버링 가공의 정의, 장단점, 재질별의 주의점에 대해 해설

버링 가공은 박판에 나사 홀을 설치하는 효과적인 공법이지만, 재질 적성이나 대체 수단과의 비교로 고민하는 경우도 적지 않습니다.
이번 내용에서는 버링 가공의 기초 지식이나 장점, 단점, 재질별 주의사항을 자세히 해설합니다.

버링 가공의 정의 

버링 가공이란 금속판에 뚫린 밑홀의 가장자리를 밀어 펼쳐 통 모양의 플랜지를 성형하는 소성 가공의 일종입니다. 홀 플랜지 가공이라고도 하며, 얇은 판재에 대해 충분한 길이의 나사산을 확보할 목적으로 널리 사용됩니다.
일반적으로 안정된 나사 체결에는 나사 직경과 같은 정도의 유효 나사 길이, 즉 나사산이 3산 이상 필요하지만 박판에서는 확보가 어렵습니다. 버링 가공을 실시하여 구멍 주위를 국소적으로 두께로 만들면 나사산을 확보할 수 있어 견고한 체결력을 얻을 수 있습니다.
너트를 추가하지 않고 모재만으로 나사 기능을 확보할 수 있으므로 비용, 부품 수, 중량을 동시에 억제할 수 있습니다.

버링 가공의 장점 

박판에 견고한 나사 홀을 낮은 비용으로 만들 수 있다 

버링 가공의 가장 큰 장점은 너트 등의 추가 부품을 사용하지 않고 재료 자체를 이용하여 강도 높은 나사 홀을 형성할 수 있다는 점에 있습니다.
압입 너트나 용접 너트를 사용하는 경우, 너트 자체의 부품 비용과 더불어 압입이나 용접과 같은 추가 공수가 발생합니다. 한편 버링 가공은 프레스기에 의한 소성 가공으로 완결되므로 금형만 있으면 빠르고 저렴하게 나사 구멍을 형성할 수 있습니다.
또한 용접과 같이 열에 의한 왜곡이나 산화 스케일의 발생이 없어 품질이 안정되기 쉬운 것도 장점입니다. 스마트폰이나 가전제품의 내부 섀시 등, 대량 생산되는 박판 부품의 나사 체결부에 있어서, 버링 가공은 빼놓을 수 없는 기술이 되고 있습니다.

접합부의 세정성·위생성이 향상 

버링 가공으로 성형된 플랜지의 뿌리 부분은 모서리가 없는 매끄러운 R 형상이 되기 때문에, 오염물이 쌓이기 어렵고 세척이 용이하다는 위생상의 장점이 있습니다. 특히 식품, 의료, 화학 약품 제조 설비에서는 매우 중요한 요소입니다.

기존의 배관 분기에서 사용되던 T자 용접 방식은 모재와 분기 파이프의 접합부가 예각이 되기 쉬워, 모서리 부분에 내용물이 쌓이는 문제가 있었습니다. 쌓인 이물질은 세척이 어렵고 부식이나 세균 번식의 원인이 되어, 제품 품질을 저하시킬 위험이 있습니다.

버링 가공을 통해 매끄러운 분기부를 일체 성형하고 파이프를 용접함으로써, 접합부의 세정성이 향상됩니다. 실제로 엄격한 위생 관리 기준이 요구되는 식품 공장의 배관 라인에서는 적극적으로 채택되고 있는 기술입니다.

부품수 감축・경량화에 도움 

기존에는 판 두께를 두껍게 하거나 별도의 부품을 추가하던 부분에 버링 가공을 활용하면, 얇은 판재 그대로 필요한 기능을 확보할 수 있어 제품 전체의 경량화와 원가 절감으로 이어집니다.

예를 들어, 나사산을 확보하기 위해 3.0mm 두께의 강판이 필요했던 경우, 전체 판 두께를 증가시키면 재료 비용이 상승하고 제품 중량도 증가하게 됩니다. 그러나 버링 가공을 도입하면 1.6mm 두께의 얇은 판재에서도 충분한 나사 높이를 확보할 수 있어 더 얇은 소재로의 변경이 가능합니다.

