤러 체인 외측 링크의 스탬핑 공정은 주로 블랭킹, 펀칭, 성형 및 트리밍의 네 가지 핵심 단계로 구성됩니다. 각 단계의 장비 매개변수, 금형 정밀도 및 작업 절차는 외측 링크의 치수 정밀도와 기계적 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 다음 표준을 엄격히 준수해야 합니다.

1. 블랭킹 공정 표준
블랭킹 공정은 원재료인 강판을 외부 링크의 펼쳐진 치수에 맞는 블랭크 형태로 펀칭하는 작업입니다. 이 공정에서 블랭크의 치수 정확도와 모서리 품질을 확보하는 것은 매우 중요합니다.

장비 선정: 폐쇄형 단일점 프레스가 필요합니다(톤수는 외부 링크 크기에 따라 다르며 일반적으로 63~160kN입니다). 프레스의 슬라이드 스트로크 정밀도는 각 프레스의 일관된 스트로크를 보장하고 치수 편차를 방지하기 위해 ±0.02mm 이내로 제어되어야 합니다.

다이 정밀도: 블랭킹 다이의 펀치와 다이 사이의 간극은 재료 두께를 기준으로 결정해야 하며, 일반적으로 재료 두께의 5~8%입니다(예: 재료 두께가 3mm인 경우 간극은 0.15~0.24mm). 다이 절삭날의 표면 조도는 Ra0.8μm 미만이어야 합니다. 모서리 마모가 0.1mm를 초과하는 경우, 블랭크 모서리에 버(burr)가 발생하는 것을 방지하기 위해 즉시 재연삭해야 합니다(버 높이 ≤ 0.05mm).

치수 요구사항: 후속 가공 단계의 정확한 기준점을 확보하기 위해 블랭킹 후 블랭크 길이 편차는 ±0.03mm, 너비 편차는 ±0.02mm, 대각선 편차는 0.04mm 이내로 제어해야 합니다.

2. 펀칭 공정 표준

펀칭은 블랭킹 후 블랭크에 외측 링크 플레이트용 볼트 구멍과 롤러 구멍을 뚫는 공정입니다. 구멍 위치 정확도와 직경 정확도는 롤러 체인의 조립 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

위치 결정 방식: 이중 기준점 위치 결정 방식(블랭크의 인접한 두 모서리를 기준으로 사용)을 사용합니다. 위치 결정 핀은 각 펀칭 작업 시 블랭크의 위치가 일관되도록 IT6 정밀도를 충족해야 합니다. 구멍 위치 편차는 외부 링크 플레이트 기준면을 기준으로 ≤ 0.02mm여야 합니다. 구멍 직경 정밀도: 볼트 구멍과 롤러 구멍 사이의 직경 편차는 IT9 공차 요구 사항을 충족해야 합니다(예: 10mm 구멍의 경우 편차는 +0.036mm/-0mm). 구멍 진원도 공차는 ≤ 0.01mm여야 하며, 구멍 벽면 거칠기는 Ra 1.6μm 미만이어야 합니다. 이는 구멍 직경 편차로 인해 체인 링크가 너무 헐거워지거나 너무 팽팽해지는 것을 방지하여 변속 안정성에 영향을 미치는 것을 막기 위함입니다.

펀칭 순서: 볼트 구멍을 먼저 펀칭한 후 롤러 구멍을 펀칭합니다. 두 구멍의 중심 간 거리 편차는 ±0.02mm 이내여야 합니다. 누적된 중심 간 거리 편차는 롤러 체인의 피치 편차를 유발하여 변속기 정확도에 영향을 미칩니다.

3. 성형 공정 표준

성형 공정은 펀칭된 블랭크를 다이를 통해 최종 외부 링크 플레이트 형상(예: 곡선형 또는 계단형)으로 압착하는 과정입니다. 이 공정에서는 외부 링크 플레이트의 형상 정확성과 스프링백 제어가 필수적입니다.

금형 설계: 성형 다이는 외측 연결판의 형상에 따라 예비 성형 및 최종 성형의 두 스테이션으로 구성된 분할 구조를 채택해야 합니다. 예비 성형 스테이션에서는 블랭크를 초기 형상으로 성형하여 최종 성형 시 발생하는 변형 응력을 줄입니다. 최종 성형 다이 캐비티의 표면 조도는 Ra0.8μm를 달성해야 외측 연결판 표면이 매끄럽고 요철이 없어야 합니다.

