부스바 절곡의 스프링백 보정

90° 부스바 절곡이 88.4°로 측정된 이유를 현장에 물으면 보통 “스프링백”이라는 답이 돌아옵니다. 그것은 현상에 이름을 붙인 것입니다. 금형을 바꿔야 하는지, 프로그램을 바꿔야 하는지, 소재를 바꿔야 하는지는 알려 주지 않습니다. 그리고 할 수 있는 일은 그 세 가지뿐입니다.

스프링백은 무엇보다 먼저 산수입니다. 이를 지배하는 관계식은 수십 년째 성형 문헌에 나와 있고, 재료 상수는 공표되어 있으며, 예측값 주위에 남는 산포야말로 보정 테이블이 흡수하려고 존재하는 것입니다. 아래에서는 현장에서 마주치는 순서대로 문제를 풀어 갑니다. 무엇이 되돌아오고 왜 그런지, 어떤 재료 수치가 그것을 좌우하는지, 첫 추정값을 어떻게 얻는지, 그 추정값을 어디서부터 믿을 수 없게 되는지, 그리고 CNC 절곡기가 이 전부를 작업자가 생각할 필요 없는 조회 한 번으로 바꾸는 방법입니다.

무엇이 되돌아오고, 왜 그런가

부스바를 굽히면 바깥쪽 섬유는 인장을, 안쪽 섬유는 압축을 받습니다. 그 사이에는 응력이 항복에 이르지 못한 코어가 있습니다. 항복한 섬유를 포함해 단면의 모든 섬유는 여전히 탄성 변형 성분을 갖고 있습니다. 펀치를 떼면 그 탄성 성분이 회복됩니다. 부스바는 내부 모멘트가 0으로 돌아갈 때까지 펴집니다.

스프링백은 의도적으로 가한 변형 중 탄성 몫이 다시 빠져나오는 것입니다. 소성 몫은 남습니다. 둘 사이의 비가 잃는 각도를 정합니다. 소재 결함도 아니고 기계 고장도 아니지만, 둘 다로 보고되곤 합니다.

이렇게 놓고 보면 바로 쓸모가 생깁니다. 단면에서 항복을 넘긴 비율을 키우는 것은 무엇이든 스프링백을 줄입니다. 주어진 곡률에서 저장되는 탄성 변형을 키우는 것은 무엇이든 스프링백을 키웁니다. 두 지렛대 모두 수식에 명시적으로 나타납니다.

스프링백을 움직이는 비율

지배하는 비율은 둘이고, 세 번째 변수는 두 번째 비율에서 따라 나옵니다.

항복강도 대 탄성계수(σy/E). 소재는 항복하기 전까지 σy/E까지의 탄성 변형을 저장합니다. 항복강도를 올리면 단면 어디에서나 회복 가능한 변형이 커집니다. 탄성계수를 올리면 작아집니다. 더 뻣뻣한 소재는 같은 응력에 더 적은 변형으로 도달하기 때문입니다. 구리의 탄성계수는 무엇을 하든 120 kN/mm² 부근에 머물기 때문에, 실무에서 σy/E는 질별의 변수입니다. 같은 형상에서 경질 구리는 연질 구리의 약 네 배로 되돌아옵니다.

내측 반경 대 두께(R/t). R/t가 크면 굽힘이 완만해 소성역이 양 표면의 얇은 껍질에 그치고 탄성 코어가 지배합니다. R/t가 작으면 소성역이 중립축 가까이까지 이르러 부스바를 되당길 탄성 소재가 거의 남지 않습니다. 스프링백은 R/t와 함께 단조롭게 커지고, 빠르게 커집니다. R/t = 2에서 R/t = 8로 가면 각도 손실이 대략 네 배가 됩니다.

두께는 그 자체로가 아니라 두 번째 비율을 통해 들어옵니다. 절곡 금형 반경이 고정되어 있으면 두꺼운 부스바일수록 R/t가 작아지고, 따라서 스프링백이 작습니다. 여기서 사람들이 걸려 넘어집니다. 두꺼운 부스바가 각도를 잡기 더 어렵다고 여기는 작업자는 힘과 스프링백을 뒤섞고 있는 것입니다. 20 mm 절곡 금형 위의 16 mm 부스바는 같은 금형 위의 6 mm 부스바보다 치수적으로 더 순종적입니다. 필요한 능력이 세 배인데도 그렇습니다. 그 능력 자체는 부스바 절곡력 계산기가 부스바 단면과 다이 개구에서 산출합니다.

