전단 (제조)

전단

전단(shear, 剪斷)은 물체의 단면에 반대 방향인 한 쌍의 힘을 평행하게 작용시켜 물체를 절단하는 일이다. 이 작용이 미치는 힘인 전단력에 의해 물체 내부에서는 전단응력이 생긴다. 이 작용은 막대나 판이 수평으로 힘을 받을 때나 축이 비틀릴 때 일어난다.

개요

전단은 재료 내부의 어떤 단면에 평행으로 서로 반대 방향인 한 쌍의 힘을 작용시키면 물체가 그 면을 따라 미끄러져서 절단되는 것을 전단 또는 층밀리기라고 한다. 이때 받는 작용을 전단 작용이라 하고 이와 같은 작용이 미치는 힘을 전단력이라고 한다. 전단력에 의해서 물체 내부의 단면에 생기는 내력(內力)을 전단응력(剪斷應力)이라고 하며 단위면적당의 힘으로 표시된다. 이 전단되는 면을 따라서 미소한 직사각형을 생각하면 전단력에 의해 이 직사각형은 평행사변형으로 변형되며 이것을 전단변형이라고 한다. 이때 직사각형으로부터의 기울기 전단을 전단 변형률이라 하고 전단 변형력과 전단변형과의 비(比)를 전단탄성계수(剪斷彈性係數)라고 한다. 또 물체가 전단응력에 의해 미끄러져서 절단되어 파괴되는 것을 전단파괴라고 한다. 전단 작용은 봉(棒), 판(板) 등이 수평하중을 받을 때 또는 축이 비틀릴 때 나타난다. 판에 구멍을 뚫거나 절단하는 전단가공은 이 전단 작용을 응용한 것이다.

전단 과정

탄성변형 단계

펀치가 하강함에 따라 소재는 펀치와 접촉하여 소재 내부에 저항이 발생한다. 펀치가 더욱 하강하면 소재의 표면에서는 인장응력, 다이 및 펀치의 접촉면에서는 압축응력이 발생한다.

소성변형 단계

다이 및 펀치의 접촉면에서 발생하는 압축응력은 가공이 진행됨에 따라 소재의 탄성한도를 넘어 소성변형을 일으킨다. 이때 소재는 펀치의 날끝에 의하여 굽혀지면서 눌리게 되는데 이를 눌린면(ROLL OVER)이라 한다.

전단 단계

소성변형이 진행된 소재에 가공을 좀 더 진행하면 전단 날끝의 압축응력이 전단강도를 넘어 감소된 면적의 재료가 전단된다. 소성변형을 거쳐 전단 단계로 가공이 진행될 때 펀치가 소재 속으로 들어가면 수직, 수평하중을 받게 되고 이때의 수평하중이 소재의 측벽을 매끄럽게 하는데 이를 버니싱(BURNISHING)이라 한다.

파단 단계

전단 단계에서 가공이 더 진행되면 소재의 전단강도 이상의 전단응력이 발생하여 소재는 상, 하 균열이 커지면서 파단된다. 소재는 완전 분리되어 펀치는 소재의 절단부를 통과해서 다이 속으로 유입되고 절단된 소재는 낙하된다.

같이 보기

• 힘
• 가공

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