JIS 그린 다이 스프링이 20,000 사이클에서 고장난 이유: 중요한 24% 압축 규칙 이해

2025년 10월 17일

실제 사례 연구: 2mm 초과 스트로크로 인해 60×150 그린 스프링이 파손되고 가동 중단으로 $5,000+의 비용이 발생한 사례

소개: 2mm가 저지른 $5,000 실수

정밀 금형 제조 분야에서 2mm의 차이는 스프링이 30만 사이클을 견딜 수 있는지, 아니면 단 2만 사이클 만에 파괴적으로 고장날 수 있는지를 가르는 차이가 될 수 있습니다.

이는 이론적인 상황이 아닙니다. 저희 고객 중 한 분에게 실제로 발생한 일입니다.

사건 내용:

한 제조 시설에서 스탬핑 작업을 위해 프리미엄 신동발 60×150 JIS 그린 다이 스프링을 구매했습니다. 엔지니어링 팀은 38mm 작동 스트로크로 다이를 설계했습니다. 모든 것이 적절해 보였습니다. 스프링은 물리적으로 그 길이까지 압축되었지만 아무런 문제 없이 정상 작동했습니다. 테스트 과정에서 스프링을 42.5mm까지 압축한 후 원래 길이로 완벽하게 복원되는 것을 확인했습니다.

“스프링이 42.5mm까지 압축될 수 있다면, 고객은 이렇게 추론했습니다. "그럼 38mm만 사용해도 완벽히 안전할 겁니다."

현실:

약 20,000회의 생산 주기를 거친 후:

봄 #1: 코일 중간부에서 완전 취성 파괴 발생
봄 #2: 심각한 영구 변형 및 측면 굽힘
제작 영향: 4시간 이상의 계획되지 않은 가동 중지 시간
총 비용: 프리미엄 가격으로 긴급 교체, 부품 거부, 인건비 - $5,000-$7,000으로 추산
예상 수명: 이 스프링은 300,000회 이상의 사이클을 견뎌야 합니다.

근본 원인:

60×150 그린 스프링의 최대 안전 작업 스트로크는 다음과 같습니다. 36mm (자유 길이의 24%). 고객이 사용한 38mm—제한치를 2mm만 초과했습니다. 이 2mm 초과는 5.3% 압축 초과를 의미하며, 이로 인해 약 12-15%의 추가 응력이 발생하여 스프링의 수명이 100% 이상 단축되었습니다. 93%.

근본적인 오해:

고객은 스프링이 일정 수준까지 물리적으로 압축될 수 있다면, 그 압축 수준에서 반복적으로 사용해도 안전할 것이라고 믿었습니다. 이러한 오해로 인해 제조 업계는 스프링 조기 고장, 예상치 못한 가동 중단, 그리고 긴급 교체 등으로 매년 수백만 달러의 손실을 보고 있습니다.

진실:

신체적 능력이 작전상의 안전을 보장하는 것은 아니다. 그린 다이 스프링은 단일 사이클 또는 몇 사이클 동안 24%를 훨씬 초과하는 압축력을 가질 수 있습니다. 그러나 JIS B5012 엔지니어링 표준은 반복 사이클 성능을 기반으로 합니다. 즉, 스프링은 수십만 또는 수백만 사이클 동안 고장 없이 안정적으로 작동해야 합니다.

이 기사에서는 다음 내용을 살펴봅니다.

JIS 그린(중하중) 스프링이 엄격한 24% 최대 압축 한계를 갖는 이유
압축 응력이 피로 수명을 기하급수적으로 감소시키는 방식
왜 다른 색상의 JIS 스프링은 다른 최대 압축 한계를 갖는가
올바른 스프링 길이를 선택하기 위한 단계별 계산
이 고객의 스프링을 파괴한 값비싼 실수를 방지하는 방법

JIS B5012 색상별 다이 스프링 이해: 모든 스프링이 동일하지는 않습니다

JIS B5012 규격은 무엇인가요?

