라미네이션 결함: 버, 뒤틀림 및 스크래치 허용 한계 (사양)

A 라미네이션 스택 겉보기에는 단순해 보입니다. 같은 모양으로 펀칭된 얇은 강판들이 쌓여 있고, 이 강판들은 모터, 변압기, 발전기의 코어를 이루도록 접합되거나 고정되어 있습니다. 하지만 15년 동안 과열 없이 작동하는 스택과 18개월 만에 과열되는 스택의 차이는, 대개 확대경 없이는 거의 식별할 수 없는 결함에 기인합니다.

이 가이드는 검사 보고서에서 가장 자주 나타나는 세 가지 결함, 즉 버(burr), 뒤틀림(warpage), 흠집(scratches)과, 출하품이 반품될 때 실제로 논란의 대상이 되는 수치들에 대해 다룹니다. 이 글은 교과서적인 정의보다는 품질 엔지니어가 승인하기 위해 확인해야 할 사항에 중점을 둡니다.

시트 수보다 라미네이션 결함이 더 중요한 이유

코어를 적층하는 주된 목적은 와전류 경로를 분할하는 데 있습니다. 각 시트는 인접한 시트와 절연되어 있는데, 보통은 얇은 코팅을 통해, 때로는 표면의 산화막만으로도 절연이 이루어집니다. 원래는 고체 블록을 통해 자유롭게 순환했을 전류가 작은 루프로 나뉘게 되어 손실이 감소합니다.

이 목록에 있는 모든 결함은 어떤 식으로든 그 원리를 훼손합니다. 버(burr)는 두 개의 라미네이션을 연결하여 단락을 일으킬 수 있습니다. 뒤틀림은 에어 갭을 발생시켜 적층 계수를 망가뜨립니다. 흠집은 절연층을 벗겨내어, 방향만 다를 뿐 버와 동일한 결과를 초래합니다. 따라서 이 수락 기준은 단순히 외관상의 문제가 아닙니다. 이는 코어가 전원이 공급되었을 때 설계된 손실 수치를 얼마나 잘 유지할 수 있는지를 나타내는 지표입니다.

이 점을 명심해 두세요. 그래야만 공차 범위가 단순한 형상만으로는 예상되는 것보다 더 좁은 이유를 이해할 수 있습니다.

절단 공정이 모든 것을 바꿉니다

단 하나의 공차 값을 제시하기 전에, 나머지 논의의 방향을 결정짓는 한 가지 질문이 있습니다. 바로 ‘시트는 어떻게 절단되었는가?’입니다. 어떤 공정에서는 타당한 공차 한계가, 다른 공정에서는 불가능하거나 무의미할 수 있습니다.

진보형 금형 펀칭 이 제품은 대량 생산의 주력 모델입니다. 공구가 마모될수록 점점 더 뚜렷해지는 전형적인 버를 생성하므로, 이 제품의 합격 기준은 버의 높이와 생산 공정 중 발생하는 편차를 중심으로 설정되어 있습니다.
레이저 커팅 기계적 버는 거의 남지 않지만, 절단면이 가열됩니다. 이에 따라 우려되는 점은 국부적으로 자성 특성을 저하시킬 수 있고, 절단면에서는 손실을 증가시킬 수 있는 열영향부로 옮겨갑니다. 따라서 버의 높이보다는 절단면 상태와 열손상을 측정해야 합니다.
와이어 EDM 거친 부분이 거의 없이 매우 매끄러운 절단면을 제공하며, 시제품 및 초고정밀 코어 제작에 사용됩니다. 여기서 논의의 핵심은 거친 부분이 아니라 재주조 층과 비용에 관한 것입니다.

본딩 및 적층 방법 역시 그만큼 중요합니다:

자가 접착(백랙) 코어, 열과 압력을 가해 경화된 이 소재는 접착부와 단열부가 동일한 표면을 공유하기 때문에 표면 오염이나 코팅 흠집에 대해 매우 민감합니다.
인터록(클리팅) 및 용접식 스택 특정 표면 결함에 대해서는 더 잘 견디지만, 접합부에서 그 자체로 국부적인 단락 위험을 초래할 수 있다.

