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시트 메탈 가공 기술은 끊임없이 발전하고 있으며, 특히 정밀 스테인레스 벤딩, 스테인레스 장식 부품 벤딩, 알루미늄 합금 벤딩, 항공기 부품 벤딩, 구리 판 벤딩 등과 같은 일부 응용 분야에서는 형성된 작업물의 표면 품질에 대해 더욱 높은 요구 사항이 제기됩니다. 전통적인 벤딩 공정은 작업물의 표면에 손상을 주기 쉽습니다. 금형과 접촉하는 표면에는 명확한 오목한 자국이나 긁힘 자국이 생길 수 있어 최종 제품의 미관에 영향을 미치고 사용자의 제품 가치 평가를 낮출 수 있습니다.

1. 벤딩 오목 자국 발생 이유

V자 부품의 구부림을 예로 들어보겠습니다. 시트 금속 구부리는 것은 금속 시트가 구부리기 기계의 다이 또는 펀치의 압력 아래에서 먼저 탄성 변형을 겪고 그 다음에 가소성 변형으로 진입하는 성형 공정입니다. 가소성 구부림 초기 단계에서 시트는 자유롭게 구부러집니다. 다이 또는 펀치가 시트를 누르면, 시트와 V자형 다이의 내부 표면이 점차적으로 닫히고 곡률 반경과 구부림 레버의 길이가 점차적으로 감소합니다. 계속해서 압력을 가하면 스트로크가 끝날 때까지 다이와 시트가 세 점에서 완전히 접촉하게 되고 이때 V자형 구부림이 완료됩니다.

굽힘 동안 금속 판은 굽힘 다이에 의해 압축되어 탄성 변형을 일으키고, 판과 다이 사이의 접촉점은 굽힘 과정이 진행됨에 따라 미끄러질 것입니다. 굽힘 과정에서 판은 두 가지 명확한 단계를 경험하게 됩니다: 탄성 변형과 가소성 변형입니다. 또한 굽힘 과정 중에 (다이와 판 간의 세 점 접촉) 압력 유지 과정이 존재하므로, 굽힘 과정이 완료된 후 세 개의 울퉁불퉁한 선이 형성됩니다. 이러한 울퉁불퉁한 선들은 일반적으로 판과 다이의 V자형 홈 어깨 사이의 압착 및 마찰로 인해 발생하므로, 이를 어깨 울퉁불퉁한 선이라고 합니다. 어깨 울퉁불퉁한 선이 형성되는 주요 원인은 다음과 같은 범주로 간단히 분류할 수 있습니다.

a. 굽힘 방법

이전에 벨트의 어깨 부분 오목 현상은 시트와 다이의 V자형 움푹한 부분과의 접촉과 관련 있다고 언급되었듯이, 구부리기 과정 동안 펀치와 다이 사이의 간격이 다르면 시트에 가해지는 압축 응력도 달라지며, 오목 현상의 발생 가능성과 정도도 다를 것입니다. 같은 V자형 조건에서 구부러진 작업물의 구부림 각도가 클수록 금속 시트의 인장 변형이 더 커지고, 금속 시트가 V자형 어깨에서 마찰하는 거리도 더 길어집니다. 또한 구부림 각도가 클수록 펀치가 시트에 가하는 압력 시간도 길어져 이 두 가지 요인으로 인해 발생하는 오목 현상이 더 두드러지게 됩니다.

b. 다이 V자형 그루브 구조

다르게 두께의 금속 시트를 구부릴 때 선택된 V자형 홈 너비도 다릅니다. 동일한 펀치 조건에서 금형의 V자형 홈이 클수록 오목한 부분의 너비도 큽니다. 이에 따라 금속 시트와 금형의 V자형 홈 어깨 사이의 마찰이 작아지고 오목한 깊이가 자연스럽게 줄어듭니다. 반대로, 판재 두께가 얇을수록 V자형 홈이 좁고 오목한 정도가 더 뚜렷해집니다.

