안녕하십니까, 광공학·금형공학과 김태영입니다. 오늘은 프레스 가공 중 가장 기본이 되는 벤딩, 즉 굽힘 가공을 발표하겠습니다. 오른쪽 그림처럼 펀치가 내려오면서 판재를 V형 다이 안으로 눌러 굽히고, 펀치가 올라가면 판재가 조금 되돌아갑니다. 이 '되돌아감'이 오늘 발표의 핵심 문제인 스프링백입니다.
02
발표 흐름
총 15분
01
개요
굽힘이란? 부위별 이름
~3분
02
변형 원리
바깥은 늘고 안은 줄고 펼친 길이 계산
~3.5분
03
공정 종류
V·L·U·롤 굽힘 얼마나 세게 누르나
~2분
04
힘·장비
필요한 힘 계산 몇 톤 장비를 고르나
~1.5분
05
품질 문제
되돌아감(스프링백) 갈라짐·주름
~4분
06
정리
요약·Q&A
~1분 · 부록: 장비 구조, 연구 동향
발표는 여섯 부분으로 진행합니다. 굽힘이 무엇인지와 부위별 이름, 굽힐 때 판 속에서 일어나는 일, 굽히는 방법, 필요한 힘과 장비, 되돌아감과 결함, 마지막으로 정리 순서입니다. 장비 구조와 연구 동향은 부록으로 뒤에 붙였습니다.
03
벤딩이란? — 프레스 가공 안에서의 위치
정의
평평한 금속판을 한 줄(굽힘선)을 따라 꺾어 각도나 곡면을 만드는 가공. 깎거나 잘라내지 않고 모양만 바꾼다. 힘을 빼도 모양이 남는 영구 변형(소성변형)을 이용한다.
꺾이는 부분(굽힘부)만 변형되고, 나머지 평평한 날개(플랜지)는 그대로 돌아갈 뿐이다
바깥쪽은 늘어나고(인장), 안쪽은 줄어든다(압축) — 그 사이에 길이가 그대로인 중립축
두께는 거의 그대로 → 굽히기 전 판을 몇 mm로 잘라야 하는지 계산할 수 있다
힘을 빼면 용수철처럼 살짝 되돌아간다 → 스프링백
주변의 예: 선반 받침(L 브래킷), 컴퓨터 케이스, 자동차 문 테두리, 철골 채널, 물탱크
출처: Kalpakjian & Schmid, Manufacturing Engineering and Technology, 판금 성형 장 / Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing, 판금 가공 장
프레스 가공은 금형으로 금속판을 눌러 모양을 만드는 방법으로, 자르기, 굽히기, 오목하게 당기기, 눌러 찍기로 나뉩니다. 굽힘은 그중 가장 많이 쓰이고, 선반 받침이나 컴퓨터 케이스처럼 주변에서 쉽게 볼 수 있습니다. 핵심은 세 가지입니다. 꺾이는 부분만 변형되고, 바깥은 늘어나고 안은 줄어들며, 힘을 빼면 살짝 되돌아간다는 점입니다.
04
굽힘부의 해부학 — 용어 정리
도면으로 읽는 L-브래킷
두께 t — 굽혀도 거의 변하지 않는다
안쪽 반경 Ri — 꺾인 안쪽 곡선의 반지름. 도면에 적는 값
바깥 반경 Ro = Ri+t — 가장 많이 늘어나는 면
중립축 — 늘지도 줄지도 않는 면. 안쪽에서 K·t 거리
굽힘부 — 실제로 영구 변형되는 곡선 부분
굽힘선 — 굽힘부와 평평한 날개(플랜지)의 경계
굽힘각 α = 플랜지가 돌아간 각 = 굽힘부 중심각 · 사이각 θ = 두 플랜지 사이 각 — α + θ = 180° (이 그림은 90° 굽힘이라 둘 다 90°)
가상 교점 — 바깥면을 연장해 만나는 점. 도면 치수의 기준
번호에 마우스를 올리면 왼쪽 도면에서 해당 부분이 강조됩니다.
