판금 가공은 얇은 판형의 금속에 힘을 가해 변형시켜 입체적인 형상을 만들 수 있는 가공 기술입니다. 판금 가공의 가공법은 해머 등의 공구를 사용하여 수작업으로 금속의 판에 힘을 가하여 성형하는 수판금과 재료를 틀에 끼워 유압 등의 기계적인 힘을 가하여 성형하는 기계 판금으로 대별됩니다. 이번에는, 공산품에서 일반적으로 이용되는 가공법인 기계 판금을 「판금 가공」, 판금 가공으로 만드는 부품을 「판금 부품」으로서 설계자가 알아 두고 싶은 판금 가공의 기초를 소개합니다.
목차
판금 가공의 정의
판금 가공이란, 금속의 박판으로부터 자동차의 바디나 가전의 케이스와 같은 입체적이고 복잡한 부품을 만들어 내는 제조 기술입니다. 공산품이나 공장의 생산설비, 식품제조설비 등에서 브래킷이나 커버, 섀시 등 여러 곳에 판금가공으로 만들어진 부품이 활용되고 있습니다. 시제품부터 양산품까지 비교적 저비용이며 단납기로 대응할 수 있는 것이 큰 특징입니다.
판금 가공의 가공법과 가공의 종류
판금 가공의 주요 가공법은 「절단」, 「절곡」, 「용접」, 「표면 처리」의 4종류를 들 수 있습니다. 「절단」에서는 레이저나 터렛 펀치 프레스로 판재를 절단 및 홀을 내고, 「절곡」에서는 프레스 브레이크로 입체 형상으로 성형합니다. TIG 용접이나 레이저 용접으로 부품끼리를 「용접」하고, 마지막으로 도장이나 도금등의 「표면 처리」로 제품을 완성시킵니다.
판금 가공의 대상이 되는 주요 재료
대표적인 재료는 스틸, 스테인레스, 알루미늄입니다. 철(SPCC)은 값이 싸고 가공성이 뛰어나며, 스테인레스(SUS304)는 내식성이 높아 주방과 의료기기에 사용됩니다. 알루미늄(A5052)은 경량성이 특징입니다. 전도성이 요구되는 부품에는 구리(C1100)나 강재 표면에 도금을 한 도금 강판(SECC, SGCC)도 널리 이용됩니다.
판금 가공의 포인트
판금 가공에서는 판형의 금속에 다양한 방법으로 힘을 가해 목적의 형상을 만들어 내지만, 그 원리에는 금속 재료의 성질이 관계되어 있습니다. 금속 재료에 하중이 가해지면 재료는 구성하는 원자 사이의 거리를 바꾸어 변형을 낳으면서 변형해 갑니다. 그 때, 처음에는 금속이 원래대로 돌아가려고 하는 힘(내력)이 작용하므로, 하중이 작은 경우는 하중을 제거하면 금속은 원래 상태로 돌아갑니다(탄성변형). 금속에 하중을 계속 가하면, 금속은 원래대로 돌아갈 수 없게 됩니다(소성변형). 그리고, 더욱 하중을 가하면, 견디지 못하고 파단합니다. 판금 가공에서는 소성 변형으로 목적의 형상을 얻을 수 있도록 조정하면서 가공하는 기술이 중요합니다.
판금 가공 공정
1. 전개 프로그램
설계도면은 3D CAD로 그려져 있는 경우도 많이 있습니다만, 판금 가공에서는 반드시 1매의 판으로부터 가공하기 때문에, CAD나 전용의 소프트를 사용해 가공전의 1매판의 상태로 「전개」하는 공정이 필요합니다. 도면의 전개가 되면, 정척재로부터 효율적으로 낭비 없이 부품을 딸 수 있도록 레이아웃 하는 「네스팅」을 실시해, 병행해 가공 프로그램도 만들어 갑니다.
