[공학나라] 기계 공학 기술정보

인발(drawing)

일반적으로 길이가 긴 봉재나 선재를 인발 다이 사이로잡아 당겨서 소재의 단면적을 감소시키는 공정으로 압출 공정에 비하여 단면적이 작다. 압출은 소재에 압축력이 작용하는데 반해 인발은 소재에 인장력이 작용한다.

종류

소재의 형태에 따라 중실 인발과 중공 인발로 분류된다. 중실은 속이 찬 것이고 중공은 속이 빈 것이다. 중실인발은 가장 일반적인 인발로 선재 혹은 봉재가 사용되며, 중공인발은 속이 빈 관재를 적용한 인발이다. 

중공 인발은 적용 툴의 형태에 따라 관재의 외경만 축소시키는 공인발, 맨드렐을 이용하여 관재의 내/외경을 동시에 감소시키는 플러그 인발로 구분된다. 

적용되는 인발기 종류에 의해 단패스 인발과 다단패스 인발로 구분된다. 단패스 인발은 하나의 인발 다이로 상대적으로 제품 치수가 큰 경우에 주로 적용되는 공정이다. 이에 반해 다단패스 인발은 여러 개의 다이를 통과시켜 직경이 작은 선재를 가공하는 공정이다

특징

- 강한 냉간가공임 (열간 가공도 있음)

- 제품의 기계적 성질 향상

- 표면거칠기가 정교하여 외관 향상

다이 재료 

• 일반적으로 공구강(tool steel) 또는 초경합금(carbide)을 이용 

• 초경합금이나 다이아몬드의 경우, 인장 강도와 인성이 부족하기 때문에 인서트(insert) 형태로 공구강 케이스에 적용하여 이용함 

• 얇은 선재의 인발에 다이아몬드 인서트를 이용

윤활

• 적절한 윤활의 효과

– 다이의 수명과 제품의 표면 정도 향상

– 인발 하중과 온도의 감소

• 튜브의 인발에서는 윤활이 매우 중요함

– 맨드렐과 튜브 사이에서 충분히 두꺼운 윤활 층을 유지하는 것이 어려움

• 대표적인 윤활 방법

– 습식 인발 (wet drawing) : 다이와 소재가 윤활제에 완전히 잠긴 상태, 작은 선재를 가공할 때 적용되는 공정

– 건식 인발 (dry drawing) : 인발 전 소재가 윤활제로 차 있는 박스를 통과하여 소재의 표면에 윤활제가 코팅, 상대적으로 직경이 큰 선재를 가공할 때 적용되는 공정

* 습식 인발의 경우 건식인발에 비해 선재의 냉각 효과가 뛰어나 인발속도가 상대적으로 빠르다.

– 금속 코팅 (metal coating) : 소재의 표면을 구리나 주석과 같은 연한 금속으로 코팅

– 초음파 진동 (ultrasonic vibration) : 다이와 맨드렐에 초음파 진동을 가함

인발 결함과 잔류응력

• 중심부 균열과 같이 압출과 유사한 결함들이 발생함

• 솔기 결함

- 소재의 길이 방향으로 생기는 흠집 또는 접힌 자국

- 인발에서만 발생하는 결함

• 잔류응력

- 냉간 인발의 경우, 소재는 불균질 변형이 발생하여 잔류응력이 발생

- 응력부식균열과 제품의 휨의 요인

이 블로그에서 가공 메뉴 전체 보기 

참고자료

https://en.wikipedia.org/wiki/Drawing_(manufacturing)

http://elearning.kocw.net/contents4/document/lec/2012/ChonNam/LeeBongKee2/5-1.pdf

인발공정 개요 및 기술동향, Trend and Technology of Drawing Process, 이상곤, 김병민, 소성가공 제23권 제4호, 2014.07, 250-258 (9 pages)

주조 (casting)

쇳물을 녹여서 그 액체를 일정한 틀 속에 부어 식혀 가공하는 방법.