다음 표들은 가장 일반적인 경우인, 클램핑되거나 연동된 스택을 사용하는 기존의 프로그레시브 다이 펀칭 공정을 전제로 하고 있습니다. 공정을 변경하면 허용 기준도 그에 따라 달라집니다.

버: 모두가 가장 먼저 측정하는 결함

버(burr)란 펀칭된 가장자리에서 돌출된 금속의 솟아오른 부분을 말합니다. 이는 블랭킹 공정 중에 형성되며, 펀치와 다이의 마모가 진행될수록 그 크기가 커집니다. 새 공구를 사용하면 버가 거의 없는 깔끔한 절단면을 얻을 수 있습니다. 반면 수명이 다한 공구를 사용하면 표면 위로 솟아오른 강철 조각이 말려 올라간 모양이 나타납니다.

왜 버(burr)에 집착할까요? 두 가지 이유가 있습니다. 첫째, 버는 두께를 늘립니다. 라미네이션을 천 장 쌓으면, 시트당 15마이크론의 버만 있어도 자성적 기능을 전혀 하지 않는 15밀리미터의 추가 두께가 됩니다. 둘째—그리고 이것이 현장에서 제품 고장을 일으키는 주된 원인입니다—버는 적층판 사이의 절연층을 뚫고 인접한 시트 사이에 단락을 일으킵니다. 그 결과 국부적인 발열이 발생하고, 이어서 핫스팟이 생기며, 결국 베어링 문제로 보이지만 실제로는 펀칭 부위에서 시작된 고장이 발생합니다.

버 높이 허용 기준

대부분의 사양은 허용 버 높이를 모든 경우에 적용되는 단일 고정 수치로 명시하기보다는 시트 두께에 따라 규정하며, 일반적으로 재료 두께의 5–10% 정도를 기준으로 하고, 더 얇은 고품질 강재의 경우 허용 범위가 더 엄격해집니다. 아래 표는 펀칭된 전기강판에 대해 업계에서 일반적으로 허용되는 범위를 요약한 것입니다.

시트 두께	일반적인 버 높이 제한	참고 사항
0.20 mm	≤ 12–15 µm	얇은 고주파 등급, 가장 엄격한 관리
0.27–0.35 mm	≤ 20–25 µm	일반 트랙션 및 기기용 모터 재고
0.50 mm	≤ 25–35 µm	일반 산업용 모터
0.65 mm	≤ 30–40 µm	더 큰 저주파 코어

이러한 기준치는 일반적으로 다음의 전기강판 및 자성 재료 시험 체계에 따라 검증됩니다. IEC 60404 시리즈 (자성 재료의 측정 방법) 및 이에 상응하는 ASTM A34/A343 방법, 단열 코팅 상태는 다음 조건 하에서 평가되었으며 ASTM A976 분류. 유럽 도면을 기준으로 작업하는 구매 담당자들은 종종 동일한 요구 사항이 다음과 같은 방식으로 표현된 것을 보게 됩니다. EN 10106 / EN 10126 등급 사양. 적용되는 정확한 수치는 부품 도면과 합의된 검수 기준에 명시된 수치이며, 상기 참조 항목들은 다음을 정의합니다. 어떻게 측정하고 분류하기 위한 것이지, 보편적인 숫자가 아니다.

측정 방식 자체가 사람들을 당황하게 만듭니다. 버는 육안으로 판단할 수 있는 것이 아닙니다. 교정된 높이 게이지, 레이저 프로파일로미터, 또는 절단 가장자리에 수직으로 대고 측정하는 스타일러스 프로파일러를 사용해야만 재현 가능한 수치를 얻을 수 있습니다. 샘플링은 대개 정해진 간격으로 스트립에서 추출한 계획에 따라 진행됩니다. 공구가 마모됨에 따라 버의 높이가 변동하기 때문에, 생산 시작 시점에 얻은 단 한 번의 정확한 측정값만으로는 생산 종료 시점의 상태를 거의 알 수 없기 때문입니다.

현장에서 얻은 실용적인 팁 하나: 버의 방향이 중요합니다. 파단 부위로 다시 접혀 들어가는 버는 똑바로 서 있는 버보다 절연체를 연결할 가능성이 적습니다. 일부 합격 기준에서는 이 점을 고려하지만, 대부분은 그렇지 않아서, 바로 그 차이 때문에 현장에서 논쟁이 벌어지곤 합니다.

