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프레스 작업에서 가장 많이 사용되는 작업은 굽힘(Bending) 작업이다. 플랜지, 헤밍, 접기, 주름잡기 등 특정 형상으로 성형하거나, 판재의 강성을 증가시키기 위해 이 공정을 거친다. 금속 판재는 프레스에 간단한 고정구를 붙여서 쉽게 굽힐 수 있다. 이를 프레스 브레이크라 한다.
1) 프레스 브레이크 성형 (Press break forming)
길이가 길고 폭이 좁은 소재는 프레스 브레이크기에서 굽힌다. 기계 프레스나 유압 프레스에 원하는 형상의 다이를 길게 설치한 것으로 소량생산에 적합하다.
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그림 98
여러가지 밴딩 가공
- V 다이,
- 와이핑 다이,
- U 다이 |
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그림 99
밴딩 가공별 다이 형태에 따라 소재가 이동(Metal Movement)하여 원하는 형상으로 가공된다.
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(자료출처: 그림 98~99. Donald F. Eary, Edward A. Reed, 'Techniques of pressworking sheet Metal') |
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그림 101 프레스 브레이크 다이 |
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그림 100 프레스 브레이크 (Press Brake) |
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그림 102 프레스 브레이크에서 행해지는 각종 밴딩 작업 사례 |
굽힘 가공에서 소재의 바깥 면에서는 인장을 받고, 안쪽 면에서는 압축을 받게된다. 이론적으로는 인장과 압축의 변형률이 동일해야하지만, 예리한 굽힘일수록 바깥 면과 안쪽 면의 변형률 차이가 커진다. 이때 소재에 균열이 생기게 되는데, 이를 '밴딩 스트레스'(Bending Stress)라고 한다. 굽힘 값은 굽힘반경과 소재두께의 비율에 의해 구해진다.
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그림 103
밴딩 스트레스는 굽힘허용부 균열이 발생하는 것이다.
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그림 105
밴딩 스트레스 - 소재 재단시 압연 방향의 고려가 매우 중요 |
모든 재료는 탄성을 가지고 있기 때문에 소성변형 후에 하중을 제거함에 따라 탄성복원이 일어나게 된다. 굽힘후에 탄성변형이 일어나는 것을 스프링백이라고 한다. 스프링백이 일어나면 최종 굽힘 각은 작아지고, 최종 굽힘 반경은 커지게 된다.(철사조각을 굽혀보면 쉽게 알 수 있다.) 스프링백은 판재, 봉재, 각재, 선재 등 모든 소재에서 나타난다.
굽힘이 완료된 후에 하중을 제거하면 반대로 굽힘각이 더 커지는 경우가 있는데, 이를 역스프링백(Negative Springback)이라 한다. 이 현상은 주로 V 다이 가공품에서 발생한다.
③ 스프링백의 극복(Overcoming Springback) ■ 과도굽힘(Overbending) ; 하형다이에 여유각을 두어 판재가 과다굽힘되게 하여 스프링백을 보정한다.
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그림 107 스프링백의 극복; 과도 굽힘(Overbending) |
■ 바토밍과 세팅(Bottoming & Setting) ; 펀치 끝과 다이 면에서 높은 압축 응력이 걸리도록 굽힘 부위를 압축하는 방법이다.
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그림 108
스프링백의 극복; Bottoming과 Setting |
■ 신장굽힘(Stretch Bending) ; 굽힘이 일어나는 동안 소재에 인장력이 걸리도록 하여 소재의 복합 인장력
이 증가하도록 한다. 이로서 소성 변형시 필요한 굽히는 힘이 작아지고, 스프링백의 양도 작아진다. 2) 플랜징 (Flanging)
플랜징은 판재의 모서리를 굽히는 가공법이다. 신장플랜징(stretch flanging) 작업에서는 플랜지부에 인장이 걸리고, 과도하면 플랜지가 찢어진다. 수축 플랜징(shrink flanging)에서는 플랜지가 원주방향으로 압축응력을 받으며 너무 과도하게 되면 플랜지부에 주름이 잡힐 수도 있는데, 플랜지의 곡률 반경이 작을수록 주름이 잡힐 가능성이 높다.
