프레스 가공품 불량(버·흠집 등)의 원인과 불량 부분 및 절단면(파단면 등)의 관찰

프레스 가공의 종류

프레스 가공은 일반적으로 다이와 펀치로 불리는 금형을 이용해 재료에 다양한 방법으로 압력을 가해 원하는 형상으로 성형합니다. 프레스 가공 시 이루어지는 대표적인 가공의 종류는 다음과 같습니다.

• 전단: 재료의 파괴 한계를 초과하는 힘을 가하여 가공(절단)합니다.
• 굽힘: 재료의 한 쪽에는 인장력, 다른 쪽에는 압축력을 가해 재료를 굽히는 가공입니다.
• 드로잉: 인장 응력으로 재료를 가공합니다.
• 압축: 재료에 압축력을 가해 가공합니다.

프레스 가공 시 대표적인 불량·이상의 원인과 대책

프레스 가공 시 발생하는 대표적인 불량과 그 원인·대책에 대해 설명합니다. 재료의 성질 및 설계, 가공 원리상 불량을 완벽히 해결할 수는 없지만, 다양한 대책을 통해 불량이 발생하는 빈도를 줄여 수율을 최대한 향상시키는 것이 중요합니다.

버

원인: 전단 가공 시 펀치와 다이의 틈새(여유 공간)가 지나치게 큰 경우 등의 이유로 발생합니다.
대책: 판 두께에서 1/2~1/3이 전단면이 되고 그 상태가 균일해지도록 만듭니다.

각 여유 공간 조건과 관련하여 전단 가공 후 재료 단면 구성을 나타내는 아래 이미지를 통해 각부의 명칭과 특징 등에 대해 설명합니다.

여유 공간이 적정량보다 클수록 버가 커집니다. 또한 펀칭 압력으로 인해 휨(펀칭 휨)이 발생하는 등 형상·치수의 정도가 떨어집니다. 반면에 여유 공간이 지나치게 작으면 파단면 사이에 2차 전단면(오른쪽 그림의 A)이 생기고 수염 형상의 버가 발생합니다.

버는 금속 재료 프레스 가공에서 이바리라고도 불리며, 그 사이즈는 이바리의 뿌리 두께(A)와 이바리의 높이(B)로 나타냅니다.

스프링 백

원인: 굽힘 가공 후 재료 내부에 잔류한 압축 응력과 인장 응력으로 인해 재료가 반발하여 가공부의 굴절 각도가 넓어집니다.
대책: 원하는 각도보다 좁은 각도로 굽히는 오버 벤트 처리를 실시하거나, 펀치에 스트라이킹 추가하기, 노치 형상 홈 만들기 등을 통해 방지합니다.

블랭크

원인: 드로잉 가공 시 플랜지 부분에 압축력이 가해져 발생합니다.
대책: 드로잉 조건에 따른 「블랭크 홀드」를 이용하여 재료에 가해지는 부하를 균일하게 만듭니다. 블랭크 홀드에는 고정식 외에 스프링과 다이 쿠션의 힘을 이용하는 가동식도 있습니다.

균열

원인: 드로잉 가공에서 인장력이 파괴 한계를 초과했을 때 재료에 균열이 발생합니다.
또한, 굽힘 가공에서도 재료의 압연 방향과 굽힘 폭 치수에 따라 구부러진 부분에 크랙(균열)이나 갈라짐·찢어짐이 발생합니다.
대책: 드로잉 가공에서는 블랭크 홀드의 압력을 낮추거나, 다이의 R 형상을 매끄럽게 하여 변형 저항을 작게 하는 등의 대책이 있습니다. 굽힘 가공에서는 굽힘 선과 재료의 압연 방향이 직각이 되도록 배치하거나, 굽힘 폭을 판 두께의 8배 이상으로 설정하는 등의 대책이 있습니다.

스크랩 상승(흠집 등의 원인)

원인: 펀칭 가공 후 원래는 이형되어야 할 스크랩(펀칭 잔여물)이 진공압이나 유막, 자기 등에 의해 펀치에 부착되는 현상입니다. 스크랩 상승은 재료의 표면에 흠집 등의 불량을 발생시키는 원인이 됩니다. 동시에 금형이 손상되는 경우도 있습니다.
대책: 펀치에 「킥 핀(키커 핀)」을 탑재하여 스크랩과 펀치 사이에 물리적인 틈새를 만드는 대책이 있습니다. 이 밖에 펀치의 선단에서 에어를 방출하거나 펀치에 홈을 파고 그곳에 에어 주입하기, 하부에서 스크랩 흡인하기 등의 방법도 있습니다. 또한, 사용하는 기름의 점도를 낮추거나 펀치에 홈을 만들어 기름의 접촉 면적을 줄이는 등의 방법으로 스크랩의 흡착을 줄일 수 있습니다.