버링 가공의 단점 

빈번한 나사의 탈부착에는 적합하지 않음

성형 높이·지름에 한계가 있다 

버링 가공으로 성형할 수 있는 플랜지의 높이와 직경에는, 재료의 연성(늘어나는 성질)에 의해 결정되는 물리적 한계가 존재합니다. 무리하게 높은 플랜지를 성형하려고 하면, 재료가 충분히 늘어나지 않아 끝단이 갈라지거나, 측면이 과도하게 얇아지게 되어 강도가 부족해지는 문제가 발생할 수 있습니다.

일반적으로 한 번의 프레스에서 수행하는 「일반 버링(standard burring)」에서는, 플랜지 높이를 판 두께의 약 2~3배 정도로 만드는 것이 한계입니다. 이 이상의 높이를 필요로 하는 경우에는 한 번의 가공으로 대응할 수 없으며, 여러 공정으로 나누거나 다른 가공 방법을 검토할 필요가 있습니다.

판 두께가 너무 두꺼우면 성형이 곤란 

버링 가공은 기본적으로 박판용 가공 기술이며, 판 두께가 2mm 이상이 되면 표준 공법으로 적용이 어렵습니다. 판 두께가 증가함에 따라 홀 가장자리를 밀어 넓히기 위한 가공 하중이 증대되어 재료가 원활하게 흐르지 않아 성형 불량을 일으키기 쉽기 때문입니다.
원래 이 정도 판 두께가 있으면 버링 가공에 의존하지 않아도 직접 탭을 세우면 나사산을 확보할 수 있을 것입니다. 후판에 대해서는 무리하게 버링 가공을 선택하지 말고, 솔직하게 탭 가공 등을 검토하는 것을 추천합니다.

버링 가공의 종류 

버링 가공은 성형 시 클리어런스(펀치와 다이의 틈새) 설정에 따라 크게 2가지 종류로 분류됩니다.

보통 버링 가공 

보통 버링 가공은 펀치와 다이의 틈새를 판두께와 거의 같은 치수로 설정하여 실시하는 가장 일반적이고 기본적인 공법입니다. 소재를 과도하게 압축하지 않고 자연스러운 재료의 신장을 이용하여 플랜지를 성형하기 때문에 가공이 비교적 용이하고 금형에 대한 부하도 적다는 특징이 있습니다.
주된 용도는 태핑 나사나 볼트로 체결하기 위한 「나사 밑 홀」 성형입니다. 이 방법에서는 재료가 연장되기 때문에 플랜지 선단의 두께는 원래의 판 두께보다 얇아지지만 폭넓은 용도로 충분한 강도를 확보할 수 있습니다. 도면 지시에서는 완성형의 내경과 높이를 지정하고 금형 설계자가 거기에서 적절한 밑홀 직경을 산출하는 것이 일반적입니다.

아이언링 버링 가공 

아이언링 버링 가공은 펀치와 다이의 틈새를 판 두께보다 의도적으로 좁게 설정하고 재료를 적극적으로 압축하면서 성형하는 방법입니다. 재료가 다이의 측면을 통과할 때에 「아이언링」작용을 받아 짜내듯이 당겨집니다.
플랜지 측면의 두께가 균일화되어 보통 버링보다 높은 상승과 뛰어난 치수 정밀도를 실현할 수 있습니다. 나사 홀 용도보다 부품끼리 끼워 맞출 때의 위치 결정용 보스나 고정밀도인 코킹용 플랜지의 성형에 이용됩니다.

재질별 버링 가공의 주의점 

벌링 가공의 품질은 가공되는 재료의 특성에 좌우된다는 점을 잊어서는 안 됩니다. 재료의 경도나 연성, 가공 경화의 정도가 플랜지의 깨짐 위험이나 성형할 수 있는 높이, 완성 후 나사의 내구성으로 이어지기 때문입니다.
같은 판 두께나 금형 조건이라도 재질이 다르면 결과도 크게 달라집니다. 여기에서는 대표적인 3가지 재질에 대해 주의점을 해설합니다.

스틸 

SPCC(냉간 압연 강판) 등의 연강판은 적당한 연성과 강도를 함께 가지며 벌링 가공에 적합한 재료 중 하나입니다. 가공 시 재료가 순수하게 늘어나 플랜지를 형성하기 쉽고, 깨질 위험이 낮아 안정적인 생산이 가능합니다.
가공 후 나사산도 충분한 강도를 가지며 일반적인 기계 부품 체결 용도로 높은 신뢰성을 자랑합니다. 녹이 잘 슬지 않으면 비용과 성능의 균형이 뛰어나 자동차와 가전제품 등 많은 분야에서 활용되는 가장 표준적인 선택지라고 할 수 있을 것입니다.

