M anufacturing 자동차금형설계및제작기술의이해 자동차금형개발의기초지식 II - 프레스가공 자동차개발중에서도차체 (White body) 분야의기술을좌우하는자동차금형개발은자동차전체프로세스중에서꽃이라고할수있을것이다. 자동차금형설계및제작과관련하여지난호의소성가공에이어서프레스가공의종류및특징에대해서알아보도록한다. 프 레스가공은넓은뜻으로소성가공의대부분을가리키는것으로사용되며, 좁은뜻으로는프레스기계에의한가공을말한다. 프레스가공의장점 1 다른생산방법에비하여쉽게가공할수있다. 2 재료의인성이우수하고, 경량인강한부품을만들수있다. 3 대량생산일경우절삭가공에비하여매우균질한정밀도의부품을만들수있다. 4 프레스기술의진보에따라서생산성의향상이높다. 5 스크랩 (scrap) 의재생으로재료의이용률이높다. 6 다른절삭가공보다높은기량을필요치않는다. 이종문 구조해석프로그램인 ESI PAM SYSTEM 공급업체 CE&T 의사장으로, 기아자동차, LG 전자협력업체를거쳐, 수원과학대학과안산공과대학그리고동아대학교등에서겸임교수로활동을했고, 그동안경험을토대로 < 금형설계및제작 >( 기전연구사 ) 이라는단행본을펴낸바있다. E-Mail 은 jmlee@coreaent.co.kr 프레스가공의단점 1 충분한정밀도를유지하기위하여고가인프레스용금형을만들어야한다. 2 생산량이적은경우에생산비가높다. 3 금형 (Die) 제작기간이길기때문에납기에문제가된다. 4 부품의종류에따라서적합한프레스기계가필요하다. 5 위험성이높고재해가크므로필요이상의안전대책이필요하다. 프레스가공방법의종류와특징 프레스가공은여러종류의가공에이용하므로여러가지가공법으로분류하지만크게나누어 분리가공, 성형가공, 접합가공, 연속가공 등으로분류하고, 사용빈도가높은측면에서분류하여 전단가공, 드로잉가공, 압축가공 으로분류한다. 2005/1 C 149
M anufacturing 분리가공 전단가공 절단 (cutting) 베벨절단 (bevel cutting) 충격절단 (dinking) 블랭킹 (blanking) 피어싱 (piercing) 트리밍 (trimming) 노칭 (notching) 세이빙 (shaving) 파인블랭킹 (fine blanking) 성형가공 벤딩가공 V-벤딩 (V vending) U-벤딩 (U vending) Z-벤딩 (Z vending) O-벤딩 (O vending) P-벤딩 (P vending) 에지벤딩 (edge vending) 드로잉가공 원통드로잉각통드로잉역재드로잉이형드로잉팽창드로잉리스트라이킹 팽창성형가공 비딩 (beading) 엠보싱 (embossing) 벌징 (bulging) 홀플랜지성형가공 버링 (burring) 딤플링 (dimpling) 플랜지성형가공 커링 (curling) 플랜징 ((flanging) 압축성형가공 코이닝 (coining) 업세팅 (upsetting) 헤딩 (heading) 스웨이징 (swaging) 사이징 (sizing) 압출 (extrusing) 접합가공 접합가공 굽힘접합 (bending joining) 플랜지접합 (flange joining) 압입접합 (press in joining) 연속가공 순차이송가공 프로그레시브블랭킹. 피어싱프로그레시브시어링프로그레시브노칭. 벤팅프로그레시브드로잉프로그레시브블랭킹프로그레시브트랜스퍼 분리단가공 전단가공은시어링머신 (shearing machine) 이나프레스에금형을사용하여재료의파단강도이상의외력을가하여잘라내는작업이다. 1 절단 (Cutting) 이작업은넓은의미로해석하면직선날또는둥근날등의각종절단기 ( 切斷機 ) 를사용하여절단하는방법으로크게두가지로나눈다. 보통프레스작업에서절단작업 ( 切斷作業 ) 이라고하면절단용금형을사용하는것을말한다. 절단기로서작업하는것을구분하여재단 ( 裁斷 ) 이라고한다. 재료나의일부분을전단가공 ( 剪斷加功 ) 하여분리하는것이다. 2 베벨절단 (Bevel Cutting) 절단면이판 ( 板 ) 표면에대하여직각이아닌절단가공을하는것이다. 가공재 직선날에의한다회전날에의한다절단선 3충격절단 (Dinking) 대신에평탄한작업대위에두꺼운종이, 피혁, 고무등을포개놓고블랭킹이나피어싱하는특수한가공법이다. 가공재 4 블랭킹 (Blanking) 절단선이폐곡선즉소요의윤곽상 ( 전개도 ) 으로금형을사용하여재료를전단으로절단하는것 (blank) 이소정의이되는공법 150 C 2005/1
