프레스 성형 톤수 계산: 필수 공식

TL;DR

스탬핑 톤수 요구량을 계산하는 것은 올바른 프레스를 선택하고 성공적인 제조 공정을 보장하기 위해 필수적입니다. 기본 공식은 다음과 같습니다. 톤수 = 절단 둘레(in) × 재료 두께(in) × 재료 전단 강도(ton/in²) 이 계산의 정확성은 사용 중인 특정 재료에 대한 정확한 전단 강도 값을 적용하는 데 달려 있으며, 이 값은 저탄소강, 알루미늄, 고강도 첨단 강재와 같은 금속 간에 상당히 다릅니다.

스탬핑 톤수의 기본 공식

모든 스탬핑 공정의 핵심에는 부품을 절단하거나 성형하는 데 필요한 힘을 결정하기 위한 중요한 계산이 존재합니다. 이 힘은 톤으로 측정되며, 필요한 프레스의 크기와 능력을 결정합니다. 너무 작은 용량의 프레스를 사용하면 장비 손상 및 생산 실패로 이어질 수 있으며, 반대로 너무 큰 용량의 프레스는 비효율적이며 비용이 증가합니다. 블랭킹 및 피어싱 공정의 톤수를 계산하기 위해 가장 널리 받아들여지는 공식은 간단하지만 강력합니다.

기본 공식은 다음과 같습니다:

Force (Tons) = P × Th × SS

이 방정식의 각 변수는 작업의 중요한 측면을 나타냅니다:

• P (둘레): 이는 절단되는 부분의 전체 길이를 인치 단위로 측정한 값입니다. 간단한 원형 구멍의 경우 둘레(π × 지름)에 해당하며, 정사각형이나 직사각형의 경우 모든 변의 길이를 합한 값입니다.
• Th (두께): 이는 스탬핑되는 판금의 게이지 또는 두께이며, 인치 단위로 측정됩니다.
• SS (전단 강도): 이것은 전단에 저항하는 재료 고유의 특성으로, 제곱인치당 톤(t/in²)으로 표시됩니다. 정확도를 위해 가장 중요한 변수입니다.

예를 들어, 전단 강도가 약 25 t/in²인 연강 소재의 0.10인치 두께 판금에 2인치 지름의 구멍을 펀칭하기 위해 필요한 톤수를 계산하려면 다음 계산을 사용합니다: 톤수 = (2 in × 3.1416) × 0.10 in × 25 t/in² = 15.7톤. 도구 마모와 같은 변수를 고려하기 위해 일반적으로 15~20%의 안전 계수를 추가하는 것이 일반적입니다.

이 공식을 자신의 프로젝트에 적용하려면 다음 단계를 따르세요:

1. 둘레(P) 결정: 한 번의 프레스 스트로크에서 절단되는 모든 엣지의 총 길이를 계산합니다.
2. 재료 두께(Th) 측정: 캘리퍼스를 사용하여 인치 단위로 재료 두께를 정확히 측정하세요.
3. 재료 전단 강도(SS) 확인: 톤/제곱인치 단위로 표시된 특정 재료의 전단 강도를 찾으세요. 이 값은 일반적으로 재료 데이터 시트나 공학 핸드북에서 확인할 수 있습니다.
4. 톤티지 계산: 세 값을 서로 곱하여 필요한 힘을 톤 단위로 구합니다.
5. 안전 계수 추가: 프레스의 충분한 용량을 보장하기 위해 계산된 톤수를 15-20% 증가시키십시오.

주요 변수 심층 분석: 재료 특성 및 부품 형상

톤수 계산의 정확성은 사용하는 데이터의 질에 달려 있습니다. 둘레와 두께는 간단한 측정값이지만, 전단 강도는 결과에 막대한 영향을 미치는 복잡한 변수입니다. 특히 현대적인 합금의 경우 이 특성을 오해하는 것이 흔한 오류의 원인이 됩니다.

전단 강도는 보편적인 상수가 아니며, 재료에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, 연질 알루미늄은 경화 스테인리스 스틸보다 훨씬 적은 힘으로 전단됩니다. 자동차 산업에서 강도 대비 무게 비율로 인해 점점 더 많이 사용되는 고강도 철강재(AHSS)는 전통적인 저탄소 강철보다 여러 배 높은 전단 강도를 가질 수 있습니다. 언급된 바와 같이 AHSS Guidelines , 고강도 첨단 소재의 경우 기존의 탄소강에 적용되던 경험 기반 계산 방식은 소요 톤수를 크게 과소 예측할 수 있으며, 이로 인해 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.

