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판금 가공, 쉽고 빠르고 싸게 생산하는 법을 알아보세요.

제조 지식/판금 가공

by CAPA CAPA 2021. 2. 25. 16:05

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판금 가공 의 원리에 대해 알아보세요 금속절단, 금속절곡을 포함한 판금 가공에 관한 가이드입니다. 제조 프로젝트는 요구사항에 따라 다양한 변수가 내포될 수 있습니다. 제조 견적비교 서비스 CAPA에서 리스크 없이 제조를 진행해 보세요.

판금 가공 이 무엇인가요?

금속을 이용해 제품을 생산하는 방법은 매우 다양합니다. 고속으로 회전하는 절삭공구를 조종하여 깎거나, 가공물을 고속으로 회전시켜 가공하는 CNC 절삭 가공이 대표적입니다. 유려한 디자인으로 유명한 애플의 아이폰, 맥, 애플워치는 CNC 가공을 통해 제작되는 것으로 알려져있습니다. 또한 4차산업의 대표주자인 3d 프린팅은 금속 분말을 집성시켜 성형하는 등 금속가공의 새로운 비전을 제시하기도 했습니다.

 

그렇다면 판금 가공은 제조 업계에서 어떤 역할을 담당하고 있을까요? 판금 가공은 판재로 이루어진 금속 재료를 구부리거나 절단하여 형태를 만드는 금속 가공 기법으로서, 강이나 함석, 양철, 구리, 황동, 알루미늄 등의 재료를 경제적이고 신속하게 조형할 수 있습니다. 따라서 판금가공은 대량생산에 최적화된 금속 가공 공정이라고 할 수 있습니다. 

 

판금가공은 공법 특성상 가공된 결과물의 정밀성, 내구성이 우수합니다. 이러한 특성으로 인해서, 현업에서는 판금 공정을 통해 최종 부품을 생산하곤 합니다. 제작 가능한 부품은 무궁 무진합니다. 스테인리스 스틸로 이루어진 환봉부터 복잡한 형상을 가진 철제 프레임이 될 수도 있습니다. 이렇게 생산된 부품들은 리베팅이나 볼팅, 용접을 통해 완제품이 됩니다. 높은 생산성으로 인해 파생되는 장점 덕분에 자동차와 우주항공, 의료 및 건축분야 등 거의 모든 산업군에서 판금가공을 활용하고 있습니다.

 

철판 판금가공 - 레이저커팅 자료



판금가공 - 알루미늄 가공업체의 금속벤딩 가공

판금 가공 공정의 종류

판금 가공 - 금속 절단

금속 판재를 다양한 기술을 통해 절단하여 원하는 형상을 얻는 공법입니다. 대체로 절곡, 용접, 조립등의 연속적인 공정이 계획되어 있는 경우가 많습니다.

레이저 컷팅

레이저 커팅은 고출력 레이저 빔을 CAD 도면을 따라 발사하여 결과물을 잘라내는 판금 공법입니다. 증폭된 레이저에서 발생하는 열은 금속 재료를 손쉽게 절단할 만큼 강력합니다. 레이저 절단방식은 산업에서 사용하는 거의 모든 금속 재료를 가공할 수 있으며, 후에 소개될 플라즈마 커팅에 비해 높은 해상도의 결과물을 기대할 수 있습니다.

 

시트메탈 레이저커팅

 

장점

  • 높은 정밀도 : 복잡한 모양의 부품을 정확하고 미세하게 가공 가능 (대량 생산 시 0.05mm의 오차)
  • 정갈한 생산환경 : 작업시 소음과 진동이 없고 작업 환경이 깨끗함
  • 비교적 낮은 비용 : 자동화된 공정과 공구 교체 불필요한 특성으로 인한 생산 공정 비용 절감
  • 높은 생산성 : 매우 빠른 속도로 대량생산에 용이
  • 높은 안정성 : 여타 판금 절단 방식 대비 적은 열변형

단점

  • 한정적인 운용폭 : 특정 두께 이상의 재료 절단 불가
  • 유동적인 가공 속도 : 가공품의 두께와 모양에 따라 생산속도 유동적

워터젯 커팅

워터젯 가공 공법은 미세한 노즐을 통해 압축된 물을 분출하여 재료를 절삭합니다. 상황에 따라 연마재를 혼합하여 절삭력을 높이기도 합니다. 이때 발생하는 압력은 200~400MPa이상의 초고압입니다. 강철은 물론 최대 300mm의 금속을 절단할 수 있을 정도로 강력합니다. 게다가 연마재 혼합 시, 절삭력은 1000배 증가합니다.