JIS B5012는 스탬핑 다이, 사출 금형 및 고사이클 산업 분야에 사용되는 직사각형 와이어 다이 스프링에 대한 일본 산업 규격입니다. 이 스프링은 다음과 같은 용도로 설계되었습니다.

일관되고 예측 가능한 하중-변형 특성
수백만 번의 압축 사이클에서도 높은 피로 저항성
공급업체 상호 교환을 가능하게 하는 표준화된 치수
적절하게 지정된 경우 다양한 제조업체에서 안정적인 성능을 제공합니다.

중요한 공학적 진실: 색상마다 최대 압축 한계가 다릅니다.

스프링 선택에 있어서 가장 위험한 오해 중 하나는 모든 JIS B5012 스프링이 색상에 관계없이 동일한 압축 한계를 공유한다는 믿음입니다. 이는 완전히 거짓입니다.

JIS B5012 스프링은 하중 용량뿐만 아니라 최대 안전 압축률하중 정격이 무거울수록 최대 허용 압축률은 낮아집니다.

정확한 압축 데이터를 포함한 완전한 JIS B5012 색상 분류

시리즈 코드	색상	하중 분류	최대 압축	권장 범위	일반적인 응용 프로그램
SF/SFR	노란색	매우 가벼운 하중	50%	40-50%(일반적으로 ≤45%)	정밀 기기, 경량 리턴 스프링
SL/SLR	파란색	가벼운 부하	40%	32-40%(일반적으로 ≤36%)	소형 다이, 이젝터 시스템
에스엠	빨간색	중간 부하	32%	25-32%(일반적으로 ≤28%)	표준 스탬핑 다이
쉿	녹색	무거운 하중	24%	19-24%(일반적으로 ≤22%)	고하중 스탬핑, 딥 드로잉
에스비	갈색	초중량물	20%	15-20%(일반적으로 ≤18%)	극한의 힘 적용

엔지니어링 원리: 더 무거운 하중 = 더 낮은 압축률

이러한 역관계가 존재하는 이유는 다음과 같습니다.

1. 와이어 두께는 하중 정격에 따라 증가합니다.

더 무거운 스프링은 더 두꺼운 직사각형 와이어를 사용하여 더 큰 힘을 생성합니다.
와이어가 두꺼울수록 코일 내부 반경에서 응력 집중도가 높아집니다.
더 높은 응력 집중은 재료 피로 한계를 초과하기 전에 압축 거리를 줄입니다.

2. 응력 분포 형상

와이어 두께가 증가함에 따라 내부 반경과 와이어 직경 간의 비율이 덜 유리해집니다.
이 기하학은 압축 중 중요한 지점에서 기하급수적으로 더 높은 응력을 생성합니다.
동등한 피로 수명(1,000,000 사이클)을 유지하려면 최대 압축을 줄여야 합니다.

3. 재료 응력 한계는 일정합니다.

모든 JIS B5012 스프링은 유사한 고탄소 크롬-실리콘 강철 합금을 사용합니다.
재료의 내구성 한계(무한 피로 수명에 대한 응력 수준)는 변하지 않습니다.
따라서 와이어가 두꺼운 스프링은 안전한 응력 구역 내에 머물기 위해 덜 압축되어야 합니다.

중요한 요점:

높은 힘과 높은 압축 스트로크가 필요한 경우 할 수 없다 더 진한 색상을 선택하세요. 다음 사항을 준수해야 합니다.

먼저 필요한 스트로크를 계산하세요
압축 한계 내에서 스트로크를 수용하기 위해 스프링 길이를 선택하세요
그런 다음 필요한 힘 출력에 따라 색상(하중 정격)을 선택합니다.

그린 다이 스프링(고하중): 사양 및 제한 사항

왜 Green(SH 시리즈) 스프링을 선택해야 할까요?

