판금

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1. 개요
2. 역사
3. 재료
4. 두께
- 4.1. 게이지 표 (참고)
5. 가공 방법
- 5.1. 형상 변화 가공
- 5.2. 절단 및 구멍 뚫기 가공
6. 판금 가공
7. 고정 장치
8. 한국의 직업 훈련
참조

1. 개요

판금은 고대부터 사용된 금속판으로, 건축 및 다양한 산업 분야에서 활용된다. 17세기 수력 압연기의 발명으로 금속판 생산이 발전했으며, 스테인리스강, 알루미늄, 황동 등 다양한 재료로 제작된다. 판금의 두께는 게이지 번호로 표시하며, 미국에서는 일반적으로 게이지 번호를 사용하지만, 국제 표준에서는 권장하지 않는다. 판금 가공은 굽힘, 절단, 펀칭, 레이저 절단 등 다양한 방법으로 이루어지며, 프레스기와 금형을 사용하여 형상을 변화시키거나, 절단 및 구멍 뚫기를 하는 것이 일반적이다. 판금은 클레코, 리벳, 판금 나사와 같은 고정 장치를 사용하여 조립되며, 한국에서는 직업 훈련을 통해 관련 기술을 습득할 수 있다.

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판금
개요
정의	금속을 얇고 평평한 조각으로 성형한 것
응용 분야
산업	건설 항공 자동차 가전제품
기타	다양한 제품의 제조
재료
종류	알루미늄 황동 구리 강철 주석 니켈 티타늄
제조 공정
성형	벤딩 드로잉 압연 스탬핑
절단	레이저 절단 플라스마 절단 워터젯 절단 펀칭
접합	용접 리벳팅 접착제 결합
관련 용어
영어	Sheet metal
일본어	板金 (ばんきん, bankin)
한국어	판금 (板金)

2. 역사

고대부터 건축 목적으로 손으로 두드려 만든 금속판이 사용되었다. 판금을 만드는 압연 공정은 16세기경에 시작된 것으로 알려져 있으며, 재료를 롤러에 통과시켜 압축하고 두께를 줄여 6mm 이하의 판상으로 가공하는 방식이다. 17세기 말에는 수력 압연기가 등장하여 기존의 수동 공정을 대체하게 되었다. 이 압연 과정에는 금속 조각을 판 형태로 압착하는 큰 회전식 철제 실린더가 사용되었다. 초기에는 납, 구리, 아연, 철 등이 주로 사용되었고, 이후에는 강철도 널리 쓰였다. 철이나 강철판의 녹을 방지하기 위해 주석을 코팅하는 경우가 많았는데,^[3] 이렇게 만들어진 판을 '주석도금강판'이라고 불렀다. 판금은 평평한 정척 형태뿐만 아니라 코일 형태로 감긴 상태로도 생산된다.

1870년대 미국에서는 지붕 널, 스탬프 장식 천장, 외부 외관 등 다양한 용도로 금속판이 활용되기 시작했다. 특히 금속판으로 만든 천장은 나중에 '주석 천장'이라는 이름으로 널리 알려졌지만, 당시 제조업체들이 직접 이 용어를 사용하지는 않았다. 지붕 널과 천장의 인기가 높아지면서 금속판 생산량도 크게 증가했다. 1890년대에 들어 강철 금속판 생산 기술이 더욱 발전하면서, 저렴한 가격, 뛰어난 내구성, 쉬운 설치, 가벼운 무게, 우수한 내화성 등의 장점이 부각되어 중산층 사이에서 금속판 제품에 대한 수요가 크게 늘어났다. 그러나 1930년대와 제2차 세계 대전 시기를 거치면서 금속 부족 현상이 심화되어 금속판 산업은 점차 쇠퇴하기 시작했다.^[4] 그럼에도 불구하고 W.F. 노먼 기업(W.F. Norman Corporation)과 같은 일부 미국 기업들은 다른 제품을 생산하며 사업을 유지했고, 이후 역사 보존 프로젝트 등을 통해 장식 금속판이 다시 주목받으면서 명맥을 이어갈 수 있었다.

3. 재료

판금 제작에는 다양한 금속 재료가 사용되며, 각 재료는 고유한 특성을 지닌다. 대표적인 재료로는 스테인리스강, 알루미늄, 황동, 구리, 냉간 압연 강판, 연강, 주석, 니켈, 티타늄 등이 있다.^[5]^[7] 각 금속의 구체적인 종류와 특성은 아래 하위 문단에서 자세히 설명한다.

미국에서는 판금의 두께를 나타내는 기준으로 게이지라는 숫자를 사용하기도 한다. 이 게이지 숫자는 금속의 종류마다 기준이 다르며, 일반적으로 숫자가 클수록 두께가 얇아지는 특징이 있다.

판금은 그 용도가 매우 광범위하여 자동차의 차체, 서스펜션 암, 리프 스프링, 래더 프레임 등과 비행기의 기체, 날개 제작에 사용된다. 또한 의료용 테이블이나 건축 분야의 지붕 재료 등으로도 활용된다.

