판금 가공은 현대 제조의 초석으로, 자동차, 항공우주, 건설, 가전 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용됩니다. 전단, 니블링, 굽힘, 드로잉, 엠보싱, 코이닝과 같은 핵심 공정을 이해하는 것은 생산 효율성과 제품 품질을 최적화하려는 엔지니어와 제작자에게는 필수적입니다.
1.0금속 성형 작업이란 무엇인가?
금속 성형 작업은 재료를 제거하지 않고 형상을 만드는 작업으로, 재료 낭비가 없습니다. 판금은 탄성 한계를 초과하는 응력을 받지만, 최대 강도 이하로 유지되어 새롭고 영구적인 형상을 갖게 됩니다.
일반적인 금속 성형 작업은 다음과 같습니다.
- 굽힘
- 그림
- 엠보싱
- 형성
- 코이닝(또는 스퀴징이라고도 함)
2.0전단이란 무엇인가?
전단은 금속판, 스트립 또는 막대를 직선으로 자르는 공정입니다. 세 가지 주요 단계로 구성됩니다.
- 소성 변형
- 파괴(균열 전파)
- 전단(재료 분리)
금속 가공물을 전단기의 상하 날 사이에 놓고 압력을 가하면, 재료는 먼저 소성 변형을 겪습니다. 압력이 증가함에 따라 날의 절삭날에 균열이 생기기 시작합니다. 이 균열들은 서로 만나면서 재료가 전단됩니다.
전단기수동 모델부터 유압 및 기계 모델까지 다양한 모델이 이 프로세스를 효율적이고 정확하게 수행하는 데 사용되며, 특히 대량 생산이나 산업용 애플리케이션에서 효과적입니다.
3.0니블링이란 무엇인가?
니블링은 일반적으로 블랭킹의 대체 가공으로 사용됩니다. 판금에서 평평한 부분을 절단하도록 설계되었으며, 단순한 윤곽부터 복잡한 윤곽까지 다양한 형상에 적합합니다. 이 공정은 주로 소량의 부품을 생산하는 데 사용됩니다.
4.0굽힘이란 무엇인가?
굽힘은 곧은 금속판을 곡선 형태로 변형하는 과정입니다. 굽힘 과정에서 재료는 인장 응력과 압축 응력을 모두 받게 되며, 이로 인해 탄성 한계를 초과하지만 극한 강도보다 낮은 소성 변형이 발생합니다.
일반적인 굽힘 유형은 다음과 같습니다.
- U-벤딩
U-벤딩(채널 벤딩이라고도 함)은 "U"자 모양의 다이 캐비티를 사용하여 U자 모양의 프로파일을 가진 부품을 만듭니다. 이 작업은 일반적으로 프레스 브레이크 기계 U자형 다이가 장착되어 있습니다. - V-벤딩
V-벤딩은 쐐기 모양의 펀치와 V-다이를 사용합니다. V-벤딩의 각도는 예각에서 둔각까지 다양하며, 90°도 가능합니다. V-벤딩은 다재다능하고 정밀하여 프레스 브레이크 작업에서 가장 널리 사용되는 벤딩 기술 중 하나입니다. - 각도 굽힘
각도 굽힘은 판금을 예각으로 굽히는 것을 일반적으로 말합니다. 또한, 프레스 브레이크, 기하학과 필요한 각도에 따라 달라집니다. - 컬링
컬링은 판금의 가장자리를 틀 주위로 말아 올리는 작업입니다. 펀치와 다이에는 소재의 형상을 위한 부분적인 캐비티가 있습니다. 작업 후 펀치가 후퇴하고 플런저를 사용하여 부품을 꺼냅니다. 이 방법은 드럼, 팬, 냄비 등을 제작하는 데 사용됩니다. - 롤 벤딩
롤 벤딩은 여러 개의 롤을 사용하여 대형 판금 부품을 점진적으로 굽혀 곡선 단면으로 가공하는 방식입니다. 일반적으로 대형 저장 탱크, 압력 용기, 파이프 및 구조 부품 제작에 사용됩니다. - 4슬라이드 머신에서의 굽힘
이 방법은 비교적 짧은 제품을 가공하는 데 사용됩니다. 이러한 기계는 다양한 설계를 사용하며, 수직 및 수평 다이 이동을 모두 사용하여 복잡한 형상을 형성합니다. - 엣지 벤딩
모서리 굽힘 가공에는 지지대 하중이 사용되는데, 이는 압력 패드가 작업물을 다이에 고정하는 동안 펀치가 금속을 모서리 위로 휘게 하는 방식입니다. 누르다 브레이크 와이핑 다이를 장착하면 이러한 유형의 굽힘 가공도 가능합니다. 모서리 굽힘 가공은 일반적으로 90° 이하로 제한되지만, 와이핑 다이를 사용하면 더 큰 각도로 가공할 수 있습니다.
