금속 굽힘 도면 부품이란 무엇입니까?

금속 벤딩 드로잉 부품 판금 부품은 두 가지 냉간 성형 공정(굽힘 및 딥 드로잉)을 결합하여 평평한 금속 시트 스톡에서 정확한 각도 형상, 곡면 벽 및 중공 프로파일을 갖춘 3차원 부품을 생성함으로써 생산되는 판금 부품입니다. 굽힘은 직선 축을 따라 금속을 변형시켜 각도, 플랜지 및 채널을 생성하는 반면 드로잉은 시트를 다이 위로 당겨 컵, 상자 및 깊이가 있는 밀폐된 모양을 형성합니다. . 결과 부품은 원래 금속의 구조적 무결성을 유지하면서 솔리드 스톡을 기계로 가공하여 생산하기에는 비실용적이거나 비경제적인 복잡한 형상을 얻습니다.

이러한 부품은 자동차, 항공우주, 전자, 건설 및 소비재 산업 전반에 걸쳐 현대 제조의 기본입니다. 예를 들어, 단일 차체에는 도어 패널과 루프 레일부터 브래킷 어셈블리와 연료 탱크 쉘에 이르기까지 수백 개의 금속 벤딩 및 드로잉 부품이 포함되어 있습니다. 이러한 부품이 무엇인지, 어떻게 제조되는지, 품질을 좌우하는 요소를 이해하는 것은 판금 부품을 다루는 엔지니어, 조달 전문가 및 제조업체에게 필수적인 지식입니다.

굽힘 부품: 정의, 프로세스 및 형상

금속 굽힘 부품은 정의된 축을 따라 평평한 금속 블랭크에 힘을 가하여 생성되며, 영구적인 각도 또는 곡선을 생성하는 소성 변형을 일으킵니다. 이 과정에서는 물질이 제거되지 않습니다. 통제된 소성 변형을 통해 이를 재분배합니다. 굽힘의 외부 표면은 인장 상태에 있고 내부 표면은 압축 상태에 있으며 중립 축(인장이나 압축을 경험하지 않는 평면)은 대략 내부 표면에서 재료 두께의 1/3~1/2 , 굽힘 반경 및 재료 특성에 따라 다릅니다.

기본 굽힘 방법

산업 생산에는 다양한 부품 형상, 재료 두께 및 생산량에 적합한 여러 가지 굽힘 공정이 사용됩니다.

• V-벤딩(에어 벤딩 및 바텀밍) — 가장 일반적인 프로세스입니다. 펀치는 금속 시트를 V자 모양의 다이로 누릅니다. 목표 각도를 달성하기 위해 스프링백 각도를 사용하여 펀치가 바닥에 닿기 전에 공기 굽힘이 중지됩니다. 바닥 형성은 펀치를 다이에 접촉시켜 더 높은 정확도를 위해 재료를 코이닝합니다(바닥 형성의 경우 일반적으로 ±0.5°, 공기 굽힘의 경우 ±1° ~ ±2°).
• U-벤딩 — 일치하는 펀치와 다이 쌍을 사용하여 단일 스트로크로 채널 모양 또는 U자형 부품을 생성합니다. 구조용 채널, 케이블 트레이 및 인클로저 프레임에 공통됩니다.
• 롤 벤딩 — 세 개의 롤이 시트 또는 판을 점진적으로 변형하여 원통형 쉘, 원추형 섹션 및 곡선 구조 부재와 같이 반경이 큰 곡선 부품을 생성합니다.
• 와이프 벤딩(가장자리 벤딩) — 시트가 고정되고 와이프 다이가 한쪽 가장자리를 접어서 플랜지와 리턴 립을 생성합니다. 상자 및 팬 성형을 위한 프레스 브레이크에 일반적으로 사용됩니다.
• 회전 굽힘 — 회전 다이는 시트 표면을 가로질러 굴러 표면 표시를 최소화하면서 굽힘을 생성하며 사전 마감되거나 외관상 민감한 재료에 선호됩니다.

최소 굽힘 반경 및 스프링백

두 가지 중요한 매개변수가 모든 구부러진 부품의 실현 가능성과 정확성을 좌우합니다. 최소 굽힘 반경은 외부 인장 표면에 균열이 발생하지 않고 재료를 구부릴 수 있는 가장 작은 반경입니다. 이는 일반적으로 재료 두께(t)의 배수로 표현됩니다. 예를 들어, 연강(저탄소)의 최소 굽힘 반경은 일반적으로 0.5~1t , 고강도 알루미늄 합금에는 다음이 필요할 수 있습니다. 3t ~ 5t 균열이 발생하기 전 최소 반경.

