부품이 맞지 않거나 제작 비용이 너무 많이 드는 경우 잘못된 설계가 원인인 경우가 많습니다. 많은 엔지니어가 특히 초기 프로토타입에서 이러한 문제에 직면합니다. 촉박한 일정과 빠듯한 예산으로 인해 처음부터 일반적인 문제를 피하는 것이 중요합니다. 좋은 설계는 비용을 절감하고 부품 성능을 개선하며 생산을 간소화하는 데 도움이 됩니다.
많은 사람이 부품의 모양은 알고 있지만 금속 성형이 부품에 어떤 영향을 미치는지 잘 모릅니다. 이 가이드는 이러한 궁금증을 해소하고 더 나은 설계 방법을 보여줍니다.
판금 디자인이란?
판금 설계에는 공장의 작업과 일치하는 간단한 규칙을 사용하여 금속 부품의 모양과 절단 방법을 계획하는 것이 포함됩니다. 목표는 재료를 낭비하거나 생산 속도를 늦추지 않고 구부리고, 자르고, 조립하기 쉬운 부품을 만드는 것입니다. 잘 설계된 부품은 잘 맞고, 잘 작동하며, 비용도 관리할 수 있습니다.
좋은 디자인은 부품을 더 쉽게 만들고 조립할 수 있게 해줍니다. 또한 낭비도 줄일 수 있습니다. 디자이너는 금속이 구부러질 때 어떻게 움직이는지, 모양이 얼마나 쉽게 절단되는지 등을 고려합니다. 좋은 계획은 문제를 줄이고 비용을 절감하는 것을 의미합니다.
디자인 원칙 및 모범 사례
현명한 설계 선택은 지연을 방지하고 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다. 이러한 원칙은 부품을 더 쉽게 생산하고, 더 튼튼하고, 더 안정적으로 만들 수 있게 해줍니다.
제조 가능성을 위한 설계(DFM)
제조 가능성을 고려한 설계는 사용 가능한 기계로 부품을 쉽게 생산할 수 있도록 하는 것을 의미합니다. 간단한 굴곡, 표준 구멍 크기, 일관된 특징이 도움이 됩니다. 특수 공구가 필요한 깊은 드로잉이나 좁은 모서리는 피하세요. 균일한 굽힘 반경을 사용합니다. 구부리는 동안 왜곡을 방지하기 위해 가장자리에서 멀리 떨어진 곳에 피처를 배치합니다.
일반적인 디자인 오류 방지
구부릴 때 날카로운 내부 모서리에 금이 갈 수 있습니다. 구부러진 부분 근처의 작은 구멍이 늘어나거나 찢어질 수 있습니다. 벤딩이 너무 많으면 비용이 증가합니다. 벤딩을 너무 가깝게 배치하면 부품이 약해질 수 있습니다. 또한 공차가 맞지 않으면 조립이 어려워집니다. 이러한 실수는 생산 속도를 늦추고 비용을 증가시킵니다.
비용과 효율성을 염두에 두기
단순한 디자인은 비용이 적게 듭니다. 구부러짐, 구멍, 절단이 적으면 생산 속도가 빨라집니다. 맞춤형 도구가 필요한 기능을 피하세요. 표준 소재와 두께로 리드 타임을 단축합니다. 시트에 잘 중첩되는 평면 부품을 설계하면 재료가 절약됩니다. 조립도 고려하세요. 부품을 쉽게 정렬할 수 있어 노동력이 절약됩니다.
판금 설계 파라미터
기본 판금 파라미터에 익숙해지면 실용적이고 비용 효율적인 설계를 할 수 있습니다. 이러한 파라미터는 금속의 작동 방식을 제어합니다. 굽힘를 사용하여 부품이 결함 없이 정확하게 출력되도록 보장합니다.
굽힘 반경
굽힘 반경은 판금이 구부러질 때 형성되는 곡선입니다. 굽힘의 안쪽에서 측정합니다. 굽힘 반경이 너무 작으면 금속에 응력이 가해지므로 올바른 굽힘 반경을 선택하는 것이 중요합니다. 이로 인해 균열이나 찢어짐이 발생할 수 있습니다.
안전한 규칙은 금속의 두께와 동일한 굽힘 반경을 사용하는 것입니다. 예를 들어 금속 두께가 2mm인 경우 굽힘 반경은 최소 2mm가 되어야 합니다.
