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블랭킹
블랭킹(blanking)은 프레스 작업에서 다이 구멍 속으로 떨어지는 쪽이 제품이 되고 남아있는 부분이 스크랩이 되는 가공방법이다. 블랭킹은 제품의 외형을 전단하는 가공방법이다.[1]
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개요[편집]
블랭킹은 펀치와 다이를 이용하여 여러 가지 형태로 판금 가공을 하는 것을 말한다. 블랭킹 가공은 판재 면에 압축력을 가하여 최대 파괴강도에 이르게 함으로써 크랙을 유발시켜 파단 현상을 생기게 하여 판재를 분리하는 가공이다. 먼저 펀치가 하강하여 재료의 표면에 접촉하면 먼저 표면의 오목 볼록을 고르는 자리 잡기 공정을 한다. 더욱 하강하면 재료는 압축을 받아 인선 칼날 부근에 집중적으로 압축응력이 생겨 부분적으로 변형이 생긴다. 다시 펀치가 하강하면 펀치는 점점 판을 내려 누르고 다이는 점점 판을 떠밀어 올려서 그것에 비례하여 압축응력이나 인장응력도 증가한다. 그러나 재료는 펀치 측면에 방해가 되거나 펀치 아래면의 재료의 저항과 만나거나 또는 판 누르개가 작용하거나 하여 실제로 회전하지 않고 그 결과 굽힘 작용을 받게 되고 그것에 대응한 인장응력이 생긴다. 또 펀치가 하강하면 크랙은 점점 크게 발달한다. 드디어 펀치 및 다이의 양쪽에서 발달한 크랙이 만나 절단은 모두 끝나게 된다.[2]
영향 요소[편집]
클리어런스[편집]
클리어런스는 펀치와 다이 사이의 틈새를 말한다. 블랭킹 전단가공에서 다이 및 펀치 측에서 발생한 크랙이 제대로 합치되지 않으면 깨끗한 전단면이 얻어지지 않을 뿐만 아니라 가공력이 과대해지는 경우도 있다. 이러한 크랙의 진행 방향에 가장 중요한 영향을 미치는 인자는 클리어런스이다. 클리어런스가 적당하지 않으면 펀치와 다이가 잘 만나지 않고 그 결과 과대한 압력이 생기거나 절단면이 판면에 대하여 큰 각도가 있거나 버나 처짐이 심하게 된다. 클리어런스는 제품 정밀도, 공구 수명 등에 크게 관여한다. 일반적으로 클리어런스는 피가공재 판두께에 대한 공구의 한쪽 틈새의 백분율을 가지고 '클리어런스가 몇 %'라고 하는 표현으로 나타낸다.[3]
- 클리어런스가 대단히 작을 경우
전단이 시작되어 전단면이 생성되고 크랙 발생으로 진행하나 공구(펀치와 다이)의 측면에서 발생한 크랙이 성장하지 않고 도중에서 가만히 있기 때문에 새롭게 다른 장소에서 전단이 시작되어 크랙이 발생하여 분리된다. 이때 뒤에 전단되는 것을 2차 전단이라 하고 완성된 전단면을 2차 전단면이라고 한다. 이와 같은 조건에서는 도중에서 정지하는 크랙은 일반적으로 작다. 또 전단이 2번 행하므로 전단면의 양을 크게 할 수 있다.
- 클리어런스가 작을 경우
크랙이 발생하여 성장하는 과정에서 펀치, 다이 측의 쌍방의 크랙이 잘 만나지 않고 다른 방향으로 성장하여 상하의 크랙 사이에 갇히는 듯한 부분이 성장되어 전단 완료와 함께 탈락하는 수가 있다. 또 곳곳에 작은 2차 전단면이 성장되는 수가 있다. 이상과 같은 것에서 이 조건에서는 절단면의 상태는 나쁘다.
- 클리어런스가 적절할 경우
적정한 클리어런스 조건에서 일반적인 프레스 가공이 행해지고 있다. 펀치, 다이의 쌍방에서 진행한 크랙이 어긋나지 않고 만나는 것에 의해 전단이 완료하는 조건이다. 이 조건에서는 통상 전단면은 판두께의 1/3 정도로 생성된다.