 

워터젯의 활용 범위는 철판, 공구강, 티타늄, 알루미늄, 스테인리스, 석재, 고무, 유리, 제지, 섬유 등 거의 모든 소재를 포함합니다.

 

시트메탈 워터젯

 

장점

  • 높은 정밀도 : 0.15mm의 공차 기대 가능
  • 높은 안정성 : 열을 활용한 절단방식과 달리 가공 후 재료의 경화, 변형에서 자유로움
  • 높은 운용폭 : 거의 모든 산업 재료에 운용 가능
  • 높은 기대품질 : 추가적인 후가공이 불필요한 해상도 높은 결과물 기대 가능
  • 환경 친화성 : 유해 폐기물 혹은 가스 발생에서 자유로움

단점

  • 비교적 높은 비용 : 레이저 커팅보다 다소 높은 운용 비용
  • 비교적 낮은 생산성 : 레이저 커팅 대비 다소 낮은 생산 속도

플라즈마 커팅

플라즈마 커팅은 전력과 알곤가스로부터 집광된 아크를 활용한 용융절단 공정입니다. 노즐을 통해 분출된 플라즈마 제트는 금속과 비금속을 가리지 않고 절단합니다. 또한 공작물을 미리 예열시킬 필요가 없기 때문에 생산 속도가 빠릅니다.

플라즈마 커팅은 두꺼운 재료를 절단할 때 진가를 발휘합니다. 탄소강의 경우 최대 90mm, 스테인리스강의 경우 160mm까지 가공 가능합니다.

 

시트메탈 플라즈마커팅

장점

  • 비교적 저렴한 비용 : 여타 절단 가공 공정에 비해 저렴한 비용대를 형성
  • 높은 생산성 : 가공물을 예열할 필요가 없으며 절단 속도가 빨라 높은 생산성 기대 가능
  • 비교적 높은 기대품질 : 열을 활용한 절단 방식 특성상 발생하는 변형이 낮음
  • 높은 운용폭 : 거의 모든 재료를 절단할 수 있으며 두께의 제한이 적음

단점

  • 비교적 낮은 정밀성 : 1mm의 공차 수준으로, 후가공 요구됨

 

프레스

물리적인 외력을 가하여 얇은 금속 판재를 구부리거나, 자르거나, 구멍을 내거나 하는 형상을 만들어 내는 가공 방식을 말합니다.

 

프레스 머신


판재를 자른다는 측면에서는 레이져, 워터젯, 플라즈마 컷팅과 같은 방식이지만 기계의 외력이나 압력에 의한 방식이 아니므로 산업에서는 다르게 구분하는 것이 보통입니다. 또한 컷팅 방식과 다르게 자르는 공정 뿐만 아니라 물리적인 형상 변형 프로세스도 포함됩니다.

시계·카메라의 정밀부품에서부터 자동차의 차체에 이르기까지 광범하게 사용됩니다. 재료로는 강판 ·동판(銅板) ·황동판 ·알루미늄판은 물론 플라스틱 ·섬유 등도 쓰입니다.

<다양한 프레스 상세 공정>

- 전단(Shearing)
- 블랭킹(Blanking)
- 피어싱(Piercing)
- 트리밍(Trimming)
- 노칭(Notching)
- 벤딩(Bending) : 컬링(Curling), 시밍(Seaming)

 

 

샤링 (유압식 절단기)

샤링은 유압식 절단기를 이용한 금속 컷팅 공정입니다. 이 공정은 금속을 특정 방향으로 가위질 하듯 절단합니다. 일반적으로 유통되는 1219*2438의 철판 사이즈를 원하는 크기로 절단할 때 많이 사용합니다.

