(1편) 판금작업이란 무엇인가?

기본적으로 판금작업은 두 개로 나뉘어진 판금을 접합하는 작업으로 이 접합에 사용되는 도구인 리벳을 사용하기 위해

드릴링 등 가공하는 작업 또한 판금작업의 범주라 볼 수 있다. 

 

기본적인 판재의 접합에는 비영구적인 것과 영구적인 것으로 나뉘어 볼 수 있는데, 여기서 비영구적이라함은 판금을

접합했다가 다시 원래의 상태로 나뉘어질 수도 있는 것을 비영구적인 접합, 다시 원래의 상태로 나뉘어질 수 없이 완전히 접합되어버린 상태로 되어버린 것을 영구적인 접합이라고 정의한다.

대표적인 예로써, 비영구적인 접합은 리벳과 같은 접합재료를 사용한 것과 영구적인 접합은 용접으로 볼 수 있다.

 

1. 리벳(Rivet) 

비 영구적인 접합에 해당하는 리벳은 판재를 영구적으로 결합하는 목적으로 사용하는 체결부재를 말한다.

이 리벳의 종류에는 솔리드 섕크 리벳(Solid shank rivet), 블라인드 리벳(Blind rivet) 으로 크게 작업방법과 사용범위에 따른 분류가 있으며, 열처리를 필요로 하는 아이스박스 리벳(Icebox rivet)도 존재한다.

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솔리드 섕크 리벳(Solid Shank Rivet)

항공기 구조물에 사용되는 가장 일반적인 리벳 유형으로 두꺼운 판재나 강도를 필요로 하는 내부구조물 접합 시에 사용하고 버킹 바(Bucking Bar)와 Air Riveting Gun을 이용하여 리벳머리를 성형하여 체결한다. 

아래 영상을 참고하여 버킹 바와 리벳 건을 이용하여 어떻게 리벳팅 작업을 하는지 알아보자.

 

 

이 솔리드 섕크 리벳은 머리모양에 따른 종류로는..

- 둥근머리 리벳(AN430) : 두꺼운 판재나 각도를 필요로 하는 내부구조물에 사용한다.

- 납작머리 리벳(AN422) : 내부구조물 접합에 사용한다.

- 접시머리 리벳(AN426) : 외피접합용 리벳("Countersunk Rivet" 이라고 부른다.)

- 브래지어머리 리벳(AN455) : 얇은 외피(후방 동체난 꼬리부분의 외피) 접합용으로 사용한다.

- 유니버셜머리 리벳(AN470) : 강도가 강해 외피 및 내부구조의 접합용으로 사용하고, 머리가 돌출된 리벳을 교환활 때 

                                       대신 사용가능하다.

 

Rivet Type of head

이 리벳을 외울 때는 American Navy(AN) 규격의 변호를 외우는 것은 추가적으로 하고, 영문으로 된 이름을 외우는 것을 우선적으로 하는게 중요하다. 왜냐하면, 대부분의 구글링 자료에 나오는 사진과 더불어 여러분들이 앞으로 보게될 AMM, Schematic 등의 자료들이 모두 영문자료이기 때문이다. 

카운터성크 리벳(Countersunk Rivet)?

위에서 보면 접시머리 리벳을 카운터성크 리벳(Countersunk Rivet)으로도 불린다고 적혀있다. 

카운터성크 리벳이란 무엇인가? 머리 윗면은 평평하고 생크쪽으로 경사진면을 갖고 있는 리벳이라고 정의한다...

말을 좀 쉽게 풀어보자면 아래 사진처럼 "판재의 표면위로 리벳머리가 돌출되지 않는 리벳" 이라고 이해하면 쉽다.

Countersunk Rivet on wing

이 카운터성크 리벳은 왜 사용되는가? 당연한 이유로 공기저항이 거의 없기 때문이다.

