뉴스&이벤트

K 계수, 벤드 허용치, 벤드 공제란 무엇인가요?

소개

고품질 완제품을 얻으려면 정확한 K 계수, 굽힘 여유, 굽힘 공제량을 계산하는 것이 매우 중요합니다. 유압 프레스 브레이크프레스 브레이크에 대한 지식과 기술은 기본이며, 제조 현장에서 이를 활용하는 데 있어 가장 중요한 요소입니다.

3D 부품에서 평면 패턴 길이를 계산하는 것은 사실 그리 어렵지 않습니다. 굽힘 여유를 계산한다고 주장하는 여러 가지 공식이 있지만, 대개 각도나 K-인자를 대입하여 간소화한 동일한 공식입니다. 이 글에서는 K-인자, 굽힘 여유 및 굽힘 공제에 대한 정보를 제공합니다.

굽힘 여유란 무엇인가요?

금속은 실제로 구부릴 수 있습니다. 판금 제조 시 금속을 구부려야 하는 이유는 특정 모양을 만들기 위해서일 뿐만 아니라, 충격을 받았을 때 부러지지 않고 휘어지도록 하여 안전 규정을 준수하기 위해서입니다. 금속의 종류, 모양, 두께에 관계없이 모든 금속 조각에는 일정 정도의 굽힘 허용치가 있습니다.

굽힘 허용량 정의

굽힘 여유(BA)는 금속판의 중립축을 따라 측정한 굽힘 호의 길이입니다. 중립축의 길이는 굽힘 후에도 변하지 않기 때문입니다.

굽힘 여유분을 계산한 후에는 이를 평판 길이에 더하여 원하는 가공품을 만드는 데 필요한 판금 길이를 결정해야 합니다.

굽힘 여유 계산 방법

아래 그림에서 보는 바와 같이:

평면 길이를 계산하는 데에는 다음 공식이 사용됩니다.

판금 평면 길이 = 다리 길이 1 + 가슴둘레 + 다리 길이 2

굽힘 여유 계산 공식

A – 굽힘 각도

R – 내부 반지름

K – K 인자

T – 재료 두께

간단한 L자형 브래킷부터 시작해 보겠습니다. 그림에서 브래킷의 다리 길이는 2인치와 3인치입니다. 재료 두께는 0.125인치이고, 안쪽 곡률 반경은 0.250인치이며, 굽힘 각도는 90도입니다. 평면 길이는 양쪽 플랜지의 평면 부분 길이와 굽힘 부분의 호 길이를 더한 값입니다. 그런데 이 값을 재료의 안쪽에서 계산해야 할까요, 아니면 바깥쪽에서 계산해야 할까요? 둘 다 아닙니다! 바로 여기서 K-계수가 중요한 역할을 합니다. K-계수는 재료 두께 중 재료가 늘어나거나 압축되지 않는 부분(예: 중립축)의 비율을 나타냅니다. 이 간단한 L자형 브래킷의 경우 K-계수는 0.42를 사용하겠습니다.

위 공식을 사용하면 다음과 같습니다. 굽힘 여유 = 90 * (π / 180) * (0.250 + 0.42 * 0.125) = 0.475″.

따라서 평면 패턴 길이는 1.625인치 + 2.625인치 + 0.475인치로 총 4.725인치입니다. 즉, 모든 플랜지의 평면 길이를 합산하고 각 굽힘 영역에 대한 굽힘 여유분을 더하면 부품의 정확한 평면 길이를 구할 수 있습니다.

하지만 도면을 보세요. 일반적으로 판금 부품의 치수를 기입하는 방식이 아닙니다. 치수는 보통 플랜지 또는 금형선의 교차점을 기준으로 합니다. 즉, 각 굽힘 영역에서 재료 두께의 두 배에 굽힘 반경(또는 후퇴 거리)을 더한 값을 빼야 합니다. 이 치수의 경우 굽힘 보정값을 계산하는 것이 더 쉽습니다. 굽힘 보정값은 금형선 치수를 사용하여 각 플랜지의 길이를 합산한 다음, 굽힘 영역당 1의 굽힘 보정값을 더하는 값입니다. 이 값은 -0.275로 음수이므로, 플랜지 길이의 총합인 5인치에서 이 값을 빼면 4.725인치가 됩니다.