반경이 약간 더 크면 금속을 구부리기 쉽고 결함을 방지하는 데 도움이 됩니다. 또한 반경이 클수록 금속에 가해지는 응력이 줄어들어 성형 후 강도와 내구성이 높아집니다.
K-팩터 및 Y-팩터
판금이 구부러지면 바깥쪽은 늘어나고 안쪽은 압축됩니다. 그리고 K-팩터 는 이 동작을 예측하는 데 도움이 됩니다. 중립 축이라고 하는 두께 내에서 금속의 길이가 변하지 않는 위치를 표시합니다.
일반적인 K-계수는 0.3에서 0.5 사이입니다. K 계수가 0.5라는 것은 중성축이 금속 두께의 절반에 있다는 것을 의미합니다. K-계수가 낮을수록 중성축이 구부러진 안쪽에 더 가깝다는 의미입니다.
Y 계수도 비슷하지만 덜 일반적입니다. 굽힘 허용치를 직접 계산하는 데 도움이 됩니다. 두 가지 요소 모두 평평한 금속 컷아웃이 최종 모양으로 정확하게 구부러지도록 보장합니다.
굴곡 수당 및 굴곡 공제
굽힘 허용치 는 정확하게 구부리려면 평평한 시트에 얼마나 더 추가해야 하는지 알려줍니다. 금속은 구부러질 때 단순히 접히는 것이 아니라 약간 늘어납니다. 굽힘 허용치를 고려하지 않으면 완성된 부품의 길이가 너무 짧아집니다.
반면 연역적 추론은 정반대의 개념입니다. 구부러짐으로 인해 전체 평면 길이에서 얼마나 많은 길이를 뺄 수 있는지 계산하는 것입니다.
이 숫자를 올바르게 사용하면 벤딩 후 최종 부품이 설계와 정확히 일치하도록 할 수 있습니다. 오류, 낭비되는 금속, 불필요한 재작업을 방지할 수 있습니다.
홀 및 슬롯 거리
구멍이나 슬롯을 구부러진 부분에 너무 가깝게 배치하면 부품이 변형되거나 약해질 수 있습니다. 구부러진 부분 주변의 금속이 늘어나고 압축됩니다. 이 응력은 근처의 구멍에 영향을 미쳐 구멍이 휘거나 타원형이 됩니다.
일반적으로 구멍이나 슬롯은 구부러진 선에서 금속 두께의 2~3배 이상 떨어진 곳에 배치하는 것이 좋습니다. 예를 들어 판금 두께가 1mm인 경우 구멍을 구부러진 부분으로부터 최소 2~3mm 떨어진 곳에 배치합니다.
이 가이드라인을 준수하면 왜곡을 방지하고 조립 중에 부품이 올바르게 정렬됩니다.
최소 플랜지 길이
ㅏ 플랜지 는 부품을 강화하거나 부착 지점을 제공하기 위해 구부러진 가장자리입니다. 플랜지가 너무 짧으면 정확하게 구부리는 데 어려움이 있습니다. 심지어 부품을 약화시키거나 제조 과정에서 부정확성을 초래할 수도 있습니다.
안전한 최소 플랜지 길이는 일반적으로 금속 두께와 굽힘 반경의 4배입니다. 예를 들어 금속 두께가 1mm이고 굽힘 반경이 2mm인 경우 플랜지는 최소 6mm 길이(4 × 1mm 두께 + 2mm 반경)여야 합니다.
플랜지가 길면 구부리기가 더 쉬워지고 부품 강도가 향상됩니다. 이러한 최소 길이를 준수하면 생산 중 문제를 방지하는 데 도움이 됩니다.
벤딩 고려 사항
굽힘이 판금에 어떤 영향을 미치는지 알면 일반적인 제작 문제를 예방하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 부품이 실제 환경에서 올바르게 맞고 올바르게 작동하도록 보장할 수 있습니다.
스프링백 및 보상 방법
스프링백 은 금속이 구부러진 후 원래 모양으로 돌아가려고 하는 현상입니다. 거의 모든 금속에서 흔히 발생합니다. 판재를 구부린 후에는 설정한 각도를 정확히 유지하지 못하고 약간 튀어나오게 됩니다.
보정을 위해 목표 각도를 약간 초과하여 금속을 "과도하게 구부려야" 합니다. 예를 들어 90도 구부리기를 원한다면 처음에는 92도 또는 93도까지 구부릴 수 있습니다. 압력을 해제하면 금속이 원하는 90도 각도로 다시 튀어나옵니다.
