현대 제조업에서 금속 성형 기계는 재료를 추가하거나 제거하지 않고 재질 형상을 변경하는 프로세스인 * 플라스틱 변형 * 을 통해 금속 가공물을 재구성하도록 설계된 기본 장비입니다.소제 방법 (e. g.,가공) 또는 첨가 공정 (예: 가공, 3 D 프린팅), 금속 성형은 기계적 힘, 열 또는 압력을 활용하여 금속을 정확하고 내구성있는 모양으로 성형합니다.이 기술은 자동차, 항공 우주, 건설 및 소비재와 같은 산업에서 필수적이며, 자동차 본체 패널에서 항공 우주 터빈 부품에 이르기까지 부품의 대량 생산을 가능하게합니다.이 가이드는 금속 성형 기계를 정의하고 핵심 원리, 유형, 공정, 응용 및 선택 기준에 대해 자세히 설명합니다.
1.핵심 정의 및 운영 원칙
금속 성형 기계는 금속 가공소재에 제어된 힘 (기계, 유압, 공압 또는 열) 을 적용하는 특수 장비입니다 (예:시트, 막대, 비렛) 은 금속이 강도 강도를 초과하지만 궁극적 인장 강도 이하로 남아있을 때 발생하는 모양의 영구적 인 변화 인 가소 변형을 유발합니다.
금속성형의 핵심원칙 (Key Principles of Metal Forming)
- 물질 손실 없음: 가공 (칩을 제거하는) 또는 절단과는 달리, 성형은 가공소재의 전체 질량을 보존하여 폐기물을 최소화합니다 (일반적으로 < 5% 의 폐기물, 소제법의 경우 20 - 30 %).
- 미세구조 향상: 변형은 금속 곡물을 정렬하여 기계적 특성을 향상시킵니다 (예:하중 베어링 구성요소에 중요한 최종 부품 (예:자동차 섀시, 항공 우주 fasteners)
- 힘 및 온도 제어 (Force & Temperature Control) 기계는 힘의 크기, 적용 속도 및 (핫 성형의 경우) 온도를 금속의 특성에 맞게 조정합니다 (예:저탄소 강철은 티타늄 합금보다 적은 힘을 필요로합니다).
금속 성형 기계는 주요 기능, 가공소재의 유형 및 사용된 변형 기술에 따라 분류됩니다.다음은 업계에서 가장 중요한 유형입니다.
| 기계 유형| 핵심 기능| 주요 설계 기능| 이상적인 가공소재 및 응용 프로그램|
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| 판금 형성 기계 Sheet Metal Forming Machine| 벤딩, 스탬핑 또는 깊은 드로잉을 통해 평평한 금속 판 (두께 0. 1 - 6 mm) 을 2 D / 3 D 부품으로 모양으로 만듭니다. | - 정밀 금형, 유압 / 공압 프레스 및 백게이지가 장착되어 있습니다. <br>- 반복성을 위해 CNC 컨트롤을 포함할 수 있습니다. | 자동차 본체 패널, HVAC 덕트, 가전 케이스, 전자 케이스. |
| Roll Forming Machine (롤 형성 기계)| 연속적이고 균일한 횡단면을 만들기 위해 일련의 쌍형 롤러를 통해 금속 코일을 공급합니다 (예: C - 채널, I - beams) | - 점진적 변형에 대한 순차적 롤러 세트 (10 - 20 쌍) <br>- 대량 생산을 위한 통합 코일 언코일러 및 커터. | 구조 구성요소 (예:지붕 트러스, 벽 스터드), 자동차 프레임 레일. |
| Forging Machinery| 압축력 (해머, 압력) 을 통해 가열된 (핫 단조) 또는 차가운 (냉간 단조) 금속 비틀을 모양으로 만듭니다. | - 뜨거운 단조: 용광로 (1, 100 - 1, 300 ° C 강철) + 유압 / 기계적 망치. <br>- 냉간 단조: 정밀성을 위해 고압 압력 (500 - 3, 000 톤) | 핫 위조: 기어, 크랭크샤프트, 터빈 블레이드. <br>콜드 위조: 볼트, 너트, 베어링 레이스. |
| Extrusion 기계| 금속 비틀을 금형을 통과하여 (단면이 고정되어 있음) 길고 균일한 부품을 만듭니다 (예:파이프, 프로파일). | - 힘 적용을 위한 수평 / 수직 프레스 (500 - 10, 000 톤) <br>마찰을 줄이기 위해 다이 - 가열 시스템 (알루미늄, 구리용) | 알루미늄 창 프레임, 구리 파이프, 항공 우주 구조 프로파일, 열교환기 튜브. |
| Wire & Rod Forming Machines 와이어 & 로드 형성 기계| 금속 막대를 더 얇은 와이어로 그립니다. 또는 와이어를 구부려 복잡한 모양으로 만듭니다 (예:스프링, Fasteners) | - 와이어 드로잉: 직경을 줄이기 위해 테이퍼 다이 + 풀러. <br>- 와이어 벤딩: 복잡한 3 D 모양을 위한 CNC 제어 암. | 전선, 스프링, 종이 클립, 자동차 좌석 프레임. |
| Bending Machines| 단일 축을 따라 금속 가공소재를 변형하여 각도 (90 °, 180 °) 또는 곡선을 만듭니다. | - 프레스 브레이크 (시트용): V - 벤드용 위쪽 펀치 + 아래쪽 다이. <br>- 롤 벤더 (튜브 / 막대용): 원형 / 아치형 모양을 위한 3 - 4 롤러. | 판금 브래킷, 튜브 프레임, 건축 금속 (예:핸드레일 (Handrail) |
3.주요 금속 성형 공정
기계는 부품 형상, 재료 및 성능 요구 사항에 맞게 조정된 특정 성형 프로세스를 실행합니다.다음은 가장 일반적인 기술입니다.
