[공학나라] 기계 공학 기술정보

스탬핑 (stamping)

대표적인 판재 성형 가공 방법주의 하나로 프레싱(pressing) 이라고도 한다. 다이(die)로 얇은 시트 (sheet) 금속을 쿵쿵 찍어 성형하거나 잘라내는 기술이다. 대표적인 예로 자동차 판재 가공이 있다. 

스탬핑에는 펀칭(punching), 블랭킹 (blanking), 엠보싱 (embossing), 벤딩 (bending), 플랜징 (flanging), 코이닝 (coining)과 같은 다양한 시트 금속의 성형 방법들이 있다. 

다이라고도 하는 금형은 기계 가공으로 만드는데 무척 비싸다. 다이나 시트 금속의 스크래치나 골링 (galling)을 방지하게 위해 다이 표면에 윤활제를 바른다. 윤활제는 이외에도 다양한 역할을 한다.

구조 해석으로도 과정을 모사(simulation) 해 볼 수 있으며 금형 설계등에 활용될 수 있다. 잘 알려진 문제로는 스프링백 (springback)이 있다.

한번에 찍어서 만드는 경우도 있고 아래와 같이 여러번 찍어서 만드는 경우도 있다.

그림 출처 : https://www.karnataka.gov.in/gttc/elearning/Sheet%20Metworking-1.pdf

참고 문헌

https://en.wikipedia.org/wiki/Stamping_(metalworking)

https://www.karnataka.gov.in/gttc/elearning/Sheet%20Metworking-1.pdf

좌굴 (buckling)

개요

좌굴이란 축방향 압축력을 받는 기둥이 횡방향으로 변형하는 것을 말한다. 하중이 제거된 후에도 구조물이 원복되지 않는 비탄성 거동을 보인다.

(축방향 힘을 받으니 축방향으로만 변형되야 할 것 같은데 횡방향으로 변형이 되는 요상한 문제다.)

대부분의 구조물은 압축에 의한 파괴 응력보다는 좌굴 발생 하중이 작아서 파괴되기 전에 좌굴이 발생한다. (파괴이전에 좌굴이 생기니 구조 설계에서 고려해야 한다는 말이다.) 긴 기둥이나 박판구조물에서는 특히 중요한 문제가 된다. (기둥 뿐만 아니라 판에서도 발생한다.)

좌굴이 잘 일어나면 불안정한 (unstable) 구조물이고 잘 일어나지 않으면 안정적인 (stable) 구조물이다.

좌굴 힘계 하중/응력 (buckling critical force/stress)

좌굴 임계하중은 좌굴이 발생하는 최소 하중을 만한다. 

당연히 길고 얇은 (세장비가 큰) 구조물 일수록 임계하중이 작다(머리속으로 상상해보면 쉽게 알 수 있다). 이를 수치적으로 구체화한 값이 단면의 2차 모멘트 (축 길이의 제곱의 면적 적분한 값 int x2 da) 이다. 2차 모멘트가 작을수록 좌굴이 쉽게 발생한다. 

이 하중을 구하는 방식은 여러가지가 있다.

오일러 공식 (Euler Buckling Equation)

그닥 복잡하지 않은 (?) 공식을 통해 기둥의 여러 양단 경계조건에 대해 손계산만으로 정확해 (exact solution)을 구할 수 있다. 해도 무척 간단한 편이다. 많은 가정도 있으니 해를 적용할 때는 주의해야 한다 (단면이 일정해야 하며 항복강도 이하의 하중이어야 하며 등등). 경계조건에 따라 해가 무척 달라진다.

요새는 온라인 계산기들이 많아서 아래링크에서 계산할 수 있다.

https://mechanicalc.com/calculators/column-buckling/

참고문헌

인하대학교 ISMELA

https://en.wikipedia.org/wiki/Buckling

https://mechanicalc.com/reference/column-buckling

https://en.wikipedia.org/wiki/Euler%27s_critical_load

퀵커넥터 (quick connector) 피팅 

퀵커넥터는 별도 공구 없이 손으로도 쉽게 분해/조립이 때문에피팅 연결을 자주 분해/조립을 하는 경우에 사용된다. 가격이 비싸고 (비싸니까 왠만하면 그냥 열심히 락피팅을 분해/조립을 하는 경우가 대부분) 경우에 따라서는 유량계수가 작아지는 단점이 있으니 스펙을 잘 보고 주의할 필요가 있다 (이럴땐 고유량 옵션을 선택하면 된다). 