K-계수 = 중립축이 두께의 어디쯤 있나 (0 < K ≤ 0.5). 0.5면 딱 가운데. 두꺼운 판을 작게 굽힐수록 중립축이 안쪽으로 밀려 K가 작아진다.
용어·정의: Kalpakjian & Schmid, Manufacturing Engineering and Technology / Marciniak, Duncan & Hu, Mechanics of Sheet Metal Forming, Ch.6
도면으로 부위별 이름을 정리하겠습니다. t는 두께, Ri는 꺾인 안쪽 곡선의 반지름, Ro는 바깥 곡선의 반지름으로 Ri에 두께를 더한 값입니다. 초록 점선이 중립축인데, 늘지도 줄지도 않는 면이라 판을 몇 mm로 자를지 계산하는 기준이 됩니다. 노란 부분이 실제로 소성변형이 일어나는 굽힘부이고, 경계가 굽힘선입니다. 각도는 두 가지입니다. 주황색 굽힘각 알파는 플랜지가 처음 평평한 상태에서 돌아간 각도로, 굽힘부의 중심각과 같습니다. 보라색 사이각 세타는 완성된 두 플랜지 사이의 각도이고, 둘을 더하면 180도입니다. 이 그림은 90도 굽힘이라 우연히 둘 다 90도입니다. 실무 도면 치수는 보통 가상 교점을 기준으로 잡습니다.
05
굽힐 때 판 속에서는? — 변형률과 응력
슬라이더로 R/t(반경 ÷ 두께) 조절
세로축: 두께 방향 위치 (위 = 바깥면, 가운데 = 중립축, 아래 = 안쪽면) · 가로축: 크기 (← 압축 − | 인장 + →)
① 얼마나 늘어나나 (변형률 ε)
판을 얇은 실(층)이 겹친 것으로 생각하자. 중립축에서 y만큼 바깥의 실은 더 큰 원을 돌므로 길어진다. 굽힘각이 θ이면
굽힘 전 길이 ρθ → 굽힘 후 (ρ + y)θ
ε = y / ρ, ρ = R + t/2
늘어난 비율 ε는 y에 정비례 → 그래프가 직선. 중립축은 0, 바깥면(y = t/2)이 가장 많이 늘어난다:
εo = (t/2)/(R + t/2) = 1/(2R/t + 1)
지금: R/t = → εo =
② 얼마나 버티나 (응력 σ)
금속은 조금 늘리면 용수철처럼 버티다가(탄성), 어느 한계(항복강도 Y)를 넘으면 더 늘어나도 힘이 그대로인 영구 변형(소성)이 된다. 한계 늘어남 εy = Y/E
조금 늘어난 층 → 탄성: σ = Eε (가운데 기울어진 선)
많이 늘어난 층 → 소성: σ = ±Y로 일정 (세로로 곧은 부분)
가운데 아직 용수철인 부분 = 탄성 코어
연강 εy ≈ 0.12%인데 지금 바깥면 εo는 그 배 → 탄성 코어 = 두께의
보통 판금 굽힘(R/t ≈ 1~10)은 거의 전부 영구 변형이다.
③ 힘을 빼면 — 되돌아감·남는 힘
힘을 빼면 각 층은 용수철로 늘어났던 만큼만 되돌아간다. 그만큼 빠지는 힘이 점선(직선)이다.
