소성가공의 도입
[탄성] : 재료에 힘을 가한 후 원래대로 복귀하는 성질
-탄성변형
[소성] : 재료에 힘을 가한 후 돌아가지 않는 성질
-소성변형
소성변형을 이용하는 가공을 소성 가공이라 일컫음. ( = 비절삭 가공)
소성가공의 종류
[단조] 가공, [압연] 가공, [인발] 가공, [압출] 가공, [프레스] 가공, [전조] 가공
풀림
소성변형된 금속 재료를 천천히 가열함에 따라 그 성질은 저온에서 고온에 이르는 사이 다음 3단계로 변화하는 것
1단계 : [내부응력 이완]
- 가공 결정은 그대로 남아있고, [내부 응력]만 제거. (회복)
2단계 : [재결정]
- 가공된 결정 중 [내부 응력이 없는] [새로운 결정의 핵]이 생기고 구 결정은 [소멸]
3단계 : [결정 성장]
- [재결정 온도]보다 높은 온도로 가열 시 재 결정 입자들이 서로 [결합하여 성장].
풀림의 온도에 따른 성질변화
- [2단계] 에서 응력 이완이 완료됨. 온도가 높아짐에 따라 (2단계 재 결정 시 급격하게) [경도]는 낮아지고, [연신율]이 높아짐.
냉간 가공과 열간 가공
보통의 금속은 상온에서 소성변형을 받으면 [가공 경화]를 일으키고, 더 큰 소성 변형을 일으키려면 보다 큰 힘을 가해야 함. 그 후 경화가 심해져 [변형능력]이 감소하면, 파괴됨. 따라서 파괴되기 전에 [풀림(어닐링)] 을 하여, [변형능력의 회복]을 유도한 후 다시 변형을 주어야 함.
같은 재료를 재결정 온도 이상의 온도에서 가공하면 가공 경화도 일어나지만, [동시에 풀림(어닐링) 작용]이 함께 일어나 가공이 용이하다.
[열간 가공] : 재결정 온도 [이상]에서 가공
- 소재 변형이 [적어] 강력하게 빠르게 단조
- [표면이 깨끗하지 못함] ([적열취성 : 고온에서 깨지기 쉬운 성질 (취성)], [표면산화]-[쇼트])
- 치수가 [정밀하지 않음].
- 큰 소재는 소량 생산, 작은 소재는 대량 생산
- 1 금형 1 공정
- [불림 열처리로 소재 균질화 표준화 함].
[냉간 가공] : 재결정 온도 [미만]에서 가공
- 동력 소모 많음
- 표면 [깨끗함]
- 치수 정밀도 [높음]
- 작은 소재 대량 생산에 적합.
- [1~3차 공정]을 주로 거쳐서 작업
- [풀림 열처리로 내부응력 제거]
분말 야금
순서 : 분말제조([0.05mm~0.1mm]) - [입도 선별] - [혼합 조정] - [가압 성형] - [소결]([녹는점 이하의 온도로 가열]) - 완성 성형
- 표면 매우 깨끗, 정밀도 매우 높음
- [절삭 가공]이 거의 생략됨 (열처리-연마)
- 재료의 다양성(분말 형태의 특징, [합금 원소] 첨가 가능)
- 압축, 압출, 압연성형 형태로 제조됨.
성질/정도에 따른 단어
[경도] : [변형]에 대한 [저항력]
[강도] : [하중]이 걸린 경우 [파괴되기 전 까지의 변형 저항]
[가단성] : [단련]에 의해 변형되는 성질 ([외부 압력에 의해 얇게 펴지는것])
[연성] : 선을 뽑을 때 [길이 방향으로 늘어나는 성질]
[가소성(소성)] : 물체에 압력을 가하고 [고체상태에서 유동되는 성질]로써 [탄성과 반대]. [물체 가열 시 가소성(소성) 이 생김].
소성변형이 큰 재료는 열간가공, 작은 재료는 냉간 가공 하는 편임.
단조 [소성가공]
단조는 주로 [열간가공]이며, 이로 인해 [적열취성], [표면 산화], [쇼트현상]이 생겨 [표면을 절삭]하는 [2~3차 과정]이 필수임.
