판금 굽힘 계산: 허용치, 공제 및 K-계수

판금 설계 분야에서 굽힘 허용치, 굽힘 공제, K 계수와 같은 용어는 제조 공정의 정확성과 효율성에 큰 영향을 미치는 중요한 개념입니다. 이러한 매개변수는 구부러진 판금 부품의 최종 치수를 결정하고 정밀한 제작을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 개념에 대해 자세히 알아보고 계산 방법을 살펴보겠습니다.

1. 판금 계산 방법 소개

판금 제조에 관여하는 엔지니어와 제조업체는 정교한 알고리즘을 활용하여 부품의 평면 패턴 치수를 정확하게 계산하여 굽힘 및 성형 작업 후 정확한 최종 형상을 보장합니다.

기존의 '핀치 방법'은 재료 특성, 굽힘 반경, 굽힘 각도, 툴링 구성 및 성형 속도와 같은 요소를 통합하여 널리 사용되는 경험적 접근 방식으로 남아 있습니다. 이 방법은 효과적이기는 하지만 작업자의 경험에 크게 의존하며 불일치가 발생할 수 있습니다.

첨단 전산 도구의 등장으로 컴퓨터 지원 설계(CAD)와 유한 요소 해석(FEA)은 판금 설계의 정확성과 효율성을 혁신적으로 향상시켰습니다. 이러한 기술을 통해 스프링백, 잔류 응력, 변형 경화와 같은 복잡한 현상을 고려하여 성형 공정 중 재료 거동을 정밀하게 시뮬레이션할 수 있습니다.

최신 CAD 시스템은 이론적 모델과 경험적 데이터를 통합하는 고급 굽힘 보정 알고리즘을 사용합니다. 이러한 알고리즘은 일반적으로 두 가지 주요 접근 방식 중 하나를 사용합니다:

1. 굽힘 허용 방법: 이 기법은 K-계수(중성축의 위치) 및 재료 특성 등의 요소를 고려하여 굽힘을 통과하는 중성축의 아크 길이를 계산합니다.
2. 굽힘 공제 방법: 이 방법은 플랜지 길이의 합과 전체 플랫 패턴 길이의 차이를 결정하여 굽힘 중 재료 변위를 고려합니다.

솔리드웍스, 오토데스크 인벤터, 지멘스 NX와 같은 주요 CAD 플랫폼은 맞춤형 벤드 테이블과 재료 라이브러리를 갖춘 강력한 판금 설계 모듈을 제공합니다. 이러한 시스템을 사용하면 작업장별 벤딩 데이터를 통합하여 디지털 설계와 실제 제조 공정 간의 정합성을 보장할 수 있습니다.

또한 머신 러닝 및 인공지능과 같은 새로운 기술이 적용되어 과거 생산 데이터의 방대한 데이터 세트를 활용하여 예측을 개선하고 고유한 재료 및 툴링 조합에 맞게 조정하여 굽힘 계산을 최적화하고 있습니다.

의 기본 개념에 대한 독자의 이해를 높이기 위해 판금 디자인 계산에 대해 다음 사항을 요약하여 설명합니다:

• 두 가지 벤딩 알고리즘의 정의입니다: 굽힘 허용치 및 굽힘 공제, 그리고 실제 판금 형상과의 연관성을 살펴봅니다.
• 의 관계 굽힘 공제 및 굽힘 공제 알고리즘을 사용하는 사용자가 데이터를 굽힘 공제 알고리즘으로 쉽게 변환할 수 있는 방법을 설명합니다.
• K 계수의 정의, 실제 사용 방법, 다양한 소재 유형에 적용할 수 있는 K 계수 값의 범위를 설명합니다.

2. 굽힘 허용 방법

에 대한 명확한 이해를 위해 굽힘 허용치은 판금 부품의 단일 굽힘을 보여주는 그림 1을 참조하세요. 그림 2는 부품이 펼쳐진 상태를 보여줍니다.

그림 1

그림 2

굽힘 허용치 알고리즘은 판금 부품의 펼쳐진 길이(LT)를 부품이 평평해진 후 각 세그먼트 길이의 합과 평평해진 굽힘 영역의 길이를 더한 값으로 설명합니다.

