스프링백 / 오버벤드 계산기

스프링백이란 무엇이며 어떻게 보정하나요?

판금 부품을 굽히면 바깥쪽 섬유만 소성 항복하고, 중립축 근처의 재료는 탄성 상태로 남습니다. 공구를 해제하면 저장된 탄성 변형이 회복되어 굽힘이 약간 벌어집니다. 부품이 "스프링백"하여 공구가 성형한 것보다 더 큰 반경과 더 작은 굽힘 각도로 돌아갑니다.

스프링백은 항복강도와 굽힘 반경이 클수록 커지고, 탄성계수와 두께가 클수록 작아집니다. 그래서 알루미늄(낮은 E)은 강철보다 훨씬 많이 스프링백하고, 얇은 소재의 타이트한 반경은 거의 스프링백하지 않습니다. 이를 지배하는 무차원 그룹은 x = σy·R / (E·t)입니다.

목표 각도를 맞추려면 오버벤드합니다. 스프링백 양만큼 목표를 넘겨 부품을 성형하면 사양에 맞게 완화됩니다. 이 계산기는 프레스 브레이크에 설정할 오버벤드 각도, 회복될 스프링백 각도, 최종(완화된) 반경을 반환합니다.

Formula: x = σy · R / (E · t) Ks = R_i / R_f = 4x³ − 3x + 1 Overbend angle = target angle / Ks

계산 예시

알루미늄 6061-T6 (σy 276 MPa, E 69 GPa), 두께 1 mm, 내측 반경 10 mm, 목표 90°. x = 276·10/(69000·1) = 0.04이므로 Ks = 4(0.04)³ − 3(0.04) + 1 ≈ 0.880. 90/0.880 ≈ 102.2°로 오버벤드하면 약 12.2°의 스프링백과 약 11.4 mm의 최종 반경이 나옵니다.

이 계산기를 사용해야 할 때

• 새로운 재질/두께로 프레스 브레이크를 세팅하면서, 부품이 스프링백된 후 목표 각도에 맞추기 위한 오버벤드 각도가 필요할 때
• 기존 부품을 강에서 알루미늄 또는 고강도 합금으로 전환할 때 — 항복강도 대 탄성계수 비가 커질수록 스프링백이 급격히 증가하므로, 기존 오버벤드 설정값은 과도하게 벗어난다
• 스프링백이 상당하여 무시할 수 없는 큰 반경 대 두께 비(r/t > 5)의 에어 벤딩
• 탄성 회복 후 최종 성형 반경이 도면과 일치하도록 공구 반경을 보정할 때
• 지속적으로 목표 각도를 넘어 벌어지는 부품을 진단하고, 정확히 얼마나 오버벤드해야 하는지 정량화할 때

피해야 할 흔한 실수

• 재질 등급 무시 — 알루미늄 6061-T6(E≈69 GPa)는 동일 형상에서 연강(E≈200 GPa)보다 약 3배 더 스프링백하므로, 강 기준 오버벤드로는 알루미늄 부품이 크게 벌어진 채로 남는다
• 오버벤드 각도와 스프링백 각도의 혼동 — 부품이 목표 각도로 완화되도록 오버벤드 각도(더 큰 값)까지 굽히는 것이며, 스프링백은 그 차이이지 설정값이 아니다
• r/t = 2 미만에서 모델 적용 — Ks = 4x³ − 3x + 1 관계식은 탄성 지배 굽힘을 가정하므로, 중립축이 안쪽으로 이동하는 작은 반경에서는 정확도가 떨어진다
• 스프링백이 모든 굽힘에서 고정된 각도라고 가정 — 오버벤드 보정량은 목표 각도에 비례하므로, 90° 굽힘과 30° 굽힘은 서로 다른 절대 오버벤드량이 필요하다
• 냉간 가공 또는 조질 소재에 공칭 항복강도 사용 — 가공 경화가 유효 항복강도를 높여 스프링백을 편람 값 이상으로 증가시킨다

결과 해석 방법

• 오버벤드 각도는 프레스 브레이크 설정값이다 — 이 각도까지 굽히면 부품이 목표 각도로 완화되며, 초도품으로 확인하고 벗어나면 재질 항복강도를 조정한다
• 스프링백 각도는 탄성 회복량을 정량화한다 — 값이 클수록(고강도 또는 저탄성계수 재질, 큰 반경) 더 많은 오버벤드와 엄격한 공정 관리가 요구된다
• 스프링백 계수 Ks(0–1)는 최종 각도 대 하중 각도의 비이다 — Ks가 1에 가까우면 스프링백이 적음(두껍고, 작은 반경, 저강도)을, Ks가 1보다 크게 낮으면 심한 스프링백을 뜻한다
• 부품이 벌어지므로 최종 반경은 항상 공구 반경보다 크다 — 도면이 특정 성형 반경을 지정하면 펀치/다이 반경을 1/Ks로 보정한다
• "오버벤드가 180°를 초과"하는 경고는 단일 굽힘으로 목표에 도달할 수 없음을 의미한다 — 다단 성형 또는 보토밍/코이닝 공정을 대신 계획한다

관련 표준 및 참고문헌

• ASM Handbook Vol. 14B — Metalworking: Sheet Forming (스프링백 비 및 Ks 모델)
• DIN 6935 — 평강 제품의 냉간 굽힘
• ISO 7438 — 금속 재료 — 굽힘 시험
• Machinery's Handbook — 스프링백 및 오버벤드 보정 참고

자주 묻는 질문

알루미늄이 강철보다 스프링백이 더 큰 이유는?

스프링백은 σy/E에 비례합니다. 알루미늄 합금은 탄성계수가 훨씬 낮지만(강철의 ~200 GPa에 비해 ~69 GPa) 항복강도는 비슷하여 더 많은 탄성 변형을 저장하고 회복합니다. 동일한 형상에서 연강의 약 2~3배 스프링백을 예상하세요. 알루미늄은 항상 더 많이 오버벤드해야 합니다.

굽힘 반경이 작을수록 스프링백이 줄어드나요?

네. 스프링백은 R/t에 비례하므로 내측 반경이 작을수록(또는 소재가 두꺼울수록) 탄성 회복이 적은 더 뻣뻣한 굽힘이 됩니다. 최소 굽힘 반경에 가까운 매우 타이트한 반경은 겨우 몇 분의 1도만 스프링백하지만, 얇은 판의 큰 반경 굽힘은 여러 도 스프링백할 수 있습니다.

생산에 쓸 만큼 정확한가요?

4x³ − 3x + 1 모델은 표준 1차 추정치이며 일반 판금 합금의 탄소성 굽힘에 대해 정확합니다. 실제 스프링백은 금형, 마찰, 변형 경화, 재료 로트 편차에도 좌우되므로, 오버벤드 각도를 초기 설정값으로 사용하고 초도품 굽힘으로 미세 조정하세요.