부스바 펀칭의 프레스 능력 선정

펀칭력은 부스바 가공에서 거의 유일하게 기본 원리에서 약 30초 만에 정확히 계산할 수 있는 요소입니다. 동시에 가장 흔하게 이전 기계의 사양을 그대로 복사하여 지정되는 것이기도 합니다. 이 두 사실은 다소 불편하게 공존합니다. 계산이 어렵지 않은데도 잘못 설정할 경우 비용이 양방향으로 발생하기 때문입니다. 약한 프레스는 중요한 단일 작업에서 멈추고, 과도한 프레스는 필요 없는 자본 지출을 초래합니다.

공식

펀칭은 부스바에서 원통형 재료를 전단합니다. 전단되는 면적은 구멍의 둘레에 두께를 곱한 값이며, 힘은 해당 면적에 재료의 전단 강도를 곱하여 결정됩니다:

F = perimeter × t × τ

원형 구멍의 둘레는 π × d이며, 대부분의 사람들이 기억하는 형태는 다음과 같습니다:

F = π × d × t × τ

d와 t는 mm, τ는 N/mm² 단위이며 결과는 N 단위입니다. kN으로 변환하려면 1000으로 나누고, metric tonne로 변환하려면 9807로 나눕니다.

성형된 구멍(슬롯, 직사각형, 타원형, 부스덕트 라우버 등)의 둘레는 치수 이름이 아닌 실제 전단 경로 길이입니다. 코너 반지름 5 mm의 20 × 40 mm 직사각형 슬롯은 둘레가 약 2 × (20 + 40) − 8 × 5 + 2π × 5 ≈ 111 mm이며, 코너를 무시하고 계산하면 120 mm가 됩니다. 단일 구argout에서는 이 차이가 무시할 수 있지만, 8개 구멍이 한 번에 가공되는 경우에는 그렇지 않습니다.

사용할 가치가 있는 전단 강도 값

전단 강도는 결과를 결정하는 변수이며, 대부분의 경우 추정에 의존합니다. 아래 수치는 실제로 부스바로 사용되는 합금과 경화 상태에 대한 공개된 공구 공급업체 데이터에서 가져온 것입니다. 이 값은 치수 설정을 위한 전형치이며, 인증된 최소값이 아니므로 공장 인증서가 표보다 항상 우선합니다.

비공식적으로 유통되는 수치에 대한 두 가지 수정이 필요합니다. 첫째, 동의 값은 종종 200-230 N/mm²로 인용되는데, 이는 지나치게 높습니다. 해당 수치는 인장 강도를 전단 강도처럼 사용한 것입니다. EN 13601에 따르면, Cu-ETP 바의 인장 강도는 R220 연질의 경우 220-260 N/mm², R240 반경질의 경우 240-300 N/mm², R290 경질의 경우 300-360 N/mm²로 지정됩니다. 위에서 측정된 전단 강도는 해당 인장 강도의 약 0.65-0.70배이며, 일반적인 경험 법칙(0.8)보다 낮습니다. 인장 강도 이외에 더 나은 데이터가 없는 경우, 인장 강도 × 0.8은 보수적인 대안이 되며, 동의 값은 15-20% 과대 평가됩니다.

둘째, '알루미늄은 약 80 N/mm²'라는 말은 연질 1xxx 계열 도체 등급에만 해당됩니다. 기계적 강성과_creep 저항이 중요한 압출 부스바의 표준 합금인 6101-T6는 그 값의 약 2배입니다. 80 N/mm²로 프레스 크기를 결정한 후 6101-T6 바를 투입하면 힘이 부족하게 되며, 고장 모드는 깔끔한 정지가 아니라 펀치가 걸린 채로 절반만 펀칭된 구멍입니다.

계산 예시

일반적인 사례: 10mm 반경질 구리에서 직경 13mm M12 통과 홀.