스프링백의 양은 금속 종류, 두께, 구부러진 반경에 따라 달라집니다. 금속이 두껍고 반경이 클수록 스프링백이 더 눈에 띄는 경향이 있습니다. 항상 굽힘을 테스트하거나 굽힘 차트를 참조하여 소재에 대한 정확한 스프링백 값을 찾으세요.
헤밍, 조깅 및 오프셋 벤드
헤밍, 조깅 및 오프셋 벤드는 판금 부품에 강도, 안전성 또는 특정 모양을 추가하는 특수 기술입니다.
헤밍 은 금속 가장자리를 다시 접는 방식입니다. 이렇게 하면 가장자리가 강화되고 날카로운 모서리를 제거하여 더 안전하게 다룰 수 있습니다. 일반적인 단은 30~45도 각도로 구부린 다음 금속을 완전히 평평하게 접는 두 단계로 이루어집니다.
조깅은 두 개의 반대쪽 굴곡을 서로 가깝게 만들어 "스텝"을 형성합니다. 조깅은 두 판금 섹션을 겹치지 않고 평평하게 결합하는 데 도움이 됩니다. 조그 벤딩은 변형을 방지하기 위해 벤딩 사이에 충분한 간격이 필요합니다. 간격을 금속 두께의 두 배 이상으로 유지합니다.
오프셋 벤딩은 판금의 일부를 옆으로 이동시켜 평행하지만 이동된 표면을 형성합니다. 이러한 벤딩은 브래킷이나 마운팅 플레이트와 같이 부품을 정확하게 맞추는 데 도움이 됩니다. 왜곡을 방지하기 위해 벤드 사이에 충분한 공간(최소한 금속 두께)을 두어야 합니다.
커팅 및 펀칭 기능
적절한 절단 및 펀칭 기능은 정확한 부품, 더 쉬운 제조, 더 나은 성능을 보장합니다. 이러한 세부 사항을 신중하게 계획하면 생산 및 조립 과정에서 비용이 많이 드는 문제를 방지할 수 있습니다.
구멍 크기 및 위치
구멍 크기와 위치를 신중하게 선택하면 우수한 부품 품질과 조립 용이성을 보장합니다. 구멍을 뚫을 때는 금속 두께보다 작게 뚫지 않도록 합니다. 작은 구멍은 특수 공구가 필요하고 빨리 마모됩니다.
구멍 사이의 간격도 중요합니다. 구멍은 금속 두께의 최소 두 배 이상 간격을 유지하세요. 구멍을 너무 가깝게 배치하면 절단 또는 구부릴 때 변형되거나 늘어날 수 있습니다.
또한 가장자리와 구부러진 부분에 구멍이 생기지 않도록 주의하세요. 안전 거리는 일반적으로 금속 두께의 두 배에 주변 구부러진 부분의 반경을 더한 값입니다. 적절한 간격은 균열, 뒤틀림 및 약화를 방지합니다.
모서리 반경 및 내부 컷아웃
날카로운 내부 모서리는 응력을 유발하고 금속 부품을 약화시킵니다. 특히 구부리는 과정에서 균열이나 찢어짐이 발생할 수 있습니다. 내부 모서리에는 항상 작은 반경을 두세요.
권장되는 모서리 반경은 금속 두께의 절반 이상입니다. 반경이 클수록 응력이 고르게 분산되어 내구성이 향상되고 균열이 방지됩니다.
내부 컷아웃의 경우 좁은 슬롯이나 복잡한 모양은 피하세요. 생산 속도가 느려지고 종종 왜곡이 발생할 수 있습니다. 모서리가 둥근 단순하고 큰 컷아웃은 부품 강도와 정확성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
도구 액세스 및 릴리프
도구 접근 및 릴리프 컷을 사용하면 제조가 더 쉬워집니다. 릴리프 컷은 구부러진 부분 근처의 작은 금속 부분을 제거하여 공구가 작업할 수 있는 공간을 확보합니다. 응력을 줄여 금속이 뒤틀림 없이 쉽게 구부러지도록 도와줍니다.
릴리프 컷을 조심스럽게 배치합니다. 금속이 늘어나거나 뭉칠 수 있는 모서리나 좁은 구부러진 부분에 배치합니다. 일반적으로 릴리프는 구부러진 부분의 교차점에 작은 슬롯이나 구멍을 뚫습니다.
릴리프 컷은 부품이 뒤틀리거나 갈라지는 것을 방지합니다. 또한 더 빠르고 매끄럽고 정밀하게 벤딩할 수 있습니다. 특히 복잡한 모양을 디자인할 때는 항상 적절한 공구 간격을 계획하세요.