수 많은 리벳의 머리가 돌출되어 공기저항이 생기게 되면 많은 불안정한 요소들과 문제들을 발생시킬 수 있다.

그래서 이 카운터성크 리벳은 난류발생을 최소로 하기 때문에 항공기 외피결합용 리벳으로 널리 사용된다.

 

카운터성크 리벳을 체결하기 위해서는 다른 리벳들과는 다른 작업이 우선적으로 실행되어야 한다.

이 것이 바로 카운터싱킹(Countersinking) 작업과 딤플링(Dimpling) 작업이다. 

Countersinking 작업이란, 재료의 표면과 리벳이 평면이 되도록 구멍의 모서리에 원추모양의 움푹 들어간 부분을 절삭하는 작업을 말한다.

Dimpling 작업이란, 리벳머리가 판재의 안쪽으로 들어갈 수 있도록 구멍의 모서리를 절삭하는 카운터싱킹과는 다르게 모서리를 Punch와 Dimpling Die를 이용해서 압착시켜 판재 안쪽으로 눌려들어가게 하는 작업을 말한다.

그러면 어떠한 경우에 Countersinking 작업과 Dimpling 작업을 적용해야 하는가에 대해서 알아보자.

Countersinking 작업은 판재의 두께가 리벳머리의 높이보다 두꺼운 경우에 사용한다.

Dimpling 작업은 판재의 두께가 0.040in 이하일 때 사용한다. 

아래에 사진과 영상을 참고하면 위에 설명한 작업의 차이를 알 수 있다.

Countersinking

Dimpling

+ 추가적으로 알고 있으면 좋은 것들 (about HOT Dimpling) 2024-T3 알루미늄 합금은 고온 또는 저온으로 만족스럽게 조광할 수 있지만 금속의 Hard spots으로 인해 Cold Dimpling 후 딤플링 근처에서 균열이 발생할 수 있다. Hot Dimpling는 그러한 균열을 방지한다.   7075-T6 알루미늄 합금은 항상 Hot Dimpling을 해야한다. 마그네슘 합금 또한 7075-T6와 마찬가지로 강도가 강하기 때문에 Hot Dimpling이 되어야 한다. 티타늄은 단단하고 가공형성에 어려움이 있기 때문에 Hot Dimpling을 해야하는 또 다른 금속이다. Hot Dimpling 7075-T6에 사용된 것과 동일한 온도와 적용시간이 티타늄에 사용된다. 한번에 여러 장을 겹쳐서 작업하면 안되고 또한 판재를 뒤집어서 재가공해서는 안된다.   금속이 서로 다른 두께의 금속은 딤플링과 카운터싱크의 조합으로 결합되기도 한다. 딤플링을 할 수 있도록 잘 만들어진 카운터싱크를 Sub-Countersink라고 한다. 이것들은 무거운 구조물에 얇은 망이 붙어 있는 곳에서 가장 흔히 볼 수 있다. 얇은 갭 씰, 스트립 마모, 마모된 카운터싱크 수리에도 사용된다.

 

리벳은 재질에 따라 구분할 수 있도록 리벳머리에 표시가 되어있다. 

- 1100(A) : 아무 표시가 없다.

- 2117(AD) : 오목점(Dimple)

- 2017(D) : 볼록점(Raised Dot)

- 2024(DD) : 쌍 대쉬(Two Raised Shoulders) 

- 5056(B) : 십자가(Raised Cross)

- 7075(E) : 원형(Raised Circle)

* Raised 는 리벳머리 위로 표시가 각인되어 있다, Dimple은 오목하게 리벳머리 안쪽으로 표시가 각인되어 있다는 의미.

Rivet head marking

리벳의 재질을 나타내는 기호는 다음과 같은 의미를 가진다.

예를 들어, 2024 알루미늄 합금의 재질번호 의미를 해석해보면.. 2 : 주 합금원소 (1: 순수 알루미늄, 2: 구리, 3: 망간, 4: 실리콘, 5: 마그네슘) 0 : 개량번호 24 : 합금의 분류번호

아이스박스 리벳(Icebox Rivet)?