전개 전후의 그림
중첩
2. 레이저 절단
블랭크라고도 불리는 금속판의 외주나 안쪽의 홀등을 잘라내는 공정으로, 주로 레이저 절단기와 터렛 펀치 프레스라고 하는 2 종류의 가공기로 가공합니다. 크게 레이저 가공기는 외주 및 큰 홀의 고속 절단을 특기로 하고 있으며, 터렛 펀치 프레스는 다수의 홀 가공 및 성형 가공에도 대응할 수 있는 등의 특징이 있습니다. 양쪽의 메리트를 동시에 실현한 「레이저·펀치 프레스 복합기」도 있어, 판금 공장에 의해 보유하는 설비가 다르므로, 발주 시에는 위탁처의 설비에 맞추어 가공을 배분하면 좋을 것입니다.
3. 디버링
전 공정에서 어떤 가공법을 취해도 버는 어느 정도 발생합니다. 그것들을 제거하는 것이 버 제거 공정입니다. 핸드 그라인더나 줄을 사용하여 수작업으로 하는 경우와 큰 사포를 회전시키는 버 제거기로 가공하는 경우가 있습니다. 판금 가공의 버 제거에서는 절삭 가공과 같이 C0.2나 R0.2 등의 미세한 치수 관리가 어렵습니다. 그 점 「버가 없도록」이라고 하는 도면 지시는 애매하기는 합니다만, 「손을 다치지 않는 정도로 버를 제거 해주었으면 한다」라고 하는 경우에는 유효하다고 생각됩니다. 발주 시에 버의 허용 범위에 대해 인식을 맞춰 두는 것이 바람직합니다.
4. 절곡
프레스 브레이크라는 기계에 금형을 장착하고 절단한 판재에 압력을 가하여 일정 각도로 직선적으로 구부리는 방법이 기계 판금의 일반적인 절곡 가공입니다. 프레스 브레이크에서는 장치 상부에 펀치, 하부에 다이를 장착하여 장치 상부를 상승 및 하강시켜 금속판을 구부립니다. 재료의 로트나 압연 방향에 따라 절곡으로 얻을 수 있는 각도가 다르기 때문에 매번 섬세한 조정이 필요한 어려운 가공입니다. 그러나 절곡 공정의 정밀도에 따라서 후공정에 용접 가공의 용이성과 미관이 크게 달라지므로 판금 가공에서 가장 중요한 공정 중 하나라고 할 수 있습니다.덧붙여 「프레스 브레이크」는 「절곡 머신」 「절곡기」등이라고 불리는 것도 있어, 모두 같은 기계를 가리키고 있습니다.
5. 용접
금속에 열을 가해 용융시키고 냉각시킴으로써 금속을 접합하는 것이 용접 가공이며, 판금 가공에서는 TIG 용접과 레이저 용접이 주로 사용되고 있습니다. 텅스텐 전극을 이용한 TIG 용접은 실드 가스에 아르곤을 이용하기 때문에 「아르곤 용접」이라고 불리기도 합니다. TIG 용접은 용융부에 용접봉을 가하는 표면 경화 용접이 가능하지만 재료에 대한 입열이 많아 변형이 발생하기 쉬운 공법입니다. 가공 결과는 장인의 숙련 기술에 기대는 바가 커집니다. 레이저 용접은 열 변형을 억제할 수 있는 가공법으로, 가공 기술을 표준화하기 쉽다는 장점이 있지만, 모재 용접이 기본이므로 덧붙임 용접 지시가 있는 부품에는 사용하기 어렵고, 공법 변경 등의 절차가 필요합니다.
6. 마감
판금 가공의 마감 공정으로는 용접에서 발생하는 열 변형의 제거, 덧붙임 용접으로 담은 볼록부를 글라인더로 깎아내는 작업, 그리고 용접에서 발생하는 그을림을 전해 연마로 제거하는 공정, 표면 연마 처리(닦기, 버프) 등이 있습니다.