 

시트메탈 절단

장점

  • 비교적 저렴한 비용 : 절단 작업이 간단하여 가격이 저렴
  • 비교적 높은 기대품질 : 얇은 철판의 경우 깔끔하게 절단 가능

단점

  • 비교적 낮은 운용폭 : 직선으로만 절단 가능하며, 곡선 절단이 불가능. 또한 20T 이상은 절단 불가
  • 비교적 낮은 정밀성 : 0.5mm의 공차
  • 비교적 낮은 안정성 : 굵은 철판의 경우 눌림 자국 발생 가능

판금 가공 - 금속 벤딩

벤딩

금속 벤딩은 단단한 금속 판재에 적정량의 힘을 가하여 원하는 형상을 얻는 공정입니다. 금속을 구부리는 산업용 장비인 프레스 브레이크는 크게 펀치와 다이로 구성됩니다. 펀치는 재료를 위에서 아래로 누르고, 다이는 재료를 받칩니다. 가공물의 곡률은 펀치의 강도에 의해 정해집니다. 일반적으로 벤딩이 가능한 두께는 대략 1~6mm입니다.

 

시트메탈 벤딩

장점

  • 저렴한 비용 : 소량 제작시 고가의 금형을 만들지 않고도 형상제작 가능
  • 대량생산이 아닌 소량 제작에 비용측면에서 유리

단점

  • 제한적인 운용 폭 : 소재나 두께에 제약이 있음
  • 비교적 낮은 기대 품질 : 절곡된 모서리에 흠집이 발생할 수 있음

판금 가공 설계

판금 가공을 계획하고 계신다면 2D 도면이 필요합니다. 아래의 글은 판금 절단 가공과 판금 가공 설계 시 유의해야할 부분을 설명하고 있습니다.

판금 절단 설계

시트메탈 작업을 위한 설계

판금 가공 도면 파일 제작 시 유의사항

  1. 벡터 파일로 작업하셨나요?
    대부분의 판금 절단 공법 활용 시, 벡터 파일의 도면이 필요합니다. 혹시 벡터 파일이 아닌 다른 파일로 작업하고 있지는 않으신가요?

    - 벡터 파일 타입 확장자 : .ai, .dxf, .eps, .step

  2. 도면의 배율이 정확한가요?
    현재 작업중인 도면의 스케일을 확인해 주세요. 대게 스케일을 착오한 실수가 잦습니다. 50mm x 90mm의 작업물을 계획하고 50cm x 90cm의 결과물을 받을 수 있으니 유의해 주세요.

    - 일러스트레이터 단위 변경 방법 : 환경설정 > 단위 > 일반

  3. 요청사항은 파트너에게 알려주세요.
    동일한 파트를 여러개 생산할 계획을 가지고 계신가요? 그렇다면 하나의 도면을 그리고 파트너에게 개수를 알려주세요. 가공하고자 하는 재료와 두께도 전달해 주시면 정확한 작업이 가능합니다.

  4. 글자는 변환이 필요합니다.
    설계 도면에 글자가 포함되어 있나요? 아쉽게도 레이저 커팅 공작 기계는 폰트를 해석할 수 없습니다. 따라서 모든 폰트는 공작 기계가 이해할 수 있도록 모양으로 변환되어야 합니다.

    - 일러스트레이터 글자 변환 : 글자 선택 > 우클릭 > 윤곽선 만들기 or 글자 선택 > ctrl + shift + O

디자인 설계 주의사항

  1. 레이저 커팅기의 한계를 고려하셨나요?
    레이저 커팅은 높은 정확도를 자랑합니다. 하지만 금속 판재의 두께보다 미세한 가공은 어렵습니다. 만약 이 원칙을 지키지 않는다면 성공적인 결과물을 기대하기 어렵습니다.

  2. 교차 선, 두번 확인하셨나요?
    2D 도면에 그려진 모든 선은 절단됩니다. 만약 복잡한 파트를 설계했다면, 자르지 않아야 할 부분을 두번 이상 확인하시길 바랍니다.

  3. 열린 형상을 주의해주세요.
    모든 절단 면은 닫힌(완벽한) 도형을 유지할 수 있도록 디자인 해주세요.

판금 절곡 설계

금속 절곡 파트

금속 벤딩 설계 주의사항

  1. 굽힘 반경 고려해주세요.판금 브레이크는 가공물을 원하는 형상으로 절곡할 때 사용하는 도구입니다. 금속 절곡이 강력한 힘을 이용한 조형 공정인 것을 고려한다면, 판금 브레이크의 거대한 크기를 쉽게 연상할 수 있습니다. 일반적으로 무거운 장비를 재배치 하는것은 비용 상승의 주된 원인입니다. 따라서 부품 내에 벤딩이 필요한 부분이 많다면 절곡 방향을 동일하게 설계하여 공정을 단축시키는 것이 경제적 관점에서 현명합니다.

