금속 소성가공 공정

압연, 단조, 압출, 인발과 판재 성형 공정의 개요

• 1. Rolling (압연)
  • 1.1. Hot rolling (열간 압연 - 열연)
  • 1.2. Cold rolling (냉간 압연 - 냉연)
• 2. Forging (단조)
• 3. Extrusion (압출)
• 4. Drawing (인발)
• 5. Deep Drawing
• 6. Stamping (스탬핑)
• 7. Hydroforming
• 8. 공정들의 조합
  • 공정을 비교하는 기준
• 9. 연습 문제
  • 문제 1
  • 문제 2
  • 문제 3
  • 문제 4

1. Rolling (압연)

1.1. Hot rolling (열간 압연 - 열연)

• 재결정(recrystallization)온도 이상의 온도에서 수행한다.

1.2. Cold rolling (냉간 압연 - 냉연)

• 강한 집합조직(crystallographic texture) 발달하기 쉽다.

• 열간 압연에 비해 저렴한 공정 비용이 예상된다.

• 공정 후, 높은 전위 밀도 예상된다. 따라서, 완료후 제품의 강도가 높아진다.

• 열연 제품과 비교해 표면 마감이 매끄럽다.

2. Forging (단조)

• 해머나 프레스를 통해 압축 변형을 가한다.

• Refined 결정립 구조를 보이며, 피로에 대한 저항성이 높다. 따라서 피로 파괴에 대한 높은 저항성이 필요한 Aircraft 구조물 성형 공정에 활용된다.

3. Extrusion (압출)

• Billet나, rod 등을 다이(die)에 밀어 넣어 단면적 모양이 같은 형상의 제품을 만드는 공정

• 치약을 짜서 좁은 구멍을 통과시키는 형태를 생각해보자.

• 알루미늄 창틀, 튜브 등

4. Drawing (인발)

• 다이를 통해 Rod, Billet 등을 당겨(pull) 형상을 만드는 공정

5. Deep Drawing

• 평평한 판재를 컵 모양으로 만드는 공정이며, 비어 있는 실린더 형태의 금형 공간으로 펀치(punch)를 활용해 판재를 눌러 형태를 만든다.

• 음료 캔 (콜라, 사이다)을 만들거나, 싱크대, 자동차 판넬 등을 만들때 활용한다.

6. Stamping (스탬핑)

• blanking, piercing, bending, embossing, coining 등 다양한 작업으로 구성되며 판재를 복잡한 형태의 패널로 만들때 활용된다.

• 자동차 내/외부 판넬이나, 텔레비전의 기반 등에 활용되며 대량생산에 적극 도입되는 공정이다.

7. Hydroforming

• 고압의 유체를 활용해 모양을 만드는 공정

8. 공정들의 조합

• 관(pipe)형상의 제품을 만드는 방법을 크게 두 가지 방법으로 나눌 수 있다.
  • welded pipe
    • 강판 코일 $\rightarrow$ roll forming $\rightarrow$ 용접
  • seamless pipe
    • Billet $\rightarrow$ 가열 후 Piercing $\rightarrow$ Mill / Drawing

공정을 비교하는 기준

공정 이름만 외우기보다 다음 기준으로 비교하면 공정 선택의 이유를 이해하기 쉽다.

기준	확인할 질문
소재 형태	판재인가, 벌크 소재인가, 봉·선재인가?
주된 하중	압축, 인장, 굽힘 중 무엇이 지배적인가?
변형 경로	두께, 길이, 직경 중 어느 방향이 주로 변하는가?
온도	열간, 온간, 냉간 중 어느 조건인가?
제품 요구	형상, 치수 정밀도, 표면 품질과 생산량은 어떠한가?

압연·단조·압출은 주로 압축응력을 활용하므로 큰 소성변형에 유리하다. 인발에서는 소재를 당기지만 다이 접촉부의 압축응력도 중요하다. 판재 성형에서는 인장과 압축이 위치에 따라 함께 나타나므로 주름과 파단을 동시에 고려해야 한다.

9. 연습 문제

문제 1

두 회전 롤 사이로 소재를 통과시켜 두께를 줄이는 공정의 이름을 쓰시오.

문제 2

열간가공과 냉간가공을 구분하는 기준을 쓰시오.

문제 3

봉이나 선재를 다이를 통과시켜 단면을 줄이는 공정의 이름을 쓰시오.

문제 4

판재로 컵 모양의 제품을 만드는 대표적인 공정을 쓰시오.