7. 조립
여러 부품을 조합하여 주로 볼트 너트나 리벳 등의 체결 부품을 이용하여 조립하는 공정입니다. 용접 정도의 강도가 필요하지 않은 경우나 나중에 분해 작업이 필요한 곳 등에서 채용되는 경우가 많은 공법입니다. 조립 작업은 일명 「어셈블리」라고도 불리며, 부품 단위의 작은 조립부터 중간 규모의 유닛 단위, 최종적인 기계 및 장치 전체의 조립까지 폭넓은 작업 및 공정이 대상입니다. 덧붙여 판금 가공 업계에서는 전술한 용접에 의한 조립 공정을 「조립(용접 조립)」이라고 부르는 회사도 있습니다.
8. 검사
판금 가공품의 출하 전 검사에서는 치수 검사와 외관 검사를 직접 눈으로 실시하는 것이 일반적입니다. 치수검사에서는 주로 측정기(노기스)나 스케일, 각도계 등을 이용하여 치수나 홀 위치, 정밀도에 오류가 없는지 도면과 완성품을 비교하여 확인합니다. 외관 검사에서는 제품에 흠집이나 버가 없는지를 눈으로 확인해 갑니다. 공장에 따라서는 검사에 화상 측정기나 3차원 측정기를 이용하는 곳도 있습니다.
판금 가공에 사용하는 가공기의 종류
판금 가공에서는 상술한 바와 같이 각 공정에서 다양한 기계를 사용합니다. 여기에서는 판금 가공에 이용하는 주요 가공기를 소개합니다.
레이저 가공기
고출력의 레이저를 조사하여 금속을 용융, 기화시켜 절단하는 가공기입니다. 직선, 곡선을 불문하고 복잡한 외주 형상이나 큰 홀의 가공이 특기입니다. 최근에는 고출력화에 의해 다수의 타공도 고속으로 실시할 수 있게 되어 있습니다. 단, 버링과 같은 입체적인 성형 가공은 할 수 없습니다. 고정밀로 아름다운 절단면을 얻을 수 있는 것이 특징입니다.
【주요 용도】
● 자동차의 바디 패널, 브래킷
● 전자 기기의 케이스, 커버
● 주방・의료기기의 스테인스 외장
● 건축용 디자인 패널, 장식 금속
● EV용 구리제 버스 바(도전 부품)
터렛 펀치 프레스
터렛이라고 불리는 금형 홀더에 다수의 금형을 격납하고 고속으로 프레스하여 판재를 뚫는 가공기입니다. 같은 금형으로 여러 개의 구멍을 동시에 뚫을 수 있는 부품 가공에서 높은 생산성을 발휘합니다. 버링이나 탭(나사 절단)등의 성형 가공도 동시에 실시할 수 있는 것이 최대의 이점입니다.
【주요 용도】
● 전자기기의 랙, 서버 케이스
● 배전반, 제어반의 케이스와 도어
●다수의 홀을 갖춘 자동차용 브래킷
레이저 펀치 프레스 복합기
레이저 가공기와 터렛 펀치 프레스를 한 대로 통합한 복합기입니다. 복잡한 외주는 레이저로, 다수의 홀 가공이나 성형 가공은 터렛 펀치 프레스로 실시하는 등, 양자의 장점을 살린 가공을 원스톱으로 실현할 수 있습니다. 계단 교체가 필요 없기 때문에 생산성이 높고, 가공 위치의 어긋남도 방지할 수 있습니다.
【주요 용도】
● 통신 기기, 산업 기계의 섀시
● 환기 슬릿 부착 전원 박스
● 프로토 타입 브래킷 (자동차, 농기 등)
● 성형 가공을 포함한 스테인레스 패널
버 제거기
레이저나 터렛 펀치 프레스로 가공 후에 반드시 발생하는 금속의 날카로운 돌기(버)를 자동으로 제거하는 기계입니다. 컨베이어로 부품을 보내고 회전하는 브러시로 표면을 연마함으로써 수작업에 비해 고품질의 마감을 실현합니다. 작업자의 안전 확보와 품질 향상에 필수적인 공정입니다.