- [단류선] : 단조로 만든 경우 [절삭에 비해 섬유상 조직이 형을 따라 촘촘]해지는데 이를 일컫음.
- [불림 : 재결정 온도 이상 급열, 급냉] 열처리 진행함.
- 자유단조 : 수작업으로 해머 이용
- 냉간 단조는 [코울드헤드] 법이 있다.
형 단조에서의 재료 변형 (플래쉬)
- 형 단조는 소재 가열 후 상형과 하형 으로 압축시키면 재료가 틀 안에서 완성됨.
- 재료가 상-하형 사이 [빈 공간으로 침입하는 현상]을 [플래쉬]라 함.
- [상-하형을 너무 밀착] 시키면 [금형에 무리]가 가기에 [약간의 플래쉬 남겨둠].
업셋단조에 의한 재료의 변형
- [업셋단조]는 [봉재의 끝 부분이나 중간부]를 [축 방향으로 압축]하여 [직경이 길이별로 다른 봉을 만들 수 있다].
- [좌굴] : [가공부의 길이]가 [그 지름에 비해 너무 크면] 소재가 제대로 압축되지 않음.
단조 소재재료의 견적 : 재료 중량을 결정할 때 요소
- [스케일]에 의한 손실 : [산화]에 의한 손실
- [플래쉬 중량]
- [불집게] 잡이 : 가열한 소재를 집게로 잡는 위치 고려
- [절단손실]
단조온도는 연소나 용융점의 100C 이내에 접근되지 말아야 함.
형단조에서의 단형 종류
- 밀폐형 : 상하 2개 다이 결합
- 개방형 : 다이 내부가 닫히지 않음.
- [one heat 형] : 합금형의 단계별 틀에 소재를 차례로 단조해 완성품을 만듬.
단형 재료
고탄소강, [Cr], [Cr-Ni], [Cr-Ni-Mn] 쓰임
- [강도(담금질)], [인성(뜨임)], [내마멸성] 요구됨.
단형 설계
- [치수 여유]
- [형 분할면과 구배]
- [모서리,구석의 필렛]
- [플래쉬]
- [윤활제]
단조용 공구
- 앤빌
- [이형공대] : [여러가지 형상의 조형용], 앤빌 대용
- [스웨이지(단조용 탭)] : 곡면이나 원형봉 다듬질
단조용 프레스
해머와 달리 고속타격하지 않고 [저속 운동으로 가압력 주는 기계]
단접
연강을 용융점까지 가열 하면 [점성 커지고 금속 결정들의 친화력이 크게 됨]. 이때 [해머로 압력] 가하면 점착되는것을 의미.
압연[소성가공]
압연의 개요
[상온이나 고온]에서 [회전하는 롤] [사이]에 [재료를 통과]시켜 그 [소성]을 이용함. 특히 [관 등을 대량생산] 가능.
- [이방성] : [가로,세로 방향에서의 기계적 성질이 다른것]을 말하며, [열간 압연]에서는 나타나지 않지만 [냉간 압연]이나 이를 [어닐링(풀림)] 한 경우 대개 이방성 나타냄.
압하량 : 압하 전후의 피가공 재료 두꼐 차이 [ H0 - H1 ] [ 전 - 후 ]
압하율(가공도) : [(H0-H1)/H0 x 100%]
접촉각
- [압연 롤러]와 [소재 모서리]의 [연결 선의 수직과 각도가 크면] 압연 시 [소재가 스스로 롤에 물리지 않음].
- 소재와 롤 사이 [마찰계수 u], [압연압력(롤로부터 소재가 받는 힘) P] 일떄, [마찰력 uP] 가 존재함.
- [uPcos(a)] > [Psin(a)] 가 되야하며, [u(마찰계수) > tan(a)] 여야 함.
압연용 롤러
- [롤러 몸체] : 롤러의 [탄성변형] 및 [열팽창] 고려해야 함. [열간 압연] 시 롤러의 [열팽창] 고려해서 [중앙부분 지름을 약간 작게]한다. [냉간 압연]시 롤러의 [탄성변형] 고려하여 [중앙부 지름을 약간 크게]한다.