- 클리어런스가 과대할 경우
이 조건에서는 크랙이 발생하기까지의 시간이 길고 압축부가 크게 된다. 이것은 전단되는 판두께가 얇게 된다고 생각할 수가 있으며 사실상 클리어런스 (틈새/판두께 x 100%)가 크게 되므로 보다 나쁜 조건에서 전단이 이루어지는 것이 된다. 또한 발생한 크랙이 어긋나 마치 잡아 찢는 듯한 상태에서 전단이 완료하므로 전단면은 직각도가 극히 나쁘고 급기야는 스프링 백도 크게 된다.[4]
파인블랭킹[편집]
파인 블랭킹(Fine Blanking)은 일반적인 블랭킹보다더 높은 품질의 블랭크를 제작할 때 사용된다. 파인 블랭킹(fine blanking)은 단발 블랭킹으로 제품의 전체 두께에 걸쳐 필요로 하는 고운 전단면과 양호한 제품 정밀도를 얻는 프레스 가공 공정이다. 파인 블랭킹 금형의 수명은 50~100만 타로 블랭크 깊이 조정의 정밀도, 블랭킹 속도, 프레스의 강성, 브이링에 가해지는 힘과 반력, 재료의 이송, 금형의 안전장치 등 상태에 따라 좌우된다. 따라서 금형 설계, 절삭 요소의 재료 선정, 열처리의 품질과 경도, 절삭 요소의 위치 정밀도 등 금형 셋업 상태를 적절히 조정해가며 작업해야 사용 기간을 늘릴 수 있다.
파인 블랭킹 장점은 제품의 절단면이 깨끗하다. 일반적인 블랭킹과 파인 블랭킹의 전단면의 차이는 눈으로 언뜻 보아도 확연히 다른 수준이다. 파인 블랭킹의 전단 표면 거칠기는 Ra 0.4~16㎛로 일반 블랭킹 작업으로 얻어진 전단 표면 거칠기나 절삭 가공의 표면 거칠기보다 더 곱다. 거칠기의 이러한 차이는 재료를 어떻게 얼마나 자르는지에 달려있다. 일반적인 블랭킹은 재료 두께의 1/3만이 직접적으로 절단되는 전단면 이고 나머지 2/3은 취성에 의한 파단면이다. 파단면이라 불리는 부분은 잘린다기 보다 재료에 가하는 압력에 의해 끊긴다고 표현되는 것이 더 맞다. 반면 파인블랭킹은 절단면의 전 구간이 전단면이다. 전단면과 파단면의 차이는 수박을 반으로 자르는 것을 상상해보면 이해가 쉽다. 한 통의 수박을 반으로 나누기 위해 1/3 정도를 칼로 가르고 나머지는 손으로 쪼개면 나머지 2/3은 깔끔하게 잘리지 않게 마련이다. 하지만 처음부터 끝까지 칼을 넣어 썰면 잘린 면이 울퉁불퉁하지 않고 매끄럽다. 이렇게 매끄럽게 잘린 결과물은 더 이상의 기계 가공을 필요로 하지 않는다. 따라서 일반 블랭킹을 사용했을 때 후속 공정이 많아 경제성이 떨어지는 제품에 적용되기에 좋다. 두께 0.5~15mm 정도의 비교적 두꺼운 강판을 사용하면서도 제품 표면 품질이 높아야 하는 경우가 이에 해당한다.
