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by 예술을 꿈꾸는 공학자 Jan 15. 2023

기구쟁이 초보를 위한 기구설계 꿀팁

5. 판금가공

얇은 금속판은 접어서 가공할 수 있습니다.

금속을 사용하는데 간단한 형상을 만들고 싶다면? 임시적으로 조립에 필요한 부품을 빨리 만들고 싶다면? 간단하게 전자보드(PBA)를 조립할 수 있는 케이스를 만들고 싶다면? 그럴 땐 판금을 가공하는 것이 좋은 방법일 수 있습니다.

정의

판금(Sheet metal)이란 얇은 판형태의 금속을 말합니다. 절삭가공과 달리 정해진 두께의 판재를 가공하기 때문에 상대적으로 빨리 제작이 가능하고 저렴합니다. 그래서 시제품을 만들어보거나 간단한 형상을 대량생산하기 좋다는 장점이 있습니다. 하지만 절삭가공에 비해서는 정밀성이 떨어지고 금속판재만 사용해야 한다는 제한이 있습니다.

보통 0.5~2.0mm 정도의 두께를 사용하는데요. 판금 자체는 약하고 단순한 형상이지만 이를 보완하기 위해 아래와 같은 방법으로 가공을 합니다.

NCT, 레이저 절단기로 외형을 따내거나 구멍을 뚫는다.

나사산(TAP) 가공을 한다.

프레스 장비로 절곡을 한다.

스탠드오프 혹은 팸너트를 압입한다.

판금물끼리 용접을 한다.

NCT(Numerically Controlled Turret) 펀칭머신은 쉽게 말하자면 여러 형상의 칼날을 상황에 맞게 장착하여 금속판을 때리듯이 가공하는 장비를 말합니다. 때문에 별도의 금형 없이 형상을 따낼 수 있다는 장점이 있습니다. 레이저 절단기는 NCT로 작업할 수 없는 얇은 판재나 복잡한 형상을 따낼 때 사용합니다.

후가공으로 나사산을 만들거나 스탠드오프(Stand-Off)나 팸너트를 압입하여 돌출된 형태의 나사산을 만들 수 있습니다. 이를 통해 다른 부품과 나사로 조립할 수 있습니다.

절곡(Bending)은 프레스 장비로 판금을 일정 각도로 구부리는 것을 말합니다. 절곡을 할 때는 보통 위에서 아래로 판금을 누르면서 굽히게 되는데 위에서 누르는 부분을 펀치, 아래에서 받치는 받침대 부분을 다이라고 합니다. 절곡은 작업자의 숙련도나 장비에 따라 완성도가 달라질 수 있습니다.

이렇게 만들어진 판금물은 제품의 케이스나 내장부품, 각종 부품을 고정하는 역할 등으로 사용할 수 있습니다.

대상물

주로 사용하는 재료

알루미늄 합금: A5051

스테인리스 합금: STS304

강판: SPCC

압입하는 부품은 판금물 주변에 약간의 변형이 생기면서 결합이 되는 원리이기 때문에 주로 알루미늄 판재에만 작업을 합니다. SPCC는 부식이 잘 되기 때문에 후처리를 해주는 것이 좋습니다.

판재 두께는 0.3, 0.5, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0mm 등이 있으나 그 외에 두께도 물론 있습니다. 알루미늄은 압입 부품이나 작업성, 강도를 위해 보통 1mm 이상을 사용합니다. 스테인리스나 spcc는 강도가 높아 그보다 얇은 두께도 사용합니다. 보통은 업체에서 주로 사용하는 두께 중에서 선택하여 제작합니다.

판금물을 설계할 때 주의사항

Burr 제거(안전상 이유)

절곡부는 최소 R값을 고려하여 설계

후가공위치는 절곡부에서 두께의 4배 이상 떨어지도록 배치(위치 >= 4T)

용접, 압입, 절곡이 가능하도록 설계

NCT 머신으로 가공할 경우 모서리가 날카롭거나 칼날 자국과 다음 칼날 자국 사이에 약간의 돌출부가 존재하는 경우가 있습니다. 이를 보통 Burr라고 표현하는데 Burr가 없도록 후가공을 해야 다치치 않고 안전합니다. 보통은 업체에서 기본적으로 Burr칼이라는 도구나 연마 과정을 통해 Burr를 제거하지만 도면에 ‘제품 외관에 Burr 없을 것’과 같이 확실히 명시해 두는 것이 좋습니다.

절곡하여 접힌 모서리를 완벽히 직각으로 만드는 것은 불가능하며 아주 작게나마 둥글게 반경을 갖게 됩니다. 이 반경(radius)을 보통 R값이라고 표현을 하는데요. 재료가 두꺼워질수록 절곡부의 최소 R값이 점점 커지게 됩니다. 만약 R값이 중요하다면 업체에 문의해 보는 것이 좋습니다. 해당 업체에서 특정 재료를 굽혔을 때 구현할 수 있는 최소 R값에 대해 알 수 있습니다.

각종 후가공 위치는 절곡부에서 적어도 재료 두께의 4배 이상 떨어진 곳에 배치하는 것이 좋습니다. 너무 가까우면 작업하기가 어려워지거나 가공이 불가능할 수 있습니다. 또한 연속으로 절곡하는 위치가 너무 가깝거나 압입, 용접하기 어려운 구조가 되지 않도록 설계가 필요합니다. 연속으로 절곡하는 위치 간격은 재료 두께에 따라 4~8mm의 여유는 있어야 합니다.

복잡한 형상이나 얇은 판금을 가공할 때 레이저를 사용할 수 있습니다.

레이저 가공품을 설계할 때 주의사항

레이저 가공은 기본적으로 태워서 만드는 것이기 때문에 탄 자국이 존재할 수 있고 절단면이 매끄럽지 않습니다. 그리고 레이저가 시작되는 위치에 Burr가 존재할 수 있습니다. 따라서 Burr가 있으면 안 되는 부분이 있다면 도면에 표기해 주는 것이 좋습니다. 보통 프레스가공 업체에서 레이저 가공도 같이 하는 경우가 많습니다. 따라서 도면을 보고 업체와 상의 후 가공방법을 결정하는 것이 좋습니다.

저렴하게 제작하는 방법

정밀하지 않아도 조립에 문제가 없도록 설계

제작 과정이 어렵지 않도록 설계

판금물은 절삭가공에 비해 정밀하게 만들기가 어렵습니다. 때문에 정밀하지 않아도 사용하는데 지장이 없도록 설계하는 것이 좋습니다. 즉 허용오차가 여유 있도록 설계하는 것이 좋습니다. 또한 절곡이나 압입, 용접을 하는 작업자가 작업이 너무 어렵지 않도록 단순하게 혹은 공간적으로 여유 있게 설계하는 것이 좋습니다. 작업이 어렵다면 불량으로 이어지고 단가가 올라가기 때문입니다.