K 팩터란 무엇인가요?

k-인자는 굽힘 영역에서 재료의 늘어남이나 압축이 발생하지 않는 재료 두께의 백분율입니다.

재질이 단단할수록 굽힘 안쪽의 압축력이 줄어듭니다. 따라서 바깥쪽으로 더 많이 늘어나고 중립축이 굽힘 안쪽으로 이동합니다. 반대로 부드러운 재질은 안쪽의 압축력이 더 크기 때문에 중립축이 재질 두께의 중심에 더 가깝게 유지됩니다.

굽힘 반경도 비슷한 효과를 냅니다. 굽힘 반경이 작을수록 압축력이 더 많이 필요하고 중립축은 굽힘 안쪽으로 이동합니다. 반경이 클수록 중립축은 재료 두께의 중심 부근에 유지됩니다.

K 인자를 이해하려면 먼저 중립축을 이해해야 합니다.

판금을 구부릴 때 아랫면은 압축되고 윗면은 늘어납니다. 중립축은 금속 내부에 위치하여 압축되거나 늘어나지 않으므로 판금은 일정한 길이를 유지할 수 있습니다.

중립축

중립축은 변하지 않습니다. 평면 블랭크를 성형할 때, 부품의 길이가 일정하게 유지되는 부분이 있는데, 이 부분을 중립축이라고 합니다. 중립축 안쪽의 재료는 압축되고, 바깥쪽의 재료는 늘어납니다. 재료 두께, 형상 반경, 성형 방법에 따라 부품의 압축비와 인장비는 달라집니다.

두께에 비해 곡률이 매우 큰 곡선으로 구부러진 부품은 바깥쪽으로 더 많이 늘어나므로 중립축이 굽힘 안쪽에 더 가깝게 위치하게 됩니다. 반대로 완만하게 구부러진 부품은 바깥쪽으로 늘어나는 정도가 적어 중립축이 부품의 중심에 더 가깝게 위치하게 됩니다.

평평한 판금에서 중립축은 판금 두께의 절반 지점에 고르게 위치하지만, 굽힘 과정에서 이동합니다.

중립축의 위치 변화는 판재의 재질 특성, 두께, 굽힘 각도, 내부 반경 및 굽힘 방식과 같은 다양한 요인에 의해 결정됩니다.

K 인자를 계산하는 방법

수학적으로 K-인자는 중립축의 위치(t)와 판 두께(T)의 비율을 나타냅니다.

K 인자 공식

여기서 t는 내부 표면에서 중립축까지의 거리이고 T는 금속 두께입니다.

K-인자는 재료의 물리적 특성, 굽힘 방법, 굽힘 각도 및 기타 요인에 의해 결정됩니다.

K 계수 값은 항상 0과 1 사이입니다. K 계수가 0.25이면 중립축이 부품 판금 재료 두께의 25% 지점에 위치함을 의미합니다. 마찬가지로 0.5이면 중립축이 전체 두께의 50% 지점에 위치함을 의미합니다.

재료 특성: 일반적으로 K값은 0.30에서 0.50 사이입니다. 일반적으로 연질 동이나 연질 동 소재의 K값은 0.35이고, 반경질 동이나 황동, 연강, 알루미늄 등의 소재의 K값은 0.41이며, 청동, 경질 동, 냉간압연강, 스프링강 등의 소재의 K값은 0.45입니다.

굽힘 반경: 굽힘 반경이 작을수록 K-인자는 커집니다.

재질 두께: 재료 두께가 두꺼울수록 K-인자가 커집니다.

재료의 항복 강도: 항복 강도가 높을수록 K-인자는 작아집니다.

탄성 계수(영률이라고도 함): 재료 두께가 두꺼울수록 K-인자가 커집니다.

정밀 판금 제조에서 다음을 사용하여 CNC 프레스 브레이크K-인자는 매우 중요한 요소입니다. K-인자는 굽힘 평면 패턴을 계산하는 데 사용되며, 이는 굽힘 과정에서 늘어나는 판금의 길이와 직접적인 관련이 있습니다.

이는 굽힘 여유 및 굽힘 공제량을 결정하는 데 있어 기본 값입니다.