- [웨블러] : [회전 전달부]
- 넥 : 웨블러와 몸체 사이
인발 [소성가공]
[인발 가공]이란 [테이퍼 구멍]을 가진 [다이]에 소재를 통과시키고 [잡아댕김]. [다이구멍 최소단면]의 [형상치수]를 줌.
[윤활] 필요
인발 가공의 분류
- [봉재 인발] : 원형단면봉 이용
- [관재 인발] : 파이프 이용
- [선재 인발] : 직경 5mm 이하의 가는 봉재 이용, 신선기 사용.
- [롤 다이 이용] : 4개 롤로 직사각형 만듬.
- [딮 드로잉] : [가공물의 벽]을 [프레스로 얇게] 가공함. ([프레스임에도 인발가공] 분류함)
단면감소율
[(A0-A1)/A0 * 100%] -> A는 넓이 pir^2 임. 주의
역장력
[인발 반대방향]으로 [장력]을 작용시키는 경우. [마찰저항감소, 인발력 증가]
인발 다이 형상
- [다이 각] : [10~18도] (2a)
- [정형 부] : [최소지름], [가공물 지름,형상치수] 결정
- [여유 부] : [60도] (2a)
압출가공[소성가공]
일정한 크기의 용기 내 [연질]소재 넣은 후[ 강력한 압력]으로 [다이의 구멍]에 소재를 [통과]시킴.
빌렛 압출법
- [전방압출](직접 압출) : 압력을 주는[ 램의 전진 방향]으로 제품이 나옴.
- [역식압출](간접 압출) : 압력을 주는 [램과 다이가 일체형]. 후진 시 제품이 전진함.
- [관의 압출] : 인발가공물 [공동의 빈 공간]을 만들며, [맨 드릴]이 빈 공간이 된다.
특수 압출
- [충격 압출] : [펀치]로 단시간 압출. [두꼐가 얇은] 원통 모양([치약,크림튜브] 등) 가공에 용이
- [정수압 압출] : [램과 소재] 사이 압력점 용기를 [유체]로 채움. 램과 소재 사이 [마찰]을 크게 감소시킴.
[데드메탈]
- [윤활이 없거나] [원추형 다이]를 사용하지 않을 시 생기는 컨테이너 내 굳은 소재
제관가공[소성가공]
만네스만 천공법 - 이음매가 없는 천공법
공정 순서 : [만네스만 천공기] - [재 가열로] - [플러그압연기] - [마관기] - [정경 압연기](이 과정에서 직진도 개선)
- [만네스만 천공기] : 소재가열 후 회전하는 [두 롤러] 사이에 밀어넣으면 마찰력에 의한 [심한 비틀림 작용]을 받으며 롤러 통과함. 이후 [롤러 축선이 교차하는 지점]에 심봉이 있어 점진적으로 [천공]됨.
- [플러그 압연기] (2단) : 만네스만 천공기에서 [뚫은 관의 두께와 지름 감소]시킴. 이떄 [바깥지름 O 두께 O 원형 X 진직도X]
- [마관기] : [압연기 공정품]의 [작은 흠집]을 없애기 위해 두 롤러 사이에 끼움.
- [정경 압연기] : 바깥지름을 [규정된 치수]로 조정하고 [진원도] 확보하기 위해 사용. 여러대의 롤러가 [90' ]회전된 위치에 설치.
그 외 이음매가 없는 천공법
- [스티펠 천공법] : 2개의 [원판형 롤러]를 사용하는 것이 만네스만 천공기와 다른것으로 천공함.
- 에르하르트 제관법 : 가열된 소재 넣고 펀치로 가열하여 밑바닥이 붙은 관 제작.
- [압출 제관법] : [맨드릴]을 사용하여 [압출가공]함.
이음매 있는 관 제조법 : 관을 [말고 , 가열단접, 가스용접, 전기용접] 등을 이용해 이음매를 용접한다.