여기서 위에 설명했던 아이스박스 리벳(Icebox Rivet) 이라는 것이 나온다. 이 아이스박스 리벳이란 "열처리 리벳" 이라고도 불리는데 그 이유는 재료의 강성 때문에 작업이 어려우므로 열처리한 후에 시효경화성을 지연시키기 위해서 냉장보관 했다가 사용하기 때문이다. 이 아이스박스 리벳의 대표적인 예로 2017(D)와 2024(DD)가 있다.

여기서 강성이란 얼마나 단단한지에 대한 성질이다. 강성이 강하다는 것은 매우 단단한 상태로 작업시에 리벳 자체에 

균열을 야기하기가 쉽다. 그래서 풀림이라는 열처리를 한 후에 냉장보관하여 그 풀림상태를 유지하는 것이다.

 

시효경화란 열처리 후 시간이 지남에 따라 합금의 강도와 경도가 증가하는 성질을 말한다.

위에서 언급했던 것과 동일하게 시효경화를 지연시키기 위해 아이스박스 리벳의 경우 열처리 후 냉장보관을 하게된다.

2017(D)는 냉장보관에서 꺼낸 후 1시간 이내에 작업을 해야 구조부재에 사용이 가능하다.

2024(DD)는 냉장보관에서 꺼낸 후 10~20분 이내에 작업해야하며, 전단과 인장응력에 특히 강하다는 특징이 있어서

고강도의 중량을 요구하는 곳(1차 구조부재의 프레임과 장착부분 등)에 사용되며, 피로 저항이 강하다. 내식성이 좋지 않아 보호를 위해 알루미늄 또는 Al-1Zn으로 피복하는 경우가 많으나, 이는 피로 강도를 감소시킬 수 있다.

 

열처리의 종류로는 불림(Nomalizing), 뜨임(Tempering), 풀림(Annealing), 담금질(Quenching)이 있다.

철의 조직은 Fe-C 상태도에 따르면 탄소 함유량과 온도에 따라 가지고 있는 조직이 다르고 열처리로 인한 최종 조직도 다르게 나온다. 대표적인 조직들로는 페라이트, 펄라이트, 오스테나이트, 마르텐사이트 등이 있다.
같은 탄소량을 가진 철강도 어떤 조직을 가지고 있냐에 따라서 인성, 취성, 경도 등 기계적 성질이 다르게 나온다.

- 불림은 변태점 이상으로 가열, 가공으로 인한 응력제거가 목적이다.

- 뜨임은 변태점 이하로 가열한 후 공기 중 냉각하여 열처리로 인한 응력제거가 목적이며, 담금질 후 반드시 실시해야한다.

- 풀림은 변태점 이상으로 가열하여 용광로(노)(Furnace)에서 서냉시켜 금속의 재질을 연화시키기 위한 목적이다.

- 담금질은 변태점 이상으로 가열하여 물, 기름 등에서 급랭하는 작업으로 금속의 강도와 경도를 올리기 위한 목적으로 한다.

  주로 철에 사용되는데 철을 담금질하면 경도가 높아지지만 비철금속의 경우 오히려 연화되는 경우도 있기 때문이다.

 

어려운 용어정리 대부분 많이 혼동하는 "강도와 경도"의 차이점에 대해서 확실히 구분짓기 바란다.  * 응력 : 외력(外力)이 재료에 작용할 때 그 내부에 생기는 저항력. 변형력이라고도 하고 내력(內力)이라고도 한다. * 연화 : 단단한 것이 부드럽고 무르게 되는 것. * 경도(hardness) : 외부 압력에 대한 긁힘과 스크래치에 대한 금속의 저항 * 강도(strength) : 외부 압력에 대한 깨짐과 부러짐에 대한 금속의 저항   출처 : Naver 지식in

 

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블라인드 리벳(Blind Rivet)

흔히 팝(POP) 리벳이라고도 하는 블라인드 리벳은 리벳머리를 성형하는 버킹바(Bucking Bar)를 사용할 수 없는 곳에 사용한다. 팝 리벳은 블라인드 리벳과 같은 버킹바를 사용할 수 없는 곳에서 사용되지만 재료 적용은 조금 다르다.