녹색 다이 스프링은 다음을 나타냅니다. 중량물(SH) JIS B5012 표준의 분류에 따라 분류됩니다. 이 스프링은 동일한 외경과 자유 길이를 가진 빨간색(중하중) 스프링보다 약 30~40% 더 큰 힘을 전달하므로 다음과 같은 용도에 필수적입니다.

고톤수 스탬핑 작업(자동차 패널, 가전제품 부품)
상당한 스트리핑 힘이 필요한 딥 드로잉 다이
대형 또는 복잡한 부품을 위한 사출 금형 배출 시스템
중장비 프레싱 장비
공간 제약으로 인해 스프링 직경이 제한되지만 높은 힘이 필요한 응용 분야

신동발 그린스프링스 기술 사양

우리의 사례 연구에는 다음이 포함됩니다. 신동발 60×150 Cixi Dili Spring Co., Ltd.에서 제조한 녹색 스프링의 특징은 다음과 같습니다.

재료: 55CrSi 크롬-실리콘 합금강(JIS G4801 규격)
열처리: 최적의 강도와 인성을 위한 오일 담금질 및 템퍼링
표면 처리: 표면 피로 저항성을 강화하기 위한 샷피닝
끝단 연삭: 균일한 하중 분포를 위해 양쪽 끝을 평평하고 평행하게 연마했습니다.
와이어 프로필: 둥근 와이어 대비 뛰어난 안정성을 위한 직사각형 단면
품질 준수: JIS B5012 치수 허용차 및 성능 표준을 완벽하게 준수합니다.

중요 참고 사항: 평판이 좋은 제조업체에서 만든 최고 품질의 스프링조차도 엔지니어링 한계를 넘어서 작동하면 조기에 고장날 수 있습니다.

Green Springs의 24% 하드 리미트에 대한 설명

그린(SH 시리즈) 스프링의 24% 최대 압축 한계는 임의적인 것이 아닙니다. 이는 광범위한 피로 시험을 통해 도출되었으며, 스프링이 약 300,000번의 압축-해제 사이클 피로 파괴 전.

Green(SH) 스프링의 압축률 대 수명:

압축률	예상 사이클 수명	응용 프로그램 권장 사항	스트레스 수준
19.2%	1,000,000회 이상 사이클	보수적 / 연장된 수명	~70%의 재료 내구 한계
21.6%	~50만 사이클	최적의 균형	~80%의 재료 내구 한계
24%	~30만 사이클	최대 안전 한도	~90%의 재료 내구 한계
25.3% (사례 연구)	<20,000 사이클	과도한 스트레스 구역	>100%의 재료 내구 한계
>26%	급격히 감소	임계 고장 구역	심각한 과부하 - 예측할 수 없는 실패

주요 엔지니어링 통찰력:

1. 압축과 피로수명 간의 지수 관계

스프링 피로 수명은 압축 증가에 따라 선형적으로 감소하지 않고 지수적으로 감소합니다.

압축을 24%에서 21.6%로 줄이면 수명이 67%(300,000 → 500,000 사이클)만큼 증가합니다.
압축을 24%에서 19.2%로 줄입니다. 3배 이상 수명(300,000 → 1,000,000+ 사이클)
압축률을 24%에서 25.3%로 증가 93%로 수명 단축 우리의 사례 연구(300,000 → <20,000 사이클)

2. Green Springs에 24% 제한이 존재하는 이유

24%를 초과하는 압축에서는 내부 코일 반경의 응력이 재료의 응력을 초과합니다. 지구력 한계. 24% 한도에는 다음을 고려한 안전 여유가 포함됩니다.

스프링 치수 및 재료 속성의 제조 허용 오차
설치 불완전성(정렬 불량, 평행하지 않은 표면)
운영 변수(온도 변동, 시간 경과에 따른 다이 마모)
실제 응용 분야에서의 하중 분포 불규칙성

24%를 초과하면 모든 안전 여유가 없어지고 작업이 예측할 수 없는 조기 고장에 노출됩니다.