전조[소성가공]
가공물을 [성형공구] 사이에 넣고 [가압]한 상태에서 직선운동이나 회전운동을 시켜 성형공구와 같은 형상을 소재 표면에 압축성형 함. (나사, 기어, 볼)
평판 다이식 (나사전조) : 평판 두개 왕복
롤러 다이식 (나사전조) : 롤러 두개 회전
기어 전조
ball 전조 : 압연단조의 형태로 두 롤러에 소재를 밀어넣는다.
프레스 가공(판금가공)[소성가공]
펀치(상형) 과 다이(하형) 사이 소재를 넣고 [외력]을 가함. 프레스 작업은 속도가 빠르고 절삭가공법에 비해 생산비가 적어 비절삭 가공의 장점을 최대로 살림.
전단가공(전단력)
펀치에 작용되는 전단 하중 = [소재 전단응력 * 소재두께 * 소재 둘레]
[쉬어](shear) = 전단 하중을 줄이기 위해 두개의 [공구면에 경사]시키는 것. 이 경사 각을 [전단각] 이라 함.
[blanking] 용 전단각 : [다이]에 줌.
[punching] 용 전단각 : [펀치]에 줌.
- 전단 가공 종류
[블랭킹] : 펀치로 전단 후 [펀치모양 사용]
[펀칭] : 펀치로 전단 후 [펀치 외측 모양 사용]
[셰어링] : 전단 후 [양 쪽 다 사용]
[트리밍] : [플래쉬] 부위 제거
[셰이빙] : 제품의 [덧살을 떼어냄]
[노칭] : 매우 [작은 부위]를 전단가공함.
굽힘가공
굽힘 가공 시 [외측은 인장, 내측은 압축]된다. 두 측 사이 신축이 발생하지 않는 부분을 [중립면]이라 함.
[스프링백] : 소재를 굽힘 가공 후 외력 제거 시 [탄성에 의해 굽힌 각도보다 약간 더 벌어지는 현상]
디프 드로잉 (컵 방식 프레스)
소재판을 [오무려] [이음부분]이 없고 [밑바닥이 있는 제품] 만듬.
- 단동식 : 단순함. 소재가 다이 구멍으로 들어감.
- 복동식 : 블랭크 홀더가 다이판 위의 소재판을 누른 후 가압
- 준 복동식 : 다이와 펀치 위치가 반대로됨.
압축가공
- [압인가공] : 표면에 다른 모양 조각된 [한쌍의 다이]를 이용해 [소재 앞 뒷면에 다른 모양 압축가공]. 화폐나 메달 제조함.
- [엠보싱] : [압인가공]의 특수한경우로 요철이 서로 반대로 됨. [화장실 휴지]
- [스웨이징] : 아주 작은 [일부]만을 압축.
박판 특수 성형가공
- [스피닝] : 박판 중심에 모형을 대고 박판의 끝을 모형쪽으로 점차 밀어 모형 겉부분에 박판을 감싸게 됨. ( 컵 모양 )
- 고무 사용한 성형가공
- [액압성형] 가공법(벌징 법) : 다이 안의 소재관에 고무나 오일을 넣고 유압용 램을 작동시켜 [내부에 압력]을 가하여 소재를 [형과 같은 모양]으로 확장시킴. (캐리어)
- 폭발 성형법
박판 특수 성형가공 중 비이딩, 커얼링, 시이밍
- [비이딩] : 오목 및 볼록 형상의 롤러 사이 함석판 또는 양철판 넣고 롤러 회전시켜 [홈]을 만드는 작업.
- [커얼링] : 판재를 [둥글게] 하는 작업
- [시이밍] : 2개의 부분 박품을 [꼬아 결합]하는 것.
손 다듬질과 측정
쇠톱의 절단작업
몸의 상체 일으키는 느낌으로 톱날에 힘을 주지 말아야 함.
리머 작업
드릴로 뚫은 [구멍의 진원도, 직진도, 정밀도]를 올리는 리머를 사용하는 작업
탭(암나사) 및 다이스(수나사) 작업
- [탭] 작업 : 구멍에[ 암나사] 구멍 경로를 뚫는 작업.
- [다이스] 작업 : 다이스는 [수나사]를 만드는 공구임.