3. 1. 스테인리스강

304 등급은 가장 흔하게 사용되는 스테인리스강이다. 우수한 내식성을 가지면서도 성형성과 용접성이 좋다. 사용 가능한 마감 종류는 #2B, #3, #4가 있다. 303 등급은 판 형태로 제공되지 않는다.^[5]

316 등급은 304 등급보다 내식성이 더 높고 고온에서도 강도가 우수하다. 주로 펌프, 밸브, 화학 장비 및 해양 관련 분야에 사용된다. 사용 가능한 마감 종류는 #2B, #3, #4이다.^[5]

410 등급은 열처리가 가능한 스테인리스강이지만, 다른 등급에 비해 내식성은 낮다. 주로 칼붙이 제작에 사용된다. 사용 가능한 마감은 무광(무광택) 마감뿐이다.^[5]

430 등급은 300 시리즈보다 가격이 저렴하여 대안으로 많이 사용된다. 높은 수준의 내식성이 요구되지 않는 경우에 주로 선택된다. 가전제품에 흔히 사용되며, 브러시 마감을 하는 경우가 많다.

3. 2. 알루미늄

알루미늄은 유연성, 다양한 옵션, 비용 효율성 및 기타 특성으로 인해 판금 형태로 널리 사용된다.^[6] 판금으로 사용 가능한 가장 일반적인 네 가지 알루미늄 등급은 1100-H14, 3003-H14, 5052-H32 및 6061-T6이다.^[5]^[7]

1100-H14 등급: 상업적으로 순수한 알루미늄으로, 내화학성이 높고 내후성이 뛰어나다. 딥 드로잉에 충분히 연성이 있으며 용접이 가능하지만 강도는 낮다. 화학 처리 장비, 반사경 및 보석류에 일반적으로 사용된다.^[5]
3003-H14 등급: 1100보다 강하면서도 동일한 성형성과 저렴한 비용을 유지한다. 부식에 강하고 용접이 가능하다. 스탬핑, 스핀 및 드로잉 부품, 우편함, 캐비닛, 저장 탱크 및 팬 블레이드에 자주 사용된다.^[5]
5052-H32 등급: 3003보다 훨씬 강하며 여전히 우수한 성형성을 유지한다. 높은 내식성과 용접성을 유지한다. 일반적인 용도로는 전자 섀시, 탱크 및 압력 용기가 있다.^[5]
6061-T6 등급: 일반적인 열처리 구조용 알루미늄 합금이다. 용접이 가능하고 부식에 강하며 5052보다 강하지만 성형성은 떨어진다. 용접 시 강도가 다소 감소한다.^[5] 현대 항공기 구조에 사용된다.^[8]

3. 3. 황동

황동은 구리의 합금으로, 판금 형태로 널리 사용된다. 구리에 비해 강도, 내식성, 성형성이 뛰어나면서도 전도성을 유지하는 장점이 있다.

판금 가공 공정 중 하나인 시트 하이드로포밍(sheet hydroforming)에서는 공급되는 황동 시트 코일의 특성이 일정하지 않은 경우 성형 공정에 문제가 발생할 수 있다. 이는 특히 자동차 부품 생산과 같이 정밀한 가공이 요구되는 분야에서 문제가 되는데, 재료가 인장 시험 기준을 통과하더라도 실제 생산 과정에서는 재료 특성의 불균일성 때문에 불량률이 높아지는 경우가 있다. 따라서 생산에 투입하기 전에 황동 시트 재료의 성형성을 정밀하게 평가하는 방법이 중요하다. 유압 시트 팽창 시험(hydraulic sheet bulge test)은 실제 생산 환경에서 발생하는 이축 변형 조건을 모사하여 재료의 성형성을 평가하는 데 사용될 수 있다.

알루미늄, 연강, 황동과 같은 금속 재료의 성형 한계 곡선(Forming Limit Curve, FLC)을 결정하기 위한 연구도 진행된다. 이론적으로는 구(sphere)의 팽창 현상을 바탕으로 등가 응력과 등가 변형률을 계산하는 방정식을 유도하고, Tresca 항복 기준이나 연관 흐름 규칙 등을 적용하여 분석한다. 실험적으로는 원형 그리드 분석(Circular Grid Analysis)이 성형 한계를 평가하는 효과적인 방법 중 하나로 알려져 있다.

3. 4. 기타 재료

알루미늄, 황동, 구리, 냉간 압연 강판, 연강, 주석, 니켈, 티타늄 등 다양한 금속이 판금의 재료로 사용될 수 있다.

4. 두께

미국 등지에서는 판금의 두께를 나타내는 방법 중 하나로 게이지 번호를 사용하기도 한다. 일반적으로 게이지 번호가 클수록 판금의 두께는 얇아진다. 이 게이지 값은 강철과 같은 철 기반 금속과 알루미늄, 황동 같은 비철 금속에 따라 다르게 정의된다.^[11]

그러나 게이지 번호를 사용하여 두께를 지정하는 방식은 여러 국제 표준 기구에서 권장하지 않는다. 예를 들어, ASTM은 "게이지 번호의 사용은 의미에 대한 일반적인 합의가 없는 제한적인 유용성을 가진 시대에 뒤떨어진 용어이므로 권장하지 않는다"고 명시하고 있다.^[10]

참고로 강철 시트에 대한 제조업체 표준 게이지는 인치당 제곱피트당 약 18.97kg(약 8038kg/m³)의 평균 밀도를 기준으로 한다.^[11]

