구멍뚫기
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1. 개요
구멍뚫기는 펀치와 다이를 사용하여 재료에 구멍을 내는 공정이다. 펀칭은 금속, 플라스틱 등 다양한 재료의 시트나 판재에 구멍을 뚫는 데 사용되며, 펀칭 도구는 일반적으로 경화강 또는 텅스텐 카바이드로 만들어진다. 펀칭은 스탬핑, 블랭킹, 피어싱 등과 관련된 공정이며, 펀칭 프레스와 같은 장비를 사용하여 다양한 형태의 구멍을 제작할 수 있다.
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| 구멍뚫기 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 제조 공정 |
| 설명 | 공작물을 관통하여 구멍을 만드는 가공 방법이다. 프레스 가공에 사용된다. |
| 관련 용어 | 블랭킹 피어싱 트리밍 노칭 엠보싱 버링 드로잉 벤딩 전단 |
| 상세 정보 | |
| 원리 | 펀치(punch)를 사용하여 재료를 전단하여 구멍을 형성한다. |
| 공정 | 펀치가 재료에 접근한다. 펀치가 재료를 관통한다. 펀치가 재료에서 분리된다. |
| 특징 | 빠른 속도로 구멍을 만들 수 있다. 다양한 모양의 구멍을 만들 수 있다. 대량 생산에 적합하다. |
| 사용 분야 | 금속판 가공 플라스틱 가공 섬유 가공 |
| 추가 정보 | |
| 주의 사항 | 펀치와 다이 사이의 간격이 적절해야 한다. 펀치의 마모를 방지해야 한다. 안전 장비를 착용해야 한다. |
2. 펀칭 공정
펀칭 공정은 펀칭 도구(펀치와 다이)를 사용하여 공작물에 구멍을 뚫는 과정이다. 펀칭 도구는 주로 경화강이나 텅스텐 카바이드로 만들어진다. 다이는 공작물의 반대쪽에 위치하여 재료를 지지하고 깨끗한 가장자리를 만든다. 펀치와 다이 사이에는 간격이 있어 펀치가 다이에 걸리지 않고, 구멍을 뚫는 데 필요한 힘을 줄인다. 이 간격은 재료의 두께와 경도에 따라 달라진다.[2]
펀치 프레스는 펀치를 공작물에 통과시켜 구멍을 만들고, 이때 연성 재료는 늘어나 펀치가 공작물에 달라붙을 수 있다. 이를 방지하기 위해 펀치를 다시 빼내는 스트리핑 과정이 필요하다. 펀칭 후 구멍 벽에는 광택 영역, 롤오버, 다이 파단 등이 나타나 추가 처리가 필요할 수 있다. 구멍에서 나온 슬러그는 재활용을 위해 용기로 떨어진다.[3]
2. 1. 펀칭 도구
펀칭 도구(펀치와 다이)는 주로 경화강이나 텅스텐 카바이드로 만들어진다. 다이는 공작물의 반대쪽에 위치하여 구멍 둘레를 따라 재료를 지지하고, 더 깨끗한 가장자리를 위해 전단력을 국부적으로 만드는 데 도움을 준다. 펀치가 다이에 걸리는 것을 방지하고 구멍을 만드는 데 필요한 힘을 줄이기 위해 펀치와 다이 사이에는 약간의 간격이 있다. 필요한 간격은 재료의 두께에 따라 달라지며, 두꺼운 재료일수록 더 큰 간격이 필요하지만, 항상 공작물의 두께보다는 작다. 간격은 또한 공작물의 경도에 따라서도 달라진다.[2]펀치 프레스는 펀치를 공작물에 통과시켜 펀치와 동일하거나 펀치를 제거한 후 약간 작은 직경의 구멍을 생성한다. 모든 연성 재료는 펀칭 중에 어느 정도 늘어나기 때문에 펀치가 공작물에 달라붙는 경우가 많다. 이 경우 펀치 측에서 작업물을 지지하면서 펀치를 구멍에서 물리적으로 다시 빼내야 하며, 이 과정을 스트리핑이라고 한다. 구멍 벽은 광택 영역, 롤오버 및 다이 파단을 나타내며, 종종 추가적인 처리가 필요하다. 구멍에서 나온 슬러그는 다이를 통해 슬러그를 폐기하거나 재활용하기 위한 용기로 떨어진다.[3]
가공물은 주로 시트 또는 롤 형태이며, 재료는 금속, 플라스틱 등 다양하다. 펀치와 다이 자체는 다양한 모양으로 가공되어 가공물에 다양한 모양의 구멍을 만들 수 있다. 여러 개의 펀치를 함께 사용하여 한 번의 단계로 부품을 만들 수도 있다.
일반적으로 펀치와 다이는 치수가 거의 동일하여 만났을 때 전단된 모서리를 만든다. 다이보다 훨씬 작은 펀치를 사용하면 펀치가 펀칭된 재료를 옆으로 밀어내어 펀칭된 시트에 수직인 튜브를 형성하는 '압출 구멍'을 생성할 수 있다.