 

팝 리벳은 플라스틱, 금속, 나무와 함께 사용될 수 있으며, 조지 터커 아이렛 회사의 연구실 밖에서 개발된 기존의 블라인드 리벳보다 더 오래 지속되는 설정을 제공한다.

블라인드 리벳은 일반 리벳 만큼 견고하지는 않지만 기존 리벳보다 쉽고 빠르게 사용할 수 있다. 

또한, 사용시간의 제한을 두고 있어서 주기적으로 체결상태를 확인하여 리벳이 헐거워짐을 점검해야 한다.

 

블라인드 리벳에도 사용을 금지하는 곳이 있다. 기밀을 유지해야 하는 곳, 장력(Tension)이 걸리는 곳, 접합판재의 표면과

리벳 Head 사이에 유격(Gap)을 유발시키는 곳, 진동 및 소음이 발생되는 곳에는 사용할 수 없다.

 

블라인드 리벳의 종류에는 체리(Cherry), 폭발(Explosive), 리브너트(Rivnuts), 고전단(Hi-shear) 리벳이 있다.

 

체리리벳은 가장 일반적으로 사용되는 블라인드 리벳이며 공구(체리리벳 건)만 있으면 손쉽게 체결이 가능해 많은 장소에 널리 사용됩니다. 스퀴즈 리벳건(Squeeze Rivet Gun)이라는 공구를 통해서 아래의 동영상처럼 작업할 수 있다.

 

 

폭발리벳은 리벳 섕크(shank)에 화약을 넣고 가열된 인두를 리벳 머리에 밀착시켜 폭발을 일으켜 벅테일(Buck tail)을

만드는 구조로서 연료탱크나 화재의 위험이 있는 곳에는 절대 사용하면 안된다. 

 

 

리브너트는 주로 날개 앞전의 제빙부츠나 기관 방화벽에 부품장착 시 사용된다. 대부분 이 리브너트의 적용방법에 대해서 굉장히 생소해하는 경우가 있는데, 리브너트는 섕크쪽에 있는 나사산을 돌려 압착시켜 판재를 접합하는 방식이다.

쉽게 이해하기 위해 아래의 동영상을 함께 첨부했다.

 

 

고전단리벳은 전단응력만 작용하는 곳에 사용하며 보통리벳보다 전단강도가 3배 이상 강하다.

또한, 이 경우 그립의 길이가 섕크의 지름보다 작은 곳에는 사용하면 안된다.

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알루미늄 합금 리벳의 규격표시

예) 코드번호 AN470 AD3-5 ① AN : AN(American Navy) 표준규격 ② 470 : 유니버셜 헤드 리벳 ③ AD : 2117-T 알루미늄 합금 ④ 3 : 3/32" 지름 ⑤ 5 : 5/16" 길이

리벳 도면 구성하기

리벳 작업을 하기 전에 우선적으로 선행되어야 할 부분이 있다. 바로 판재에 리벳팅을 할 위치를 정하는 것이다. 적용하는 판재의 재질과 두께, 크기 등을 파악하는 것을 시작으로.. 이를 통해 리벳의 재질을 결정하고 리벳의 지름(D), 길이(L), 연거리(Edge Distance), 리벳피치(Pitch), 열간간격(Transverse Pitch), 벅테일의 크기등을 계산하여 판재에 표시해야 한다는 것이다. 

