프레스

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유압프레스

프레스(press)는 재료에 힘을 가해서 소성변형시켜 굽힘, 전단, 단면수축 등 가공을 하는 기계이다. 프레스 가공을 간단히 프레스라고도 한다.

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개요

프레스는 주로 금속판에 압축력을 가하여 소성변형시켜 여러 모양을 만들어내는 금가공이 프레스 가공의 대표적인 예이다. 시계, 카메라의 정밀부품에서부터 자동차의 차체에 이르기까지 광범하게 이용된다. 재료는 강판, 동판(銅板), 황동판, 알루미늄판은 물론 플라스틱, 섬유 등도 쓰인다. 특별히 가열하지 않고 가공할 수 있고 짧은 시간에 정확한 치수, 모양으로 가공할 수 있으며 교환성이 있고 대량생산에 적합하다. 프레스 가공의 종류에는 커터(cutter)로 소정의 모양으로 절단하는 절단 가공, 다이(die)와 펀치(punch)로 필요한 모양을 따내는 따내기 가공, 재료를 필요한 모양으로 구부리는 굽힘 가공, 원통, 각통 등과 같은 바닥이 있고 이음매가 없는 용기를 만드는 드로잉 가공 등이 있다.

프레스는 2개 이상의 서로 대응하는 공구를 사용하여 공구 사이에 금속 또는 비금속 판재를 놓고 강한 힘으로 가압하여 전단, 굽힘, 드로잉, 압축 가공을 하는 기계를 말한다. 프레스는 동력원의 작동 기구, 구조 및 가공 방법, 프레임 형식에 따라 분류 기준이 다르지만 일반적으로 동력원의 작동 기구에 따라 분류하고 있다. 프레스의 효율은 가압 능력을 톤(ton)으로 표시한다. 프레스 기계의 종류는 압축력을 발생시키는 구조에 따라 기계식 프레스와 유압식 프레스로 구별된다. 기계식 프레스는 전동기의 동력을 기어, 크랭크 등의 기구로 압축력을 발생시켜 가공 작업을 하는 것이며 그중에서 많이 사용되는 것은 크랭크프레스이다. 기계 프레스는 전동기로 큰 플라이휠을 회전시켜 회전 에너지의 일부를 이용해서 가공 작업을 한다. 이 밖에 마찰 프레스, 토글 프레스 등 많은 종류가 있다. 액압(液壓) 프레스는 유압을 이용해서 압축 동작을 하는 것이다. 이 밖에도 수압식, 유압식, 기압식(氣壓式)이 있다.

동력원의 작동 기구에 따른 분류

크랭크 프레스

편심 프레스

인력 프레스 기계

수동 프레스로서 스크루 프레스, 수동 편심 프레스가 있으며 레버 조작 구조인 족답 프레스가 있고 얇은 판재 펀칭에 이용된다.

동력 프레스 기계

기계 프레스

기계의 동력을 이용하여 크랭크 등의 기구로 슬라이드(램)를 작동시키는 프레스이다.

• 크랭크 프레스(CRANK PRESS, POWER PRESS) : 크랭크축과 연결봉의 조합으로 축의 회전운동을 직선운동으로 전환시켜 가압하는데 일명 파워 프레스라고도 한다. 제작이 쉽고 스트로크 하단 위치가 정확하게 결정되며 슬라이드(램) 운동 곡선이 비교적 무난하고 각종 가공에 유리하여 가장 많이 사용되고 있다.
• 편심 프레스(ECCENTRIC PRESS) : 클러치의 작동에 따라 편심 주축이 회전하며 그 일단에 상하운동하는 슬라이드(램)가 있고 형틀을 고정하여 가공하는 프레스이다. 주용도는 뽑기 작업, 블랭킹, 펀칭 가공 등이 있다.
• 토글 프레스(TOGGLE PRESS) : 크랭크의 회전운동을 다수의 링크장치로 펀치에 전달하도록 한 프레스이며 순간적인 충격을 주지 않고 가공 행정의 끝에서 큰 힘을 발생시킨다. 주용도는 블랭킹, 압인, 압출가공 등이 있다.
• 너클 프레스(KNUCLE PRESS) : 플라이휠의 회전운동을 크랭크 기구에 의해 직선운동으로 바꾸고 이를 너클 기구를 이용하여 슬라이드(램)를 상하로 직선운동시키는 프레스이며 하사점 부근에서 속도가 매우 느려지는 특징이 있다. 주용도는 압인, 냉간단조 등이 있다.
• 마찰 프레스(FRICTION PRESS) : 플라이휠의 회전력을 마찰차에 전달하며 나사축 바퀴를 마찰차와 접촉시켜 나사축의 회전으로 슬라이드(램)를 상하로 작동시키면서 가공력을 얻는 프레스로 가공정도가 좋지 않고 생산속도도 느리다. 주용도는 굽힘, 성형 가공 등이 있다.