주물의 설계, 주조 방안의 작성, 모형의 작성, 용해 및 주입, 제품으로의 끝손질의 순서로 진행된다. 이를 위해서는 주형을 어떻게 설계하여 조합할 것인가가 중요한 문제인데, 원칙적으로는 코어를 가급적 사용하지 않고 되도록 전체를 2분할하게 고안한다. 그뿐만 아니라 제품에 기포 ·개재물의 혼입, 응고시의 부피감소로 인한 균열의 발생, 유동성 부족으로 용탕이 구석구석까지 돌아가지 못하여 부분적인 결함 등이 발생하지 않도록 고안되어야 할 것이다. 이를 달성하기 위해서는 그 재료의 주조성에 관한 과거의 자료를 잘 조사하고, 주형 속에서의 각부의 냉각상태, 응고의 진행상태 등을 잘 검토하고 용탕의 주입개소, 최후로 응고시키는 곳, 냉각시키기나 모가 난 부분의 둥근 정도 등의 필요성을 검토하여야 한다. 

매우 큰 주조품은 냉각하여 응고하는 속도도 그만큼 느리기 때문에 주물의 크기는 매우 중요한 인자이므로 이에 따른 배려가 필요하다. 주조성 중에서도 유동성과 응고시의 수축량이 특히 중요한데, 유동성이 좋지 않을 때에는 주입온도를 올리거나 다른 방법(외력)으로 용탕의 유동성을 향상시킬 것을 고려하여야 한다. 

응고수축률은 수축여유라 하여 재료에 따라 차이가 있으므로, 이 여유만큼 모형을 제품보다 크게 설계한다. 모형에는 나무 ·금속 ·석고 ·플라스틱 등 여러 가지가 있으나, 목제(목형)와 금속제(금형)가 많다. 수축여유는 주철 중에서도 회주철은 약 1%, 백선주철은 2% 정도이다. 주강은 보통 2%, 황동은 1.5∼1.8%, 청동은 0.8∼1.6%, 알루미늄합금의 사형주물은 1∼1.5% 정도로 대강 정해져 있다. 더 자세한 것은 합금의 종류에 따라 다르므로 사전에 이 분량만큼 가산한 주물자를 준비하고 이것을 사용해서 모형을 제작한다. 

실용되고 있는 주물자에는 가단주철용의 7/1,000에서 대형의 주강용인 25/1,000까지 여러 종류가 있으며, 알루미늄합금용에서는 10/1,000∼12/1,000가 사용된다. 또한 모형에는 모형경사라 하여 1/4∼1°정도의 경사를 붙여서 주형으로부터 모형을 빼기 쉽게 한다.

주형의 재료로서는 모래 ·금속 등이 있는데 제품의 제조 개수의 다소, 요구되는 치수정밀도, 제품의 모양 등을 고려하여 적당히 선정한다. 

사형주물에는 대별하여 주물사에 몇%의 수분을 가하고 굳혀서 사용하는 생사형과, 이것을 가열하여 사용하는 건조형이 있다. 사형주물은 치수정밀도와 표면 등이 좋지 못하나 가장 값싼 주물의 제조법이다. 금형은 제조하려고 하는 제품 개수가 많지 않으면 금형가공비가 커서 채산성이 문제가 되고, 금형에 통기성이 없으므로 응고시에 발생하는 가스를 배출시키는 데 대한 배려가 있어야 한다. 또한 사형과는 달라서 금형을 파괴하여 주물을 주형에서 꺼내는 것이 아니므로, 금형설계에 신중을 기하여야 하지만, 제품은 치수정밀도가 좋고 얻어지는 주물도 결정립이 미세하며 사형주물보다는 강도도 크다. 사형 ·금형 이외의 주형으로는 정밀주조에 사용되는 셸형 ·가스형 등이 있다.