 

리벳의 지름은 결합하는 판재 중 두꺼운 쪽 판재의 3배 정도이다. 즉, 지름(D) = 3T(두께)

리벳의 길이는 결합할 판재의 총 두께와 리벳의 지름에 1.5배의 합과 같습니다. 즉, 길이(L) = 판재의 총 두께(G) + 1.5D

 

연거리(Edge Distance)는 "끝거리" 라고도 하며 판재 가장자리로부터 가장 가가운 리벳홀 중심까지의 거리를 말한다.

주로 2~4D를 이용하며 Countersunk 리벳의 경우에는 최소연거리가 2.5D 유니버셜 리벳의 경우에는 2D 이다.

 

리벳피치(Pitch)는 같은 열에 있는 리벳간의 사이 간격으로 3~12D 범위를 이용하며, 주로 6~8D 이다.

열간간격(Transverse Pitch)는 "횡단피치" 라고도 하며 리벳의 열과 열 사이의 간격으로 리벳피치의 75% 정도이다. 

주로 4.5~6D를 이용한다.

 

일반적인 리벳의 배치방법은 1열 배치일 경우 우선 열의 양 끝에서 연거리를 결정한 후 리벳피치를 표시하여 작업한다. 2열의 배치일 경우 위의 설명과 같이 1열을 결정한 후 1열에서 횡단피치만큼 띄운 후 2열을 그리는데 1열의 중간 지점에 리벳을 위치하게 놓는다. 마지막으로 3열 배치일 경우 1열과 3열을 결정한 후 자를 이용하여 2열의 리벳위치를 결정한다.

 

 

판재의 재질 및 두께 선정

패치란 손상된 부위를 판재로 덪대는 작업으로서 패치 가장자리를 리벳 등으로 접합하여 손상된 부위를 수리하는 작업을 말한다.

패치의 재질은 본래의 재질과 같은 재료를 사용하고 본래의 재질과 다른 경우 판 두께(강도), 부식의 영향을 고려해서 정해야 한다.

판재의 두께는 본래의 판 두께와 같은, 혹은 한 치수 큰 것을 이용한다.

패치의 크기는 손상부 크기의 2배 이상을 사용한다.

리벳의 제거작업

리벳의 제거 작업은 판재 구멍의 지름과 모양을 보존하기 위한 제거 절차로써 판재의 수리에 사용되는 방법이다.

ⓐ 먼저 제거할 리벳의 머리를 줄(File) 작업을 통해 평평하게 만들어준 후 리벳머리 중앙에 펀치작업을 한다.

* 만약, 체리리벳 같이 이미 홈이 파져있는 경우나 이미 평평해진 리벳머리 모양을 가진 리벳의 경우에는 이러한 절차가

  생략하고 바로 드릴작업이 가능하다.

ⓑ 평평하게 만들어진 리벳머리 중앙에 펀칭하여 생긴 홈을 기준으로 드릴 작업을 실시한다.

* 드릴날은 리벳 지름보다 한 치수 낮은 것을 사용해야한다.

ⓒ 드릴 작업 후에는 핀 펀치를 리벳머리의 홈에 넣어 제끼면 제거가 된다.

ⓓ 마지막으로 섕크 부분에 핀 펀치를 대고 해머를 이용해 가볍게 두들기면 리벳의 몸체가 판재의 구멍에서부터 탈락되어 나오게 된다.

 

 

리벳 작업 시 주의사항

ⓐ 보호안경과 귀마개를 착용해야 하며, 드릴 작업시에는 장갑을 착용해서는 안된다.

ⓑ 접합하는 판재의 표면과 수직을 유지하며 드릴, 리벳팅 작업이 시행되어야 한다.

ⓒ 드릴, 리벳팅 작업에 필요한 적정 공기압력을 유지하여 작업해야 한다.

ⓓ 리벳팅 작업 시에 리벳머리와 맞는 규격의 공구세트를 사용해야 한다.

ⓔ 접합하는 판재의 표면에 상처가 나지 않도록 각별히 주의해야 한다.