소성가공이란?
소성가공은 금속재료를 성형하는 작업으로, 재료에 물리적인 힘을 가하여 원하는 형상으로 변형시키는 공정입니다. 이 과정에서 재료는 소성 변형, 즉 재료의 탄성 한계를 넘어서 지속적으로 변형되는 성질을 활용합니다. 소성가공은 작업 방식에 따라 단조, 압연, 압출, 인발 등으로 나뉘며, 온도 조건에 따라 열간가공(고온에서 작업)과 냉간가공(상온에서 작업)으로 구분됩니다. 이러한 다양한 방식과 조건을 통해 소성가공은 기계 부품, 건축 자재, 전자기기 부품 등 광범위한 산업에서 활용됩니다.
단조란? / Forging
단조(Forging)는 금속을 가열하거나 상온에서 압력을 가해 일정한 모양으로 만드는 공정을 말합니다. 이는 주로 해머나 프레스와 같은 도구를 사용하여 금속을 두드리거나 압착하여 형성하는 과정입니다. 대장장이가 빨갛게 달아올린 금속을 망치로 두드려 갑옷이나 칼을 만드는 과정을 상상하면 단조 공정을 이해하는 데 도움이 됩니다.
단조의 장점으로는 충격 및 전단 강도가 뛰어나고, 다공성, 수축, 공동, 냉기 문제가 발생하지 않는다는 점이 있습니다. 또한, 단조된 제품은 주조로 제작된 제품보다 더욱 튼튼하며, 기계적으로 강한 입자 구조를 가지기 때문에 고강도 부품을 제작하는 데 더 적은 양의 고가 합금이 필요합니다. 그러나 단조는 제품의 크기에 제한이 있고, 상대적으로 정밀도가 낮을 수 있어 후가공이 필요할 수 있습니다.
단조는 일반적으로 자유단조(Free forging)와 형단조(Impression forging)로 나눌 수 있습니다. 자유단조는 평탄한 공구 사이에 금속을 넣고 돌리거나 위치를 바꾸며 두들기면서 원하는 모양의 제품을 만드는 공정을 말합니다. 반면, 형단조는 가열된 금속을 금형에 맞춰 성형하는 방식으로, 특정 형상의 금형 다이 2개 사이에 금속을 넣고 압착하여 제품을 형성합니다. 이 과정은 정밀한 형상의 제품을 생산하는 데 유리합니다.
압연이란? / Rolling
압연(Rolling)은 회전하는 2개 이상의 롤러 사이로 금속 재료를 높은 압력으로 눌러 단면을 밀어내어 원하는 형상과 크기로 만드는 공정입니다. 이 공정을 통해 만들어진 제품을 압연강재라고 합니다. 압연은 단조, 압출, 인발, 전조 등에 비해 비교적 단순한 형상의 제품을 생산할 수 있습니다. 롤러에 가해지는 압축 응력을 조절하여 재료의 두께를 변형할 수 있습니다.
열간압연 공정은 주로 슬래브(금속 덩어리)를 적당한 온도(약 1,100℃~1,300℃)로 가열한 후 원하는 두께와 폭으로 압연하는 방식입니다. 이 과정에서 가소성이 좋은 상태에서 재료의 형성이 쉽게 이루어지며, 표면에는 산화로 인해 스케일이 발생할 수 있고, 강도가 낮아질 수 있는 단점이 있습니다.
냉간압연은 열간압연된 판을 더 얇게 만드는 과정으로, 이를 통해 금속 표면을 더욱 미려하게 만들고, 재료의 기계적 성질을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 냉간압연 공정을 통해 생산되는 제품으로는 박판, 후판, 자동차 부품, 가전제품, 기계 구조물, I-빔, 철도 레일, 환봉 등이 있습니다. 이들 제품은 강도가 높고 정밀한 사양을 요구하는 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.
압출이란? / Extuding
압축(Extrusion)은 금속 재료를 높은 압력을 가해 다이(틀)의 구멍을 통해 밀어내어 단면을 수축시키는 공정을 말합니다. 이 공정을 통해 다이에 뚫린 구멍의 형상에 맞는 막대나 관 등을 생산할 수 있습니다. 주로 재료의 변형 저항이 작은 열간 조건에서 진행되며, 봉이나 관의 생산에 주로 이용됩니다. 그러나 연한 재료를 사용하면 불규칙적인 단면을 가진 긴 제품도 제작할 수 있습니다.