되돌아간 만큼 각도가 펴진다 → 스프링백 (10번)
다 빠지지 못한 힘이 판 속에 남는다 → 잔류응력. 바깥면은 오히려 눌리는 힘이 남는다
작게 굽히면 탄성 코어 ↓ → 덜 되돌아가지만, 바깥이 많이 늘어 갈라질 위험 (12번)
지금 바깥면에 남는 힘 ≈
모델: 탄성-완전소성 재료, 평면변형률 굽힘(Marciniak, Duncan & Hu, Ch.6) · 변형률식: Kalpakjian & Schmid · 계산 가정 σy/E = 0.0012(연강), 제하는 선형 탄성
왼쪽 그림은 굽힌 판의 작은 조각입니다. R은 굽힘 중심에서 안쪽면까지의 반경, t는 두께, 초록 일점쇄선이 중립축이고 그 반경이 ρ, 즉 R 더하기 t/2입니다. 중립축에서 y만큼 떨어진 섬유는 굽히기 전 길이가 ρθ였는데 굽힌 뒤 (ρ+y)θ가 되므로 변형률은 y/ρ입니다. 그래서 변형률은 두께 방향으로 직선이고, 바깥면에서 최대인 1/(2R/t+1)이 됩니다. 오른쪽 그래프는 두께를 세로로 세워 놓고 본 것으로, 왼쪽이 변형률, 오른쪽이 응력입니다. 응력은 항복변형률보다 작은 가운데 층만 직선이고, 나머지는 항복응력 Y에서 더 오르지 못해 세로로 곧게 꺾입니다. 이 가운데 부분이 탄성 코어인데, R/t가 5만 돼도 두께의 1% 남짓밖에 안 됩니다. 하중을 빼면 응력은 점선처럼 직선 분포만큼 탄성적으로 빠집니다. 그만큼 곡률이 되돌아가는 것이 스프링백이고, 꺾인 선에서 직선을 빼고 남은 보라색이 잔류응력입니다. 바깥면은 굽힐 때 인장이었지만 제하 후에는 오히려 압축 잔류응력이 남습니다. R/t를 줄이면 스프링백은 줄지만 바깥면 변형률이 커져 균열 위험이 커지는데, 이건 뒤의 최소 굽힘반경에서 다시 다룹니다.
06
판을 몇 mm로 잘라야 할까? — 전개길이
중립축 길이 = 펼친 길이
BA = α · (Ri + K·t) [α: rad]
Lflat = L1 + L2 + BA
BA(굽힘 여유) = 굽힘부에서 중립축의 호 길이 (반지름 × 각도). L₁, L₂ = 평평한 부분 길이. 바깥면 길이로 재면 늘어난 만큼 판이 남고, 안쪽으로 재면 모자라므로 늘지도 줄지도 않는 중립축으로 잰다.
K ≈ 0.33 (R/t < 2), ≈ 0.5 (R/t ≥ 2) — Groover 교재 기준
출처: Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing, 판금 굽힘(굽힘 여유 식) / Kalpakjian & Schmid
굽힌 부품을 만들려면 처음에 판을 몇 mm로 잘라야 하는지 알아야 합니다. 바깥면은 늘어나고 안쪽은 줄어들기 때문에, 길이가 그대로인 중립축으로 재야 정확합니다. 굽힘 여유 BA는 각도 곱하기 안쪽 반경 더하기 K 곱하기 t이고, Groover 교재는 R/t가 2보다 작으면 K를 0.33, 그 이상이면 0.5로 둡니다. 예를 들어 두께 2, 반경 3, 90도이면 BA는 약 5.75mm이고, 직선부 40mm 두 개를 더하면 85.75mm의 블랭크가 필요합니다. 오른쪽 애니메이션에서 펼쳤다 굽혀도 초록 중립축 길이는 그대로 유지됩니다.
07
굽힘 공정의 종류
금형 모양과 움직이는 방식에 따라
V 굽힘
V자 홈(다이) 위에 판을 놓고 쐐기 모양 펀치로 눌러 꺾는다. 가장 기본. 얼마나 깊이 누르느냐로 각도가 정해진다.
L(에지·와이핑) 굽힘
누름판(패드)으로 판을 꽉 잡고, 튀어나온 부분을 펀치가 위에서 아래로 쓸어내려 90°로 꺾는다.
U(채널) 굽힘
가운데를 눌러 양쪽 벽을 한 번에 세운다. ㄷ자 모양 채널을 만들 때 쓴다.
롤 굽힘
롤러 3개 사이로 판을 통과시키며 조금씩 휘어 큰 원통을 만든다. 물탱크·파이프·철골 구조물.