스프링백 수식

Kalpakjian과 Schmid가 제시하고 성형 문헌 전반에 실려 있는 표준 닫힌 형태의 관계식은 다음과 같습니다.

Ri / Rf = 4 (Ri·σy / E·t)³ − 3 (Ri·σy / E·t) + 1

여기서 Ri는 하중을 받는 상태의 내측 반경, Rf는 하중을 뗀 뒤의 내측 반경, σy는 0.2% 내력, E는 탄성계수, t는 부스바 두께입니다.

괄호 안의 묶음이 결과 전부를 좌우합니다. 이것을 x라고 하면,

x = (Ri/t) × (σy/E)

관계식은 K = 4x³ − 3x + 1로 정리되며, K가 스프링백 계수입니다. 쓰기 전에 두 가지를 확인하십시오. 첫째, K는 1보다 조금 작게 나와야 합니다. 스프링백은 항상 반경을 벌리지 좁히지 않기 때문입니다. 둘째, 구리에서 x는 10⁻³ 자릿수이므로 3차 항은 1차 항보다 여섯 자릿수 작고 측정 가능한 기여를 전혀 하지 않습니다. 실무에서는 K ≈ 1 − 3x입니다. 이 수식의 여러 공표본이 부호를 뒤바꿔 실어 K > 1을 내놓습니다. 그런 결과가 나온다면 틀린 것은 소재가 아니라 수식입니다.

같은 계수가 각도도 변환합니다. 탄성 회복 동안 중립축 원호 길이는 보존되므로 Riθi = Rfθf이고, 여기서 K = θf/θi가 나옵니다. 숫자 하나가 두 가지 일을 합니다. 목표 각도 θf에 도달하려면 다음 각도까지 성형하십시오.

θi = θf / K

어떤 숫자를 넣을 것인가

탄성계수. Copper Development Association의 부스바 지침은 고전도 구리의 탄성계수를 116–130 kN/mm²로 제시하고, 자체 보 처짐 예제에서는 124 × 10³ N/mm²를 씁니다. 이 폭은 부주의가 아닙니다. 구리는 결정 수준에서 탄성적으로 이방성이고 냉간 압연은 집합조직을 만들기 때문에, 압연된 구리 판재의 면내 탄성계수는 가공량에 따라 방향별로 7퍼센트 정도 달라집니다. 냉간 압연 구리 판재에 대한 Bunge의 측정은 판재 법선을 대칭축으로 하여 그 정도의 방향별 변화를 제시합니다.

스프링백 계산에서 실질적인 영향은 크지 않습니다. 아래 예제를 116과 130 kN/mm²로 다시 계산하면 필요한 과절곡량이 0.85°에서 0.75°로 옮겨 갑니다. 그 자체가 1° 미만인 값에서 12퍼센트 정도의 폭입니다. 124 kN/mm²를 쓰고 차이는 보정 테이블이 흡수하게 하십시오.

강도. 대부분의 추정이 어긋나는 지점이 여기입니다. 수식이 요구하는 값은 인장강도가 아니라 내력인데, EN 13601은 질별을 인장강도로 지정합니다. R220은 220–260 N/mm², R240은 240–300 N/mm², R290은 290–360 N/mm²를 포괄합니다. 이 값들 중 아무것이나 스프링백 수식에 넣으면 두 배 이상 과대 예측하게 됩니다.

제조사 데이터시트가 Cu-ETP의 이 질별들과 함께 공표하는 내력은 대체로 이렇습니다. R220은 Rp0.2 상한 140 N/mm², R240은 최소 180 N/mm², R290은 최소 250 N/mm²입니다. 부스바 단면 구리에 대한 CDA 수치는 연질 쪽에서 이보다 더 낮아, 완전 소둔재가 50–55 N/mm², 반경질이 170–200 N/mm²입니다.