스프링백은 굽힘력이 해제될 때 발생하는 탄성 회복으로 부품이 의도한 각도에서 약간 열리게 됩니다. 스프링백 크기는 재료 항복 강도에 따라 증가하고 굽힘 반경이 작을수록 감소합니다. 공정 엔지니어는 과도한 굽힘(목표 각도보다 2°~5° 더 좁은 다이 각도 사용)을 사용하거나 두께 전체 소성 변형을 통해 탄성 회복을 최소화하는 바닥 만들기 및 코이닝 작업을 사용하여 보상합니다.

도면 부품: 정의, 프로세스 및 깊이 기능

드로잉 부품(보다 정확하게는 딥 드로잉 부품)은 펀치를 사용하여 평평한 금속 블랭크를 다이 캐비티에 눌러 바닥이 닫히고 상단이 열린 중공 3차원 형상을 형성함으로써 생산됩니다. 이 공정에서는 플랜지 재료를 다이 안쪽과 아래쪽으로 끌어당겨 금속이 흐르면서 벽이 약간 얇아지고 플랜지가 두꺼워집니다. 드로잉은 음료수 캔, 조리기구, 자동차 연료 탱크, 의료 기기 하우징 및 대량 생산되는 수천 개의 기타 중공 금속 부품의 성형 공정입니다.

딥 드로잉 공정 순서

완전한 딥 드로잉 작업에는 다음 순서가 포함됩니다.

1. 블랭크 준비 — 원형 또는 모양의 블랭크가 시트 스톡에서 절단됩니다. 블랭크 직경은 대상으로 그린 ​​부품 형상과 재료의 드로잉 비율 제한을 기반으로 계산됩니다.
2. 블랭크 보유 — 블랭크 홀더(압력 패드)는 제어된 압력으로 블랭크의 플랜지를 다이 페이스에 고정하여 플랜지 재료가 안쪽으로 당겨질 때 주름이 생기는 것을 방지합니다.
3. 펀치 하강 — 펀치가 하강하면서 블랭크의 중앙 영역을 다이 캐비티 안으로 밀어 넣습니다. 플랜지 재료는 인장력을 받아 안쪽으로 흘러 컵 벽을 형성합니다.
4. 부품 배출 — 드로잉된 부품은 녹아웃 핀이나 공기 배출을 사용하여 다이에서 배출됩니다.
5. 다시 그리기(필요한 경우) — 필요한 깊이 대 직경 비율이 단일 드로잉에서 달성할 수 있는 비율을 초과하는 경우 부품은 하나 이상의 다시 드로잉 작업을 거쳐 각각 직경을 줄이고 깊이를 점차적으로 늘립니다.

연신율 및 성형성 한계

제한 연신비(LDR)는 부품을 찢지 않고 단일 드로잉 작업으로 달성할 수 있는 블랭크 직경과 펀치 직경의 최대 비율입니다. 대부분의 저탄소강의 경우 LDR은 대략 다음과 같습니다. 2.0~2.2 이는 한 번의 작업으로 펀치 직경의 최대 2.2배에 달하는 블랭크를 컵에 넣을 수 있음을 의미합니다. 알루미늄 합금의 LDR은 일반적으로 다음과 같습니다. 1.8~2.0 , 스테인레스 스틸의 범위는 다음과 같습니다. 1.8~2.1 등급에 따라. 단일 드로잉 LDR을 초과하는 깊이 대 직경 비율이 필요한 부품은 가공 경화가 제한될 경우 중간 어닐링을 통해 여러 드로잉 단계에서 생산됩니다.

금속 굽힘 및 드로잉 부품에 사용되는 재료

벤딩 및 드로잉 부품을 위한 재료 선택에는 성형성(균열이나 주름 없이 필요한 변형을 견딜 수 있는 능력), 완성된 부품의 강도, 내식성 및 비용의 균형이 필요합니다. 다음 재료는 산업 전반에 걸쳐 생산량의 대부분을 차지합니다.

벤딩 및 드로잉용 툴링: 다이, 펀치 및 프레스

다이와 펀치 등 툴링 시스템은 벤딩 및 드로잉 작업에서 부품 품질과 생산 경제성을 결정하는 핵심 요소입니다. 툴링 설계에서는 재료 스프링백, 블랭크 홀더 힘, 다이 간격, 펀치 코너 반경 및 윤활 전략을 동시에 고려해야 합니다.