4. 1. 게이지 표 (참고)

게이지 번호를 사용하여 시트 금속 두께를 지정하는 것은 여러 국제 표준 기구에서 권장하지 않는 방식이다. 예를 들어, ASTM은 사양 ASTM A480-10a에서 "게이지 번호의 사용은 의미에 대한 일반적인 합의가 없는 제한적인 유용성을 가진 시대에 뒤떨어진 용어이므로 권장하지 않는다"고 명시하고 있다.^[10]

시트 강철에 대한 제조업체 표준 게이지는 인치당 제곱피트당 41.82 lb (약 501.84lb/ft3)의 평균 밀도를 기반으로 한다.^[11] 게이지는 철(철 기반) 금속과 비철 금속(예: 알루미늄, 황동)에 대해 다르게 정의된다.

아래 표의 열 2에 표시된 게이지 두께(미국 표준 시트 및 플레이트 철강 소수 인치(mm))는 다소 임의적으로 보일 수 있다. 두께의 변화는 열 3(미국 표준 시트 및 플레이트 철강 64분의 1인치(델타))에서 더 명확하게 나타난다. 두께는 먼저 더 큰 두께에서 1/32인치 단위로 변동하다가, 1/64인치, 1/128인치 단위로 감소하며, 최종 증가는 1/64인치의 소수 단위로 이루어진다.

일부 강철 튜브는 단일 강철 시트를 사각형이나 원형으로 접고 심을 용접하여 제조된다.^[12] 이때 벽 두께는 강철 시트의 두께와 유사하지만 다른 게이지를 사용한다.^[13]

표준 시트 금속 게이지^[14]
게이지	미국 표준^[15]^[16] 시트 및 플레이트용 철강 소수 인치(mm)	미국 표준^[15]^[16] 시트 및 플레이트용 철강 64분의 1인치(델타)	제조업체' 표준 게이지 시트 강철용^[17] 인치(mm)	아연 도금 강철 인치(mm)	스테인리스 강철 인치(mm)	강철 튜브 벽 두께^[13] 인치(mm)	알루미늄 인치(mm)	아연^[17] 인치(mm)
0000000	약 1.27cm	32 (-)
000000	약 1.19cm	30 (-2)
00000	약 1.11cm	28 (-2)
0000	약 1.03cm	26 (-2)
000	약 0.95cm	24 (-2)
00	약 0.87cm	22 (-2)				약 0.97cm
0	약 0.79cm	20 (-2)				약 0.86cm
1	약 0.71cm	18 (-2)				약 0.76cm
2	약 0.67cm	17 (-1)				약 0.72cm
3	약 0.64cm	16 (-1)	약 0.61cm			약 0.66cm		약 0.02cm
4	약 0.60cm	15 (-1)	약 0.57cm			약 0.60cm		약 0.02cm
5	약 0.56cm	14 (-1)	약 0.53cm			약 0.56cm		약 0.03cm
6	약 0.52cm	13 (-1)	약 0.49cm			약 0.52cm	약 0.41cm	약 0.03cm
7	약 0.48cm	12 (-1)	약 0.46cm		약 0.48cm	약 0.46cm	약 0.37cm	약 0.04cm
8	약 0.44cm	11 (-1)	약 0.42cm	약 0.43cm	약 0.44cm	약 0.42cm	약 0.33cm	약 0.04cm
9	약 0.40cm	10 (-1)	약 0.38cm	약 0.39cm	약 0.40cm	약 0.38cm	약 0.29cm	약 0.05cm
10	약 0.36cm	9 (-1)	약 0.34cm	약 0.35cm	약 0.36cm	약 0.34cm	약 0.26cm	약 0.05cm
11	약 0.32cm	8 (-1)	약 0.30cm	약 0.31cm	약 0.32cm	약 0.30cm	약 0.23cm	약 0.06cm
12	약 0.28cm	7 (-1)	약 0.27cm	약 0.28cm	약 0.28cm	약 0.28cm	약 0.21cm	약 0.07cm
13	약 0.24cm	6 (-1)	약 0.23cm	약 0.24cm	약 0.24cm	약 0.24cm	약 0.18cm	약 0.08cm
14	약 0.20cm	5 (-1)	약 0.19cm	약 0.20cm	약 0.20cm	약 0.21cm	약 0.16cm	약 0.09cm
15	약 0.18cm	4.5 (-0.5)	약 0.17cm	약 0.18cm	약 0.18cm	약 0.18cm	약 0.14cm	약 0.10cm
16	약 0.16cm	4.0 (-0.5)	약 0.15cm	약 0.16cm	약 0.16cm	약 0.17cm	약 0.13cm	약 0.11cm
17	약 0.14cm	3.6 (-0.4)	약 0.14cm	약 0.15cm	약 0.14cm	약 0.15cm	약 0.11cm	약 0.13cm
18	약 0.13cm	3.2 (-0.4)	약 0.12cm	약 0.13cm	약 0.13cm	약 0.12cm	약 0.10cm	약 0.14cm
19	약 0.11cm	2.8 (-0.4)	약 0.11cm	약 0.12cm	약 0.11cm	약 0.11cm	약 0.09cm	약 0.15cm
20	약 0.10cm	2.4 (-0.4)	약 0.09cm	약 0.10cm	약 0.10cm	약 0.09cm	약 0.08cm	약 0.18cm
21	약 0.09cm	2.2 (-0.2)	약 0.08cm	약 0.09cm	약 0.09cm	약 0.08cm	약 0.07cm	약 0.20cm
22	약 0.08cm	2.0 (-0.2)	약 0.08cm	약 0.09cm	약 0.08cm	약 0.07cm	약 0.06cm	약 0.23cm
23	약 0.07cm	1.8 (-0.2)	약 0.07cm	약 0.08cm	약 0.07cm	약 0.06cm	약 0.06cm	약 0.25cm
24	약 0.06cm	1.6 (-0.2)	약 0.06cm	약 0.07cm	약 0.06cm	약 0.06cm	약 0.05cm	약 0.32cm
25	약 0.06cm	1.4 (-0.2)	약 0.05cm	약 0.06cm	약 0.06cm		약 0.05cm
26	약 0.05cm	1.2 (-0.2)	약 0.05cm	약 0.06cm	약 0.05cm		약 0.04cm
27	약 0.04cm	1.1 (-0.1)	약 0.04cm	약 0.05cm	약 0.04cm		약 0.04cm
28	약 0.04cm	1.0 (-0.1)	약 0.04cm	약 0.05cm	약 0.04cm		약 0.03cm
29	약 0.04cm	0.9 (-0.1)	약 0.03cm	약 0.04cm	약 0.04cm		약 0.03cm
30	약 0.03cm	0.8 (-0.1)	약 0.03cm	약 0.04cm	약 0.03cm		약 0.03cm
31	약 0.03cm	0.7 (-0.1)	약 0.03cm	약 0.04cm	약 0.03cm		약 0.02cm
32	약 0.03cm	0.65 (-0.05)	약 0.02cm
33	약 0.02cm	0.60 (-0.05)	약 0.02cm
34	약 0.02cm	0.55 (-0.05)	약 0.02cm
35	약 0.02cm	0.50 (-0.05)	약 0.02cm
36	약 0.02cm	0.45 (-0.05)	약 0.02cm
37	약 0.02cm	0.425 (-0.025)	약 0.02cm
38	약 0.02cm	0.400 (-0.025)	약 0.02cm