그리고 굽힘 허용치 (BA)는 평평하게 구부러진 영역의 길이를 나타냅니다. 따라서 부품의 총 길이는 방정식 (1)로 표현할 수 있습니다:

LT = D1 + D2 + BA (1)

굽힘 영역(그림에서 연한 노란색으로 표시됨)은 굽힘 과정에서 이론적으로 변형이 발생하는 영역입니다.

펼쳐진 부분의 지오메트리를 결정하려면 다음 단계를 따르세요:

• 구부러진 부분에서 구부러진 부분을 잘라냅니다.
• 나머지 두 개의 평평한 섹션을 평평한 표면에 놓습니다.
• 길이 계산하기 를 평평하게 구부립니다.
• 두 개의 평평한 부분 사이에 평평하게 구부러진 부분을 결합하면 원하는 펼친 부분이 완성됩니다.

그림에서 BA로 표시된 평평한 굽힘 영역의 길이를 결정하는 작업은 조금 더 어렵습니다.

BA의 값은 소재 유형, 소재 두께 등의 요인에 따라 달라집니다, 굽힘 반경 및 각도뿐만 아니라 굽힘 공정, 기계 유형 및 기계 속도도 고려해야 합니다.

BA의 가치는 판금 재료 공급업체, 실험 데이터, 경험, 엔지니어링 매뉴얼 등 다양한 출처에서 얻을 수 있습니다.

솔리드웍스에서는 BA 값을 직접 입력하거나 K 계수(나중에 설명할 것임)를 사용하여 값을 계산할 수 있습니다.

그리고 벤딩 테이블 메서드는 두께, 반경, 각도가 다른 여러 상황에 따라 다양한 굽힘 허용치를 지정하는 가장 정확한 방법입니다.

초기 벤딩 테이블을 만드는 데는 다소 시간이 걸릴 수 있지만 일단 만들어지면 나중에 일부를 재사용할 수 있습니다.

부품의 각 벤드에 대해 동일하거나 다른 정보를 입력할 수 있습니다.

1) 일반적인 굽힘에 대한 표준

2) Z 벤딩 표준

3) V 벤딩 표준

4) 표준 U 벤딩

관련 읽기: V자 및 U자 굽힘력 계산기

3. 굽힘 공제 방법

벤딩 공제는 다음과 같은 과정에서 발생하는 차질을 설명하는 데 사용되는 용어입니다. 판금 벤딩. 이것은 프로세스를 설명하는 또 다른 간단한 알고리즘입니다.

그림 1과 2도 이 개념에 적용됩니다. 굽힘 공제 방법에 따르면 부품의 평평한 길이(LT)는 '끝점'(두 평평한 섹션의 가상 교차점)까지 연장되는 두 평평한 섹션의 길이의 합에서 굽힘 공제(BD)를 뺀 값과 같습니다.

따라서 부품의 총 길이는 방정식 (2)와 같이 표현할 수 있습니다:

LT = L1 + L2 - BD (2)

BD의 값은 시트와 같은 다양한 소스에서 결정하거나 얻을 수 있습니다. 금속 소재 공급업체, 실험 데이터, 경험, 방정식이나 표가 포함된 엔지니어링 매뉴얼 등입니다.

그림 3

4. 굽힘의 관계 수당 및 굴곡 공제

굽힘 공제 방법에 익숙한 사용자는 솔리드웍스에서 일반적으로 채택하고 있는 굽힘 허용치 방법과의 관계를 이해하는 것이 중요합니다.

두 값 사이의 관계는 부품의 구부러짐과 펼침의 두 가지 지오메트리를 사용하여 쉽게 추론할 수 있습니다.

방정식 (1)과 (2)를 비교하면 다음과 같습니다:

LT = D1 + D2 + BA (1) LT = L1 + L2 - BD (2)

따라서,

D1 + D2 + BA = L1 + L2 - BD (3)

그림 3에서 각도 A는 굽힘 각도는 구부리는 동안 부품이 휘는 각도와 구부러진 영역이 형성하는 호의 각도를 나타내며, 두 개의 반으로 표시됩니다.

