소성가공

소성가공 개요 및 특징

    2.1 소성가공 개요 및 특징

    금속재료를 원하는 형태로 만드는 데에는 열러 가지 방법이 사용되고 있다. 용융 금속을 원하는 모양의 형 속에 부어 응고시켜서 원하는 모양을 얻는 주조법, 고체 금속에 외력을 가하여 원하는 형태로 소성변형시키는 소성가공법. 재료의 일부를 제거함으로써 원하는 형태를 얻는 기계가공법. 금속조각을 여러 개 접착시켜서 원하는 형태를 얻는 용접법. 금속분말을 원하는 형태로 성형하여 소결해서 얻는 분말야금법 등이 있다.

그림 2.1 금속재료 가공법 

((a)주조, (b)기계가공, (c)소성가공, (d)용접, (e)분말야금)

    이외에 Metals Handbook 9th edition에 따르면 이와 같은 가공법과 관련하여 금속을 취급하는 기술로 금속재료 선택기술. 열처리기술. 표면처리기술. 부식방식술. 비파괴검사기술. 파손분석 및 방지기술 등이 있으며 물리야금학적인 기계적 시험기술. 금속물성 분석기술. 미세조직 관찰기술 등이 있다.

    여기서는 소성가공 기술에 대해 설명하기로 한다. 금속재료에 외력을 가하면 금속내에 발생하는 응력이 외력과 평형이 될 때까지 재료가 변형하게 된다. 이 변형이 탄성영역을 지나면 금속에 외력이 제거되어도 원형으로 복귀치 않고 영구변형을 하게 되는데 이를 소성변형이라고 한다. 이 같은 특성을 이용하여 금속을 원하는 형태의 물체를 만드는 것에 머무르지 않고, 금속의 기계적 성질 및 물리적 성질 등 여러 특성을 향상시키는 데에도 있다. 첫 번째 목적을 성공적으로 이루기 위해서는 재료의 선택. 설비 및 관련된 공구 즉, 금형의 설계, 소성가공 공정 등이 중요하게 고려되어야 하며 두 번째 목적을 달성하기 위해서는 금속재료의 특성 및 과거 이력과 소성가공 공정과 관련된 금속학적 거동을 고려하여야 한다.

   

    소성가공기술은 다음과 같은 특성을 띠게 된다.
    (1) 칩이 발생하는 기계가공에 비해 소성가공에 의하면 재료 손실이 적거나 거의 없어 제품 생산에 있어서 재료 이용률이 높은 기술이다.
    (2) 기계가공에서의 공구는 제품 형상과 무관하게 사용가능하나, 소성가공의 경우는 제품 형상과 관련된 공구와 설비가 필요하며 따라서 일반전으로 초기 투자비가 큰 장치 산업이고, 대량 생산 방식에 적합한 기술이다.
    (3) 기계가공에서의 공구는 제품형상과 무관하게 사용가능하나, 소성가공의 경우는 제품 형상과 관련된 공구와 설비가 필요하며 따라서 일반적으로 초기 투자비가 큰 장치 산업이고, 대량 생산 방식에 적합한 기술이다.
    (4) 기계가공에서의 공구는 제품 형상과 무관하게 사용가능하나, 소성가공의 경우는 제품 형상과 관련된 공구와 설비가 필요하며 따라서 일반적으로 초기 투자비가 큰 장치 산업이고, 대량 생산 방식에 적합한 기술이다.
    (5) 소성가공기술은 고생산성 공정이면서 또한 금속의 제품 특성을 향상시킴으로써 제품의 품질 고급화가 가능하여 다른 제조기술로 대체가 곤란한 고기능. 고품질 부품의 생산방식에 적의 기술이며 경우에 따라서는 유일한 기술이다.
    (6) 그 외 치수와 형상 정밀도가 우수한 것도 한 특징이다.

   2.2 소성가공기술의 분류

    수많은 소성가공법이 사용되고 있으며 이것을 여러 가지 견지에서 분류할 수 있다. 소성가공기술을 원소재의 형태 및 가공 온도에 따라 다음과 같이 구분된다.

   2.2.1 원소재 형태에 따른 분류
    1)체적성형(Bulk Forming) : 주로 봉재, 각재 등의 잉곳 또는 빌릿 소재를 사용하는 공정류
    2)판재성형(Sheet Forming) : 주로 판재 형태의 소재를 사용하는 공정류
    3)관재성형(Pipe Forming) : 관재 형태의 소재를 사용하는 공정류

그림 2.2 원소재 형태에 따른 분류 

   2.2.2 가공온도에 따른 분류
    1)냉간가공(Cold Working) : 상온상태에서 가공하는 방법
    2)온간가공(Warm Working) : 재료의 재결정온도 이하의 적당한 온도로 가열된 상태에서 가공하는 방법
    3)열간가공(Hot Working) : 재료의 재결정온도 이상으로 가열해서 가공하는 방법으로 변형에 의한 가공경화와 변형된 결정립 조직이 재결정에 의해 급속히 제거된다. 온도가 증가함에 따라 유동응력이 감소하기 때문에 변형에 필요한 에너지는 열간가공의 경우가 냉간가공의 경우보다 훨씬 작다. 또한 가공될 물질에 작용하는 힘의 형태에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

   2.2.3 힘의 형태에 따른 분류

    1)직접압축형 가공법

    직접압축형 가공법에서는 물체의 표면에 힘이 작용하여 압축방향과 수직으로 물체가 유동한다. 이것의 예로 단조. 압연. 스웨이징. 압출. 엠보싱. 코이닝 등을 들 수 있다.

    2)간접압축형 가공법

    간접압축형 가공법에는 인발, 디프드로잉 등이 있다. 이 가공법에서 작용하는 힘은 주로 인장력이지만 금형과 피가공재의 작용으로 높은 간접압축력이 생긴다. 그러므로 재료는 주응력방향 중 적어도 한 방향으로는 높은 압축력을 포함하는 복합 응력상태의 작용으로 소성변형이 일어난다.

   3)인장형 가공법

    인장형 가공법의 가장 좋은 예로 신장성형을 들 수 있다.

   4)굽힘

    굽힘은 판에 굽힘 모우멘트를 작용하여 변형시키는 방법이다.