【주요 용도】
● 자동차의 섀시, 정밀 부품
● 사람이 손으로 만지는 전자 기기의 케이스
● 주방 기기, 의료 기기의 패널
● 건축 철물, 난간 부품
프레스 브레이크
가공된 평평한 판재를 금형(펀치와 다이)으로 끼워 압력을 가하여 입체적으로 구부리는 가공기입니다. NC 제어를 통해 절곡 각도와 위치를 정확하게 컨트롤할 수 있으며 기계의 가압 능력(톤수)과 길이에 따라 가공할 수 있는 판 두께 및 치수가 결정됩니다. 판금 가공에 있어서 성형의 중요한 기계입니다.
【주요 용도】
● 자동차용 브래킷, 프레임 부품
● 전자 기기의 케이스, 커버, 섀시
● 가전 제품, 주방 기기의 외장 패널
● 건축 자재 패널, 새시, 도어 프레임
레이저 용접기
레이저 빛의 열을 이용하여 금속을 녹여 접합하는 용접기입니다. 열이 국소적으로 집중되기 때문에 TIG 용접에 비해 열에 의한 왜곡이 매우 적은 것이 가장 큰 특징입니다. 강도를 확보하면서 박판으로도 아름다운 마감을 얻을 수 있습니다. 최근에는 파이버 레이저의 등장으로 비숙련자도 고품질 용접이 가능해지고 있습니다.
【주요 용도】
● 자동차 바디의 이음새, EV용 배터리 부품
● 정밀한 전자기기의 실드 케이스
● 의료용 정밀기구
● 디자인성이 요구되는 스테인리스 제품(싱크 등)
TIG 용접기
전기 아크 방전열로 금속을 녹여 접합하는 판금 가공에서 가장 일반적인 용접기입니다. 「아르곤 용접」이라고도 합니다. 용접 강도가 높고 기밀성, 수밀성이 우수한 접합이 가능합니다. 한편, 입열이 크고 왜곡이 발생하기 쉽기 때문에 아름다운 마감에는 숙련된 기술이 요구됩니다.
【주요 용도】
● 오토바이 머플러, 프레임
● 식품・의약품 플랜트 배관
● 선박용 알루미늄 구조물
● 미관과 강도가 요구되는 주방・의료기기
판금 가공에 사용되는 재료 및 표면 처리
판금 가공에 사용되는 재료는 스테인레스, 철강재(SPCC, SECC), 알루미늄 등의 종류가 있습니다. 판 두께도 소재에 따라 0.1~22T까지 다양합니다. 제품의 용도나 가공 특성을 고려하여 선정합시다.
판금 가공의 장점 · 단점
판금 가공의 가장 큰 장점은 소량 다품종 생산에 적합하다는 것입니다. 소성가공의 대표적인 가공법인 프레스 가공은 같은 형상의 부품을 많이 제조하는 양산에 적합하지만 제품마다 금형을 제조해야 하므로 대량 생산하지 않으면 제품 가격이 비싸집니다.
그 점, 판금 가공은「절단」「절곡」「용접」등, 어느 공정에서도 범용적인 설비를 이용해 절곡 가공에서도 범용적인 금형을 사용합니다. 따라서 소량 다품종 제조에 대응할 수 있으며, 설계 변경이 발생한 경우에도 유연하게 대응할 수 있습니다. 또한 「절단」「절곡」「용접」의 조합으로 1장의 판재로 복잡한 형상의 제품을 만들 수도 있다는 점도 큰 장점이라고 할 수 있습니다.
반대로 단점으로는 부품을 한 점씩 가공하기 때문에 같은 부품을 대량으로 만들 경우 생산에 시간이 걸립니다. 특히 용접 등은 아직 장인 기술에 의존하는 부분이 커서 누구나 가공할 수 있는 것이 아니기 때문에 양산에는 적합하지 않습니다.