압연 과정에서 롤러가 약간 휘어지면서 시트의 가장자리 부분이 중앙보다 얇아지는 경향이 있다.^[5] 아래 표의 공차는 현재의 제조 관행과 상업적 표준을 반영하며, 고유한 공차가 없는 제조사 표준 게이지를 나타내지는 않는다.

강판 공차^[5]^[18]
게이지	공칭 [인치(mm)]	최대 [인치(mm)]	최소 [인치(mm)]
10	약 0.34cm	약 0.36cm	약 0.33cm
11	약 0.30cm	약 0.32cm	약 0.29cm
12	약 0.27cm	약 0.28cm	약 0.25cm
14	약 0.19cm	약 0.20cm	약 0.18cm
16	약 0.15cm	약 0.16cm	약 0.14cm
18	약 0.12cm	약 0.13cm	약 0.11cm
20	약 0.09cm	약 0.10cm	약 0.08cm
22	약 0.08cm	약 0.08cm	약 0.07cm
24	약 0.06cm	약 0.07cm	약 0.05cm
26	약 0.05cm	약 0.05cm	약 0.04cm
28	약 0.04cm	약 0.04cm	약 0.03cm

알루미늄 판재 공차^[5]
두께 [인치(mm)]	시트 폭
두께 [인치(mm)]	약 91.44cm [인치(mm)]	약 121.92cm [인치(mm)]
약 0.05cm – 약 0.07cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.07cm – 약 0.09cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.09cm – 약 0.11cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.12cm – 약 0.17cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.18cm – 약 0.19cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.20cm – 약 0.24cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.25cm – 약 0.27cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.28cm – 약 0.32cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.32cm – 약 0.36cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.36cm – 약 0.44cm	±약 0.02cm	±약 0.02cm
약 0.44cm – 약 0.52cm	±약 0.02cm	±약 0.03cm
약 0.52cm – 약 0.63cm	±약 0.02cm	±약 0.03cm

스테인리스 강판 공차^[5]
두께 [인치(mm)]	시트 폭
두께 [인치(mm)]	약 91.44cm [인치(mm)]	약 121.92cm [인치(mm)]
약 0.04cm – 약 0.08cm	±약 0.00cm	±약 0.01cm
약 0.08cm – 약 0.10cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.11cm – 약 0.15cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.15cm – 약 0.19cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.19cm – 약 0.21cm	±약 0.01cm	±약 0.01cm
약 0.22cm – 약 0.25cm	±약 0.01cm	±약 0.02cm
약 0.25cm – 약 0.29cm	±약 0.01cm	±약 0.02cm
약 0.29cm – 약 0.33cm	±약 0.01cm	±약 0.02cm
약 0.34cm – 약 0.37cm	±약 0.02cm	±약 0.02cm
약 0.37cm – 약 0.47cm	±약 0.02cm	±약 0.03cm

5. 가공 방법

판금의 가공 방법은 프레스기와 금형을 사용하여 판의 형상을 변화시키거나, 절단 및 구멍 뚫기를 하는 것이 일반적이다.

