프레스 금형

1. 프레스란 무엇인가?

1.1 프레스란(단어의 의미)

누른다. 압력을 이용한 가공 방식을 일컽는다.​

영어로는 "Metal stamping" "Sheet metal stamping" 이라고 합니다.

1.2 프레스가공의 특징

같은 품질의 제품을 대량으로 값싸게 적은 시간으로 반복 생산할 수 있는 수단.

1.3 프레스가공 제품샘플

우리 자신들의 주위를 돌아보면 프레스가공제품은 생각보다 가까운 곳에 많이 있다. 이것들에는 보편적인 것에서부터 '아니 이런 것까지' 할 정도의 것까지 있다.

1.4 금형이라는 것은

프레스가공품을 만들기 위해서는 소위 [프레스기계]와 [프레스금형]이 필요하게 된다.

예를 들면, '생선구이', '문어구이'에는 철판이 필요하다. 누름 초밥, 젤리 등을 만들기 위해서는 컵이 필요하게 된다.

금형만으로는 프레스가공품은 만들 수 없으며, 프레스기계가 필요하게 된다. 따라서 이들의 관계는 끊을래야 끊을 수 없는 관계인 것이다.동일한 물건을 대량으로 반복생산 할 때에 금형이 사용된다

2. 프레스가공에는 프레스기계와 프레스금형(툴, tool)이 필요하다

2.1 프레스기계

프레스기계라고 하지만 이것에도 수많은 종류가 있다.

기계식으로는 크랭크 프레스, 링크 모우션 프레스, 캠 프레스 나사 프레스 등등

유압을 사용하는 유압프레스, 공기압을 사용하는 공압 프레스 등등이 있다.

여기서는 가장 많이 일반적으로 사용하고 있는 크랭크 프레스를 프레스기계라고 부른다.

프레스기계는 모터의 회전을 크랭크 샤프트에 전달하여, 커넥팅 로드를 거쳐서 슬라이드 기브(평면베어링부)에 구속된 슬라이드(램이라고도 부른다)를 상하운동시킨다. 자동차의 엔진이 가솔린을 연소시켜 그 압력으로 피스톤을 누름으로써 크랭크 샤프트로부터 회전력을 얻는 것을 반대로 생각하면 이해가 쉬울 것이다.

슬라이드는 왕복운동(일반적으로 상하)을 하고 그것에 상대하면서 고정된 볼스터라는 것이 있다. 볼스터는 베드 위에 고정되어 프레임, 타이 로드 등에 의하여 슬라이드 구동기구부(일반적으로 구동부는 상부(크라운)에 장착된다)와 연결되어 가압력을 받는 구조로 되어있다.

프레스기계는 왕복(상하)운동하는 슬라이드와 고정된 볼스터가 있다.

2.2 상형과 하형 한벌로 하나의 금형

프레스기계에 프레스금형(이하 금형이라고 한다)을 장착하여 프레스가공을 한다고 했지만, 금형은 한벌의 인물(刃物, tool)이다. 가위를 연상하면 이해가 쉽다.

먼저 한쪽의 인물(tool)을 슬라이드에 고정하고, 다른 한쪽의 인물을 볼스터에 고정한다.

인물과 인물사이에 철판을 놓고 슬라이드가 하강하면 철판은 전단된다. 이 한벌의 인물(刃物, tool)이 금형이다.

슬라이드에 장착된 금형, 당연히 상측의 금형이 되고, 상형이라고 부른다.

볼스터측의 금형은 하형으로 된다.

상형과 하형의 한벌로 하나의 금형이 된다

금형은 철판 등을 자르는 (전단) 외에도 굽힘, 드로잉 등이 가능하고 철판을 영구 변형시킬 목적으로 형상을 만들어 낸다.

재료에 직접변화를 가하는 것이 금형이다. 금형없이는 프레스가공은 할 수 없다. 금형의 품질, 성능이 프레스가공의 생산성, 프레스가공품의 품질에 직결되는 대단히 중요한 역할을 담당하고 있어, 프레스가공의 생명이라고 해도 좋다.

3. 프레스금형(프레스가공)에서 무엇이 가능한가.

위의 전제조건 내에서 가능한 것을 아래에 서술하지만 기본적인 것만 언급한다.

3.1 프레스금형(프레스가공)에서 가능한 것

(1)전단가공(철판을 자른다. 완전한 분리)

◎ 따내기(블랭킹, blanking) : 폐곡선 형상으로 완전한 분리

◎ 외곽따내기(아웃커팅, out cutting), 사이드 커팅(side cutting) : 개곡선 형상으로 완전한 분리

◎ 구멍뚫기(피어싱, piercing) : 구멍을 뚫는다

◎ 절단(쉬어링, shearing) : 완전한 분리

◎ 부분따내기(노칭, notching) : 부분적인 분리

그밖에도 여러 가지 분류가 있으나 전단가공의 대표적인 종류이다.

3.2 프레스금형(프레스가공)에서 가능한 것

(2)굽힘가공(bending)

◎ V자 모양으로 굽히는 V-bending 외에 U-bending, L-bending, 계단 모양으로 굽히는 Z-bending, N-bending, Head-bending 등이 있다

◎ 통 모양으로 굽히는 커얼링(curling, 나비모양), 둥글게 말기

◎ 비틀어 굽히기

3.3 프레스금형(프레스가공)에서 가능한 것 (3)

드로잉(drawing)

◎ 바닥이 있는 용기 모양으로 가공한다

소재에 인장력을 가하면서 펀치(punch), 다이(die)를 따라서 형상을 만든다.

프레스 드로잉제품 : 건전지 케이스(알칼리, 리튬(망간전지 캔은 임팩트성형)), 컨덴서 케이스, 싱크대의 싱크, 자동차 엔진의 헤드 커버, V-벨트 풀리, 쥬스 캔의 풀탑과 뚜껑의 접합 등.

