콤파운드 금형과 콤비네이션 금형

왜 배우는가: 콤파운드 금형과 콤비네이션 금형은 한 금형으로 여러 공정을 묶는 대표적인 방식이라 프레스 금형 설계의 기본이 된다. 공정 통합의 원리와 장단점이 함께 묻기 때문에 1교시 용어 문제와 3교시 논술 문제에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제136회 1교시 3번, 제126회 3교시 6번, 제124회 1교시 3번, 제121회 1교시 6번, 제117회 3교시 6번, 제97회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

콤파운드 금형은 한 번의 스트로크로 블랭킹과 피어싱을 동시에 수행하는 복합형 금형이다.

• 복합형 금형: 여러 절단 작업을 한 스테이션에서 함께 처리하는 금형이다.
• 블랭킹: 판재에서 외형 부분을 떼어내 제품을 얻는 전단 작업이다.
• 피어싱: 제품 안쪽에 구멍을 뚫는 전단 작업이다.
• 역배치 구조: 일반 블랭킹 금형과 상하 배치를 반대로 둔 구조이다.
• 1회 스트로크: 프레스 램이 한 번 내려갔다 올라오는 한 번의 작업 행정이다.
• 콤비네이션 금형: 절단 공정과 비절단 공정을 한 금형에서 함께 수행하는 금형이다.

2. 개념 풀이

정식 정의부터 쓴다. 콤파운드 금형은 하나의 스테이션에서 두 가지 이상의 절단 작업을 한 번의 프레스 스트로크로 동시에 수행하는 프레스 금형이다. 제품의 외형을 떼어내는 블랭킹과 제품 안의 구멍을 뚫는 피어싱이 같은 순간에 이루어지므로, 외형과 구멍의 상대 위치가 공정 사이의 이송 없이 정해진다.

이 원리의 바탕은 역배치 구조에 있다. 상형에는 블랭킹 다이 역할을 하는 매트릭스와 피어싱 펀치가 설치되고, 하형에는 블랭킹 펀치가 놓인다. 블랭킹 펀치가 피어싱의 다이 역할을 함께 맡기 때문에 한 번의 행정에서 두 작업이 성립한다. 블랭킹으로 떼어낸 제품은 상형 다이에서 떨어져 하형 펀치 위에 놓이고, 피어싱된 스크랩은 펀치 구멍을 따라 아래쪽으로 배출된다.

이 구조에서 버는 한쪽 면에만 형성된다. 따라서 버 방향을 한 면으로 정해 관리할 수 있다. 두 전단 작업이 한 스트로크에서 동시에 일어나므로, 필요한 프레스 용량은 두 작업의 전단력을 합산해 산정한다. 이 점이 단독 금형보다 큰 용량의 프레스를 요구하는 이유이다.

콤비네이션 금형은 블랭킹이나 피어싱 같은 절단 공정에 굽힘, 드로잉, 엠보싱, 성형 같은 비절단 공정을 한 번의 스트로크에 결합한 금형이다. 콤파운드 금형이 절단 공정끼리 묶은 것이라면, 콤비네이션 금형은 절단과 성형을 묶은 것이라는 점이 핵심 차이다. 두 금형 모두 공정 통합을 목표로 하지만 묶는 공정의 성격이 다르다.

공정을 여러 금형으로 나누면 소재를 공정 사이에 옮기고 위치를 다시 잡아야 하며, 이때마다 위치 오차가 생긴다. 통합 금형은 이 과정을 없애므로 제품 형상의 상대 정밀도를 확보하는 데 유리하다. 이 원리가 두 금형을 이해하는 출발점이다.

3. 등장 배경과 필요성

프레스 가공은 대량 생산에 쓰이며, 제품 품질은 구멍과 외형의 상대 위치 정밀도에 크게 좌우된다. 두 작업을 별도 금형으로 나누면 공정마다 소재를 옮기고 위치를 다시 잡아야 하므로 위치 오차가 누적된다. 콤파운드 금형은 두 작업을 한 스트로크에 묶어 이 누적 오차가 생길 경로를 없애려는 목적으로 쓰인다.

공정 수가 줄면 금형 수와 프레스 대수, 소재 이송 횟수가 함께 줄어든다. 그 결과 설비 점유 면적과 공정 간 대기 시간이 감소하고, 생산 원가와 리드타임이 낮아진다. 이 점에서 콤파운드 금형은 같은 형상의 제품이 대량으로 나오는 전기·전자·기계 부품 생산에 적합하다.

제품 형상이 복잡해지면서 절단과 성형을 한 번에 처리해야 하는 요구도 늘었다. 이 요구에 응답하는 방식이 콤비네이션 금형이며, 굽힘이나 드로잉을 절단과 같은 스트로크에서 처리하는 점이 필요성의 핵심이다. 성형 공정을 별도 금형으로 두면 절단 후 성형 위치를 맞추는 작업이 추가되므로, 통합 구조는 이 추가 공정을 줄이는 방향이다.

다만 공정을 한 금형에 모으면 금형 구조가 복잡해지고 제작 기간과 비용이 늘어나며, 정비와 수리도 어려워진다. 따라서 생산량, 제품 형상, 정밀도 요구를 함께 따져 통합 금형을 쓸지 여부를 정해야 한다. 이 판단 기준이 두 금형의 장단점과 적용 조건을 설명하는 이유이다.

4. 구성요소·원리·절차

콤파운드 금형은 한 번의 프레스 행정에서 블랭킹과 피어싱을 동시에 수행하는 단일 공정 금형이다. 일반 블랭킹 금형이 상형에 펀치를 두는 것과 달리, 콤파운드 금형은 상형에 다이 블록과 피어싱 펀치를 두고 하형에 블랭킹 펀치를 둔다. 펀치와 다이의 위치가 뒤집혀 있어 역(逆) 방식의 금형이라고도 한다.