R220은 따로 표시를 달아 둘 만합니다. 규격은 내력에 하한이 아니라 상한을 둡니다. 제대로 연질 소둔된 부스바가 55 N/mm²에 있을 수 있고, 같은 기호로 팔린 다른 부스바가 140 근처에 있을 수 있습니다. 둘 다 규격에 적합한 두 납품 사이에 스프링백이 2.5배 차이 난다는 뜻입니다. 지난 분기에 잘 맞던 연질 구리 보정 테이블이 이번 분기에 어긋나는 가장 흔한 단일 원인이며, 기계를 아무리 교정해도 해결되지 않습니다. 재료 시험성적서에 내력 실측값을 요구하시거나, 코일마다 초도품으로 특성을 확인하십시오.

계산 예제

R240 반경질 Cu-ETP의 80 × 10 mm 부스바를 펀치 반경 20 mm 위에서 평면으로 90° 절곡한다고 하면 R/t = 2입니다.

x  = (Ri/t) × (σy/E) = 2 × (180 / 124 000) = 0.00290
K  = 4(0.00290)³ − 3(0.00290) + 1 = 0.9913
Rf = 20 / 0.9913 = 20.18 mm
θi = 90 / 0.9913 = 90.79°

90°에 도달하려면 90.8°까지 성형하시고, 내측 반경은 20 mm에서 약 20.18 mm로 벌어진다고 보십시오. 이 반경 변화는 작지만 무시할 것은 아닙니다. 전개 길이를 바꾸기 때문에, 금형 반경으로 계산한 굽힘 여유는 절곡이 여러 번 들어가는 부품에서 밀리미터의 몇 십분의 1만큼 짧게 나옵니다.

질별에 따른 통상 과절곡량

아래 표는 배전반 작업에서 나타나는 질별과 R/t 조합에 같은 계산을 적용한 것입니다. 과절곡량은 공칭 90° 절곡에 추가로 지령할 각도이며, E = 124 kN/mm², 그리고 R220, R240, R290에 대해 각각 내력 60, 180, 250 N/mm²로 계산했습니다.

이 값들은 양산 설정값이 아니라 초도품의 출발점입니다. 단서가 네 가지 붙으며, 그 하나하나가 소수점 둘째 자리가 암시하는 정밀도보다 큽니다.

R220 열은 60 N/mm²의 완전 연질 부스바를 전제합니다. 규격 상한인 140 N/mm²로 다시 계산하면 R/t = 2의 값이 0.26°에서 0.61°로 올라갑니다. 내력 요구사항 없이 R220을 사면 그 범위 전체를 산 것입니다.

이 모델은 구리를 탄성-완전소성으로 다룹니다. 구리는 굽힘 과정에서 가공 경화하므로 소성역의 소재는 시작할 때보다 강해진 상태로 끝나고, 모델이 허용하는 것보다 더 많은 탄성 변형을 저장합니다. 예측값은 하한입니다.

이 모델은 성형된 반경이 금형 반경과 같다고 전제합니다. 보토밍과 코이닝에서는 성립합니다. 에어 벤딩에서는 성립하지 않으며, 그 차이는 따로 한 절을 둘 만큼 큽니다.

단면까지 압연하거나 인발한 것이 아니라 판재를 슬리팅해 조달한 부스바는 길이 방향으로 다른 집합조직과 다른 면내 물성을 가질 수 있습니다. 보정 테이블에서 별개의 소재로 다루십시오.

에어 벤딩이 더 크게 되돌아오는 이유

에어 벤딩은 펀치가 바닥에 닿지 않은 채 다이 개구 위에서 부스바를 성형합니다. 부스바가 닿는 곳은 펀치 선단과 다이 양쪽 어깨뿐이므로, 스트로크 중에 부스바가 취하는 반경은 펀치가 아니라 다이 개구가 정합니다. 그렇게 성형된 반경은 보통 펀치 선단 반경의 몇 배이며, 이는 성형 중의 유효 R/t가 금형에서 가정한 R/t의 몇 배라는 뜻입니다. 위 표에서 R/t를 2에서 8로 올리면 반경질 구리는 0.79°에서 3.25°로 갑니다. 에어 벤딩한 구리가 계산값에 비해 어긋나는 이유는 전부 이것입니다.

보토밍은 펀치를 다이 안까지 닫아 부스바가 금형 형상을 그대로 취하도록 강제합니다. 그러면 성형 반경이 펀치 반경이 되고, 모델이 적용되며, 스프링백은 표에 가까운 값으로 떨어집니다. 대가는 힘입니다. 같은 단면에서 보토밍은 에어 벤딩의 5–6배 능력으로 인용되는 것이 보통입니다.