그 밖에: 플랜징(곡선 가장자리 꺾기), 헤밍(180° 접어 겹치기 — 자동차 문 테두리), 롤 포밍(롤러 여러 단으로 긴 단면 만들기), 관(파이프) 굽힘
분류: Groover(굽힘 방식 — V-bending, edge bending) / Kalpakjian & Schmid(롤 굽힘·플랜징·헤밍) / Schuler, Metal Forming Handbook, 4.8 Bending
굽히는 방법은 금형 모양에 따라 여러 가지입니다. V 굽힘은 V자 홈 위에 판을 올리고 쐐기로 눌러 꺾는 가장 기본적인 방법입니다. L 굽힘은 판을 꽉 잡은 채 튀어나온 부분을 위에서 쓸어내려 꺾습니다. U 굽힘은 가운데를 눌러 양쪽 벽을 한 번에 세우고, 롤 굽힘은 롤러 사이로 판을 지나가게 해서 물탱크 같은 큰 원통을 만듭니다.
08
V 굽힘의 세 가지 방식
어디까지 누르느냐의 차이
에어 벤딩
보토밍
코이닝
한마디로
공중에서 꺾기
홈 바닥까지 누르기
동전 찍듯 꾹 누르기
판이 닿는 곳
3점만 (펀치 끝 + 홈 양쪽 모서리)
홈 벽면에 딱 붙음
딱 붙고 + 굽힘부를 눌러 찍음
각도를 정하는 것
누르는 깊이
홈의 각도
펀치·홈 각도
필요한 힘
작음 (기준)
약 2~3배
약 5~10배
되돌아감 (스프링백)
큼
작음
거의 없음
장점
홈 하나로 여러 각도
각도가 정확
가장 정확
세게 누를수록 굽힘부 전체가 영구 변형돼 되돌아갈 '용수철' 부분(5번의 탄성 코어)이 줄어든다. 대신 힘이 몇 배로 커져 더 큰 장비가 필요하다(9번).
힘 배수는 실무 지침서에 흔히 나오는 대략값(재료·조건에 따라 다름).
비교: Kalpakjian & Schmid(bottoming·coining으로 스프링백 감소) / Groover(bottoming) / Marciniak et al. Ch.6 · 힘 배수는 실무 지침(개략)
V 굽힘은 펀치를 어디까지 누르느냐에 따라 세 가지로 나뉩니다. 에어 벤딩은 판이 공중에 뜬 채로 세 점에만 닿아서, 누르는 깊이만 바꾸면 여러 각도를 만들 수 있지만 힘을 빼면 많이 되돌아갑니다. 보토밍은 판을 홈 바닥까지 눌러 벽에 딱 붙이고, 코이닝은 동전을 찍듯이 꾹 눌러서 거의 되돌아가지 않게 만듭니다. 세게 누를수록 정확해지지만, 그만큼 힘이 몇 배로 들어서 더 큰 장비가 필요합니다.
09
굽힘력 — 몇 톤짜리 장비가 필요할까?
F = Kbf · TS · w · t² / D
기호
뜻
쉽게 말하면
F
굽힘력
장비가 눌러 줘야 하는 힘
TS
인장강도
재료가 끊어지기 전 버티는 최대 세기 (단단할수록 큼)
w
굽힘 길이
꺾는 선의 길이 (판의 폭)
t
두께
제곱으로 들어감 → 두께 2배면 힘 약 4배
D
V홈 폭
홈이 넓으면 지렛대가 길어져 힘이 줄어든다
Kbf
계수
V 굽힘 1.33, 에지 굽힘 0.33
장비 고르는 법 — 4단계
힘 계산: 왼쪽 식으로 F를 구한다. 1 tonf ≈ 9.8 kN ≈ 1톤짜리 물체의 무게
여유 더하기: 장비는 최대 힘의 80% 이하로 쓰는 것이 보통 → F × 1.25 이상 누를 수 있는 장비
길이 확인: 판 길이 ≤ 장비의 최대 굽힘 길이. 짧은 판에 큰 힘을 몰아 주면 금형·램이 상하므로 길이당 허용 힘(톤/m)도 확인
방식 확인: 보토밍은 약 2~3배, 코이닝은 약 5~10배 힘이 든다(8번) → 같은 판이라도 더 큰 장비
장비 사양 표기 예: "100톤 × 3,100 mm" = 최대 100 tonf로 3.1 m 길이까지 굽힐 수 있다. 여유율 1.25와 톤급은 실무 관례에 따른 예시.
