절단 및 전단 공정의 차이점, 특성 및 주의 사항

 절단과 전단의 차이와 유형

절단은 공작물을 절단하여 다른 물체로 분리하는 것을 말합니다. 절단은 제조 산업뿐만 아니라 일상 생활에서도 가장 널리 사용되는 가공 방법 중 하나입니다. 절단과 비슷한 또 다른 단어는 전단입니다. 여기에서는 절단과 전단의 차이점과 절단 가공의 종류에 대해 소개합니다.

• 절단과 전단의 차이점

절단은 무언가를 자르거나 분리하는 것을 의미합니다. 즉, 절단은 공작물을 분리하는 과정입니다. 절단에는 톱과 같은 도구로 자르거나 전기 아크를 사용하여 재료를 녹이는 등 여러 가지 방법이 있습니다. 전단은 이러한 절단 공정 중 하나입니다.

전단이란 밀접한 간격을 두고 서로 반대 방향으로 작용하는 한 쌍의 측면 외력의 작용에 따라 외력의 방향을 따라 부품의 단면이 변위 및 변형되는 것을 말합니다. 변형이 불가능하면 파괴적인 절단이 시작되는데, 이것이 바로 전단의 작동 원리입니다. 가장 친숙한 전단 도구 중 하나는 종이에 위아래로 힘을 가하여 종이를 자르는 '가위'입니다.

• 절단 공정의 유형과 특성

절단 공정은 절단에 사용되는 도구에 따라 다음 다섯 가지 유형으로 분류됩니다.

가스 차단: 가스의 연소로 발생하는 열은 강철 재료를 녹이고 절단하는 데 사용됩니다. 가스 커터를 사용할 때는 용접과 마찬가지로 아세틸렌과 같은 가스를 연소시켜 불꽃의 열로 재료를 녹입니다. 반사되는 재료나 두꺼운 판재도 절단할 수 있다는 장점이 있습니다. 반면에 이 공정은 900°C에 가까운 고온이 필요하기 때문에 열 변형이나 재료의 열화가 발생할 수 있습니다. 또 다른 단점은 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같이 쉽게 산화되지 않는 재료는 절단할 수 없다는 것입니다.

기계적 절단: 공작 기계의 기계적 힘을 사용하여 절단하는 방법입니다. 사용하는 기계에 따라 다양한 절단 방법이 있지만 절단과 전단이 두 가지 주요 방법입니다. 절단은 그라인더와 같은 도구를 사용하여 재료를 조금씩 자르는 방식으로 이루어집니다. 시어링은 프레스 또는 시어링 기계를 사용하여 수행합니다. 절단과 전단 모두 절단 속도가 빠르다는 장점이 있습니다. 절단은 상당히 두꺼운 재료를 가공할 수 있는 반면, 전단은 너무 두꺼운 재료를 가공할 수 없습니다.

물 분사: 미세 노즐을 통해 물 또는 물과 연마제의 혼합물을 분사하여 재료를 절단하는 방법을 말합니다. 이 과정에서 열이 발생하지 않아 티타늄과 같이 다른 방법으로는 절단하기 어려운 소재를 가공할 수 있습니다. 물에 젖을 수 없는 소재는 이 방법으로 가공할 수 없습니다.

아크 절단(플라즈마 절단): 이 방법은 방전 시 발생하는 아크(플라즈마)의 열을 이용해 재료를 녹여 절단하는 방식입니다. 공작물과 전극 사이에 아크가 발생하기 때문에 전도성 소재만 절단할 수 있습니다. 반면 가스 절단으로는 가공할 수 없는 스테인리스 스틸, 알루미늄 등의 소재도 가공할 수 있습니다. 또한 두꺼운 소재도 절단할 수 있으며 가스 절단이나 레이저 절단에 비해 운영 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다.

레이저 커팅: 레이저 빔은 렌즈에 초점을 맞추고 여기서 발생하는 열을 이용해 재료를 녹이고 절단합니다. 레이저는 빛과 같은 성질을 가지고 있기 때문에 광택이 있는 소재나 스테인리스 스틸과 같이 빛을 쉽게 반사하는 소재는 가공하기 어려웠습니다. 하지만 최근에는 이러한 소재를 가공할 수 있는 기계가 점점 더 많아지고 있습니다. 절단면이 아름답고 복잡하고 정밀한 형상을 가공할 수 있다는 장점이 있지만, 기계가 비싸고 두꺼운 소재는 가공할 수 없다는 단점이 있습니다.

• 전단의 유형과 특성

전단은 절단의 일종이지만, 다양한 공정과 목적에 따라 사용되는 다양한 유형의 전단 공정이 있습니다. 다음은 5가지 일반적인 시어링 프로세스입니다.

전단(자르기): 큰 재료(코일 또는 길이에 맞게 자른 재료 등)에서 재료를 가공하기 쉬운 미리 정해진 크기로 분리하는 과정입니다. 나무 판자를 생산에 사용되는 가공 기계에 적합한 크기로 자르는 과정이라고 생각하면 됩니다. 주로 전단기라는 기계를 사용합니다. 가공 비용이 상대적으로 저렴한 것이 특징이지만, 두꺼운 소재는 가공하기 어렵다는 단점이 있습니다.

다이 커팅(스탬핑): 이름에서 알 수 있듯이 다이 커팅은 금속판에서 원하는 모양을 펀칭하는 과정입니다. 스탬핑의 기초라고도 합니다. 종이를 보관하기 위해 구멍을 뚫는 것과 비슷합니다. 다이 커팅은 다이를 사용하며 동일한 모양의 제품을 대량 생산하는 데 적합합니다.

