프로필 굽히기: 상위 4가지 방법 설명

프로파일은 자동차, 항공기, 화학 기계 및 다양한 금속 구조물에서 널리 사용되며 주로 벤딩 방식으로 형성됩니다. 현재 생산 과정에서 일반적으로 사용되는 프로파일 벤딩 방법에는 프레스, 롤링, 랩핑, 드로잉 등이 있습니다.

I. 프레스 벤딩 성형

그림 1과 같이 프레스 및 유압 프레스와 같은 압력 가공 공작 기계에서 벤딩 다이를 사용하여 프로파일을 벤딩하는 공정을 프레스 벤딩이라고 합니다. 프레스 절곡 부품의 품질을 향상시키기 위해 프레스 절곡 금형에는 스윙 장치가 있는 오목한 다이가 자주 사용됩니다.

프레스 벤딩 공정의 가장 큰 장점은 단순하고 조작이 쉬우며 특수 성형 장비가 필요 없고 장비 및 금형에 대한 투자가 적으며 생산 효율이 높다는 점입니다. 그러나 프레스 벤딩 부품의 정확도는 일반적으로 떨어지고 심각한 붕괴가 종종 발생합니다. 굽힘 부품스프링백은 제어하기 쉽지 않습니다. 이 방법은 일반적으로 단순한 모양의 짧은 부품과 두꺼운 벽을 가진 프로파일의 평면 굽힘에 사용되며 굽힘 각도가 너무 크지 않아야 하며 일반적으로 120°를 초과하지 않아야 합니다.

II. 롤 벤딩

프로파일이 롤러 또는 롤 샤프트의 압력과 마찰에 의해 앞으로 밀려나면서 굽힘 변형을 겪는 성형 공정을 롤 벤딩이라고 합니다. 롤 벤딩은 그림 2와 같이 롤러의 수와 배열에 따라 3롤 벤딩, 4롤 벤딩, 멀티롤 벤딩으로 나뉩니다.

3롤 굽힘을 예로 들면, 굽힘 롤러 사이에 프로파일이 배치되고 구동 롤러가 프로파일을 앞으로 밀며, 굽힘 토크는 롤러 사이의 거리에 따라 달라질 수 있습니다. 프로파일의 곡률 반경은 주로 상단 롤러와 두 하단 롤러 사이의 수직 중심 거리와 두 하단 롤러 사이의 수평 거리에 따라 달라집니다.

롤 벤딩은 다용도로 사용할 수 있으며 벤딩 롤러의 위치를 순차적으로 조정하여 스프링백의 양을 보정할 수 있습니다. 4롤 벤딩은 프로파일의 하단부를 지지할 수 있기 때문에 프로파일의 단면 형상의 정확도를 향상시킬 수 있습니다.

롤 벤딩은 곡률 반경이 크고 단면 모양이 단순한 프로파일 부품, 특히 동일한 곡률과 대칭 단면을 가진 프로파일을 형성하는 데 적합합니다. 롤 벤딩의 장점은 장비가 간단하다는 것입니다. 단점은 프로파일의 끝을 구부릴 수 없으며 성형 중에 공작물에 안정적인 지지력이 부족하고 내벽이 주름지고 불안정하며 단면이 왜곡되기 쉽고 비대칭 단면 프로파일을 구부릴 때 굽힘 평면에서 비틀어지고 변형되기 쉽다는 것입니다.

III. 랩 포밍

랩 벤딩은 그림 3과 같이 사이드 프레스 휠 또는 블록으로 프로파일을 누르고 벤딩 몰드 주위로 서서히 구부리는 과정을 말합니다. 프로파일은 회전식 벤딩 몰드의 클램핑 슬라이더에 의해 고정되고, 프로파일의 벤딩은 몰드 회전과 움직이는 사이드 프레스 블록의 공동 작용으로 이루어집니다.

