프레스의 위험성 및 방호장치

이번 포스팅에서는 프레스에 대해 알아보도록 하자.

프레스는 재료를 소성가공하여 원하는 형상을 만들 수 있는 장비로 제조업에서 주로 사용된다. 대기업보다는 중소기업에서 찾아볼 수 있는데 그 이유에 대해서도 함께 살펴보면서 프레스가 가진 위험성과 방호장치를 정리해 보자.

 

1. 프레스(Press)란

2개 이상의 금형을 이용해 재료를 굽힘, 압축, 천공, 절단하는 기계로 안전인증대상 기계에 포함된다.

* 안전인증 대상 프레스에는 스트로크가 6mm 이하의 신체가 들어갈 수 없는 구조는 제외됨

* 안전검사 대상 프레스는 3톤 이상만 해당되며 마찬가지로 스트로크가 6mm 이하는 제외

통상 상형과 하형으로 구분되고, 상형이 왕복 운동을 통해 하형과 맞물려 재료를 가공하게 된다.

전단기는 프레스와 구조적으로는 매우 유사하나 슬라이드에 부착된 것이 칼날로써 프레스와 같은 판형태의 금형이 아닌 점에 차이가 있다.

< 프레스의 일반적인 형태 >

 

프레스는 매우 위험한 기계이다. 프레스에서 발생한 사고는 사망이나 영구일부노동불능상해가 많은데 프레스의 강한 힘에 의해 신체가 협착될 경우 비록 목숨은 구할지라도 신체를 온전히 보존하기가 어렵기 때문이다. 신체가 깨끗하게 절단될 경우 봉합수술을 통해 신체를 재건할 수 있으나 프레스에 의해 강하게 압착되면 뼈와 근육이 심각하게 파괴되어 회복이 어렵다.

따라서, 프레스는 사고를 예방하는 것이 매우 중요하고 그중에서도 방호장치의 역할이 핵심이라 할 수 있다.

 

2. 프레스가 위험한 이유

먼저 프레스가 위험한 이유에 대해서 위에 간단히 서술한 내용을 포함하여 고찰해 보자.

 

 1) 강한 힘에 의해 가공

  - 매우 강한 힘으로 금형이 움직이므로 대형사고 유발 가능성이 높다.

 2) 비정형작업이 많음 (금형 교체, 수리 등)

  - 금형을 교체하거나 수리, 청소 등의 비정형작업이 매우 많고 이때 사고가 유발된다.

 3) 반복작업에 의해 주의집중력 둔화

 - 120 SPM기준으로 1시간이면 7,200회 동작하게 되므로 하루에 수만 번 반복작업을 하게 되어 주의력이 분산된다. (인간의 주의력은 변동성이 있어 고도의 집중력을 장기간 유지할 수 없음)

 4) 영세기업에서 다품종 소량생산에 적합

 - 프레스는 통상 안전관리에 취약한 영세한 기업에서 도급용역에 의해 제품을 생산하는 경우가 많다.

 5) 강한 소음과 진동으로 고장의 예지가 어려움

 - 프레스가 가진 특성으로 소음과 진동이 유발되어 고장에 취약하고 예지가 어렵다.

 6) 위험부위(위험한계) 근접작업이 이루어짐

 - 재료를 송급 및 배출 시 손을 이용하는 경우가 많아 슬라이드의 작동 범위 내에 신체가 들어가는 상황이 발생한다.

 

이 밖에도 경제성을 우선적으로 고려하거나 단순 반복작업으로 작업자의 위험한 행동 유발이 쉬운 점 등이 있다.

프레스가 가진 위험성에 대해서는 위에서 나열한 것 외에도 많은 원인을 찾을 수 있다. 그러나 그 해결방안은 결국 적절한 방호장치를 선택하여 적용하는 것이며, 방호장치의 기능을 상시 정상적으로 유지하는 것 또한 매우 중요하다 할 수 있다.

