전단 절단은 재료를 잘라내는 절단 가공 중 하나입니다. 금속 가공을 비롯하여 종이나 수지 등 폭넓게 이용되고 있습니다. 여기에서는 전단 절단의 특징과 종류에 대하여 해설합니다.
목차
전단 절단이란?
전단 절단이란 전단 가공 중 한가지
시어(영: shear) 절단이란 평행날을 이용한 전단 가공을 의미합니다. 전단력이란 물체가 어긋나는 방향으로 작용하는 힘으로 예를 들어 벽에서 돌출된 막대에 매달려 아래 방향으로 힘을 가하면 막대는 손에서는 아래 방향의 힘을 받지만 고정된 벽에서는 위 방향의 힘을 받습니다. 이와 같은 힘이 가해지는 방법을 물체가 어긋나는 방향으로 작용하는 힘이라고 하고 전단력으로 불립니다. 금속에는 소성이 있으므로 전단력을 받으면 처음에는 소성 변형을 시작하지만 한층 더 힘을 가하면 파단되고 분리됩니다. 전단 절단은 이와 같은 구조를 이용하여 재료를 자릅니다. 실제 「가위」도 이 전단을 이용하여 종이 등을 자릅니다. 어린이용 플라스틱 날 가위라도 종이가 잘리는 것은 전단을 이용하고 있기 때문입니다.
전단 절단은 금속이나 종이, 수지 등 절단에 이용되고 있습니다. 전단 절단은 판금 가공의 레이저 컷이나 프레스 절삭 등과 같이 제품의 형태를 잘라낸다기보다는 코일재와 같은 큰 재료로부터 가공하기 쉬운 사이즈로 재료를 분리할 때나 표준재에서 임의의 사이즈를 잘라낼 때 등에 사용되고 있습니다.
전단 절단의 구조
전단 절단(시어링)의 구조는 가위와 거의 동일합니다. 가위로 종이를 자를 때 우리는 무의식적으로 아랫날은 종이를 따라가고 윗날을 많이 움직이 듯이 해서 종이를 자릅니다. 전단 절단에서도 마찬가지로 받침대라는 아랫날을 고정하고 펀치라는 윗날을 움직여 가공물을 끼고 절단합니다. 가위와 마찬가지로 윗날이 가공물 면에 대해 기울어진 상태에서 파고들어가므로 이 날의 기울기를 「전단각」이라고 합니다. 절단하는 판이 얇을 때는 전단각은 작고 판이 두꺼울 때는 전단각을 크게 잡는 것이 일반적입니다. 또한 절단 불량이 발생하는 경우는 전단각을 약간 작게 잡는 등의 대책이 있지만 전단각을 너무 작게 하면 재료가 변형될 수도 있으므로 주의해야 합니다. 한편 전단각이 너무 커도 변형의 원인이 됩니다. 최적 클리어런스는 판 두께에 따라 변화하므로 가공하는 재료가 바뀔 경우에는 그때마다 조정해야 합니다.
전단 절단기(시어링 머신)의 종류
전단 절단기는 시어링 머신, 판금 절단기, 전단기 등으로 불립니다. 전단 절단기에는 여러 종류가 있는데 그 중에서도 특히 많이 사용되는 것이 다음 2가지입니다.
기계식 시어링 머신
기계식 시어링 머신은 기계적인 동력으로 윗날을 움직여 절단하는 기계입니다. 플라이휠의 힘을 클러치로 전달시켜 날을 움직입니다. 구조가 단순해서 메인터넌스하기 쉽다는 점과 가공 속도가 빠른 것이 장점입니다. 그러나 절단 시 충격이 크거나 너무 두꺼운 가공에는 적합하지 않은 것이 단점입니다. 기준으로 6mm 이상의 금속판은 기계식으로 잘리지 않습니다.
유압식 시어링 머신
유압식 시어링 머신은 유압 펌프의 힘으로 윗날을 움직여 절단하는 기계입니다. 유압으로 날이 움직이므로 부하와 관계없이 안정된 압력이 가해집니다. 따라서 기계식 시어링 머신으로는 가공이 어려운 두께 있는 판의 절단도 가능해서 6mm 이상의 금속판도 가공할 수 있습니다. 또한 절단 시 충격이 작은 것도 장점입니다. 한편 가공 속도는 기계식에 비해 느리고 정기적인 메인터넌스는 필수입니다.