3.1벤딩
- 프로세스: 기계는 금속 가공소재에 힘을 적용하여 직선 축을 따라 변형하여 각도 또는 반지름을 만듭니다.판금의 경우, 프레스 브레이크는 "펀치 앤 다이" 설정을 사용합니다 (예: 90 ° 절곡부용 V - 다이); 튜브 / 로드의 경우 롤 벤더는 회전 롤러를 사용하여 곡선을 형성합니다.
- 중요한 매개변수: 벤드 각도, 내부 반지름 (파열을 방지하기 위해) 및 유지 시간 (강력 제거 후 금속의 스프링백 탄성 회복을 방지하기 위해)
- 응용 프로그램: HVAC 덕트 엘보, 자동차 브래킷, 구조 강철 각도.
3.2스탬핑
- 프로세스: 유압 / 기계적 프레스에서는 금속 판을 정밀 다이로 강제로 2 D 또는 얕은 3 D 모양을 만듭니다.다음과 같은 변형이 포함됩니다.
- 블랭킹: 평평한 모양을 절단합니다 (예: [수입] 한 시트에서
- 엠보싱 (embossing): 높여진 / 낮아진 패턴 (예:기기 패널에 로고가 표시됩니다.
- 주조: 상세한 공차가 높은 부품을 생산하기 위해 고압 스탬핑 (예:동전, 보석 (jewelry)
- 장점: 빠른 속도 (단순한 설계를 위해 최대 1, 000 부품 / 분), 단위당 저렴한 비용.
- 응용 프로그램: 자동차 트림, 전자 회로 기판, 캔 뚜껑.
3.3드로잉 (딥 드로잉)
- 프로세스: 금속 판을 클램프하고 (펀치를 통해) 깊은 다이로 당겨 깊이 대 지름 비율이 높은 중공 부품을 만듭니다 (예:캔, 실린더 (Cylinder)찢어지지 않도록 윤활이 중요하다.
- 주요 과제: 웨이브 모서리를 생성하는 불균형한 재질 흐름인 "귀" 제어 (die 최적화 또는 포스트 성형 트림 필요)
- 응용 프로그램: 알루미늄 음료 캔, 자동차 연료 탱크, 주방 냄비.
3.4롤링
- 프로세스: 금속 가공소재 (시트, 막대, 빌렛) 를 두 개 이상의 회전 롤러 사이로 통과하여 두께를 줄이거나 균일성을 향상시키거나 횡단면을 작성합니다.다음 유형을 포함합니다.
- 핫 롤링: 가열된 금속 (재결정 온도 이상) 을 가공하여 크고 두꺼운 부품 (예:강철판 (Steel Plates)
- 냉간 롤링: 상온 금속을 가공하여 공차가 좁고 표면이 부드럽습니다 (예:가전제품용 스테인레스 스틸 시트 (Stainless Steel Sheets for Appliances)
- 장점: 높은 처리량, 일관된 재료 특성.
- 응용 프로그램: 강철 코일, 알루미늄 포일, 철도 트랙.
3.5 Forging
- 공정: 금속 비틀은 핫 (연성을 위해) 또는 차가운 (정밀성을 위해) 모양으로 압축됩니다 (해머, 압력).
- 핫 Forging: 고강도 부품에 사용됩니다 (예:크랭크샤프트) - 열은 힘 요구 사항을 줄이고 균열을 방지합니다.
- Cold Forging: 소형, 높은 공차 부품에 사용됩니다 (예:볼트 (bolts) - 후처리가 필요 없지만 높은 힘이 필요합니다.
- 응용 프로그램: 항공 우주 터빈 디스크, 자동차 연결 막대, 산업용 밸브.
4.산업용 애플리케이션
금속 성형 기계는 고강도, 비용 효율적인 부품을 생산할 수 있기 때문에 모든 분야에 널리 퍼져 있습니다.주요 응용 프로그램에는 다음이 있습니다.