노칭(펀칭): 금속판의 가장자리 일부만 잘라내어 노치 모양을 만드는 공정입니다. 다른 공정과 달리 부분적으로 절단하는 것이 특징입니다. 이 방법은 펀칭 공정 후 노치 모양만 추가해야 하거나 모터 코어와 같이 노치가 많은 모양을 만들 때 적합합니다.

엣지 처리(트리밍): 이미지의 '자르기'와 유사하게 작업물 주변부의 여분의 부분을 다듬는 작업입니다. 일반적으로 트리밍은 이미 다른 공정을 거친 제품에서 수행되며, 트리밍이 수행되는 공정은 비용 절감의 핵심 요소입니다.

분할: 분할은 전단과 매우 유사하지만 분할된 부분 사이에 여분의 재료가 버려진다는 특징이 있습니다. 이것은 주먹밥의 포장 필름과 같습니다. 상단의 테이프를 당기면 가운데의 필름이 얇은 조각으로 찢어지고 필름이 왼쪽과 오른쪽으로 분리됩니다.

 전단용 기계 4종

전단은 절단 분류에서 기계 절단에 속합니다. 따라서 전단에는 다양한 기계가 사용됩니다. 이 섹션에서는 전단에 사용되는 주요 기계 유형과 그 특성을 소개합니다.

전단 기계

전단기는 가위와 유사하게 상부 날과 하부 날 사이에서 재료를 절단하는 기계입니다. 펀칭기 제품군에 속합니다. 가위로 종이를 자르는 것과 마찬가지로 너무 얇고 부드러운 재료는 날 사이의 간격을 따라 변형되어 전단할 수 없습니다. 재료가 너무 두꺼우면 전단 저항이 커져서 기계가 절단할 수 없습니다. 절단할 수 있는 두께는 재료에 따라 결정됩니다.

프레스기

펀칭기는 스탬핑에 사용되는 기계로, 다이를 사용하여 재료를 고정하고 고압을 가하여 변형하는 기계입니다. 사용되는 다이에 따라 소재에 절단, 펀칭, 굽힘 등 다양한 공정을 수행할 수 있습니다. 스탬핑 외에도 노칭, 트리밍, 스플리팅도 가능합니다. 전용 금형을 사용하기 때문에 동일한 형상의 제품을 대량 생산하기에 적합하며 숙련된 작업자 없이도 고정밀 가공을 수행할 수 있습니다.

터렛 펀치 프레스

터렛 펀치 프레스는 범용 다이를 사용하여 가공할 수 있는 프레스 제품군입니다. 범용 다이는 대부분 구멍 모양(원형 또는 사각형 구멍 등)으로, 가까운 거리에서 연속적으로 펀칭하여 다양한 모양을 형성합니다. 이 기계는 주로 블랭킹 또는 홀 제작에 사용됩니다. 범용 다이를 사용하기 때문에 소량 및 다품종 생산과 대량 생산 모두에 사용할 수 있습니다.

미세 블랭킹 프레스

미세 블랭킹 프레스도 스탬핑기 제품군에 속하며 정밀 전단에 사용되는 기계 중 하나입니다. 시트를 위아래로 고정하고 스탬핑이 필요한 부분과 스탬핑이 필요 없는 부분에 압력을 가해 시트를 스탬핑합니다. 시트를 강하게 누르기 때문에 스테인리스 스틸과 같이 가공이 어려운 소재도 높은 정밀도로 스탬핑할 수 있습니다. 자동차 정밀 부품의 가공 방법 중 하나로 그 활용도가 높아지고 있습니다.

 

 절단/절단 시 주의사항

플레이트 절단 및 전단의 경우 다양한 가공 메커니즘에 따라 몇 가지 특별한 사항에 주의를 기울여야 합니다. 다음은 절단 및 전단 시 주의해야 할 몇 가지 사항입니다.

• 절단 시 주의사항

절단할 때는 판의 두께에 주의를 기울여야 합니다. 기본적으로 재료가 두꺼울수록 절단 시 가공하기가 더 어렵습니다. 강철의 경우 가공하기 쉬운 재료의 두께는 다음과 같습니다:

강판: 두께 13mm 이하

앵글 스틸: 두께가 13mm를 초과하지 않음

원형 강철: 막대 직경 13mm 미만

• 전단 시 주의사항

전단도 절단의 일종이지만 가공할 수 있는 판의 두께가 더 얇습니다.

강판: 두께 9mm 이하

앵글 스틸: 두께 9mm를 초과하지 않음

원형 강철: 막대 직경 10mm 미만

또한 전단의 경우 단면의 정확성과 전단력을 가하는 도구(펀치와 다이) 사이의 간격에 주의를 기울여야 합니다. 예를 들어, 두꺼운 재료를 가공할 때는 얇은 재료를 가공할 때보다 펀치와 다이 사이의 간격이 더 커야 합니다. 그러나 간격이 클수록 전단 중 스텝 변형이 커집니다. 또한 버가 나타날 수 있으며 전단 후 연삭 및 디버링이 필요할 수 있습니다.

요약

절단은 재료를 자르는 과정을 말하며, 전단은 절단의 한 종류입니다. 전단은 재료에 대해 위아래로 엇갈리게 작용하는 힘인 전단력을 이용해 재료를 분리하는 방법입니다. 절단 방법에는 가스 절단과 기계 절단 외에도 아크 절단과 레이저 절단도 포함됩니다. 전단에는 전단, 다이 커팅, 노칭, 트리밍 및 스플릿이 포함됩니다. 전단에 일반적으로 사용되는 장비로는 전단기, 펀칭기, 터렛 펀칭기, 미세 블랭킹 프레스 등이 있습니다. 절단을 수행할 때는 시트의 두께에 주의를 기울여야 합니다. 일반적으로 최대 13mm를 고려하는 것이 좋습니다.