코이닝은 펀치 선단을 소재 안으로 밀어 넣어 탄성 코어를 포함한 굽힘 구간 전체를 항복 너머로 보냅니다. 탄성 코어가 남지 않으면 회복할 것이 거의 없어 스프링백이 0에 가까워집니다. 필요한 능력은 보토밍을 훨씬 넘어서며, 두께 10–20 mm의 부스바 단면에서는 탁상형 기계가 낼 수 있는 범위를 금세 벗어납니다.

대부분의 CNC 부스바 절곡 헤드는 자유 에어 벤딩보다 보토밍 쪽에 가깝게 작동합니다. 부스바 절곡 금형이 범용 V 다이가 아니라 짝을 이루는 세트이기 때문입니다. 부스바 스프링백이 얇은 판재에 인용되는 5–15°가 아니라 대체로 1–3° 대에 놓이는 이유, 그리고 잘 만든 보정 테이블이 오래 유효한 이유가 그것입니다.

스프링백 보정이라는 이름으로 팔리는 세 가지 방식

기계 홍보 자료는 이 셋을 끊임없이 뒤섞습니다. 무엇을 언제 측정하는지가 서로 다릅니다.

재질·두께·질별·금형으로 구성한 보정 테이블

기본형입니다. 제어기는 물리적으로 의미 있는 네 가지 변수, 즉 합금과 질별, 두께, 금형 세트, 목표 각도로 색인한 조회표를 갖고 있습니다. 작업자 또는 티칭 사이클이 시료를 절곡해 측정하면, 제어기가 지령 각도와 실현 각도의 차이를 저장합니다. 다음에 그 조합이 호출되면 제어기는 움직이기 전에 저장된 보정값을 더합니다.

이것은 개루프입니다. 지금 앞에 놓인 부스바에 대한 정보는 없고, 지난번에 앞에 놓였던 부스바에 대한 정보만 갖고 있습니다. 대부분의 양산이 이 방식으로 돌아갑니다. 같은 질별의 한 코일 안에서는 부스바 간 편차가 작기 때문입니다. 테이블 아래에서 소재가 바뀔 때 무너지며, 그것이 앞에서 설명한 R220 문제입니다.

핵심은 테이블 관리 규율입니다. “구리 10 mm”에 대해 저장한 보정값은 쓸모가 없습니다. “Cu-ETP R240, 10 mm, 절곡 금형 R20, 90°, 코일 배치 4471”에 대해 저장한 보정값은 쓸모 있는 기술 기록입니다. EMAC-BB-H12처럼 3D 또는 2D 파일에서 형상을 직접 읽는 기계는 그 색인 키를 설계 시스템에서 그대로 가져올 수 있습니다. 테이블이 망가지는 일의 대부분이 일어나는 옮겨 적기 단계가 사라집니다.

초도품 측정

개루프와 폐루프 사이의 다리입니다. 배치의 첫 부품을 테이블 값으로 절곡한 뒤 기계 밖에서 각도기나 3차원 측정기로 측정하고, 배치를 돌리기 전에 보정값을 수정합니다. 값이 싸고 어디에나 적용되며, 고정된 테이블이 잡지 못하는 소재 간 편차를 잡아냅니다.

비용은 배치당 부품 하나와 측정 사이클 하나입니다. 측정이 아니라 기록 관리를 자동화하십시오. 품번이 많고 수량이 적은 작업에서는 이 사이클이 시간 예산을 지배하며, 공정 중 측정이 값을 하는 지점이 바로 거기입니다.

스트로크 중 폐루프 각도 측정

제어기가 부스바를 금형에 물린 상태에서 플랜지 각도를 측정합니다. 프레스 브레이크에서는 광학식으로 수행합니다. 레이저 선을 플랜지에 투사하고 카메라로 읽으며, 이 방식의 공표 정밀도는 0.1–0.15° 수준입니다. 순서는 이렇습니다. 하중을 건 채 목표까지 접근하고, 굽힘 하중이 풀릴 만큼만 램을 물리고, 이완된 각도를 측정하고, 지금 이 부스바의 스프링백을 계산한 다음, 측정된 양만큼 원래 깊이를 지나 다시 하강합니다.