스테인레스 

스테인레스(SUS304 등)은 경도가 높고 가공 경화하기 쉽기 때문에 철보다 균열이나 가공 하중에 주의가 필요한 재료입니다. 가공 중에 재료가 단단해지는 특성으로 인해 성형에 큰 힘이 필요하며 플랜지의 균열 위험이 높아집니다. 

적절한 클리어런스 설정이나 윤활 등의 대책을 강구하면 가공은 충분히 가능합니다. 성형 후의 나사산은 내마모성이 높고, 우수한 내식성도 겸비하고 있기 때문에, 강도와 위생면의 양쪽이 요구되는 식품기계나 의료기기의 부품에는 최적입니다. 

알루미늄 

알루미늄은 부드럽고 연성이 높은 반면 강도가 낮아 나사산이 찌그러지기 쉽기 때문에 버링 가공 적용에는 신중한 검토가 요구됩니다. 성형자체는 용이하지만 완성된 나사 홀의 강도가 부족하기 쉽고 체결시 나사산이 쉽게 변형될 위험이 있습니다.

실무상 알루미늄 박판에 암나사가 필요한 경우에는 벌링 가공이 아닌 압입 너트를 사용하는 것이 일반적입니다. 어떻게든 채용할 경우는 M6 이상의 큰 사이즈를 선택해 순수 알루미늄보다 강도가 있는 합금계(A5052 등)를 이용하는 것이 바람직합니다.

판 두께와 버링 높이의 관계 

버링 가공을 설계하는데 중요한 파라미터 중 하나가 판 두께(t)와 그에 따라 결정되는 버링 높이(H)의 관계입니다. 가공 방법이나 재질에 따라 변동합니다만, 일반적인 기준이나 계산식을 이해해 둡시다.

버링 높이 H와 판 두께 t의 관계 

버링 높이(H)는 판 두께(t)에 의존하며, 일반적으로 「H≈ 2~3×t」 정도가 안전한 성형 기준입니다. 이 이상의 높이를 요구하면 재료의 성장이 한계를 넘어 플랜지 끝이 깨질 위험이 급증합니다. 설계상 충분한 체결 강도를 위해서는 「나사산 3산 이상」을 확보하는 것이 이상적이며, 이는 나사 피치(P)의 약 3배 높이에 해당합니다.

이 요구에서 필요한 최저 판 두께가 도출되어 예를 들어 M4나사(피치 0.7mm)에서 필요한 높이 약 2.1mm를 확보하려면 H≈ 2t으로 가정하면 약 1.1mm의 판 두께가 필요하다고 추산할 수 있습니다.

높이 계산식 

상세 설계에서는 목표로 하는 플랜지 직경과 높이에서 가공의 기점이 되는 밑홀 직경을 산출할 필요가 있습니다. 이 계산은 가공 전후로 재료의 부피는 변하지 않는다는 「부피 일정한 법칙」에 근거합니다.

이론상 밑홀 직경은 「d≈dm-2t」(d: 밑홀 직경, dm: 플랜지 중앙 직경, t: 판 두께)라는 식으로 어림할 수 있지만, 이것은 어디까지나 이상치입니다. 실제 가공에서는 플랜지 선단의 박육화나 가공 경화와 같은 복잡한 현상이 일어나기 때문에 이론값대로 되지 않습니다.

실무에서는 이 이론식을 참고하면서도 가공 업체가 경험을 바탕으로 공개하고 있는 밑홀 직경의 권장표를 이용하는 것이 가장 확실하고 안전한 방법입니다.

버링 가공과 비교되는 대체 공법 

버링 가공은 박판에 나사 기능을 갖게 하는 뛰어난 방법이지만 만능은 아닙니다. 강도나 내구성, 혹은 비용 면에서 버링 가공이 최적이 아닌 경우에는 대체 공법을 검토합시다.

크림프 너트(압입 너트) 

벌링 가공은 박판에 나사 기능을 갖게 하는 뛰어난 방법이지만 만능은 아닙니다. 강도나 내구성, 혹은 비용 면에서 버링 가공이 최적이 아닌 경우에는 대체 공법을 검토합시다.