마찰에 대해 말하면, 우리가 고려해야 할 또 다른 마찰 관련 요인은 마찰 계수입니다. 압연기 V자 홈의 어깨 R 각도가 다르면 시트 굽힘 과정에서 시트에 발생하는 마찰도 다릅니다. 한편, 압연기 V자 홈이 시트에 가하는 압력 관점에서 보면, 압연기 V자 홈의 R 각도가 클수록 시트와 압연기 V자 홈 어깨 사이의 압력이 작아지고 오목한 자국도 얕아지며, 그 반대의 경우도 성립합니다.

c. 압연기 V자 홈의 윤활 정도

앞서 언급했듯이, 다이의 V자형 홈 표면은 시트와 접촉하여 마찰을 발생시킵니다. 금형이摩損되면 V자형 홈과 시트 사이의 접촉 부분은 점점 더 거칠어지고, 마찰 계수는 점점 더 커집니다. 시트가 V자형 홈 표면 위를 미끄러질 때, V자형 홈과 시트의 접촉은 실제로 수많은 거친 돌출부와 표면 사이의 점 접촉이며, 따라서 시트 표면의 압력은 상응하여 증가하고, 오목한 자국은 더욱 두드러지게 됩니다.

다른 한편으로, 작업물이 구부러지기 전에 다이의 V자형 홈을 깨끗이 닦지 않으면, V자형 홈에 남아있는 잔해가 종종 시트에 뚜렷한 오목한 자국을 남깁니다. 이 상황은 일반적으로 장비가 도금 시트나 탄소강 시트 등을 구부릴 때 발생합니다.

2. 무자국 구부림 기술의 적용

우리는 벤딩 마크의 주요 원인이 시트와 금형의 V홈 어깨 사이의 마찰임을 알고 있으므로, 원인에 기반한 사고방식에서 출발하여 시트와 금형의 V홈 어깨 사이의 마찰을 줄이기 위한 공정 기술을 사용할 수 있습니다. 마찰 공식 f=μ·N에 따르면, 마찰에 영향을 미치는 요소는 마찰 계수 μ와 압력 N이며, 둘 다 마찰과 비례합니다. 따라서 다음 공정 계획을 수립할 수 있습니다.

a. 금형의 V홈 어깨에 비금속 재료 사용

단순히 금형의 V홈 어깨부의 R각을 키우는 전통적인 방법은 구부림 울퉁불퉁 현상을 개선하는 데 매우 효과적이지 않다. 마찰쌍 내부의 압력을 줄이는 관점에서, 원래 필요한 압출 효과를 보장하면서 시트보다 부드러운 비금속 재료(예: 나이론, 폴리우레탄 엘라스토머 등)로 V홈 어깨부를 교체할 수 있다. 이러한 재료들이 쉽게摩耗되며 정기적으로 교체가 필요하기 때문에, 현재 이러한 재료들을 사용하는 여러 가지 V홈 구조가 존재하며, 도면에 나타나 있다.

b. 다이의 V홈 어깨부를 볼 베어링 및 롤러 구조로 변경

또한 시트와 다이의 V자형홈 간의 마찰쌍의 마찰계수를 줄이는 원리에 기반하여, 시트와 다이의 V자형 홈 어깨의 슬라이딩 마찰쌍을 롤링 마찰쌍으로 전환할 수 있어 시트上的 마찰력을 크게 줄이고 구부러진 움푹한 자국의 발생을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 현재 이 공정은 금형 산업에서 널리 사용되고 있으며, 볼 없는 벤딩 금형은 대표적인 응용 사례입니다.

롤러와 볼 베어링 무선곡 rate의 V자형 홈 사이에서 강성 마찰을 방지하고, 롤러를 더욱 쉽게 회전시키고 윤활시키기 위해 볼을 추가하여 압력과 마찰 계수를 동시에 줄이는 효과를 얻을 수 있습니다. 따라서 볼 베어링 무선곡 모듈로 가공된 부품은 기본적으로 눈에 보이는 오목한 자국이 없지만, 알루미늄 및 구리와 같은 연약한 판재에 대한 무선곡 효과는 좋지 않습니다. 경제적 측면에서 볼 베어링 무선곡 모듈의 구조는 위에서 언급한 몇 가지 모듈 구조보다 더 복잡하므로 가공 비용이 높고 유지보수가 어려운데, 이는 기업 관리자가 선택할 때 고려해야 할 요소입니다.