중립축까지의 거리와 판 두께의 비율이 금속판 내 중립축의 위치를 결정하기 때문에, K-인자를 알면 굽힘 후 중립축의 위치를 파악하는 데 도움이 됩니다.

알루미늄 및 강철의 K 계수

아래 표를 이용하여 K-인자를 구할 수도 있습니다.

구리, 황동 및 청동의 K 계수

정밀한 검토 결과, SolidWorks 시스템은 90도 굽힘 각도에서 다음과 같은 특정 재료에 대한 굽힘 보정 알고리즘을 제공하는 것으로 확인되었습니다. 구체적인 계산 공식은 다음과 같습니다.

연질 황동 또는 연질 구리 재질: BA=(0.55 * T)+(1.57 * R)

반경질 구리 또는 황동, 연강, 알루미늄과 같은 재료: BA=(0.64 * T)+(1.57 * R) 청동, 경질 구리, 냉간압연강, 스프링강과 같은 재료: BA=(0.71 * T)+(1.57 * R) 실제로, 식 (7)을 단순화하고 굽힘 각도를 90도로 설정하여 상수를 계산하면 다음과 같이 변환할 수 있습니다.

BA=(1.57 * K * T)+(1.57 * R)

따라서 연질 황동이나 연질 구리 재료의 경우, 위의 계산식을 비교하면 1.57xK=0.55K=0.55/1.57=0.35를 얻을 수 있습니다. 이와 같은 방법을 사용하면 책에 나와 있는 여러 종류의 재료에 대한 k-인자 값을 쉽게 계산할 수 있습니다.

연질 황동 또는 연질 구리 재질: K=0.35.

반경질 구리나 황동, 연질 강철, 알루미늄과 같은 재료: K=0.41.

청동, 경질 구리, 냉간압연강, 스프링강 등의 재료: K=0.45.

벤드 공제란 무엇인가요?

판금 벤딩 시, 재료의 불완전한 소성 변형과 공작기계 자체의 구조적 한계로 인해 벤딩된 가공물의 각도와 길이가 설계 치수에서 벗어날 수 있습니다. 벤딩의 정확성을 확보하고 가공물의 크기가 요구 사항을 충족하도록 하려면 도면 제작 시 벤딩 공제, 즉 필요한 벤딩 폭을 줄이는 것을 고려해야 합니다.

굽힘 공제 정의

굽힘 공제란 정확한 평면 패턴을 얻기 위해 판의 전체 길이에서 제거해야 하는 재료의 길이입니다.

굽힘 연역 원칙

벤딩 가공의 원리는 재료의 탄성 변형을 이용하여 벤딩 후 길이와 각도가 설계 요구 사항을 충족하도록 하는 것입니다. 벤딩 시, 판금을 벤딩 기계에 올려놓으면 벤딩력이 가해져 판금의 탄성 변형이 발생하고, 이로 인해 형상과 각도가 변하여 최종적으로 원하는 형상이 됩니다. 이 과정에서 도면의 크기를 조정하여 벤딩 가공을 정밀하게 제어할 수 있으므로 설계에 필요한 정밀도와 크기를 얻을 수 있습니다.

위 그림에 따르면 굽힘 공제액은 굽힘 여유와 외부 후퇴량의 두 배를 뺀 값입니다.

굽힘 공제 계산 공식

어디:

OSSB – 외부 후퇴 거리(굽힘 각도를 넘어 돌출된 부분의 길이).

R – 굽힘 반경

K – K-인자(재료 특성 및 두께에 따라 결정됨)

T – 재료 두께

A – 원하는 굽힘 각도(도)

두께 2mm의 스테인리스강판을 90° 각도로 구부리고, 안쪽 굽힘 반경을 3mm로 한다고 가정해 보겠습니다. 이 재료의 K-계수는 0.44로 알려져 있습니다. 굽힘 공제량을 단계별로 계산해 보겠습니다.

굽힘 여유(BA)를 계산하십시오.

BA = π * (R + K * T) * (A / 180)

여기서 R은 내부 굽힘 반경, K는 K-계수, T는 판재 두께, A는 굽힘 각도입니다.

값을 대입합니다:

BA = π * (3 + 0.44 * 2) * (90 / 180) = 4.39mm

외부 이격 거리(OSSB)를 계산하십시오.

