순차이송형 금형 설계 공정

왜 배우는가: 순차이송형 금형은 프레스 금형 설계의 기본 형식이며, 생산성과 정밀도를 좌우하는 구조이다. 시험에서는 설계 공정 순서와 기술정보 정리를 묻는 문제가 반복되어 나오므로 흐름을 순서대로 익혀야 한다.

출제 이력: 제138회 3교시 1번, 제126회 3교시 3번, 제114회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

순차이송형 금형은 띠 모양 소재를 피치만큼 이송하면서 여러 스테이션에서 가공을 순서대로 수행해 완제품을 얻는 프레스 금형이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 스트립: 코일에서 풀려 금형에 공급되는 띠 모양 판재이다. 전 공정을 거치며 이송되는 소재 자체이다.
• 피치: 스트립이 한 행정마다 이송되는 거리이다. 인접한 스테이션 사이의 간격과 같다.
• 스테이션: 펀칭, 블랭킹, 굽힘, 성형 등 한 가지 가공을 맡는 금형 내 구역이다.
• 파일럿: 스트립에 미리 뚫린 구멍에 끼워져 이송 때마다 위치를 정하는 핀이다.
• 캐리어: 제품 주변에 남는 띠 부분으로, 제품을 스트립에 연결해 이송을 가능하게 한다.
• 스트립 레이아웃: 스트립 위에 스테이션별 가공 형상과 피치를 배치한 도면이다.
• 스크랩: 제품을 떼어내고 남는 폐재이며, 금형 밖으로 배출해야 막힘이 생기지 않는다.

이 키워드들은 설계 공정의 순서와 직결된다. 스트립 레이아웃과 어레인지도는 설계 초기에 함께 검토해야 할 기준이므로, 키워드의 뜻을 정확히 알아야 흐름도의 각 단계를 설명할 수 있다.

2. 개념 풀이

순차이송형 금형은 단발 금형 여러 개를 하나의 금형 안에 일렬로 배치한 구조이다. 소재는 금형 입구에서 한 번 공급되고, 각 스테이션을 차례로 지나면서 필요한 가공을 받는다. 프레스가 한 번 작동할 때 모든 스테이션이 동시에 가공을 수행하므로, 마지막 스테이션에서는 행정마다 완제품이 배출된다. 공정 사이를 사람이 옮기지 않아도 되는 이 구조가 순차이송형 금형의 기본 정의이다.

원리는 세 동작의 반복으로 설명된다. 첫째, 이송 장치가 스트립을 피치만큼 앞으로 보내 다음 스테이션에 소재를 위치시킨다. 둘째, 파일럿이 이미 뚫린 구멍에 끼워져 스트립의 위치를 정확히 고정한다. 셋째, 상형이 하강하며 각 스테이션에서 펀칭, 굽힘, 성형이 동시에 이루어진다. 이 세 동작이 한 행정마다 반복되므로, 파일럿의 위치 정확도와 피치의 일정함이 완제품 치수 정밀도를 결정한다.

펀칭 공정의 원리는 전단 작용이다. 펀치가 다이 구멍으로 소재를 밀어 넣으면서 소재가 전단되고, 이때 펀치와 다이 사이의 간극(클리어런스)이 적절해야 전단면이 깨끗하게 형성된다. 간극이 지나치게 크거나 작으면 버가 커지고 제품 치수가 흔들린다. 이 관계는 순차이송형 금형에서도 단발 금형과 같다.

스테이션 배열은 일반적으로 첫 스테이션에서 파일럿 구멍을 뚫고, 이어서 외곽 블랭킹, 내부 펀칭, 굽힘, 성형 순서로 구성한다. 파일럿 구멍을 가장 먼저 뚫는 이유는 뒤 공정의 위치 기준을 만들기 위해서다. 굽힘과 성형은 소재가 충분히 고정된 뒤 수행하며, 마지막에 제품 분리 스테이션을 둔다. 이 배열은 스트립 레이아웃에서 결정되므로 공정 순서가 바뀌면 금형 구조 전체가 달라진다.

공구 분할은 한 스테이션이 맡을 가공량을 정하는 작업이다. 한 스테이션에 가공이 몰리면 펀치가 약해지고 파손 위험이 커지므로, 가공 부담을 여러 스테이션에 나눠 배분해야 한다. 공구 분할은 펀치의 강도와 금형 크기, 생산 속도를 함께 고려하여 결정한다.

핵심 용어는 두 가지를 더 익혀야 한다. 스트리퍼는 펀치가 상승할 때 스트립이 펀치에 끌려 올라가지 않도록 눌러 주는 부품이다. 스트리퍼가 없으면 스트립이 함께 들려 이송이 틀어진다. 스크랩 배출은 캐리어에서 떨어진 폐재를 금형 밖으로 빼내는 처리이다. 배출이 막히면 금형이 파손되므로 스크랩 경로를 설계 단계에서 확보해야 한다.

정리하면 순차이송형 금형은 이송, 위치 고정, 가공의 반복을 한 금형 안에서 자동으로 수행하는 구조이다. 설계자는 이 반복이 안정되도록 피치, 파일럿, 스트리퍼를 함께 검토해야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

단발 금형으로 제품을 만들면 공정마다 프레스를 바꾸고 소재를 손으로 옮겨야 한다. 이 과정에서 공정 사이 대기 시간이 길어지고, 소재를 놓는 위치가 매번 조금씩 달라져 치수 편차가 누적된다. 대량 생산 현장에서는 이런 편차가 불량률과 원가로 바로 이어진다.