질문: 인쇄물의 굽힘 반경(제가 지적했듯이)이 도구 선택과 어떤 관련이 있는지 이해하기 어렵습니다. 예를 들어, 현재 0.5인치 A36 강철로 제작된 일부 부품에 문제가 있습니다. 이 부품에는 0.5인치 직경 펀치를 사용합니다. 반경과 4인치 다이가 있습니다. 이제 20% 규칙을 사용하여 4인치를 곱합니다. 다이 오프닝을 15%(강철의 경우) 늘리면 0.6인치가 됩니다. 그런데 인쇄에 0.6인치 굽힘 반경이 필요한데 작업자는 0.5인치 반경 펀치를 사용해야 한다는 것을 어떻게 알 수 있을까요?
A: 판금 산업이 직면한 가장 큰 과제 중 하나를 언급하셨는데요, 이는 엔지니어와 생산 현장 모두에서 겪는 오해입니다. 이 문제를 해결하기 위해, 근본 원인, 즉 두 가지 성형 방법, 그리고 그 차이점을 제대로 이해하지 못하는 것부터 시작하겠습니다.
1920년대 벤딩 머신이 등장한 이후 현재까지, 작업자는 바닥 굽힘이나 연삭을 통해 부품을 성형해 왔습니다. 지난 20~30년 동안 바닥 굽힘은 더 이상 유행하지 않았지만, 판금을 굽힐 때 굽힘 방법은 여전히 우리의 사고방식에 깊이 스며들어 있습니다.
정밀 연삭 공구는 1970년대 후반 시장에 출시되어 패러다임을 바꿔놓았습니다. 정밀 공구가 플래너 공구와 어떻게 다른지, 정밀 공구로의 전환이 업계에 어떤 변화를 가져왔는지, 그리고 이 모든 것이 귀하의 질문과 어떤 관련이 있는지 살펴보겠습니다.
1920년대에 성형은 디스크 브레이크 주름에서 일치하는 펀치가 있는 V자형 다이로 바뀌었습니다. 90도 펀치는 90도 다이와 함께 사용됩니다. 폴딩에서 성형으로의 전환은 판금에 있어 큰 진전이었습니다. 새롭게 개발된 플레이트 브레이크가 전기적으로 작동하여 더 이상 수동으로 굽힐 필요가 없기 때문에 속도가 더 빨라졌습니다. 또한 플레이트 브레이크는 아래에서 굽힐 수 있어 정확도가 향상됩니다. 백게이지 외에도 펀치가 반경을 재료의 내부 굽힘 반경으로 누르기 때문에 정확도가 향상될 수 있습니다. 이는 도구 끝을 두께보다 얇은 재료 두께에 적용하여 달성됩니다. 일정한 내부 굽힘 반경을 얻을 수 있다면 어떤 유형의 굽힘을 수행하든 굽힘 빼기, 굽힘 허용치, 외부 감소 및 K 계수에 대한 올바른 값을 계산할 수 있다는 것을 우리 모두 알고 있습니다.
부품의 내부 곡률 반경이 매우 날카로운 경우가 많습니다. 제작자, 설계자, 장인들은 모든 것이 새롭게 제작된 것처럼 보였기에 부품이 튼튼할 것이라는 것을 알고 있었습니다. 적어도 오늘날과 비교하면 실제로 그랬습니다.
더 나은 것이 나올 때까지는 다 괜찮았습니다. 다음 단계는 1970년대 후반 정밀 연삭 공구, 컴퓨터 수치 제어기, 그리고 첨단 유압 제어 장치가 도입되면서 시작되었습니다. 이제 프레스 브레이크와 그 시스템을 완벽하게 제어할 수 있습니다. 하지만 결정적인 전환점은 모든 것을 바꾸는 정밀 연삭 공구입니다. 고품질 부품 생산의 모든 규칙이 바뀐 것입니다.
성형의 역사는 비약적인 발전을 거듭해 왔습니다. 단 한 번의 도약으로 플레이트 브레이크의 불균일한 플렉스 반경에서 스탬핑, 프라이밍, 엠보싱을 통해 균일한 플렉스 반경으로 발전했습니다. (참고: 렌더링은 캐스팅과 다릅니다. 자세한 내용은 칼럼 보관소를 참조하세요. 하지만 이 칼럼에서는 렌더링과 캐스팅 방식을 모두 "바텀 벤딩"이라고 부릅니다.)
