단조 기술의 4가지 유형 설명

외력을 사용하여 고체 금속 재료에 소성 변형을 일으켜 크기, 모양 및 기계적 특성을 변경하여 기계 부품 또는 블랭크를 형성하는 방법을 단조 및 성형이라고 합니다. 주로 자유 단조, 다이 단조, 판금 스탬핑과 같은 여러 가공 방법이 포함됩니다.

단조 및 성형 공정에는 다음과 같은 특징이 있습니다:

1. 금속의 구조를 개선하고 기계적 특성을 향상시킵니다.

단조는 빌릿의 느슨한 부분(작은 균열 및 기공 등)을 압축할 수 있습니다. 재결정을 통해 거친 입자를 정제하여 금속 구조의 밀도를 높여서 기계적 특성 부품의

2. 금속 재료 및 가공 시간 절약

단조 부품의 모양과 크기는 최종 부품의 모양과 크기에 가깝습니다. 강철을 직접 절단하는 성형 방식에 비해 금속 재료를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 가공 시간도 단축할 수 있습니다.

3. 높은 생산성

예를 들어 다이 단조로 형성된 육각 나사의 생산 속도는 절삭의 50배에 달합니다.

4. 강력한 적응력

단조품은 소량(자유 단조 등) 또는 대량(다이 단조)으로 생산할 수 있으므로 단조품 생산은 중요한 공백에 널리 사용됩니다.

단조 및 성형의 단점은 일반적으로 사용되는 자유 단조의 치수 정확도, 형상 정확도 및 표면 품질이 상대적으로 낮고 업셋 단조 및 해머 다이 단조의 금형 비용이 높고 가공 장비도 상대적으로 비싸며 주조에 비해 복잡한 외형과 복잡한 내부 공동을 모두 갖춘 블랭크 생산이 어렵다는 점입니다.

금속 소재가 외력에 의해 소성 변형되어 고품질의 블랭크 또는 부품을 쉽게 얻을 수 있는 정도는 금속의 단조성을 나타냅니다. 단조성이 좋은 금속만이 소성 변형에 의한 성형에 적합합니다. 단조성의 품질은 금속의 가소성과 변형 저항성을 종합적으로 평가합니다.

가소성은 금속이 소성 변형을 겪는 능력을, 변형 저항은 금속의 소성 변형이 얼마나 쉬운지를 반영합니다. 가소성이 높다는 것은 변형 시 금속이 깨질 가능성이 적다는 것을 의미하고, 변형 저항성이 낮다는 것은 금속 변형 시 에너지 소비가 적다는 것을 의미합니다. 금속 소재가 높은 가소성과 낮은 변형 저항성을 모두 가지고 있으면 단조성이 우수합니다.

I. 무료 단조

자유 단조는 가열된 금속 빌릿을 일반 장비와 간단한 일반 공구를 사용하여 충격이나 압력의 작용으로 상하 모루 사이에서 소성 변형시켜 필요한 모양, 크기 및 특성을 가진 단조품을 얻는 단조 및 성형 방법입니다.

빌릿이 장비의 상부 및 하부 모루 사이에서 변형될 때 표면 금속의 일부만 제한되고 나머지 금속은 자유롭게 흐를 수 있기 때문에 이를 자유 단조라고 합니다. 단조품의 모양과 크기는 주로 작업자의 기술에 의해 보장됩니다. 표 1은 자유 단조의 기본 공정의 이름, 정의 및 적용 분야를 보여줍니다.

