시트 메탈 제작 기술
판금 개요
시트 금속 가공:
판금 가공은 얇은 금속 시트(일반적으로 6mm 이하)를 대상으로 하는 종합적인 냉간 가공 공정으로, 절단, 펀칭, 굽힘, 용접, 리벳 조립, 다이 성형 및 표면 처리 등을 포함합니다. 그 주요 특징은 동일 부품의 두께가 일정하다는 점입니다.
판금 가공 방법:
1. 금형 비사용 가공: 이 공정은 CNC 펀칭기, 레이저 절단기, 전단기, 벤딩기, 리벳팅기 등의 장비를 사용하여 판금을 가공합니다. 일반적으로 시제품 제작 또는 소량 생산에 사용되며, 비용이 상대적으로 높습니다.
2. 금형 사용 가공: 이 공정은 고정식 금형을 사용하여 판금을 가공합니다. 일반적인 금형으로는 블랭킹 금형과 성형 금형이 있습니다. 주로 대량 생산에 사용되며, 비용이 상대적으로 낮습니다.
판금 가공 방법:
1. 금형 비사용 가공: 이 공정은 CNC 펀칭기, 레이저 절단기, 전단기, 벤딩기, 리벳팅기 등의 장비를 사용하여 판금을 가공합니다. 일반적으로 시제품 제작 또는 소량 생산에 사용되며, 비용이 상대적으로 높습니다.
2. 금형 사용 가공: 이 공정은 고정식 금형을 사용하여 판금을 가공합니다. 여기에는 일반적으로 블랭킹 금형과 성형 금형이 포함됩니다. 주로 대량 생산에 사용되며, 비용이 상대적으로 낮습니다.
판금 가공 공정 흐름
블랭킹: CNC 펀칭, 레이저 절단, 전단기; 성형 - 벤딩, 인장, 펀칭: 벤딩 머신, 펀치 프레스 등
기타 가공: 리벳팅, 탭핑 등
용접
표면 처리: 파우더 코팅, 전기 도금, 와이어 드로잉, 스크린 인쇄 등
판금 가공 공정 - 블랭킹
판금 블랭킹 방법에는 주로 CNC 펀칭, 레이저 절단, 전단기 및 다이 블랭킹이 포함된다. 현재 CNC 펀칭이 가장 일반적으로 사용되는 방법이다. 레이저 절단은 주로 시제품 제작 단계에서 사용되며, 가공 비용이 높다. 다이 블랭킹은 대량 생산에 주로 사용된다.
아래에서는 주로 CNC 펀칭을 이용한 판금 블랭킹에 대해 설명한다.
CNC 펀칭은 타워트 펀칭(turret punching)이라고도 하며, 블랭킹, 구멍 뚫기, 홀 드로잉(hole drawing), 리브 추가 등에 사용할 수 있다. 그 가공 정밀도는 ±0.1mm에 달한다. CNC 펀칭으로 가공 가능한 판금 두께는 다음과 같다:
냉간 압연 강판, 열간 압연 강판 <3.0mm;
알루미늄 판 <4.0mm;
스테인리스강 판 <2.0mm.
1. 펀칭에는 최소 크기 제한이 있습니다. 최소 펀칭 크기는 구멍의 형상, 재료의 기계적 특성 및 재료 두께와 관련이 있습니다. (아래 그림 참조)
2. CNC 펀칭 시 구멍 간 간격 및 외부 엣지 간 거리. 펀칭된 구멍의 가장자리와 부품 외형 사이의 최소 거리는 부품 및 구멍의 형상에 따라 특정 제한을 받습니다. 펀칭된 구멍의 가장자리가 부품 외부 엣지와 평행하지 않을 경우, 이 최소 거리는 재료 두께 t 이상이어야 하며, 평행할 경우에는 1.5t 이상이어야 합니다. (아래 그림 참조)
3. 드로잉 구멍을 가공할 때, 드로잉 구멍과 부품 엣지 사이의 최소 거리는 3T, 두 개의 드로잉 구멍 사이의 최소 거리는 6T, 드로잉 구멍과 벤딩 엣지(내측) 사이의 최소 안전 거리는 3T + R입니다(T는 판금 두께, R은 벤딩 반경).