이러한 방식으로 구부릴 때 프로파일의 꼬리 부분에 인장력이 가해져 인장력의 작용으로 구부러질 수 있습니다. 축 방향 인장력을 제어하면 내벽의 주름을 효과적으로 방지하고 성형 후 스프링백을 줄일 수 있으므로 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다. 벤딩 성형 곡률 반경이 더 작은 프로파일을 만들 수 있습니다. 수직 굽힘 평면 방향으로 위아래로 가이드를 적용하면 3차원 굽힘 성형도 수행할 수 있습니다.

랩 벤딩 공정의 또 다른 방법은 클램핑 몰드 또는 클램핑 슬라이더로 고정 벤딩 몰드에 프로파일을 고정하고 턴 몰드를 회전하거나 벤딩 몰드 주위로 프레스 블록을 이동하여 프로파일을 구부리는 것입니다. 이 방법은 생산 효율이 높고 굽힘 각도가 약 180°에 달할 수 있습니다. 그러나 굽힘 반경 가 너무 작아서는 안 되며, 그렇지 않으면 구부러진 부분의 안쪽 표면에 주름이 생길 수 있습니다.

IV. 스트레치 벤딩 성형

1. 스트레치 벤딩 성형의 특성 및 적용 범위

스트레치 벤딩은 프로파일의 양쪽 끝을 고정 장치(클램프)에 고정하고 인장력을 가하면서 금형 주위로 구부리는 가공 방법입니다. 사용되는 장비의 관점에서 스트레치 벤딩 성형은 일반적으로 그림 4와 같이 스트레이트 스루 테이블 스트레치 벤딩 성형, 스윙 암 스트레치 벤딩 성형, 턴테이블 스트레치 벤딩 성형의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

a) 스트레이트 스루 테이블 스트레치 벤딩
b) 스윙 팔 스트레치 굽힘
c) 로터리 테이블 굽힘

벤딩 성형의 장점은 부품의 반동이 적고 잔류 응력이 낮으며 생산 효율이 높다는 것입니다. 긴 프로파일의 벤딩 가공에 가장 널리 사용됩니다. 벤딩 공정은 주로 개방형 단면 프로파일의 벤딩 성형에 사용되지만 폐쇄형 단면 프로파일의 성형에도 사용할 수 있습니다. 동일한 곡률의 벤딩 부품을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 가변 곡률의 벤딩 부품도 가공할 수 있습니다. 벤딩 성형의 최대 굽힘 각도는 일반적으로 180° 미만입니다.

2. 굽힘 방법 및 매개변수 선택

로딩 방법과 순서에 따라 다양한 굽힘 방법이 있습니다.

(1) 먼저 늘린 다음 구부리기(즉, P-M 방식)

먼저 프로파일의 양쪽 끝에 축방향 프리텐션을 적용한 다음 금형에 맞출 때까지 장력을 가하여 굽힘 모멘트를 적용합니다.

(2) 먼저 구부린 다음 펴기(즉, M-P 방식)

먼저 프로파일에 굽힘 모멘트를 적용하여 금형에 맞출 때까지 구부린 다음 축 방향 보조 장력을 적용합니다.

(3) 먼저 늘렸다가 구부렸다가 다시 늘리기(즉, PM-P 방식)

이 방법이 가장 일반적으로 사용됩니다. 먼저 프로파일의 양쪽 끝에 축방향 프리텐션을 적용한 다음, 금형에 맞출 때까지 굽힘 모멘트를 적용한 다음 마지막으로 축방향 보조 텐션을 적용합니다.

프리텐션의 목적은 공급 상태에서 프로파일의 초기 비틀림 변형을 제거하고 특정 초기 인장 변형을 생성하여 굽힘 중 프로파일 내부 웹의 불안정성과 주름을 방지하는 것입니다. 추가 장력의 목적은 스프링백을 더욱 줄이고 성형 정확도를 향상시키는 것입니다.

