소성가공

밑줄친 부분은 과거 기출 문제임.

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가공경화 및 재결정

▶ 가공경화 

재료의 탄성영역을 넘어 소성 변형을 하면 재료의 항복강도, 경도가 높아지고 연신율은 낮아지는 현상 (단단하고 덜 늘어나게 됨)

▶ 재결정 온도

열간(고온)가공과 냉간(상온)가공이 구분되는 온도.

Fe : 400℃, W : 1200℃, Ni : 600℃, Pt : 450℃, Au, Ag, Cu : 200℃

▶ 냉간가공의 장・단점

장점 : 제품의 치수 정확, 가공면이 아름답다. 기계적 성질 개선, 강도/경도 증가, 연신율 감소

단점 : 방향에 따라 강도와 같은 기계적 성질이 다름

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소성가공의 종류

단조(forging) : 해머로 두들겨 가공

압연 (rolling) : 두 개의 롤러를 통과시켜 가공

압출 (extruding) : 다이 뒤쪽에서 밀어내어 가공

인발 (drawing) : 다이 앞쪽에서 당겨서 가공

전조 (roll forming) : 수나사, 볼, 세레이션, 기어가공에 주로 사용.

판금 가공 (sheet metal working) : 딥 드로잉, 프레스 가공, 전단 가공, 굽힘가공 등을 이용함.

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단조 (forging)

▶ 단조 방법에 따른 분류

자유단조(free forging)

방법 : 앤빌 위에 단조물을 고정하고 해머로 타격하여 필요한 형상으로 가공

특징 : 형태가 간단하고 수량이 적은 경우에 적합, 정밀도는 낮음.

종류 : 업세팅 (up setting, 가열된 재료를 축방향으로 압축하여 길이를 짧게하고 단면적을 넓히는 과정), 늘이기 (drawing), 단짓기 (setting down), 절단 (cutting off), 굽히기 (bending), 구멍뚫기 (punching, 얇은 재료에 사용).

형단조(die forging)

방법 : 제품의 형상을 조형한 한 쌍의 다이 사이에 가열한 소재를 넣고 타격이나 금형을 이용하여 높은 압력을 가하여 제품을 성형

특징 : 소형제품을 대량생산하는 경우에 적합, 정밀도가 높고 가격이 저렴

▶ 단조 온도에 따른 분류

열간단조 : 재결정 온도 이상에서 단조, 작은 동력 소모, 거친 표면

냉간단조 : 재결정 온도 이하에서 단조, 큰 동력 소모, 매끈한 표면, 윤활제 필요

▶ 단조 계산식

프레스 용량 

 (: 유효 단조 면적;  : 변형 저항;  : 기계효율)

단조 해머의 효율 

( : 해머의 질량;  : 단조물 및 앤빌의 질량)

단조 에너지 

( : 해머의 타격 속도)

▶ 단조 온도

최고 단조 온도 : 단조가 가능한 온도 (용융점의 100 도씨 이하, 강의 경우 1200 도씨)

단조 완료 온도 : 열간 단조가 불가능한 온도 (강의 경우 800도씨)

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압연 (rolling)

방법 : 재료를 회전하는 2개의 롤러를 통과시키면서 압축하중으로 가공

▶ 압연의 종류

분괴압연 (blooming) : 잉곳 (ingot, 강괴)에서 제품의 중간재를 만드는 압연

※ 중간재 : bloom(블룸), slab(슬래브), sheet bar(시트바), billet(빌렛) 등

판재압연 : 판재 (후판, 박판) 로 압연.

형재압연 : 봉재, 선재, 레일 등을 제조하는 압연

▶ 개요

롤러의 구성요소 : 몸체(body), 네크(neck), 웨블러(webbler)

자력 압연 조건 :  ( μ : 마찰계수; α : 접촉각)

압하율 :  (%) ( : 롤러 통과전 두께;  : 롤러 통과 후 두께)

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인발 (drawing)

인발 인자 : 다이각, 인발력, 역장력, 윤활 (마찰력), 단면감소율, 인발재료

윤활제 (비누, 석회, 흑연) : 다이의 압력과 마찰력을 감소시키기고 표면을 매끈하게 하기위해 사용

단면감소율 : (%) (: 가공전 두께;  : 가공후 두께)

가공도 : (%)

특징 : 다이각이 증가하면 단면감소율이 증가, 역장력이 증가하면 다이추력은 감소

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압출가공

방법 : 컨테이너 안의 재료를 압력을 가하여 다이 구멍으로 밀어냄

단면감소율 : 인발과 동일

압출비 : 인발의 가공도와 동일 

압출재료 : Zn, Pb, Sn, Al, Cu등의 연질 금속

▶ 종류

직접 압출 (전방)

간접 압출 (후방) : 직접 압출보다 간접 압출에서 마찰력이 적다. 직접 압출보다 간접 압출에서 소요동력이 적게 든다.

충격 압출 : 다이에 아연, 납, 주석 등의 연질금속을 넣고 제품 형상의 펀치로 타격을 가하여 길이가 짧은 치약튜브, 약품튜브 등을 제작하는 압출방법

정수압 압출

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프레스 가공

▶ 분류

전단가공

블랭킹, 펀칭, 전단, 트리밍, 세이빙, 노칭, 파팅

※ 블랭킹 : 펀치와 다이를 프레스에 설치하여 판금 재료로 부터 목적하는 형상의 제품을 뽑아내는 전단 가공

성형가공

굽힘, 비딩, 인장, 디프 드로잉, 벌징 (밑부분 볼록), 스피닝 (선반이용하여 가공), 시밍, 네킹, 교정, 컬링 (끝말기), 마폼법, 하이드로폼법 (고무대신 액체사용)

※ 마폼법 : 다이에 탄성이 뛰어난 고무를 적층으로 두고 가공 소재를 형상을 지닌 펀치로 가압하여 가공하는 성형가공법

압축가공

압인 (coining) : 주화, 메달

엠보싱 (embossing) : 두께 변화가 없는 요철가공

스웨이징 (swaging)

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스프링 백(spring back)

굽힘 가공을 할 때 굽힘 힘을 제거하면 판의 탄성 때문에 탄성변형 부분이 원상태로 돌아가 굽힘 각도나 굽힘 반지름이 커지는 현상.

스프링백이 커지는 경우 : 

탄성한계, 경도, 굽힘 반지름이 클수록, 

두께가 얇을수록, 

굽힘 각도가 작을수록

굽힘에 요하는 재료의 길이 : L = A+B+2π× θ/360°(R +0.5t)

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