성형 기능
형성 판금 부품에 강도, 기능 또는 외관 개선을 추가할 수 있습니다. 이러한 기능을 잘 설계하면 제조가 간소화되고 부품 성능이 향상됩니다.
카운터싱크 및 카운터보어
카운터 싱크 는 구멍 주위에 각진 홈이 있습니다. 납작한 나사가 표면과 같은 높이에 놓일 수 있도록 합니다. 카운터보어는 나사나 볼트를 위한 바닥이 평평한 홈을 만들어 머리가 완전히 들어가도록 합니다.
카운터싱크는 빠르고 간단하게 제작할 수 있어 얇은 판재에 이상적입니다. 카운터보어는 더 두꺼운 소재와 더 세심한 가공이 필요합니다.
카운터싱크를 계획할 때는 표준 나사의 일반적인 각도인 82도 또는 90도 정도를 유지하세요. 나사가 잘 맞지 않는 너무 얕거나 깊은 카운터싱크는 피하세요.
카운터보어의 경우 바닥면이 평평하고 구멍이 나사 머리에 충분히 깊은지 확인합니다. 카운터보어에 필요한 깊이를 감당할 수 없는 얇은 재료는 피하세요.
랜스와 브리지 기능
랜스는 금속 탭을 부분적으로 분리하여 작은 돌출부 또는 각진 부분을 만드는 절단부입니다. 랜스는 전선을 고정하거나 어셈블리에서 스톱 또는 가이드 역할을 합니다.
브리지 기능은 비슷하지만 두 개의 평행한 컷이 있는 돌출된 섹션이 만들어집니다. 이러한 브리지는 종종 지지점이나 케이블 라우팅에 사용됩니다.
랜스를 디자인할 때는 절단 부위에 충분한 금속을 남겨두세요. 탭은 사용 중 구부러지거나 부러지지 않도록 충분히 넓어야 합니다. 또한 뒤틀림 위험을 줄이려면 랜스를 모서리나 구부러진 부분에 너무 가깝게 배치하지 마세요.
브리지 기능의 경우 절단이 평행하고 모서리가 둥근지 확인합니다. 응력 지점을 만들고 찢어질 수 있는 날카로운 모서리는 피하세요. 와이어나 패스너를 쉽게 삽입할 수 있도록 브리지 아래에 충분한 여유 공간을 확보하세요.
허용 오차 및 적합성
적절한 공차는 부품이 잘 맞고 안정적으로 작동하도록 보장합니다. 명확하고 현실적인 공차는 나중에 비용이 많이 드는 조정, 조립 지연 및 품질 문제를 방지하는 데 도움이 됩니다.
레이저 커팅의 치수 공차
레이저 절단 는 정확하지만 한계가 있습니다. 레이저 절단 판금 부품의 일반적인 공차 범위는 ±0.005인치(0.13mm)에서 ±0.010인치(0.25mm)입니다. 이 공차는 금속 두께와 절단 속도에 따라 달라집니다.
금속이 얇을수록 공차가 더 좁아지고, 재료가 두꺼울수록 편차가 더 커질 수 있습니다. 절단 속도가 빠르면 가장자리가 거칠어지고 정확도가 떨어지며, 절단 속도가 느리면 정밀도는 향상되지만 비용이 증가합니다.
부품을 설계할 때는 중요한 부분 주변에 여분의 공간을 남겨두세요. 구멍과 슬롯에는 약간의 크기 변화를 위한 여유 공간이 포함되어야 합니다. 일반적으로 볼트나 나사 크기보다 약 0.01인치(0.25mm) 더 크게 구멍을 만드는 것이 좋습니다.
굽힘 허용 오차
금속을 구부리면 더 많은 변동성이 발생합니다. 일반적인 굽힘 각도 허용 오차는 ±1~±2도입니다. 더 두꺼운 금속을 구부리거나 더 큰 벤딩 장비를 사용하면 이 허용 오차가 약간 증가할 수 있습니다.
이러한 공차를 관리하려면 정확한 굽힘이 필요한 설계는 피하고 약간의 조정을 위한 계획을 세우세요. 조립 중에 부품을 정렬하는 데 도움이 되는 슬롯이나 길쭉한 구멍을 포함하세요.
또한 가능하면 굽힘 횟수를 제한하세요. 굽힘이 추가될 때마다 불확실성이 증가하여 누적 오류의 위험이 높아집니다.