자동차금형설계및제작기술의이해 가공재 스크랩 판을일정한폭으로연속해서잘라분리하는가공 잘린재료는두루마리로된장척이된다. 절단선 5 피어싱 (Piercing) 으로사용하고자하는가공재료에구멍을뚫어내는작업으로. 이작업을펀칭 (Punching) 이라고도한다. 10 세퍼레이팅 (Separating) 성형된을 2개이상으로분리하는작업 스크랩 6 트리밍 (Trimming) 피어싱된구멍 중간공정또는최종프레스공정에서을소요형상으로하기위하여온둘레또는부분적으로스크랩이되는부분을절단하는가공이다. 트림라인트림트림 분리 11 퍼포레이팅 (Perforating) 판재상에많은구멍을규칙적인배열로피어싱하는작업 스크랩스크랩 7 노칭 (Notching) 재료, 부품, 블랭크외형의가장자리일부분을여러가지형상으로떼어내는가공으로동시에가능한경우도있고별개로하여야할경우도있다. 스크랩 8 슬로팅 (Slotting) 판재의중앙부에서가늘고긴홈을절단하는작업으로피어싱과유사하다. 12 셰이빙 (Shaving) 전가공 ( 前加工 ) 한전단면을정확한치수로다듬질하거나또는매끈하게하기위한가공 타발된의절단면을깨끗하게하는가공법 보통의타발가공을행한후에절단면을약간깎아내는것을말한다. 뜯겨진면 피어싱구멍 9 슬리팅 (Slitting) 판재의일부에가는절입선을가공하는작업 넓은판재를일정한간격의좁은코일또는스트립으로가공하는작업 둥근날을회전체에서연속절단하는전용기를사용해서장척의 일반적으로가공하는전단면에는다음과같은형태의면들의조합으로이루어져있다. 시어드루우프 (shear droop) : 공구가언더컷할때재료가끌려들어간자유표면의부분으로서, 완전강체가아니면시어드루우프는존재한다. 일반적으로판두께의 10~20% 정도를차지한다.( 그림 3-a) 전단면 : 공구의측면에서버니싱 (burnishing) 가공되어광택이있는깨끗한부분으로서, < 그림 3-b> 에서와같이재료표면과 2005/1 C 151
M anufacturing 90 이어야한다. 절단과정에서는 90 이나패드가없으면스프링백에의해b는90 보다작아진다. 파단면 : 균열이생겨파단한부분에서결정입자면이나타나는미소한요철이심한부분으로서, 일반적으로파단면의각도는둔각이지만클리어런스가아주작거나패드가없을때에는예각이되는경우가있다.( 그림 3-c) 버어 (burr) : 전단현상에서버어를완전히없애는것은거의불가능하지만, 일반적으로판두께의 10% 이하로규제하는조건이적용되어야할것이다.( 그림 3-d) 형상으로굽히는것이다. 2 Z 벤딩 (Z Bending) Z변을굽힘하여굽힘방향이서로반대방향으로되는가공 참고 1. 전단면 : 재료가상형과하형에의해서잘라진면 2. 버니싱 (burnishing) : 금속표면의다듬질면을좋게하기위해문질러서평활하게하던가, 소성적으로다듬어평활하게하는것 3. 파단면 : 전단이후에관성에의해파단된면 4. 버어 (burr) : 파단후의일부분이튀어나온면 3O 벤딩 (O bending) 재료를파이프형상으로굽히는가공 a b Shear Droop 전단면 c d 파단면 버어 4 P 벤딩 (P Bending) 재료의변두리를 90 이상으로굽혀서접는가공 13 파인블랭킹 (Fine Blanking) 의바로바깥쪽에누름면으로 3각단비드의강력한판누름을설치하고, 이것에의해전단면에높은압축응력을발생시킴으로써고운전단면을얻도록함과동시에블랭킹할때의쿠션에의해의반대쪽에서블랭크를강하게눌러휨과눌러짐이적은블랭크를만들기위한정밀한블랭킹가공이다 5 에지벤딩 (Edge bending) 재료의절단면 ( 대개폭방향 ) 에서굽히는벤딩가공 3 각단비드 3 각단비드 성형가공벤딩가공굽힘가공은가공재료를굽힐때에굽힘각을표시하는단순한직선일경우가많고중립면의한쪽은인장, 반대쪽은압축력이작용하는가공 1V 벤딩 (V bending) V형와를사용하여가공하는경우를 V벤딩이라하고, L 드로잉가공 (drawing work) 평판의재료에이음매가없는중공용기나그밖의을만들기위해주름살이나균열이생기지않도록드로우비드등이설치되어있는블랭크홀더가블랭크를잡고있는상태에서안에를넣어서성형시키는작업을말한다. 블랭크홀더블랭크 152 C 2005/1