5. 1. 형상 변화 가공

판금의 형상을 변화시키는 가공은 주로 프레스기와 금형을 사용하여 이루어진다. 주요 형상 변화 가공 방법은 다음과 같다.

성형
드로잉
딥 드로잉
벤딩
플랜지
스피닝 (헤라 드로잉)
프레스 브레이크 (굽힘)
롤링

5. 1. 1. 벤딩 (Bending)

벤딩은 길고 얇은 판금 부품을 생산하는 데 사용되는 굽힘 가공의 한 형태이다. 판금을 구부리는 기계를 프레스 브레이크라고 한다. 프레스 브레이크의 하부에는 '다이'라고 불리는 V자형 홈이 있고, 상부에는 '펀치'가 있어 판금을 V자형 다이 안으로 눌러 구부린다.^[21]

최대 굽힘력을 추정하는 공식은 다음과 같다.

:

F_\text{max} = k \frac{TLt^{2}}{W}

여기서 각 변수는 다음을 의미한다.

$F_\text{max}$ : 최대 굽힘력
''k'': 마찰 등 여러 요인을 고려한 계수
''T'': 금속의 인장 강도
''L'': 판금의 길이
''t'': 판금의 두께
''W'': V-다이의 열린 너비

벤딩에는 여러 기술이 있지만, 가장 일반적인 현대적 방법은 에어 벤딩(Air Bending)이다. 이 방식에서는 필요한 굽힘 각도보다 더 날카로운 각도를 가진 다이(예: 90도 굽힘을 위해 85도 각도의 다이 사용)를 사용한다. 상부 툴(펀치)의 이동 거리를 정밀하게 제어하여 판금을 필요한 만큼만 눌러 원하는 각도(예: 90도)로 구부린다.

일반적으로 범용 프레스 브레이크는 공작물 길이 1m당 약 25톤의 굽힘력을 제공한다. 하부 다이의 열린 폭(W)은 보통 구부릴 금속 두께(t)의 8배에서 10배 정도로 설정된다. 예를 들어, 두께 5mm인 재료는 폭 40mm인 다이를 사용하여 구부릴 수 있다. 금속에 형성되는 굽힘의 내부 반경은 상부 툴의 반경이 아닌 하부 다이의 폭에 의해 결정되며, 일반적으로 사용된 V-다이 폭의 1/6 정도가 된다.

프레스 브레이크에는 일반적으로 공작물의 길이에 따라 굽힘 깊이를 정밀하게 조절하는 백 게이지(Back gauge)가 장착되어 있다. 백 게이지는 컴퓨터로 제어되어 작업자가 하나의 부품에 대해 여러 번의 굽힘 작업을 높은 정확도로 수행할 수 있게 돕는다. 단순한 기계는 백 게이지의 위치만 제어하지만, 더 발전된 기계는 스톱의 위치와 각도, 높이뿐만 아니라 재료를 고정하는 데 사용되는 두 개의 기준 핀 위치까지 제어한다. 또한, 기계는 각 굽힘 작업에 필요한 정확한 위치와 압력을 기록하여 작업자가 부품의 여러 작업 단계에서 일관되게 정확한 굽힘 각도를 얻을 수 있도록 지원한다.

5. 1. 2. 컬링 (Curling)

컬링 공정은 판금의 가장자리를 둥글게 말아 링 형태로 만드는 데 사용된다. 이 공정은 판금의 날카로운 모서리를 제거하여 안전성을 높이는 데 주로 사용된다. 또한, 가장자리를 말아 올림으로써 해당 부분의 관성 모멘트를 증가시켜 강성을 높이는 효과도 있다.

가공 시 발생하는 플레어나 버(거스러미)는 다이에서 멀리 떨어지도록 주의해야 한다. 컬링은 주로 특정 두께를 가진 재료에 적용된다. 공정 과정에서 마모가 심하게 발생할 수 있으므로, 일반적으로 공구강을 사용하여 공구를 제작한다.

5. 1. 3. 디캠버링 (Decambering)

캠버 제거는 스트립 형태 재료의 수평 굽힘인 캠버를 없애는 금속 가공 공정이다. 유한한 길이의 섹션이나 코일 형태의 재료에 모두 적용할 수 있다. 이는 레벨링 공정의 평탄화 작업과 유사하지만, 변형된 가장자리에서 수행된다는 점에서 차이가 있다.

5. 1. 4. 딥 드로잉 (Deep Drawing)

드로잉은 금속판을 특정 형태의 금형 위로 당겨 늘리면서 원하는 모양으로 만드는 공정이다.^[19] 특히, 만들어지는 부품의 깊이가 지름의 절반 이상이 될 때 이를 딥 드로잉(Deep Drawing)이라고 부른다.

딥 드로잉은 자동차 연료 탱크, 주방 싱크대, 2피스 알루미늄 캔 등 깊이가 있는 제품을 만드는 데 널리 사용된다. 일반적으로 딥 드로잉은 '드로잉 감소(drawing reduction)'라고 불리는 여러 단계를 거쳐 이루어진다. 원하는 깊이가 깊을수록 더 많은 단계를 거쳐야 한다. 때로는 가공할 금속판을 가열하여 더 적은 단계로 딥 드로잉을 수행하기도 하는데, 싱크대 제조 등이 이러한 경우에 해당한다.