F = π × 13 × 10 × 179
  = 40.84 × 10 × 179
  = 73 100 N
  ≈ 73 kN  (7.5 tonnes)

동일한 막대에서 동일한 홀을 6101-T6 알루미늄에서 가공 시, τ ≈ 150:

F = π × 13 × 10 × 150 = 61 300 N ≈ 61 kN

그리고 중급 가공기에 일반적으로 요청되는 가장 큰 홀, 16mm 경질 구리에서 32mm:

F = π × 32 × 16 × 193 = 310 400 N ≈ 310 kN  (31.7 tonnes)

마지막 예는 어떤 기계를 구매할지 결정하는 수치이며, 산술 한 줄에서 나온 결과입니다. 어떤 홀과 소재 조합이든 동일한 계산이 부스바 펀칭력 계산기에서 실행됩니다.

탈형력과 전체 하중에 포함되어야 하는 이유

슬러그가 분리된 후, 막대는 스프링백 현상으로 펀치 측면에 다시 감겨 고착됩니다. 펀치를 빼내는 데는 실제적인 힘이 필요하며, 탈형기가 이를 공급하고, 기계를 통해 반력이 작용합니다.

일반적인 경향으로는 탈형력이 펀칭력의 5-20% 수준으로 발표되며, MetalForming의 금형 설계 가이드에서는 10-30%를 인용하며, 더 부드러운 소재와 더 타이트한 공차에는 더 많은 힘이 필요하다고 언급합니다. 구리는 부드러워 해당 범위의 상위 경향을 보입니다. 부스바 규격 결정 시, 구리의 경우 펀칭력의 15%는 타당한 작업 수치이며, 공차를 밴드의 타이트한 쪽으로 설정하면 20%입니다.

310 kN 예에서는 이에 따라 약 45-60 kN이 추가됩니다. 이는 최대 펀칭력과 동시에 발생하지 않아 정확히 톤수 요구량에 단순히 더해지지는 않지만, 탈형기, 공구 홀더 및 프레임에 하중을 주며, 이름상 적절한 기계가 홀 위치에서 진동하거나 이탈하는 원인이 됩니다. 탈형력이 높게 나타나는 원인은 일반적으로 프레스보다 공차에 있으며, 이는 펀치-금형 공차 문서에서 다룹니다.

최악의 경우를 기준으로 규격을 결정하라, 평균이 아닌

배전반 작업에서 일반적인 홀은 6-10mm 구리에서의 M10 또는 M12 통과 홀로, 40-75 kN이 필요합니다. 이 수치를 기준으로 기계를 규격 결정하면 작업을 수행할 수 없음을 보장합니다.

최악의 경우는 다음의 조합입니다:

• 도면 세트에서 가장 큰 홀 (슬롯 및 컷아웃 포함) - 명목 치수보다 개조 둘레로 측정
• 가공될 가장 두꺼운 막대 - 가장 큰 홀을 담지 않는 경우도 많음
• 허용되는 가장 단단한 경질 - 경질 압연 막대는 반경질보다 전단 강도가 약 8% 높고, 릴리스(신강)보다 27% 높으며, 공급이 타이트할 때 경질이 대체됨
• 하나의 스트로크에서 여러 홀이 펀칭되는 경우 가장 큰 강(batch)

실제 부품에서 이것들이 모두 동시에 발생하지 않더라도 기계는 이들을 견딜 수 있어야 합니다. 가능성만 있으면 됩니다. '두께 12 mm 이하의 구리'라고 명시된 입찰 사양에 32 mm 구멍 도면이 포함되어 있다면, 그 부품이 아직 존재하지 않더라도 12 mm 두께의 경질 구리에 32 mm 구멍을 뚫는 경우를 가정해야 하며, 이는 233 kN입니다.

템퍼 교체는 보이지 않기 때문에 특별한 주의가 필요합니다. 막대는 동일해 보입니다. 첫 번째 증상은 보통 전달 버링 높이와 구멍 위치 변화이며, 지난달까지 정상이었던 기계에서 나타납니다.