액압 프레스

유체의 압력에 의해 슬라이드(램)를 작동시키는 프레스로 수압, 유압, 공압 프레스가 있다. 2개 이상의 서로 대응하는 공구(금형, 전단 날 등)를 사용하여 그 공구 사이에 금속 또는 비금속 등의 가공재를 놓고, 유체의 압력에 의하여 슬라이드를 작동시켜 공구가 가공제를 강한 힘으로 압축시킴으로써 압축, 절단, 천공, 굽힘, 드로잉 등 가공을 하는 성형기계이다. 프레스 기계에서 유압이 많이 응원되고 있는 이유는 다른 방법에서 얻을 수 없는 강력한 힘을 간단히 얻을 수 있고 속도의 조절을 용이하게 할 수 있으며 원격조작이나 자동조작이 가능한 것 등 유압 응용기구가 갖는 특징이 그대로 프레스에서 요구되는 기능에 적합하기 때문이다.

특징은 아래와 같다.

• 작동 행정을 임의로 조정할 수 있다.
• 행정에 관계없이 가공력을 가진다.
• 큰 용량의 가공이 가능하다.
• 과부하가 발생하지 않는다.

기계 프레스와 액압 프레스의 비교

항목	기계 프레스	액압 프레스
생산속도	빠름	느림
스트로크	600~1000(mm)	기계 프레스보다 제한이 적음
스트로크의 변화	변화를 주기 힘듦	변화를 줄 수 있음
스트로크 종단 위치결정	정확	부정확
가압 속도 조절 유무	무	유
가압력 조절	어려움	쉬움
가압력 유지 유무	무	유
과부하 유무	유	무
보수 유지	용이함	유체 누출 등에 주의가 필요함
프레스의 최대 능력	4,000t(판금), 9,000t(단조)	200,000t(단조)

프레임 형식에 따른 분류

C형 프레임 프레스 기계

프레임의 전면이 C형으로 개방되어 있으며 슬라이드(램)의 위치가 프레스 중심보다 앞쪽에 위치한 프레스이다. 200t 이하의 소형 프레스에 주로 사용되며 소재의 취급이 용이하나 앞 벌어짐 현상이 발생할 우려가 있다.

H형 프레임 프레스 기계

프레임의 형상이 상자형이며 슬라이드(램)의 위치가 프레스의 중심에 있는 프레스이다. 300t 이상의 중대형 프레스에 주로 사용되며 구조가 안정적이라서 앞 벌어짐이 발생하지 않는다.

4주형 프레임 프레스 기계

프레스의 상부구조인 크라운 부위와 하부구조인 베드 부위가 4개의 기둥에 의해 지지되는 프레스이다. 특수 용도로 사용하는 프레스로 주로 소형 프레스에 적용되며 금형의 취급이 용이하고 유압 성형에 적합하다. 사면이 개방되어 있어 금형 탈부착이 용이하고 유압 유니트를 프레임 상부 또는 후면에 설치함으로써 소형화가 가능하다.