벤딩 툴링

절곡용 프레스 브레이크 툴링은 프레스 브레이크 기계에 장착된 펀치(상부 도구)와 다이(하부 도구)로 구성됩니다. 표준 유럽식(Wila/Trumpf 호환) 툴링 시스템은 전용 맞춤형 툴링 없이 다양한 부품 길이와 프로파일에 맞게 구성할 수 있는 모듈형 펀치 및 다이 세그먼트를 사용하므로 단기 또는 프로토타입 생산의 설정 비용이 크게 절감됩니다. 대용량 프로그레시브 다이 벤딩의 경우 일반적인 공구강 경도가 다음과 같은 각 부품 형상에 대해 전용 경화 공구강 툴링이 지정됩니다. 58~62HRC 수백만 번의 주기에 걸쳐 작업 표면이 마모되지 않도록 합니다.

드로잉 툴링

딥 드로잉 다이는 펀치, 다이 링, 블랭크 홀더로 구성되며 펀치와 다이 사이의 간격이 정확합니다(일반적으로 재료 두께보다 10% ~ 15% 더 큼 단일 그리기 작업의 경우) 과도한 얇아짐 없이 금속 흐름을 허용합니다. 다이 코너 반경은 매우 중요합니다. 다이 반경이 너무 작으면 다이 입구에서 부품이 찢어집니다. 반경이 너무 크면 주름이 생길 수 있습니다. 강철의 다이 반경은 일반적으로 다음과 같습니다. 4t ~ 10t (재료 두께의 4~10배), 더 얕은 드로잉에는 더 큰 반경이 사용되고 더 깊은 부품에서는 더 엄격한 형상 제어를 위해 더 작은 반경이 사용됩니다.

언론 선정

굽힘 작업에서는 재료 두께와 굽힘 길이에 맞는 톤수를 갖는 프레스 브레이크(유압, 서보 전기 또는 기계식)를 사용합니다. V-굽힘 연강에 대한 일반적인 경험 법칙은 대략 다음과 같습니다. 재료 두께 1mm당 굽힘 길이 1m당 8톤의 힘 . 드로잉 작업에서는 내부 슬라이드가 펀치를 구동하고 외부 슬라이드가 블랭크 홀더의 힘을 독립적으로 제어하는 ​​싱글 액션 또는 더블 액션 유압 프레스를 사용합니다. 이는 딥 드로잉에서 일관된 플랜지 제어에 필수적인 기능입니다.

주요 품질 매개변수 및 측정 방법

치수 정확도, 표면 무결성 및 재료 특성 유지는 금속 벤딩 및 드로잉 부품의 세 가지 주요 품질 영역입니다. 각각은 엔지니어링 도면 및 해당 표준에 정의된 특정 측정 방법 및 허용 기준에 의해 관리됩니다.

치수 공차

구부러진 부품의 각도 공차는 공정에 따라 다릅니다. 일반적으로 에어 벤딩은 ±1° ~ ±2° , 바닥과 코이닝이 달성되는 동안 ±0.5° 이상 . 구부러진 부품의 선형 치수는 스프링백의 영향을 받으며 일반적으로 다음과 같이 유지됩니다. ±0.5mm 일반 산업용 부품 및 ±0.1~±0.2mm 정밀한 조립이 필요한 정밀 조립용. 딥 드로잉 부품은 벽 두께 변화(일반적으로 공칭 벽 두께의 ±10%가 허용됨), 플랜지 평탄도 및 전체 높이 일관성을 측정합니다.

표면 품질

굽힘 및 드로잉 부품에 허용되는 표면 품질은 특정 결함이 없는 것으로 정의됩니다.

• 굽힘 반경의 균열 - 재료 연성 또는 과도한 가공 경화에 비해 굽힘 반경이 부족함을 나타냅니다. 시각적으로 검사하고 중요 부품에 대한 염료 침투 테스트를 통해 검사함
• 주름 - 플랜지 또는 인발 부품 벽의 압축 주름; 블랭크 홀더의 힘이 부족하여 발생합니다. 시각적 표준 또는 표면 프로파일로메트리를 기준으로 평가
• 찢어짐 - 펀치 반경에서의 파손 또는 인발 부품의 다이 입구; 과도한 연신비, 불충분한 윤활 또는 부정확한 다이 반경으로 인해 발생
• 오렌지 껍질 - 출발 물질의 큰 입자 크기로 인해 발생하는 거친 표면 질감; 재료 사양을 통해 제어되고 표면 거칠기 표준(Ra 값)에 따라 검증되었습니다.
• 질식과 득점 - 금속과 공구의 접착 또는 파편으로 인한 공구 자국; 윤활 관리 및 금형 표면 마감 유지 관리를 통해 제어됩니다.