전단 절단에서 발생하는 「버」와 「처짐」이란?
전단 절단 시 주의하고 싶은 것이 절단으로 발생하는 버와 처짐입니다. 앞서 말했듯이 금속판을 전단 절단할 때 금속판은 절단에 이르는 동안 소성 변형을 하고 있습니다. 전단 절단의 버와 처짐은 이 소성 변형으로 생깁니다. 처짐은 절단면의 상부가 윗날에 눌려 어긋나버린 흔적으로 절단이 진행된 방향을 향해 R이 붙은 것처럼 둥글게 되었습니다. 버는 분리되는 부위가 윗날로 당겨지듯이 찢겨진 듯한 흔적으로 절단이 진행한 방향을 향해 뾰족한 형상을 하고 있습니다. 버는 다른 가공에서 생기는 버와 마찬가지로 의도하지 않게 발생한 돌출된 형상입니다. 전단 절단으로 생긴 버만의 이야기는 아니지만 버는 다른 부품을 조립할 때 방해되거나 작업자나 제품 이용자에게 부상이 발생할 가능성이 있는 것입니다. 따라서 버가 발생한 면은 연마하거나 버 제거 툴을 이용해서 버를 제거해야 합니다.
전단 절단에 사용하는 기계의 정밀도에 따라 처짐이나 버의 크기는 바뀝니다. 특히 윗날과 아랫날의 클리어런스는 처짐의 크기에 큰 영향을 미칩니다.
전단 절단하는 장점
전단 절단 이외에 재료를 절단하는 방법에는 가스나 레이저를 사용하는 방법이나 그라인더나 톱, 프레스기와 같은 기계를 사용하는 방법 등 다양한 방법이 있습니다. 다른 방법과 비교하여 전단 절단에는 다음과 같은 장점을 들 수 있습니다.
- 톱을 이용한 절단이나 절삭과 달리 칩이 나오지 않는다
- 분할 가공과 달리 블랭크재(폐기되는 부위)가 나오지 않으므로 소재를 낭비없이 사용할 수 있다
- 레이저나 가스와 달리 소재가 열에 의해 변형, 변질되지 않는다
- 재료의 낭비가 거의 없고 환경적이다(절단하는 사이즈에 따라 낭비되는 경우도 있다)
- 안정적이고 지속적인 생산에 적합하다
- 커터로 절단하여 절단면이 비교적 깔끔하다
- 가공이 빠르다
전단 절단은 얇은 판에서 큰 재료를 잘라내는데 적합한 가공입니다. 따라서 비슷한 목적의 가공으로는 다른 가공 방법도 많이 있는 것이 아닙니다. 그러나 예를 들어 블랭크재를 구입하던 것을 코일재나 표준재를 구입하도록 하고 자사에서 전단 절단한 뒤 가공하도록 하면 비용을 절감할 수도 있습니다.
정리
전단 절단(시어링 가공)이란 전단력을 이용하여 가공물을 절단하는 가공 중 하나로 금속이나 종이 외 수지 등의 판을 절단하기 위해 사용됩니다. 윗날과 아랫날로 재료에 전단력을 가하여 가공합니다. 이것은 가위과 아주 비숫한 원리입니다. 전단 절단하는 기계는 시어링 머신이라고도 판금 절단기나 전단기 등으로도 불립니다. 기계식 시어링 머신과 유압식 시어링 머신이 일반적입니다. 기계식으로는 6mm를 넘는 판은 자르기 어렵고 두께 있는 판의 가공에는 유압식이 더 적합합니다. 전단 절단된 금속판에는 처짐이나 버가 발생합니다. 이것은 금속의 소성 변형에 따른 것으로 완전히 없애는 것은 불가능합니다. 따라서 필요에 따라 연마 등의 버 제거 작업이 필요합니다. 전단 절단은 칩이나 폐기되는 부위가 발생하지 않으므로 소재를 군더더기 없이 사용할 수 있는 환경적 가공법입니다.