부품의 형상 또한 동일하게 중요합니다. 절단하고자 하는 형상의 둘레는 정확히 계산되어야 합니다. 원과 같은 단순한 형상의 경우(둘레 = π × 지름) 또는 직사각형의 경우(둘레 = 2 × 길이 + 2 × 너비)는 간단하지만, 복잡하고 불규칙한 형상의 경우, 둘레는 동시에 절단되는 모든 직선 및 곡선 세그먼트들의 길이를 모두 합한 값이 됩니다.

일반적인 금속 재료들의 전단 강도 근사치를 비교하기 위해 아래와 같은 표를 제공합니다.

참고: 위 값들은 근사치입니다. 정확한 데이터는 항상 자재 공급업체의 사양서를 참조하십시오.

계산의 정확성을 보장하기 위해:

• 재료 사양 확인: 전단 강도를 가정하지 마십시오. 항상 사용 중인 재료의 합금 종류와 템퍼에 맞는 정확한 값을 가져오십시오.
• 두께 정확하게 측정: 특히 고강도 재료의 경우, 재료 두께의 미세한 차이조차 최종 톤수에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
• 둘레 길이 신중하게 계산: 복잡한 부품의 경우, 형상을 더 작은 구간으로 나누어 전체 절단 길이가 정확하게 계산되도록 하십시오.

다양한 스탬핑 공정을 위한 계산

힘 계산의 기본 원칙은 동일하지만, 다양한 유형의 스탬핑 공정에 따라 공식을 조정해야 합니다. 주요 차이점은 에너지를 소모하는 공정의 단계와 재료에 가해지는 응력 방식에 있습니다. 블랭킹, 펀칭, 드로잉 공정의 요구사항을 혼동하는 것은 잘못된 계산이 자주 발생하는 원인입니다.

펀칭 및 블랭킹: 이 두 공정은 모두 전단 작업입니다. 펀칭(punching)은 구멍을 만들기 위해 재료를 제거하는 반면, 블랭킹(blanking)은 큰 시트에서 부품의 윤곽을 잘라내는 것입니다. 두 경우 모두 표준 계산식(톤수 = P × Th × SS)을 그대로 적용할 수 있습니다. 핵심은 절단되는 형상의 둘레와 재료의 전단강도를 사용하는 것입니다. 예를 들어, 펀칭의 경우 'P'는 펀치의 둘레이며, 블랭킹의 경우 'P'는 최종 부품의 외주 길이입니다.

도면: 이것은 전단 공정이 아니라 성형 공정입니다. 드로잉(drawing)은 시트 금속을 컵이나 쉘과 같은 3차원 형태로 늘리는 것입니다. 이때 재료는 전단 상태가 아니라 인장 상태에 놓입니다. 따라서 계산 방식을 수정해야 합니다. 아래에서 설명한 바와 같이 제작자 , 드로잉 계산식에서는 전단강도(SS) 대신 재료의 인장강도(Ultimate Tensile Strength, UTS) 를 사용합니다. 또한 블랭크 홀더 또는 프레셔 패드가 필요로 하는 힘을 별도로 계산하여 총 힘에 더해야 합니다.

프로그레시브 스탬핑: 진행형 다이에서는 프레스의 각 스트로크마다 서로 다른 공정 위치에서 여러 작업(예: 펀칭, 벤딩, 성형)이 수행됩니다. 총 톤수를 계산하기 위해서는 동시에 수행되는 모든 공정에 필요한 힘을 각각 계산한 후 더해야 합니다. 여기에는 천공, 성형, 벤딩은 물론 스프링 스트리퍼와 질소 압력 패드가 가하는 힘도 포함됩니다.

다음은 다양한 공정에 대한 주요 고려 사항 비교입니다.

올바른 계산 방법을 선택하려면 다음 체크리스트를 사용하세요:

• [ ] 작업이 주로 소재 절단인가요? 예인 경우 전단 강도 공식을 사용하세요.
• [ ] 소재를 늘리거나 3차원 형태로 성형하는 작업인가요? 예인 경우 인장 강도 공식을 사용하고 패드 압력을 추가하세요.
• [ ] 한 번의 프레스 스트로크에서 여러 가지 작업이 동시에 이루어지나요? 예인 경우 각각의 톤수를 계산한 후 합산하세요.