측정
기본적인 방법
[절대] 측정 : 눈금자, 버니어캘리퍼스, 마이크로미터
[비교] 측정 : 표준길이와 비교. 다이얼 게이지
[간접] 측정 : 복잡한 물체.
측정오차
-오차 = 측정값 - 참값
-[아베]의 원리 : 표준자와 피측정물은 [동일 축선상]에 있어야 함.
- 시차 : 측정자의 눈의 위치에 따른 읽음값 다름.
버니어 캘리퍼스
- 자와 캘리퍼스의 조합임.
- [소재 바깥지름], [안지름], [깊이], [단차] 측정함.
- 어미자가 있고 아들자(버니어) 가 있다.
- 아들자의 0 위치에 가깝게 있는 어미자의 눈금을 읽고, 어미자 눈금의 진행방향에 있어 많은 눈금 중 어미자 눈금과 아들자 눈금이 일치하는 곳의 아들자 눈금을 읽으면 어미자 눈금값의 아랫자리 수가 구해진다.
- ex) 아들자의 0 이 어미자의 12에 가 있고, 어미자눈금과 아들자 눈금의 일치가 아들자눈금의 9번째에 있다면, 12.45mm
하이트 게이지
단차 측정
마이크로미터
- 앤빌과 스핀들 사이 길이를 측정.
- [래칫스톱]으로 압력을 일정하게 함.
- 슬리브로 0.5mm 단위 계산 후 심블로 0.01mm 단위 계산함.
다이얼 게이지
- 길이나 직경을 짧은 시간 내 정확히 측정
블록 게이지
- 길이의 기준으로 0.01mm 간격 치수 얻음. 요한슨형
한계 게이지
- 최소치수 및 최대치수를 가진 한계 플러그 게이지. 여기서 최소치수 측은 정지, 최대치수 측은 통과해야함.
사인바 및 테이퍼 측정
- 블록 게이지로 양 단의 높이를 조정하야 각도를 구함.
기계가공 총론
개요 (절삭가공)
절삭공구를 사용하여 [칩](chip) 을 발생시킴.
절삭운동 : 공구가 [절삭방향]으로 움직임.
이송운동(피드운동) : 절삭방향 수직이동.
위치조정 운동 : 공작물과 공구간 절삭위치 조정
절삭방식과 그 종류 (절인에 의한 가공)
- 선삭 : [바이트]를 사용. 공작기계는 [선반]이라부름
- 드릴링 : [회전 절삭운동으로 구멍뚫기]
- 평삭 : [직선 왕복운동]
- 밀링 : 원주에 많은 절삭인선을 가진 공구 사용. 원주의 축에 따라 수평식/수직식 분류
절삭방식과 그 종류 (입자에 의한 가공)
- 연삭 : [연삭숫돌 에 회전운동] 줌.
- 호닝 : [연삭숫돌로 구멍 완성가공]
- 슈퍼 피니싱 : [숫돌 진동], 표면 초정밀
칩의 형성
유동형 칩 : 소재가 절삭 기구를 따라 [연속적]으로 흘러 올라감
전단형 칩 : [프레스]
경작형 칩 : 소재가 절삭 기구에 [밀려 굴절]됨. 공작물의 재질이 공구에 점착되기 쉬울때나 공구의 상면 경사각이 작을때, 절삭 깊이가 클때 등.
균열형 : [취성 소재가 균열]되어 더 파임
구성인선
- 칩의 일부가 [절삭날에 달라붙어 무뎌지]는 것 의미.
절삭 저항
-[ 주분력], [이송분력], [배분력]
절삭조건과 공구수명과의 관계
- 절삭 조건 가혹하게 하면 생산성은 증가하지만 공구의 수명은 감소.
- 절삭조건의 3요소 [절삭속도] > [이송] > [절삭깊이] 순으로 공구의 수명에 영향 미친다.
공구의 손상
- [경사면 마모]
- [여유면 마모]
- [치핑] [ 공구인선의 일부가 파괴되어 탈락 ]
공구 재료
공구 재료의 종류
- 탄소 공구강 : 탄소량이 1%
- 합금 공구강 : [탄소량이 1% + Cr, 텅스텐(W), Ni] 포함. 내마멸성과 고온 경도가 높다.
