금형설계는 성형품의 품질과 생산성, 원가를 결정짓는 핵심 공정이다. 이해가 부족한 상태에서 그림 그리기처럼 CAD로 모델링을 하고 도면을 작성한다면 설계가 아닌 제도 수준에만 머물러 있는 것이다. 설계는 제도보다 취급해야 할 범주가 광범위하고 모든 공정에 관여하는 기술 분야이다. 설계 점검은 성형품, 프레스 가공, 금형제작, 수리대응 등의 여러 부분에서 심도 깊게 이루어진다. 생산성, 내구성, 유지보수, 제조원가를 중심으로 아래 항목들을 놓치지 말고 점검하여 설계에 반드시 반영하도록 한다.
성형품
— 부품 용도와 기능을 파악한다. 어떤 제품에 어떻게 사용되는 부품인지, 외관 부품인지 내장 부품인지 알아야 한다. 제품을 조립했을 때 해당 부품이 수행하는 역할을 파악하는 것은 오류 없는 금형 설계에 도움이 된다.
— 상대물과의 조립 부위를 확인하고 조립할 때 주의해야 할 요구 사항을 파악한다. 조립 라인에서 일어날 수 있는 부적합 요소를 구별하고 예방대책을 설계에 반영한다.
— 소성 가공의 재료비, 가공비를 절감하고 후공정을 생략하는 방향으로 형상 적합성을 검토한다. 부가가치를 높일 수 있는 형상 변경은 부품의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 이루어져야 한다. 금형 제작 및 프레스 가공에서 구현하기 어려운 형상과 치수에 대해 기능을 저하시키지 않는 조건에서 형상변경을 유리하게 유도한다.
— 도금, 도장, 세척 등의 후처리 공정이 있는지 확인한다.
소성 가공
— 과거에 제작했던 유사 부품을 분석하여 단발가공, 프로그레시브가공, 트랜스퍼가공 등의 가공방식을 결정한다.
— 예전에 발생했던 문제점을 보완하고 개선하여 설계에 반영한다.
— 프레스 기계의 능력과 사양, 자동화 장비, 부속 장치 등을 확인한다.
— 가공 작업자의 안전과 작업 조건을 고려한다. 작업 공간, 설비 배치 상태를 확인하고 안전한 재료 삽입, 가공 완성품 배출 방식을 결정한다.
금형 제작
— 조립 분해가 쉬운 간단한 구조를 적용한다.
— 금형 부품 가공 기계의 종류와 용도, 특성을 파악하고 있어야 한다.
— 가공 순서, 열처리 전후 공정을 이해하고 치수 정밀도와 다듬질 수준을 결정한다.
— 가공 세팅 오류를 방지하기 위해 반드시 일관성 있는 기준면을 적용하도록 한다.
— 금형이 시험 프레스 기계가 요구하는 규격에 맞는지 확인하다.
수리 대응
— 생산 라인에서 신속한 대응을 위해 호환이 가능한 표준 부품을 사용하고 여분의 스페어 파트를 준비한다.
— 금형 취급 내용을 담은 사용 설명서를 작성한다.
— 금형 수명이 목표 생산량에 이상 없이 도달하도록 금형 강도를 확보한다.
프레스 가공품 코스트는 재료비, 가공비와 금형 감가상각비로 이루어져 있다. 가공비는 사전 준비 비용과 직접 가공비로 구성된다. 생산을 개시하기 위한 사전 준비 비용을 줄이기 위해서는 금형 교체 시간을 줄이거나(QDC, Quick Die Change), 1회 교체에 대응하는 생산량을 늘리는 방법이 있다. 직접 가공비를 줄이는 방법에는 SPM을 증가시키거나 1회의 스트로크에서 2개 이상의 제품을 생산하면 된다. 프로그레시브 성형과 같은 자동화 방식은 인건비를 감소시켜 직접 가공비를 큰 폭으로 줄일 수 있다.
코스트(Cost) = 재료비 + 가공비 + 금형 감가상각비
가공비 = 사전 준비 비용 + 직접 가공비
직접 가공비 = 설비 감가상각비 + 인건비