압력 패드와 닦는 다이가 복잡하기 때문에 이 방법은 비용이 더 많이 들지만 대량 생산에 적합합니다.
5.0그림 그리기란 무엇인가?
드로잉은 펀치로 평평한 판금 블랭크를 다이 캐비티에 밀어 넣어 소재가 소성 유동을 일으켜 컵 모양을 이루도록 하는 공정입니다. 이 공정은 평평한 판재로부터 속이 빈 부품을 만드는 데 사용됩니다.
6.0엠보싱이란 무엇인가?
엠보싱은 장식용 또는 기능적 목적으로 금속판에 볼록하거나 오목한 디자인을 만드는 데 사용됩니다. 로고, 상표, 부품 번호 또는 기타 식별 표시를 각인하는 데에도 사용할 수 있습니다.
7.0형성이란 무엇인가?
성형 과정에서 금속은 항복점 이상으로 응력을 받아 새로운 형상을 영구적으로 유지하며, 펀치와 다이의 윤곽을 그대로 재현합니다. 드로잉과 달리 금속 유동이 거의 발생하지 않습니다. 이 공정은 도어 패널, 철제 가구, 항공기 동체 등의 제조에 사용됩니다.
8.0코이닝(스퀴징)이란 무엇인가?
코이닝은 펀치와 다이 사이에 금속 블랭크를 넣고 고압을 가하는 정밀 성형 공정입니다. 금속은 차가운 상태에서 소성 유동을 일으켜 다이 캐비티를 완전히 채웁니다. 이 공정은 표면이 미세한 동전, 메달, 장식용 부품을 제작하는 데 사용됩니다.
9.0굽힘 역학 및 일반적인 방법 이해
판금 굽힘 가공에서는 금속이 직선 축을 중심으로 변형됩니다. 굽힘 안쪽의 재료는 압축되고, 바깥쪽의 재료는 늘어납니다. 금속은 소성 변형되어 응력이 제거된 후에도 굽힘의 형태가 유지됩니다. 일반적으로 굽힘 가공은 재료의 두께에 큰 변화를 주지 않습니다.
두 가지 일반적인 굽힘 방법은 다음과 같습니다.
- V-벤딩: V자형 펀치와 다이를 사용하여 수행하는 이 방법은 예각에서 둔각까지 다양한 굽힘 각도를 허용합니다. 일반적으로 소량 생산에 사용되며, 프레스 브레이크에서 자주 수행됩니다. V자형 다이는 비교적 간단하고 저렴합니다.
- 엣지 벤딩: 이 방법은 펀치가 다이 가장자리 위로 시트를 구부리는 동안 압력 패드로 작업물의 바닥을 고정하는 방식입니다. 가장자리 굽힘은 더 복잡한 와이핑 다이를 사용하지 않는 한 90° 이하로 제한됩니다. 이러한 다이는 V-다이보다 가격이 비싸지만 대량 생산에 적합합니다.