주조시의 용탕 주입방법으로는 중력을 이용하는 것이 보통이나 가압하여 금형에 용탕을 주입시키는 다이캐스팅법이 있으며 폭약의 폭발력으로서 더욱더 강력한 압력으로 주입시키는 폭발주조법도 있다. 중력으로 주입하는 사형이나 금형의 주물에 비하면 다이캐스팅법은 능률적으로 외형치수가 정확한 제품을 만들 수 있으나 급랭 응고하기 때문에 문제가 있고 또한 금형대금이 비싸므로 동일제품을 다량으로 제조하는 경우에만 유리하다. 그러나 녹는점이 구리(1083℃)보다 높은 금속에 대해서는 금형의 내열성 등의 문제가 있어서 다이캐스팅은 곤란하다. 

주조하기 위해 바탕금속 ·합금원소 등을 녹여 섞으려면 보통 용해로에서 하고 도가니에 넣는다. 용해로의 가열방식은 희망하는 가열온도에 따라 코크스 ·전기 ·중유 ·아크 등과 유도용해 등의 방법도 있다. 도가니의 재질로서는 흑연이 가장 많이 쓰이며, 용탕과의 반응을 방지하기 위해 라이닝을 한다. 

스피닝 (spinning)

스피닝은 판재 소재를 사용하여 축대칭 형상을 갖고 있고, 가운데가 비어 있는 부품을 만드는데 주로 이용하는 공법이다. 

형상변화를 주로하며 벽두께 자체는 초기의 블랭크 두께와 같이하는 스피닝이 많이 사용된다. 이 공정에서는 일반적으로 롤러가 여러 번 지나간다

특징

프레스 대비하여 복잡한 제품도 쉽게 가공이 가능하다.

두께 조정이 가능하여 전후 공정의 생략, 단축도 가능하다.

회전가공이므로 다른 소성가공과 비교하여 진원도가 뛰어나다. 

롤러가공에 의한 점접촉이므로 제품표면이 깨끗하다.

가공칩이 발생하지 않으므로 재료의 효율 개선에 매우 효과적이다.

프레스 대비 금형비가 싸며 특히 다품종 소량생산에 적당하다. 

소모품이 적다.

 스피닝 가공 제품

이 블로그에서 가공 메뉴 전체 보기 

참고사이트

https://en.wikipedia.org/wiki/Metal_spinning

Metal 스피닝의 신기술 동향, 이태호, 한국추진공학회지

http://www.spindle.co.jp/ko/spinning/index.html

기계 판매처

일본 스핀들 제조 주식회사

방진 마운트 (vibration isolation mount)

개요

고무 스프링 (rubber spring) 혹은 방진 고무 라고도 하며 진동 감소가 주목적이다.

 ▪ 고무 스프링의 특징

 - 진동의 감소 및 충격흡수 작용이 우수

 - 인장에 약하므로 인장하중은 피함

 - 금속 스프링에 비하여 내유성, 내열성이 약하며 열화 현상

 ▪ 고무는 -10℃ 이하에서 탄성이 작아서 스프링 기능 발휘 불가능 : 0~70℃ 범위에서 사용

사용 주파수 

방진 마운트 자체도 고유진동수가 있기 때문에 이 주파수에서 떨어져서 사용하는 것이 좋다. 대게 방진 마운트의 고유 진동수는 낮은 주파수 이므로 이보다 몇 배 높은 주파수에서 사용해야 절연 기능이 있다. 즉, 마운트가 장착되는 부위의 가진 주파수 범위가 방진 마운트 자체의 고유진동수 보다 높아야 한다. 방진 마운트 고유 진동수 (공진점) 에서 사용하면 진동이 늘어날 수 있다. 대부분의 상용품 카탈로그에서는 방진 마운트 고유 진동수와 사용 (가진) 주파수를 알려주므로 이를 보고 구매해야 한다. 

정적 하중

방진 마운트위에는 대부분 무거운 물체가 장착되는데 방진마운트가 견딜 수 있는 하중이 있기 때문에 상용품의 경우 카탈로그를 보고 이를 설정해야 한다. 대부분의 상용품 방진 마운트는 압축하중을 받게 설계되어 있으므로 장착부위의 구조를 잘 설계하여 마운트에 인장이 발생하지 않도록 해야 한다. 또한 압축 하중이 걸리면 고무의 압축에 의해서 장착된 구조물의 위치가 변하므로 주의해야 한다.

