프레스 금형 및 프레스 가공 기술에 대해 알아보기

현대 제조업에서 프레스 금형과 프레스 가공의 역할은 매우 중요합니다. 이 기술은 다양한 재료를 형태나 크기에 맞게 가공하는 데 사용되며, 특히 자동차, 항공우주, 소비재 산업 등에서 널리 활용됩니다. 이 글에서는 프레스 금형과 프레스 가공의 기본적인 개념부터 최신 기술 동향까지 살펴보겠습니다.

 

프레스 금형의 역사와 발전

프레스 금형 기술은 수세기 동안 꾸준히 발전해 왔습니다. 초기의 단순한 형태에서 시작해, 현재는 고도의 정밀도를 요구하는 복잡한 형태의 제품도 제작할 수 있는 수준에 이르렀습니다. 이러한 발전은 제조업의 효율성과 정밀도를 크게 향상시켰습니다.

 

프레스 금형의 종류와 선택 기준

다양한 유형의 프레스 금형이 있으며, 각각은 특정 재료와 제품에 맞춰 설계됩니다. 올바른 금형의 선택은 제품의 품질과 생산 효율성에 결정적인 영향을 미칩니다. 이를 위해 제품의 용도, 재료의 특성, 생산량 등을 고려하여 최적의 금형을 선택해야 합니다.

프레스 금형의 종류

단공정 금형 (Single Die)

 

 

 

 

 

 

 

 

한 가지의 공정을 할 수 있는 금형.

다른 금형들에 비해 한가지의 공정을 하므로 금형 설계가 간단하고 비교적 저렴하며 다품종 소량생산에 적합한 장점이 있지만 소재 스크랩이 많고 공정이 많아 프레스 대수가 많이 필요하고 대량 생산에 어려운 단점이 있습니다.

 

컴파운드 금형 (Compound Die)

 

 

 

 

 

 

 

 

한 개의 금형에서 두 가지 이상의 공정을 할 수 있는 금형으로 단공정과 비슷장,단점을 가지고 있습니다. 링과 같이 간단하지만 정밀한 공정이 필요할 때 사용 유용하지만 적용 제품이 적고 금형 수명이 떨어져 대량 생산에 어려움이 있습니다.

 

프로그레시브 금형 (Progressive Die)

 

 

 

 

 

 

 

 

여러 개의 공정을 한 개의 금형 안에서 모두 이루어져서 완제품으로 나오는 금형으로 소형 정밀부품 대량 생산에 적합하고 소재 스크랩이 적어 자재 사용률이 좋으며 하나의 금형에서 완 제품까지 나오므로 작업자의 안전이 확보됩니다. 하지만 금형 제작, 설계의 난이도가 매우 높으며 그에 따라 프레스 설비 투자가 많이 필요하며 금형 관리가 요구됩니다.

 

 

트랜스퍼 금형 (Transfer Die)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

금형과 자동화 설비가 합쳐진 형태로 각 공정의 프레스 가공을 다른 공정으로 옮겨주어 순차적으로 가공이 이루어져 하나의 설비입니다. 각기 다른 공정을 사용하므로 금형 설계가 쉽습니다. 중, 대형 제품 생산에 적합하여 차체와 같은 공정에 자주 사용되며 대량 생산에 적합하고 제품 형상에 영향을 받지 않습니다. 대신 여러 금형과 트랜스퍼 시스템으로 인해 제작비와 설비 투자가 매우 많이 필요하며 각 공정의 제어 기술도 요구됩니다.

 

복합 금형 (Composite Die)

 

 

 

 

 

 

 

 

두 가지 부품이 한 개의 금형 안에서 가공과 조립이 모두 이루어지는 금형으로 2차 공정을 줄이고 소형 정밀 부품에 적합하며 설비 투자가 기술에 비해 저렴합니다. 하지만 설계 기술과 프레스 기술, 금형 제작 기술이 매우 많이 필요하고 금형 관리 기술도 요구됩니다.

 

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프레스 금형에 사용되는 재료

프레스 금형 제작에 사용되는 재료는 그 목적과 사용 환경에 따라 다양합니다. 스틸, 알루미늄, 구리 등의 금속이 일반적으로 사용되며, 강도와 내구성, 그리고 열 전도율이 중요한 요소로 고려됩니다. 또한, 플라스틱 몰드의 경우, 고온에서도 안정적인 성능을 유지하는 재료가 선호됩니다.