 

3. 프레스 사고 유형

사고 유형	내용
협착	가장 주된 위험요소로 금형 교체시 또는 프레스 고장 시 안전조치를 하지 않고 점검을 하다 급작동하여 사고가 발생
흄, 비산물 노출	절단 부분이 튀어올라 맞거나 열간가공 시 흄이 발생
감전	누전에 의한 감전
소음성 난청	충격소음에 의한 영구적 청각 손실

 

그 밖에 가공물 이송 중 낙하사고 등이 있겠으나 프레스하면 가장 빈번하게 발생하는 사고 유형이 협착이므로 방호장치 또한 협착을 방지하는 것 위주로 발전해 왔다. 특히나, 한 순간의 실수로 인해 돌이킬 수 없는 장해를 남길 수 있으므로 Fool proof 관점에서 방호장치를 바라보는 것이 일반화되어 있다.

 

4. 프레스의 방호장치

 1) 가드

< 프레스에 부착된 가드 >

 

 슬라이드 하강 시 가드가 물리적으로 신체를 위험한계로 들어오지 못하도록 막는 방식으로 다른 안전장치의 설치가 곤란하거나 작업에 지장이 없는 경우 적용한다. 따라서 반드시 인터록이 되어 있어야 하며 슬라이드가 동작하는 경우 가드가 열리지 않아야 하고 가드를 열고 있는 동안에는 작동되지 않아야 한다. (가공재료의 송배급에 영향이 없는 위험부위는 고정식 가드를 설치한다.)

장점	단점
1. 금형의 불시하강에도 방호 가능 2. 위험구역으로의 접근을 완전히 차단 3. 금형파손에 의한 파편으로부터 보호 가능	1. 금형의 크기에 적합한 가드를 주문제작 2. 금형 교체가 잦을 경우 부적합 3. 가드의 설치 조건이 까다로움

 

 2) 수인식 방호장치

< 수인식 방호장치 모습 >

 

작업자의 손에 수인줄을 묶고 슬라이드가 하강할 때 지렛대의 원리로 수인줄을 뒤로 잡아당기는 방법의 방호장치이다.

장점	단점
1. 작업자의 손이 위험한계로 들어가는 것을 원천적으로 막을 수 있음 2. 슬라이드의 2차 낙하에도 재해예방 가능 3. 가격이 저렴하고 설치가 용이함	1. 작업자의 손이 묶여있어 불편 2. SPM이 높은 프레스에 부적합(통상 120 SPM 미만) 3. 작업 변경 시 조정이 필요

유연한 내유성 피혁으로 손목에 감았을 때 불편함이 없어야 하며, 수인끈은 4mm 이상의 합성섬유로 신축성이 없어야 한다. 또한, 작업자가 변경될 경우를 고려하여 수인줄의 길이를 조절할 수 있어야 하며 잡아당겨지는 거리는 테이블 세로 길이의 1/2 이상이어야 한다.

 

3) 손쳐내기식 방호장치

< 손쳐내기식 방호장치 모습 >

 

말 그대로 손을 물리적으로 쳐내는 방식이다. 손쳐내기봉이 슬라이드가 하강함에 따라 좌우로 움직여 손을 위험한계로부터 바깥쪽으로 밀어낸다.

장점	단점
1. 슬라이드의 2차 낙하에도 재해예방 가능 2. 가격이 저렴하고 설치와 보수가 용이 3. 확동형 클러치에 적합	1. 측면방호가 불가능 2. 손쳐내기봉에 맞을 경우 통증 동반 3. 120 SPM 이상, 금형 폭 500mm 이상 적용 곤란

 

슬라이드가 3/4까지 하강 시 신체를 완전히 밀어낼 수 있어야 한다. 손쳐내기봉에 맞을 경우 아프기 때문에 완충재를 부착해야 하며 방호판은 금형폭의 1/2 이상이어야 한다. (금형폭의 1/2 이상이어야 좌우로 움직였을 경우 전체를 커버할 수 있음)

 

4) 양수조작식 방호장치

< 양수조작식 방호장치 모습 >

 

양수조작식은 급정지기구가 장착된 프레스에 적용되는 방호장치로써 양손으로 버튼을 동시에(0.5초 이내) 눌러서 프레스가 동작하도록 하는 것이다. 프레스가 하강하는 와중에 한 손이라도 버튼에서 손이 떨어지면 프레스는 급정지하게 되어 협착사고를 막을 수 있다.

