프레스 성형품의 평행도를 간단하게 측정하는 방법

스프링백의 종류

스프링백이 발생하는 원인은 프레스 하사점에서 성형품 내부의 응력 상태를 조사하여 확인할 수 있습니다. 예를 들면 굽힘 성형에서는 성형 하사점의 굽힘 외측에 인장 응력이 발생하며 굽힘 내측에는 압축 응력이 발생합니다. 그리고 금형에서 성형품을 꺼낼 때 판 두께의 응력차에 의해 모멘트가 발생하여 각도가 변하게 됩니다. 대표적인 스프링백에는 금형 어깨 R부에서의 각도 변화나 세로 벽의 휨, 비틀림, 능선 휨 등이 있습니다. 다음에는 그 원인이 되는 응력과 불량 사례를 소개합니다.

각도 변화:

판 두께 방향의 응력차에 의해 굽힘 부분의 각도가 변화하는 불량입니다.

벽 휨:

길이 방향의 응력차에 의해 벽면이 휘어지는 불량입니다.

비틀림:

판 두께 방향의 응력차와 면 내부 방향으로의 응력이 원인이 되어 전체가 비틀리는 불량입니다.

능선 휨:

판 두께 방향의 응력차에 의해 굽힘 능선이 휘어지는 불량입니다.

평행도의 스프링백 대책

스프링백에 대한 으로는 스프링백이 발생하는 방향과 반대 방향으로 형상을 바꾸는 금형의 설계가 일반적입니다. 즉 스프링백의 양과 방향을 미리 프레스 금형에 포함시켜 치수 공차를 맞출 수 있습니다.
지금까지 이 대책은 감과 경험을 바탕으로 많은 테스트를 거듭하여 금형을 수정해 왔습니다. 그러나 스프링백은 강판의 인장 강도에 비례하여 높아지는 경향이 있어 큰 스프링 백의 경우, 기존의 방법을 사용하면 금형의 수정 횟수가 많아집니다. 이러한 경우 최근에는 FEM(Finite Element Method: 유한 요소법)에 의한 시뮬레이션을 사용한 금형 설계가 도입되고 있다.
또한 그 외의 대책으로 1번의 스트로크로 대상 물체를 2회 굽히는 「2단계 굽힘」, 펀치의 날 끝면 양쪽 구석에 돌출부를 가공하는 「스트라이킹」 에 그치지 않고 가공재의 굽힘 부분에 V자형의 함몰(V노치)을 가공한 후 구부리는 「모서리 가공」 등이 있습니다.
또한 이 모든 것들은 이들은 스프링백의 발생 원인을 알고 있는 경우에 취할 수 있는 대책입니다. 다만 실제 프레스 성형품의 형상은 복잡하며 스프링백의 원인을 파악하기가 어렵습니다. 이 때문에 성형품의 각부를 면밀하게 측정해 스프링백의 각 요소에 대한 대책을 검증하는 방법이 채택되고 있지만 보다 효과적인 방법이 요구되고 있습니다.

스트링 백 양의 계산에 대해서

대략적으로라도 스프링 백의 양을 계산할 수 있으면 가공 전에 대책을 세울 수 있습니다. 그러나 스프링 백 양을 예측하는 계산식은 복잡하며 기본적으로는 금형 설계 시 사용하고 있습니다. 참고 용으로 다음에 그 식을 기재합니다.

Δθ

스프링백에 의한 각도 변화

θon

압력을 가했을 시의 굽힘 각도(°)

θoff

스프링 백 후 굽힘 각도(°)

σ_B

강판 강도(N/mm²)

R

펀치 곡률 반경(mm)

E

강판 영률(=206000N/mm²)

t

강판 두께(mm)

※ σ_B(강판 강도)와 E(강판 영률)는 재료 고유의 값입니다.

굽힘 가공의 날끝은 스프링 백의 양을 예상해 만들어져 있으며, 스프링백에 의한 오차를 계산하는 것은 어렵습니다. 즉 스프링 백의 양을 계산하는 것보다 내경 R로 조정하는 것이 더 쉽습니다. 또한 판 두께의 편차나 가공기의 스펙 차이 등의 영향도 있어 스프링 백의 양을 계산하더라도 실제 값과의 오차가 크기 때문에 성형 후의 측정을 통해 치수 공차를 확인해야 합니다.