파인 블랭킹은 복합성형이 가능해 제작 비용을 줄일 수 있다. 파인블랭킹은 평판 제품의 블랭킹 뿐만 아니라 재료를 굽히는 벤딩, 표면에 무늬나 형상을 압인하는 코이닝, 재료를 눌러 반대쪽으로 돌출시키는 압출 성형 가공 등이 단 한 번의 공정으로 가능하다. 이러한 작업공정의 축소는 상당한 비용 절감 효과를 가져다준다. 파인 블랭킹은 일반 블랭킹에 비해 결과물의 정밀도와 평탄도, 직각 도도 높아 품질 면에서도 뛰어나다. 파인 블랭킹이 이렇게 생산성과 품질에 있어 일반적인 블랭킹보다 월등한 이유는 공정 원리의 차이에 있다. 파인 블랭킹의 전단 속도는 보통 5~15mm/sec으로 일반적인 블랭킹의 속도 50~100mm/sec 보다 낮다. 1분에 약 30~35개 분량을 만들 수 있는 속도다. 두께가 크고 인장 강도가 높은 재질일수록 그 속도는 더 낮아진다. 재료 사용에도 제한이 있다. 일반 블랭킹은 재료 제한이 거의 없지만 파인 블랭킹에서는 충분한 연성이나 가단성이 있는 소재가 요구된다. 재료를 선택할 때 단기적인 소요 비용을 생각하기보다 기계의 수명도 고려해 적정 재료를 찾는 것이 좋다. 하지만 고탄소강, 합금강, 고장력판재 등도 성형이 가능하다. 좋은 전단면을 얻기 위해 철판 생산 업체에서 일반 철판 소재를 냉간 압연한 후에 금속 조직을 균일하게 하기 위해 구상화 처리 공정을 거친 재료가 필요하다. 후처리 공정이 필요한 철판 소재인 만큼 일반적인 강판보다는 재료 금액이 5~10% 정도 높다.
활용 사례[편집]
자동차 부품 제작 전문 업체 ㈜오스템은 1990년대 후반부터 지금까지 파인 블랭킹 기술을 이용하고 있다. 시트 사업의 경쟁력을 확보하기 위해 핵심 부품 리클라이너를 국산화하면서 파인 블랭킹을 사용하게 된 것이다. 현재는 파인 블랭킹 기술 서비스를 제공하는 자동차 부품 제작 전문 업체 ㈜아스픽을 통해 매년 약 50만 개의 완성 부품을 만들고 있다. 리클라이너는 의자를 앞뒤로 조정하는 시트 트랙과 등받이를 연결하는 부품으로 시트의 등받이 각도를 조절하는 기능을 하는데 자동차 충돌 시 승객의 안전을 보장하기 위한 제품이므로 강도와 정밀도와 함께 매끄러운 표면이 요구되는 부품이다.
오스템은 파인 블랭킹 기술의 가장 큰 이점으로 생산비 절감을 꼽았다. 한 번의 공정으로 부품 제작을 마칠 수 있으며 공정 후 부수 작업을 하지 않아도 깨끗한 전단을 가진 부품을 얻을 수 있는 데서 오는 효과다. 또한 일반 블랭킹이 할 수 없는 작업이 가능하다는 장점도 제시해 주었는데 일반 블랭킹의 경우 재료 두께와 동일한 직경의 구멍까지만 작업이 가능한 반면 파인 블랭킹의 경우 재료 두께보다 작은 구멍의 작업이 가능하다는 것이다. 파인 블랭킹 기술을 이용함으로써 비교적 낮은 비용으로 이 부품을 제작해 더 큰 이윤을 창출하고 있다고 한다.[5]
각주[편집]
- ↑ 무역왕 JS, 〈프레스-전단가공이란?〉, 《네이버 블로그》, 2017-12-17
- ↑ 〈블랭킹〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 하늘, 〈블랭킹(Blanking) • 피어싱(Piercing) 가공〉, 《다음 카페》
- ↑ ekowon, 〈전단가공 – 클리어런스(Clearance)〉, Kowon Co.,LTD, 2019-10-22
- ↑ 박슬기, 〈꼼꼼한 파인 블랭킹〉, MFG Inc, 2012-03-06
참고자료[편집]
- 〈블랭킹〉, 《네이버 지식백과》
- 무역왕 JS, 〈프레스-전단가공이란?〉, 《네이버 블로그》, 2017-12-17
- 하늘, 〈블랭킹(Blanking) • 피어싱(Piercing) 가공〉, 《다음 카페》
- ekowon, 〈전단가공 – 클리어런스(Clearance)〉, Kowon Co.,LTD, 2019-10-22
- 박슬기, 〈꼼꼼한 파인 블랭킹〉, MFG Inc, 2012-03-06
같이 보기[편집]