3.4 프레스금형(프레스가공)에서 가능한 것 (기타)

기타 여러 가지 가공이 있으나 위에서 서술한 것들의 응용 또는 복합가공이다.

하프 피어싱(half piercing), 프로젝션(projection), 버어링(burring), 랜싱(lancing), 코이닝(coining), 쉐이빙(shaving), 파인블랭킹(fine blanking) 등이 있다

전단, 벤딩, 드로잉이 기본이다

3.5 아래의 낱말들을 이론적으로 해설할 지식을 갖고 있지는 않지만, 이렇게 말할 수는 있을 것이다

철판은 자르는 것이 가능하다. ----- 전단(shearing)

철판은 당기면 펴지고, 압축하면 오그라든다.

판의 바깥 쪽을 늘리면, 판 안쪽을 수축한다. ----- 굽힘(bending)

한 방향으로 늘리면 다른 방향을 압축한다. ----- 드로잉(drawing)

4. 프레스금형의 구조

4.1 프레스금형의 구조

프레스금형의 구조를 크게 나누면 날부분(刃物部), 호울더류(保持部), 보조부로 되어있다.

날부분(펀치, 다이)

재료에 직접 작용하는 부분

호울더류(펀치 플레이트, 다이 플레이트, 케이스, 리테이너 등)

날부분의 고정

보조부(스트리퍼, 게이지, 쿠션, 프레셔 등)

날부분이 기능하기 위한 보조부분

5. 프레스금형의 분류

프레스금형의 분류라고 하지만, 실제로는 프레스기계, 금형, 반송기기, 주변기기 등에 따라 어떤 모양으로 가공하는가 하는 것이다. 가공시스템의 분류라고 하는 쪽이 좋을지도 모르겠다.

그 시스템 속에서 사용되는 금형이라고 이해해 주기 바란다.

아래에 대표적인 4가지의 분류가 있다. 그 외에 슬라이딩 볼스터 금형 등 특수한 분류가 있다

전제조건: 일반적으로 프레스가공제품은 복수의 공정을 거쳐서 만들어진다.

5.1 단발형

각 공정이 독립된 금형으로 되어있고, 단독으로 사용된다. 사람에 의하여 재료의 로딩, 언로딩한다.

한대의 프레스기계에 한 금형을 장착하여 사람 손에 의하여 작업한다

기준 베이스가 되는 다이세트에 조립해 놓은 형식과 카세트방식으로 신속하게 금형을 교환할 수 있는 시스템(퀵다이체인지quick die change)방식이 있다 .재료의 로딩, 언로딩은 범용으로는 다관절 티칭 로보트, 전용기로는 고정시퀜스 로보트 등을 이용하여 무인화, 자동화 등을 꾀하고 있다.

5.2 프로그레시브(순차이송)형

복수의 공정을 단일 금형내에서 동일한 피치로 순차적으로 배치하였다. 이송장치를 통해서 프레스기계 의 1회전마다 1피치를 이송하여 다음 공정으로 재료를 순차적으로 이송한다.

재료는 연속공급하고, 연속자동운전되어 많은 경우 프레스가공완료품으로 라인아웃된다.

재료는 코일재를 사용하고, 언코일러, 레벨러, 롤 피더 등에 의해서 연속적으로 공급된다

5.3 트랜스퍼형

각 공정이 독립된 금형을 한대의 프레스기계 내에 배열하여 놓고, 일반적으로 크랭크 샤프트로부터 구동하는 프레스기계 본체와 同期化된 반송기구를 가진 프레스기계에서 연속적으로 자동가공된다.

1차원 트랜스퍼

이송방향만으로 왕복운동(어드반스/리턴), 가공품의 클램프/언클램프 기구를 갖지 않고, 별도로 필요.

2차원 트랜스터

평면운동(어드반스/리턴), 가공품의 클램프/언클램프 기구가 있다. 순서는 클램프 → 어드반스 → 언클램프 → 리턴

3차원 트랜스퍼

공간운동(어드반스/리턴, 클램프/언클램프, 리프트/다운). 가공품의 클램프/언클램프 기구가 있다. 순서는 클램픔 → 리프트 → 어드반스 → 다운 → 언클램프 → 리턴

재료인 블랭크의 공급방법

· 재료는 코일재로서 그립퍼 피더(에어피더)에 의하여 연속적으로 공급

· 블랭크를 매거진에 넣어 푸셔로 밀어 넣는다

· 블랭킹스테이션(블랭킹프레스)를 프레스본체에 횡방향으로 붙여놓고 블랭크를 공급한다

프로그레시브금형에 비하여 재료회수율은 좋다.
반송기구가 금형내에 있고, 그것의 강성때문에 고속화가 어렵다.
범용기의 경우에 금형교환이 어렵다.

5.4 멀티 로보트형

각 공정이 독립된 금형을 배열해 놓고, 독립된 반송기구를 가진 프레스와 同調시켜 가공품의 반송을 단속적으로 하여 자동가공 된다.

가공품의 클램프에는 베이큠(진공흡착)식과 마그네트식이 있다.

재료인 블랭크의 공급방법

· 재료는 코일재로서 그립퍼 피더(에어피더)에 의하여 연속적으로 공급

· 블랭크를 매거진에 넣어 푸셔로 밀어 넣는다

· 블랭킹스테이션(블랭킹프레스)를 프레스본체에 횡방향으로 붙여놓고 블랭크를 공급한다

프로그레시브금형에 비하여 재료회수율은 좋다.
반송기구가 금형내에 있고, 그것의 강성때문에 고속화가 어렵다.
범용기의 경우에 금형교환이 어렵다.