세 가지 유형의 굽힘에 대한 언로드 후 스프링백 비교는 그림 5에 나와 있습니다.

Δ =1 - R/R'

어디

• Δ- 스프링백 비율;
• R- 언로드 전 곡률 반경(mm);
• R'- 언로드 후 곡률 반경(mm).

스트레치 벤딩 성형의 정밀도를 만족한다는 전제하에 프로파일의 스트레칭 양은 가능한 한 작아야 합니다. 상대적인 굽힘 반경과 프로파일 부품의 굽힘 각도 크기에 따라 스트레치 벤딩 작업 횟수와 각 작업의 스트레칭 양을 결정합니다.

단일 스트레치 벤딩

단일 스트레치 벤딩은 변형이 작은 중형 및 소형 프로파일 부품의 스트레치 벤딩에 적합합니다. 단일 스트레치 벤딩에서 일반적인 알루미늄 합금 프로파일의 최소 상대 굽힘 반경은 표 1에 나와 있습니다. 단일 스트레치 벤딩의 추가 연신율은 표 2에 나와 있습니다.

표 1 2024O, 7075O의 초기 굽힘에 대한 최소 상대 굽힘 반경

굽힘 각도 α/(°)	30	60	90	120	150	180~220
상대적 굽힘 반경 R/H	10	15	23	27	34	38

표 2 초기 굽힘 연신율 A(%)

보조 굽힘

알루미늄 합금 프로파일의 경우 부품의 상대적 굽힘 반경이 작거나 부품의 정밀도 및 표면 품질에 대한 요구 사항이 높거나 프로파일 부품의 강성이 큰 경우 합리적인 제조 방법은 동일한 금형을 사용하여 두 번 구부리는 것입니다. 첫 번째 굽힘은 어닐링된 프로파일 원료를 사용하여 "스트레치 후 굽힘" 방식으로 로드하고 약 1%까지 미리 늘린 다음 구부립니다. 원재료는 즉시 제거됩니다. 피팅 금형에 넣은 다음 담금질을 위해 보냈습니다.

새로 담금질된 상태에서 두 번째 굽힘은 "굽힘 후 신장" 하중 방식으로 형성됩니다. 이때 미리 성형된 부품이 먼저 구부러지고 금형에 장착된 후 장력이 가해집니다. 두 번째 굽힘이 끝나면 클램프 근처의 재료 연신율을 1.5% ~ 3% 범위 내에서 제어 할 수 있습니다. 두 번의 벤딩 후 대부분의 부품은 스프링백의 양이 크게 줄어들며, 최소한의 수동 수정 또는 수정 없이도 검사를 위해 납품할 수 있습니다.

2차 벤딩은 높은 정확도, 최소한의 수동 수정, 낮은 잔류 응력이라는 장점이 있습니다. 담금질 후 2차 벤딩은 소재의 새로운 담금질 배양 기간 내에 완료해야 합니다. 담금질 후 배양 기간을 연장하려면 새로 담금질한 부품을 냉장 장비에 넣어야 합니다. 담금질 후 스트레치 비율은 표 3에 나와 있습니다.

표 3 2024, 7075의 담금질 후 연신율 A(%)

3. 구부러진 부품의 원재료 길이

구부러진 부품의 원자재 길이는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.

L_M =0.99(L+2A)+2B

공식에서

• L _M - 원재료 길이;
• L - 파트의 펼쳐진 길이입니다;
• A - 절단 선에서 척의 끝면까지의 전이 섹션의 길이로, 40~60mm입니다;
• B - 클램핑 끝의 길이로, 30~50mm가 될 수 있습니다;
• 0.99 - 굽힘 과정에서 원재료의 연신율을 고려한 계수입니다.