식: Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing, 판금 굽힘력 식 · 재료 강도는 대표값(규격 하한·카탈로그 기준 개략) · 장비 구조는 부록 A1
이제 몇 톤짜리 장비가 필요한지 계산해 보겠습니다. Groover 교재의 식은 계수 곱하기 인장강도, 굽힘 길이, 두께 제곱을 V홈 폭으로 나눈 것입니다. 쉽게 말하면 단단한 재료일수록, 길수록, 두꺼울수록 힘이 커지고, 홈이 넓을수록 지렛대 원리로 힘이 줄어듭니다. 특히 두께는 제곱이라 두께가 두 배가 되면 힘은 네 배 가까이 됩니다. 예를 들어 냉연강 2mm를 1m 길이로 굽히면 약 100킬로뉴턴, 10톤 정도의 힘이 필요합니다. 장비는 보통 최대 힘의 80% 이하로 쓰기 때문에 여기에 1.25배 여유를 주어 12.5톤 이상, 예를 들면 20톤급 장비를 고르면 됩니다. 또 판 길이가 장비가 굽힐 수 있는 길이 안에 들어오는지, 보토밍이나 코이닝처럼 힘이 몇 배 드는 방식인지도 함께 확인해야 합니다.
10
스프링백 — 힘을 빼면 살짝 되돌아간다
점선: 누르고 있을 때 / 실선: 힘을 뺀 뒤
Ri/Rf = 4x³ − 3x + 1, x = Ri·Y / (E·t)
Ri: 누르고 있을 때 반경 · Rf: 힘을 뺀 뒤 반경 (더 커짐 = 펴짐)
Ks = αf/αi = (Ri+t/2)/(Rf+t/2)
Ks: 굽힘각이 몇 %로 남는가 (1이면 되돌아감 없음)
왼쪽 아래 두 그래프 읽는 법
왼쪽 = 바깥면 한 층을 시간 순서로 따라간 것. 오른쪽 = 5번과 같은 그래프로, 판의 모든 층을 한 순간에 찍은 것. 두 그래프의 주황 점은 같은 층이다.
누르기 — 왼쪽 점이 직선으로 오르다 Y에서 수평이 된다. 오른쪽은 직선이 계단 모양으로 바뀌고, 가운데에만 탄성 코어가 남는다.
힘 빼기 — 모든 층이 같은 기울기(E)로 함께 되돌아간다. 그 양이 오른쪽 점선이고, 판 전체가 조금 펴진다 = 스프링백.
남는 힘 — 계단 − 점선 = 보라색 잔류응력. 바깥면에는 오히려 눌리는 힘(−)이 남는다.
탄성 코어 비율 ≈ 2x. x가 클수록(Y ↑, E ↓, R/t ↑) 코어가 두꺼워 많이 되돌아간다. Y 항복강도 = 영구 변형이 시작되는 세기 · E 탄성계수 = 뻣뻣함
식: Kalpakjian & Schmid, Manufacturing Engineering and Technology(스프링백 식, 탄성-완전소성 가정) · 응력 분포: 5번과 같은 모델(제하는 선형 탄성) · 재료값은 대표값 · AHSS 언급: Wagoner, Lim & Lee (2013)
스프링백은 힘을 빼면 판이 살짝 펴지는 현상입니다. 아래 두 그래프를 같이 보겠습니다. 왼쪽은 판의 바깥면 한 층만 시간 순서로 따라간 것이고, 오른쪽은 5번에서 본 그래프, 즉 판의 모든 층을 한 순간에 찍은 것입니다. 두 그래프의 주황 점은 같은 층입니다. 누르기 시작하면 왼쪽 점은 용수철처럼 직선으로 올라가다가 항복응력 Y에 닿으면 수평이 됩니다. 그동안 오른쪽 그래프는 직선에서 계단 모양으로 바뀌고, 가운데 얇은 탄성 코어만 남습니다. 힘을 빼면 모든 층이 처음과 같은 기울기로 함께 되돌아가는데, 그 양이 오른쪽 점선이고, 그만큼 판 전체가 펴지는 것이 스프링백입니다. 다 빠지지 못한 힘은 보라색 잔류응력으로 남고, 바깥면에는 오히려 눌리는 힘이 남습니다. 교재 식의 x는 탄성 코어 비율의 절반쯤 되는 값이라, 항복강도가 높거나 탄성계수가 낮거나 반경이 클수록 많이 되돌아갑니다. 연강 1mm를 반경 10으로 굽히면 90도가 약 87.5도로 되돌아가고, 알루미늄이나 DP980은 훨씬 크게 되돌아갑니다.