톤수에 영향을 미치는 고급 고려사항 및 요인

기본 공식은 확실한 추정치를 제공하지만 실제 생산 환경에서 다른 여러 요소가 실제 요구되는 수량량에 영향을 줄 수 있습니다. 이 세부사항을 간과하면 부정확한 예측과 처리 문제가 발생할 수 있습니다. 경험 많은 엔지니어들은 계산을 정밀화하고 공정 안정성을 보장하기 위해 이러한 뉘앙스를 고려합니다.

가장 중요한 요소 중 하나는 도구의 상태입니다. 표준 공식은 종종 전체 재료 두께를 사용하여 둔한 도구에 대한 보상을합니다. 그러나 날카로운 도구 는 가속물 의 두께 의 일부 만 (일반 로 20-50%) 를 뚫고 들어가면 부서지게 하고, 따라서 필요 한 힘 이 줄어듭니다. 반대로, 마비되거나 둔한 도구는 훨씬 더 많은 톤량을 필요로합니다. 다른 요인 들 은 펀치 와 도형 사이 의 공백, 재료 의 단단성 일관성, 그리고 압축 속도 이다.

또한, 톤 (피크 파워) 와 에너지 사이에는 중요한 차이가 있습니다. 프레스에는 충분한 톤급이 있을 수 있지만, 특히 프레스 스트로크에서 높은 곳에 있는 물질을 이용하는 깊은 드래잉 작업에 있어서 작업을 완료할 충분한 에너지는 없을 수 있다. 이것은 프레스가 스트로크의 바닥에서 멈출 수 있습니다. 현대적 접근법은 수동 계산의 한계를 극복하기 위해 유한 원소 분석 (FEA) 및 시뮬레이션 소프트웨어에 점점 더 의존하고 있습니다. 이 부분의 본문은 스탬핑 시뮬레이션 이 도구들은 전체 형성 과정에 걸쳐 재료 가혹화, 스프링백, 결합 압력과 같은 복잡한 요소들을 정확하게 모델링할 수 있습니다. 복잡한 부품, 특히 자동차 부문에서, 고급 CAE 시뮬레이션을 활용하는 것은 더 이상 고급품이 아니라 필수입니다. 주요 공급업체들 Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. 이러한 기술을 활용하여 자동차 스탬핑 도와 부품의 제조에 정확성과 효율성을 보장합니다.

보다 안정적이고 안전한 작업은 다음의 조언들을 고려해 보십시오.

• 안전 요인을 적용합니다: 항상 계산된 톤에 적어도 15-20%를 추가하여 재료 변동과 도구 마모에 대한 버퍼를 만듭니다.
• 모든 군대의 계산: 복잡한 도형에 있어서, 질소 스프링, 압력 패드, 그리고 구동된 캠의 힘을 합쳐보도록 기억하세요.
• 도구 날카로운 점: 매우 날카로운 도구들을 유지한다면, 당신은 더 낮은 톤 용량을 사용할 수 있을지도 모르지만, 둔한 도구들을 계산하면 더 안전한 상한을 얻을 수 있다.
• 짐 을 균형 잡으십시오. 큰 프레스 또는 점진적 도형에서, 압력 침대에 대한 부하가 균형이 잡혀있어 프레스와 도형 모두에 기울기 및 조기 마모를 방지하십시오.

자주 묻는 질문

1. 어떻게 스탬핑을 계산합니까?

스탬핑에서 톤량을 계산하는 가장 일반적인 방법 (특히 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 뚫고 절단 강도 값은 매우 중요하며 사용되는 금속의 종류에 따라 크게 달라집니다.

2. 톤급 요구사항은 어떻게 계산하나요?

전체 톤 용량 요구 사항을 계산하려면 먼저 하나의 프레스 스트로크에서 수행되는 모든 작업을 식별해야합니다. 간단한 링 작업에 표준 공식 ( 둘레 × 두께 × 력) 을 적용합니다. 여러 스테이션이 있는 점진적 도형에 대해서는 동시에 작업을 수행하는 각 스테이션의 톤량을 계산해야 합니다. (예를 들어, 뚫고, 형성, 구부리기) 그리고 그 다음 이 모든 값을 합쳐서 전체 요구되는 톤량을 얻어야 합니다.

3. 고문기 매량량 계산 방법은?

도매 프레스 용량 계산은 스탬핑과 근본적으로 다릅니다. 둘레에 기반한 절단 작업 대신, 도는 재료의 부피를 압축하는 것을 포함합니다. 공식은 더 복잡하고 일반적으로 조형의 투영된 면적, 조형 온도에서 재료의 흐름 스트레스와 모양 복잡성 요인과 관련이 있습니다. 스탬핑 톤매치 계산과 교환할 수 없습니다.