절연 성능

절연 성능은 전달 함수로 평가할 수 있으며 전달율이 낮을수록 절연성능이 좋다. 방진 마운트 고유진동수에서 멀어질수록 전달율이 낮아지고 절연 성능이 좋아진다. 

상용품 예

아래 그림은 미스미사의 고무 방진 마운트 카탈로그이다. 

위 그림 출처 : http://kr.misumi-ec.com/vona2/mech/M1300000000/M1301000000/M1301020000/

아래 그림은 NSV사의 고무 방진 마운트 카탈로그이다. 

위 그림 출처 : http://www.nsv.co.kr/index.asp

관련 업체

http://kr.misumi-ec.com/vona2/mech/M1300000000/M1301000000/M1301020000/

http://www.nsv.co.kr/index.asp

http://www.rmstech.co.kr/kor/index.html

http://www.avproductsinc.com/index.html

http://www.vibrationmounts.com/default.htm

https://www.grainger.com/category/cylindrical-vibration-isolators/mounts-and-vibration-control/material-handling/ecatalog/N-9tu

http://www.antivibrationmethods.com/category/av-mounts

출처

...

초음파 탐상시험 (Ultrasonic Testing : UT)

초음파탐상시험 (Ultrasonic Test :UT)은 초음파가 물체의 내부를 직진하며 반사, 굴절하는 현상을 이용하여 대상의 내부에 존재하는 불연속을 탐지하는 기법이다. 방사선투과검사와는 내부결함의 탐지가가능한 점과 대부분 종류의 재질에 적용이 가능한 점에서는 유사하지만 방향성이 다른 특징이 있다.

예제1예제2

초음파 탐상시험 원리

(1) 초음파의 특성 및 발생장치

우리 인간이 들을 수 있는 주파수는 16-16000Hz정도이며 이것을 인간의 가청주파수라 한다. 20000Hz 이상을 초음파라 하며 우리가 초음파탐상에 이용하는 주파수는 보통 0.2-25MHz정도이다. 초음파는 빛보다는 파장이 길지만 보통의 전파보다는 파장이 짧다. 그리고 전파는 금속 내부에는 전해지지 않지만 초음파는 금속 내부로 전파되므로 우리가 초음파 탐상을 할 수 있다. 우리가 적용할 수 있는 초음파 탐상은 일반적으로 철강, 알미늄, 티타늄 등의 금속재표시험 압력용기, 선박, 교량, 발전소 건설 등 폭 넓게 사용되고 있다. 입자의 구조측정, 잔류응력측정 등 미시적인 분야에까지 널리 적0용되고 있으며 나아가서 의학에까지 널리 이용되고 있다. 

① 초음파의 발생

우리가 철판을 망치로 두드리면 그 철판에는 진동이 생기게 된다. 그 원리는 입자에서 입자로 계속 에너지를 전달하기 때문에 전체적으로 진동이 발생하는 것 이다. 그와 같이 초음파에서는 진동할 수 있는 진동자에 전압을 걸어 전기적인 에너 지를 가하게 되면 진동자가 진동하여 매질내에서 기계적 에너지로 변환되어 전파하게 된다. 

② 초음파의 종류 및 특성

초음파를 발생시키는 초음파 탐촉자는 크게 나누어 수직탐촉자와 경사각 탐촉자로 구분되는데 수직탐촉자는 초음파가 시험체의 표면과 수직으로 입사되며 경 사각 탐촉자는 탐상체의 표면에 일정한 각도로 경사되게 입사된다. 상용의 표준형 경 사각 탐촉자의 입사각도는 45 °, 60°, 70°등이다.

③ 진동자의 종류 및 특성 

1) 수정 (Quartz) 

Quartz 의 특성으로서는 전기적, 화학적, 온도적으로 안정성이 있으며액체에 불용성이고 노쇄하지 않으며 균질성을 가지고 있다. 그러나 음향 에너지의 효과적인 발진이 안되며, Mode Conversion 간섭을 일으키고 저주파수 사용할 때는 높은 전압을 필요로 한다.  