- 고속도 공구강 :[ W, Cr, 바나듐] (V) 고속 절삭
- 주조 경질 합금
- 소결 초경 합금 : 분말 결합. 절삭속도 높음
- 세라믹 공구
- [입방 질화 붕소 공구] : 다이아몬드 다음 경도 높음
- [다이아몬드 공구] : 가장 경도 높음.
절삭제의 사용 목적
- [공구 인선 냉각].
- [가공물 냉각]으로 정밀도 상승
- [윤활] 및 [방청]작용
- [칩의 제거 작용]
절삭제의 종류 로는 불 수용성 과 수용성이 있다.
선반
선반은 공작물을 회전, 절삭공구인 바이트를 이용해 절삭 깊이와 이송운동을 주어 원통형 공작물 가공. 선삭
선반 작업 종류
- [바깥 지름 절삭]
- 절단 절삭 : 절단 바이트
- 테이퍼 절삭
- 드릴링
- [보링] : 구멍을 넓히는 작업
- [총형] 절삭 : [윤곽]에 따른 특정한 성형 바이트
- [널링] 작업 : [마찰 표면] 제작, [저속회전]하며 외경이 약간 커짐.
선반 종류
- 탁상 선반 : 작음
- 보통 선반 : 보통
- 정면 선반 : 직경 크고 짧은 공작물
- 수직 선반 : 주축이 수직으로 세워짐
- 터릿 선반 : 심압대 대신 터릿을 사용. [센터드릴- 구멍 뚫기 - 보링 - 리밍 - 암나사 여유 절삭 - 나사절삭(태핑) ]
- 공구 선반 : 테이퍼, 콜릿, 방진구, 릴리빙 장치 있음.
- 자동 선반 : 캠이나 유압기구로 대량생산
선반의 구조
- [베드] : 골격이 있는 상자형 주물이며, 그 위에 주축대, 심압대, 왕복대가 있고 공작물을 지지함.
- [주축대] : 공작물을 지지하며 회전을 주는 주축과 주축을 지지하는 베어링, 주축을 회전하는 속도 변환 장치가 있다.
- [심압대] : 베드 위 주축대 반대편에 있으며, 공작물을 지지하거나 리머, 탭 등 공구를 심압대에 끼워 절삭 작업 할 수 있다.
- [왕복대] : 주축대 심압대사이에 있으며 왕복운동 함.
- [이송기구] : 주축대의 주축 회전 운동 전달.
선반용 부속장치
- 센터 : 공작물 지지하는 부속장치. 주축대나 심압대에 끼워 사용하며 미국식은 주로 60' 원추형
- 센터 드릴 : 센터의 끝이 들어가는 구멍 뚫는 드릴
- 면판 : 주축에 고정함. 불규칙한공작물 고정할때 쓰는 가이드라인 있는 원판
- 돌리개 : 면판과 같지만 모양이 가이드 나사가 있어 불규칙한 공작물 고정함.
- [방진구] : [공작물의 처짐이나 휨으로 생기는 진동을 방지]. 기본적으로 직경의 20배 이상 길이를 갖고있는 공작물을 가공할 때 방진구 필요.
- 심봉 (맨드릴) : 구멍이 있는 공작물 고정가공할때 사용
- [척] : 주축에 설치하여 공작물을 고정하는 원통형 바이스
-- [연동 척] : [조가 3개], 척 핸들 구동 시 3개 조가 [동시 구동]
-- [단동 척] : [조가 4개], 별도로 구동
-- [마그네틱 척] : 척 내부 전자석을 설치함.
-- [콜릿 척] : 콜릿의 안지름이 죄어짐.
바이트
- 바이트의 종류
--클램프 바이트 : 팁을 자루와 나사결합
- [노즈 반경] : [바이트의 날 끝을 둥글게] 함. 공구 수명과 가공면 거칠기에 크게 영향 주기에[ R0.4~0.8] 로 맞춘다.
- 칩 브레이커 : 칩이 짧게 끊기도록 바이트에 설치.