압력 제어: 성형 압력은 재료의 항복 강도를 기준으로 계산해야 하며, 일반적으로 재료 항복 강도의 1.2~1.5배입니다(예: 20Mn2강의 항복 강도는 345MPa이므로 성형 압력은 414~517MPa 사이로 제어해야 함). 압력이 너무 낮으면 성형이 불완전해지고, 압력이 너무 높으면 과도한 소성 변형이 발생하여 후속 열처리 성능에 영향을 미칩니다. 스프링백 제어: 성형 후 외측 연결판의 스프링백은 0.5° 이내로 제어해야 합니다. 금형 캐비티에 보정 각도(재료의 스프링백 특성을 고려하여 결정, 일반적으로 0.3°~0.5°)를 설정하여 스프링백을 보정함으로써 완제품이 설계 요구 사항을 충족하도록 할 수 있습니다.

4. 트리밍 공정 표준
트리밍은 외부 연결판의 가장자리가 직선이 되도록 성형 공정 중에 발생하는 플래시와 과도한 재료를 제거하는 과정입니다.

트리밍 다이 정밀도: 트리밍 다이의 펀치와 다이 사이의 간격은 0.01~0.02mm 이내로 제어해야 하며, 절삭날의 예리도는 Ra0.4μm 이하여야 합니다. 트리밍 후 외측 연결판의 모서리에 버(burr)가 없어야 하며(버 높이 ≤ 0.03mm), 모서리 직진도 오차는 ≤ 0.02mm/m이어야 합니다.

다듬기 순서: 긴 모서리를 먼저 다듬은 다음 짧은 모서리를 다듬으십시오. 이는 다듬기 순서가 잘못되어 발생하는 외부 링크 플레이트의 변형을 방지합니다. 다듬기 후에는 외부 링크 플레이트를 육안으로 검사하여 모서리 파손이나 균열과 같은 결함이 없는지 확인해야 합니다.

III. 후가공 품질검사 기준: 완제품 성능에 대한 종합적인 관리

스탬핑 공정을 거친 외측 연결판은 치수 검사, 기계적 특성 검사, 외관 검사의 세 가지 엄격한 품질 검사 과정을 거칩니다. 모든 기준을 충족하는 제품만이 후속 열처리 및 조립 공정으로 넘어갈 수 있습니다. 구체적인 검사 기준은 다음과 같습니다.

1. 치수 검사 기준
치수 검사는 특수 게이지와 결합된 3차원 좌표 측정기(정밀도 ≤ 0.001mm)를 사용하여 다음과 같은 주요 치수를 중점적으로 검사합니다.

피치: 외부 링크 플레이트의 피치(두 볼트 구멍 사이의 거리)는 ±0.02mm의 공차를 가져야 하며, 10개당 누적 피치 오차는 ≤0.05mm 이하여야 합니다. 피치 편차가 과도하면 롤러 체인 구동 시 진동과 소음이 발생할 수 있습니다.

두께: 외측 링크 플레이트 두께 편차는 IT10 허용 오차 요건을 충족해야 합니다(예: 3mm 두께의 경우 편차는 +0.12mm/-0mm). 두께 불균일로 인한 체인 링크 하중 불균형을 방지하기 위해 동일 배치 내 두께 편차는 0.05mm 이하여야 합니다. 구멍 위치 허용 오차: 볼트 구멍과 롤러 구멍 사이의 위치 편차는 0.02mm 이하여야 하며, 구멍 동축 오차는 0.01mm 이하여야 합니다. 핀과 롤러 사이의 간극이 설계 요건을 충족하는지 확인하십시오(일반적으로 간극은 0.01~0.03mm입니다).

2. 기계적 특성 시험 기준

기계적 특성 시험을 위해서는 각 제품 배치에서 3~5개의 샘플을 무작위로 선택하여 인장 강도, 경도 및 굽힘 시험을 수행해야 합니다.

인장 강도: 만능 재료 시험기를 사용하여 외측 링크 플레이트의 인장 강도를 측정합니다. 45강의 경우 열처리 후 600MPa 이상, 20Mn2의 경우 열처리 후 800MPa 이상이어야 합니다. 파손은 외측 링크 플레이트의 구멍이 없는 영역에서 발생해야 합니다. 구멍 근처에서 파손이 발생하면 펀칭 공정 중 응력 집중이 발생한 것이므로 금형 매개변수를 조정해야 합니다. 경도 시험: 로크웰 경도계를 사용하여 외측 링크 플레이트의 표면 경도를 측정합니다. 경도는 어닐링 처리 시 HRB80-90, 담금질 및 템퍼링 처리 시 HRC35-40 범위 내에 있어야 합니다. 경도가 지나치게 높으면 재료의 취성과 파손 가능성이 증가하고, 경도가 지나치게 낮으면 내마모성이 저하됩니다.

굽힘 시험: 외부 링크 플레이트를 길이 방향으로 90° 구부립니다. 굽힘 후 표면에 균열이나 파손이 없어야 합니다. 하중 제거 후 복원력은 5° 이하여야 합니다. 이는 외부 링크 플레이트가 동력 전달 중 발생하는 충격 하중을 견딜 수 있는 충분한 인성을 갖추고 있음을 보장합니다.