구조 및 가공방법에 따른 분류

슬라이드(램) 개수에 따른 분류

• 단동 프레스 : 슬라이드(램) 개수가 1개인 프레스.
• 복동 프레스 : 슬라이드(램) 개수가 2개인 프레스로 블랭킹과 드로잉을 동시에 하거나 딥 드로잉, 복잡한 굽힘 작업에 사용되는 프레스이다. 요즘은 복동 프레스가 점차 줄어드는 추세로 이는 드로잉 가공이 다이 쿠션의 발달로 인해 대부분의 가공을 단동 프레스에서 충분히 수행할 수 있기 때문이다.
• 3동 프레스 : 정밀 전단을 위한 파인 블랭킹 프레스가 여기에 속한다.

특수 프레스

전단기(SHEARING PRESS)

판재를 블레이드(직선 날)를 이용하여 원하는 형상으로 절단하는 프레스로 더블 크랭크 프레스가 대표적이다.

절곡기(PRESS BRAKE)

넓은 판재를 직선으로 굽히기 위한 전용기이다.

파인 블랭킹 프레스(FINE BLANKING PRESS)

정밀 전단을 위한 프레스이다.

다이 스포팅 프레스(DIE SPOTTING PRESS)

프레스 금형 제작이 완료되면 시험작업을 하면서 금형의 수정을 용이하게 하기 위한 시험작업용 프레스로 프레스에 금형이 장착된 상태에서도 수정, 보완이 가능하다.

트랜스퍼 프레스(TRANSFER PRESS)

1대에 프레스에 여러 대의 금형을 설치하고 금형과 금형 사이를 이송 장치에 의해 소재를 자동으로 이동시키면서 연속 작업을 할 수 있도록 하는 전용의 프레스로 박판 제품 성형에 유리하다.

크랭크리스 프레스(CRANKLESS PRESS)

크랭크 프레스와 마찬가지로 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 슬라이드(램)에 전달하는 방식은 동일하지만 하중 능력과 강성을 높이기 위해 크랭크가 아닌 직선의 회전축과 편심 캠으로 구성된 회전 기구를 사용한 프레스이다.

OBI 프레스(OPEN BACK INCLINABLE PRESS)

프레스의 후면이 개방되어 있어 제품 취출을 쉽게 할 수 있고 프레스 프레임을 경사지게 할 수 있어 중력에 의해 제품이 쉽게 미끄러질 수 있도록 하여 슈트(CHUTE)가 필요 없는 크랭크 프레스이다. 150t 이하의 중소형 프레스에 많이 사용되고 있는 단동식 C 프레임 프레스이다.

멀티 슬라이드 포머(MULT-SLIDE FORMER)

박판재의 스프링, 링, 전자 부품류 등 복잡한 굽힘 가공의 제품일 경우 같은 반경 방향으로 여러 개의 슬라이드(램)에 펀치를 부착시켜 순차적으로 성형하면서 완성품을 만드는 성형기이다.

프레스의 능력과 사양

능력

• 하중(압력) 능력(t) : 프레스 가공에 있어 크랭크축, 슬라이드(램), 본체 등이 안전하게 견딜 수 있는 최대 하중을 톤(t)으로 표시한다.
• 토크 능력(mm) : 하중 능력의 발생이 가능한 위치를 하사점으로부터 떨어진 거리이다. 프레스 가공을 할 때 최대 하중이 토크 능력 이내에 있도록 금형을 설치하는 것이 중요하다.
• 일의 능력(kg•m, t•mm) : 1회 가공에 사용할 수 있는 최대 일의 양이다. 딥 드로잉의 경우에는 프레스의 능력 검토에 이용한다.