장점	단점
1. 120SPM 이상의 빠른 프레스에 적용 가능 2. 반드시 양손을 사용해야 하므로 정상적인 상황에서는 완전한 방호가 가능	1. 광전자식과 병행하는 것이 유리 2. 행정수가 느린 프레스에는 비효율 3. 안전거리 계산이 필요

 

양수조작 버튼은 300mm 이상 떨어져 있어야 한다. (그래야 한 손으로 조작하는 것을 방지할 수 있음) 또한 버튼은 2mm 이상 매몰되어있어야 한다. (테이프로 버튼을 고정하는 것을 방지)

버튼을 누르다가 손을 떼어 슬라이드를 향했을 때 손이 협착되지 않기 위해서는 슬라이드의 위험구역과 양수조작식 버튼 사이의 거리를 계산하여 적용할 필요가 있다.

D = 1.6 x ( Te + Ts )

D : 안전거리 ( mm )

Te : 지동시간 ( ms ) ; 버튼에서 손이 떨어져 급정지기구가 작동하는 데까지 걸리는 시간

Ts : 급정지시간 ( ms ) ; 급정지기구가 작동하여 슬라이드가 멈출때까지 걸리는 시간

 

따라서 위 Te + Ts는 버튼에서 손이 떨어져서 슬라이드가 멈출때까지 걸리는 시간으로 급정지할 때까지 걸리는 지연시간이다.

 

5) 양수기동식

양수기동식은 형태가 양수조작식과 동일하다. 다만, 차이점은 버튼을 양손으로 누르기만 하면 슬라이드가 하강하여 다시 상승하는 1회전을 반드시 수행한다는 점이다. 양수조작식은 동시에 눌러야 하고 버튼에서 손이 떨어지는 순간 급정지하지만 양수기동식은 손이 떨어지더라도 반드시 1행정을 하게 된다. (이런 방식을 확동식 클러치 또는 완전회전식 클러치라 한다.) 따라서 양수기동식은 회전수가 높아 손이 위험한계에 들어갈 시간적 여유가 없는 프레스에 적합하다.

양수기동식도 안전거리 계산이 필요한데 공식은 다음과 같다.

D = 1.6 x (1/N+1/2) x (60,000/SPM)

D : 안전거리 ( mm )

N : 클러치 맞물림 개수

SPM : Stroke per Minute (분당 스트로크수)

 

 6) 광전자식 방호장치

< 광전자식 방호장치 모습 >

 

신체의 일부가 빛을 차단했을 때 이를 감지하여 슬라이드를 급정지하는 방호장치이다. 자동문의 센서가 사람을 감지하듯 투광부와 수광수 사이의 빛을 차단할 경우 신체가 있다고 인식하여 프레스를 정지하는 것이다.

장점	단점
1. 연속 운전작업에 사용할 수 있음 2. 작업자의 시야를 차단하지 않아 작업에 지장이 없음 3. 빠르고 정확하게 동작	1. 확동형 클러치에는 적용 불가능 2. 투수광부에 이물질이 쌓이거나 각도가 변할 경우 오작동 3. 비교적 고가이며 비상정지기능 고장시 불능 4. 직사광선이나 빛에 영향을 받음

 

방식에 따라 대향투과식, 반사식, 광막식으로 구분할 수 있다.

 - 대향투과식 : 투광부와 수광부가 개별로 설치되어 투광부의 빛을 수광부에서 감지하는 방식으로 가장 일반적으로 사용됨. 감지영역이 넓어 대형 프레스에 적용됨.

 - 반사식 : 투수광부와 반사판으로 구성되어 있어 투수광부에서 보낸 빛을 반사판에서 반사시켜 다시 투수광부에서 감지하는 방식으로 광원수가 적어도 넓은 영역을 감지할 수 있음. 각도에 따라 범위설정이 가능하나 대형에는 적용이 어려움.

 - 광막식 : 단일광선이 여러 개의 거울로 구성된 광학계의 작용에 의해 1개의 수광기에 집광하여 감지하는 방식으로 거울의 구성이 많을수록 다음 광선까지의 시간이 오래 걸려 차광효과가 없는 시간이 발생함. 따라서 광막식은 잘 사용되지 않음.

