The 판금의 전단 공정 금속 가공 및 제조 분야에서 기본적인 작업으로, 다양한 소재, 특히 판금의 정밀 절단에 필수적입니다. 지정된 선을 따라 소재에 전단력을 가하여 재료를 제거함으로써 깔끔하고 정확한 절단 결과를 얻을 수 있습니다.
전단은 본질적으로 힘을 가하여 재료에 소성 변형을 일으켜 미리 정해진 경로를 따라 효과적으로 분리하는 기술입니다. 이 공정은 일반적으로 전단기라고 불리는 특수 기계를 사용하여 수행되는데, 전단기는 효율적인 절단을 용이하게 하도록 날카로운 칼날이 배열되어 있습니다.
전단 공정의 핵심 구성 요소는 절단되는 소재인 가공물과 절단 동작을 수행하는 전단 블레이드입니다. 소재는 블레이드 사이에 위치하며, 힘이 가해지면 블레이드는 절단선을 따라 변형과 분리를 유도하기에 충분한 압력을 가합니다.
전단 공정의 효율성에는 두께, 경도, 연성과 같은 재료 특성뿐만 아니라 날의 날카로움, 간격, 정렬 등 다양한 요소가 영향을 미칩니다. 이러한 매개변수를 적절히 제어하는 것은 변형이나 결함을 최소화하면서 정밀한 절단을 달성하는 데 필수적입니다.
판금 생산에서 전단기 사용은 CNC 펀칭에 절단 공구를 사용하고, 부품을 판재 골격에서 분리하기 위해 셰이크아웃 기술을 사용하면서 감소했습니다. 전단기는 주로 스탬핑 및 CNC 프레스 다이용 직사각형 또는 스트립을 전단하는 데 사용됩니다.
최종 치수를 얻기 위해 전단 가공을 사용하는 경우, 소재의 두께와 부품의 XY 치수는 경제적으로 실현 가능한 정밀도를 결정합니다. 소재가 두껍고 XY 치수가 클수록 더 큰 공차가 필요합니다.
다양한 판금 생산 분야에서 재료 두께는 철 및 비철 소재 모두 0.005인치(0.13mm)에서 0.25인치(6.35mm)까지 다양합니다. 이에 따라 전단 장비도 1⁄4인치(6.0mm) 용량에 12피트(3.5m) 베드 길이를 갖춘 것부터 0.030인치(0.8mm) 용량에 12인치(300mm) 블레이드 길이를 갖춘 소형 수동 전단까지 다양합니다.
XY 치수의 경우, 두꺼운 소재의 경우 ±0.060인치(1.52mm), 얇은 소재의 경우 ±0.010인치(0.26mm)의 공차가 적용됩니다. 사용 가능한 장비의 성능에 대해서는 금속 성형 공급업체에 문의하는 것이 좋습니다.
절단면의 특성
펀칭과 다이, 전단 또는 슬리터를 사용하여 금속판을 절단할 때마다 절단면의 특성은 비슷합니다(그림 1).
절삭 작용은 절삭날이 소재를 통과할 때 세 단계, 즉 초기 소성 변형, 관통, 그리고 파단으로 이루어집니다. 초기 소성 변형 시에는 "날 반경" 또는 "롤 오버"가 형성됩니다. 관통 시에는 "절단 띠" 또는 "버니시"가 생성됩니다. 그리고 파단 시에는 "파단" 또는 "파단부"와 버가 발생합니다.
전단기 및 기타 금속 절단 장치는 일반적으로 적정 수준의 버(burr) 발생 없이 허용 가능한 절단 품질을 제공하고 공구 및 장비의 마모를 제한하도록 유지 관리 및 조정됩니다. 이로 인해 재료 두께의 약 1/3 깊이까지 관통하고 나머지 재료를 통해 파단이 발생하는 절단이 발생합니다. 적절하게 조정하면 버가 발생하지만, 이 버는 재료 두께의 10%를 초과하는 경우는 드뭅니다.
장비 특성
다양한 종류의 동력 전단 장비가 사용되고 있습니다. 대부분의 전단기에 공통적인 주요 기계 구성 요소는 프레임 어셈블리, 베드, 테이블, 램, 고정 장치, 게이지, 작동 메커니즘, 그리고 블레이드입니다(그림 2). 블레이드 근처 베드를 따라 배치된 고정 장치는 스톡을 체결하고 전단 작업을 위해 제자리에 단단히 고정합니다.
