판금 부품의 용도 및 재료와 가공 공정

판금 부품은 공업 제품이나 일용품, PC나 TV 등 전기기기의 내부, 건물, 공예품, 자동차의 바디 등 우리 생활 속에서 다양한 형태로 이용되고 있습니다. 이번에는 한 장의 판을 자르거나 구부려서 입체적인 형상을 만들어내는 판금 부품에 대하여 용도와 종류, 가공 공정 등 기본적인 사항을 소개합니다.

판금이란?

판금 가공은 얇은 판 모양의 금속에 힘을 가해 변형시키는 가공 기술입니다. 금속 재료에 힘을 가하면 재료는 조금씩 변형되지만 처음에는 금속이 원래대로 돌아가려는 힘이 작용하므로 도중에 힘을 멈추면 금속은 원래 상태로 돌아갑니다. 이를 탄성 변형이라고 합니다. 그리고 하중을 계속 가하고 있는 포인트(항복점)를 넘으면 금속은 원래 형태로 돌아올 수 없게 됩니다. 이 상태를 소성 변형이라고 합니다. 판금 가공은 소성 변형 상태에서 원하는 형상을 얻을 수 있도록 가공하는 기술입니다. 힘을 너무 가하면 재료가 파단되어 버리므로 금형이나 받침쇠 등의 도구나 프레스 브레이크 등의 기계를 사용하여 조정하면서 가공합니다.

판금 부품의 용도

판금 부품의 용도는 폭넓고 다양합니다. 특히 많이 채택되고 있는 것이 공업 제품이나 공장의 생산 설비, 식품 제조 설비 등에서 브래킷이나 커버, 섀시, 레일 등 크고 작은 다양한 파츠로 판금 부품이 활용되고 있습니다. 또한 배전반이나 박스 등 상자 모양의 부품에도 판금 부품이 사용됩니다. 범용 설비와 범용 금형에서 유연하게 제조할 수 있는 판금 부품은 소량 다품종 제조에 대응하기 쉬워 FA 기기 설계에는 필수적입니다.

판금 가공의 종류

공업 제품에서 판금 가공이라면 기계 판금을 가리킵니다. 이 밖에도 전통 공예품이나 자동차를 수리하는 손 판금, 양쪽 가공 기술을 사용하는 건축 판금이라는 분야도 있습니다.

• 기계 판금 기계 판금에서는 금형을 통해 유압 등의 힘으로 금속판을 성형하는데 성형 전후 공정까지 포함하는 공정 전체를 「판금 가공」이라고 합니다. 기계 판금은 공장 설비가 필요하다는 점에서 「공장 판금」, 정밀한 가공이 가능하다는 점에서 「정밀 판금」이라고도 합니다.
• 손 판금 손 판금은 문자 그대로 사람의 손에 의한 가공으로 해머 등의 공구를 사용하여 목적의 형상으로 성형하는 가공법입니다. 손 판금에는 전통 공예품 등 가공에 이용되는 「타출 판금」 외에 자동차 외장의 패인 곳을 두드려 복구하는 「자동차 판금」 등이 있습니다.
• 건축 판금 건물의 지붕이나 홈통, 외벽, 장식품, 주방 설비나 덕트 등 건설물에 이용하는 금속 부품을 가공하는 「건축 판금」도 판금의 한 분야입니다. 건축 판금은 한 채 한 채의 건물에 맞춰 주문 제작으로 만드는 것이 일반적입니다. 같은 제품을 여러 번 만드는 경우는 적으므로 손 판금, 기계 판금 양쪽 기술을 사용하여 가공하는 것이 일반적입니다.

이번에는 기계 판금을 「판금 가공」, 판금으로 만드는 부품을 「판금 부품」으로 해서 설계자가 알아두어야 하는 판금의 기초를 정리했습니다.

판금 가공의 공정

판금 부품의 가공은 주로 8개의 공정으로 나뉩니다. 판금 가공의 주요 3공정에 대해 자세히 알아봅시다.

• 절삭 가공 블랭크 공정이라고도 합니다. 주로 레이저 절단기를 이용한 절단 가공, 시어링을 이용한 전단 가공, 터릿 펀치 프레스를 이용한 타발 가공을 구분 사용하여 재료의 판재를 요구하는 형상으로 가공합니다.
• 벤딩 가공 프레스 브레이크라는 기계에 금형을 장착, 절단한 판재에 압력을 가하여 구부리는 것이 벤딩 가공입니다. 또한 「프레스 브레이크」는 「벤딩 머신」「벤더」 등으로 불리기도 하며 모두 같은 기계를 가리킵니다.
• 용접 가공 금속에 열을 가해 용융시키고 냉각해서 금속을 접합하는 것이 용접 가공으로 판금 가공에서는 주로 TIG 용접과 레이저 용접이 이용되고 있습니다. 텅스텐 전극을 이용하는 TIG 용접은 실드 가스에 아르곤을 이용하므로 「아르곤 용접」이라고 불리기도 합니다.