이러한 방법은 부품을 성형하는 데 상당한 톤수가 필요합니다. 물론, 이는 프레스 브레이크, 공구 또는 부품에 여러모로 좋지 않은 소식입니다. 그러나 업계가 에어포밍(airforming)으로 다음 단계를 밟을 때까지 거의 60년 동안 가장 널리 사용되는 금속 굽힘 방법으로 남아 있었습니다.
그렇다면 공기 형성(또는 공기 굽힘)이란 무엇일까요? 바닥 굽힘과 비교했을 때 어떻게 작동할까요? 이 점프는 반경이 생성되는 방식을 다시 한번 변화시킵니다. 이제 굽힘의 안쪽 반경을 펀칭하는 대신, 공기는 다이 개구부 또는 다이 암 사이의 거리에 대한 비율로 "떠다니는" 안쪽 반경을 형성합니다(그림 1 참조).
그림 1. 에어 벤딩에서 굽힘의 내부 반경은 펀치 끝이 아닌 다이의 너비에 의해 결정됩니다. 반경은 폼의 너비 내에서 "부동"합니다. 또한, (다이 각도가 아닌) 관통 깊이가 공작물 굽힘 각도를 결정합니다.
기준 소재는 인장 강도가 60,000psi이고 다이 홀의 약 16%에 해당하는 공기 성형 반경을 가진 저합금 탄소강입니다. 이 비율은 소재의 종류, 유동성, 상태 및 기타 특성에 따라 달라집니다. 판금 자체의 차이로 인해 예측 비율이 완벽할 수는 없지만, 상당히 정확합니다.
연질 알루미늄 공기는 다이 구멍의 반경 13%~15%를 형성합니다. 열간 압연 산세척 및 오일 처리된 소재는 다이 구멍의 반경 14%~16%를 형성합니다. 냉간 압연 강재(기본 인장 강도 60,000psi)는 다이 구멍의 반경 15%~17% 내에서 공기에 의해 형성됩니다. 304 스테인리스 스틸 공기 형성 반경은 다이 구멍의 반경 20%~22%입니다. 다시 말하지만, 이러한 백분율은 소재의 차이로 인해 값의 범위가 있습니다. 다른 소재의 백분율을 확인하려면 해당 소재의 인장 강도를 기준 소재의 인장 강도 60 KSI와 비교할 수 있습니다. 예를 들어, 소재의 인장 강도가 120-KSI인 경우 백분율은 31%~33% 사이여야 합니다.
탄소강의 인장 강도가 60,000psi이고, 두께가 0.062인치이며, 안쪽 굽힘 반경이 0.062인치라고 가정해 보겠습니다. 0.472 다이의 V홀 위로 탄소강을 구부리면 다음과 같은 공식이 나옵니다.
따라서 내부 굽힘 반경은 0.075인치가 되며, 이를 사용하여 굽힘 허용치, K 계수, 수축 및 굽힘 빼기를 어느 정도 정확하게 계산할 수 있습니다. 즉, 프레스 브레이크 작업자가 올바른 도구를 사용하고 작업자가 사용하는 도구를 중심으로 부품을 설계하는 경우입니다.
예시에서 작업자는 0.472인치를 사용합니다. 스탬프 오프닝. 작업자는 사무실로 와서 "휴스턴, 문제가 생겼습니다. 0.075입니다."라고 말했습니다. 충격 반경? 정말 문제가 있는 것 같습니다. 어디서 구할 수 있을까요? 가장 가까운 값은 0.078입니다. "0.062인치. 0.078인치. 펀치 반경이 너무 큽니다. 0.062인치. 펀치 반경이 너무 작습니다."
하지만 이건 잘못된 선택입니다. 왜 그럴까요? 펀치 반경은 안쪽 굽힘 반경을 생성하지 않습니다. 바닥 굽힘에 대해 이야기하는 것이 아니라, 스트라이커의 끝부분이 결정적인 요소라는 점을 기억하세요. 공기의 형성에 대해 이야기하는 것입니다. 매트릭스의 폭은 반경을 생성하지만, 펀치는 단순히 밀어내는 요소일 뿐입니다. 또한 다이 각도는 굽힘의 안쪽 반경에 영향을 미치지 않는다는 점에 유의하세요. 예각, V자형 또는 채널 매트릭스를 사용할 수 있습니다. 세 가지 모두 다이 폭이 같으면 안쪽 굽힘 반경도 동일합니다.