용접 너트 

용접 너트는 전용 너트를 판금에 직접 용접하는 공법입니다. 접합 강도는 매우 높고, 강한 인장이나 충격, 진동이 걸리는 가혹한 환경에서도 느슨하지 않습니다.
단, 전용 용접 설비가 필요하기 때문에 가공 비용은 높아집니다. 또한 용접열에 의한 모재의 뒤틀림이나 불탄 흔적이 발생하기 쉽고, 특히 박판에서는 품질관리가 어렵다는 단점이 있습니다. 후처리가 필요한 경우도 많고, 부품 관리도 번거롭습니다. 비용 및 품질 요구가 매우 까다로운 용도로 한정되는 공법입니다.

자주 있는 질의 사항

여기에서는 버링 가공의 설계나 주문을 검토할 때 자주 묻는 질문에 대해 설명합니다. 

버링 탭과의 차이란? 

밑 홀 직경은 어떻게 결정하면 좋을까? 

어떤 판 두께로부터 버링보다 압입 너트를 선택해야 하는가? 

하나의 기준으로 M3 나사의 경우 판 두께 0.8mm 미만의 극박판에서는 압입 너트의 채택을 검토해야 합니다. 버링 가공으로 충분한 강도를 얻으려면 어느 정도의 높이가 필요하지만 극박판에서는 그것을 확보할 수 없습니다. 또한 재질이 알루미늄처럼 버링 가공에 적합하지 않거나 반대로 판 두께가 두꺼워 직접 탭 가공이 가능한 경우에도 버링 이외의 공법이 합리적입니다.

버링 가공의 지시는 도면에서 어떻게 써야합니까? 

도면 지시에서는 ①나사의 호출 직경, ②가공 방법, ③플랜지의 돌출 방향의 3점을 명기합시다. 예를 들면, 「M4 버링 탭(겉면 돌출)」이라고 기재하면, 가공자는 필요한 정보를 정확하게 이해할 수 있습니다. 버링의 높이는 금형과 판 두께로 결정되기 때문에 엄밀한 치수는 지정하지 않는 것이 일반적입니다. 중요한 것은 과도한 지정을 피하고 필요한 나사 기능을 달성할 수 있음을 명확하게 전달하는 것입니다.

정리 

버링 가공은 박판에 대해 추가 부품 없이 나사 기능을 부여할 수 있는 매우 효율적인 소성 가공 기술입니다. 특히 나사산 확보가 어려운 박판에 있어 너트가 필요 없고 강한 체결력을 실현할 수 있는 점이 큰 매력입니다. 이것에 의해, 부품 점수의 삭감, 경량화, 비용 절감이 가능해져 스마트폰이나 가전제품의 내부 구조등, 양산품에 대해 널리 활용되고 있습니다.
단, 버링 가공에는 성형 높이나 판 두께의 제약이 있어 잦은 나사 부착에는 적합하지 않다는 단점도 존재합니다. 특히 판 두께가 2mm를 넘는 경우나 반복 체결이 필요한 부분에서는 압입너트나 용접너트 등의 대체공법 검토가 중요합니다.
버링 가공에는 「보통 버링 가공」과 「아이언링 버링 가공」의 2종류가 있으며, 가공 정밀도나 용도에 따라 구분하여 사용할 필요가 있습니다. 보통 버링은 나사 홀 형성에 적합하며, 아이언링 버링은 치수 정밀도가 요구되는 위치 결정용 보스 등에 적합합니다.
또한 재질에 따라 가공성과 나사산의 내구성이 크게 다르기 때문에 철, 스테인레스, 알루미늄 등의 특성을 이해한 후 적절한 재질 선정과 설계가 필수적입니다. 특히 알루미늄은 연성이 높은 반면 나사산이 찌그러지기 쉽기 때문에 압입 너트가 더 적합한 경우를 많이 볼 수 있습니다.
설계 시에는 판 두께와 버링 높이의 관계를 파악하여 필요한 나사산 수(3산 이상)를 확보할 수 있도록 하는 것이 중요합니다. 이론식이나 가공 메이커의 권장치를 참고하면서 안전하고 확실한 치수 설계를 실시합시다.
마지막으로 버링 가공은 만능이 아닙니다. 제품의 사용 환경이나 내구성 요구, 비용 제약에 따라 클림프 너트나 용접 너트 등의 대체 공법과의 비교 검토를 실시하는 것이 최적의 설계로 이어집니다.
이번 내용을 참고하여 버링 가공의 특성을 올바르게 이해하고 제품에 최적인 가공 방법을 선정해 주십시오.