퀵 커넥터도 다양한 옵션이 있지만 제일 주의할 점은 단일 차단인지 양단 차단인지를 알아야 한다 (아래에 설명 되 있음). 양단 차단용도 커넥터가 분리될 때 유체가 유출될 수 있으니 주의해야 한다.

출처

https://www.swagelok.com/downloads/webcatalogs/KO/MS-01-138.PDF

VCR VCO 피팅

* 아래 설명은 Swagelok사의 카탈로그를 참고하여 작성되었습니다. 

VCR 피팅이나 VCO 피팅은 피팅의 분해 조립시에 최소 공간만을 필요로 하여 편리한 장점이 있다. 

(일반 락피팅이 분해/조립시에 튜빙을 약긴 뒤로 제껴야 하는 단점이 있는데 튜브가 짧거나 두꺼우면 이게 무척 힘든 작업이 된다.)

VCR : 금속 가스켓 사용

VCO : 오링 사용

VCR이나 VCO는 락피팅과 달리 금속 가스켓 (VCR) 이나 오링 (VCO) 이 들어가는 단점이 있다. VCR은 VCO에 비해 금속 가스켓을 사용하므로 사용 온도 범위가 훨씬 넓다. 

VCR의 기밀면과 가스켓 면을 보면 기밀을 유지하기 위해 매우 매끄러운 것을 알 수 있다 (긁히지 않게 조심하자).

VCR 금속 가스켓의 재질은 Swagelok사의 경우 3가지 재질을 재공하는데 316L 스텐레스강이 사용온도가 제일 높다. 구리와 니켈도 있으나 사용온도가 스텐레스강 보다는 낮다.

출처

https://www.swagelok.com/downloads/webcatalogs/KO/MS-01-28.pdf

https://www.swagelok.com/downloads/webcatalogs/KO/MS-01-24.pdf

튜브 피팅 (tube fitting)의 종류

여기서는 일반적으로 쓰이는 튜브 피팅의 종류에 대해 알아본다. 피팅 회사에서 제공하는 여러 종류의 피팅이 있으며 회사랑 상관없이 비슷비슷하며 여기서는 유명한 회사인 스웨이지락 기준으로 알아본다. 대충 분류하는 방법만 보자.

우선 연결되는 튜브의 개수에 따라 

(유니온 이란 모든 연결부가 튜브를 연결할 수 있을 때 쓰는 말이다.)

유니온 : 튜브 2개 연결

티 (T) 유니온 : 튜브 3개 연결

크로스 (cross) 유니온 : 튜브 4개 연결

*유니온은 입출구 꺽임 각도에 따라 90도 꺽인 것을 엘보우 유니온 이라 한다.

위의 기본 분류에 따라 연결부가 암나사, 수나사 혹은 용접 가능하게 된 것도 있다. 이런 경우는 유니온 이라 하지 않고 커넥터 (connector) 라고 한다.

예를 들어 유니온의 한쪽을 수나사나 암나사로 하면 아래와 같이 수나사형 커넥터 혹은 암나사형 커넥터라고 한다.

예를 들어 유니온에서 한쪽이 용접형이면 용접 커넥터라고 한다.

티도 마찬가지로 연결부가 나사형으로 바뀌기도 한다.

특별히 입구 사이즈와 출구 사이즈가 다른 경우는 리듀서 (reducer) 라고 한다.

예를 들어 입구는 1/2 인치인데 출구는 1/4인치인 경우

자주 사용되는 피팅으로 단관이라고도 하는 포트 커넥터가 있다. 유니온 끼리 연결할 때 사용된다. 

짧은 튜브의 역할을 하며 실제로 짧은 튜브로 대체해서 써도 된다.

이외에 자주 사용되는 피팅으로 캡과 플러그가 있다. 

캡이나 플러그나 튜브 끝단을 막는 용도로 사용되며 

플러그의 경우는 내부에 압력이 있는지 없는지 외부에서 버튼 처럼 생긴걸 눌러보면 알 수 있는 장점이 있다. 

피팅 종류는 위에 언급한 것 이외에도 무지하게 많다. 

이 블로그에서 피팅의 개요 및 조이는 법 알아보기

출처

https://www.swagelok.com/downloads/WebCatalogs/KO/MS-01-140.pdf