프레스가공

프레스가공(press)은 은 넓은 뜻으로 소성가공의 대부분을 가리키는 것으로 사용되며 좁은 뜻으로는 프레스 기계에 의한 가공을 말한다. 프레스를 이용하여 소재를 소성변형시켜 여러 가지 형상으로 만드는 가공법이며 금형, 프레스 기계, 피가공재를 프레스 가공의 3요소라고 한다.

개요

프레스가공은 일반적으로 다이와 펀치로 불리는 금형을 이용해 재료에 다양한 방법으로 압력을 가해 원하는 형상으로 성형된다. 프레스가공은 다양한 제품의 대량생산에 폭넓게 이용된다. 특히 최근에는 자동차의 전자 제어화에 따라 차체와 슬라이딩 부품뿐만 아니라 소형화, 고밀도화되는 전장 부품 및 전자 기기용 금속 부품에도 더욱 높은 정도와 내구성, 신뢰성이 요구되고 있다. 일반적으로 프레스가공으로 양산되는 제품은 2차원 형상을 가지게 되는데 와셔나 얇은 태엽 부품들이 이에 해당되며 프레스 금형에 물리는 금형에 따라서는 언더컷이 없는 3차원 형상도 제작 가능하다. 프레스가공에 의한 소성가공은 상부에 상하 왕복운동을 하는 램이라는 기계 부분 아래 금형을 붙이는데 하부 베드 윗면에 하형을 고정하고 그 위에 금속 또는 그 밖의 재료 소재를 놓아 램의 하강 행정에서 소재를 압축 하중을 걸어 원하는 모양의 제품을 만드는 방식으로 진행된다. 이 가공법은 얇은 제품의 양산에 특화된 방식으로 금형의 내구도가 허락하는 한 많은 양의 제품을 빠르게 만들어내며 대개 2차원 형상이면서 유지보수 비용이 가장 저렴한 편에 속하기 때문에 제품 생산에 많이 활용되고 있다

프레스가공은 양산에 특화된 가공 방식이므로 소물량 생산에서 쓰이기는 곤란하다. 물량이 적다면 타산을 따져봐서 레이저 커팅이나 와이어 등 별도 금형이 필요하지 않은 생산수단으로 가공하는 생산방식이 고려될 수 있다. 또한 공작기계 스펙에 따라 다르지만 일반적으로 철판이라 부르기 민망할 만큼 두꺼운 제품은 프레스로 생산할 수 없다. 강재의 종류에 따라 다르지만 과도한 곡률 5T를 초과하는 두께 등의 조건이 들어가 있을 경우 설계변경을 통해 양품이 잘 나올 수 있는 생산 조건으로 변경해 주어야 한다. 무리한 가공조건을 설계에 반영하면 수율이 떨어지고 금형의 수명이 줄어든다.

종류

전단가공

전단(shear, 剪斷)은 물체의 단면에 반대 방향인 한 쌍의 힘을 평행하게 작용시켜 물체를 절단하는 일이다.

• 전단(Shearing): 전단기(Shearing machine)로 소재의 일부를 전단하는 작업이다. 이 중에서 스크랩이 거의 없게 규칙적인 배열로 전단하는 공정을 특히 컷오프(Cuto off)작업이라 한다.
• 블랭킹(Blanking): 소재로부터 정해진 형상을 절단해 내어 그것을 제품으로 사용하는 작업이다.
• 피어싱(Piercing): 제품으로 사용하고자 하는 소재로부터 구멍을 뚫어내는 작업 이 작업을 펀칭(Punching)이라도 한다.
• 트리밍(Trimming): 성형된 제품의 불규칙한 가장자리 부위를 절단하는 작업이다.
• 노칭(Notching): 소재의 가장자리부터 원하는 형상을 절단하는 것으로 전단선 윤곽이 폐곡선을 이루지 않는다.
• 슬로팅(Slotting): 판재의 중앙부에서 가늘고 긴 홈을 절단하는 작업으로 피어싱과 유사하다.
• 슬리팅(Slitting): 판재의 일부에 가는 절입선을 가공하는 작업 또는 넓은 판재를 일정한 간격의 좁은 코일 또는 스트립으로 가공하는 작업이다.
• 세퍼레이팅(Separating): 성형된 제품을 2개 이상으로 분리하는 작업이다.
• 퍼포레이팅(perforating): 판재상에 많은 구멍을 규칙적인 배열로 피어싱하는 작업이다.
• 셰이빙(Shaving): 앞 공정에서 전단된 블랭크재의 전단면을 평평하게 가공하기 위해 다시 한번 전단하는 작업이다.
• 정밀 블랭킹(Fine blanking): 블랭킹 홀더에 V형 모양의 링(ring)을 만들고 블랭크(blank) 외주를 강하게 눌러 펀치 방향의 재료 유동을 억제함으로써 제품의 치수가 정밀하고 전단면이 깨끗하며 각이 정확한 전단면을 한 공정에서 얻기 위하여 사용되는 금형이다.