4. 여러 특수한 모양의 부품 굽힘

(1) 양의 곡률과 음의 곡률을 가진 부품의 굽힘

캔틸레버 벤딩 머신 또는 턴테이블 벤딩 머신에서 구현할 수 있습니다. 캔틸레버 벤딩 머신에서 구현할 경우 일반적으로 그림 6과 그림 7과 같이 측면 압력 장치가 없는 벤딩과 측면 압력 장치가 있는 벤딩의 두 가지 상황으로 나뉩니다.

측면 압력 장치 없이 절곡하는 일반적인 공정 흐름은 먼저 첫 번째 곡률을 당긴 다음 역방향 절곡 금형을 설치하고 역방향으로 두 번째 곡률을 형성한 다음 마지막으로 다시 당기는 것입니다. 측면 압력 장치로 벤딩하는 일반적인 방법에는 세 가지가 있습니다:

1) 그림 7a와 같이 먼저 당긴 다음 구부린 다음 측면 압력 실린더가 볼록한 몰드를 누르면서 구부린 다음 마지막으로 다시 당깁니다. 이 방법은 가운데 홈이 작은 부품에만 사용할 수 있습니다.

2) 그림 7b와 같이 먼저 미리 당기고 측면 압력 실린더를 보조 볼록 몰드에 대고 눌러 구부린 다음 벤딩 몰드로 다시 구부린 다음 마지막으로 다시 당깁니다.

3) 먼저 당긴 다음 구부리고, 오목한 금형을 측면 압력 실린더로 눌러 재료를 잡은 다음 오목한 금형에 따라 구부린 다음 (캔틸레버를 뒤집거나 부품을 뒤집습니다) 마지막으로 그림 7c와 같이 다시 당깁니다.

턴테이블 벤딩 머신의 일반적인 공정 흐름은 그림 8과 같이 작업대의 정방향 및 역방향 회전을 통해 역곡률을 가진 부품의 벤딩을 별도의 단계로 완료하는 것입니다.

(2) 가변 각도 부품의 굽힘

프로파일 섹션 각도가 변경되는 부품의 경우 각도 변경의 크기에 따라 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다:

1) 각도 변화가 3° 미만인 경우 구부리는 동안 직접 빼낼 수 있습니다. 각도가 최종적으로 기술 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 구부린 후 일정량의 수동 보정을 수행할 수 있습니다.

2) 각도 변화가 3°를 초과하는 경우 절곡 성형의 품질을 보장하고 수동 각도 보정량을 줄이기 위해 다양한 각도 변화에 따라 절곡 전에 베벨을 사전 제작할 수 있으며, 절곡 과정에서 각도가 일정 범위 내에서 변경되는 것을 고려하여 부품 유형별로 표 4에 따라 사전 제작 된 베벨을 선택해야 합니다. 부품 각도를 벤딩 금형과 일치시키기 위해 벤딩이 끝날 때 언로딩하기 전에 금형을 두드려 부품을 조정할 수 있습니다.

표 4 벤딩 전 조립식 베벨의 선택

3) 터렛형 벤딩 머신에서는 최대 ±30'의 정확도로 벤딩하면서 부품 베벨을 생성할 수 있습니다.

(3) 가변 단면 프로파일의 굽힘

일반 프로파일 벤딩 은 일정한 단면과 두께에서 수행되지만 다음 유형의 가변 두께 프로파일의 경우 필요한 조치를 취하여 굽힘을 수행할 수도 있습니다:

1) 단면이 작은 것부터 큰 것까지 균일하게 증가하는 프로파일은 턴테이블 벤딩 머신에서 구부릴 수 있습니다. 처음에는 작은 당기는 힘을 사용하여 작은 단면 끝부터 구부리기 시작하고 최종 모양이 형성될 때까지 단면 크기가 증가함에 따라 당기는 힘을 점차적으로 늘립니다.

2) 균일하게 두꺼운 "S"자형 부품. 그림 9와 같이 쌍을 이루는 조합 절곡 방법을 사용할 수 있으며, 단면 크기가 작은 끝이 조합 끝으로 사용됩니다.