벽 두께 측정

인발 부품의 벽 감육은 초음파 두께 측정기 또는 단면 측정을 사용하여 측정됩니다. 임계 감육 영역은 일반적으로 이축 장력이 가장 높은 펀치 반경과 다이 입구 반경에 있습니다. 대부분의 구조적 응용 분야의 경우, 공칭 두께의 최대 20%까지 벽을 얇아지게 함 허용됩니다; 압력을 포함하거나 안전이 중요한 부품의 경우 더 엄격한 제한이 적용되며 첫 번째 품목 샘플의 파괴 단면 분석을 통해 검증될 수 있습니다.

부문별 일반적인 산업 응용 분야

금속 벤딩 및 드로잉 부품 거의 모든 제조 부문에서 단일 프로토타입부터 연간 수십억 개의 제품에 이르기까지 다양한 볼륨으로 생산됩니다. 다음 예는 적용 범위를 보여줍니다.

자동차 제조

승용차 한 대에는 대략적으로 200~300개의 개별 판금 부품 , 대부분은 굽힘 및 드로잉으로 생산됩니다. 차체 패널(도어, 후드, 루프, 펜더)은 대형 트랜스퍼 프레스의 저탄소 또는 고강도 강철 블랭크로 제작됩니다. 구조 구성 요소(A 필러, 로커 패널, 크로스 멤버)는 롤 형태로 만들어지거나 고속 프레스에서 점진적으로 구부러집니다. 연료 탱크는 코팅된 강철 또는 알루미늄으로 만들어졌습니다. 자동차 부문은 전 세계에서 가장 큰 금속 성형량을 주도하며, 전 세계적으로 연간 생산량이 9천만 대를 넘습니다.

항공우주 및 국방

항공기 구조 프레임, 스킨 패널, 격벽 및 리브 섹션은 정밀 굽힘, 연신 성형 및 하이드로포밍 공정을 사용하여 알루미늄 합금(주로 2xxx 및 7xxx 시리즈)으로 생산됩니다. 항공우주 굽힘 부품의 공차는 일반 산업 응용 분야보다 상당히 엄격하며, 프로파일 공차는 종종 유지됩니다. ±0.2mm 미터 규모의 부품. 도면은 압력 용기 구성 요소, 액추에이터 하우징 및 연료 시스템 부품에 사용됩니다.

전자 및 전기 장비

전자 장비용 인클로저, 섀시, 실드 및 커넥터 하우징은 냉간 압연 강철, 알루미늄 또는 구리 합금을 구부려 대량으로 생산됩니다. 정밀한 점진적 다이 벤딩을 통해 복잡한 브래킷 및 클립 형상을 다음과 같은 속도로 생산할 수 있습니다. 분당 수백 개의 부품 스탬핑 프레스에서. 도면은 배터리 케이스, 커패시터 캔 및 밀봉된 전자 인클로저에 사용됩니다.

건설 및 건축

구조용 브래킷, 외관 클래딩 패널, 지붕 프로파일, 도어 프레임 및 HVAC 덕트는 아연 도금 강철, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 구부려 생산됩니다. 연속 굽힘 공정인 롤 성형은 높은 생산 속도에서 일관된 단면을 갖는 긴 구조적 프로파일(도리, 레일, 채널)을 생성합니다. 맞춤형 건축 클래딩 패널은 표면 마감 보존에 세심한 주의를 기울여 프레스 브레이크 벤딩을 사용하여 소량으로 생산되는 경우가 많습니다.

의료 기기 및 장비

수술 기구 구성 요소, 임플란트 하우징, 멸균 트레이 및 진단 장비 인클로저는 스테인리스강(일반적으로 304 또는 316L 등급) 또는 티타늄 합금으로 제작되고 구부러집니다. 의료 응용 분야에서는 최고 수준의 표면 마감(임플란트 인접 표면의 경우 Ra ≤ 0.8 µm), 재료 추적성 및 치수 일관성이 요구되므로 가장 까다로운 금속 성형 응용 분야에 속합니다.

