HOME > 사업분야 > 단조 사업

단조(鍛造)란 ?

단조는 금속에 외력을 가하여 형상을 변형시키는 가장 오래된 성형(成形) 방법 중의 하나입니다. 오랜 옛날부터 사람들은 금속을 가열 (加熱)하여 햄머(Hammer)와 엔빌(Anvil)을 사용하여 금속을 두들겨서 공구와 무기, 그리고 그들이 필요로 하는 도구를 만들어 사용해 왔습니다. 오늘날의 단조는 광범위한 금속 가공 방법 중의 하나이며 현존하는 고대 예술이라고 할 수 있습니다. 단조품과 단조품을 사용한 제품은 새로운 금속의 발견과 합금의 개발에 따라 이들을 사용하기 위한 새롭고 더욱 개선된 단조 공법과 장비의 개발에 의하여 공업으로서의 그 위치를 확보하게 되었습니다. 특히 자동차 산업의 발달로 인하여 보다 가벼우면서 기계적 성질이 우수한 금속 제품이 보다 싼값으로 공급되어야 하는 시대를 맞게 됨에 따라 단조 산업은 급속도로 발전하게 되었습니다. 아직 자유단조 햄머가 산업 기계의 하나로 남아 있기는 하지만 고 효율의 단조 기계들이 개발되고 발전되어 사용되고 있습니다. 그리고 자동화는 노동력을 절감함으로써 제조 비용을 절감하여 단조품의 단가를 낮출 수 있으므로 단조 공업의 여러 분야로 확산되어 가고 있습니다. 모든 단조 공정은 소재의 검사, 절단, 가열 등 소재의 준비로부터 시작됩니다. 일반적으로 예비 단조는 황지(Rough-Shaping) 단계입니다. (많은 경우에 예비 단조 를 거치지 않고 제품을 생산하기도 함) 그 다음에 형단조(Die Forging)를 하게 되고, 대부분의 경우 그다음 단계로 트리밍(Trimmimg) 작업을 하게 됩니다. 그리고 다음 단계로는 시험, 검사, 열처리, 표면처리 등의 후공정을 거치게 됩니다.

단조(鍛造)의 목적

단조의 목적은 단련(鍛鍊)과 성형(成形)에 있습니다.
단련이란 주소시 발생하는 강괴의 내부 결함인 기공, 편석, 파이프, 과대조직 등을 압착하여 결정립을 미세화하여 조직을 개선하는 작업 을 말하며, 성형이란 강괴로부터 필요한 소정의 형상을 만드는 것을 말합니다. 따라서 단조는 단련을 통하여 강재의 기계적 성질을 향상 시키고, 성형에 의하여 소정의 형상을 만들어 후공정이나 기계 가공 공수을 절감하려는 데 그 목적이 있습니다.

단조(鍛造)의 종류

단조의 종류는 금형의 유무, 재료의 온도, 단조 기계 등에 따라 여러 가지로 분류할 수 있습니다. 여기서는 일반적으로 많이 사용되고 있는 몇 가지 종류에 대하여 그 의미를 알아보겠습니다.

자유 단조 (Free Forging)

자유 단조란 특정한 금형을 사용하지 않고 성형하는 것으로 형 단조와 구분됩니다.
자유 단조는 금형에 의한 제약을 받지 않으므로 성형에 필요한 에너지가 형 단조에 비하여 적게 소요된다. 따라서 금형을 사용 할 수 없는 대형 단조품에 적합하며, 또한 별도의 금형이 필요하지 않으므로 소형 제품의 경우에도 수량의 많지 않은 경우에 적합 한 단조 방법입니다. 그러나 형 단조에 비하여 작업 속도가 느리고, 치수 정도가 정밀하지 못하여 후 공정에서 절삭 가공시 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있습니다.

형 단조(Die Forging)

형 단조란 특정한 금형을 사용하여 성형하는 단조 방법으로 자유 단조와 구분됩니다.
형 단조는 재료를 변형시키기 위하여 많은 에너지를 필요로 하기 때문에 보통 재료의 변형 저항이 가장 적은 고온(高溫) 상태에서 성형하게 되며 이를 열간 단조(熱間鍛造)라 하며, 이에 대하여 상온(常溫)에서 성형하는 것을 냉간 단조(冷間鍛造)라 합니다.
형 단조는 압연 강재를 사용하여 다시 단련하게 되므로 우수한 단련 효과를 얻을 수 있으며, 동일 금형으로 많은 양의 단조품을 생산 할 수 있습니다. 따라서 정밀도가 우수한 단조품을 얻을 수 있으므로 후 공정에서 절삭 가공 시간과 비용을 절감할 수 있습 니다. 그러나 형 단조는 자유 단조에 비하여 단조 장비가 고가이며, 소정의 금형을 제작해야 하므로 소량의 생산에는 적합하지 않고 자동차 부품이나 농기계 부품등의 대량 생산에 유리합니다.

열간 단조(Hot Forging)

열간 단조는 재료를 재결정 온도 이상으로 가열하여 실시하는 것으로 온간 단조나 냉간 단조에 비하여 정밀도(精密度)는 떨어지지만 제작비가 저렴하고 단조품의 형상에 대한 제약이 적으므로 일반적으로 가장 많이 사용되는 단조 방법입니다.

온단 단조(Warm Forging)

온간 단조는 열간 단조와 냉간 단조의 중간 온도에서 실시하는 단조 방법이며, 정밀도(精密度)에서도 열간 단조보다는 우수하고 냉간 단조보다는 떨어집니다.