- 자동차: 전세계 금속 성형 생산량의 ~ 30% 를 차지한다.기계는 바디 패널 (스탬핑), 섀시 프레임 (롤 형성), 크랭크축 (핫 단조), 볼트 (냉간 단조) 를 생산합니다.가벼운 합금 (예:알루미늄, 마그네슘) 은 연료 효율을 향상시키기 위해 점점 더 사용되고 있습니다.
- 항공우주: 극한의 온도와 하중을 견딜 수 있는 구성요소를 위해 정밀 성형에 의존합니다.압출 기계는 구조 프로파일을 생성합니다; 뜨거운 단조는 터빈 블레이드를 생성합니다 (인코넬과 같은 초합금 사용); 차가운 성형은 높은 공차 패스너를 만듭니다.
- 건설: 롤 성형 기계는 구조적 구성 요소를 생산합니다 (예: I - beams, C - channels); 압출 기계는 알루미늄 창 / 도어 프레임을 만듭니다; 단조 기계는 무거운 하드웨어를 만듭니다 (예:브리지 볼트 (Bridge Bolts)
- 소비자 상품 : 스탬핑 기계는 가전 케이스와 캔 뚜껑을 만들고, 깊은 드로잉은 요리 용기를 만들고, 와이어 성형은 스프링과 가구 프레임을 만듭니다.
- 에너지: 위조 기계는 풍력 터빈 샤프트를 생산합니다; 압출 기계는 열교환기 튜브를 만듭니다; 롤 형성은 태양 전지 패널 프레임을 만듭니다.
5.금속 성형 기계의 주요 이점
- 고효율성: 대량 생산 기능 (예:스탬핑 기계는 100, 000 개 이상의 부품 / 일 생산) 리드타임과 단위당 비용을 절감합니다.
- 재료 절감: 거의 순 모양의 성형은 폐기물을 최소화하여 재료 비용을 절감합니다 (일반적으로 가공의 경우 20 - 30% 에 비해 2 - 5 %).
- 향상된 부품 성능: 변형은 기계적 특성 (예:차가운 단조 볼트는 가공된 볼트보다 20 - 30 % 높은 인장 강도를 가지고 있습니다).
- 다재다능성: 기계는 모든 주요 금속 및 합금 (강철, 알루미늄, 구리, 티타늄, 마그네슘) 을 처리하고 다양한 부품 형상에 적응합니다.
- 정밀도: CNC 제어 기계는 ± 0. 01 mm 의 공차를 달성하여 항공 우주 및 의료 기기 표준을 충족합니다.
6.금속 성형 기계 선택 기준
적절한 기계를 선택하려면 생산 목표, 재료 및 부품 요구 사항에 적합한 기능을 조정해야 합니다.주요 요인은 다음을 포함합니다.
6.1재료 호환성
- 금속 유형: 부드러운 금속 (알루미늄, 구리) 은 낮은 힘 기계 (예:스탬핑을 위한 유압 프레스); 단단한 금속 (강철, 티타늄) 은 고강력 단조 또는 핫 롤링 기계가 필요합니다.
- 재료 형태: 판 금속은 스탬핑 / 벤딩 기계가 필요합니다; 코일은 롤 형성 기계가 필요합니다; 비틀은 위조 / 압출 기계가 필요합니다.
6.2생산량 및 속도
- 대용량 (10, 000 개 이상의 부품 / 년): 자동화 된 기계 (예: CNC 롤 형성기, 고속 스탬핑 프레스) 와 통합 공급 / 절단 시스템을 갖추고 있습니다.
- Low - Volume (100 - 1, 000 parts / year): 유연한 기계 (예:수동 프레스 브레이크, 소형 단조 망치) 를 통해 설치 시간을 최소화합니다.
6.3부품 복잡성 및 공차
- 단순 모양 (예:평면 괄호): 기본 스탬핑 또는 굽힘 기계로 충분합니다.
- 복잡한 모양 (예:심연 캔, 터빈 블레이드): 고급 다이 설계를 갖춘 CNC 제어 기계가 필요합니다 (예:다단계 깊은 드로잉 프레스, 정밀 위조 다이)
- 공차 요구사항: 단단한 공차 (± 0. 01 mm) 는 냉간 성형 또는 CNC 롤링을 요구하며, 느슨한 공차 (± 0. 1 mm) 는 핫 성형 또는 수동 절곡을 허용합니다.
6.4원가 및 총 소유권
- 초기 비용: 자동 CNC 기계 ($ 100, 000 - $ 1 M) 는 대량 생산에 비용 효율적이며, 수동 기계 ($ 10, 000 - $ 50, 000) 는 소량 배치에 적합합니다.
- 운영 비용 : 에너지 소비 (핫 단조 기계는 차가운 성형보다 더 많은 에너지를 사용함), 유지 보수 (유압 기계는 유체 변경이 필요함) 및 다이 교체 (스탬핑 다이는 100, 000 + 사이클 후에 마모됨) 를 고려하십시오.