2) 압전 세라믹 (Polarized Ceramics) 

압전 세라믹의 특성으로서는 송신 효율이 가장 좋으며 낮은 주파수에 서 작동이 되고 습기에 잘 견디며 300℃정도까지 사용가능하다. 단점으로서는 기계적 인 강도가 낮고, Mode Conversion 장해를 받으며 노쇄해지는 결점이 있다. 

3) 황산리듐 (Lithum Sulphate) 

황산리듐은 초음파 에너지의 가장 효과적인 수신기이며 발진효율은 중 간정도이다. 또한 노쇄하지 않으며 Mode Conversion 장해가 적으나 부서 지기 쉽고 물에 녹으며 165 ℉(74℃) 이하 온도에서만 사용 가능하다.

(2) 초음파 탐상법 

① 초음파 탐상법의 구분 

초음파 탐상은 초음파의 발생이나 수신 방법에 따라 펄스 반사법과 투과 법, 공진법으로 구분되며 초음파의 입사각도에 따라 수직탐상법과 경사각탐상법으로 분류하고, 초음파의 전달방법에 따라 접촉법(contact methode)과 수침법(immersion methode)으로 분류하며, 신호의 display나 기록방법에 따라서는 A-scan, B-scan, C-scan법으로 분류한다. 용접물의 초음파 탐상에는 주로 접촉법에 의한 펄스반사법을, display 방법은 주로 A-scan법이 채택된다. 

② 탐상장치의 보정 

초음파 탐상시험을 수행하기 위해서는 우선 표준시험편을 이용하여 시간 축과 탐상감도를 조정하여야 한다. 시간축을 조정함으로써 결함의 위치를 판단할 수 있으며 탐상감도를 조정함으로써 결함크기에 대한 추정을 가능하게 한다. 현재 적용되고있는 결함크기의 평가법은 다음 원리에 바탕을 두고 있다. 

③ 수직 탐상법 

수직 탐촉자를 접촉매질이 도포된 탐상면에 접촉시키면 시험체 속에 종파 의 초음파를 전파시킨다. 결함이 있으면 그곳에서 반사하여 결함 echo가 되어 탐촉 자로 되돌아온다. 또 결함에 부딪히지 않는 초음파는 시험체의 저면에 반사되어 저면 echo로서 탐촉자에 되돌아온다. 

④ 경사각 탐상법 

경사각 탐촉자를 검사체의 표면에 접촉시키면 일반적으로 횡파의 초음파 가 탐상면에 경사져서 전파한다. 초음파가 경사져서 저면에 부딪히므로 탐상면과 저 면이 평행하여도 수직 탐상법과 같이 저면 echo는 나타나지 않는다. 그러므로 결함 의 위치를 정확히 구하기 위해서는 표준시험편을 사용하여 측정범위를 바로 조정해야 한다. 경사각 탐상은 주로 용접부의 탐상에 널리 이용되고 있다. 경사각 탐촉자는 용접부의 가까운 모재상에 접촉시켜서 직사법 또는 1회 반사법 에 의해 내부의 결함을 검출한다. 

(3) 초음파 탐상시험의 장단점 

- 장점 

◦ 표면 및 내부결함의 탐상에 적용할 수 있다. 

◦ 펄스 반사법을 이용할 경우 한쪽면에서 탐상이 가능하다. 

◦ 결함위치의 측정과 크기의 추정이 가능하다.

 ◦ RT에 비해 대형의 대상에 적용 가능하다. 

- 단점 

◦ 결정이 조대한 재질은 탐상이 어렵다. 

◦ 다른 비파괴시험법에 비하여 검사자의 많은 경험과 능력을 요한다. 

◦ 초음파의 주사를 면밀히 하지 않으면 탐상이 안되는 부분이 생길 수 있다. 

◦ 탐상면이 양호해야 한다.

https://www.nde-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/cc_ut_index.htm