뒤틀림과 평탄도: 눈에 띄지 않는 스택 계수의 적

뒤틀림이란 평면 외 변형, 즉 오목해짐, 물결 모양, 가장자리 말림, 시트 전체에 걸쳐 감자칩처럼 뒤틀리는 현상 등을 포괄하는 용어입니다. 이는 코일의 잔류 응력, 불균일한 펀칭 힘, 코팅 경화 과정 중의 열적 영향, 그리고 부주의한 취급 등으로 인해 발생합니다.

뒤틀림이 특히 교묘한 이유는 바로 이것입니다. 뒤틀린 시트 한 장만으로는 평탄도 검사를 통과할 수도 있습니다. 하지만 그런 시트를 수백 장 쌓아 올리면 오차가 상쇄되지 않습니다. 오차는 누적될 뿐만 아니라, 더 심각한 경우 돌출된 부분이 서로 겹치는 지점에서 오차가 가중되기도 합니다. 그 결과, 계산상 예상 높이보다 더 높게 측정되는 더미가 만들어지며, 시트 사이에 공기 틈이 갇히게 됩니다.

이는 적층 계수, 즉 적층체의 겉부피에 대한 실제 강재 부피의 비율에 직접적인 영향을 미칩니다. 대부분의 등급에서 적정 적층 계수는 0.96 이상이며, 최상의 박판 적층 구조는 0.97을 넘어섭니다. 이 수치보다 낮아지면 사실상 도면에 명시된 것보다 더 작은 자성 코어를 제작한 것이나 다름없으며, 이로 인해 자속 밀도가 상승하고 이에 따라 손실도 증가합니다. 적층 계수 자체는 다음 기준에 따라 정의되고 측정됩니다. IEC 60404-13 / ASTM A719 방법.

평탄도 합격 기준

평탄도는 일반적으로 정의된 길이에 대한 파고 또는 백분율로 명시됩니다.

미터법	일반적인 승인	검증 방법
파동 인자 (I-단위 방식)	≤ 1.5–2.51 TP6T 피크 편차	평평한 화강암 판 + 두께 측정기 또는 광학 스캔
단일 시트의 평탄도	시트 길이에 걸쳐 ≤ 0.5–1.0 mm	용지 크기에 따라 크게 달라집니다
스태킹 팩터	≥ 0.96(두꺼운) ~ ≥ 0.97(얇은)	중량 및 치수 측정, 또는 클램프로 고정된 적재 높이
스택 병렬 처리	도면 공차 범위 내, 대개 ≤ 0.1 mm	코어 주변의 여러 지점에 설치된 높이 측정기

완성된 스택의 경우, 평행도와 전체 스택 높이는 한 지점이 아니라 원주 주변의 여러 지점에서 측정됩니다. 12시 방향에서는 완벽하게 정렬되어 있지만 6시 방향에서 높이가 0.3mm인 스택은, 평균값이 정상으로 보여도 조립 과정에서 문제를 일으킬 수 있습니다.

뒤틀림 문제를 해결하는 데 있어 취급 방식이 절반을 차지합니다. 어닐링 처리된 적층판 더미는 유연해서 쉽게 변형됩니다. 일단 탄성 범위를 넘어 휘어지면 그 상태로 고정되어 버리며, 이후의 어떤 공정으로도 완전히 원래 상태로 되돌릴 수 없습니다. 입고 검사 시 발견되는 많은 “뒤틀림’은 실제로 제조 과정에서 발생한 것이 아니라 운송 중에 생긴 것입니다.

흠집과 표면 손상: 사소한 자국, 심각한 결과

이 목록에 있는 다른 결함들보다 긁힘 자국은 외관상의 문제로 치부되는 경우가 더 많습니다. 때로는 그럴 만도 합니다. 시트 표면에 희미한 자국이 있고, 코팅이 손상되지 않았으며, 버(burr)도 없다면—괜찮습니다, 출하해도 됩니다. 하지만 절연 코팅을 뚫고 들어간 긁힘 자국은 기능적으로 버와 다를 바 없습니다. 이는 전류가 라미네이션 사이를 건너뛸 수 있는 통로를 열어주기 때문입니다.