사례 연구: 60×150 그린 스프링 조기 고장 분석

4.1 스프링 사양 및 계산된 안전 매개변수

구매한 봄: 신동발 60×150 JIS 그린다이스프링 (SH 시리즈)

물리적 사양:

시리즈: SH(중량물 - 녹색)
외경: 60mm
내경: 30mm
무료 길이: 150mm
와이어 단면적: 약 9mm × 12mm 직사각형 프로파일
재료: 55CrSi 크롬-실리콘 합금강(경도 HRC 48-52)
표면 처리: 샷피닝 및 열처리
종료 조건: 양쪽 끝은 평평하고 평행하게 갈려 있습니다.

계산된 안전 작업 매개변수(Green Springs의 24% 최대 압축 기준):

매개변수	계산	결과	기대 수명
연장 수명 뇌졸중	150mm × 19.2%	최대 28.8mm	1,000,000회 이상 사이클
최적의 스트로크	150mm × 21.6%	최대 32.4mm	~50만 사이클
최대 안전 스트로크	150mm × 24%	36mm 절대 한계	~30만 사이클
과도한 스트레스 구역	>24% 압축	>36mm = 안전하지 않음	급격히 감소

4.2 고객의 실제 운영 조건 및 치명적인 고장

다이 설계 매개변수(고객 사양):

필요한 작업 스트로크: 38mm
실제 압축률: 38mm ÷ 150mm = 25.3%
안전 한도를 초과: 38mm – 36mm = 2mm 이상 (+24% 한도를 넘어 5.6%)

고객의 사전 생산 테스트:

고객은 설치 전에 스프링의 벤치 테스트를 수행했습니다.
그들은 스프링을 수동으로 압축했습니다. 42.5mm (28.3% 압축)
스프링은 눈에 띄는 손상 없이 원래의 자유 길이로 돌아왔습니다.
고객이 내린 결론: “스프링이 42.5mm를 견딜 수 있다면 38mm만 사용해도 완전히 안전할 것입니다.”

이 결론은 치명적인 결함이 있었습니다.

실패 타임라인:

1-5일차: 스프링은 정상적으로 작동하는 것으로 나타났습니다.
6일차: 품질 검사관은 부품 치수에 약간의 차이가 있음을 발견했습니다.
7일차(약 20,000주기): 생산 중 치명적인 실패

시각적 증거: 고객의 스프링 고장

스프링 #1: 완전 취성 파괴

파손된 그린 다이 스프링은 전형적인 피로 균열 전파를 보여줍니다. 약 20,000회의 25.3% 압축(36mm 안전 한계를 2mm 초과) 후 코일 중간 부분에서 파손이 발생했습니다. 최종 갑작스러운 파손 전에 점진적인 균열 성장을 나타내는 특징적인 "비치 마크" 패턴에 주목하십시오.

2.7% 영구 변형률(자유 높이가 150mm에서 146mm로 감소)을 가진 JIS 그린 다이 스프링은 24% 압축 한계를 초과하여 발생했습니다. 스프링은 스탬핑 다이에서 38mm 스트로크로 작동했는데, 안전 최대값인 36mm를 2mm 초과하여 20,000 사이클에서 치명적인 파손을 초래했습니다. 과응력으로 인한 피로 손상 및 소성 변형의 시각적 증거가 있습니다.

봄 #2: 심각한 영구 변형

동일한 금형에서 나온 두 번째 스프링은 심각한 측면 굽힘과 불균일한 코일 간격을 보입니다. 자유 높이는 150mm에서 146mm(2.7% 영구 변형)로 감소했습니다. 이 스프링은 24% 압축 한계를 초과하여 작동하여 소성 변형을 일으켜 부품을 제자리로 되돌릴 수 없었습니다.

