단조에 대해서 공부하기

단조에 대해서 알아보려고 한다.

단조

단조는 금속을 가압 또는 충격, 또는 두 가지의 합력에 의해 미리 결정된 형상으로 제조하는 조정된 소성변형 또는 금속가공이다. 단조는 금형의 형상에 따라 결정이 배열되고 그에 따라 부품의 강도가 증가된다.

 

해머단조 또는 대장간 단조

해머단조 또는 대장간 단조는 수공구 또는 증기해머의 평평한 다이 사이에 높인 가열금속을 두드리는 것이다. 대장장이가 했던 것과 같이 수동단조는 가장 오래된 단조형태이다. 정밀도가 낮은 복잡한 형상을 얻을 수 없는 것이 이 공정의 특징이다. 대장간 단조로는 무게가 몇 파운드에서부터 200,000lb에 이르는 단조품을 만들 수 있다. 가벼운 하중의 작업에는 단일 또는 개방형 골격방식의 단조해머를 사용하는 반면 좀 더 큰 하중의 작업에는 더블하우징방식을 사용한다. 타격힘이 전적으로 해머작업에 의해 조절되므로 상당한 숙련이 필요하다. 

 

낙하단조

낙하단조가 해머단조와 다른 점은 개방면이나 평평한 다이를 사용하지 않고 밀폐된 단조금형을 사용한다는 점이다. 상, 하 다이는 움직이는 램과 고정된 앤빌에 각각 결합된다. 단조품은 뜨겁고 유연한 소재를 다이 형상에 맞도록 만들기 위해 충격 또는 가압에 의해 제작된다. 이 과정에서 소재에 반복적으로 가해지는 타격에 의해 다이 내부에 큰 소재유동이 발생한다. 단속적인 타격 중에 적절한 금속유동을 얻기 위해 이 공정은 여러 단계로 나누어진다. 부품의 크기와 형상, 단조품의 품질 및 요구되는 공차에 따라 다양하다. 크고 복잡한 형상을 만들기 위해서는 한 개 또는 그 이상의 다이가 필요한 예비성형작업이 필요할 수 있다. 

 

대략적인 단조온도는 강의 경우 2000~2300˚F, 구리 및 그 합금의 경우 1400~1700˚F, 마그네슘의 경우 600˚F, 알루미늄의 경우 700~850˚F 이다. 강의 밀폐 다이단조는 크기가 수 온스에서 22,000lb까지 다양하다.

 

낙하해머 단조의 중요한 두가지 형태는 증기해머와 중력 또는 보드 해머이다. 전자는 램과 해머를 증기로 들어 올리고 타격력은 증기량으로써 제어한다. 이 증기해머단조는 분당 300타 이상으로 작업한다. 증기해머의 단조 용량 범위는 500~50,000lb이다. 주로 작동 램에 힘을 주는 오버헤드 증기실린더가 부착된 복동식 설계이다. 주어진 램의 무게에 대하여 증기해머단조는 보드 또는 낙하해머 단조보다 다이에서 2배의 에너지를 발생한다.

 

중력형태의 해머에서 타격 압력은 램이 하부 고정다이를 칠 때 떨어지는 램의 힘에 의해 발생한다. 피스톤으로 들어올리는 낙하해머를 사진 1에 나타내었다. 이것은 램을 공기 또는 증기로써 들어 올린다. 이러한 방식의 해머는 타격에서 행정의 길이를 미리 선정할 수 있다. 작업자가 일정한 행정높이를 맞추기 위한 작업이 필요 없으며, 그 결과로써 최종 단조품에서 더 좋은 균일성을 얻는다. 이러한 방식의 해머들은 램 무게가 500lb에서 10,000lb까지 사용가능하다. 보드 해머에는 해머를 들어 올릴 목적으로 해머에 몇 개의 단단한 나무판이 붙어있다. 해머가 떨어지고 난 뒤 롤러가 판을 밀착하여 해머를 1.5m까지 들어 올린다. 상승이 완료되었을 때 롤러가 이동하고 판은 작업자가 놓기 전까지 돌리개로써 고정한다. 타격력은 전적으로 해머의 무게의 의존하며 그 무게는 8,000lb를 초과하지 않는다. 중력해머는 수동공구, 가위, 칼 종류와 연장과 같은 것을 만드는 산업에 널리 쓰인다. 두가 해머작업에서 작업자는 손, 눈, 귀를 보호해야 한다.

 

사진 2에 있는 충격단조해머에는 수명편에 다이를 움직이게 해주는 마주 보는 두 개의 실린더가 있다. 다이가 마주치는 충격면에 소재가 놓인다. 소재의 변형은 에너지를 흡수하고 기계의 진동과 충격을 줄여준다. 이 공정에서 소재는 양쪽면에서 동일한 가공을 받으며 소재와 다이의 접촉시간이 짧고 다른 단조공정에 비해 에너지가 적으며 작업이 기계적으로 지속된다.

 

사진1, 사진2

 

단조품은 분할선 주위에 잉여금속의 얇은 돌출부를 갖는데 이것은 트리밍 프레스에서 제거한다. 작은 단조품은 냉간에서 트리밍 하는데 작업 중 부품이 뒤틀리지 않도록 주의해야 한다. 일반적으로 램 쪽의 다이로써 단조품을

지지하고 램으로써 트리밍 날을 통과하도록 밀어낸다. 펀칭작업은 트리밍이 행하여지는 동안에 할 수 있다.