따라서 흠집에 대한 허용 여부는 거의 절대 외관상의 문제와 관련이 없습니다. 중요한 것은 코팅이 손상되지 않았는지 여부입니다. 절연층이 손상되지 않은 얕은 긁힌 자국은 대개 허용됩니다. 반면, 금속 표면이 노출된 깊은 흠집, 특히 플럭스 방향과 가로로 뻗은 흠집은 허용되지 않습니다.

이를 판단하는 방법은 육안 등급이 아니라 층간 저항 시험을 통해 이루어지며, 이는 다음 조건 하에서 수행됩니다. ASTM A717 (표면 절연 저항) 및 IEC 60404-11 코팅 방법. 코팅된 표면에 정해진 압력과 전압을 가한 뒤 저항을 측정합니다. 임계값을 넘으면 긁힘 유무와 상관없이 코팅이 제 역할을 하고 있는 것입니다. 바로 여기에 실용적인 기준이 있습니다. 사진 비교 차트가 아니라, 저항 수치에 그 기준이 담겨 있는 것입니다.

표면 손상의 분류 방법에 대한 대략적인 안내:

피해 유형	도장 상태	전형적인 성향
표면의 가벼운 흠집	단열 상태 양호	수락
베어 메탈까지 완전히 제거, 격리됨	도장 손상, 국소적	저항 한계 대비 검토
얼굴 전체에 걸쳐 이어지는 깊은 상처	코팅 파손, 확장됨	거절
긁힌 자국 처리, 깊이 없음	변함없는	수락
부식 자국 / 얼룩	침투 정도에 따라 다릅니다	내구성 테스트, 표면에 움푹 패인 자국이 있으면 대개 불량으로 판정

사람들이 종종 간과하는 또 다른 원인이 있습니다. 긁힘 자국은 원자재 코일에서 생기는 것이 아니라, 적재 및 취급 장비 자체에서 발생하는 경우가 많습니다. 모든 강판의 동일한 위치에 일관되게 평행한 긁힘 자국이 보인다면, 더 이상 철강 공급업체를 탓하지 말고 자사의 공구와 컨베이어를 점검해 보십시오.

신뢰할 수 있는 하자 수용 기준 수립

단순히 공차만 나열한 사양서만으로는 충분하지 않습니다. 실제로 분쟁을 방지해 주는 부분은 사람들이 간과하기 쉬운 부분입니다.

단순히 한계치만 정하지 말고, 측정 방법도 명확히 정의하십시오. “버 ≤ 20 µm”라는 표기는 측정 기기, 모서리의 위치, 시편 수를 명시하지 않으면 아무런 의미가 없습니다. 서로 다른 도구를 사용하여 동일한 모서리를 측정하는 두 실험실의 측정 결과는 허용 오차 범위를 넘어 서로 일치하지 않을 것입니다. 적용되는 표준(IEC 60404 시리즈, ASTM A976, ASTM A717 등)을 명시하면 이러한 차이를 해소할 수 있습니다.

공구 마모에 연동된 샘플링 계획을 수립하십시오. 펀칭 결함은 생산이 진행됨에 따라 점차 커집니다. 코일의 첫 번째와 마지막 제품을 검사하면 무작위로 추출한 단일 샘플로는 포착하지 못하는 편차를 파악할 수 있습니다. 샘플링 빈도는 공구의 성능 저하 속도에 맞춰 설정하십시오.

기능적 결함과 외관상의 결함을 구분하십시오. 라미네이션을 단락시키는 버와 코팅을 뚫지 않는 흠집은, 둘 다 겉보기에는 나빠 보일지라도 심각도가 다릅니다. 층간 저항과 스택 팩터에 미치는 영향을 기준으로 결함을 등급을 매기면, 양품이 폐기되거나 불량품이 통과되는 것을 방지할 수 있습니다.

시트뿐만 아니라 스택 전체를 테스트하십시오. 개별 라미네이트는 각각 검사를 통과할 수 있지만, 조립된 스택은 평행도, 스택 계수 또는 층간 저항 기준에서 불합격될 수 있습니다. 입고 시트 검사와 완제품 스택 검사는 서로 다른 두 단계의 검사이며, 두 가지 모두 필요합니다.