많은 경우, 딥 드로잉 가공을 용이하게 하기 위해 공장에서 미리 양방향으로 압연하여 결정 구조를 균일하게 만든 재료를 사용한다. 이러한 재료는 가공 중 찢어짐을 줄여주며, '드로잉 품질(drawing quality)' 재료라고 불린다.

5. 1. 5. 익스팬딩 (Expanding)

익스팬딩은 판재에 벽돌의 바른층 쌓기와 비슷한 패턴으로 슬릿(절개선)을 절단하거나 스탬핑한 다음, 마치 아코디언처럼 판재를 늘려서 그물 모양으로 만드는 공정이다. 이 방식은 공기나 물이 잘 통과해야 하면서도 무게는 가벼워야 하는 경우에 주로 사용된다. 예를 들어, 환풍구나 필터망, 가벼운 구조물의 발판 등에 활용될 수 있다. 비슷한 원리가 종이에도 적용되는데, 일반 종이보다 지지력이 좋으면서도 저렴한 포장지를 만드는 데 쓰인다.

5. 1. 6. 헤밍 & 시밍 (Hemming and Seaming)

헤밍(Hemming)은 판금의 가장자리를 접어 해당 부분을 보강하는 공정이다. 시밍(Seaming)은 두 개의 금속 판재를 함께 접어 접합부를 형성하는 공정이다. 더 자세한 내용은 헤밍 및 시밍 및 자동차 헤밍 문서에서 확인할 수 있다.

5. 1. 7. 하이드로포밍 (Hydroforming)

하이드로포밍은 블랭크를 고정된 금형 위로 늘여서 모양을 만드는 공정으로, 딥 드로잉과 유사한 점이 있다. 하지만 힘을 가하는 방식에서 차이가 있다. 하이드로포밍은 기계식 또는 유압 프레스의 금형 가동부 대신, 매우 높은 수압을 공작물이나 공작물과 접촉하는 블래더에 직접 가하여 필요한 힘을 얻는다. 또한, 딥 드로잉과 달리 일반적으로 인발 감소 과정이 없으며, 부품을 단 한 번의 단계로 성형한다.

5. 1. 8. 점진적 판재 성형 (Incremental Sheet Forming)

점진적 판재 성형(Incremental Sheet Forming|ISF^eng) 공정은 기본적으로 판금 가공 또는 판금 성형 공정의 한 종류이다. 이 공정에서는 판재에 각 단계마다 작은 변형을 점진적으로 가하여, 이러한 변형을 누적시키는 일련의 과정을 통해 최종적인 형상을 만들어낸다. 이러한 특징 때문에 다품종 소량 생산에 적합한 방식으로 평가받는다.

5. 1. 9. 아이어닝 (Ironing)

아이어닝은 판금 가공 또는 판금 성형 공정 중 하나이다. 이 공정은 특정 영역에서 공작물의 두께를 균일하게 얇게 만드는 특징이 있다. 높이 대 직경 비율이 높고, 벽 두께가 균일한 부품을 생산하는 데 유용하게 사용된다. 대표적인 예로 알루미늄 음료수 캔 제작에 이 기술이 활용된다.

5. 1. 10. 롤 포밍 (Roll Forming)

Roll forming|롤 포밍^eng은 긴 길이 또는 대량 생산에 사용되는 개방형 프로파일이나 용접 튜브를 생산하기 위한 연속적인 굽힘 공정이다.^[1] 여러 개의 롤러를 통과시키면서 판재를 점진적으로 변형시켜 원하는 형상을 만든다.

5. 1. 11. 롤링 (Rolling)

압연은 금속 가공 또는 금속 성형 공정 중 하나이다. 이 방법은 소재를 하나 이상의 회전하는 롤러 쌍 사이로 통과시켜 두께를 줄이고 균일하게 만드는 데 사용된다. 압연은 가공 온도에 따라 다음과 같이 분류된다:^[22]

# '''열간 압연''': 금속의 재결정 온도보다 높은 온도에서 이루어진다.

# '''냉간 압연''': 금속의 재결정 온도보다 낮은 온도에서 이루어진다.

# '''온간 압연''': 열간 압연과 냉간 압연 사이의 온도에서 이루어진다.

판금은 일반적으로 재료를 롤러에 통과시켜 압축하고 두께를 줄여 6mm 이하의 판상 형태로 가공된다. 이 공정은 압연으로 알려져 있으며, 16세기경에 시작되었다. 압연된 판금은 평평한 정척 형태뿐만 아니라 코일 형태로 감긴 상태로도 생산된다.

5. 1. 12. 스피닝 (Spinning)

스피닝은 판재를 회전하는 형상(맨드릴)에 고정하여 관형(축대칭) 부품을 만드는 데 사용된다. 롤러 또는 단단한 도구가 판재를 형상에 밀착시켜 판재가 형상의 모양을 취할 때까지 늘인다. 스피닝은 로켓 모터 케이싱, 미사일 노즈 콘, 위성 안테나 및 금속 주방 깔때기를 만드는 데 사용된다.