판금 부품의 재료

판금 부품에 사용되는 재료는 스테인리스, 철강재(SPCC, SECC), 알루미늄 등의 종류가 있습니다. 판 두께도 소재에 따라 t0.1~22mm까지 다양합니다. 부품의 용도나 가공 특성을 고려하여 선정합시다.

• 스테인리스 스테인리스는 내식성과 클린도가 요구되는 제품에서 많이 채택되는 재료입니다. 판금용 재료로 대표적인 것은 SUS304로 일반적으로 유통되므로 조달하기 쉽고 내식성이 우수하여 절단, 벤딩, 용접 등 가공하기 쉬운 특징이 있습니다. SUS304 중에서도 일반 소재는 2B재를, 표면 광택이 필요하다면 「연마재」라는 「한쪽 면 ＃400 연마」를 지정하는 것이 좋습니다. 또한 SUS430은 물 주변에서 선정되는 경우가 많아 주방 기기나 건축 판금에서 흔히 사용됩니다.
• 철강재 판금 가공 시 철강재는 가공성이나 표면 처리 상태에 따라 구분해서 사용하는 것이 일반적입니다. 가장 대중적인 SPCC는 저렴하고 가공하기 쉬운 소재이지만 녹슬기 쉬워 가공 후는 도장이나 도금 등 어떤 표면 처리가 필요합니다. 전기 아연 도금 강판의 SECC는 일명 「본더」라고도 불립니다. 도장이 쉽고 색이 잘 먹어서 제어반 등 다음 공정에서 도장할 때 사용하기 쉬운 소재입니다. 용융 아연 도금 강판인 SGCC는 높은 방청 성능을 갖고 있어 실외 사용 등에서 녹을 방지하려는 제품에 선정하고자 합니다.
• 알루미늄 알루미늄은 비중이 가볍고 열 전달이 좋다는 등의 특징이 있어 경량화가 필요한 제품이나 방열성이 요구되는 제품 등에서 성능을 발휘합니다. 판금 부품에서는 알루미늄 합금 중에도 A5052가 일반적으로 사용되지만 다른 소재에 비해 판금 가공이 어렵다는 일면도 있습니다. 예를 들어 알루미늄은 레이저광을 잘 흡수하지 않으므로 레이저로 절단하려면 스테인리스나 철강재보다 고출력 레이저가 필요합니다. 구체적으로 말하면 철강재의 경우 3kw 화이버 레이저를 이용하면 판 두께 22mm까지 가공할 수 있지만 알루미늄에서 같은 정도의 판 두께 소재를 가공하려면 6kW 화이버 레이저가 필요하게 됩니다. 또한 판 두께가 두꺼워질수록 벤딩 시 깨지기 쉽고 열전도율이 높아 용접도 숙련도가 필요합니다. 재료 가격도 가공 단가도 비싸지는 경향으로 용도에 맞춰 정말 필요한 곳에 사용하면 좋을 것 같습니다.

판금 부품의 표면 처리

판금 부품의 표면 처리에 대해서는 내식성 등의 기능을 부가하는 도금, 색이나 기능을 부가하는 도장, 정보를 부가하는 레이저 마킹 등을 용도에 맞게 처리합니다.