프레스 금형의 특징

프레스 금형에 사용되는 다이(Die)는 제품 가공 시 펀치 압력에 의해 인장 응력과 압축 응력이 동시에 작용하며 반복 굽힘 하중 및 충격하중을 받게 되고 굽힘 변형이나 파손 위험이 없는 최소 두께 결정, 외각 치수 크기 결정 등이 필요합니다.

 

전단력에 의한 방법

H=K3P  (H=다이두께(mm), P=전단력(kgf), K=보정계수)

여기서 P는 펀칭되는 둘레에 작용하는 전단력, 보정계수는 전단 길이에 대한 보정계수이다.

 

전단 길이와 재료 두께에 의한 방법

재료의 두께와 다이의 재질, 전단 길이에 따른 최소 다이의 두께가 존재한다.

 

제품 수량에 의한 방법

마찬가지로 재료의 두께와, 제품의 수량에 따라 다이의 두께가 존재하고 위 값들을 고려하여 다이 두께 선정을 해야 한다.

 

위 제시된 프레스 금형의 경우에도 사용 용도에 따라 다양하기에 그에 맞는 매우 다양한 금형 종류들이 존재하며 , 이 때 금형 제작 기술에 따라 무수히 많은 종류가 있을 수 있다.

 

프레스 금의 도전과 해결책

프레스 몰딩은 여러 도전에 직면해 있습니다. 이에는 재료 비용의 상승, 엄격한 환경 규제, 그리고 빠르게 변화하는 시장 요구 사항이 포함됩니다. 이러한 도전에 대응하기 위해, 업계는 더 효율적이고 지속 가능한 방법을 개발하고 있습니다.

 

 

※ 프레스 금형 공부에 도음도움이 될 만한 책을 추천드립니다.

프레스금형 설계공학(현장실무형)(개정판 4판)

 

프레스 가공 (Metal stamping) 

프레스 가공은 압력에 의한 소성가공의 대부분을 가리키며, 좁은 의미로는 프레스 기계의 의한 가공을 뜻하며, 대표적인 기종은 상부에 상하 왕복운동을 하는 램에 금형과, 하부의 하형을 고정하고 그 위에 금속 또는 재료소재를 놓아 압축하중을 걸어 원하는 모양, 치수 제품을 만드는 가공법입니다.

 

프레스 가공 이해하기

프레스 가공은 재료를 몰드에 넣고 압력을 가하여 원하는 형태로 만드는 과정입니다. 이 과정에는 정밀한 온도 조절, 압력 조절, 그리고 정확한 타이밍이 필요합니다. 프레스 가공의 핵심은 재료의 특성을 이해하고 이를 바탕으로 최적의 가공 조건을 설정하는 것입니다.

 

가장 대표적인 기종의 금형으로 한 가지 작업이 가능합니다.

가공방식 여러 개를 공정에 맞춰 트레일러에 태워 가공하며 연속적으로 작업을 진행하는 트랜스퍼 금형이나 한 단계씩 가공하면서 완성품을 만드는 프로그레시브 금형 등이 존재합니다.

프레스 금형 설명

프레스 가공의 종류와 특징

• Cutting : 날과 같이 절단기 (절단용 금형)을 사용하는 것을 의미.
• Blanking : 폐곡선 즉 윤곽상의 금형을 사용하여 절단 당한 것이 제품이 되는 공법.
• Piercing (Punching) : 제품으로 사용된 재료에 구멍을 내는 작업.
• Trimming : 툴레 또는 부분적으로 스크랩이 되는 부분을 전단하는 가공.
• Drawing : 주름살이나 균열이 생기지 않도록 밀어 넣어 컵 모양의 성형을 하는 가공.
• Flanging : 재료 끝 부분을 굽혀 Flange 를 내는 가공
• Coining : 제품의 표면을 규제하도록 밀폐시켜 표면을 압축하여 다이, 펀치와 똑같은 모양으로 압축하는 가공.
• Extrsion : 다이 속에 재료를 넣고 전방 또는 후방으로 재료가 유동하며 형상을 만드는 가공.

프레스 가공의 혁신과 미래

최근 프레스 가공 기술은 컴퓨터 기반 설계, 자동화, 인공 지능의 통합 등 혁신적인 기술의 도입으로 큰 발전을 이루고 있습니다. 이러한 기술들은 제품의 정밀도를 높이고, 생산 효율을 개선하는 데 기여하고 있으며, 제조업의 미래를 형성하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다

 

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