4. 드로잉, 벤딩 및 딥드로잉 부품에 구멍을 뚫을 때는 구멍 벽과 직벽 사이에 일정한 거리를 유지해야 한다. (아래 도면 참조)
판금 가공 기술 - 성형
판금 성형은 주로 벤딩과 인장(스트레칭)을 포함한다.
1. 판금 벤딩
1.1. 판금 벤딩은 주로 벤딩 머신을 사용한다.
벤딩 머신 가공 정밀도:
첫 번째 벤딩: ±0.1mm
두 번째 벤딩: ±0.2mm
두 번 이상의 벤딩: ±0.3mm
1.2. 벤딩 순서의 기본 원칙: 안쪽에서 바깥쪽으로 구부리고, 작은 것에서 큰 것으로 구부리며, 특수한 형상을 먼저 구부린 후 일반적인 형상을 구부려 이전 공정이 후속 공정에 영향을 주거나 간섭하지 않도록 해야 합니다.
1.3. 일반적인 구부림 공구 형상:
1.4. 구부림 부품의 최소 구부림 반경: 재료를 구부릴 때, 필렛 영역에서는 외측 표면이 인장되고 내측 표면이 압축됩니다. 재료 두께가 일정할 경우, 내측 반경(r)이 작을수록 인장 및 압축 정도가 더 심해집니다. 외측 필렛에서 인장 응력이 재료의 극한 강도를 초과하면 균열 및 파단이 발생합니다. 따라서 구부림 부품의 구조 설계 시 과도하게 작은 구부림 필렛 반경을 피해야 합니다. 당사에서 일반적으로 사용하는 재료의 최소 구부림 반경은 아래 표와 같습니다.
구부림 부품의 최소 구부림 반경 표:
1.5. 구부림 부품의 직선 엣지 높이 일반적으로, 최소 직선 엣지 높이는 지나치게 작아서는 안 됩니다. 최소 높이 요구사항: h > 2t
굽힘 부위의 직선 엣지 높이 h < 2t인 경우, 먼저 굽힘 높이를 증가시킨 후 굽힘을 수행하고, 그 후 필요한 크기로 가공해야 합니다. 또는 굽힘 전에 굽힘 변형 영역에 얕은 홈을 가공해야 합니다.
1.6. 경사면을 갖는 직선 엣지의 높이: 굽힘 부품에 경사면이 있는 경우, 측면의 최소 높이는 다음과 같습니다: h = (2~4)t > 3mm
1.7. 굽힘 부품 상의 구멍 간 거리: 구멍 간 거리: 펀칭 후 구멍은 굽힘 변형 영역 외부에 위치해야 하며, 이는 굽힘 중 변형을 방지하기 위함입니다. 구멍 벽에서 굽힘 에지까지의 거리는 아래 표와 같습니다.
1.8. 국부적으로 굽힘되는 부품의 경우, 굽힘 선은 급격한 치수 변화가 발생하는 위치를 피해야 합니다. 모서리의 일부를 부분적으로 굽힐 때, 날카로운 모서리에서 응력 집중과 균열을 방지하기 위해 굽힘선을 급격한 치수 변화 위치로부터 일정 거리만큼 이동시킬 수 있다(그림 a), 또는 공정 홈을 가공할 수 있다(그림 b), 또는 공정 구멍을 천공할 수 있다(그림 c). 그림에 표시된 치수 요건을 주의하라: S > R, 홈 폭 k ≥ t; 홈 깊이 L > t + R + k/2.
1.9. 굽힌 모서리의 경사진 모서리는 변형 영역을 피해야 한다.
1.10. 데드 엣지(Dead Edge) 설계 요구사항: 데드 엣지의 길이는 재료 두께와 관련이 있다. 아래 그림과 같이, 최소 데드 엣지 길이 L > 3.5t + R이다. 여기서 t는 재료 벽 두께이며, R은 이전 공정의 최소 내부 굽힘 반경이다(아래 그림 우측 참조).
1.11. 추가 공정 정위치 구멍: 블랭크가 금형 내에서 정확하게 위치하도록 하고, 굽힘 중 블랭크의 이동을 방지하여 불량 제품이 발생하는 것을 막기 위해 설계 단계에서 사전에 공정 정위 구멍(process positioning holes)을 추가해야 하며, 이는 아래 그림과 같다. 특히, 여러 차례 굽힘 성형되는 부품의 경우, 누적 오차를 줄이고 제품 품질을 보장하기 위해 공정 구멍을 정위 기준으로 반드시 사용해야 한다.