OSSB = R + T = 3 + 2 = 5mm

굽힘 공제액(BD)을 계산하십시오:

BD = 2 * OSSB – BA

값을 대입합니다:

BD = 2 * 5 – 4.39 = 5.61mm

따라서 두께 2mm의 스테인리스 강판에 3mm의 내부 굽힘 반경으로 90° 굽힘을 구현하려면 굽힘 공정 중 굽힘 공제량을 5.61mm로 설정해야 합니다.

즉, 굽힘 후 복원력을 보상하기 위해 판재를 5.61mm 더 구부려야 하며, 최종적으로 원하는 90° 굽힘 각도를 얻을 수 있습니다.

굽힘 공제 계산은 굽힘 작업 전에 부품 치수를 결정하는 데 도움이 되므로 생산 계획을 개선하고 재료 낭비를 줄일 수 있습니다.

굽힘 공제의 주요 기능

벤딩 정밀도를 확보하십시오. 벤딩 공제는 벤딩된 판금의 길이와 각도를 제어하여 생산된 판금 부품이 설계의 크기 및 정밀도 요구 사항을 충족하도록 보장합니다.
가공 효율을 향상시킵니다. 벤딩 감축 설계는 생산 크기를 줄일 뿐만 아니라 반복적인 실험과 조정을 방지하여 판금 부품 제작 효율을 높입니다.
재료 낭비를 줄이십시오. 벤딩 공제를 사용하여 치수를 제어하면 과도한 가공이나 재료 낭비를 방지하여 비용을 절감하고 생산 효율을 향상시킬 수 있습니다.

요약하자면, 굽힘 공제는 판금 가공 공정에서 매우 중요한 단계이며, 완제품의 품질과 정밀도를 보장하는 핵심 요소입니다. 실제 가공 시에는 최적의 가공 효과를 얻기 위해 구체적인 상황에 따라 굽힘 공제 값을 적절하게 조정해야 합니다.

굽힘 여유가 다른 재료

어떤 금속이 잘 구부러질까요?

모든 금속은 일정 수준의 탄성을 가지고 있습니다. 어떤 금속은 다른 금속보다 탄성이 더 커서 다른 재료에 비해 더 큰 굽힘 변형률을 보일 수 있습니다. 금속은 탄성 계수에 따라 등급이 매겨지는데, 탄성 계수는 금속 변형 시 응력과 변형률의 비율입니다. 탄성 계수는 재료의 강성 또는 탄성 저항을 측정하는 수단이기도 합니다. 고무나 유리와 같은 다른 재료도 같은 방식으로 계산할 수 있습니다.

놀랍게도, 가장 탄성이 좋은 금속 중 하나는 니켈 티타늄으로, 28GPa의 압력을 견딜 수 있습니다. 이 금속은 변형 없이 여러 번 크게 늘릴 수 있습니다. 일반적인 금속 종류 중에서 두 번째로 탄성이 좋은 금속으로는 주석(45GPa), 마그네슘, 카드뮴, 그리고 알루미늄(69GPa)이 있습니다. 물론 알루미늄은 가볍고 굽힘성이 뛰어난 것으로 알려져 있지만, 합금을 포함한 순수 금속 중에서 이 점에서 알루미늄을 능가하는 금속도 있습니다.

어떤 금속들이 잘 구부러지지 않거나, 너무 많이 구부리면 부러질까요?

잘 알려진 바와 같이 대부분의 금속은 매우 단단하며, 구부리지 않은 상태에서 구부리면 반드시 부러집니다. 모든 합금 중에서 텅스텐은 411GPa에 달하는 가장 단단한 금속입니다. 텅스텐은 가장 얇은 형태에서도 구부리기 어렵기 때문에 유리처럼 쉽게 부러질 수 있습니다. 두 번째로 단단한 금속은 304GPa의 베릴륨 구리입니다. 다이아몬드와 다른 보석에서 발견되는 크롬은 279GPa로 세 번째로 단단한 금속입니다. 연철과 코발트는 모두 211GPa의 강도를 가지고 있습니다. 210GPa 정도의 강도를 가진 금속으로는 강철, 스테인리스강, 코발트, 니켈 등이 있습니다. 아시다시피 대부분의 금속은 매우 단단하지만, 앞서 언급했듯이 모든 금속이 다 그런 것은 아닙니다.