프레스 성형용 유압 프레스 vs 기계식 프레스: 속도, 힘, 비용

TL;DR

유압 프레스와 기계식 프레스 중에서 선택하는 것은 속도 그리고 힘 제어 . 기계식 프레스는 고속 생산을 위한 산업 현장의 주력 장비로서, 플라이휠에 저장된 에너지를 이용해 트리밍 및 얕은 성형 공정에 이상적인 빠르고 일관된 사이클을 제공한다. 반면 유압 프레스는 유체 압력을 통해 가공력을 발생시키며, 스트로크 전 구간에서 정격 톤수의 완전한 힘을 제공하므로 깊게 그루빙하는 작업, 복잡한 형상 및 변동이 있는 생산 런에 더 적합하다. 이러한 요구사항 사이에서 균형을 잡아야 하는 제조업체의 경우, 가공력 적용 방식의 구체적인 차이점을 이해하는 것이 생산 비용과 품질 최적화를 위한 첫걸음이다.

핵심 차이점: 플라이휠 에너지 대 유체 압력

기본적인 차이점은 각 기계가 힘을 생성하고 전달하는 방식에 있습니다. 이러한 공학적 차이는 사이클 시간부터 유지보수에 이르기까지 성능의 모든 측면을 결정합니다.

기계 프레스 운동 에너리를 기반으로 작동합니다. 전동기가 거대한 플라이휠을 가속시켜 에너지를 저장합니다. 운전자가 클러치를 작동하면 이 에너지가 기어와 크랭크 시스템을 통해 방출되어 램(ram)을 구동합니다. 이 동작은 고정적이고 순환적이며, 마치 망치로 치는 것과 같습니다. 이러한 설계는 뛰어난 속도와 반복성을 가능하게 하지만 스트로크 프로파일 측면에서는 유연성이 거의 없습니다.

유압 프레스 유압에 의존합니다. 펌프가 유압 유체를 실린더 안으로 밀어넣어 피스톤을 아래로 밀어냅니다. 이 힘은 움직이는 질량의 운동량이 아니라 유체가 가하는 압력에 의해 생성됩니다. 이는 망치로 내리치는 것보다는 바이스가 조여지는 것에 가까운 밀어내는 동작을 만들어냅니다. 램은 가변 속도 및 위치 제어가 가능하여 작업자가 가공물에 힘을 어떻게 그리고 언제 적용할지 정확히 조절할 수 있게 해줍니다.

톤수 및 가력 응용: 중요한 곡선

엔지니어에게 가장 중요한 기술적 차별 요소는 어디 프레스가 정격 톤수를 발생시킬 수 있는 스트로크 위치입니다. 이 요소는 특정 작업을 프레스로 물리적으로 수행할 수 있는지 여부를 결정하는 경우가 많습니다.

기계식: 하사점(BDC)에서 정격

기계식 프레스는 크랭크/이심축 구동 방식의 기계적 이득 곡선 특성상, 스트로크 맨 아래 끝인 하사점(Bottom Dead Center, BDC)에서만 최대 톤수를 낼 수 있습니다. 따라서 램이 스트로크 상단 근처에 있을 때에는 가용 힘이 크게 감소합니다. 예를 들어, 200톤 기계식 프레스는 바닥에서 2인치 위에서는 단지 50톤의 힘만을 제공할 수 있습니다. 이러한 제한으로 인해 기계식 프레스는 스트로크 초기에 큰 힘이 필요한 딥 드로잉 가공에는 적합하지 않습니다.

유압식: 스트로크 어디서나 전 톤수 가능

반면에, 유압 프레스는 스트로크의 어느 지점에서나 정격 힘을 완전히 발휘할 수 있습니다. 램이 상단, 중간 또는 하단에 있든 관계없이 유압 시스템은 즉시 최대 압력을 가할 수 있습니다. 이러한 특성은 재료가 찢어지지 않고 올바르게 유동하기 위해 긴 거리에 걸쳐 일정한 성형 압력이 필요한 경우 매우 중요합니다. 심도 압출 작업에서 재료가 찢어지지 않고 올바르게 유동하기 위해 긴 거리에 걸쳐 일정한 성형 압력이 필요합니다.

속도, 생산량 및 효율성

속도는 금속 스탬핑 공정에서 종종 주요 비용 요소이며, 기계식 프레스가 역사적으로 우세를 점해온 부분이 바로 여기에 있습니다.

• 대량 생산 속도: 기계식 프레스는 고속 작동을 위해 설계되었습니다. 소형 갭 프레임 기계식 프레스는 분당 최대 1,500회 스트로크(SPM)에 이를 수 있으며, 대형 스트레이트 사이드 프레스도 유사한 규모의 유압 프레스보다 훨씬 더 빠른 속도로 작동합니다. 전기 커넥터, 와셔 또는 자동차 브래킷처럼 수백만 단위가 요구되는 부품의 경우 기계식 프레스의 고정 사이클은 비교할 수 없습니다.
• 소량 생산의 다목적성: 유압 프레스는 유체를 펌프질하는 데 시간이 소요되기 때문에 본질적으로 속도가 느립니다. 그러나 고정밀, 저용량 생산 환경에서는 우수한 성능을 발휘합니다. 스트로크 제한이 기계적 방식이 아니라 프로그래밍 방식이기 때문에 설정 시간이 일반적으로 더 빠릅니다. 또한 시범 가동 및 프로토타입 제작에 이상적입니다.

