프레스기

3. 기계식 프레스

모터의 회전 운동을 크랭크 기구, 스크류 기구 등으로 왕복 운동으로 변환하여 소성 가공에 사용하는 힘을 얻는다.

크랭크 프레스의 경우, 모터와 크랭크축·커넥팅 로드는 직결되어 있지 않고, 종류에 따라 중간 기어 등의 구성이 바뀌지만 (다이렉트 드라이브식 서보 프레스를 제외하고) 회전 운동을 플라이휠에 축적하고, 상하 운동을 시키고 싶을 때만 클러치를 연결하여 운동 변환한다. 클러치에는 "포지티브 클러치"(톱니 클러치)와 "프리션 클러치"의 2종류가 있다. 현재 제작되고 있는 기계식 프레스에는 급정지 기구를 갖추기 위해 프리션 클러치가 사용된다.^[6]

전단 가공이나 소형 부품의 드로잉 가공 용도에 적합하다.

기구 및 구조에 따른 종류는 다음과 같다.

4. 유압식 프레스

유압 펌프를 사용하여 작동액(주로 기름)을 유압 실린더에 공급, 슬라이드를 작동시켜 가공하는 방식이다.^[6]

상하 운동 및 정지는 유압 회로의 전환으로 쉽게 할 수 있다. 얻고 싶은 에너지량은 유압을 조절하여 임의로 조절할 수 있다. 굽힘 가공이나 대형 물품의 드로잉 가공 용도에 적합하다는 특징이 있다. 쿠션의 역할은 주로 드로잉 가공 시 금속의 연성을 효과적으로 발휘시키기 위함이다.^[6]

조작성은 용이하지만 유압 회로에 관해서는 엄중한 안전 조치가 필요하다. 유압 프레스에서의 사망 사고가 매우 많고, 특히 유지 보수 시의 사망 사고는 프레스기 중에서도 가장 많다. 동력이 액체이기 때문에 유압 회로의 어딘가에서 액체 누출이 상당량 발생하면 슬라이드의 자중 등으로 인해 전혀 제어 불능 상태에 빠지는 경우가 있다. 이를 "자중 낙하"라고 부르며 동력 프레스 특정 자주 검사 및 일상 점검 시에는 이를 엄격하게 점검해야 한다. 그 대책으로 밸런스 밸브 설치, 유지 보수 시 안전 블록 장착 의무화 등이 구조 규격에 규정되어 있다.^[6]

또한, 쿠션에 의한 사고도 많다. 유압에 의해 쿠션을 상승시킬 때, 그 벡터를 방해하는 작업자의 예상 밖의 요인이 있었다고 가정한다. (예를 들어 금형과 쿠션 핀과의 간섭이나 쿠션 핀과 핀 구멍과의 마찰) 이 경우 시간 경과에 따른 물체의 동작을 두 가지 패턴으로 나타낼 수 있다.^[6]

• 스텝 ①
• 패턴 1: 유압의 최대 설정 압력까지 상승하여 정지한다(에너지는 축적된 채).
• 패턴 2: 설정한 압력 범위 내에서 방해하고 있는 요인을 파괴하거나 밀어낸다.

• 스텝 ②
• 패턴 1: 방해하고 있던 요인이 갑자기 벗겨졌을 때, 축적된 에너지를 한꺼번에 방출하려고 유압이 쿠션을 급격히 밀어 올려 통상의 몇 배나 되는 힘이 발생하여, 설정한 높이를 넘어 금형 등에 영향을 미친 경우, 통상 간섭할 리 없는 부위에서 쿠션 핀이 금형을 밀어 올리고, 클램프 지그 등이 튕겨져 나가 주변에 비산한다. 또는 금형 자체가 전복되어, 최악의 경우 작업자의 인명 사고로 이어진다.
• 패턴 2: 파괴된 요인이 패턴 1의 유발 인자가 될 가능성도 있다.

• 프레스 브레이크
• 단동 유압식 프레스
• 복동 유압식 프레스

5. 역사

역사적으로 금속은 망치를 사용하여 손으로 성형되었다. 이후, 한 번에 더 많은 금속을 누르거나 더 두꺼운 재료를 누르기 위해 더 큰 망치가 제작되었다. 종종 대장장이는 조수를 고용하여 대장장이가 공작물을 배치하는 데 집중하는 동안 망치를 휘두르게 했다. 드롭 해머와 트립 해머는 망치를 들어 올리는 메커니즘을 사용하며, 그런 다음 중력에 의해 작업물 위로 떨어진다.