금속 굽힘 및 드로잉 부품에 대한 설계 고려 사항

금속 굽힘 및 드로잉 부품을 효과적으로 설계하려면 프로세스 제한 사항과 부품 형상이 제조 가능성에 미치는 영향에 대한 지식이 필요합니다. 여러 가지 설계 규칙이 보편적으로 적용됩니다.

굽힘 여유 및 블랭크 개발

모든 굽힘은 굽은 부품의 공칭 외부 치수를 기준으로 전개된(플랫) 블랭크에 재료 길이를 추가합니다. 이 굽힘 허용치는 재료 두께, 굽힘 반경 및 K 계수(중립 축 위치를 설명하는 재료별 상수)에 따라 달라집니다. 정확한 플랫 블랭크 계산이 필수적입니다. 블랭크 현상 시 0.5mm 6개의 굴곡이 있는 부품에 대한 결과는 다음과 같습니다. 3mm 누적 치수 오류 완성된 부품의 경우 조립 간섭을 일으키거나 정밀 응용 분야에서 허용할 수 없는 간격을 유발하기에 충분합니다.

굽힘 근처의 구멍 및 피쳐 배치

굽힘선에 너무 가깝게 배치된 구멍, 슬롯 및 컷아웃은 금속이 굽힘 반경 주위로 흐르기 때문에 성형 중에 왜곡됩니다. 구멍 가장자리에서 굽힘선까지의 최소 거리는 일반적으로 다음과 같습니다. 1.5t 굴곡 반경 둥근 구멍용 및 3t 굴곡 반경 굴곡부에 평행한 슬롯의 경우. 이 최소값보다 가까운 형상에는 굽힘 후 피어싱(작업 추가) 또는 형상 주변의 왜곡 허용이 필요합니다.

부품 설계 규칙 그리기

딥 드로잉 부품에는 특정 횟수의 드로잉 작업으로 부품을 제조할 수 있는지 여부를 결정하는 특정 설계 제약 조건이 적용됩니다.

• 깊이 대 직경 비율 — 단일 드로우에서 깊이가 직경의 약 75%를 초과하는 부품은 대부분의 재료에 대해 다단계 처리가 필요합니다.
• 직사각형으로 그려진 부품의 모서리 반경 - 모서리는 가장 심하게 변형된 영역입니다. 모서리 반경은 최소한이어야 합니다. 3t ~ 5t 찢어짐을 방지하려면 부품 높이에 대한 모서리 반경의 비율이 단일 그리기 타당성을 위해 0.2보다 커야 합니다.
• 구배 각도 — 드로잉된 부품 벽의 약간의 테이퍼(0.5°~2°)는 다이에서 쉽게 배출되고 부품이 펀치에 달라붙는 위험을 줄입니다.
• 균일한 벽 두께 - 벽 두께의 급격한 변화로 인해 찢어지기 쉬운 응력 집중 영역이 생성됩니다. 가능한 한 점진적인 전환이 선호됩니다.

표면 마감 및 후처리 옵션

금속 벤딩 및 드로잉 부품은 내식성, 외관, 경도 또는 페인팅이나 본딩과 같은 후속 공정에 대한 적합성을 향상시키는 성형 후 표면 처리를 자주 받습니다. 일반적인 후처리 작업에는 다음이 포함됩니다.

• 디버링 및 가장자리 마무리 — 텀블링, 벨트 연삭 또는 로봇 디버링을 사용하여 절단된 가장자리에서 날카로운 가장자리와 버를 제거합니다. 이는 작업자 안전 및 다운스트림 조립 적합성에 필수적입니다.
• 아연 인산염 처리 — 도장 전 강철 부품에 전환 코팅을 적용하여 도장 접착력을 향상시키고 일시적인 부식 방지 기능을 제공합니다.
• 전기도금 - 내식성, 경도 또는 전도성을 위해 부품 표면에 아연, 니켈, 크롬 또는 주석을 전착함
• 아노다이징 처리 - 밀봉되고 염색될 수 있는 단단한 다공성 산화물 층을 생성하는 알루미늄 부품의 전기화학적 산화; 항공우주 및 가전제품 알루미늄 부품의 표준
• 분체 도장 — 180-200°C에서 경화된 정전기 적용 폴리머 분말; 건축 및 산업 응용 분야에 탁월한 부식 및 UV 저항성을 갖춘 내구성 있고 균일한 색상 코팅을 제공합니다.
• 패시베이션 — 스테인레스 스틸 부품을 산 처리하여 표면의 자유철을 용해시키고 비활성 크롬 산화물 층을 복원하여 의료 및 식품 접촉 응용 분야의 내식성을 향상시킵니다.