단조란 무엇인가? 분류 및 특징

단조는 단조 및 스탬핑을 총칭하는 용어입니다. 단조는 단조 기계의 해머, 모루, 펀치 또는 금형을 사용하여 재료에 압력을 가해 소성 변형을 일으켜 원하는 모양과 크기의 부품을 얻는 성형 가공 방법입니다.

단조란 무엇인가

단조 공정에서는 전체 블랭크가 상당한 소성 변형과 비교적 많은 양의 소성 유동을 겪습니다. 반면 스탬핑 공정에서는 블랭크가 주로 각 부품 영역의 공간적 위치 변화로 성형되며, 내부 넓은 영역에 걸쳐 소성 유동이 발생하지 않습니다. 단조는 주로 금속 부품 가공에 사용되지만, 엔지니어링 플라스틱, 고무, 세라믹 블랭크, 벽돌 등의 비금속 재료 가공 및 복합 재료 성형에도 사용될 수 있습니다.

단조 및 야금 산업에서 압연, 인발 등은 모두 가소성 또는 압력 가공에 속합니다. 그러나 단조는 주로 금속 부품 생산에 사용되는 반면, 압연 및 인발은 판재, 스트립, 파이프, 프로파일, 와이어와 같은 범용 금속 재료 생산에 주로 사용됩니다.

단조품의 분류

단조는 주로 성형 방법과 변형 온도에 따라 분류됩니다. 성형 방법에 따라 단조는 크게 스탬핑과 일반 단조로 나눌 수 있습니다. 변형 온도에 따라 단조는 열간 단조, 냉간 단조, 온간 단조, 등온 단조 등으로 나눌 수 있습니다.

1. 열간 단조

열간 단조는 금속의 재결정 온도 이상에서 수행되는 단조 공정입니다. 온도를 높이면 금속의 가소성이 향상되어 가공물의 고유 품질을 개선하고 균열 발생 가능성을 줄일 수 있습니다. 또한 고온은 금속의 변형 저항을 감소시켜 필요한 톤수를 줄일 수 있습니다.단조 기계하지만 열간 단조 공정은 여러 가지 단점이 있는데, 가공물의 정밀도가 떨어지고 표면이 매끄럽지 못하다는 점입니다. 또한 단조품은 산화, 탈탄, 연소 손상에 취약합니다. 가공물이 크고 두껍거나, 재료의 강도가 높고 소성도가 낮은 경우(예: 초후판 롤 벤딩, 고탄소강 봉 인발 등)에는 열간 단조가 사용됩니다.
일반적으로 사용되는 열간 단조 온도는 다음과 같습니다: 탄소강 800~1250℃; 합금 구조강 850~1150℃; 고속도강 900~1100℃; 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금 380~500℃; 합금 850~1000℃; 황동 700~900℃.

2. 냉간 단조

냉간 단조는 금속의 재결정 온도 이하에서 수행되는 단조 공정입니다. 일반적으로 냉간 단조는 상온에서의 단조를 의미합니다.

상온 냉간 단조로 성형된 가공품은 형상 및 치수 정밀도가 높고 표면이 매끄러우며 가공 단계가 적고 자동화 생산에 용이합니다. 냉간 단조 및 냉간 스탬핑으로 제작된 많은 부품은 추가 가공 없이 부품 또는 제품으로 직접 사용할 수 있습니다. 그러나 냉간 단조 과정에서 금속의 낮은 소성으로 인해 변형 중 균열이 발생하기 쉽고 변형 저항이 커서 대형 단조 설비가 필요합니다.

3. 열간 단조

상온 단조라고 하며, 재결정 온도 이하의 온도에서 단조하는 것을 온간 단조라고 합니다. 금속을 예열한 후 가열하며, 가열 온도는 열간 단조보다 훨씬 낮습니다. 온간 단조는 정밀도가 높고 표면이 매끄러우며 변형 저항이 낮습니다.

4. 등온 단조

등온 단조는 성형 공정 전체 동안 블랭크의 온도를 일정하게 유지하는 공정입니다. 등온 단조는 특정 금속의 높은 가소성을 동일 온도에서 최대한 활용하거나 특정한 구조 및 특성을 얻기 위해 사용됩니다. 등온 단조는 금형과 불량 재료를 일정한 온도로 유지해야 하므로 비용이 많이 들고 초소성 성형과 같은 특수 단조 공정에만 사용됩니다.