표 1 기본 자유 단조 공정의 명칭, 정의 및 적용 분야

프로세스 이름		정의	일러스트레이션	운영 절차	애플리케이션
화난	화난	빌렛의 높이를 줄이고 단면을 늘리는 과정		1. 빌렛의 원래 높이와 직경의 비율은 ≤2.5여야 하며, 그렇지 않으면 뒤집는 동안 구부러집니다. 2. 화를 내는 부분의 가열이 균일해야 합니다. 3. 3. 뒤집힌 표면은 축에 수직이어야 합니다. 4. 빌릿은 균일한 변형을 보장하기 위해 단조 중에 지속적으로 회전해야 합니다.	1. 기어, 디스크, 임펠러 등과 같이 높이가 작고 단면적이 큰 공작물의 단조. 2. 펀칭 전 준비 과정으로 2. 3. 3. 후속 인출을 위해 단조 비율을 높입니다.
	지역적 혼란.	빌렛의 일부를 뒤집는 과정입니다.
그리기.	그리기.	빌릿의 단면을 줄이고 길이를 늘리는 과정입니다.		1. 인출 표면 L=(0.4～0.8)b. 2. 빌렛을 꺼내는 동안 빌렛을 계속 돌려야 합니다(매번 90°).	1. 샤프트, 로드, 크랭크 샤프트 등과 같이 단면적이 작고 길이가 긴 공작물의 단조. 2. 건 배럴, 터빈 메인 샤프트, 링 및 슬리브와 같은 중공 부품의 단조. 3. 더 큰 단조 비율을 얻기 위해 업셋과 번갈아 가며 사용합니다.
	맨드릴로 그리기.	속이 빈 빌릿의 벽 두께와 외경을 줄이고 길이를 늘리는 공정입니다.
펀칭.	탄탄한 펀치로 펀칭.	구멍을 뚫거나 빌렛의 블라인드 구멍.		1. 펀칭할 표면을 먼저 평평하게 만들어야 합니다. 2. Δh = (15% ~ 20%) h, 대형 구멍 Δh ≥ 100~160mm의 경우 3. 구멍의 크기가 450mm 미만인 경우 솔리드 펀치를 사용하고, 구멍의 크기가 450mm 이상인 경우 중공 펀치를 사용합니다. 4. d <25mm의 구멍은 펀칭되지 않습니다.	1. 기어 블랭크, 링, 슬리브와 같은 중공 부품의 단조. 2. 대형 증기 터빈의 샤프트와 같이 높은 품질이 요구되는 대형 공작물의 경우 중공 펀치를 사용하여 더 가벼운 중앙 부분을 제거할 수 있습니다.
	중공 펀치로 펀칭하기.
	판금 펀칭.
리밍	맨드릴에서 리밍	하부 모루 대신 맨드릴을 사용하여 속이 빈 블랭크의 벽 두께를 줄이고 내경과 외경을 늘리는 공정입니다.		맨드릴에서 리밍할 때 맨드릴의 직경 d' ≥ 0.35L(L은 구멍의 길이) 맨드릴은 매끄러워야 합니다.	대형 링

자유 단조에 사용되는 도구는 간단하고 다재다능하며 생산 준비 주기가 짧고 매우 유연하여 널리 사용되며 특히 단조품의 단일 부품 및 소량 생산에 적합합니다.

큰 하중을 견디고 기계적 성능 요구 사항이 높은 대형 공작물(예: 대형 커넥팅 로드, 터빈 메인 샤프트, 멀티 스로우 크랭크 샤프트 등)의 경우 자유 단조로 블랭크를 얻습니다. 따라서 자유 단조는 중장비 제조에서 중요한 위치를 차지합니다.

그러나 자유 단조는 작업자의 높은 기술력이 필요하고 생산성이 낮으며 노동 강도가 높으며 단조품의 모양이 단순하고 정밀도가 낮으며 가공 공차가 큰 단조품이 많습니다.

자유 단조에는 주로 수동 자유 단조와 기계 자유 단조가 포함됩니다. 현재 기계 자유 단조는 주로 생산에 사용됩니다. 단조 장비가 블랭크에 가하는 힘의 특성에 따라 기계 자유 단조는 해머 자유 단조와 프레스 자유 단조로 나뉩니다.

해머 프리 단조는 충격력을 이용해 금속의 소성 변형을 일으키는 단조로 중소형 단조품에 사용되며, 프레스 프리 단조는 압력을 이용해 금속의 소성 변형을 일으키는 단조로 대형 단조품에 사용됩니다.

II. 다이 단조

다이 단조(다이 단조라고도 함)는 단조 다이를 사용하여 가열된 금속 블랭크를 다이 캐비티에서 강제로 눌러 소성 변형을 일으키고 다이 캐비티를 채워 다이 캐비티의 모양과 크기와 일치하는 단조품을 얻는 단조 방법입니다. 그림 1은 구부러진 커넥팅로드의 다이 단조 공정을 보여줍니다.

자유 단조와 비교하여 다이 단조는 다음과 같은 장점이 있습니다:

• 더 복잡한 모양의 단조품을 단조할 수 있으며 단조품의 금속 흐름 라인이 더 균일하고 연속적이어서 부품의 기계적 특성과 수명이 향상됩니다.
• 다이 단조의 모양과 크기가 더 정확합니다 (부품의 모양과 크기에 더 가깝습니다). 표면 거칠기 값이 작을수록 가공 공차가 작아져 금속 재료와 가공 시간을 절약할 수 있습니다.
• 금형 단조 작업은 더 간단하고 생산성이 높으며 작업자의 기술 요구 사항이 낮고 노동 강도도 낮으며 기계화 및 자동화를 달성하기가 더 쉽습니다.

자유 단조에 비해 다이 단조의 주요 단점은 단조 다이의 구조가 더 복잡하고 제조주기가 길고 비용이 높습니다. 다이 단조에 사용되는 장비는 톤수가 많고 비용이 높습니다. 단조품은 일반적으로 무게가 150kg 미만인 너무 클 수 없으며 공정 유연성이 자유 단조만큼 좋지 않으므로 (다이 세트는 한 종류의 단조 만 처리 할 수 있음) 다이 단조는 중소형 단조의 배치 및 대량 생산에 적합합니다.

다이 단조는 항공기, 탱크, 자동차, 트랙터, 베어링 등과 같은 방위 산업 및 기계 제조 분야에서 널리 사용됩니다. 제조 산업의 발전과 함께 단조품에서 다이 단조의 비중이 증가하고 있습니다.