11
스프링백을 줄이는 방법
핵심: 되돌아갈 '용수철'(탄성 코어)을 없애거나, 미리 더 굽힌다
① 더 굽히기 (과굽힘)
되돌아갈 만큼 미리 더 굽힌다. 90°를 원하면 92.6°로 굽혀서 놓으면 90°가 된다(10번 계산). 에어 벤딩에서 누르는 깊이만 바꾸면 돼서 가장 많이 쓴다.
② 꾹 눌러 찍기 (보토밍·코이닝)
굽힘부를 아주 세게 눌러 가운데 층까지 영구 변형시킨다 → 5번의 탄성 코어가 거의 사라져 되돌아갈 게 없다. 대신 힘이 몇 배 든다(8·9번).
③ 당기면서 굽히기 (인장 굽힘)
판을 양쪽으로 당긴 채 틀에 감는다 → 안쪽 층까지 모두 늘어나 전체가 영구 변형 → 되돌아감이 작다. 비행기 외판처럼 크게 휜 부품에 쓴다.
④ 재서 고치기 (예측·측정 보정)
컴퓨터 해석(FEM)으로 미리 계산해 금형 모양을 고치거나, 굽힌 뒤 센서로 각도를 재서 모자라면 한 번 더 누른다.
그 밖에: 데워서 굽히기(마그네슘·티타늄 — 따뜻하면 Y가 낮아져 잘 굽혀진다), 굽힘부에 홈(비드)을 넣어 단단하게 만들기
스프링백을 줄이는 방법은 크게 두 가지 생각에서 나옵니다. 되돌아갈 용수철 부분을 없애거나, 되돌아갈 만큼 미리 더 굽히는 것입니다. 첫째, 과굽힘은 90도를 원하면 92.6도처럼 조금 더 굽혀서 놓는 방법으로 가장 많이 씁니다. 둘째, 보토밍과 코이닝은 굽힘부를 아주 세게 눌러 가운데 층까지 영구 변형시켜서 5번에서 본 탄성 코어를 없앱니다. 셋째, 당기면서 굽히면 안쪽까지 모두 늘어나서 역시 되돌아감이 작아집니다. 넷째, 컴퓨터로 미리 계산하거나 센서로 재서 다시 누르는 방법도 있습니다.
12
얼마나 작게 굽힐 수 있을까? — 최소 굽힘반경과 결함
왜 너무 작게 굽히면 안 될까?
5번에서 본 것처럼 R/t가 작을수록 바깥면이 많이 늘어난다.
바깥면 늘어남 εo = 1 / (2R/t + 1)
재료가 견딜 수 있는 늘어남을 넘으면 바깥면이 갈라진다. 그 한계가 되는 가장 작은 반경이 최소 굽힘반경 Rmin이다.
재료가 얼마나 잘 늘어나나? → 단면감소율 r
인장시험에서 막대를 당겨 끊었을 때 끊어진 곳의 단면적이 몇 % 줄었는가. 클수록 잘 늘어나는(연한) 재료.
Rmin/t = 50/r − 1
r = 50% 이상이면 Rmin = 0 → 종이처럼 완전히 접어도 안 갈라진다.
재료 (상온)
연한 상태
단단한 상태
알루미늄 합금
0
6t
마그네슘
5t
13t
스테인리스(오스테나이트계)
0.5t
6t
저탄소강·HSLA
0.5t
4t
예: 단단한 알루미늄 판 t = 2 mm → R ≥ 12 mm로 굽혀야 안전. 표는 Kalpakjian & Schmid 교재 값 재구성(판에 따라 차이 가능).