5. 1. 13. 스탬핑 (Stamping)

스탬핑은 펀칭, 블랭킹, 엠보싱, 벤딩, 플랜징, 코이닝 등 다양한 공정을 포함하는 판금 가공 방법이다. 단순하거나 복잡한 형상을 높은 생산 속도로 만들 수 있어 대량 생산에 적합하다. 초기 공구 및 장비 투자 비용은 높을 수 있지만, 자동화 등을 통해 인건비를 낮출 수 있다는 장점이 있다.

반면, 이와 관련된 기술인 르푸세와 체이싱은 공구나 장비 비용은 적게 들지만, 수작업 비중이 높아 인건비가 많이 드는 특징이 있다.

5. 2. 절단 및 구멍 뚫기 가공

판금의 가공 방법은 프레스기와 금형을 사용하여 판의 형상을 변화시키거나, 절단 및 구멍 뚫기를 하는 것이 일반적이다. 주요 절단 및 구멍 뚫기 가공 방법은 다음과 같다.

절단
펀칭
셔링

5. 2. 1. 레이저 절단 (Laser Cutting)

판금 절단 기술이 발전하면서, 정밀 절단을 위해 컴퓨터 수치 제어(CNC)를 이용한 레이저 절단 방식이 널리 사용되고 있다. CNC 레이저 절단은 컴퓨터 제어를 통해 레이저 광선을 금속 표면 위로 이동시키는 렌즈 어셈블리를 조작하는 방식으로 이루어진다. 이때 산소, 질소 또는 공기와 같은 보조 가스가 레이저 빔과 함께 노즐을 통해 분사된다. 레이저 빔이 금속을 가열하고 연소시켜 절단하는 원리이다.^[20]

이 방식은 절단면이 거울처럼 매끄러운 고품질 결과를 얻을 수 있으며, 약 0.1mm 수준의 높은 정밀도를 가진다. 얇은 1.2mm 두께의 판금을 절단할 경우, 분당 25m의 빠른 속도로 작업할 수 있다. 주로 사용되는 레이저 소스로는 약 10 µm 파장의 CO2 레이저가 있으며, 최근에는 약 1 µm 파장의 YAG 레이저를 사용하는 시스템도 등장하고 있다.

5. 2. 2. 광화학 에칭 (Photochemical Machining)

광화학 머시닝(Photochemical machining^eng, PCM)은 정밀하게 제어되는 부식 공정을 통해 판금에서 매우 정교하고 복잡한 형태의 금속 부품을 만드는 기술이다. 포토 에칭이라고도 불린다.

이 공정은 먼저 원재료인 금속 시트 표면에 감광성 고분자를 얇게 바르는 것에서 시작한다. 그 다음, CAD로 미리 디자인된 모양이 새겨진 포토 툴을 스텐실처럼 사용한다. 이 포토 툴을 금속 시트 위에 놓고 자외선(UV)을 쬐면, 빛을 받은 부분과 받지 않은 부분으로 나뉘어 디자인 패턴이 감광성 고분자 층에 새겨진다. 마지막으로 현상 과정을 거쳐 불필요한 부분을 화학 약품으로 녹여내면(에칭하면) 원하는 모양의 금속 부품이 완성된다.

5. 2. 3. 천공 (Perforating)

천공(Perforating)은 평평한 판금 공작물에 여러 개의 작은 구멍을 촘촘하게 뚫는 절단 공정이다. 이는 주로 여과, 통풍, 또는 무게를 줄이는 경량화 목적으로 사용된다. 또한, 천공된 판금은 서폼surform|서폼^영어과 같은 다양한 표면 절삭 공구를 만드는 데 사용되기도 한다.

5. 2. 4. 펀칭 (Punching)

펀칭은 프레스에 장착된 펀치(punch)와 다이(die) 사이에 금속판을 놓고 구멍을 뚫거나 특정 형상을 만드는 가공 방법이다. 펀치와 다이는 일반적으로 경화강으로 만들어지며 같은 모양을 가진다. 펀치는 다이에 아주 가깝게 들어맞도록 크기가 정해져 있다. 프레스가 강한 힘으로 펀치를 밀어 넣으면 금속판에 구멍이 뚫린다. 경우에 따라서는 펀치와 다이가 서로 맞물리면서 재료에 움푹 들어간 자국(함몰부)을 만들기도 한다.

프로그레시브 스탬핑 방식에서는 여러 가공 단계가 있는 긴 다이/펀치 세트에 코일 형태로 감긴 금속 재료를 연속적으로 공급한다. 한 단계에서 여러 개의 단순한 모양을 만들 수도 있고, 여러 단계를 거쳐 복잡한 모양을 만들 수도 있다. 마지막 단계에서는 가공된 부품을 주변의 불필요한 부분("웹")에서 떼어낸다.

자동화된 방식으로는 CNC 터릿 펀치가 사용된다. 이 기계는 보통 '터릿'이라고 불리는 회전판에 최대 60개의 다양한 공구(펀치와 다이 세트)를 장착하고, 필요한 공구를 회전시켜 작업 위치로 가져온다. 사각형, 원, 육각형 같은 단순한 모양은 한 번의 펀칭으로 절단된다. 복잡한 모양은 그 주변을 따라 여러 번의 사각형 또는 원형 펀칭을 반복하여 잘라낸다. 펀칭은 복잡한 모양을 만드는 데 레이저 절단보다 유연성은 떨어질 수 있지만, 에어컨 장치의 통풍구처럼 반복적인 모양을 대량 생산하는 경우에는 훨씬 빠르다. CNC 펀치는 분당 최대 600번의 타격(스트로크) 속도를 낼 수 있다.