1.12. 치수에 따라 가공성(제조 용이성)이 달라진다:
위 도면에서 볼 수 있듯이, a) 먼저 구멍을 가공한 후 굽힘을 수행하면 L 치수의 정밀도 확보가 용이하고 가공도 간편하다. b) 및 c)의 경우 L 치수 정밀도 요구사항이 높을 때는 굽힘을 먼저 수행한 후 구멍을 가공해야 하므로, 이 공정은 더욱 복잡하다.
1.13. 굽힘 부품의 탄성 회복(Springback): 탄성 회복에는 재료의 기계적 특성, 벽 두께, 굽힘 반경, 굽힘 시 가해지는 정압 등 다양한 요인이 영향을 미친다.
굽힘 부품의 내부 모서리 반경과 판 두께의 비율이 클수록 스프링백이 더 커진다.
굽힘 구역에 보강 리브를 압입하면 작업물의 강성을 향상시킬 뿐만 아니라 스프링백 억제도 도와준다.
2. 판금 드로잉
판금 드로잉은 주로 CNC 펀칭 또는 일반 펀칭을 통해 수행되며, 다양한 드로잉 펀치 또는 다이가 필요하다.
드로잉된 부품의 형상은 가능하면 단순하고 대칭적이어야 하며, 한 번의 작업으로 완성하는 것이 바람직하다.
여러 차례의 드로잉 공정이 필요한 부품의 경우, 드로잉 과정에서 표면에 생길 수 있는 마크는 허용되어야 한다.
조립 요구 사항을 충족하는 것을 전제로, 드로잉된 측벽에는 일정 정도의 경사각을 허용해야 한다.
2.1. 인장 부품의 바닥과 직벽 사이의 필렛 반경에 대한 요구 사항:
그림에서 보듯이, 인발 부품의 바닥과 직벽 사이의 둥근 모서리 반경(r)은 판 두께(t)보다 커야 하며, 즉 r > t여야 한다. 인발 공정을 더 원활하게 하기 위해 일반적으로 r1은 (3~5)t로 설정하며, 최대 둥근 모서리 반경은 판 두께의 8배 이하, 즉 r1 ≤ 8t가 되어야 한다.
2.2. 인발 부품의 플랜지와 벽 사이의 둥근 모서리 반경:
그림에서 보듯이, 인발 부품의 플랜지와 벽 사이의 둥근 모서리 반경(r2)은 판 두께의 2배보다 커야 하며, 즉 r2 > 2t여야 한다. 인발 공정을 더 원활하게 하기 위해 일반적으로 r2는 (5~10)t로 설정한다. 최대 플랜지 반경은 판 두께의 8배 이하, 즉 r2 ≤ 8t가 되어야 한다.
2.3. 인발 부품의 플랜지와 벽 사이의 둥근 모서리 반경: 그림에서 보듯이, 플랜지와 인발 부품의 벽면 사이의 필렛 반경(r2)은 판재 두께(t)의 2배보다 커야 하며, 즉 r2 > 2t여야 한다. 인발 공정을 보다 원활하게 수행하기 위해 일반적으로 r2는 (5–10)t로 설정한다. 최대 플랜지 반경은 판재 두께의 8배 이하이어야 하며, 즉 r2 < 8t이다.
2.4. 원형 인발 부품의 내부 공동 지름: 그림에서 보듯이, 원형 인발 부품의 내부 공동 지름(D)은 인발 중 프레스 플레이트가 주름 잡히지 않도록 하기 위해 d + 10t보다 커야 한다.
2.5. 사각형 인발 부품의 인접 벽면 간 필렛 반경: 그림에서 보듯이, 사각형 인발 부품의 인접 벽면 간 필렛 반경(r3)은 r3 > 3t여야 한다. 인발 공정 횟수를 줄이기 위해 r3는 가능한 한 H/5보다 크게 설정하여 일회성 인발이 가능하도록 해야 한다.