평탄도 및 각도
평탄도는 금속 표면이 완벽하게 평평한 상태에서 벗어난 정도를 측정합니다. 레이저 절단 판금의 평탄도 허용 오차는 일반적으로 피트당 0.01인치(300mm당 0.25mm) 정도입니다. 판재가 얇을수록 절단 중에 더 쉽게 휘어져 평탄도 문제가 증가합니다.
각도는 모서리가 정확한 각도로 얼마나 정확하게 만나는지를 나타냅니다. 표준 각도 공차는 일반적으로 ±1도입니다. 각도 공차가 더 엄격할수록 세심한 설정, 정밀한 기계, 느린 생산 속도가 필요합니다.
비용 효율적인 디자인 전략
효율적인 디자인은 비용을 절감하고 제조를 개선하는 데 도움이 됩니다. 디자인을 단순하고 실용적이며 생산하기 쉽게 유지하면 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
부품 수 감소
디자인에 부품 수를 줄이는 것이 비용을 절감하는 가장 좋은 방법 중 하나입니다. 부품이 추가될 때마다 더 많은 절단, 절곡, 조립 및 검사가 필요합니다. 부품 수가 적으면 전체 생산 공정이 간소화됩니다.
여러 개의 단순한 부품을 하나의 복잡한 부품으로 결합하여 부품 수를 줄이세요. 예를 들어 두 개의 브래킷을 함께 용접하는 대신 하나의 구부러진 조각으로 디자인합니다.
부품을 줄이면 재고 관리도 더 간단해집니다. 부품 수가 적다는 것은 서류 작업과 보관 비용이 줄어들고 조립 시간이 단축된다는 것을 의미합니다. 항상 부품을 병합하거나 불필요한 부품을 제거할 수 있는 기회를 찾아보세요.
다용도 컴포넌트 설계
다용도 부품은 두 가지 이상의 용도로 사용하도록 설계된 부품입니다. 여러 기능을 수행하는 단일 부품으로 제조를 간소화하고 전체 비용을 절감할 수 있습니다.
예를 들어 판금 브래킷 에는 조립 중에 다른 구성 요소를 정렬하는 슬롯이나 엠보싱 기능이 포함될 수 있습니다. 이렇게 하면 추가 정렬 부품이나 하드웨어가 필요하지 않습니다.
부품이 두 가지 이상의 기능을 수행할 수 있는 방법에 대해 창의적으로 생각해 보세요. 신중하게 배치한 구부러짐, 슬롯 또는 기능을 통해 작업을 결합하여 부품을 더욱 다양하게 활용할 수 있습니다.
재료 낭비 최소화
재료 낭비를 줄이면 생산 비용이 직접적으로 절감됩니다. 최소한의 재료를 사용하여 판금 스톡에 효율적인 디자인이 멋지게 중첩됩니다.
시트에서 잘랐을 때 깔끔하게 맞도록 부품을 디자인하여 낭비를 최소화하세요. 정사각형 또는 직사각형 모양은 단단하게 중첩되어 스크랩이 덜 발생합니다. 복잡한 모양이나 좁은 절단면은 종종 더 많은 폐기물을 발생시킵니다.
또한 디자인 전체에서 일관된 두께를 유지하세요. 두께를 혼합하면 여러 번 설정해야 하고 재료가 낭비됩니다. 금속 두께를 표준화하면 금속 시트를 더 효과적으로 사용할 수 있습니다.
결론
훌륭한 판금 디자인은 명확한 사고, 사려 깊은 계획, 절단, 굽힘 및 성형 시 금속의 거동에 대한 지식이 결합된 것입니다. 적절한 굽힘 반경, 공차, 구멍 간격, 접합 방법을 사용하면 생산 문제를 방지하고 비용을 관리할 수 있습니다.
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안녕하세요, 저는 케빈 리입니다
지난 10년 동안 저는 다양한 형태의 판금 제작에 몰두해 왔으며 다양한 워크숍에서 얻은 경험에서 얻은 멋진 통찰력을 이곳에서 공유했습니다.
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케빈 리
저는 레이저 절단, 굽힘, 용접 및 표면 처리 기술을 전문으로 하는 판금 제조 분야에서 10년 이상의 전문 경험을 갖고 있습니다. Shengen의 기술 이사로서 저는 복잡한 제조 문제를 해결하고 각 프로젝트에서 혁신과 품질을 주도하는 데 최선을 다하고 있습니다.