판금 가공의 비용 절감 방법
판금 가공으로 비용 절감을 위한 힌트 4가지를 소개합니다.
가공 메이커의 특기 분야를 근거로 발주한다
한마디로 「판금 가공 메이커」라고 해도, 각사의 설비는 다양합니다. 가공기의 특징을 바탕으로 발주하는 것만으로 비용을 절감할 수 있는 가능성이 있습니다. 예를 들어 전술한 바와 같이 레이저 절단기는 전체 둘레나 장홀의 고속 가공을, 터렛 펀치 프레스는 대량의 구멍 가공이나 성형 가공을 특기로 하고 있습니다. 블랭크 공정을 레이저 절단기 메인으로 가공하고 있는 메이커에 홀 가공과 성형 중심의 제품을 발주하면 가공 비용은 오르고, 터릿 펀치 프레스를 중심으로 하고 있는 곳에 대형의 외주 컷을 발주하면 가공 비용이 오르기 쉽습니다. 가공 업체의 특기 분야를 파악하고 발주하는 것만으로 비용을 절감할 수 있는 가능성이 높아집니다.
용접을 줄이고 구부리는 곳은 구부린다.
「TIG용접」 항에서 설명한대로 소량 다품종의 용접가공은 장인의 숙련기술에 의존할 수밖에 없는 부분이 커서 가공 단가가 높아지기 쉽습니다. 예를 들어 2장의 판을 90도로 맞추는 경우 절곡이 가능하다면 절곡 쪽이 가공 단가가 떨어지는 경향이 있습니다. 절곡 가공의 특징(재료, 금형과의 간섭 등)을 바탕으로 선정하면 좋을 것입니다. 절곡 가공 이외에는 리벳 접합도 비용 절감으로 이어집니다만, 도면 내 모두 용접리스로 할 필요가 있습니다.
디버링 지침을 재검토
도면에서는 「전주 버리지 않는 것」이라고 하는 지시가 눈에 띄지만, 가공 메이커에서는 버 제거에도 상당한 설비비·인건비를 들여 대응하고 있습니다. 버 제거 지시를 정말 필요한 부분으로 좁힘으로써 공장 측에서 버 제거에 드는 작업비를 절감할 수 있을 가능성이 있습니다. 또, 마구잡이로 높은 정밀도를 요구하는 것이 아니라, 가공측이 실제 어느 정도까지 정밀도를 실현할 수 있는지, 발주측이 버 제거 품질에 대해 어디까지 허용 가능한지 등에 대해 협의하는 것으로, 비용 절의 길이 보일 지도 모릅니다.
덧붙 용접의 필요성을 재검토
이음 용접 등에서는 강도를 확보하기 위해 육각 용접의 지시를 넣는 것이 일반적이라고 생각합니다만, 박판으로 저변형 용접을 용이하게 실현할 수 있는 레이저 용접은 육각 용접이 어렵습니다. 최근에는 화이버 레이저 용접 등 모재 용접으로도 충분한 강도를 확보할 수 있는 공법도 보급되어 왔기 때문에 강도 확보를 위한 살집을 고집하지 않고 공법 전환을 검토하는 것도 비용 절감의 한 수가 될 가능성이 있습니다.
정리
판금 가공이란 금속의 박판에 힘을 가해 변형 시켜 입체 형상을 만들어 내는 가공 기술입니다. 레이저 절단이나 프레스, 절곡 등의 공정을 조합함으로써 경량이면서도 강도를 갖춘 부품을 효율적으로 제작할 수 있는 것이 특징입니다. 이 소성 변형을 이용함으로써 복잡한 형상이나 얇고 정밀한 부품을 자유자재로 가공할 수 있습니다. 특히 산업기계나 장치 분야에서는 제어반이나 커버, 케이스, 브래킷 등의 부품에 많이 사용되어 기계 내부를 보호하면서 안전성이나 유지보수성을 높이는 역할을 하고 있습니다.
