어레인지도

왜 배우는가: 프레스 금형 설계에서 어레인지도는 공정 순서, 스테이션 수, 소재 이송 방식을 한 번에 정하는 기준 도면이다. 이 도면을 이해하면 공정 설계와 금형 구조 설계가 어떻게 이어지는지 설명할 수 있어 반복해서 출제되는 주제이다.

출제 이력: 제127회 4교시 2번, 제97회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

어레인지도는 띠 형태 소재가 프로그레시브 금형의 스테이션을 차례로 지나며 가공되는 순서와 위치를 한 장에 나타낸 배치도이다.

답안의 첫 줄에는 이 정의 문장을 그대로 쓴다. 정의 뒤에는 도면이 무엇을 보여 주는지 두세 문장으로 풀어 적는다. 어레인지도는 제품 한 개의 형상을 그린 도면이 아니라, 소재 한 줄 위에 가공 순서를 펼쳐 놓은 그림이라는 점이 핵심이다. 이 차이를 분명히 해야 제품도와 혼동하지 않는다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 어레인지도: 소재 위에서 공정이 배치된 순서를 나타내는 도면이다.
• 스트립 레이아웃: 어레인지도와 같은 개념을 가리키는 표현이며 영문으로는 Strip Layout이라 쓴다.
• 스테이션: 소재가 한 번 이송될 때마다 하나의 가공이 이루어지는 위치이다.
• 피치: 한 스트로크에 소재가 이송되는 거리이다.
• 캐리어: 제품 외곽을 띠 소재에 연결해 이송을 담당하는 부분이다.
• 파일럿 홀: 이송할 때 소재 위치를 맞추기 위해 미리 뚫는 구멍이다.

이 여섯 용어는 공정 순서를 설명할 때 그대로 쓰는 말이므로 글 전체에서 같은 표기를 유지한다.

2. 개념 풀이

어레인지도는 프로그레시브 금형에서 띠 형태의 소재를 공급할 때, 각 스테이션에서 수행할 블랭킹, 피어싱, 벤딩, 드로잉 같은 가공의 순서와 위치를 소재 전개도 위에 배치한 도면이다. 금형 설계의 출발점이 되는 도면이며, 스테이션 수와 각 공정이 놓이는 위치가 이 도면에서 먼저 정해진다. 따라서 어레인지도는 금형 구조를 그리기 전에 확정하는 기준 도면이다.

원리는 소재의 연속 이송에 있다. 프로그레시브 금형에서 소재는 한 방향으로 계속 이송되고, 각 스테이션에서 서로 다른 가공이 같은 스트로크 안에서 동시에 이루어진다. 소재는 한 스트로크마다 피치만큼 이송된다. 따라서 모든 스테이션의 가공 위치는 피치를 기준으로 어긋남 없이 맞아야 하며, 한 스테이션의 위치가 틀어지면 뒤 스테이션에서 형상 불량으로 이어진다.

모든 스테이션의 가공 위치가 피치 기준으로 일치해야 한다는 것이 어레인지도의 핵심 조건이다.

도면을 읽을 때는 몇 가지 요소를 구분해야 한다. 파일럿 홀은 이송 중 소재를 정확한 위치에 세우기 위해 먼저 뚫는 구멍으로, 파일럿 핀과 맞물려 위치 오차를 줄인다. 캐리어는 제품 외곽을 띠 소재에 잇는 부분으로, 최종 스테이션에서 제품이 분리되기 전까지 소재를 지지한다. 두 요소는 제품 형상과 별개로 어레인지도에 반드시 표시된다.

스테이션은 가공의 단위이다. 한 스테이션에 블랭킹과 피어싱을 함께 넣을 수도 있고, 형상이 복잡하면 공정을 여러 스테이션으로 나눈다. 스테이션을 나누는 기준은 제품 형상과 금형 강도이며, 한 스테이션에 힘이 집중되면 펀치 파손과 금형 수명 저하가 생기므로 가공 부담을 고르게 나누는 것이 설계의 일반 원칙이다.

소재 전개도를 기준으로 배치할 때는 제품의 굽힘선 방향과 블랭킹 순서를 먼저 정한다. 앞 공정에서 뚫은 구멍을 뒤 공정의 위치 기준으로 쓰는 것이 일반적이므로, 파일럿 홀과 피어싱 스테이션은 굽힘이나 드로잉 스테이션보다 앞에 둔다.

최근에는 어레인지도 설계를 자동화하려는 연구도 이루어지고 있다. 2025년 국제 학술지에 실린 연구는 그룹 유전 알고리즘으로 스트립 레이아웃을 자동 설계하는 방법을 제시했다. 이 방법은 스테이션 수를 최소화하는 목적과 다이에 걸리는 토크의 균형을 동시에 고려하며, 필요하면 가공을 하지 않는 아이들 스테이션을 추가해 힘의 균형을 맞춘다. 현대 어레인지도 설계는 공정 수 절감과 하중 균형을 함께 다루는 방향으로 발전하고 있다.

3. 등장 배경과 필요성

프레스 가공은 한 번의 스트로크로 제품 전체를 완성하기 어려운 경우가 많다. 제품 형상이 복잡하거나 치수 정밀도가 높게 요구되면 전단, 굽힘, 드로잉 등을 여러 단계로 나누어야 한다. 공정마다 단일 금형을 따로 만들고 사람이 소재를 옮기면 생산성이 떨어지고 공정 간 위치 편차가 커진다. 어레인지도는 여러 공정을 하나의 금형 안에서 순서대로 연결하기 위해 필요하다.

프레스 제품 설계에서는 1공정으로 성형되지 않는 제품의 공정 설계를 따로 다룬다. 이때 공정 수와 공정 순서를 결정하는 도면이 어레인지도이며, 제품 형상에 맞는 공정 배치가 정해져야 금형 구조 설계로 넘어갈 수 있다. 제품도에는 형상과 치수만 나타나므로 공정 순서는 드러나지 않는다. 따라서 굽힘 방향, 구멍 위치, 치수 기준을 해석해 어레인지도에 옮기는 과정이 먼저 필요하다.