2.6. 원형 플랜지 없는 드로잉 부품을 한 단계로 성형할 경우, 그 높이와 지름 간의 치수 관계는 다음 요구 사항을 충족해야 한다.
그림과 같이 원형 플랜지 없는 드로잉 부품을 한 단계로 성형할 때, 높이 H와 지름 d의 비율은 0.4 이하이어야 하며, 즉 H/d ≤ 0.4이다.
2.7. 인장 부품의 두께 변화: 다른 위치에서 응력 수준이 달라지기 때문에, 인장 부품의 재료 두께는 인장 후에 변화한다. 일반적으로 바닥 중심부는 원래 두께를 유지하며, 바닥의 둥근 모서리 부분에서는 재료가 얇아지고, 상단 플랜지 근처에서는 재료가 두꺼워지며, 직사각형 인장 부품의 둥근 모서리 부분에서도 재료가 두꺼워진다. 인장 제품을 설계할 때, 제품 도면 상의 치수는 외측 치수 또는 내측 치수 중 어느 쪽을 보증해야 하는지를 명확히 표시해야 하며, 외측 치수와 내측 치수를 동시에 지정할 수 없다.
3. 기타 판금 성형:
보강 리브 — 리브는 구조적 강성을 높이기 위해 판금 부품에 압입된다.
루버 — 루버는 다양한 케이스 또는 하우징에서 환기 및 열 방출을 위해 일반적으로 사용된다.
홀 플랜징(홀 드로잉) — 나사산 가공 또는 개구부의 강성 향상을 위해 사용된다.
3.1. 보강 리브:
보강 리브 구조 및 치수 선정
펀치 간격 및 펀치 엣지 거리의 최대 치수 제한
3.2. 베네시안 블라인드:
베네시안 블라인드 성형 방법은 펀치의 한쪽 가장자리를 이용해 소재를 절단하면서, 펀치의 나머지 부분으로 소재를 동시에 늘리고 변형시켜 한쪽이 개방된 파동 형태를 만드는 것이다.
베네시안 블라인드의 대표적인 구조. 베네시안 블라인드 치수 요건: a > 4t; b > 6t; h < 5t; L > 24t; r > 0.5t.
3.3. 구멍 플랜징(드로잉 홀):
구멍 플랜징에는 여러 종류가 있으나, 가장 일반적인 것은 내부 구멍을 나사 가공용으로 플랜징하는 것이다.
판금 가공 기술 – 용접
판금 용접 구조 설계 시에는 "용접 부위 및 용접 점을 대칭적으로 배치하고, 집중·응집·중복을 피함"이라는 원칙을 따라야 한다. 보조 용접 부위 및 용접 점은 절단 가능하지만, 주요 용접 부위 및 용접 점은 연속적으로 연결되어야 한다. 판금 작업에서 일반적으로 사용되는 용접 방법으로는 아크 용접과 저항 용접이 있다.
1. 아크 용접:
판금 부품 간에 충분한 용접 공간을 확보해야 하며, 최대 용접 틈새는 0.5–0.8 mm 이어야 하고, 용접부는 균일하고 평탄해야 한다.
2. 저항 용접
용접 표면은 평탄해야 하며, 주름, 탄성 복원 등이 없어야 한다.
저항 점 용접의 치수는 아래 표와 같다:
저항 납땜 접합부 간격
실제 응용 시 소형 부품을 용접할 경우, 아래 표의 데이터를 기준으로 삼을 수 있습니다. 대형 부품을 용접할 경우에는 접합 간격을 적절히 넓힐 수 있으며, 일반적으로 40–50mm 이하가 되어서는 안 됩니다. 비구조 부재(비하중 지지 부품)의 경우 접합 간격을 70–80mm까지 확대할 수 있습니다.
판 두께 t, 솔더 조인트 직경 d, 최소 솔더 조인트 직경 dmin, 솔더 조인트 간 최소 거리 e. 판의 두께가 서로 다른 경우, 가장 얇은 판의 두께를 기준으로 선택합니다.
저항 용접 시 판층 수 및 두께 비율
저항 점용접은 일반적으로 두 장의 판을 겹쳐서 수행하며, 최대 세 장까지 가능합니다. 용접 접합부 내 각 층의 두께 비율은 1/3에서 3 사이여야 합니다.