사용되는 다양한 장비에 따라 다이 단조는 주로 해머 다이 단조와 프레스 다이 단조로 나뉩니다. 해머 다이 단조는 충격력을 사용하는 반면 프레스 다이 단조는 정압을 사용합니다. 본질적으로 둘 다 소성 변형을 통해 다이 캐비티에 블랭크가 형성되도록 강제합니다.

III. 업셋 단조

업셋 단조는 자유 단조 장비에서 이동식 다이를 사용하여 다이 단조를 생산하는 단조 방법입니다. 자유 단조와 다이 단조 사이의 단조 방법입니다. 업셋 단조는 일반적으로 자유 단조를 사용하여 블랭크를 만든 다음 업셋 다이에서 최종적으로 성형합니다. 업셋 다이는 해머 헤드 또는 앤빌베이스에 고정되지 않고 필요할 때 단조를 위해 하부 앤빌 아이언에 배치됩니다.

자유 단조와 비교하여 업셋 단조는 높은 생산성, 단조의 높은 치수 정확도, 작은 표면 거칠기 값, 적은 초과 재료, 금속 절약 및 비용 절감의 장점이 있습니다.

다이 단조에 비해 업셋 단조는 다이 제조가 간단하고 고가의 다이 단조 장비가 필요 없으며 비용이 저렴하고 사용이 편리하다는 장점이 있습니다. 그러나 업셋 단조의 치수 정확도와 생산성은 해머 다이 단조만큼 높지 않고 노동 강도가 높으며 다이 수명이 짧습니다. 따라서 업셋 단조는 중소 배치 생산에 적합하며 다이 단조 장비가 부족한 중소 규모 공장에서 널리 사용됩니다.

IV. 판금 스탬핑

판금 스탬핑은 다이를 사용하여 판금을 분리하거나 변형시켜 원하는 부품이나 블랭크를 얻는 성형 공정입니다. 판금 스탬핑 일반적으로 비교적 얇은 금속판을 블랭크로 사용하며 상온에서 진행되므로 콜드 스탬핑이라고도 합니다.

주조, 단조, 기계 가공과 비교하여 판금 스탬핑은 다음과 같은 특징이 있습니다:

• 다양한 재료를 가공할 수 있습니다. 저탄소강, 고가소성 합금강, 구리 및 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금, 마그네슘 및 마그네슘 합금뿐만 아니라 석면 보드, 경질 고무, 단열 판지, 섬유판과 같은 비금속 재료도 가공할 수 있습니다.
• 간단한 조작, 높은 생산성, 손쉬운 자동화. 한 번의 프레스 스트로크로 부품을 생산할 수 있습니다. 대형 스탬핑 부품(예: 자동차 차체)의 생산성은 분당 수 개에 달하고 소형 부품의 고속 스탬핑 생산성은 분당 수천 개에 달할 수 있습니다.
• 이 제품은 가볍고 강도가 높으며 강성이 우수합니다.
• 재료 사용률은 일반적으로 70%에서 85%에 이르는 비교적 높은 수준입니다. 스탬핑 부품은 일반적으로 추가 가공이 필요하지 않으므로 에너지 소비를 절약하고 대량 생산 시 제조 비용을 절감할 수 있습니다.
• 제품 품질이 안정적이고 정밀도가 높으며 표면 거칠기가 감소하고 호환성이 우수합니다.

판금 스탬핑의 주요 단점은 가소성이 낮은 금속을 가공할 수 없고 금형 제조가 복잡하고 비용이 많이 든다는 점입니다. 따라서 판금 스탬핑은 배치 및 대량 생산에 널리 사용되며 기계 제조에서 중요한 가공 방법 중 하나입니다. 스탬핑 부품은 항공, 자동차, 트랙터, 모터, 전기 제품, 악기, 일용품 등의 산업에서 상당한 비중을 차지합니다.

판금 스탬핑에 일반적으로 사용되는 장비는 다음과 같습니다. 전단 기계 및 프레스. 전단기는 스탬핑을 위해 판금을 일정한 폭의 스트립으로 자르는 데 사용됩니다. 프레스는 스탬핑 가공의 주요 장비입니다.

판금 스탬핑의 일반적인 원자재로는 저탄소강, 가소성이 좋은 저합금강, 비철금속(구리, 알루미늄, 마그네슘) 및 그 합금 등이 있습니다.

과학 기술의 발달로 최근 몇 년 동안 압출, 압연과 같은 압력 가공 생산에 많은 새로운 기술과 공정이 등장했습니다, 정밀 단조로터리 단조 및 분말 단조 부품을 제작할 수 있습니다. 이러한 발전은 단조 부품의 형상을 부품의 모양에 더 가깝게 만들어 절삭이 없거나 적은 목표를 달성할 뿐만 아니라 부품의 기계적 및 성능 특성을 개선합니다.