c. 다이의 V자형홈 어깨부분을 플립 구조로 변경

산업에서 또 다른 유형의 금형이 있는데, 이는 지렛대 회전 원리를 사용하여 다이 어깨를 뒤집음으로써 부품을 구부리는 금형이다. 이 금형은 전통적인 V자형 홈 구조를 변경하고 V자형 홈 양쪽에 경사진 면을 뒤집는 메커니즘으로 설정한다. 펀치가 시트를 누르면, 다이 양쪽의 뒤집기 메커니즘이 펀치의 압력에 의해 펀치 꼭대기에서 내부로 뒤집혀 시트가 구부러지고 성형된다. 이러한 작업 조건에서는 시트와 다이 사이에서 명확한 국소 슬라이딩 마찰이 발생하지 않고, 대신 뒤집힘 평면 근처로 가까워지며 펀치 꼭대기에 가까워져 부품에 찍힘이 발생하지 않도록 한다. 이 금형의 구조는 이전 구조보다 더 복잡하며, 인장 스프링과 뒤집히는 판 구조를 가지고 있어 유지 보수 및 가공 비용이 더 높다.

d. 다이의 V자형 홈이 시트메탈로부터 분리됨

위에서 언급한 방법들은 모두 벤딩 금형을 변경하여 원활한 구부림을 달성하는 것에 관한 것입니다. 기업 관리자 입장에서는 개별 부품의 원활한 구부림을 위해 새로운 금형 세트를 개발하고 구매하는 것은 권장되지 않습니다. 마찰 접촉 관점에서 보면, 금형과 시트가 분리되어 있다면 마찰은 존재하지 않습니다. 따라서 벤딩 금형을 변경하지 않고도 소프트 필름을 사용하여 압출기의 V홈과 시트 간의 접촉을 방지함으로써 원활한 구부림을 달성할 수 있습니다. 이 소프트 필름은 또한 무접점 벤딩 압력 필름이라고 불리며, 일반적으로 고무, PVC(폴리염화비닐), PE(폴리에틸렌), PU(폴리우레탄) 등이 재료로 사용됩니다. 고무와 PVC의 장점은 원자재 비용이 낮다는 것이지만, 단점은 압력에 약하고 보호 성능이 떨어져 수명이 짧다는 것입니다. 반면 PE와 PU는 훌륭한 공학 소재로, 이를 기본 재료로 한 무접점 벤딩 압력 필름은 찢김에 강해 수명이 길고 우수한 보호력을 제공합니다.

湾곡 보호 필름은 주로 작업물과 금형의 어깨 사이에서 완충 역할을 하며, 금형과 시트 간의 압력을 상쇄하여 작업물이湾곡될 때 오목한 자국이 생기는 것을 방지합니다. 이를 사용할 때는 단순히湾곡 필름을 금형에 놓기만 하면 되며, 저렴하고 사용하기 쉽다는 장점이 있습니다. 현재 시장에 나와 있는湾곡 방지 스탬핑 필름의 두께는 일반적으로 0.5mm이며, 크기는 필요에 따라 맞춤 제작할 수 있습니다.湾곡 방지 스탬핑 필름은 압력이 2t일 때 약 200회湾곡 사용이 가능하며, 강한 내마모성, 강한 찢어짐 저항, 우수한湾곡 성능, 높은 인장 강도와 파단 연신율, 그리고 윤활유 및 알리페틱 탄화수소 용매에 대한 내성을 가지고 있습니다.

시트 메탈 가공 산업에서의 시장 경쟁은 매우 치열합니다. 기업이 시장에서 자리를 잡으려면 가공 기술을 지속적으로 향상시켜야 합니다. 제품의 기능성을 달성해야 하는 것은 물론, 제품의 가공성과 미적 가치도 고려되어야 하며, 가공의 경제성도 중요합니다. 더 효율적이고 경제적인 가공 방법을 적용함으로써 제품을 더욱 쉽게, 저렴하게, 그리고 아름답게 만들 수 있습니다.