연속차광폭시험을 통해 움직이는 직경 30mm의 차광봉을 감지할 수 있어야 하며 1500 lux의 광원에도 정상작동해야 한다.

 

5. 프레스의 안전조치

 

프레스는 종류와 크기가 다양하므로 사업장에서 보유하고 있는 프레스의 특성에 따라서 적합한 방호장치를 선정하고 작업절차를 마련해야 한다. 이 사항을 3E 방식으로 접근해 보도록 하자.

 

 1) 방호장치 선정 (Engineering)

급정지기구가 있는 경우는 광전자식(감응형)이나 양수조작식을 사용하고 급정지기구가 없는 경우는 양수기동식, 수인식, 손쳐내기식을 사용한다. 다만, 이런 것들을 적용하기 어려운 작업여건에서는 연동장치가 적용된 가드를 설치해야 한다.

 2) 작업절차 마련 및 교육 (Education)

안전블록, 표지 부착, 안전교육 등을 포함한 절차를 마련하고 이를 준수해야 한다. 프레스를 취급하는 사업장은 특별교육을 반드시 실시해야 하며, 관리감독자는 작업 시작 전에 안전과 관련된 방호장치와 기능을 점검해야 한다. 이러한 내용을 포함하여 작업절차를 마련해야 하고 정기적으로 교육을 실시한다.

 3) 적합한 수공구 사용 및 자동화 (Enforcement)

가공물을 송급, 배출할 경우 핀셋류 등의 수공구를 사용하거나 롤피더 등 자동화설비를 사용하여 신체 노출을 최소화해야 한다.

기본적으로 프레스는 본질안전을 통해 ‘No hand in die’ 방식의 프레스를 사용해야 사고를 예방할 수 있으므로 수공구를 사용하거나 송급과 배출을 자동화하여 사고를 예방하는 것이 바람직하다.

 

6. 프레스 관련 참고사항

작업 시작 전 점검사항	특별교육 (프레스 5대 이상 보유 사업장)	관리감독자의 유해위험방지조치
1. 크랭크축, 플라이휠, 슬라이드 연결봉, 연결나사의 풀림상태 확인 2. 고정볼트의 풀림상태 점검 3. 클러치 및 브레이크의 기능 확인 4. 1행정 1정지기구, 급정지기구, 비상정지장치 작동상태 확인 5. 광전자식, 양수조작식 등 방호장치 기능 확인 6. 슬라이드 또는 칼날에 의한 위험방지기구의 기능 7. 전단기의 칼날 및 테이블의 상태	1. 프레스의 안전기준 2. 방호장치의 종류와 취급방법 3. 안전작업 방법 4. 프레스의 특성 및 위험성 5. 기타 안전보건관리에 관한 사항	1. 프레스와 방호장치를 점검하는 일 2. 프레스와 방호장치에 이상이 발견되면 즉시 필요한 조치 3. 프레스와 방호장치에 전환스위치를 설치했을 때 전환스위치의 열쇠를 관리 4. 금형의 부착 해체 또는 조정작업을 직접 지휘

 

 

 

[핵심 내용정리]

형식	확동식 클러치		마찰식 클러치
구분	120 SPM 미만	120 SPM 이상	120 SPM 미만	120 SPM 이상
가드	O	O	O	O
수인식	O	X	O	X
손쳐내기식	O	X	O	X
양수조작식	X	O (양수기동식만)	O	O
광전자식(감응)	X	X	O	O

 

확동식 클러치은 1행정 1정지 방식으로 불리며 슬라이드가 한번 작동하면 반드시 상사점에서 하사점을 지나 다시 상사점으로 오게 되는 사이클을 거쳐야 한다. 따라서 중간에 방호장치가 작동하더라도 급정지할 수 없는 방식이다. 이런 방식에는 물리적으로 위험한계로의 접근을 차단하는 방식이 적합하므로 가드, 수인식, 손쳐내기식을 적용할 수 있다. (고속 프레스의 경우 양수기동식도 가능)

마찰식 클러치는 안전 1행정 방식으로 불리며 슬라이드가 동작하는 중간에 방호장치가 작동하게 되면 급정지할 수 있는 방식이다. 따라서 물리적 차단보다는 감응식이나 양수조작식을 적용한다.