직각삼각형의 치수와 원리를 사용하여 다음 방정식을 도출할 수 있습니다:

D1 = L1 - (R + T)TAN(A/2) (4) D2 = L2 - (R + T)TAN(A/2) (5)

방정식 (4)와 (5)를 방정식 (3)에 대입하면 BA와 BD의 관계를 구할 수 있습니다:

BA = 2(R + T)탄(A/2) - BD (6)

굽힘 각도가 90도인 경우 이 방정식은 다음과 같이 단순화됩니다:

BA = 2(R + T) - BD (7)

이 방정식 (6)과 (7)은 재료 두께, 굽힘 각도/반경 등을 파라미터로 사용하여 한 알고리즘에서 다른 알고리즘으로 변환하는 편리한 방법을 제공합니다.

솔리드웍스 사용자의 경우, 이 방정식은 굽힘 공제를 굽힘 허용치로 직접 변환하는 방법을 제공합니다.

굽힘 허용치 값은 전체 부품 또는 각 개별 굽힘에 사용하거나 굽힘 데이터 테이블에 포함할 수 있습니다.

5. K-인자 방법

K-계수는 다양한 기하학적 시나리오에서 판금의 굽힘과 펼침을 설명하는 독립적인 값입니다.

또한 다양한 재료 두께, 굽힘 각도, 반경 등 다양한 조건에서 굽힘 허용치(BA)를 계산하는 데 사용되는 자율적인 값입니다.

그림 4와 5는 K-인자에 대한 심층적인 정의를 명확히 하기 위해 제공됩니다.

그림 4

그림 5

판금 부품의 두께에 중립 축이 있음을 확인할 수 있습니다. 시트 금속 소재 굽힘 영역의 중립 축은 늘어나지도 압축되지도 않으므로 굽힘 중에 변형되지 않는 유일한 영역입니다.

그림 4와 5는 분홍색과 파란색 영역의 경계를 보여줍니다.

구부리는 동안 분홍색 영역은 압축되고 파란색 영역은 확장됩니다. 중성 판금 층이 변형되지 않은 상태로 유지되면 부품이 구부러지거나 평평해지더라도 굽힘 영역에서 호의 길이는 동일하게 유지됩니다.

결과적으로 굽힘 허용치(BA)는 판금 부품의 굽힘 영역에서 중성층의 아크 길이와 같아야 하며, 이는 그림 4의 녹색으로 표시되어 있습니다.

판금의 중성층 위치는 연성과 같은 특정 재료의 특성에 따라 달라집니다.

중성 판금 층과 표면 사이의 거리는 "t", 즉 판금 부품의 표면에서 두께 방향의 재료까지의 깊이라고 가정합니다.

결과적으로 중성층 호의 반지름은 (R + t)로 표현할 수 있습니다. 이 식과 굽힘 각도를 사용하여 중성층의 호 길이(BA)를 계산할 수 있습니다.

BA = Pi(R+T)A/180

판금 중성층의 정의를 단순화하고 모든 재료에 적용할 수 있도록 하기 위해 K-계수 개념을 도입했습니다.

K-계수의 정의는 판금 부품 재료의 전체 두께에 대한 판금 중성층 두께의 비율입니다. 즉, K-계수는 다음과 같이 정의됩니다:

K = t/T

따라서 K 값은 항상 0에서 1 범위 내에 있습니다. K 계수가 0.25이면 중성층이 판금 재료 전체 두께의 25%에 위치한다는 의미입니다.

마찬가지로 0.5이면 중성층이 전체 두께의 50%에 위치한다는 의미이며, 0.5이면 중성층이 전체 두께의 50%에 위치한다는 의미입니다.

위에서 언급한 방정식을 조합하면 다음 방정식 (8)을 구할 수 있습니다:

BA = Pi(R+K*T)A/180 (8)

따라서 K의 값은 항상 0과 1 사이가 됩니다.

K-계수가 0.25인 경우 중성층이 부품 판금 재료 두께의 25%에 위치한다는 의미입니다.

마찬가지로 0.5이면 중성층이 전체 두께의 50%에 위치한다는 의미입니다.

K- 팩터의 기원은 판금 재료 공급업체, 테스트 데이터, 경험, 매뉴얼 등과 같은 전통적인 출처에서 찾을 수 있습니다.

그러나 경우에 따라 제공된 값이 명확한 K-계수로 표현되지 않을 수 있지만, 그래도 이들 사이의 관계를 찾을 수 있습니다.