3. 외관 검사 기준

외관 검사는 육안 검사와 확대경 검사(10배 확대)를 병행하여 실시합니다. 구체적인 요구 사항은 다음과 같습니다.

표면 품질: 외부 연결판 표면은 매끄럽고 평평해야 하며, 긁힘(깊이 ≤ 0.02mm), 움푹 들어간 곳 또는 기타 결함이 없어야 합니다. 인산염 코팅은 균일해야 하며 코팅이 벗겨지거나, 변색되거나, 박리된 부분이 없어야 합니다. 모서리 품질: 모서리에는 버(높이 ≤ 0.03mm), 깨짐(깨짐 크기 ≤ 0.1mm), 균열 또는 기타 결함이 없어야 합니다. 작은 버는 조립 중 작업자나 다른 부품에 긁힘이 발생하는 것을 방지하기 위해 부동태 처리(부동태 용액에 5~10분간 담그기)를 통해 제거해야 합니다.
구멍 벽면 품질: 구멍 벽면은 매끄럽고 단차, 긁힘, 변형 또는 기타 결함이 없어야 합니다. 합격/불합격 게이지로 검사했을 때, 합격 게이지는 매끄럽게 통과해야 하고, 불합격 게이지는 통과하지 않아야 하며, 이를 통해 구멍이 조립 정밀도 요구 사항을 충족하는지 확인해야 합니다.

IV. 스탬핑 공정 최적화 방향: 표준화에서 지능화로

산업 제조 기술의 지속적인 발전과 함께 롤러 체인 외측 링크 스탬핑 공정의 표준 또한 끊임없이 향상되고 있습니다. 향후 개발 방향은 지능화, 친환경화, 고정밀 공정으로 나아갈 것입니다. 구체적인 최적화 방향은 다음과 같습니다.

1. 지능형 생산 설비의 적용

CNC 스탬핑 기계와 산업용 로봇을 도입하여 스탬핑 공정을 자동화되고 지능적으로 제어합니다.

CNC 스탬핑 기계: 고정밀 서보 시스템을 탑재하여 스탬핑 압력 및 스트로크 속도와 같은 매개변수를 실시간으로 조정할 수 있으며, 제어 정밀도는 ±0.001mm입니다. 또한 자가 진단 기능을 통해 금형 마모 및 재료 이상과 같은 문제를 적시에 감지하여 불량품 발생률을 줄입니다.

산업용 로봇: 원자재 투입, 부품 이송, 완제품 분류 등에 사용되어 수작업을 대체합니다. 이는 생산 효율성을 향상시켜 24시간 연속 생산을 가능하게 할 뿐만 아니라, 수작업으로 인한 치수 편차를 없애 일관된 제품 품질을 보장합니다.

2. 친환경 공정 촉진

공정 기준을 충족하면서 에너지 소비와 환경 오염을 줄입니다.

금형 재료 최적화: 고속강(HSS)과 초경합금(WC)으로 구성된 복합 금형을 사용하면 금형 수명이 연장되고(3~5배 연장 가능), 금형 교체 빈도가 줄어들며, 재료 낭비도 감소합니다.

전처리 공정 개선: 인이 없는 인산염 처리 기술을 도입하고 환경 친화적인 인산염 처리 용액을 사용함으로써 인 오염을 줄였습니다. 또한, 방청유의 정전기 분무 처리를 통해 방청유 활용률을 향상시키고(활용률 95% 이상 향상 가능) 오일 미스트 배출량을 감소시켰습니다.

3. 고정밀 검사 기술 업그레이드

외부 연결판의 신속하고 정확한 품질 검사를 가능하게 하기 위해 머신 비전 검사 시스템이 도입되었습니다.

고해상도 카메라(해상도 2000만 화소 이상)와 이미지 처리 소프트웨어를 탑재한 머신 비전 검사 시스템은 외부 연결판의 치수 정확도, 외관 결함, 홀 위치 편차 등 다양한 매개변수를 동시에 검사할 수 있습니다. 분당 100개의 제품을 검사할 수 있는 속도를 자랑하며, 수동 검사보다 10배 이상 높은 정확도를 제공합니다. 또한 검사 데이터를 실시간으로 저장 및 분석하여 공정 최적화를 위한 데이터 기반을 제공합니다.

결론: 표준은 품질의 생명선이며, 세부 사항이 전송 신뢰성을 결정합니다.

롤러 체인 외측 링크 플레이트의 스탬핑 공정은 간단해 보일 수 있지만, 원료의 화학적 조성 관리부터 스탬핑 공정 중 치수 정확도 확보, 완제품의 종합적인 품질 검사에 이르기까지 모든 단계에서 엄격한 기준을 준수해야 합니다. 사소한 부분이라도 소홀히 하면 외측 링크 플레이트의 성능 저하로 이어지고, 결과적으로 전체 롤러 체인의 동력 전달 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있습니다.