    - 굽힘 치수 : 파열 및 왜곡 방지를 위해 재료 두께이상의 내부 굽힘 반경 필요
    - 굽힘 각도 : 산업 허용 오차인 1도 감안, 재료 두께의 4배 이상의 플렌지 길이 확보 필요

  2. 시트메탈 벤딩 설계하는법
  3. 안전 길이 확보하셨나요?
    벤딩 가공은 강한 힘을 이용한 성형 공법입니다. 공법과 재료의 특성과 한계를 정확히 인지하고 설계해야 양질의 결과물을 기대할 수 있습니다.

    -  최소 플렌지 길이 : 절곡 시 다이에 설계된 홈 최상단에 지지될 정도의 여유 길이를 뜻함. 최소 재료 두께와 굽힘 반지름을 더한 값의 두배 이상이어야 함- 벤딩 시 찢어짐 현상 : 판재 내 파생된 면을 굽힐 시 발생할 수 있는 파손현상. 이를 방지하기 위해 절곡면 양 측면에 재료 두께이상의 홈 확보 필요
  4. 파손 방지를 위한 설계
    금속 절곡 설계 주의사항
  5. 금속의 탄성을 고려해주세요.
    금속 판재는 기본적으로 탄성을 지니고 있습니다. 따라서 금속 판재는 가해진 힘의 반대 방향으로 어느정도 복구됩니다. 이를 스프링백이라 하며, 공정 진행시 꼭 고려해야 합니다. 스프링백으로 인한 오차를 줄이기 위해 카파 파트너스와 상담해보세요.
 

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홀 근처 절곡 시 확인사항

  1. 타공 후 절곡시 고려해주세요.
    금속 절곡 공정은 2차원 평면의 판재를 3차원 형상으로 조형합니다. 일반적으로 공정이 복잡할 수록 비용이 상승하기 때문에 2차원 공정을 마무리한 후 3차원 공정을 진행합니다. 따라서 벤딩 공정을 진행하기 이전에 원따기, 구멍내기 등의 모양내기가 선행되는 경우가 많습니다. 이때 가공된 홀이 절곡면과 가까울 때 변형될 위험이 있습니다.

  2. 절곡 후 타공시 고려해주세요.
    상황에 따라 3차원 형상 조형이 선행된 후 2차원 공정이 진행될 수 있습니다. 이때, 구멍과 모서리 사이에 최소한 재료 두께의 3배 이상의 안전 거리가 확보되어야 합니다.

가장자리 마감 유의사항

시트메탈 마감법

  1. 말아서 마감하세요. 컬링.
    컬링은 가공된 판재의 가장자리를 둥글게 말아 마감하는 공법입니다. 이러한 공정은 제품의 안정성을 확보할 뿐만 아니라 디자인의 완성도를 높이고 재료에 강성을 추가합니다.

    - 굽힘 치수 : 재료 두께의 2배 이상의 외부 반경 필요

  2. 접어서 마감하세요. 헤밍
    헤밍은 가공된 판재의 가장자리를 접어 마감하는 공법입니다. 컬링과 마찬가지로 제품의 안전성 증대, 완성도 향상, 강도 상향의 효과를 얻을 수 있습니다.

    - 굽힘 치수 : 재료의 두께와 같거나 그 이상의 내경을 필요로 함
    - 접힘 최소 치수 : 접힘(헤밍 후 접히는 가장자리)길이, 최소 재료 두께의 6배 필요

판금 가공 재료 선택

현업에서 많이 사용하는 금속 판재의 특성을 간략히 알아보세요. 재료에 관한 자세한 정보를 알고 싶으시다면 CNC 금속 가공 가이드를 확인해 보세요.

알루미늄

5052

  • 탁월한 마감 품질 (양극 처리 용이)
  • 보통에서 고강도
  • 낮은 경도

5754

  • 5052보다 높은 강도
  • 쉽게 부식되지 않음

스테인리스 강

304

  • 쉽게 부식되지 않음
  • 가공이 상대적으로 어려움

316L

  • 쉽게 부식되지 않음
  • 가공이 상대적으로 어려움

연강 (Mild Steel)

1018

  • 가공이 비교적 쉬움
  • 부식되기 쉬움

구리

C110

  • 높은 연성
  • 높은 열전도율

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