프레스 금형 _ 전단금형

[숲의 향기]

프레스 금형 기술

프레스를 활용하여 박판금속을 성형하는 금형이다. 기능 부품으로도 활용되지만, 제품의 외관을 유지하는 기능을 수행하는 경우도 많다.

가. 전단금형

[그림 1.1-2-1] 전단공정 진행과정

전단공정은 [그림 1.1-2-1]과 같이 박판금속을 두께방향으로 전단하여 제거함으로써 원하는 평면 형상을 제작하는 공정이다. 전단 금형으로 금속소재를 전단하는 것은 상하 1쌍으로 된 가위를 가지고 종이를 절단하는 것과 매우 유사하다. 펀치와 다이 사이에 소재를 넣고 펀치를 움직이면 펀치가 소재를 눌러서 날끝 부위에 집중적으로 응력이 발생하게 되고 재료가 전단 및 파단 과정을 거쳐 최종적으로 소재가 분리되게 된다. 전단공정은 깨끗한 전단면을 얻는 것이 매우 중요한 문제가 된다. 다이 내부로 분리된 부분을 제품으로 사용하는 경우를 블랭킹, 다이와 펀치 사이에 남아있는 부분을 제품으로 사용하는 것을 피어싱이라고 한다.

(1) 파인 블랭킹

[그림 1.1-2-2]와 같이 전단면은 일반적인 블랭킹 또는 Stamping 작업에서는 일부분만 깨끗하게 전단되고, 나머지 부분은 거칠게 파단된 전단면을 갖는 부품이 생산된다. 이들 전단/파단된 표면에 대해 허용오차나 우수한 표면처리에 대한 조건이 요구되면 그 부품은 Shaving, 밀링, 리이밍, 브로우칭, 또는 연삭 등의 방법으로 재가공 되어야 한다. Fine Blanking에서는 소재 주위에 여러 가지 형태의 돌기를 활용하여 압축응력을 가함으로써 깨끗한 전단면을 얻을 수 있게 한다. 정밀한 부품을 생산하려면 각 부품 당 적어도 두개 또는 그 이상의 부수적인 작업이 종종 필요하게 되는데, Fine Blanking을 사용하면 재료의 전체두께에 걸쳐 깨끗하게 전단 내외 형상을 갖는 정밀한 부품을 단 한번의 공정으로 생산할 수 있으므로 정밀한 제품을 얻게 됨과 동시에 생산비도 절감할 수 있게 된다. 특성상, FINE BLANKING 기술이 적용되는 제품은 사용 목적상 정밀도가 일반 프레스 블랭킹에서 가공했을 경우 후속 공정이 많아져 경제성이 없는 후판 제품 즉 두께 5∼15 mm 정도의 제품에 많이 적용되고 있다. 따라서 FINE BLANKING 제품은 [그림 1.1-2-3]과 같이 주로 자동차의 기능 부품, 냉동기의 컴프레서 부품, 전기 전자 구조 부품, 일반 기계 요소 등 제품의 정밀도와 표면의 품질이 동시에 요구되는 부품들이 대상품이 된다. 미세한 크기의 형상을 전단하는 경우 초정밀 전단금형으로 분류되며, 전단후 후가공을 억제하고자 하는 경우 정밀한 금형의 제작이 요구된다.

[그림 1.1-2-2] 파인 블랭킹 공정

[그림 1.1-2-3] 파인 블랭킹 제품

(2) 굽힘금형

굼힘가공은 [그림 1.1-2-4]와 같이 박판금속을 굽힘선에 따라 굽혀서 영구변형을 일으켜 원하는 형상으로 굽히는 공정이다. 굽힘의 안쪽에서는 압축응력, 바깥쪽에서는 인장응력이 발생되며 재료가 갖고 있는 본래의 탄성으로 인해서 완전한 소성변형을 시킨다는 것은 어렵다. 미세한 크기의 형상을 굽히는 경우 초정밀 전단금형으로 분류되며, 굽힘 후 형상정밀도 공차를 엄격하게 규제하는 경우 정밀한 금형의 설계 및 제작 그리고 이 요구된다. 굽힘가공에서 [그림 1.1-2-5]와 같은 스프링백(springback)이란 소재에 외력을 가해서 탄성한도 이상으로 변형시켰다가 외력을 제거하여도 잔류응력으로 인해서 본래의 형태로 일부 복구하는 현상을 말하며 굽힘가공에서 정밀한 제품을 얻기 위해서 가장 어려움을 주는 현상이다. 이를 억제하기 위하여 다양한 방법이 고안되어 사용되고 있으나 원천적으로 없앨 수는 없고 감소시키거나 예측하여 정밀하게 성형하는 방법이 활용된다.

[그림 1.1-2-4] 굽힘가공

[그림 1.1-2-5] 스프링백

(3) 드로잉 금형

드로잉 가공이란 평면 블랭크를 원통형, 각통형, 반구형, 원추형 등의 밑바닥이 있고 이음매가 없는 용기로 성형가공하는 작업이다. [그림 1.1-2-6]과 같이 다이 위에 놓여진 소재를 펀치가 움직이면서 다이 속으로 소재를 유입시켜 원통 컵을 만드는 것이다. 소재가 다이 속으로 끌려 들어갈 때 소재 표면에 주름이 생기는 것을 억제하기 위하여 블랭크 홀더가 성형 중에 소재를 눌러 주고 있다.

박판금속의 형상을 입체적으로 변화시켜 원하는 형상의 제품을 제작하는 것으로 외관적인 형상이 우수하면 수치적인 정밀도가 떨어져도 무방한 경우가 많으나 미세한 크기의 형상을 성형하는 경우 초정밀금형으로 분류되며 치수가 정밀하게 요구되어 정밀한 정형공정이 필요하다.