단조란? 단조의 종류(열간 단조, 냉간 단조)

지난 시간에는 주조에 대해 알아보았습니다. 이번 시간에는 단조가 무엇인지 알아보면서 단조의 종류를 파헤쳐보겠습니다.

단조_가열된 철에 물리적 힘을 가함

단조란?

단조(forging)를 보면 무엇부터 떠오르시나요? 생소한 단어일 수도 있지만, 어떤 공정인지만 알면, 위의 사진과 같은 행위가 바로 떠오르실 겁니다. 단조란 철에 물리적 힘을 가하여 형상을 만들어내는 공정입니다. 쉽게 말해 망치 같은 것을 휘둘러 두드려 피면서 원하는 모양으로 만드는 것입니다. 단조의 종류는 굉장히 다양하기에 분류 기준에 따라 다음과 같이 나누어집니다.

재료 온도: 열간 단조, 냉간 단조, 온단 단조
금형 유무: 자유 단조, 형 단조
단조 기계: 해머 단조, 프레스 단조, 업셋 단조, 롤 단조, 링 롤링

 차근차근히 읽으시면 큰 어려움 없이 따라오실 수 있을 것입니다.

 

재료 온도에 따른 단조의 종류

단조는 재료 온도에 따라 열간단조와 냉간단조, 온단 단조로 나눌 수 있습니다. 
1. 열간 단조
열간 단조는 고온에서 금속을 성형하는 공정입니다. 고온이라 함은 주로 1000°C~1250°C의 온도까지 올라가며, 강재를 해당 온도에서 가열시켜 변형 저항을 줄입니다. 줄어든 변경 저항 덕분에 작은 힘으로 큰 형태의 변형이 가능해집니다. 가열된 금속은 쉽게 모양이 바뀐다는 말입니다. 이렇게 쉽게 가공이 가능하기에 생산 속도가 빠르다는 장점이 있지만, 온도가 많이 높기에 탈탄, 표면 불량, 스케일에 의한 결점이 발생할 수 있다는 단점이 있습니다.

2. 냉간 단조
열간 단조와 달리 상온에서 진행하는 단조입니다. 냉간 단조는 상온에서 금속을 성형하므로 치수의 정확도가 높고 정밀한 제품을 생산할 수 있습니다. 냉간 단조는 이름에서도 그렇듯이 열간 단조와 뚜렷한 차이를 나타냅니다. 열간 단조보다는 변형이 덜 하기에 제품의 표면 마감이 더 좋습니다. 또한, 고온에서 진행하지 않기에 오염 물질에 취약하거나 가공 조건이 엄격한 것 과 같은 제약이 적은 것이 장점입니다. 하지만, 상온에서는 변형 저항이 크기 때문에 작은 힘보다는 큰 힘이 필요하게 되고 이에 따라 소재도 중, 저 탄소강 또는 저 합금강으로 한정됩니다. 

3. 온단 단조
열간 단조와 냉간 단조의 중간온도인 700 ℃ 에서 가열합니다. 가열 온도가 중간이기에 성질 또한 각 공정의 성질과 닮은 부분이 있습니다. 냉간 단조보다는 정밀성이 떨어지고, 열간 단조보다는 정밀성이 우세합니다.

 

금형 유무에 따른 단조의 종류

단조는 금형 유무에 따라 자유 단조와 형 단조로 구분됩니다.
1. 자유단조
자유 단조는 금속을 성형하는 가장 기본적인 단조 방법 중 하나입니다. 공정의 방법으로는 평면인 두 개의 금형 사이에 가공해야 할 금속 소재를 놓고 압축을 통해 금속의 형상을 변형시킵니다. 압축을 통하여 금속의 내부 구조가 개선될 수 있으며, 이로 인해 강도와 인성을 향상하는 효과가 있습니다.
자유단조는 간단한 가공이기에 주로 쉬운 형상의 제품이나 형단조를 가공하기 전에 쓰일 예비 공작물을 생산할 때 사용됩니다. 하지만, 작업속도가 느리기에 대량생산에는 적합하지 않다는 단점이 있습니다. 

2. 형단조
형단조는 두 개의 금형을 사용하여 소재를 압축하고 금형 공동부의 모양으로 만드는 방법입니다. 열간에서 가공이 진행되기에 자유단조보다는 잦은 변형이 발생하게 됩니다. 또한, 가공이 진행되면서 변형된 소재의 일부는 바깥으로 밀려 나가서 플래시를 형성합니다. 또한, 자유단조보다는 비싼 다이 제작비로 인해 비용이 많이 드는 편입니다.
하지만, 형단조는 복잡한 형상의 제품 생산이 가능하고, 높은 정밀도로 품질이 좋은 제품을 만들 수 있다는 장점이 있습니다.

 

이번 시간에는 단조에 대해 알아보았습니다. 단조의 종류가 어떻게 나누어지는지 알아보았고, 남은 단조 얘기는 다음 게시글에서 다룰 예정입니다.