펀치 반경은 결과에 영향을 미치지만, 굽힘 반경을 결정하는 요소는 아닙니다. 유동 반경보다 큰 펀치 반경을 형성하면 부품의 반경이 더 커집니다. 이로 인해 굽힘 허용 오차, 수축, K 계수, 그리고 굽힘 공제가 변경됩니다. 하지만 이것이 최선의 선택은 아니죠, 그렇죠? 아시겠죠? 최선의 선택이 아니라는 것을요.
0.062인치를 사용하면 어떨까요? 충격 반경은 어떨까요? 이 타격은 효과적일 것입니다. 왜냐고요? 적어도 기성 공구를 사용할 때는 자연스러운 "유동" 내부 굽힘 반경에 최대한 가깝기 때문입니다. 이 용도에 이 펀치를 사용하면 일관되고 안정적인 굽힘을 얻을 수 있습니다.
이상적으로는, 플로팅 파트 피처의 반경에 근접하지만 이를 초과하지 않는 펀치 반경을 선택하는 것이 좋습니다. 플로팅 벤딩 반경에 비해 펀치 반경이 작을수록, 특히 벤딩을 많이 하는 경우 벤딩이 불안정하고 예측하기 어려워집니다. 너무 좁은 펀치는 소재를 구겨지게 하고, 일관성과 반복성이 떨어지는 날카로운 벤딩을 생성합니다.
많은 분들이 다이 홀을 선택할 때 왜 재료의 두께만 중요한지 궁금해하십니다. 공기 성형 반경을 예측하는 데 사용되는 백분율은 사용되는 금형의 금형 개구부가 재료 두께에 적합하다는 가정을 전제로 합니다. 즉, 매트릭스 홀은 원하는 것보다 크거나 작지 않습니다.
금형 크기를 줄이거나 늘릴 수는 있지만, 반경이 변형되어 굽힘 함수 값이 많이 변경되는 경향이 있습니다. 잘못된 히트 반경을 사용하는 경우에도 비슷한 현상이 발생할 수 있습니다. 따라서, 일반적으로 재료 두께의 8배에 해당하는 다이 개구부를 선택하는 것이 좋습니다.
기껏해야 엔지니어가 작업장에 와서 프레스 브레이크 작업자와 이야기를 나누는 정도일 겁니다. 모든 사람이 성형 방법의 차이점을 알고 있는지 확인하세요. 어떤 방법과 재료를 사용하는지 알아보세요. 보유한 모든 펀치와 다이 목록을 확보하고, 그 정보를 바탕으로 부품을 설계하세요. 그런 다음, 부품의 정확한 가공에 필요한 펀치와 다이를 문서에 기록하세요. 물론 공구를 조정해야 하는 특별한 상황이 발생할 수도 있지만, 이는 일반적인 상황이라기보다는 예외적인 상황으로 여겨져야 합니다.
작업자 여러분, 다들 허세 부리는 거 알아요. 저도 그중 하나였으니까요! 하지만 원하는 도구만 골라 쓸 수 있던 시대는 지났습니다. 하지만 부품 설계에 어떤 도구를 써야 하는지 지시받는다고 해서 실력이 드러나는 건 아닙니다. 그냥 어쩔 수 없는 현실일 뿐입니다. 이제 우리는 허공으로 만들어졌고, 더 이상 게으르지 않습니다. 규칙이 바뀌었습니다.
FABRICATOR는 북미 최고의 금속 성형 및 금속 가공 전문지입니다. 이 잡지는 제조업체의 업무 효율 향상을 위한 뉴스, 기술 기사, 사례 연구를 게재합니다. FABRICATOR는 1970년부터 업계에 서비스를 제공해 왔습니다.
The FABRICATOR에 대한 전체 디지털 액세스가 이제 가능해졌으며, 이를 통해 귀중한 업계 리소스에 쉽게 접근할 수 있습니다.
Tubing Magazine의 전체 디지털 액세스가 이제 가능해져서 귀중한 업계 리소스에 쉽게 접근할 수 있습니다.
이제 The Fabricator en Español에 대한 전체 디지털 액세스가 가능해져 귀중한 업계 리소스에 쉽게 접근할 수 있습니다.
마이런 엘킨스가 The Maker 팟캐스트에 출연해 작은 마을에서 공장 용접공으로 전향한 자신의 여정에 대해 이야기합니다.
게시 시간: 2023년 8월 25일