팽크 및 다중 펀칭

한 스트로크로 여러 개의 구멍을 뚫으면 힘이 구멍 수만큼 정확히 곱해집니다. 10 mm 두께의 반경질 구리에서 한 스트로크에 M12 구멍 4개를 뚫는 경우는 4 × 73 = 292 kN이며, 리트랙션과 프레임 변형을 고려하면 300 kN 기계에는 맞지 않습니다.

팽크를 경제적으로 만드는 방법은 두 가지가 있습니다. 펀치 길이를 계단식으로 배치하여 동시에가 아니라 순차적으로 접촉하게 하면, 스트로크 길이가 길어지고 측면 하중이 커지는 대신 힘이 스트로크 전체에 분산됩니다. 또는 고속 타점으로 순차적으로 펀칭하는 것입니다. 이것이 CNC 부스바 가공기를 위해 설계된 방식입니다. 분당 150-200타의 속도로 홀 4개를 개별적으로 펀칭하는 것은 팽크보다 2초 미만의 시간 손실을 발생시키며, 이는 톤nage 문제를 완전히 해결합니다. 대부분의 스위치기어 작업에서는 이 교환이 가치가 있습니다.

연삭면을 가진 펀치

평면 펀치는 전체 둘레를 한 번에 절단하므로 최대 계산 하중과 동시에 스냅스루 언로딩이 급격히 발생합니다. 펀치 면에 셰어를 연삭하면 절단이 순차적으로 이루어져 최대 하중이 낮아집니다.

이득은 소재 두께 대비 셰어 깊이에 달려 있으며, 두꺼운 부스바에서는 마케팅에서 제시하는 것보다 작습니다. Roper Whitney의 공개 가이드라인에 따르면 셰어는 펀칭력을 최대 50%까지 줄일 수 있지만, 이는 14게이지 이하의 얇은 소재에서 가장 효과적입니다. H. Weiss의 셰어 팩터 차트는 이러한 두께에 더 유용합니다: 두께 1/4 in (6.35 mm)에서 셰어 깊이 1/16 in (1.6 mm)는 팩터 0.90, 3/32 in (2.4 mm)는 0.85, 3/16 in (4.8 mm)는 0.65를 제공합니다.

부스바에 대한 실질적인 해석은, 적당한 셰어 깊이가 6 mm 두께 구리에서 10-15%의 이점을 제공하며, 12 mm 두께에서는 비례하여 적게 제공한다는 것입니다. 셰어 깊이는 동일한 비율을 유지하기 위해 두께에 비례하여 증가해야 하기 때문입니다. 기계는 셰어가 구제해줄 것이라는 가정 하에 선정되어서는 안 됩니다. 셰어는 스냅스루 충격에 대한 보험 및 슬러그 제어 보조 수단으로 간주되어야 하며, 톤nage는 평면 펀치 기준으로 계산되어야 합니다.

가장 작은 구멍이 아닌 모든 경우에 사용되는 것은 단일 앵글이 아닌 지붕형 셰어입니다. 단일 앵글은 불균형한 측면 하중을 발생시켜 펀치를 변형시키고 가이드에 부하를 겁니다.

마진 규칙

최악의 펀칭 하중을 취한 후, 공식으로 모델링할 수 없는 요소들에 대한 마진이 적용됩니다:

• 공구 상태: 마모된 펀치는 날 둥글기가 커지고 절단의 대부분이 변형이 되어, 예리한 펀치보다 실질적으로 더 큰 힘이 필요합니다. 이것이 가장 큰 단일 미반영 항목입니다.
• 택 및 두께 공차: 부재는 두께 공차의 상한과 강도 범위의 상한에 도달하는 경우가 잦아 영향을 미칩니다.
• 프레임 편향 및 유압 디레이팅: 정격 힘은 램에서, 정격 압력에서, 정해진 온도에서 측정됩니다.
• 향후 고려: 기계는 공장에서 15년간 사용되며 작업 구성이 변경됩니다.