굽힙가공

굽힘(bending) 또는 휨은 판재, 봉재, 관재 등을 다이스나 롤을 이용하여 필요로 하는 형상으로 굽혀 변형시키는 가공을 말한다. 굽힘 금형은 소재가 굽힘 변형을 받게 되면 중립면을 경계로 펀치측에는 압축응력이 다이측에는 인장응력이 발생하면서 제품이 성형이 되는 금형을 말한다. 판 두께 방향으로 응력의 방향이 반대가 되므로 두께 내부에는 반드시 응력이 제로가 되는 가상의 면이 존재하게 되는데 이를 중립면이라고 한다. 굽힘 금형은 가공 시 굽힘부의 내측은 압축되는데 변형은 재료의 표면에서 가장 크고 두께의 중심에 가까울수록 작아진다. 따라서 인장이나 압축 변형이 전혀 발생하지 않는 가상의 면을 중립면이다. 판 두께 방향으로 응력 변환이 생기면서 응력이 제로인 가상의 면이다. 길이 변화가 없는 중립면으로 굽힘 제품의 블랭크 전개 길이 설계 시 기준면으로 활용할 수 있다. 응력이 제로인 중립면 주위에는 탄성 영역이 미소하게 존재하여 스프링 백의 발생 원인이 된다. 굽힘 가공이 심하더라도 재료의 두께 내에서는 탄성과 소성변형이 공존한다.

성형가공

성형(成型)은 재료에 일정한 힘을 가하여 특정한 형체를 만드는 것을 말한다. 성형가공이란 재료의 판 두께를 고의로 축소시키지 않으며 금형의 상하형 사이에 넣고 압력을 가해 원하는 형상으로 만드는 가공 방법이다. 성형가공은 재료의 변형이 작은 그룹에 한정된다.

• 엠보싱(Embossing): 재료의 판두께 변화는 일으키지 않으면서 국부적으로 돌기 형상의 소성변형을 시켜 제품의 강성을 증가시키는 작업이다.
• 비딩(Beading): 엠보싱과 마찬가지로 제품의 강성을 증가시키기 위한 것으로 대체로 형상 세장비가 큰 작업이다.
• 익스팬딩(Expanding): 원통의 단부 내경을 확대시키는 가공이다.
• 벌징(Bulging): 원통형 부품의 내부에 고무 또는 유체를 이용하여 직경을 팽창시키는 가공이다.
• 네킹(Necking): 원통형 부품의 직경을 감소시키는 가공이다.
• 플래팅(Flatting): 소재의 표면을 평평하게 하는 작업이다. 스트레이트닝(Straightening)이라고도 한다.

압축가공

압축가공은 소재를 공구 사이에 놓고 상부에서 압축력을 가하면 재료 내에서 높은 압축 응력이 발생하여 소재를 변형시켜 성형하는 방법을 말한다. 압축가공은 재료에 강한 압축력을 가하여 소재변형을 일으키면서 금형 내부의 형상대로 제품이 성형되도록 하는 공정으로 프레스 가공의 일종이다.

• 압인(Coining) : 재료를 밀폐된 금형 속에서 강하게 눌러 금형과 같은 모양을 재료의 표면에 만드는 정밀 단조 가공이다.
• 마킹(Marking) : 재료의 일부분에만 마크 또는 문자를 각인하는 가공이다.
• 업세팅(Upsetting) : 재료를 상하 방향으로 압축하여 높이를 줄이고 단면을 넓히는 가공이다.

• 스웨이징(Swaging) : 재료를 반경 방향으로 압축하여 직경이나 두께를 줄여서 길이나 폭을 넓히는 가공이다.
• 헤딩(Heading) : 원기둥 재료의 일부를 상하로 압축하여 볼트, 리벳 등과 같이 부품의 머리를 만드는 일종의 업세팅 가공이다.
• 압출(Extrusion) : 다이 속에 재료를 넣고 펀치로 재료를 압축하면 다이의 구멍(전방 압출) 또는 펀치와 다이의 틈새 (후방 압출)로 재료가 유동하여 원하는 형상을 만드는 가공이다.
• 충격압출(Impact Extrusion) : 치약 튜브와 같은 얇은 벽의 깊은 용기를 만들 때 적용되는 일종의 후방 압출 가공을 말한다. 다이에 경금속을 넣고 펀치가 고속으로 하강하면 재료는 그 충격으로 연신되면서 성형된다.

특징

• 복잡한 형상을 간단하게 가공할 수 있다.
• 절삭가공에 비해 인성 및 강도가 우수하다.
• 정밀도가 높고 대량생산이 가능하다.
• 재료 이용률이 높다.
• 가공속도가 빠르고 능률적이다.
• 절삭가공만큼 숙련된 기술을 요구하지 않는다.

단점

• 고가의 프레스 금형이 필요하다.
• 금형 제작에 장시간이 소요된다.
• 다종소량 생산에서는 생산원가가 높다.
• 광범위한 지식과 경험이 필요하다.
• 위험한 작업이므로 안전대책이 필요하다.

같이 보기

• 가공

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