백 게이지는 움직이는 칼날 아래에 소재를 미리 정해진 위치에 고정하는 역할을 합니다. 백 게이지는 간단한 기계식 스톱부터 소재를 감지하고 여러 소재가 동시에 접촉하면 기계를 작동시키는 일련의 프로브(근접 스위치)까지 다양합니다. 백 게이지는 종류와 정교함에 따라 수동으로 설정하거나 프로그래밍할 수 있습니다.
프런트 게이지는 특히 대형 공작물을 다룰 때 소재의 위치를 조정하는 데 자주 사용됩니다. 프런트 게이지는 기계식 또는 프로그래밍식일 수 있습니다.
사이드 게이지는 "스퀘어링 암"이라고도 불리며, 베드의 왼쪽이나 오른쪽에 블레이드에 수직으로 장착되며, 스톡을 블레이드에 맞춰 안내하고 정사각형으로 만드는 데 도움이 됩니다.
조작
구조, 크기 또는 속도에 관계없이 모든 전동 가위는 유사하게 작동합니다. 재고 시트를 테이블 위로 밀어 올려 백 게이지에 닿고 절단선이 칼날 아래에 오도록 합니다(그림 3). 기계가 작동하면 고정 장치가 재고를 고정하고, 각진 이동 칼날이 길로틴처럼 시트를 따라 점진적으로 절단합니다.
용도에 따라 전동 가위는 앞쪽이나 뒤쪽에서 재료를 공급할 수 있습니다. 뒤쪽으로 재료를 공급하면 후속 절단 시 재료 취급 횟수를 줄일 수 있지만, 작업자가 추가로 필요합니다.
품질 유지
전단 작업 중에는 중요한 품질 검사가 수행됩니다. 품질 관리 요소에는 소재의 초기 평탄도, 전반적인 표면 및 모서리 상태가 포함됩니다. 코일 및 시트 제품에서 표면 결함과 스키드 마크는 흔히 발생하며, 이러한 마크가 완제품의 외관상 불량을 초래하지 않는 한 제조업체에서는 일반적으로 허용합니다. 재료의 박리, 표면 개재물 및 기타 심각한 결함도 발견될 수 있으며, 이는 불량의 원인이 됩니다.
설계시 고려 사항
경제적인 생산을 위해 지식이 풍부한 설계자는 전단 및 후속 작업 중 비용과 품질에 영향을 미치는 여러 측면을 인지합니다. 다음은 이러한 제품 설계 시 고려 사항입니다.
●자재 활용: 일반적으로 자재 공급업체는 표준 크기(30, 36, 48, 60인치 폭)의 시트 재고를 제공합니다. 이러한 표준 크기를 효과적으로 사용하면 추가 슬리팅이나 압연 준비 비용을 절감하여 상당한 비용을 절감할 수 있습니다. 금속 성형업체와 사전에 협의하여 제품의 보이지 않는 플랜지 치수를 수정하여 표준 시트 크기보다 약간 작은 전체 부품 레이아웃을 구현할 수 있습니다. 이를 통해 추가 비용을 방지하고 낭비를 줄일 수 있습니다.
●결 방향: 평압연재의 결 방향(코일의 길이 방향)은 항상 중요한 고려 사항은 아닙니다. 그러나 성형 및 굽힘 가공과 같은 일부 작업에서는 결 방향이 중요할 수 있습니다. 플랜지나 형상이 형성된 매우 큰 부품의 경우, 설계자는 소재 크기 제한으로 인해 성형된 형상이 결을 가로질러 배치될 수 있는지 확인하기 위해 결 방향과 굽힘 반경을 지정하기 전에 자격을 갖춘 공급업체와 상의해야 합니다. 이 주제는 프레스 브레이크 성형 및 스탬핑 생산에 관한 장에서 더 자세히 다룹니다.
●공정 특성: 버, 홀드다운 마크 및 꼬임(그림 4)은 전단 공정의 특성입니다.
1. 버는 전단 작업 후(모든 금속 절단 작업에서와 마찬가지로) 발생하지만 일반적으로 적절한 전단 작업을 통해 허용 가능한 한도 내에서 제어됩니다.
2. 홀드다운 마크는 가공물 전단면의 한쪽 면을 따라 미세한 홈으로 나타나는데, 이는 홀드다운의 클램핑 작용으로 인해 발생하는 경우가 많습니다. 이러한 마크는 거의 문제가 되지 않습니다. 최종 제품의 보이지 않는 플랜지의 일부로 처리되거나, 이후 트리밍 작업에서 완전히 제거될 수 있습니다.