19세기 중반, 수동 및 로터리 캠 해머는 업계에서 증기 해머로 대체되기 시작했다. 증기 해머는 1784년 최초의 증기 기관과 응축기에도 기여한 영국의 발명가이자 기계 엔지니어인 제임스 와트에 의해 처음 설명되었지만, 1840년 영국의 발명가 제임스 네이스미스에 의해 제작되었다.^[9] 19세기 후반에 증기 해머는 크기가 크게 증가했다. 1891년 베들레헴 철강 회사(Bethlehem Iron Company)는 증기 해머가 125톤의 타격을 가할 수 있도록 하는 개선 사항을 만들었다.^[9]

대부분의 현대식 기계 프레스는 일반적으로 필요한 압력을 얻기 위해 전동기와 유압의 조합을 사용한다. 프레스의 진화와 함께 그 안에서 사용되는 다이의 진화도 이루어졌다.^[10]

6. 안전 대책

프레스 작업은 작업자가 심각한 부상을 입을 위험이 크므로, 다양한 안전 대책이 필요하다.^[1] 프레스 기계에 의한 주요 노동 재해 원인은 금형 등에 신체 일부(주로 손가락, 손, 팔)가 끼이거나 가공물이 튀어 신체에 맞는 것이다.^[1]

이를 방지하기 위한 하드웨어적 대책은 다음과 같다.^[1]

• 안전 울타리: 기계 자체를 덮는 '프레스 울타리'와 금형을 덮는 '금형 울타리'가 있다. 끼임 및 비산 사고 모두에 효과적이다.
• 안전 장치: 손가락 등 신체가 금형이나 슬라이드 작동 부분, 즉 '위험 한계'에 들어가지 않도록 하거나, 들어가면 기계가 급정지하도록 작동시키는 장치이다. 일반적으로 "양손 조작식 안전 장치"와 다른 안전 장치를 조합하여 사용한다.
• 양손 조작식 안전 장치: 작동을 위해 두 손으로 버튼을 눌러야 하는 방식이다.
• 광선식 안전 장치: 작업자가 다이 범위 내에 있을 경우 기계 작동을 막는다.
• 가드식 안전 장치
• 손 당김식 안전 장치
• 손 밀어내기식 안전 장치
• 자동화: 재료 송급 장치를 사용하여 재료 공급 및 꺼내기를 자동화하여, 가공 작업 자체에 사람의 손이 개입하지 않도록 한다.
• 순차 프레스
• 트랜스퍼 프레스

• 프레스 금형 교체 작업자
• 프레스 기계 작업 책임자: 사업장에서 프레스 작업 시 노동 재해 방지를 위한 관리 및 작업자 지도를 수행한다.
• 지적 환호: 작업 요점마다 작업 대상에 손가락으로 가리키며 소리 내어 주의를 환기한다.
• 정해진 복장 및 안전 도구 착용

7. 관련 사항

프레스 가공, 해머, 안전 장치, 안전 공학^[1]

참조

_[1] Citation Press http://www.merriam-w[...] 2009-11-24
_[2] 웹사이트 Press Brake Tonnage Table http://www.americanm[...] American Machine Tools Co.
_[3] 웹사이트 Press Brakes http://www.pacific-p[...] Pacific Press Technologies
_[4] 서적 Building Victory: Aircraft Manufacturing in the Los Angeles Area in World War II Cypress, California 2013
_[5] 서적 Building Victory: Aircraft Manufacturing in the Los Angeles Area in World War II Cypress, California 2013
_[6] 웹사이트 The science behind the servo press http://www.thefabric[...] 2008-01-15
_[7] 웹사이트 Metal Stamping Equipment And Machines - American Industrial http://www.americani[...] 2016-02-03
_[8] 웹사이트 SME.org PDF http://www.sme.org/W[...] 2016-02-03
_[9] 웹사이트 The History of Punch Press Machines http://www.punchpres[...]
_[10] 서적 Building Victory: Aircraft Manufacturing in the Los Angeles Area in World War II Cypress, California 2013
_[11] 인용 Press http://www.merriam-w[...] 2009-11-24