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그림 111
hole flange로 가공된 금속판재 |
헤밍과 시밍(Hemming and Seaming)
헤밍 작업은 판재의 끝단을 접어서 포개는 공정이다. 이 작업으로 제품의 강성을 높이고, 외관을 돋보이게 하며, 날카로운 면을 없앨 수도 있다. 두 장의 판재를 겹쳐서 헤밍하면 시밍(Seaming) 접합법이되며, 비슷한 공정으로 특정형상의 롤러로 이중 시밍작업을 하게 되면, 음식이나 음료용기에서 수분이나 공기가 새지 않도록 가공할 수 있다.
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그림 112 햄과 심(Hems and Seams) |
커링과 와이어링(Curling and Wiring)
커링과 와이어링은 판재로 가공된 부품의 에지 강도 보강을 목적으로 하는 공정이다.
헤밍, 커링, 와이어링은 판형 부품(flat parts)이나 캠(cam), 드럼(drum) 같은 원형부품에 적용할 수 있다. 둥글게 에지의 끝을 말아서 내부에 심재로 와이어를 넣은 것을 와이어링이라 하는데 에지의 강도가 매우 높다. 심재가 없는 것을 커링 또는 허위 와이어링이라 한다. 두 장의 판재를 겹쳐서 커링하면 접합법이 된다.
판재를 단단하고 견고하게 하기위해 골판재 가공(콜루게이팅)을 한다. 이렇게 가공된 금속판재는 벽 판넬이나 천장 판넬의 재료로 사용된다. 최근에는 아연도금 강판이나 알루미늄 골판재 패널이 다양한 형상의 기성품으로 제작되어 유통되고 있다. 금속가구에서도 평탄도를 유지하거나 심미적인 요소로서 콜루게이팅 가공을 한다.
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그림 114 골판재 가공공정(corrugating )을 거친 판재의 형상 |
4) 관재 밴딩 작업 (Tube Bending )
관재 및 기타 속이 빈 제품을 굽히고 성형할 때는 좌굴이나 겹침을 방지하기 위해 특별한 공구를 사용해야 한다. 오래된 간단한 방법으로는 관재에 모래와 같은 분체를 넣고 적절한 고정구로 가공하는 것이다. 또 관재굽힘용 맨드렐을 내부에 채워넣어 밴딩한다. 이 방법으로 관재에 좌굴이 생기는 것을 막고, 굽힘작업이 끝나면 모래와 맨드렐을 제거한다. 속이 찬 봉재나 형강과 같은 압출 구조재는 속에 모래나 맨드렐(mandrel)을 채워넣을 필요가 없지만 그 이외의 밴딩공정은 동일하다.
관재를 예리한 각도로 굽히기 위해서는 축방향으로 압축력을 가하여 굽힘작업을 한다.
압축응력은 파단을 지연시키므로 성형 작업시 유리하고, 관재는 내부를 고무나 액체로 채워서 성형중의 붕괴를 방지한다.
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그림 116 관재를 예리한 각도로 굽히는 작업 |
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그림 117 맨드렐 Jig을 이용한 튜브를 밴딩 |
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그림 118 다양한 규격의 튜브밴딩 맨드렐 |
금속가구 적용사례
스틸 파이프 소재의 제품은 재료비 및 가공비가 저렴하면서 내구성이 높아 사용도가 높다. 대부분이 파이프를 이용하여 가공된 제품들이다.
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그림 119 Stacking Chair |
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그림 120 Dauphin, Eddy |
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그림 121
Rhodney Kinsman, 디스플레이 시스템 |
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그림 122
Designlink, Mobydisc |
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그림 123 Brayton, Sidewalk |
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그림 124 Levesta, 테이블과 의자 | |