작업 규칙으로, 최악 조건 계산 힘이 기계 정격 힘의 약 60-70%를 초과하지 않도록 치수를 잡는 것입니다. 이는 표준이 아닌 축적된 실천이지만, 공개된 기계 한계가 실제로 위치하는 곳과 일치합니다. 아래 800 kN 기계들에서, 공개된 가장 두꺼운 부재에서의 가장 큰 공개 홀은 경질 구리에서 약 485 kN으로, 이는 정격의 약 61%에 해당합니다. 이는 우연이 아닙니다.

실제 기계 계층으로의 적용

각 프레임 크기의 공개 용량에 대해 최악 조건 산술을 실행하면 간단한 선정표가 됩니다. 아래 모든 수치는 가장 불리한 경우인 193 N/mm²의 경질 구리를 사용합니다.

"공개 최대값"으로 표시된 행은 해당 최대 두께에서 제조사가 명시한 최대 홀 직경입니다. "도출"로 표시된 두 행은 해당 기계들이 최대 홀 직경을 공개하지 않으므로, 정격 힘의 약 2/3 수준에서 산술적으로 가능한 최대 홀입니다.

이 표는 가격표가 아닌 치수 지정 가이드로 읽어야 합니다. 300 kN급은 M12 및 M16 홀 패턴을 갖춘 160 × 15 mm 부재의 배전반 작업을 다루며 특수한 것은 없습니다. 400 kN EMAC-BP-40는 12 mm 부재의 대부분 스위치기어를 150 타격/분으로 커버합니다. 600 kN으로의 단계는 단순히 더 많은 힘이 아니라 16 mm 용량을 확보하며, 800 kN으로의 단계는 20 mm 및 40 mm 홀을 확보합니다.

작업에 큰 컷아웃, 부스덕트 루버 또는 전개 둘레가 100 mm를 초과하는 것이 포함되는 경우, 둥근 홀 산술이 어떻든 간에 한 단계 더 높은 클래스가 필요합니다. 둘레는 가장 빠르게 증가하는 항목입니다.

800 kN급은 홀과는 전혀 관련 없는 이유로도 중요합니다. 복합 펀칭-전단 기계에서 전단 공정은 전체 부재 단면을 절단해야 하며, 300 × 20 mm 구리에서는 6000 mm²의 절단 면이 됩니다. 전단에 필요한 힘은 단순한 둘레 공식보다는 블레이드 형상과 레이크 앵글에 의해 결정되지만, 프레임이 이를 지탱해야 하며, 넓고 두꺼운 부재에서는 프레임 크기를 결정하는 경우가 잦게는 전단 공정이 펀칭 공정보다 큽니다.

공식이 알려주지 않는 두 가지

힘이 곧 능력은 아닙니다. 충분한 톤수와 부적절한 위치 정확도를 가진 프레스는 잘못된 위치에 홀을 만들며, 이는 DIN 43673-1의 볼트 결합 패턴에서 폐기되는 부재를 의미합니다. 홀 피치 정확도, 반복성 및 부재 공급의 강성은 별도의 사양이며 별도로 검토해야 합니다.

힘은 타격률에 대해서도 아무것도 말해주지 않으며, 타격률이 기계의 수익성을 결정합니다. 150 타격/분의 400 kN 기계와 200 타격/분의 800 kN 기계는 각각 다른 생산 제안입니다. M10 및 M12 속공 홀이 지배하는 작업에서는 어느 기계도 힘 한계에 근접하지 않으므로 타격률이 유일하게 중요한 수치입니다. 타격률, 공구 수명 및 홀당 실제 비용의 관계는 공구 수명 및 홀당 비용에서 다루며, 절단 자체의 역학은 펀칭 공정 개요에서 다룹니다.