2. 2. 펀칭 장비
대부분의 펀칭 프레스는 기계식으로 작동하지만, 간단한 펀치는 손으로 작동되는 경우가 많다. 기계 프레스의 주요 구성 요소는 프레임, 모터, 램, 다이 포스트, 볼스터 및 베드이다. 펀치는 램에 장착되고, 다이는 볼스터 플레이트에 장착된다. 스크랩 재료는 다음 구멍을 위해 가공물이 전진하면서 떨어진다. 업계에서 가장 흔하게 사용되는 것은 대형 컴퓨터 제어 펀칭 프레스로, CNC라고 불린다. 이들은 일반적으로 '터릿' 또는 '레일' 방식이다. 터릿 펀칭 프레스는 회전식 인덱싱 터릿에 펀치와 해당 다이를 보관하는 반면, 레일형 펀치는 가공물에서 벗어난 뒷 레일에 공구를 보관한다. 이러한 기계는 유압 및 공압 동력을 사용하여 금속을 절단할 수 있을 만큼 충분한 힘으로 형상을 누른다.
2. 3. 펀칭력
시트 금속을 펀칭하는 데 필요한 펀칭력은 다음 방정식을 사용하여 추정할 수 있다.[4]:'''F = 0.7tL(UTS)'''
여기서 ''t''는 시트 금속 두께, ''L''은 총 전단 길이(모양의 둘레), ''UTS''는 재료의 인장 강도이다.
다이와 펀치 모양은 펀칭 과정에서 힘에 영향을 미친다. 펀치력은 재료의 전체 두께가 한 번에 전단되면서 과정 중에 증가한다. 모따기 펀치는 스트로크 시작 시 힘을 줄여 두꺼운 재료를 전단하는 데 도움이 된다. 그러나 펀치를 모따기하면 측면 힘이 발생하여 모양이 왜곡된다. 복합 다이를 사용하면 여러 번의 성형이 발생할 수 있는데, 일반적으로 다른 다이보다 비용이 많이 들고, 작업 속도가 느려진다. 프로그레시브 다이는 대량 생산 작업에 사용될 수 있으며, 동일한 기계에서 작업의 다른 단계에서 다른 펀칭 작업과 다이를 사용할 수 있다.
3. 펀칭 특성
펀칭은 스트립이나 판금에 구멍을 만드는 비용 효율적인 공정이며, 다양한 모양의 구멍을 만들 수 있고, 공정 속도가 빠르다.[1] 펀치와 다이는 일반적으로 공구 강철 또는 탄화물로 제작된다.[1] 결과 구멍의 측면에는 버니싱 영역, 롤오버, 다이 파단이 생성된다.[1]
3. 1. 장점
펀칭은 스트립이나 판금에 구멍을 만드는 비용 효율적인 공정이다.[1] 다양한 모양의 구멍을 만들 수 있으며, 공정 속도가 빠르다.[1] 펀치와 다이는 일반적으로 공구 강철 또는 탄화물로 제작된다.[1]3. 2. 고려 사항
구멍뚫기 공정에서는 다음과 같은 사항을 고려해야 한다.4. 펀칭 형상
가공물은 종종 시트나 롤 형태이며, 재료는 금속과 플라스틱이 일반적이다. 펀치와 다이는 다양한 모양으로 가공물에 여러 모양의 구멍을 만들 수 있다. 여러 펀치를 함께 사용하여 한 번의 단계로 부품을 만들 수도 있다.
일반적으로 펀치와 다이는 치수가 거의 동일하여 만났을 때 전단된 모서리를 만든다. 다이보다 훨씬 작은 펀치를 사용하면 펀치가 펀칭된 재료를 옆으로 밀어내어 펀칭된 시트에 수직인 튜브를 형성하는 '압출 구멍'을 생성할 수 있다.[2][3]
5. 관련 공정
펀칭과 관련된 공정으로는 스탬핑, 블랭킹, 천공, 파팅, 드로잉, 노칭, 렌싱, 벤딩 작업 등이 있다.
5. 1. 금속 가공
펀칭과 관련된 다른 공정으로는 스탬핑, 블랭킹, 천공, 파팅, 드로잉, 노칭, 렌싱, 벤딩 작업 등이 있다.5. 2. 플라스틱 가공
플라스틱 펀칭은 일반적으로 원하는 제품에서 플라스틱 스크랩을 제거하는 것을 말한다. 예를 들어, 압출 블로우 성형에서 펀칭 다이를 사용하여 병이나 기타 성형 용기에서 꼬리, 플래시(플라스틱 스크랩), 핸들 슬러그를 제거하는 것이 일반적이다.[1]왕복 운동 기계에서는 용기는 일반적으로 기계 내에서 트리밍되며, 완성된 용기가 블로우 성형기를 떠난다. 회전식 휠 기계와 같은 다른 블로우 성형 장비는 다운스트림 트리밍을 사용해야 한다.[1] 다운스트림 트리밍 장비의 유형으로는 꼬리 제거를 위한 디태버, 회전식 또는 왕복 펀치 트리머, 스핀 트리머 등이 있다.[1]
참조
[1]
서적
Manufacturing Processes Reference Guide
Industrial Press Inc.
1994
[2]
간행물
Hole Extrusions--Part 1
http://www.metalform[...]
Metalforming Magazine
2011-10
[3]
서적
Handbook of Fabrication Processes
https://books.google[...]
ASM International
1988
[4]
서적
Manufacturing Engineering and Technology
2006
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