냉간 단조(Cold Forging)

냉간 단조는 재료를 가열하지 않고 상온 또는 상온에 가까운 온도에서 실시하는 단조 방법으로 정밀도(精密度)면에서는 가장 우수 한 단조품을 얻을 수 있습니다. 그러나 상온에서는 변형 저항이 크므로 단조용 소재는 중·저 탄소강 또는 저합금강으로 한정되며 대부분의 경우 형상 또한 축 대칭으로 제약을 받게 된다는 단점이 있습니다.

햄머 단조(Hammer Forging)

햄머 단조는 원하는 형상을 얻기 위하여 수회의 타격을 해야 합니다. 일반적인 형 단조의 경우에는 각 공정별로 1회 이상의 타격 이이루어집니다. 예를 들어 연접봉(Connecting Rod)의 경우 먼저 I-Beam부를 위한 인발 작업이 이루어지고 다음은 브로커 (Blocker), 피니샤(Finisher) 공정으로 이루어지며, 별도로 준비된 기계에서 트리밍(Trimming) 작업이 이루어지게 됩니다. 이러한 햄머 단조에서 단조품의 생산성과 품질은 작업자(Hammer Operator)의 숙련 정도가 크게 작용합니다.

프레스 단조(Press Forging)

프레스 단조는 각 공정마다 한번씩의 작업으로 이루어집니다. 또한 프레스 단조는 햄머 단조에 비하여 예비 성형(황지) 작업을 할 수 있는 범위가 좁습니다. 따라서 황지가 필요한 경우에는 별도의 장비를 사용하여야 하는 경우가 많습니다. 예를 들어 연접봉 (Connecting Rod)의 경우 I-Beam부의 인발 작업이 햄머 단조 보다는 원활하지 못하여 별도의 Forging Roll Machine에서 황지를 하고, 단조 프레스에서는 브로카, 피니샤 작업만을 실시하는 것이 일반적인 방법입니다. (경우에 따라서는 트리밍 작업을 단조 프 레스에서 실시하는 경우도 있음) 그러나 프레스 단조는 햄머 단조에 비하여 작업자의 숙련도에 의지하는 비율이 낮으므로 미숙련 자도 작업이 가능하다는 장점이 있습니다.

업셋트 단조 (Upsetter Forging)

업셋트는 상하 또는 좌우로 개폐되는 그립다이(Grip Die)와 전후로 운동하는 펀치(Heading Tool)로 구성된 단조 기계입니다. 업셋트는 긴축의 끝단에 플렌지(Flange)가 있는 형상의 단조에 가장 많이 사용되며. 중간 부분에 플렌지가 있는 제품, 관통된 구멍 이 있는 제품. 관통하지 않은 큰 구멍을 가진 제품 등의 단조에 사용되며 파이프의 단조도 가능합니다. 업셋트에 의하여 만들어지 는 단조품으로는 자동차용 리어액슬샤프트(Rear Axle Shaft)가 대표적입니다. 그리고 드라이브피니언(Drive Pinion), 허브케이싱 (Hub Casing), 드래그링크(Drag Link), 스템(Stem) 등도 업셋트로부터 생산되고 있습니다. 또한 업셋트 단조는 햄머나 프레스 단조 를 위한 예비 단계의 황지를 제작하는 데도 이용되고 있습니다.

롤 단조 (Roll Forging)

롤 단조는 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 롤(Roll) 사이에 롤의 회전 방향과 직각 방향으로 환봉(Round Bar)이나 각재 (Square Bar)를 통과시켜 소재의 단면적을 감소시키고, 길이 방향으로 인발하는 작업입니다. 롤 금형은 보통 한개 또는 수개의 그루브(Groove)를 갖게 됩니다. 롤 단조는 자동차의 프론트액슬(Front Axle)과 같이 긴제품, 또는 연접봉과 같이 길이 방향으로 각 단면의 체적 변화가 심한 제품의 단조를 위한 예비 단조품(황지)의 체적 배분용으로 많이 사용되며, 리어액슬샤프트의 축부 인발 용으로 사용되기도 합니다.

링 롤링 (Ring Rolling)

링 롤링은 Main Roll, Rolling Mandrel과 상하 각 하나의 Axle Roll로 구성된 단조 기계로서 링(Ring) 형상의 황지를 가압하여 링의 직경을 키워서 원하는 형상을 만드는 작업을 말합니다. 작업 공정은 먼저 소재를 절단하고, 이를 가열하여 햄머나 프레스에서 업 셋팅(Upsetting) 하고 내경을 펀칭(Punching)하여 황지를 제작하고, 이를 링 롤링 기계에서 원하는 형상으로 직경을 키우는 작업을 하게 됩니다. 이 밖에도 크로스롤링, 분말 단조, 용탕 단조, 요동 단조 등 여러 가지 단조 방법이 있습니다.

상세 설계기준

구분/크기 16 20 23 26 28 32 35 40 45 55 60 65 70 75 80 85 90 105 120
전체높이 1.1mm 1.2mm 1.3mm 1.4mm 1.8mm
A 0.7mm 0.8mm 0.9mm 1.0mm 1.4mm
B 0.3mm
C 0.1mm
D 40˚
E 10˚

프레스 단계에서 상단부위를 0.3mm 높이로 제작후 헤어라인 작업시 0.2mm 커팅하여 최종높이가 0.1mm가 됨

단조 Badge Process