중요한 용도에서는 홀드다운에 코팅재를 사용하여 소재를 보호할 수 있습니다. 제거 가능한 보호 코팅이 있는 소재는 전단 공정에서 발생하는 홀드다운 자국과 긁힘을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 대체 방법은 상당한 추가 비용을 발생시킵니다.
3. 꼬임(twist)은 좁은 스트립을 전단할 때 재료에 나선형의 곡률이 발생하는 현상입니다. 이는 전단기의 가위 작용에 의해 발생하며, 전단 폭과 스트립의 두께 및 강도의 관계에 영향을 받습니다.
꼬임은 좁은 스트립을 전단할 때를 제외하고는 거의 중요한 고려 사항이 아닙니다. 작업에 매우 좁은 스트립이 필요한 경우, 롤러 슬릿 코일 소재(주문량이 충분한 경우) 또는 막대 소재로 대체할 수 있습니다.
판금 전단 공정의 장점
전단은 일반적으로 대규모 제조 공정의 일부로, 다른 제품의 조립에 사용할 수 있도록 시트를 더 작은 크기로 자르는 데 사용됩니다.
판금 생산에서의 전단 공정에는 다음과 같은 장점이 있습니다.
- 다양한 직경의 금속판을 쉽게 절단할 수 있습니다.
- 특히 대용량 작업에 사용할 경우 금속을 절단하는 데 비용 효율적인 수단입니다.
- 깔끔하고 매끄러운 모서리의 절단면을 만들어냅니다.
- 금속 칩이 발생하지 않으며 사실상 폐기물이 없는 판금 절단 공정입니다.
- 몇 초 만에 판금을 빠르게 절단합니다.
- 가열할 필요가 없고 실온에서도 가능합니다.
- 알루미늄, 청동, 구리, 철, 강철, 스테인리스 스틸 등의 금속을 절단할 수 있는 다재다능한 판금 절단 기술입니다.
그러나 판금에 전단 가공을 사용하는 데에는 몇 가지 단점이 있습니다. 이 공정은 소량 생산에는 적합하지 않으며, 텅스텐과 같은 매우 단단한 금속은 전단 가공으로 절단할 수 없습니다. 판금의 경우, 칼날이 손상되거나 무뎌지거나, 전단 간격이 부적절하게 배치되거나, 압착 시 너무 높거나 낮은 압력이 가해지면 판이 변형되는 경우가 있습니다.
매우 유사한 또 다른 판금 절단 공정은 다이커팅입니다. 전단과 다이커팅의 주요 차이점은 각 판금 절단 공정에 사용되는 절단날의 종류입니다. 다이커팅은 곡선형 날을 사용하는 반면, 전단은 직선형 날을 사용합니다. 그 외에는 두 가지 판금 절단 방법 모두 직선을 생성하여 금속판을 거의 또는 전혀 낭비 없이 가공할 수 있습니다.
판금 절단 공정에 사용되는 장비
전단 공정을 사용하여 매끄러운 마감을 정확하게 얻는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 판금 생산에서는 다양한 유형의 기계가 전단 작업을 수행할 수 있습니다. 어떤 기계나 공구는 수동으로 작동할 수 있지만, 다른 기계나 공구는 유압, 공압 또는 전기 기계를 사용합니다. 표준 전단 기계에는 판금을 지지하는 암과 고정하는 가이드가 있는 테이블과 판금 위아래에 위치한 직선 날을 포함하는 경우가 많습니다.
판금 절단 공정은 판재를 두 날 사이에 놓고, 두 날을 서로 맞물리게 하여 금속을 절단하는 과정입니다. 대부분의 전단 기계나 장비는 아래쪽 날은 고정되어 있고, 위쪽 날은 금속판에 아래쪽으로 힘을 가합니다. 종종 위쪽 날은 절단면이 한쪽에서 다른 쪽으로 이동함에 따라 필요한 힘이 지속적으로 감소하도록 각도를 조절합니다. 판금 전단 공정에는 다양한 장비를 사용할 수 있습니다.
악어 가위
이름에서 알 수 있듯이 힌지 턱을 사용하는 악어 가위는 다양한 금속 절단 작업에 사용됩니다. 유압 장치로 구동되며, 일반적으로 작은 판금 조각을 절단하는 데만 사용됩니다.