용접에 세 장의 판이 필요한 경우, 우선 두께 비율을 확인해야 합니다. 비율이 적절하다면 용접을 진행할 수 있습니다. 비율이 부적절할 경우, 공정용 구멍 또는 공정용 홈을 가공하거나, 두 장씩 분리하여 용접한 후 용접 위치를 어긋나게 배치하는 방안을 고려해야 합니다.
판금 가공 기술 - 표면 처리
판금의 표면 처리는 부식 방지와 장식적 목적을 모두 달성합니다. 일반적인 판금 표면 처리 방법으로는 분체 도장, 전기 아연 도금, 용융 아연 도금, 표면 산화, 표면 브러싱, 스크린 인쇄 등이 있습니다. 표면 처리 전에 판금 표면의 기름, 녹, 용접 슬래그 등을 제거해야 합니다.
1. 분체 도장:
판금 표면 코팅에는 액체 페인트와 분체 페인트 두 가지 유형이 있습니다. 당사는 일반적으로 분체 페인트를 사용합니다. 분체 분사, 정전기 흡착, 고온 베이킹 등의 공정을 통해 다양한 색상의 코팅층을 판금 표면에 형성함으로써 외관을 개선하고 재료의 내부식성을 향상시킵니다. 이는 널리 사용되는 표면 처리 방법입니다.
참고: 서로 다른 제조업체에서 코팅한 시트 간에는 색상 차이가 발생할 수 있습니다. 따라서 동일한 장비에서 생산된 동일 색상의 판금은 가능하면 동일한 제조업체에서 코팅하는 것이 바람직합니다.
2. 전기 아연 도금 및 용융 아연 도금(핫디프 갈바나이징):
판금 표면에 아연을 도금하는 것은 흔히 사용되는 표면 부식 방지 처리 방법이며, 외관 개선 효과도 있습니다. 아연 도금은 전기 아연 도금과 용융 아연 도금으로 구분됩니다.
전기 아연 도금은 더 밝고 매끄러운 외관을 제공하며, 아연층이 얇아 보다 일반적으로 사용됩니다.
용융 아연 도금은 두꺼운 아연층을 형성하고 아연-철 합금층을 생성하므로 전기 아연 도금보다 우수한 내부식성을 제공합니다.
3. 표면 양극 산화 처리:
본 항목에서는 주로 알루미늄 및 알루미늄 합금의 표면 양극 산화 처리를 소개합니다.
알루미늄 및 알루미늄 합금의 표면 양극 산화 처리는 다양한 색상을 부여할 수 있으며, 보호 기능과 장식 기능을 동시에 수행한다. 동시에 재료 표면에 양극 산화 피막이 형성된다. 이 피막은 높은 경도와 내마모성뿐 아니라 우수한 전기 절연성 및 열 절연성을 갖춘다.
4. 표면 브러싱:
재료를 브러싱 기계의 상부 및 하부 롤러 사이에 배치하고, 롤러에는 연마 벨트가 부착된다. 모터에 의해 구동되는 이 장치에서 재료는 연마 벨트 사이로 강제로 통과되며, 이 과정에서 재료 표면에 선형 무늬가 형성된다. 이러한 선의 두께는 사용하는 연마 벨트의 종류에 따라 달라진다. 주된 목적은 외관을 개선하는 것이다. 이 표면 브러싱 처리는 일반적으로 알루미늄 재료에만 적용을 고려한다.
5. 스크린 인쇄:
스크린 인쇄는 다양한 마킹을 재료 표면에 인쇄하는 공정이다. 일반적으로 평판 스크린 인쇄와 패드 인쇄의 두 가지 방식이 있다. 평판 스크린 인쇄는 주로 평면 표면에 사용되지만, 더 깊은 오목부에는 패드 인쇄가 필요하다.
스크린 인쇄에는 스크린 인쇄 몰드가 필요하다.
금속 시트 벤딩은 경험이 필요합니다. 숙련된 기술자가 어떻게 시트를 굽히는지, 그리고 왜 그렇게 하는지를 관찰해 보세요. 벤딩 머신이나 벤딩 공정에 대해 더 알아보려면 당사 JUGAO CNC MACHINE 팀에 문의하십시오.