3차원 측정기를 이용한 평행도 측정 과제

일반적으로 3차원 측정기로 휨을 측정하기 위해서는 대상 물체에서 측정하고 싶은 면의 모서리 4개 이상에 프로브 선단의 접촉자를 맞추어야 합니다.
예를 들어 플레이트 부자재의 경우 6~8지점을 측정하는 것이 일반적입니다. 측정 범위가 넓을 경우 측정 항목을 늘려 더 많은 부분의 측정값을 얻는 것으로 측정 정도를 향상시킬 수 있습니다.

평행도의 측정에는 다음과 같은 과제가 있었습니다.

• 점으로 접촉하여 측정해야 하기 때문에 기본적으로 전체 형상을 얻는 전체적인 어렵습니다.
• 보다 많은 측정값을 얻기 위해 다점 측정을 하기에는 많은 시간이 걸리며 전체 형상을 상세하게 파악할 수 없습니다.

CNC 화상 측정기를 이용한 평행도 측정 과제

일반적으로 화상 측정기에서는 스테이지에 셋팅한 대상 물체를 CCD 카메라로 읽어들여 3차원 측정을 합니다. 컬러 이미지를 통한 의한 관찰도 가능하지만 평행도 측정에서는 다음과 같은 과제가 있습니다.

• 대상 물체에 돌기가 있으면 검출 오류가 발생하는 경우가 있습니다. 또한 측정 항목 포인트 등의 설정이 다르면 측정 정도에 편차가 생깁니다.
• X, Y, Z 등 측정 항목이 늘어나면 프로그램이 복잡해지고 높은 전문 지식이 필요함과 동시에 설정 공수가 공정 수가 증가합니다. 때문에 측정하는 대상 물체의 수와 비례하여 측정 시간이 길어집니다. 게다가 측정실이 필요하고, 측정실을 기준 온도로 유지할 필요가 있는 등 현장의 모든 사람이 정확하게 측정할 수 없다는 것이 큰 과제였습니다.

VR 시리즈: 장점 1 원 샷으로 80만 포인트를 측정, 재측정 불필요

1회의 측정만으로 200mm×100mm라는 광범위한 형상을 「면」으로 측정하여 80만 포인트의 점 데이터를 수집. 선이나 점에 의한 측정이 아니므로 재검토가 필요하지 않아 측정 시간을 단축할 수 있습니다. 또한 평행도나 직각도 등 데이텀을 필요로 하는 측정도 간단하게 할 수 있습니다. 또한 모든 측정 데이터가 저장되므로 저장된 데이터를 비교하거나 3D 설계 데이터와 비교할 수 있습니다.

3차원 측정기나 CNC 화상 측정기와 달리 스테이지에 놓은 대상 물체의 특징을 추출하여 자동으로 위치를 보정할 수 있습니다. 지금까지 많은 노력과 시간이 걸렸던 정밀한 위치 조정이 필요하지 않습니다. 이로 인해 특정 작업자에게 의존해왔던 측정 작업을 측정에 익숙하지 않은 분이라도 간단하고 빠르게 할 수 있습니다. 「VR 시리즈」를 사용하면 복잡한 형상의 평행도도 스테이지에 두고 버튼을 누르는 것만으로 정확하게 형상을 측정할 수 있습니다.

• 자세히 보기
• 상담·문의

VR시리즈: 장점 2 여러 개의 측정 데이터로 정량적인 비교·해석이 가능

최고 속도 1초만에 대상물 전체의 3D 형상을 면으로 스캔하여 측정할 수 있는 「VR 시리즈」는 기존에 비해 간단한 설정으로 많은 대상물을 정량적으로 측정할 수 있습니다. 또한 측정 항목이나 측정 항목 수가 바뀌어도 설정 변경에 시간이 걸리지 않습니다.
이렇게 효율적으로 수집한 여러 개의 측정 데이터는 목록으로 표시할 수 있는 것은 물론 모든 데이터에 같은 해석 내용을 일괄적으로 적용할 수 있습니다.
이를 통해 여러 대상 물체의 형상 데이터 차이를 한눈에 확인할 수 있습니다.예를 들어 여러 데이터의 평행도를 일괄 분석하여 정상 제품과 비교하여 불량품에 얼마만큼의 휨이 있는지 정량적인 평가를 빠르고 간단하게 할 수 있습니다.

또한 풍부한 보조 툴을 사용하여 원하는 측정 내용을 쉽게 설정할 수 있습니다.
설정이 간단할 뿐만 아니라 초보자도 조작하기 쉽기 때문에 측정에 익숙하지 않은 사람이라도 최고 속도 1초만에 정확하게 측정할 수 있습니다. 그 때문에 시제품이나 검증뿐만 아니라 제품의 측정·검사에서 간단하게 N수 증가를 진행할 수 있습니다.

• 자세히 보기
• 상담·문의