단조의 특징

단조는 금속의 구조를 변화시키고 금속의 특성을 향상시킬 수 있습니다. 열간 단조를 거치면 주조 상태에서 존재하던 느슨함, 기공, 미세 균열 등이 압축되거나 용접됩니다. 기존의 수지상 결정은 분해되어 더욱 미세해집니다. 동시에 기존의 탄화물 편석 및 불균일한 분포가 개선되어 구조가 균일해집니다. 이렇게 만들어진 단조품은 치밀하고 균일하며 미세하고 전반적인 성능이 우수하며 사용 신뢰성이 높습니다. 열간 단조 후 금속은 섬유질 구조를 가지지만, 냉간 단조 변형을 거치면 금속 결정이 규칙적으로 배열됩니다.

단조는 금속을 소성 변형시켜 원하는 형상의 가공물을 만드는 공정입니다. 외부 힘에 의한 소성 변형 후 금속의 부피는 변하지 않으며, 금속은 항상 저항이 가장 적은 방향으로 흐릅니다. 생산 과정에서 가공물의 형상은 이러한 법칙에 따라 두꺼워짐, 늘어남, 팽창, 굽힘, 심가공 등의 변형을 얻기 위해 제어됩니다.

단조 가공품의 크기가 정확하여 대량 생산에 유리합니다. 단조, 압출, 스탬핑 등의 공정에서 금형 성형 치수가 정확하고 안정적입니다. 고효율 단조 기계 및 자동 단조 생산 라인을 활용하여 특수 목적 생산 또는 대량 생산을 효율적으로 수행할 수 있습니다.

일반적으로 사용되는 단조 기계에는 단조 해머가 포함됩니다.유압 프레스유압 프레스와 기계식 프레스에는 여러 종류가 있습니다. 단조 해머는 충격 속도가 빨라 금속의 소성 유동에 유리하지만 진동이 발생합니다. 유압 프레스는 정적 단조 방식을 사용하여 금속 관통 단조 및 구조 개선에 유리하며 작업이 안정적이지만 생산성이 낮습니다. 기계식 프레스는 스트로크가 고정되어 있어 기계화 및 자동화 구현이 용이합니다.

단조 기술의 발전 추세

1) 단조 부품의 고유 품질을 향상시키기 위해, 주로 기계적 특성(강도, 소성, 인성, 피로 강도) 및 신뢰성을 향상시키는 것입니다.
이를 위해서는 금속의 소성 변형 이론을 더욱 효과적으로 적용해야 합니다. 진공 처리강이나 진공 용융강과 같이 본질적으로 품질이 우수한 재료를 사용해야 합니다. 단조 전 가열 및 단조 열처리를 정확하게 수행해야 합니다. 단조 부품에 대한 더욱 엄격하고 광범위한 비파괴 검사를 실시해야 합니다.

2) 정밀 단조 및 정밀 스탬핑 기술을 더욱 발전시켜야 합니다. 비절삭 가공은 기계 산업에서 재료 활용도를 높이고 노동 생산성을 향상시키며 에너지 소비를 줄이는 데 가장 중요한 조치이자 방향입니다. 단조 블랭크의 비산화 가열 기술 개발과 고경도, 내마모성, 장수명 금형 재료 및 표면 처리 방법 개발은 정밀 단조 및 정밀 스탬핑 기술의 적용 확대에 기여할 것입니다.

3) 생산성과 자동화 수준이 높은 단조 설비 및 단조 생산 라인을 개발한다. 전문화된 생산 방식을 통해 노동 생산성을 크게 향상시키고 단조 비용을 절감할 수 있다.

4) 유연한 단조 성형 시스템을 개발한다(그룹 기술, 빠른 금형 교체 등 적용). 이를 통해 다양한 종류의 소량 단조 제품 생산이 가능하며, 고효율 및 고도로 자동화된 단조 장비 또는 생산 라인을 활용할 수 있다. 생산성과 경제성을 대량 생산 수준에 가깝게 끌어올릴 수 있다.

5) 분말야금재료(특히 이중층 금속분말), 액체금속, 섬유강화플라스틱 및 기타 복합재료의 단조가공법과 같은 신소재를 개발한다. 초소성성형, 고에너지성형, 내부고압성형 등의 기술을 개발한다.