제품·스크랩 배출

왜 배우는가: 프레스 가공은 행정마다 제품과 스크랩이 금형 밖으로 나와야 다음 행정이 안정되게 이어진다. 배출이 막히면 설비가 정지하고 금형이 손상되며, 작업자가 금형 안에 손을 넣게 되어 사고 위험이 커진다. 그래서 시험에서는 배출 방안을 금형 설계의 필수 항목으로 묻는다.

출제 이력: 제132회 2교시 6번, 제124회 4교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

프레스 가공 후 제품과 스크랩을 금형 밖으로 빼내어 분리하는 금형 기능과 방법을 말한다.

핵심 키워드

• 제품 배출: 가공이 끝난 제품을 금형 밖으로 내보내는 작업이다.
• 스크랩 배출: 타발 후 남는 잔재를 금형과 프레스 밖으로 처리하는 작업이다.
• 스트리퍼: 펀치가 빠질 때 소재를 붙잡아 펀치에서 떼어내는 부품이다.
• 녹아웃: 다이 안에 걸린 제품을 위로 밀어 꺼내는 부품이다.
• 슈트: 배출된 제품과 스크랩을 프레스 외부로 안내하는 경로이다.
• 스크랩 상승: 스크랩이 펀치에 붙어 따라 올라오는 현상이다.
• 에어 블로: 압축공기로 제품이나 스크랩을 날려 보내는 방식이다.

2. 개념 풀이

제품·스크랩 배출은 프레스 행정에서 타발이나 성형이 끝난 제품과, 펀치와 다이 사이에서 생긴 스크랩을 금형 외부로 내보내는 전체 과정을 가리킨다. 제품은 다음 공정으로 넘어가는 가공물이고, 스크랩은 제거해야 할 잔재이다. 두 대상은 배출 경로와 장치가 달라 따로 설계해야 하며, 배출이 완료되어야 다음 소재가 같은 위치에 정확히 공급되어 연속 가공이 이루어진다.

프레스는 한 행정마다 상형과 하형이 닫혔다가 열리는 주기로 움직인다. 따라서 배출은 이 주기 안에서 끝나야 하며, 펀치가 올라가는 동안 스트리퍼가 소재를 펀치에서 떼어내고 제품은 다이 구멍을 통해 빠져나가야 한다. 배출 원리는 중력 낙하, 기계적 밀어냄, 공압 취출의 세 가지로 요약된다.

중력 낙하는 제품이 다이 구멍을 빠져나가 아래의 슈트나 컨베이어로 떨어지는 방식이다. 구조가 단순하고 비용이 적지만, 제품이 얇거나 기름이 묻어 다이 면에 달라붙는 경우에는 낙하가 불안정하다. 따라서 다이 구멍 아래는 항상 비어 있어야 하며, 구멍이 좁으면 제품이 걸려 다음 행정에서 재가공되는 문제가 생긴다.

녹아웃이나 이젝터는 스프링이나 기계 구동으로 제품을 다이 밖으로 밀어 올리는 장치이다. 제품이 다이 안에서 걸리는 경우에도 확실히 빼낼 수 있어 두꺼운 제품이나 드로잉 제품에 쓰인다. 공압 취출은 압축공기를 다이 구멍이나 금형 면으로 분사해 제품을 날려 보내는 방식이다. 금형 구조를 크게 바꾸지 않고 적용할 수 있으나, 공기 압력이 과하면 제품이 튀어 작업 영역을 벗어날 위험이 있으므로 압력 조건을 설계에 함께 반영한다.

스크랩은 제품 외곽을 따낸 뒤 남는 격자나 중심 부분으로, 금형 내부에 쌓이면 펀치와 다이 날의 재타발을 일으키고 소재 이송을 방해한다. 따라서 스크랩은 펀치 구멍을 통과시켜 다이 아래의 스크랩 슈트로 보내거나, 스크랩 커터로 잘라 배출하는 것이 일반적이다. 금형 내부 스크랩 잔류 금지가 배출 설계의 기본 조건이다. 스크랩이 펀치에 붙어 올라오는 스크랩 상승은 스트리퍼의 힘이 부족하거나 펀치와 소재 사이의 마찰이 클 때 발생한다.

배출 설계는 대개 네 단계로 진행한다. 먼저 제품과 스크랩의 형상과 크기를 확인하고, 그다음 배출 방향을 중력 방향과 맞출지 정한다. 이어서 녹아웃, 스트리퍼, 공압 중 배출 장치를 고르고, 마지막으로 프레스 외부까지 이어지는 슈트나 컨베이어를 연결한다. 이 순서가 바뀌면 장치 위치와 금형 공간이 충돌하여 재설계가 필요해진다.

배출 작업이 수작업이면 작업자가 위험 영역에 손을 넣는 빈도가 늘어 사고 위험이 커진다. 그래서 배출은 금형과 이송장치가 담당하는 자동 배출을 기본으로 하고, 수공구는 보조 수단으로만 쓴다. 이 원칙은 제품과 스크랩 모두에 적용된다.

3. 등장 배경과 필요성

프레스 가공은 같은 금형으로 짧은 주기를 반복하는 대량생산 방식이다. 행정 속도가 높아질수록 작업자가 행정마다 제품을 집어내는 방식으로는 생산 속도를 따라갈 수 없으므로, 배출을 금형 안에서 자동으로 끝내는 구조가 필요해졌다. 연속 이송 프레스와 프로그레시브 금형이 보급되면서 배출 문제는 금형 설계의 핵심 항목이 되었다.

배출이 불량하면 스크랩이 다이 면에 남아 다음 행정에서 제품 표면을 긁거나 금형 날을 손상시킨다. 제품이 다이에 끼어 설비가 정지하면 생산 손실과 금형 수리 비용이 함께 발생한다. 이러한 손실을 줄이기 위해 배출 경로를 금형 설계 초기에 확정하는 것이다.