대표 결함 4가지 — 원인과 막는 법
① 바깥면 균열
원인: 반경이 너무 작아 바깥면이 한계보다 많이 늘어남. 또 판을 만들 때 롤러로 민 방향(압연 방향)으로 불순물이 실처럼 늘어서 있어, 굽힘선이 그 방향과 나란하면 쉽게 갈라진다. 막는 법: R ≥ Rmin, 굽힘선을 압연 방향과 직각으로.
② 폭 방향 휨 (반대 곡률)
원인: 늘어난 바깥면은 옆으로 얇아지고, 눌린 안쪽면은 옆으로 퍼진다 → 좁은 판은 단면이 말안장처럼 휜다. 막는 법: 폭이 두께보다 충분히 넓으면(넓은 판) 거의 생기지 않는다. 좁은 부품은 공차에 반영.
③ 안쪽 주름
원인: 안쪽면은 압축돼 재료가 남는다. 남는 재료가 갈 곳이 없으면 쭈글쭈글 접힌다. 곡선 가장자리를 꺾을 때(수축 플랜지) 특히 잘 생긴다. 막는 법: 누름판으로 잡아 주기, 노치(V자 홈)로 남는 재료 빼 주기.
④ 구멍 찌그러짐
원인: 굽힘부는 늘어나고 줄어드는 곳이라, 그 근처 구멍은 타원으로 끌려간다. 막는 법: 구멍을 굽힘선에서 대략 2t 이상 떨어뜨리거나, 굽힌 다음에 구멍을 뚫는다.
출처: Kalpakjian & Schmid(최소 굽힘반경 식·표, 이방성, anticlastic) / Marciniak et al. Ch.6 · 구멍 거리·노치는 설계 지침 개략값
그럼 얼마나 작게 굽힐 수 있을까요? 5번에서 본 것처럼 반경을 작게 할수록 바깥면이 많이 늘어납니다. 재료가 견딜 수 있는 것보다 더 늘어나면 바깥면이 갈라지는데, 그 직전의 가장 작은 반경이 최소 굽힘반경입니다. 재료가 얼마나 잘 늘어나는지는 인장시험에서 끊어진 곳의 단면이 몇 퍼센트 줄었는지, 즉 단면감소율로 나타냅니다. 교재 식은 최소 R/t가 50 나누기 단면감소율 빼기 1이고, 단면감소율이 50% 이상이면 종이처럼 완전히 접어도 됩니다. 예를 들어 단단한 알루미늄 2mm 판은 12mm 이상 반경으로 굽혀야 안전합니다. 대표 결함은 네 가지입니다. 바깥면 균열은 반경이 너무 작거나 굽힘선이 압연 방향과 나란할 때 생기므로 굽힘선을 압연 방향과 직각으로 둡니다. 좁은 판은 단면이 말안장처럼 휘고, 안쪽은 남는 재료 때문에 주름이 생기며, 굽힘선 근처 구멍은 타원으로 찌그러지므로 두께의 두 배 이상 떨어뜨립니다.
15
요약
굽히면 바깥은 늘어나고안은 줄어든다. 가운데 중립축은 길이 그대로
그래서 펼친 길이 = 중립축 길이 = L₁ + L₂ + BA
V 굽힘은 에어 · 보토밍 · 코이닝: 세게 누를수록 정확하지만 힘이 커진다
필요한 힘은 두께²에 비례 → 계산값 × 1.25 이상인 장비를 고른다
힘을 빼면 스프링백 — 탄성 코어(용수철 부분)가 되돌아가기 때문. 더 굽히거나 꾹 눌러 줄인다
너무 작게 굽히면 바깥이 갈라진다 → 최소 굽힘반경, 굽힘선은 압연 방향과 직각
공식 한 장 정리
BA = α(Ri+K t)
F = Kbf·TS·w t²/D
Ri/Rf = 4x³−3x+1
Rmin/t = 50/r − 1
굽힘 부품 하나를 만드는 순서로 다시 보기
정리하겠습니다. 판을 굽히면 바깥은 늘어나고 안은 줄어들며, 가운데 중립축은 길이가 그대로라서 펼친 길이를 계산할 수 있습니다. 세게 누를수록 정확하지만 힘이 커지고, 필요한 힘은 두께의 제곱에 비례하므로 계산값에 여유를 더해 장비를 고릅니다. 힘을 빼면 탄성 코어 때문에 살짝 되돌아가는 스프링백이 생기고, 너무 작게 굽히면 바깥이 갈라지므로 최소 굽힘반경을 지켜야 합니다.