사양

• 다이 높이(DIE HEIGHT) : 프레스의 슬라이드(램) 높이를 하사점으로 내리고 슬라이드(램) 조절 나사를 이용하여 슬라이드(램)의 위치를 최대로 올린 상태에서 볼스터 윗면에서부터 슬라이드(램) 밑면까지의 거리이다. 프레스에 금형을 실제로 설치 가능한 공간을 말한다.
• 셔트 높이(SHUT HEIGHT) : 금형의 높이가 너무 높아 프레스에 설치하기 어려울 경우 볼스터를 떼고 프레스 베드 위에 직접 금형을 설치할 수 있는데 이때 슬라이드(램) 밑면에서 베드 사이의 거리를 말한다.
• 슬라이드(램) 조절량 : 금형을 프레스에 설치할 때 금형의 높이에 맞춰서 볼스터 윗면 사이에 거리를 조절하여 슬라이드와 금형이 접촉되도록 해야 한다. 크랭크 프레스에서는 커넥팅 로드에 나사에 의한 높이 조절장치가 있고 조절할 수 있는 길이를 슬라이드(램) 조절량이라 한다.
• 스트로크수(SPM, 행정수) : 슬라이드(램)가 1분 동안 상하로 움직일 수 있는 횟수이다. 크랭크 축의 매분 회전수와 동일하며 소형은 30~80(spm), 대형은 10~30(spm) 정도이다.
• 스트로크(행정) : 슬라이드(램)의 최대 운동 거리로서 가공할 수 있는 제품의 최대 높이가 결정된다.

안전장치

비상 정지 스위치

누름 버튼으로 작동된 이후 수동으로 복귀시킬 때까지 회로가 자동으로 복귀되지 않고 슬라이드(램)를 시동 상태로 복귀한 것이 아니면 슬라이드(램)가 작동되지 않는 구조이다.

키락(KEY LOCK)

일종의 전환 키 스위치로 주전 동기의 통전을 ON/OFF하는 장치로 키를 작업자가 가지고 있는 한 주전동기의 운전을 할 수 없어 안전하다.

안전 블록 및 안전 플러그

슬라이드(램) 및 상부 금형 등의 무게를 지탱할 수 있는 강도 유지한다. 안전 블록 사용 시 슬라이드(램) 불시 작동 방지를 위한 인터록 기능이 구비한다. 기계 프레스에서 볼스터 각 변의 길이가 1,500mm 미만이거나 다이 높이가 700mm 미만이면 안전 플러그 또는 키락으로 대체 가능하다. 안전 플러그는 각 조작 위치마다 비치하고 구조상 안전 블록 설치가 곤란한 경우 슬라이드(램) 록킹 핀 방식 가능하다.

오버 런 감시장치

구동 장치에 결함이 발생되면 즉시 정지 신호를 보내고 결함이 제거될 때까지 가동 중지한다. 급정지가 필요 없는 전용 프레스, 자동 급송 프레스는 예외이다. 클러치, 브레이크 작동용 전환 밸브의 배기구 배출 저항 증가 시, 브레이크 패드의 마모 및 오일 등의 불순물 유입으로 브레이크 성능 저하 시 작동한다.

재가동 방지 장치

1행정 후 정지가 안되고 계속해서 행정이 진행되는 것을 재가동이 된다고 하고 재가동을 멈추게 하는 장치로 연속 행정 선택 시에는 작동하지 않는다.

1행정 1정지장치

프레스 작동 후 누름 버튼 등을 계속 누르고 있어도 슬라이드(램)가 1행정의 작업을 마치고 작동하기 전 위치에서 정지하는 장치이며 상사점 정지기구와 연결하여 사용할 수 있다.

급정지 장치

위험 또는 이상을 해당 프레스가 검출하여 자동으로 슬라이드(램)의 운동을 즉시 정지시키는 장치이다. 급정지 장치가 작동 후에는 안전상태로 복귀하여도 재기동 조작을 하지 않으면 슬라이드(램)가 작동하지 않도록 하는 재가동 방지 장치가 구비되어야 한다.

참고자료

• 〈유압프레스〉, 《나무위키》
• 〈프레스(press)〉, 《네이버 지식백과》
• 〈프레스 종류 및 구조 한국산업안전공단 안전인증실〉, SlidePlayer
• 〈제2장 프레스 기계〉, 《케이스 제작》, 2020-04-23

같이 보기

• 가공
• 재료
• 굽힘
• 시계
• 카메라
• 금속
• 자동차
• 차체
• 강
• 동
• 알루미늄
• 플라스틱

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