자세한 실패 증상:

Spring #1 – 완전 골절:

스프링의 중간 길이 부분에서 취성파괴가 발생하였다.
파괴면 분석은 피로 균열 전파의 특징인 전형적인 "비치 마크" 패턴을 보여주었습니다.
균열 시작점 : 응력 집중이 가장 높은 코일 내부 반경
다이에서 튀어나온 스프링 조각으로 인해 제거를 위해 다이를 완전히 분해해야 합니다.

스프링 #2 – 영구 변형:

심각한 측면 굽힘(수직축으로부터 약 8-10°)
코일 간격이 고르지 않게 되었습니다. 코일이 한쪽은 압축되고 반대쪽은 벌어졌습니다.
자유 높이가 150mm에서 약 146mm로 감소(2.7% 영구 세트)
스프링이 더 이상 부품을 적절한 위치로 되돌릴 수 없어 치수 오류가 발생했습니다.

생산 결과:

즉각적인: 계획되지 않은 생산 중단 시간 4시간 이상
부분품: 약 150개의 거부된 부품
노동: 2명의 공구 제작자 × 4시간 프리미엄 요금
대사: 정상 가격의 3배로 새 스프링의 긴급 익일 배송
총 예상 비용: 예방할 수 있었던 사건에 대해 $5,000-$7,000

4.3 근본 원인 분석: 2mm가 왜 그렇게 중요했는가

주요 원인: 25.3% 압축에서 작동하면 예상 수명이 300,000 사이클에서 20,000 사이클 미만으로 줄어드는 과도한 응력 조건이 생성됩니다. 93% 서비스 수명 단축 단 2mm의 과도한 스트로크로 인해.

수학적 현실:

36mm(24% 압축)에서: 응력 ≈ 재료 내구 한계의 90% → 300,000 사이클 동안 안전
38mm(25.3% 압축)에서 : 재료 내구 한계의 응력 ≈ 102-105% → 파괴 영역

4.4 올바른 해결책: 무엇을 했어야 했는가

솔루션 #1: 동일한 하중 정격의 더 긴 녹색 스프링(권장)

사양: 60×175 그린 스프링(SH 시리즈)

분석:

자유 길이: 175mm
최대 안전 스트로크: 175mm × 24% = 42mm
고객이 요구하는 스트로크: 38mm
실제 압축률: 38mm ÷ 175mm = 21.7%
예상 서비스 수명: 50만회 이상 사이클
안전 마진: 4mm(42mm~38mm)

비용 영향: 60×150보다 스프링당 약 $3-5 더 많음
혜택: 실패한 구성보다 25배 더 긴 서비스 수명

고객의 최종 결정:

고객이 선택한 솔루션 #1(60×175 그린 스프링). 수정 후 결과: 스프링이 이제 작동했습니다. 480,000회 이상 사이클 실패 없이. 총 추가 스프링 비용: ~$40. 반복 실패 대비 절감: 실패당 $5,000+

Green Springs의 안전 작업 스트로크 계산 방법

5.1 그린(SH) 스프링의 기본 공식

최대 안전 스트로크 = 자유 길이 × 24%

연장된 수명의 응용 분야:
• 최적 스트로크(500,000회 이상) = 자유 길이 × 21.6%
• 보수적 뇌졸중(1,000,000회 이상) = 자유 길이 × 19.2%

중요한 알림: 이러한 백분율은 특히 다음에 적용됩니다. 녹색(SH – 중량 하중) 스프링. 다른 색상에는 다른 제한이 있습니다.

노란색: 50% 최대
파란색: 최대 40%
빨간색: 32% 최대
녹색: 최대 24%
브라운: 20% 최대

5.2 단계별 계산 예

방법 1: 스프링이 있는 경우 안전한 스트로크를 계산해야 합니다.

예: 60×150 그린 스프링

1단계: 자유 길이 = 150mm
2단계: 최대 스트로크 = 150mm × 0.24 = 36mm
3단계: 최적 = 150mm × 0.216 = 32.4mm
4단계: 권장되는 디자인 스트로크: 최대 33-34mm (안전 버퍼를 떠난다)

방법 2: 필요한 스트로크를 알고 있으면 스프링을 선택해야 합니다.