예를 들어, 컴퓨터 케이스의 측면과 같은 부품은 프레스나 레이저 CNC 기계를 사용하여 평평한 금속판(블랭크 시트)에서 15초 이내에 매우 정밀하게 절단될 수 있다.

5. 2. 5. 워터젯 절단 (Water Jet Cutting)

워터젯 절단은 워터 제트 커터(워터젯이라고도 함)를 이용하는 방식이다. 이 도구는 매우 높은 속도와 압력으로 물 또는 물과 연마재를 섞은 혼합물을 분사하여 금속을 포함한 다양한 재료를 정밀하게 침식시켜 절단한다.

5. 2. 6. 휠링 (Wheeling)

잉글리시 휠을 사용하는 공정을 휠링이라고 한다. 이는 기본적으로 금속 가공 또는 금속 성형 공정의 하나이다. 잉글리시 휠은 장인이 알루미늄이나 강철과 같은 평평한 금속판으로 복합적인 곡면을 만드는 데 사용하는 도구이다. 이 작업은 고도의 숙련 기술이 필요하기 때문에 비용이 많이 드는 편이다. 휠링 방식으로는 다양한 종류의 패널을 소량 생산하는 데 적합하며, 생산량이 많을 경우에는 프레스 성형기를 사용하는 것이 일반적이다.

6. 판금 가공

판금 가공은 굽힘, 전단, 펀칭, 레이저 절단, 워터 제트 절단, 리벳 박기, 접합 등 다양한 냉간 가공 공정을 통해 원하는 최종 제품(예: 컴퓨터 섀시, 세탁기 쉘, 냉장고 도어 패널 등)을 만드는 것을 의미한다. 학계에서는 아직 통일된 정의가 없지만, 이 공정의 일반적인 특징은 재료가 얇은 시트 형태이며, 대부분 부품 재료의 두께가 변하지 않는다는 점이다. 주요 가공 방법으로는 프레스기와 금형을 사용하여 판의 형상을 바꾸거나 절단 및 구멍 뚫기를 하는 방식이 일반적이다.

7. 고정 장치

판금 작업 시 부품들을 서로 고정하기 위해 다양한 고정 장치가 사용된다. 일반적으로 사용되는 고정 장치로는 임시 고정에 쓰이는 클리코^[28]^[24], 영구적인 결합에 사용되는 리벳^[29]^[25], 그리고 나사산을 내어 결합하는 판금 나사 등이 있다.

8. 한국의 직업 훈련

한국에서는 직업 훈련의 일환으로 판금 관련 훈련을 실시하는 인정 직업 훈련에 의한 직업 능력 개발 학교가 설치되어 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Design Guide: Sheet Metal Fabrication https://cdn2.hubspot[...]
_[2] 서적 Wobblies, pile butts, and other heroes : laborlore explorations https://books.google[...] Univ. of Illinois Press 2015-07-14
_[3] 서적 Cheap, Quick, & Easy: Imitative Architectural Materials, 1870-1930 University of Tennessee Press 1999
_[4] 간행물 Historic Decorative Metal Ceilings and Walls: Use, Repair, and Replacement https://www.nps.gov/[...] 2019-03-20
_[5] 웹사이트 Sheet metal material http://www.precision[...] precisionsheetmetal.com
_[6] 웹사이트 Sustainability of Aluminium in Buildings http://www.wicona.co[...] European Aluminium Association 2013-06-20
_[7] Citation Central Steel & Wire Company Catalog
_[8] webarchive All Metal Construction Made Easy http://www.zenithair[...] 2012-02-18
_[9] 문서 Designing a Strain Measurement System based on Circle Grid Analysis for Sheet Metal Forming Applications 2017 ASEE Annual Conference & Exposition 2017-06
_[10] 웹사이트 ASTM A480/A480M-13b Standard Specification for General Requirements for Flat-Rolled Stainless and Heat-Resisting Steel Plate, Sheet, and Strip http://www.astm.org/[...] ASTM International
_[11] 문서 Oberg
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_[14] 웹사이트 Sheet Metal Thickness Gauges http://www.unc.edu/~[...] University of North Carolina at Chapel Hill 2013-06-21
_[15] 문서 Oberg
_[16] 문서 USC2
_[17] 문서 Oberg
_[18] 웹사이트 ASTM-AISI Thickness Tolerance Ranges http://www.coyoteste[...] CoyoteSteel.com 2013-06-20
_[19] 문서 Parker
_[20] 간행물 The influence of the laser and plasma traverse cutting speed process parameter on the cut-edge characteristics and durability of Yellow Goods vehicle applications http://dx.doi.org/10[...] 2011-08
_[21] 문서 Parker
_[22] 문서 Parker
_[23] 문서 Parker
_[24] 문서 Parker
_[25] 문서 Parker
_[26] 웹인용 Design Guide: Sheet Metal Fabrication https://cdn2.hubspot[...]
_[27] 서적 Wobblies, pile butts, and other heroes : laborlore explorations https://books.google[...] Univ. of Illinois Press 2015-07-14
_[28] 문서 Parker
_[29] 문서 Parker

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