자동차금형설계및제작기술의이해 1 원통드로잉 (Cylinder shell drawing) : 원통의형상으로성형가공하는것. 팽창가공재료의늘어남을이용하여팽창성형하는가공 1 엠보싱 (Embossing) 판의두께에변함이거의없게재료의일부에자유형상의얕은오목부를만들어다른부품을장착시킬때, 두부분이밀착이잘되도록하거나, 보스 (boss) 모양의돌기부를성형하는가공 2 각통드로잉 (Square shell drawing) : 각통의형상으로성형가공하는것. 돌기부 3 역재드로잉 (Rreverse Redrawing) : 드로잉된을뒤집어서밑바닥에가닿게하여외면을내면이되게작은지름으로축소시키는가공으로딥드로잉 (deep drawing) 을하기위하여행하기도한다. 2비딩 (Beading) 판금또는가공품에장식, 보강, 변형제거의목적으로가는끈모양의돌기 ( 突起 ) 부를만드는가공법 블랭크홀더 블랭크 3 익스팬딩 (Expanding) 원통의단부내경을확대시키는가공 4 리스트라이킹 (Restriking) : 전공정에서만들어진의형상이나치수를정확하게하기위해변형된부분을밀어교정하는마무리작업. 4 벌징 (Bulging) 원통형부품의내부에고무또는유체를이용하여직경을팽창시키는가공. 5 아이어닝 (Ironing) : 의측벽두께를얇게하면서의높이를높게하는훑기가공을말함. 홀플랜지성형가공 (Hole flange forming work) 이미뚫어져있는구멍에플랜지를성형하는가공으로다음과같은가공이있다. 1 버링 (burring) 구멍부분에플랜지를성형하는가공. 즉평판에구멍을뚫고그 2005/1 C 153
M anufacturing 구멍보다큰직경을가진를밀어넣어서구멍에플랜지를만드는가공 스트레이트플랜징 (Straight flanging) 스트레치플랜징 (Stretch flanging) 슈링크플랜징 (Shringk flanging) 스트레이트플랜징 2 딤플링 (Dimpling) 버링과같은종류의가공이나형상이접시모양이나절구모양으로성형가공하는것 스트레치플랜징 플랜지성형가공 (flange forming work) 가공판재의중립면 (Neatural plane) 을기준으로인장과압축이동시에작용하는가공법으로재료에힘을가하여굽힘응력을발생시켜여러가지모양의을만드는가공법 1 컬링 (Curling) 판또는용기의가장자리부에원형단면의테두리를만드는가공 2시밍 (Seaming) 2장의판재의단부를굽히면서겹쳐눌러접합하는가공 슈랭크플랜징 압축성형가공 (Compression forming work) 재료에강한압축력을가하여소재변형을일으키면서금형내부의형상대로이성형되도록하는공정으로, 여기에는코이닝 (Coining), 마킹 (Marking), 사이징 (Sizing), 압입가공 (Indenting Indentation), 업세팅 (Upsetting), 스웨이징 (Swaging), 헤딩 (Heading), 단조 (Forging), 압출 (Extrusion), 충격압출 (Impact extrusion) 등이있다. 1 코이닝 (Coining) 금속판이나블랭크의전체표면을규제하도록밀폐시켜그표면을압축하여와가똑같은모양의오목과볼록으로압축하는가공. 메달과화폐등의제작에사용된다. 3 플랜징 (Flanging) 재료의끝부분을굽혀서플랜지 (flange) 를내는가공이며, 평판의직선부분에플랜지를붙일경우는직선굽힘이지만플랜지가외측으로향할때에는수축플랜지가공이고내측으로향할때에는신장플랜지가공이다. 소재의단부를직각으로굽히는작업으로굽힘선의형상에따라세가지로분류된다. 154 C 2005/1
자동차금형설계및제작기술의이해 2마킹 (Marking) 재료의일부분에만마크또는문자를각인하는가공 3 업세팅 (Upsetting) 금형사이에재료를넣고에서힘을가하여재료를눌러서길이를줄이고단면적을넓히는가공법 6 압입가공 (Indenting) 를소재에압입가공하는총칭이며, 경도시험도이가공의응용이지만암를만들기위하여숫를압입하는호빙은전형적인보기이다. 의환봉 의 7 압출 (Extrusion) 속에재료를넣고로재료를압축하면의구멍 ( 전방압출 ) 또는와의틈새 ( 후방압출 ) 로재료가유동하여원하는형상을만드는가공. 4 스웨이징 (Swaging) 재료를반경방향으로압축하여직경이나두께를줄여서길이나폭을넓히는가공. 금속재료 < 전방압출 > 금속재료 < 후방압출 > 5헤딩 (Heading) 원기둥재료의일부를상하로압축하여볼트, 리벳등과같이부품의머리를만드는일종의업세팅가공. 2005/1 C 155