프레스 단조와 업셋단조의 특징에 대해서 공부하기

단조

프레스 단조와 업셋단조의 특징에 대해서 알아보려고 한다. 먼저 프레스 단조부터 공부해 보자.

프레스 단조

프레스 단조는 해머의 빠른 충격과는 달리 변형에 있어서 금속을 서서히 압축하는 동작을 이용한다. 압축하는 동작은 전단면에 걸쳐 부품의 중심을 향해 압축을 받도록 일어난다. 이러한 프레스들은 수직 형태이며 기계식 또는 유압으로 작동된다. 기계식 프레스는 좀 더 빨리 작동하는데 500~10,000 ton의 힘을 낼 수 있다.

 

단조온도에서 강을 성형하는 데 필요한 압력은 약 3,000~27,000 psi까지 다양하다. 이 압력은 다이의 분할선에서 표면을 가로질러 측정한 단조품의 단면적에 따라서 산정한 것이다. 프레스 용량은 다음과 같이 표시된다.

 

F = (P X A) / 2000

여기서, 

• P = 요구압력(psi)
• F = 프레스 용량(ton)
• A = 분할선에서 단조품의 면적(in²)

작은 프레스 단조품에 대해서는 밀폐 단조 다이가 사용되며, 단조 작업을 행하는 데 있어 보통 단 한 번의 램 스트로크가 필요하다. 최대 압력은 행정의 끝에서 생기며 이 힘이 금속을 성형한다. 다이는 분리된 조각들로 만들어지기도 하고, 하나 또는 둘 또는 그 이상의 공동들이 한 개의 금형에 가공되기도 한다. 여러 가지 금속에 대해 다이 설계상의 몇 가지 차이점이 있다. 그리 합금단조품은 강보다 빼기 구배가 작아도 된다. 결론적으로 더 복잡한 형상을 만들 수 있다.

 

단조프레스는 낙하 해머 프레스보다 입력되는 전체 에너지에 대하여 더 큰 비율의 에너지가 금속에 전달된다. 낙하 해머의 충격 중 상단 부분이 기계와 기초부로 흡수된다. 프레스에서는 소재의 변형이 낙하 해머보다 더 빠르며, 결국 가오비용이 더 낮아진다. 대개의 프레스 단조품은 그 형상이 대칭이며, 낙하 해머 단조품보다 표면이 매끄럽고 더 정밀한 공차를 얻을 수 있다. 하지만 불규칙적이고 복잡한 형상을 갖는 많은 부품은 낙하단조로써 단조하는 것이 더 경제적이다. 단조 프레스는 흔히 다른 공정에서 만들어진 부품의 사이징 작업에 사용한다.

 

업셋 단조

업셋 단조는 다이 속에서 균일한 단면의 봉을 잡고서 가열된 끝단에 압력을 가하여 업셋 하거나 성형하는 것이다. 업셋 될 소재의 최대길이는 다음과 같다.

 

L = kP/𝝅

여기서,

• L = 업셋될 소재의 최대길이(inch)
• P = 단면의 원주길이(inch)
• k = 2 또는 3의 값을 갖는 상수

업셋될 소재의 길이는 직경의 2배 또는 3배 이상이 될 수 없다. 그렇지 않다면 다이 공간을 채울 수 있는 배부름이 생기지 않고 구부러진다. 대부분의 경우 다이 속의 여려 곳에서 점진적으로 행해지지만 어떤 제품에 있어서는 한 곳에서 헤딩 작업이 완료된다. 성형공간은 펀치 속, 소재를 지지하는 다이내부 또는 양쪽 모두에 존재할 수 있다. 이 단조의 대부분의 트리밍이 필요 없다. 이 형태의 장비들은 냉간 헤딩된 못과 작은 볼트 제품의 생산을 위한 소형기계에서 발달된 것이다.

 

순차천공 또는 내부 변위는 포탄과 레이디얼 엔진 실린더 단조와 같은 것을 만들기 위한 업셋단조에 흔히 사용하는 방법이다. 단일 실린더에 대해 이미 결정된 길이를 갖는 원형 블랭크는 먼저 단조온도까지 가열된다. 블랭크의 조작을 쉽게 하기 위해 지지봉을 한쪽 끝에 삽입한다. 블랭크를 업셋하고 밑이 두꺼운 컵으로 순차적으로 천공한다. 마지막 공정에서 경사진 노즈펀치로 금속을 다이 끝까지 확장하여 늘리고 지지봉을 움직이게 한 후 끝 슬러그를 제거한다. 이 방법으로 만든 큰 원통은 100lb에 이르는 것도 있으며, 이 공정으로 만드는 부품의 범위는 작은 것에서부터 수백 파운드에 이르는 큰 것까지 있다. 다이는 업셋팅에만 한정되지 않고 천공, 펀칭, 트리밍 또는 압출에도 사용한다.

 

이 방법에 의해 좀 더 무거운 형상을 만들기 위해 연속 업셋팅 기계가 개발되었다. 이 장비는 유도 가열된 소재를 금속 타격이 이루어지는 다이 공동 내로 넣을 수 있으며 업셋팅 다이의 빠른 타격으로 제품을 성형한다. 이러한 기계 중 몇 가지는 중공 업셋팅 다이를 갖고 있어서 일정한 단면 형상을 갖는 길이가 긴 형상을 만둘 수 있다. 업셋 단조의 다른 변화된 형태는 금속 덩어리 제작이다. 가열된 봉재에서 개방형 보다 원추형 형상을 만드는 단조가 이어진다.