확장 중인 제조업체의 경우, 전환 과정에서 유압 장비의 유연성에서 기계적 속도로 이동하는 것이 일반적입니다. 전문 파트너사인 소이 메탈 테크놀로지 은 이러한 발전 과정을 활용하여 다양한 프레스 역량을 적용함으로써 초기 저용량 프로토타이핑부터 IATF 16949 인증 부품 수백만 개의 대량 생산까지 자동차 고객을 지원합니다.

설계 유연성, 설치 및 유지보수

순수한 성능 사양을 넘어서서, 이러한 장비들의 일상적인 운영 현실은 상당히 다릅니다.

안전 및 과부하: 유압 시스템의 주요 이점은 과부하 보호 기능이다. 유압 프레스가 톤수 한계를 초과하면 리리프 밸브가 열리면서 압력이 무해하게 방출된다. 그러나 기계식 프레스는 하사점(BDC)에서 과부하가 발생할 경우 '바닥에 걸리는' 현상이 발생할 수 있으며, 슬라이드를 분리하기 위해 수시간의 정비가 소요될 수 있고 고가의 공구가 손상될 수도 있다.

정비 실상: 기계식 프레스는 견고하며 적절한 윤활만 유지되면 수십 년간 사용할 수 있지만, 클러치 및 브레이크 라이닝은 마모 부품이다. 유압 프레스는 움직이는 하드웨어 부품은 적지만 누유와 압력 저하를 방지하기 위해 유체 청결도, 씰의 완전성 및 호스 상태를 꾸준히 점검해야 한다.

서보 프레스: 현대의 하이브리드

최근 몇 년 동안 서보 프레스 기술이 등장하여 갭을 해소하고 있습니다. 서보 프레스는 고토크 서보 모터를 사용하여 기계적 링크를 구동하며, 플라이휠과 클러치를 제거합니다. 이를 통해 스토로크 프로파일을 완전히 프로그래밍할 수 있게 되어 사용자는 램(ram)이 성형 구간에서 느려지도록 설정하여 열 발생을 줄이고 부품 품질을 향상시키며, 복귀 동작 시에는 속도를 높일 수 있습니다.

서보 프레스는 기계식의 속도와 유압식의 제어 가능성을 모두 갖추고 있어 '양쪽 세계의 장점'을 제공하지만, 초기 설비 비용이 더 높다는 단점이 있습니다. 복잡한 성형 곡선과 동시에 높은 생산량이 요구되는 전기차(EV) 배터리 부품 제조와 같은 고정밀 산업 분야에서는 점차 표준으로 자리 잡고 있습니다.

요약: 귀하에게 적합한 프레스는 무엇인가?

올바른 프레스를 선택하는 것은 '더 나은' 기술을 찾는 것이 아니라, 귀하의 특정 생산 상황에 맞는 기계를 선정하는 것입니다. 다음 기준을 활용하여 결정을 안내하세요:

• 다음과 같은 경우 기계 프레스를 선택하십시오. 고속 생산(수천 개에서 수백만 개의 부품)을 수행하고, 비교적 평면에 가까운 부품(블랭킹, 피어싱, 얕은 성형)을 다루며, 속도가 최우선인 경우입니다.
• 다음과 같은 경우 유압 프레스를 선택하십시오. 딥 드로잉 작업이 필요하거나, 다양한 종류의 부품을 자주 교체하면서 생산해야 하거나, 긴 스트로크 동안 전체 톤수 용량이 필요한 경우입니다.
• 다음과 같은 경우 서보 프레스를 선택하십시오. 복잡한 부품에서 재료 흐름을 정밀하게 제어할 필요가 있고, 에너지 효율성을 요구하며, 다목적이고 미래에도 사용 가능한 기술에 투자할 예산이 있는 경우입니다.

자주 묻는 질문

1. 유압 프레스로 블랭킹 작업을 할 수 있습니까?

예, 유압 프레스는 전단 작업을 수행할 수 있지만, 일반적으로 기계식 프레스만큼 효율적이지 않습니다. 재료가 파단될 때 발생하는 '스냅스루(snap-through)' 충격은 특수 댐핑 장치가 장착되지 않은 경우 장기적으로 유압 시스템에 손상을 줄 수 있습니다. 순수한 전단 작업의 경우, 기계식 프레스가 빠른 속도와 강성 덕분에 일반적으로 더 선호됩니다.

2. 왜 기계식 프레스가 유압 프레스보다 더 빠른가요?

기계식 프레스는 지속적으로 회전하는 플라이휠에 저장된 에너지를 활용하기 때문에 더 빠릅니다. 클러치가 작동하면 이 저장된 운동 에너지가 거의 즉시 방출되어 슬라이드를 구동합니다. 반면 유압 프레스는 매 사이클마다 유체를 펌프질하여 힘을 생성해야 하며, 밸브 전환과 압력 상승이 필요하므로 본질적으로 더 느린 과정입니다.

3. 어느 종류의 프레스가 작업자와 공구에 대해 더 안전한가요?

유압 프레스는 과부하 상황에서 금형 보호 측면에서 일반적으로 더 안전한 것으로 간주됩니다. 이물질이 다이에 들어가거나 소재가 너무 두꺼운 경우, 유압 시스템의 리리프 밸브가 작동하여 프레스를 즉시 정지시키며 손상 없이 대응합니다. 반면 기계식 프레스는 장애물의 존재 여부와 관계없이 강제로 사이클을 완료하려 하기 때문에 다이 또는 프레스 구조 자체에 치명적인 손상을 입힐 수 있습니다.