10.0굽힘의 중요 요소: 굽힘 허용량, 스프링백 및 힘
굽힘 허용치
굽힘 반경이 소재 두께에 비해 작으면 굽힘 가공 중 소재가 늘어나는 경향이 있습니다. 최종 부품이 설계 사양을 충족하도록 하려면 이러한 늘어남을 정확하게 예측하는 것이 필수적입니다. 굽힘 허용오차(BA)는 굽힘 가공 전 중립축의 예상 길이이며 소재의 늘어남을 고려합니다. 다음 일반 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
BA = (π / 180) × A × (R + K × t)
어디:
- BA = 굽힘 허용치(mm)
- A = 굽힘 각도(도)
- R = 내부 굽힘 반경(mm)
- t = 재고 두께(mm)
- K = 중립 축의 위치를 추정하는 계수(일반적으로 재료 및 굽힘 조건에 따라 0.33~0.5 사이)
스트레칭은 일반적으로 굽힘 반경이 시트 두께에 비해 작을 때 발생합니다.
스프링백
굽힘 압력이 해제되면 재료에 저장된 탄성 에너지가 원래 모양으로 부분적으로 회복되는데, 이를 스프링백이라고 합니다. 스프링백은 하중을 제거한 후 공구 각도에 비해 굽힘 부분의 끼인각이 증가하는 것으로 정의됩니다.
SB = θ₁ – θ₂
어디:
- SB = 스프링백(도)
- θ₁ = 굽힘 후 판금 부품의 포함각
- θ₂ = 성형 도구의 포함 각도
굽힘력
굽힘에 필요한 힘은 펀치 및 다이 형상, 재료 강도, 판 두께, 부품 폭 등의 요인에 따라 달라집니다. 최대 굽힘력은 다음과 같이 추정할 수 있습니다.
F = (Kbf × TS × ω × t²) / D
어디:
- F = 굽힘력(N)
- TS = 재료의 인장강도(MPa)
- ω = 부품의 너비(mm)
- t = 판 두께(mm)
- D = 다이 개구부 치수(mm)
- Kbf = 굽힘력 계수
- V-벤딩용 33
- 33 모서리 굽힘용
11.0도면 작업: 평판 금속판에서 중공 형상 생성
드로잉은 컵 모양, 상자 모양 또는 기타 속이 빈 부품을 만드는 데 사용되는 판금 성형 공정입니다. 평평한 판금 블랭크를 다이 캐비티 위에 놓고 펀치로 밀어 넣습니다. 블랭크 홀더는 작업 중에 재료를 제자리에 고정합니다.
일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.
- 음료수 캔
- 탄약 껍질
- 싱크대와 조리도구
- 자동차 패널
딥 드로잉의 역학 및 단계
기본적인 컵 드로잉 과정:
직경 Db의 블랭크는 직경 Dp의 펀치를 사용하여 그려집니다.
펀치와 다이에는 찢어짐을 방지하기 위한 모서리 반경(Rp와 Rd)이 있습니다.
펀치와 다이 사이에는 클리어런스 C가 제공됩니다.
C ≈ 1.1 × t
두 가지 힘이 적용됩니다.
변형을 위한 펀치 힘(F)
금속 흐름을 제어하기 위한 블랭크홀더 힘(Fh)
딥 드로잉의 단계는 다음과 같습니다.
초기 접촉 – 금속은 다이와 펀치 반경 위로 구부러집니다.
곧게 펴기 – 이전에 구부러진 부분이 다이에 당겨지면서 곧게 펴집니다.
인발 및 압축 – 재료가 플랜지에서 다이 캐비티로 흐릅니다.
마찰(정적 → 동적)은 흐름을 저항합니다.
플랜지 부분의 압축으로 인해 두꺼워지고 주름이 생길 가능성이 있습니다.
연속 드로잉 – 펀치가 아래쪽으로 계속 진행되어 금속을 다이 안으로 끌어당깁니다.
실린더 벽이 얇아질 수 있습니다.