• 도장 부품의 표면에 도료를 칠하고 건조시켜 색이나 내구성, 내식성 등의 기능을 부가하는 표면 처리가 도장입니다. 제품의 용도나 요구하는 기능에 따라 도료나 도장 방법은 다양하므로 고기능을 부가하는 경우는 도장 전문업자와 상담하는 것을 권장합니다. 제어반이나 기계 장치의 커버 등으로 판금 부품에 색이나 내후성, 내식성을 부가하는 경우는 분체 도료를 골고루 분사하는 「분체 도장」을 선정하는 것이 일반적입니다. 도장 지시를 넣는 경우는 일반사단법인 일본도장공업회가 발행하는 색견본장을 참고로 「먼셀값」으로 지정합시다.
• 도금 판금 부품에 대한 도금 처리는 내식성이나 내마모성의 부가, 장식 등의 목적으로 실시합니다. 도금 처리의 종류는 소재에 따라 다릅니다. 먼저 SPCC의 도금 가공으로 대표적인 무전해 니켈 도금은 내식성, 내마모성이 우수하고 막 두께가 일정하게 칠해지므로 정밀 기기에 자주 사용됩니다. 일반적으로 「흑색 염색」이라는 사삼산화 철 피막은 피막이 얇고 치수 변화가 작으므로 정밀기기 부품에 적합하지만 유분이 떨어지면 녹 진행이 빨라지므로 사용 부위에 주의해야 합니다. 환경을 배려한 도금 방법인 3가 크로메이트는 백색과 흑색이 있고 백색 크로메이트는 표면이 푸르스름하고 흑색 크로메이트는 표면이 검게 됩니다. 또한 스테인리스는 이미 어느 정도 내식성을 고려하여 선정하기도 해서 스테인리스 판금 부품에 후공정으로 도금 처리하는 경우는 드뭅니다. 도금이 어려운 소재이므로 내식성을 어떻게든 향상시키려는 등의 목적이 있다면 전문 표면 처리회사와 상담하는 것이 좋습니다.
• 알루마이트 알루미늄 표면에 인공적으로 산화 피막을 정제시키는 표면 처리가 알루마이트이고 소재가 알루미늄인 경우에만 알루마이트 처리하여 내식성·내마모성을 올릴 수 있습니다. 백색 알루마이트, 흑색 알루마이트가 일반적이지만 전문업자는 청색이나 녹색, 적색 등의 색을 칠할 수도 있습니다.
• 레이저 마킹 레이저 마킹은 표면에 약한 레이저를 쏘아 장식 처리하는 외에 품번이나 바코드 등의 정보를 추가할 수도 있습니다. 레이저 가공 장르에서는 「표면 개질」로 분류되고 재료 표면에 직접 정보를 기입하기 때문에 연마 등으로 일부러 지우지 않는 한 지워지지 않습니다. 최근에는 부품에도 트레이서빌리티나 제조 로트 등의 식별 정보를 요구하는 것이 늘어나서 요구되는 경우가 증가하고 있습니다.

판금 부품 설계 시의 요령

판금 부품을 설계할 때는 가공성을 배려하여 가공 가능 여부도 포함해서 설계해야 합니다. 설계 시 고려해야 하는 것은 많지만 여기에서는 주된 3가지 주의 사항을 언급합니다.

• 전개해서 1장의 판으로 성립되지 않는 것은 가공할 수 없다 판금 부품은 1장의 판을 자르거나 구부려서 만들기 때문에 원래 1장의 판이 되지 않는 도면은 부품으로 성립하지 않습니다. 그래서 판금 가공 공장에서는 가공의 전공정에서 도면의 벤딩이나 용접 등의 가공을 해제하여 원래 1장 판으로 되돌리는 「전개」라는 작업을 합니다. 3D CAD로 설계하고 있으면 알기 어려우므로 도면을 확정하기 전에 일단 머리 속에 전개해 볼 것을 권장합니다.
• 가공 한계를 고려한다 판금 부품에서는 1장의 재료를 구부려 성형하므로 벤딩 부분이나 제품의 단면 치수에 따라 가공할 수 있는 범위에 제한이 있을 수 있습니다. 예를 들어 벤딩 부분에 근접한 홀 가공이나 단면으로부터 홀의 최소 거리나 벤딩의 최소 거리, 최대 벤딩 각도 등에도 설비에 따라 제한이 생기므로 CAD에서는 성립해도 실제로는 가공 불가능해지는 경우도 있습니다. 사전에 가공 의뢰처의 가공 한계를 확인하면서 설계하고 발주 후 가공 불가로 인한 재작업을 피하고자 합니다.
• 벤딩 가공으로 제품이 금형과 간섭되는 경우가 있으므로 주의한다 ㄷ 자형 벤딩이나 상자 벤딩에서 짧은 변보다 긴 변이 긴 경우 등에는 순서대로 구부렸을 때 가공품이 금형과 간섭되는 경우가 있습니다. 간섭하면 가공할 수 없는 경우도 있으므로 설계 단계에서 주의합시다. 판금 부품의 즉시 견적과 가공이 가능한 한국미스미 meviy에는 벤딩 가공 시 간섭을 해석하는 기능이 있습니다. 해석 결과 금형 등에 대한 간섭이 발견된 경우는 견적 화면에 메시지가 표시되고 더블 클릭으로 간섭 위치를 확인할 수 있습니다. 이들 기능을 능숙하게 활용하면 효율적으로 판금 설계를 진행할 수 있습니다.

정리

판금 부품은 1장의 판에서 자르거나 구부려 입체적으로 만들어내는 부품입니다. 재료의 신축이나 표면 처리 그리고 벤딩 가공 시 간섭 등 판금 가공만의 특징을 이해하고 설계하도록 합시다. 한국미스미 meviy에서는 판금 부품을 즉시 견적 및 가공할 수 있습니다. 지금 바로 3D CAD 데이터를 meviy에 업로드하여 견적 받아 보세요.