예를 들어 설명서나 문헌에서 중성축을 "판금 표면에서 재료 두께의 0.445배에 위치"라고 설명하는 경우, 이는 K-계수 0.445, 즉 k = 0.445로 해석할 수 있습니다.

이 K 값을 방정식 (8)에 대입하면 다음과 같은 공식을 얻을 수 있습니다.

BA = A (0.01745R + 0.00778T)

방정식 (8)을 다른 방법으로 수정하여 방정식 (8)의 상수를 계산하고 모든 변수를 유지하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다:

BA = A (0.01745 R + 0.01745 K*T)

두 방정식을 비교하면 0.01745 * k = 0.00778이므로 k는 0.445로 계산할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있습니다.

솔리드웍스 시스템은 굽힘 각도가 90도일 때 특정 재료에 대한 굽힘 허용치 알고리즘도 제공하는 것으로 밝혀졌습니다. 각 재료에 대한 계산 공식은 다음과 같습니다:

• 부드러운 황동 또는 부드러운 구리: BA = (0.55 * T) + (1.57 * R)
• 반경질 구리 또는 황동, 연강, 알루미늄과 같은 재질: BA = (0.64 * T) + (1.57 * R)
• 청동, 경동, 냉간 압연강, 스프링강: BA = (0.71 * T) + (1.57 * R)

실제로 방정식 (7)을 단순화하고 굽힘 각도를 90도로 설정하면 상수를 계산할 수 있으며 다음과 같이 방정식을 변형할 수 있습니다:

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

따라서 위의 계산식을 비교하면 연황동 또는 연동 소재의 K 값은 1.57xk = 0.55 또는 K = 0.35로 구할 수 있습니다.

동일한 방법을 사용하면 위에 나열된 여러 유형의 자료에 대한 K-계수 값을 쉽게 계산할 수 있습니다.

• 부드러운 황동 또는 부드러운 구리 재질: K = 0.35
• 반경질 구리 또는 황동, 연강 및 알루미늄과 같은 재료: K = 0.41
• 청동, 경동, 냉간 압연 강철 및 스프링 강철: K = 0.45

앞서 설명한 것처럼 자재 공급업체, 테스트 데이터, 경험, 매뉴얼 등 K-팩터 값을 얻을 수 있는 출처는 여러 가지가 있습니다.

K 팩터 방법을 사용하여 정확한 판금 모델을 구축하려면 엔지니어링 요구 사항을 충족하는 적절한 K 팩터 소스를 찾는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 실제 부품 결과를 원하는 만큼 정확하게 얻을 수 있습니다.

특히 다양한 굽힘 시나리오를 수용해야 하는 경우 단일 K-계수 값만으로는 정확한 결과를 얻지 못할 수 있습니다.

이러한 경우 전체 부품의 단일 굽힘에 대해 굽힘 허용치(BA) 값을 직접 사용하거나 굽힘 테이블을 사용하여 전체 범위에서 서로 다른 A, R 및 T 값에 해당하는 서로 다른 BA, 굽힘 공제(BD) 또는 K-계수 값을 설명하는 것이 좋습니다.

또한 방정식을 사용하여 SolidWorks에서 제공하는 샘플 굽힘 테이블과 같은 데이터를 생성할 수 있습니다. 필요한 경우 실험 또는 경험적 데이터를 기반으로 벤드 테이블의 셀을 수정할 수도 있습니다.

SolidWorks의 설치 디렉터리에는 필요에 따라 편집하고 사용자 지정할 수 있는 굽힘 허용 테이블, 굽힘 공제 테이블 및 K-계수 테이블이 포함되어 있습니다.

• 판금 굽힘 계산기

6. 요약

이 게시물에서는 판금 부품의 설계 및 제작에 사용되는 일반적인 계산 방법과 그 기본 원리에 대한 포괄적인 개요를 제공합니다.

굽힘 허용치, 굽힘 공제 및 K-계수 계산에 대해 다루고 이러한 방법 간의 차이점과 상호 관계를 설명합니다.

업계의 엔지니어와 기술 전문가에게 유용한 참고 자료가 될 것입니다.

참고:

• 탄은 탄젠트 삼각함수의 단순화된 표현을 의미합니다.
• PI는 상수 파이(3.14159265...)를 나타냅니다.