벤치 장착형 가위
벤치형 전단기는 복합 공구를 사용하여 기계적 성능이 더욱 뛰어납니다. 중간 크기의 판금 가공물을 대략적인 모양으로 절단하는 데 적합합니다. 벤치형 전단기는 다재다능하여 여러 유형의 절단이 가능합니다. 또한 다양한 크기와 강도로 제공되며, 깔끔하고 버(burr) 없는 절단이 가능합니다.
금속 단두대
이 기계는 하부 및 상부 전단기, 전단 테이블, 작업물 고정 장치, 그리고 측정 장치로 구성됩니다. 금속 단두대는 기계식, 유압식 또는 발로 작동하는 수동식 동력으로 작동합니다. 램으로 금속판을 고정하고 금속 칼날을 아래로 밀어 고정된 칼날과 교차하도록 하여 금속을 절단합니다. 큰 금속 조각을 절단할 때 필요한 힘을 줄이기 위해, 움직이는 칼날은 직선이거나 비스듬하게 설치될 수 있습니다.
길로틴을 이용한 판금 절단 공정은 전단 공정에 속도와 경제성을 모두 제공합니다. 판금 제조에서 이 기계는 대용량 조립 라인에 이상적입니다. 전단 공정에 사용되는 다른 장비보다 모서리가 거칠어지는 경향이 있기 때문에, 판금 생산에서는 일반적으로 미관이 중요하지 않거나 나중에 용접해야 하는 부품을 제작하는 데 사용됩니다.
파워 가위
이 전단기는 큰 판금 조각으로 블랭크를 만드는 데 이상적입니다. 전동 전단기를 사용한 절단 공정은 전기 또는 공압을 사용하여 기계를 작동시키지만, 기계는 수동으로 작동합니다. 위쪽 날이 아래쪽 날 쪽으로 움직이며, 아래쪽 날은 고정된 위치에 고정되어 판금을 절단하는 장력을 가합니다. 일반적으로 직선이나 반경이 큰 곡선을 절단하는 데 사용되는 전동 전단기는 유연성, 정확성, 내구성 및 효율성을 제공합니다.
자르는 소리
스닙은 판금 전단 가공을 위해 특별히 설계된 수공구입니다. 판금 절단 공정에는 복합 액션 스닙과 티너 스닙, 두 가지 유형의 스닙이 사용됩니다. 복합 액션 스닙은 특수 연결 장치로 인해 기계적 이점이 더 크며 여러 종류가 있습니다. 이러한 스닙은 스테인리스강, 연강 또는 알루미늄에 사용됩니다.
티너 스닙은 짧은 칼날과 긴 손잡이를 특징으로 하며, 일반적으로 연강이나 저탄소 함량의 주석을 절단하는 데 사용됩니다. 티너 스닙은 다양한 종류로 출시됩니다. 정밀성이 뛰어나 주로 섬세한 판금 절단 작업에 사용됩니다. 하지만 손으로 작동하기 때문에 스닙으로 절단하는 데 시간이 많이 걸립니다.
목 없는 가위
목 없는 전단기는 복잡한 곡선, 불규칙한 모양 또는 직선 모양의 절단을 위해 설계되었습니다. 다른 많은 전단기와 달리, 목 없는 전단기는 작업물이 자유롭게 움직일 수 있도록 합니다.
판금 절단 공정을 사용하는 산업 및 제품
판금 절단 공정은 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 일반적으로 판금 생산은 세 가지 유형으로 나뉩니다.
이러한 범주는 다음과 같습니다.
상업용 판금 생산 자동차 차체, 가전제품, 차량 후드, 캡, 캔, 우편함, 캐비닛, 칼 붙이, 가전제품 등 소비재를 만드는 산업입니다.
산업용 판금 생산에는 다른 제품에 사용되는 부품을 제작하는 작업이 포함되며, 이 중 많은 부분이 소비자 제품을 제조하는 데 사용됩니다. 산업용 제조에는 밴드톱, 드릴 프레스, 유압 시스템 등과 같은 다양한 도구를 만드는 작업도 포함됩니다.
구조용 판금 생산 고층 빌딩의 구조용 프레임 스터드, 환기 시스템, 가드레일, 브래킷, 홈통, 엘리베이터, 파이프, 문, 금속 사이딩, 지붕재 등 건설에 필요한 구성 요소를 제조하는 사업입니다.
판금 제작 및 성형 판금은 다양한 대량 생산 품목 제작에 필수적이며, 이러한 작업에서 가장 중요한 요소 중 하나는 전단 가공입니다. 실제로 판금은 레스토랑, 식음료, 농업, 전자, 자동차 등 여러 산업 분야에서 활용될 수 있습니다.
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