엄밀한 의미의 폐루프입니다. 개별 소재의 두께 편차, 질별 편차, 압연 방향 영향을 사전 정보 없이 보정합니다. 동시에 가장 비싼 선택지이며, 절곡마다 측정과 복귀 사이클을 추가하고, 플랜지가 보이는 시선을 필요로 합니다. 부스바 절곡 금형이 늘 그 시선을 남겨 주지는 않습니다.

부스바에서 현실적인 절충안은 관리되는 보정 테이블에 규율 있는 초도품 검증을 더하는 것이고, 공정 중 측정은 다품종 작업이나 시험성적서를 믿기 어려운 소재에 남겨 두는 것입니다.

기계 사양은 어디에 놓이는가

절곡기 사양서에서 스프링백과 관련된 숫자는 두 개이고, 서로 같은 것이 아닙니다.

반복 정밀도는 기계가 자기 결과를 얼마나 가깝게 재현하는지입니다. EMAC-BB-S12 순수 서보 헤드와 그 하이브리드 유압 형제 기종은 모두 200 × 16 mm 가공 능력에서 절곡 정밀도 ±0.1°로 규정되어 있습니다. 이 수치는 램 위치, 엔코더, 프레임 강성이 같은 지령에 같은 각도를 내놓을 만큼 일관되다는 뜻입니다. 그 각도가 원하던 각도인지에 대해서는 아무 말도 하지 않습니다.

스프링백 보정은 지령 각도와 원하는 각도 사이의 간극을 메웁니다. 이 헤드들의 전자식 스프링백 보정은 보정 테이블 방식입니다. 제어기가 재질과 금형 조합마다 수정값을 저장해 두고 자동으로 적용합니다. 두 수치를 함께 놓아야 의미가 생깁니다. 보정이 목표 각도에 올려놓고, ±0.1°의 반복 정밀도가 배치가 끝날 때까지 거기에 붙들어 둡니다.

반복 정밀도는 훌륭한데 보정이 없는 기계는 똑같이 틀린 부품을 500개 만듭니다. 보정은 있는데 반복 정밀도가 나쁜 기계는 목표를 중심으로 놓이되 그 주위로 흩어집니다. 둘 다 필요합니다. 기계를 비교하실 때는 인용된 “정밀도”가 둘 중 어느 쪽을 가리키는지 물어보십시오. 공급사마다 표기가 일관되지 않습니다.

오래가는 보정 테이블 만들기

1년을 버티는 테이블과 매달 다시 만들어야 하는 테이블을 가르는 것은 몇 가지 습관입니다.

소재는 재고 표기가 아니라 재료 시험성적서를 기준으로 기록하십시오. 시험성적서에는 질별 기호가 있고, 요청했다면 내력 실측값도 있습니다. 굽힘 거동은 시험성적서를 따라갑니다.

보정값은 금형당 하나가 아니라 각도당 하나로 저장하십시오. 같은 금형이라도 도 단위 스프링백은 절곡 각도에 걸쳐 일정하지 않습니다. 회복이 누적되는 원호가 달라지기 때문입니다. 90° 절곡에 대해 1.2°를 갖고 있으면서 그것을 30° 절곡에 적용하는 테이블은 30°에서 틀립니다.

코일이 바뀔 때, 공급사가 바뀔 때, 금형을 재연삭했을 때 다시 검증하십시오. 재연삭한 절곡 금형은 처음보다 선단 반경이 커져 있고, 이는 R/t를 올리고 스프링백을 올립니다.

평면 절곡과 수직 절곡의 보정값은 분리해 두십시오. 소성역이 다르고 구속이 다르며, 부스바 수직 절곡과 평면 절곡에서 설명한 대로 숫자가 옮겨 가지 않습니다.

스프링백과 최소 반경은 하나의 결정으로 다루십시오. 질별이 둘 다 좌우하며, 좌우하는 방향도 같습니다. 가장 적게 되돌아오는 질별이 가장 적게 갈라지는 질별입니다. 절곡 문제가 그토록 자주 구매 문제로 귀결되는 이유가 그것입니다. 구리 질별과 최소 굽힘 반경의 관계가 R/t의 하한을 정하고, 이 글은 그렇게 정해진 R/t에 대한 보정을 정합니다. 둘 다 재료 시험성적서의 같은 줄을 읽고, 둘 다 같은 부스바 절곡 공정 결정 안에 들어 있습니다.