시제품제작 시 단조 성형법(Forging)이란 무엇인가?
작성자 : pdcman 분류 : 시제품 | 가공/성형방법 작성일 : 2018.03.14 10:55:42 조회 : 2253 키워드 : FORGING,단조,단조성형업,가공성형,시제품
(질문의배경)
시계의 바디를 제작하려고 하는데 주로 정밀도가 높은 단조 성형방법을 이용한다고 한다. 단조란 무엇이며, 특징은 무엇이며, 단조 성형법으로 개발된 제품의 사례에는 어떤 것들이 있는가?
(단조 성형의 특성)
단조란 쉽게 얘기하면 금속재료를 일정한 온도로 가열한 다음 압력을 가하여 어떤 형체를 만드는 작업을 말하는데 금형세트로 별개의 제품을 생산하며 보통 마무리 공정이 필요하며, 주조나 분말야금기술로도 비슷한 제품의 제조가 가능하다. 다이(금형)와 장비 가격이 고가이며, 중간 혹은 높은 편의 숙련도가 요구되는 기술이다. 양호한 단조성을 보이는 재질은 알루미늄, 마그네슘, 구리와 그 합금들, 탄소강 및 저합금강 등이며, 부족한 단조성을 띄는 재질은 초합금, 탄타르 몰리브덴, 텅스텐류 이다.
(단조 성형의 작업방법)
일반적인 단조의 공정순서는 소재의 준비를 시작으로 가열로에서 소재 가열 및 필요 시 표면 처리를 하고 다이의 예비 가열 및 윤활 또는 블랭크 윤활을 한 후 다이를 이용한 단조 수행 및 마무리 작업을 한다. 그다음 세척 및 치수 측정을 하여 검수하고 열처리, 표면 처리 등 추가 공정처리를 거쳐 내외부의 결함을 점검한다. 단조 공정 방식에는 자유단조와 형단조가 있는데 자유단조는 금형 없이 해머로 제품의 형상을 만드는 것이고, 형단조는 금형을 사용하여 제품을 만든다. 자유단조방식으로는 절단, 늘이기, 넓히기, 굽히기, 압축 비틀림 등의 성형방법을 쓰며, 형단조는 금형 비용이 비싼 반면 균일한 제품을 능률적으로 가공할 수 있으므로 대량생산에 적합하다.
<그림1> 시계바디 단조공정 / 출처: http://yamamoto-mfg.jp/original22.html
(단조성형의 결함)
단조성형 시 불량의 원인은 주로 내부에 있다고 볼 수 있다. 우선 다이의 캐비티 내부에서 재료의 균일하지 않은 변형을 볼 수 있으며, 단조 공정 중 소재에서의 온도 구배와 상의 변화에 의한 미세구조의 변화를 꼽을 수 있다.
(단조성형법으로 개발된 제품 사례)
전형적인 단조제품: 자동차 엔진부품, 터빈 디스크, 기어, 볼트, 각종 기계와 철도 및 수송기계에 들어가는 구조용 부품들이 있다. 일반적 특성으로는 상온에서 이루어지거나 고온에서 이루어지며, 추가적인 마무리 작업이 요구된다. 물성을 변화시키기 위한 열처리 또는 치수 정밀도와 표면 특성을 얻기 위한 기계 가공 등에 적용 된다.
<그림2> 시계관련 단조로 성형된 파트 / 출처: 야마모토메뉴펙쳐링
Tip
단조품은 금형, 단조공정 등을 설계하는 설계자에서부터 시작되므로 단조품의 품질은 많은 부분이 단조 설계자에 의하여 결정된다. 부품의 설계자는 최상의 단조품을 얻기 위하여 단조 기술자와 서로 협력해야 하며, 단조 기술자는 다음 사항을 고려하여 단조품을 설계해야 한다.
<참고자료·문헌>
- http://yamamoto-mfg.jp/original22.html 시계 관련 단조 총 체적으로 정리한 사이트
- https://www.youtube.com/watch?v=m8ZM3GixmPs 직업의 세계 일인자 - 단조 명장, 주용부 / EBSDocumentary (EBS 다큐)
- https://www.youtube.com/watch?v=zW3UMYB5ELE Manufacture Bolt Nut 볼트와 너트 어떻게 만들까 (단조와 전조 다이스 Die 이해)
<전문용어>
단조(forging), 자유단조(open-die forging), 형단조형단조(impression-die forging), 정밀단조(precision forging)