예: 다이에는 38mm 스트로크가 필요합니다.

1단계: 최소 길이 = 38mm ÷ 0.24 = 158.3mm
2단계: 다음 표준 길이 = 175mm
3단계: 확인: 175mm × 0.24 = 42mm ✓
결과: 60×175 그린 스프링 맞다

5.3 Green Springs에 대한 빠른 참조 차트

자유 길이	최대 스트로크(24%)	최적(21.6%)	연장된 수명(19.2%)
100mm	24mm	21.6mm	19.2mm
125mm	30mm	27mm	24mm
150mm	36mm	32.4mm	28.8mm
175mm	42mm	37.8mm	33.6mm
200mm	48mm	43.2mm	38.4mm
250mm	60mm	54mm	48mm

Die Springs에 대한 일반적인 치명적인 오해

오해 #1: "모든 JIS 스프링은 동일한 압축 한계를 갖습니다"

잘못된: "모두 JIS 스프링 24%까지 압축 가능”

옳은: 각 색상마다 한계가 다릅니다: 노랑 50%, 파랑 40%, 빨강 32%, 초록 24%, 갈색 20%

오해 #2: "압축할 수 있다면 안전하다"

현실: 물리적 압축 능력 ≠ 순환 압축 안전성

유형	그린 스프링	애플리케이션
탄성 한계	40-45%	단일 사이클만
안전한 순환	24%	30만회 이상 사이클

오해 #3: "몇 밀리미터는 중요하지 않다"

2mm 초과 = 93% 수명 단축(사례 연구)
4mm 초과 = 97-98% 감소
전문가 표준: ±1mm 정확도 필요

설치 및 유지 관리 모범 사례

7.1 중요 설치 요구 사항

항상 가이드 핀을 사용하세요

가이드 핀 직경: 스프링 ID – 1-2mm
예) 60×150 스프링(ID=30mm) → 28~29mm 가이드핀 사용
측면 처짐 및 좌굴을 방지합니다.

평행한 장착 표면 확보

평탄도: ≤0.02mm
평행도: ≤0.03mm
센터링을 위해 카운터보어를 사용하세요

7.2 월별 검사 프로토콜

1. 뇌졸중 검증(가장 중요)

다이얼 인디케이터를 사용하여 실제 스트로크를 측정합니다.
설계 사양과 비교
조치: 설계보다 2mm 이상 초과 시 즉시 생산 중단

2. 무료 키 측정

키 감소	상태	행동
≤0.5%	정상	계속 사용
0.5-1%	중간 정도의 마모	계획 교체
>1%	극심한	즉시 교체하세요

7.3 교체 일정

압축	기대 수명	바꾸기
19.2%	1,000,000 사이클	90만 사이클
21.6%	50만 사이클	45만 사이클
24%	30만 사이클	240,000-270,000 사이클

모범 사례: 항상 스프링 전체를 교체하고, 개별 스프링은 교체하지 마십시오.

결론: 정밀 엔지니어링은 비용을 절감합니다

주요 교훈

수업 #1: 녹색 스프링에 대한 24% 규칙은 절대적입니다. 이는 지침이 아닌 엔지니어링 한계입니다.

수업 #2: 색상마다 압축 한계가 다릅니다(노란색 50%, 파란색 40%, 빨간색 32%, 녹색 24%, 갈색 20%)

수업 #3: 작은 오류 = 엄청난 비용(2mm 초과 = 93% 수명 감소)

수업 #4: 적절한 선택에는 비용이 많이 들고 실패에는 수천 달러가 듭니다.

목	잘못된 값(60×150)	정답 (60×175)	차이점
스프링 비용	$40	$48	+$8
기대 수명	<20,000 사이클	50만회 이상 사이클	25배 더 길다
100k 사이클당 비용	$13,140	$48	95% 절약
실패 비용	$5,000-7,000	$0	아주 재미있는