압축은 비유적으로 방앗간에서 가래떡을 뽑는 원리와 비슷하다고 설명할 수 있습니다. 금속 재료는 다이(틀)의 구멍을 통해 밀어내어 원하는 형상과 크기로 형성됩니다. 이 공정을 통해 생산되는 제품으로는 봉재, 선재, 관제 등이 있으며, 이들은 주로 구조 및 건축용 형상재로 사용됩니다. 압축은 금속 가공에서 중요한 공정 중 하나로, 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다.
인발이란? / Drawing
인발(Drawing)이란 금속을 다이(틀) 사이로 통과시켜 원하는 형상과 크기로 변형시키는 금속가공 방법입니다. 이 공정은 선재나 가는 파이프와 같은 금속 제품을 만들기 위해 주로 사용됩니다. 영어로는 Drawing이라고 하며, 금속 시트나 봉재를 다이의 구멍을 통과시켜 인발하여 원하는 형상을 만드는 공정입니다.
인발 공정은 일정한 모양의 구멍으로 금속을 눌러 짜서 뽑아내어, 그 구멍과 같은 자른 면을 가지고 길이가 긴 제품을 생산하는 방식입니다. 비유적으로는 국수를 뽑는 기계의 원리와 비슷하다고 할 수 있습니다. 인발은 단조, 압연, 압축 등의 다른 소성가공 방법들보다 재료에 많은 변형을 주는 공정으로, 다양한 금속 제품을 생산하는 데 중요한 역할을 합니다. 인발을 통해 생산되는 주요 제품으로는 봉재, 선재, 관재, 볼트, 구조재 등이 있으며, 이는 다양한 산업 분야에서 사용되는 중요한 구성품들입니다.
전조란? / Forming rolling
전조가공은 다이(틀) 사이에 소재를 넣고 상온에서 소성 변형을 통해 원하는 형상으로 만드는 가공 방식입니다. 이 공정은 주로 나사와 기어를 제작하는 데 사용되며, 다양한 종류의 다이가 필요합니다. 다이는 금형강, 베어링강, 합금공구강 등으로 제작되며, 나사나 기어의 형태로 설계되어 작업의 효율성을 높입니다.
전조가공은 크게 왕복식과 회전식으로 나눌 수 있습니다. 왕복식은 평판형 다이 1쌍 사이에 소재를 끼우고 왕복 운동을 통해 나사산을 만드는 방식으로, 소형 나사의 대량 생산에 적합합니다. 회전식은 원형 다이 2개를 회전시켜 나사산을 형성하는 방식으로, 정밀한 나사 제작에 사용됩니다.
전조가공의 장점은 가공 시간이 효율적이라는 점과, 절삭 가공보다 더 높은 정밀도와 우수한 체결력을 제공한다는 것입니다. 또한, 다양한 금속 소재에 적용할 수 있어 강도와 내구성을 높이는 데 유리합니다. 이 기술은 특히 정밀 기계 부품 제작에 중요한 역할을 하며, 고도의 기술과 장비가 요구됩니다.
오스포밍이란? Ausforming
오스포밍(Ausforming)은 고온에서 오스테나이트 상태의 재료를 소성가공한 후, 냉각 과정에서 마르텐사이트화가 진행되는 열처리 기법입니다. 이 방법에서는 재료의 강도가 향상되면서도 연신율이나 연성의 손실을 최소화할 수 있습니다. 오스포밍의 주요 특징은, 첫째, 고온에서의 소성가공을 통해 형상을 결정짓고, 둘째, 냉각 중 마르텐사이트가 미세하게 변형되어 강도가 증가하며, 셋째, 강도는 높아지지만 연성이나 연신율의 저하를 최소화하는 점입니다. 이러한 특징 덕분에 오스포밍은 고급 강재 제조에서 중요한 역할을 하며, 강도와 기계적 성질을 동시에 개선할 수 있는 유용한 열처리 기법입니다.
Leave a Reply
Your email is safe with us.