블랭크홀더 힘과 마찰력 사이의 균형이 중요합니다.
일반적으로 윤활이 필요합니다.
도면의 일반적인 결함
- 플랜지의 주름: 압축 좌굴로 인한 방사형 융기부.
- 벽의 주름: 플랜지 주름이 수직 벽으로 당겨졌습니다.
- 찢어짐: 높은 인장 응력으로 인해 바닥 근처에 균열이 생기는 현상입니다.
- 이어링: 시트 이방성으로 인해 고르지 못한 가장자리(이어링)
- 표면 긁힘: 거친 다이 표면이나 윤활 부족으로 인해 발생합니다.
스트레치 성형 작업: 항공우주 및 자동차용 대형 윤곽 시트
스트레치 성형은 금속을 탄성 한계를 넘어 폼 블록 위로 늘여서 크고 정확한 윤곽의 시트를 만듭니다.
스프링백은 다음의 영향을 받는 주요 문제입니다.
- 재료 유형
- 두께
- 경도
- 굽힘 반경(반경이 클수록 스프링백이 커짐)
스프링백을 줄이는 방법
V형 폼 블록을 이용한 오버스트레칭
코너 세팅: 잔류 탄성 응력을 해소하기 위한 코너 코이닝
스트레치 성형 방법
폼-블록 방식
블랭크는 단일 형태 블록(수컷 다이) 위에 펼쳐져 있습니다.
메이팅다이 방식
정확도와 반복성을 높이기 위해 남성 다이와 여성 다이를 모두 사용합니다.
12.0결론
요약하자면, 전단, 니블링, 굽힘, 드로잉, 엠보싱, 코이닝과 같은 판금 가공은 각각 금속판을 기능적이고 정밀한 부품으로 만드는 데 중요한 역할을 합니다.
굽힘 허용 오차, 스프링백, 공구 설계 등 이러한 공정에 영향을 미치는 역학 및 변수를 철저히 파악하면 제조업체는 결함을 최소화하고 생산을 최적화할 수 있습니다. 단순한 평면 부품이든 복잡한 부품이든
윤곽이 있는 패널의 경우, 이러한 기술을 숙달하는 것이 판금 제작의 성공에 중요합니다.
13.0자주 묻는 질문
Q1: 판금 제작에서 굽힘과 드로잉의 주요 차이점은 무엇입니까?
A1: 굽힘은 재료 흐름이 크지 않은 상태에서 축을 중심으로 금속을 소성 변형시켜 모양을 바꾸는 반면, 인발은 재료를 다이 캐비티로 끌어당겨 소성 흐름으로 인해 속이 빈 모양이 형성되도록 합니다.
Q2: 굽힘 가공 시 스프링백을 최소화하려면 어떻게 해야 합니까?
A2: 과도한 굽힘, 적절한 공구 선택, 탄성이 낮은 재료 사용, 설계 시 적절한 굽힘 허용치 계산을 적용하면 스프링백을 줄일 수 있습니다.
Q3: 블랭킹보다 니블링이 더 선호되는 경우는 언제인가요?
A3: 블랭킹 다이를 사용하는 것이 비용이 많이 들거나 실행 불가능한 복잡한 윤곽을 절단하거나 소량 생산할 때는 니블링이 더 선호됩니다.
Q4: 딥 드로잉 시 주름이 생기는 원인은 무엇이고, 어떻게 예방할 수 있나요?
A4: 주름은 플랜지 부분의 압축 응력으로 인해 발생합니다. 블랭크홀더의 힘, 윤활 및 공구 형상을 최적화하면 주름을 최소화할 수 있습니다.
Q5: 성형 및 인발 공정에서 윤활이 중요한 이유는 무엇입니까?
A5: 윤활은 판금과 공구 사이의 마찰을 줄여 표면 손상, 과도한 공구 마모, 찢어짐이나 주름과 같은 결함을 방지합니다.