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참고문헌 · Q&A
S. Kalpakjian, S. R. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology, Pearson — 판금 성형(굽힘, 스프링백, 최소 굽힘반경).
M. P. Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing, Wiley — 판금 가공(굽힘 여유, 굽힘력).
Z. Marciniak, J. L. Duncan, S. J. Hu, Mechanics of Sheet Metal Forming, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, 2002 — Ch.6 굽힘.
Schuler GmbH, Metal Forming Handbook, Springer, 1998 — 4.8 Bending.
Z. Tekiner, "An experimental study on the examination of springback of sheet metals with several thicknesses and properties in bending dies," J. Mater. Process. Technol. 145(1), 109–117, 2004.
M. V. Inamdar, P. P. Date, S. V. Sabnis, "On the effects of geometric parameters on springback in sheets of five materials subjected to air vee bending," J. Mater. Process. Technol. 123(3), 459–463, 2002.
R. H. Wagoner, H. Lim, M.-G. Lee, "Advanced issues in springback," Int. J. Plasticity 45, 3–20, 2013.
감사합니다
참고한 교재와 논문입니다. 질문 받겠습니다.
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장비 아키텍처 — 프레스 브레이크
기계 구조 + 제어 흐름
긴 판을 굽히면 램과 베드가 하중으로 휘어 가운데 각도가 커진다(덜 굽혀짐). 베드를 미리 볼록하게 올려 보정한다. (각도 값은 설명용 예시)
프레스 브레이크 구조입니다. C자형 사이드 프레임 위에 유압 실린더 두 개가 램을 좌우 독립으로 구동하고, 램에 펀치, 베드에 다이가 달려 있습니다. 판 뒤의 백게이지가 굽힘선 위치를 잡아 줍니다. 제어 측면에서는 CNC가 목표 각도를 스트로크로 바꿔 밸브와 실린더를 움직이고, 리니어 스케일로 램 위치를 피드백합니다. 길이가 긴 판은 베드가 처져 가운데가 덜 굽혀지기 때문에 크라우닝으로 보정합니다.
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논문으로 본 연구 동향
스프링백 예측·제어가 핵심 주제
실험 · 2004
Tekiner (2004)
모듈형 V-굽힘 다이를 직접 설계·제작해 여러 두께·물성의 판재 6종의 굽힘각별 스프링백을 측정하고 그래프로 정리. 결과가 선행 연구와 일치함을 확인.
J. Mater. Process. Technol. 145(1), 109–117
실험·통계 · 2002
Inamdar, Date & Sabnis (2002)
5종 재료의 에어 V-굽힘에서 다이 개구폭·펀치 반경 등 기하 인자가 스프링백에 미치는 영향을 통계적으로 분석.
J. Mater. Process. Technol. 123(3), 459–463
리뷰 · 2013
Wagoner, Lim & Lee (2013)
"Advanced issues in springback" — ① 소성 구성방정식 ② 가변 탄성계수 ③ 두께 방향 응력 적분 ④ 마그네슘 ⑤ 초고장력강(AHSS)을 정리.
Int. J. Plasticity 45, 3–20
각 카드 요약은 논문 초록 기준. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2003.07.005 · 10.1016/S0924-0136(02)00136-X · 10.1016/j.ijplas.2012.08.006
부록입니다. 논문 세 편을 보면 연구 흐름을 알 수 있습니다. 처음에는 직접 굽혀 보고 재료와 각도별로 얼마나 되돌아가는지 데이터를 모았고, 다음에는 홈 폭이나 펀치 반경 같은 모양 조건이 되돌아감에 얼마나 영향을 주는지 통계로 분석했습니다. 2013년 리뷰 논문은 컴퓨터 해석으로 정확히 예측하려면 재료를 더 정교하게 표현해야 하고, 초고장력강과 마그네슘 같은 새 재료가 앞으로의 과제라고 정리합니다.