스크랩 상승

왜 배우는가: 스크랩 상승은 소재 이용률과 금형 안정성을 함께 떨어뜨리는 현상이다. 이 개념은 1교시 용어 문제와 2~4교시 원인·대책 문제에 모두 쓰이므로, 정의와 원리를 먼저 익혀야 원인을 설명할 때 블랭킹, 간극, 스트립 배치 같은 세부 항목을 정확히 연결할 수 있다.

출제 이력: 제133회 1교시 2번, 제117회 2교시 3번, 제109회 2교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

스크랩 상승은 프레스 가공에서 제품으로 쓰이지 않는 소재 부분인 스크랩이 늘어나는 현상이다. 스크랩이 많아지면 같은 판재로 만들 수 있는 제품의 수가 줄어들고, 금형 안에 남은 스크랩이 이송과 배출을 방해하여 금형 손상과 생산 중단으로 이어진다. 답안의 첫 줄에는 아래 정의 문장을 그대로 쓰고, 이어서 소재 이용률 저하와 금형 트러블을 설명하는 순서로 전개한다.

스크랩 상승은 제품 외 소재가 늘어 소재 이용률이 떨어지고 스크랩 처리가 불량해지는 현상이다.

이 개념을 이해하는 데 필요한 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 스크랩: 전단 가공에서 제품으로 쓰지 않고 버리는 소재 부분이다.
• 소재 이용률: 소재 면적에 대한 제품 면적의 비율로, 스크랩 상승의 정도를 나타내는 기준이다.
• 블랭킹: 소재에서 정해진 형상을 떼어내 그것을 제품으로 쓰는 전단 가공이다.
• 펀칭: 떼어낸 조각을 스크랩으로 버리고 남은 판재를 쓰는 전단 가공이다.
• 스트립: 판재를 금형에 연속으로 공급하기 위해 띠 모양으로 만든 소재이다.
• 스크랩 배출: 금형 안에서 스크랩과 제품을 금형 밖으로 빼내는 과정이다.
• 전단 가공: 소재에 파단 강도 이상의 힘을 가해 잘라내는 가공이다.

2. 개념 풀이

스크랩 상승의 정식 정의는 전단 가공에서 제품 외 부분이 차지하는 면적이 커져 소재 이용률이 낮아지고, 스크랩의 처리와 배출에 장애가 생기는 현상이다. 전단 가공은 펀치와 다이 사이에서 소재에 전단력을 가해 분리하는 가공이다. 이때 제품으로 쓰는 부분을 제외한 나머지 소재가 모두 스크랩이 되므로, 스크랩 면적은 제품의 배치와 소재 가장자리의 여유 폭으로 결정된다.

전단의 원리를 보면, 펀치가 소재를 누르면 소재는 탄성 변형과 소성 변형을 거친 뒤 다이 날 끝에서 균열이 생기고, 이 균열이 진행하여 소재가 파단된다. 이 과정에서 매끈한 면과 찢어진 면이 함께 나타난다. 펀치와 다이 사이의 간극이 적절하면 위와 아래에서 시작된 균열이 만나 깨끗한 절단면이 형성된다. 반면 간극이 맞지 않으면 파단면이 거칠어지고 제품 가장자리에 돌출부가 남으며, 이 돌출부는 후공정에서 제거해야 한다.

간극은 펀치와 다이의 치수 차이로, 소재 두께와 재질에 따라 적정 값이 정해진다. 간극이 지나치게 크면 전단면 위쪽 가장자리가 말려 올라가는 롤오버가 커지고 버가 커져 후공정 부담이 늘며, 스크랩의 형상과 배출 상태가 불안정해진다. 간극이 작으면 펀치와 다이의 마모와 파손이 빨라지고 전단력이 커진다. 따라서 스크랩 상승을 설명할 때는 간극이 스크랩의 형상과 배출에 영향을 준다는 연결을 함께 쓴다.

스크랩은 발생 위치에 따라 세 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 제품과 제품 사이에 남는 브리지이다. 둘째는 소재의 측면을 따라 남는 측면 스크랩이다. 셋째는 가이드 구멍이나 파일럿 구멍 주변에 남는 소재이다. 브리지 폭이나 측면 여유가 필요 이상으로 넓으면 같은 스트립에서 제품 수가 줄어 스크랩 상승이 일어난다.

소재 이용률은 제품 면적 ÷ 소재 면적 × 100(%)으로 구하며, 식으로 쓰면 다음과 같다.

$소재 이용률(%) = 제품 면적 ÷ 소재 면적 × 100$

여기서 소재 면적은 제품 면적과 스크랩 면적의 합이다. 스크랩 면적이 커지면 분모에서 제품 면적이 차지하는 비율이 작아지므로 소재 이용률이 떨어지고, 이 값이 스크랩 상승을 가장 직접적으로 나타내는 지표가 된다.

전단면은 펀치 진입 방향으로 소재가 매끈하게 밀려 절단된 면이다. 파단면은 균열이 진행하여 찢기듯 분리된 거친 면이며, 두 면이 차지하는 비율은 간극과 소재 특성의 영향을 받는다. 이 비율이 바뀌면 제품 품질이 달라지므로, 간극 관리는 품질과 스크랩 관리를 함께 다루는 항목이다.

3. 등장 배경과 필요성

프레스 가공은 금속 판재를 금형에 넣고 프레스 기계의 압력으로 전단, 굽힘, 드로잉 등을 수행하여 같은 형상의 제품을 대량으로 만드는 방식이다. 재료를 깎아내지 않기 때문에 절삭 가공에 비해 스크랩 발생량이 적다는 것이 장점이다. 그럼에도 대량 생산에서는 소재비가 제품 원가의 큰 부분을 차지하여, 스크랩의 작은 차이도 누적되면 원가에 크게 반영된다.

연속 이송 방식 금형에서는 스트립 배치가 곧 스크랩 면적을 결정한다. 같은 제품이라도 배치를 어떻게 잡느냐에 따라 제품 사이 브리지와 측면 여유가 달라지고, 그만큼 소재 이용률이 달라진다. 따라서 스크랩 상승은 금형이 완성된 뒤에 드러나는 문제이면서도, 설계 단계에서 배치와 여유 폭을 정하며 미리 줄일 수 있는 문제이다.