보증 문제로 인한 골칫거리가 가장 적은 스택은 대개 작업자들이 해당 제품 라인을 잘 이해하고 있는 곳에서 생산된 것들입니다. 왜 단순히 게이지가 빨간색으로 변했다는 사실뿐만 아니라, 20마이크론 크기의 버가 문제라는 점입니다. 바로 이러한 이해가 사양서를 일관된 품질로 만들어 줍니다.

자주 묻는 질문

라미네이션 공정에서 가장 심각한 결함은 무엇인가요? 대부분의 경우 버(burr)가 문제입니다. 버는 스택에 비자성 높이를 추가하고 인접한 라미네이션을 단락시키는 두 가지 고장 모드를 동시에 유발하므로, 버 문제는 치수 검사 시와 전기적 성능 평가 시 모두 드러납니다. 뒤를 이어 뒤틀림(warpage)이 두 번째로 큰 문제인데, 이는 특정 지점이 아닌 코어 전체에 걸쳐 스택 팩터를 저하시키기 때문입니다.

버의 높이를 어떻게 정확하게 측정할 수 있나요? 스타일러스 프로파일로미터, 레이저 프로파일러 또는 교정된 높이 측정기를 사용하여, 관련 IEC 60404 또는 ASTM A34 측정 규정을 준수하며 펀칭된 가장자리에 수직으로 측정하십시오. 펀치와 다이의 마모가 진행됨에 따라 버의 높이가 증가하므로, 가장자리를 따라 여러 지점에서 측정값을 기록하고 생산 공정 전반에 걸쳐 표본을 채취하십시오. 단일 측정값만으로는 대표성을 갖기 어렵습니다.

절단 공정이 합격 기준을 변경하나요? 네, 상당히 그렇습니다. 프로그레시브 다이 펀칭은 주로 버의 높이와 그 편차를 기준으로 평가됩니다. 레이저 절단은 기계적 버가 거의 발생하지 않지만 열영향부가 생기기 때문에, 평가 기준이 가장자리의 탄 자국과 국부적인 재료 손실 증가로 옮겨갑니다. 와이어 방전 가공(EDM)은 버가 거의 없는 모서리를 제공하며, 대신 재용융층을 기준으로 평가됩니다. 잘못된 기준을 적용하면 그 표준은 아무런 의미도 없게 됩니다.

스크래치가 있는 제품은 항상 불량품인가요? 아닙니다. 흠집이 절연 코팅을 뚫지 않았다면, 대개 외관상의 문제일 뿐이며 허용 가능합니다. 결정적인 기준은 외관이 아니라 ASTM A717 또는 IEC 60404-11에 따른 층간 저항입니다. 금속 표면이 노출되어 저항이 기준치 이하로 떨어지는 흠집이 있는 경우에만 불량으로 판정해야 합니다.

좋은 스택에서 어느 정도의 스태킹 계수를 기대할 수 있을까요? IEC 60404-13 / ASTM A719에 따라 측정했을 때, 두꺼운 등급의 경우 대략 0.96 이상, 얇은 고등급 강재의 경우 0.97 이상이어야 합니다. 이 수치보다 낮을 경우 일반적으로 뒤틀림, 높이를 증가시키는 버(burr), 또는 강재 두께를 잠식하는 과도한 도막 두께가 원인인 경우가 많습니다.

왜 버의 높이 제한은 시트 두께에 따라 달라지나요? 더 얇은 시트는 절연 무결성이 가장 중요하고, 버(burr)가 시트 두께에서 차지하는 비중이 큰 고주파·저손실 용도에 사용됩니다. 한도를 두께의 백분율로 설정함으로써, 표준이 위험도에 비례하도록 유지됩니다.

시트 단위로 검사해야 할까요, 아니면 완성된 적재 단위로 검사해야 할까요? 둘 다입니다. 시트 단위 검사는 버, 코팅, 단일 시트의 평탄도 문제를 발생 원천에서 바로 포착합니다. 스택 단위 검사는 평행도, 총 높이, 스택 계수, 층간 저항 등 단일 시트만으로는 파악할 수 없는 누적된 오류를 포착합니다.