단조 가공#1 (종류, 재료)

1. 단조의 종류 : 재료를 기계나 해머로 두들겨 성형하는 가공을 단조라 하며, 재결정온도를 기준으로 재결정온도 이상에서 작업하는 가공을 열간 가공, 재결정온도 이하에서 하는 가공을 냉간 가공이라 한다.

구분	열간 단조	냉간 단조
장점	치밀하고 균일한 조직이 된다 소성이 증가한다 가공이 용이하고, 표면의 거친 가공이 용이하다	가공면이 아름답고 정밀하다 사용재료의 손실이 적다 제품의 치수를 정확히 할 수 있다 어느 정도 기계적 성질을 개선시킬 수 있다
단점	산화로 정밀한 가공이 어렵다	가공이 어렵다
종류	Hammer 단조, Press 단조, Upset 단조, 압연 단조	Cold Heading, Coining, Swaging

 

   1) 자유 단조 : 개방형 형틀을 사용하여 소재를 변형시키는 것

   2) 형단조 (Die Forging) : 2개의 다이(Die) 사이에 재료를 넣고 가압하여 성형하는 방법으로 복잡한 형상을 가진 제품을 대량 생산할 수 있는 장점이 있으나, 금형의 가격이 비싸다

   

   3) 업셋단조 (Upset Forging) : 가열된 재료를 수평으로 형틀에 고정하고 한쪽 끝을 돌출시키고 돌출부를 축 방향으로 헤딩공구(Heading Tool)로써 타격을 주어 성형하는 방법으로 볼트를 예로 들 수 있다.

 

      ※ 업셋단조의 3원칙

         ⓐ 제1원칙 : 1회의 타격으로 제품을 완성하려면 업셋할 길이 L은 소재 처음 직경(D)의 3배 이내로 한다.

         ⓑ 제2원칙 : 제품 직경이 1.5D보다 적을 때는 L은 (3~6)D 로 한다. 소재의 길이가 너무 길면 1회에 작업하지 않고 중간공정으로 테이퍼 예비형상을 만든 후 최종 제품을 성형하는 것이 바람직하다. 

         ⓒ 제3원칙 : 제품직경이 1.5D이고 L>3D일때 업셋램과 Die와의 간격은 D를 넘어서는 안된다. 

 

   4) 압연단조 : 1쌍의 반원통 롤러 표면 위에 형을 조각하여 롤러를 회전시키면서 성형하는 것으로 봉재에 가늘고 긴 것을 성형할 때 이용

   5) 콜드 헤딩 (Cold Heading) : 볼트나 리벳의 머리 제작에 이용

   6) 코이닝 (Coining) : 동전이나 메달 등을 만드는 가공법

   7) 스웨이징 (Swaging) : 봉재 또는 관재의 지름을 축소하거나 테이퍼를 만들 때 사용 

 

2. 변형저항과 단조 에너지 : 단조기계는 순간적으로 충격력을 가하는 기계해머류 및 기계프레스와 천천히 가압하는 유압 프레스 등으로 구분할 수 있다. 기계해머는 낙하 중량과 타격속도를 이용하여 가공을 행하며 프레스는 해머에 비해 단시간의 충격이 아니고 내부까지 그 작용을 임의 시간 동안 가할 수 있다. 일반적으로 기계 해머는 낙하 중량으로 유압프레스는 램의 압력으로 용량을 표시한다. 

 

    1) 변형저항을 받는 원인 : 접촉면의 중심부는 외주변보다 변형저항이 크고, 접촉면이 거칠 때에도 크게 된다. 변형속도가 크게 되면 증가하고 가공온도가 높으면 작아진다.

 

3. 단조 재료

 

   1) 단련강 : 기계적 성질이 연강보다는 떨어지나 연성이 크고, 가단성이 좋아 특수 용도에 사용된다. 봉재, 선재, 판재 등으로 목공구 및 기계제작 등에 사용된다. 

   2) 탄소강 : 주로 탄소만을 함유한 강철로서 탄소함유량에 따라 연강, 경강, 탄소공구강이 있다. 인장강도, 경도, 항복점은 탄소함유량까지 증가되고 연율, 단면수축률, 충격치 등은 감소한다. 

   3) 특수강 : 탄소강에 Ni, Cr, W, Si, Mn, Co, V 등의 원소 중 하나 또는 둘 이상이 함유된 강으로 성질을 개선시킨 합금

   4) 동합금

      ① 황동

         ⓐ 칠삼 황동 : 선, 파이프, 탄피 등의 제작에 사용되고 상온가공 시 경도와 인장강도는 증가되고 연율은 감소한다.

         ⓑ 육사 황동 : 판재 및 봉재로 사용

      ② 청동 : 단면용 청동은 판재, 선재, 샤프트, 봉재 등에 사용되며 Sn이 소량 포함된 것은 상온가공하고 많이 들어간 것은 500~600'c에서 고온가공을 한다.

         ⓐ 인청동 : 스프링, 샤프트 등에 사용

         ⓑ Si 청동 : 와이어 용

         ⓒ Ni 청동 : 터빈 블레이드용

         ⓓ Al 청동 : 내식용

         ⓔ 경합급 : Al은 판재, 봉재, 선재 및 파이프 등의 제작에 사용

 

4. 가열로

 

가열로 명칭	연료/열원	특징	용도
벽돌화덕	코크스, 목탄, 석탄	구조가 간단하고 사용하기 쉬우나 온도조절이 곤란하고 균일하게 가열하기 어렵다	작은 물건용 가열에 가장 많이 사용된다
반사로	무연탄, 중유/가스	큰 물건 가열에 사용된다	큰 물건용
가스로	가스	조작이 간편하고 온도조절이 쉽다	작은 물건용 및 열처리용
중유로	중유	특수 분사용 장치가 필요하고 조작이 용이하다	중/소형 물건에 사용
전기로	전열	온도 조절이 가장 쉽고 작업이 용이하다. 재질의 변화도 적다	열처리용
염조로, 연로	각종	일정한 온도로 균일하게 가열할 수 있다	열처리용
고주파로	전기유도열	빨리 가열하여 시간이 적게 걸린다	작은 물건용 및 열처리용