프레스 가공품 단면(눌림면·전단면·파단면)의 고해상도 관찰

전단 가공한 프레스 가공품의 단면에서는 판 두께 대비 전단면의 비율을 통해 펀치와 다이의 여유 공간이 적정한지 등 가공 품질과 버의 발생 요인 등을 평가할 수 있습니다. 단면에 나타나는 눌림면 및 전단면, 파단면은 각각 요철과 거칠기, 무늬 등 표면 상태가 다릅니다. 또한 각 부분이 동일 계열 색상이라 콘트라스트가 낮지만 빛의 반사율이 다르면 어느 한 부분에 헐레이션이 발생하는 등 전체적인 표면 상태를 관찰하기 어려웠습니다.

4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고분해능과 깊은 피사계 심도를 동시에 실현한 텔레센트릭 HR 렌즈 및 4K CMOS 등을 탑재하여 동급 최고의 분해능과 해상도를 실현했습니다. 이에 따라 다양한 표면 상태가 혼재된 단면 전체에 초점이 맞는 선명한 화상을 취득할 수 있습니다.

또한 전용 설계 광학계와 4K CMOS, 조명을 조합한 새로운 관찰 방법인 「Optical Shadow Effect Mode」는 여러 방향에서 조명을 조사하여 촬영한 변위(콘트라스트)를 해석합니다. 이 방법을 통해 미세한 요철 등의 표면 상태를 높은 콘트라스트로 선명하게 관찰할 수 있습니다. 나아가 Optical Shadow Effect Mode 화상에 컬러 정보를 합성하여 요철(깊이·높이) 정보를 색으로 구분 표시함으로써 가시화할 수 있습니다.
「VHX 시리즈」는 이러한 첨단 관찰 방법을 간단한 조작만으로 실현할 수 있어 기존에는 조건 설정에 많은 시간이 필요했던 단면의 관찰·평가 속도가 비약적으로 향상됩니다.

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미세한 버의 풀 포커스 관찰

프레스 가공품에 발생한 버는 작더라도 딱딱하고 예리하여 제품의 안전성을 저해하는 원인이 됩니다. 또한, 부품 조립 시 버가 걸리는 등 생산 수율에도 영향을 줄 수 있는 불량입니다.
하지만 일반 현미경으로 입체적이고 미세한 버를 관찰할 경우, 일부에만 초점이 맞기 때문에 발생 원인 규명에 중요한 정보가 되는 버의 밑 부분과 선단을 선명한 전체상으로 동시에 관찰하기 어려웠습니다.

4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 최첨단 광학 기술과 독자적인 관찰 시스템을 통해 입체적인 대상 물체도 풀 포커스로 관찰할 수 있습니다.
고해상도 및 깊은 피사계 심도를 실현한 렌즈와 4K CMOS, 링 조명을 활용하여 수염 형상으로 발생한 버의 밑 부분에서 선단까지 대상물 전체에 초점을 유지하면서 4K 고해상도 관찰이 가능합니다.
불량 부분을 고해상도로 한눈에 볼 수 있기 때문에 관찰을 통한 원인 규명 작업의 효율을 크게 높여줍니다.

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흠집 등 미세한 불량 부분의 고콘트라스트 관찰

스크랩 상승 등으로 인해 발생하는 금속 재료 표면의 완만한 흠집, 미세한 흠집 등은 배경과의 콘트라스트가 낮기 때문에 조건 설정 난이도가 높고, 많은 시간을 들여 조절해도 제대로 관찰할 수 없는 경우가 있습니다.

4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 수동으로 조건을 설정할 필요가 없습니다. 버튼을 누르기만 하면 전방위의 조명 데이터를 자동으로 취득하는 「멀티 라이팅 기능」으로 관찰 목적에 가장 적합한 화상을 선택할 수 있습니다. 화상을 선택한 후에도 다른 조명 조건인 화상 또한 자동으로 저장되므로 샘플을 다시 세팅하지 않고도 다른 조건으로 관찰할 수 있습니다.

또한, SEM(주사형 전자 현미경)에 가까운 화상을 진공화 등의 번거로운 작업 없이 간단하게 취득할 수 있는 「Optical Shadow Effect Mode」를 활용하면 미세한 흠집도 높은 콘트라스트로 선명하게 관찰할 수 있습니다.

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