소성가공과 소성변형

소성가공의 정의

소성가공은 재료에 외력을 가해 영구 변형을 일으켜 원하는 형상으로 성형하는 비절삭 가공법이다.

절삭 없이 재료를 성형하는 대표 가공법이라 자동차 부품과 일반 기계 부품 생산에 널리 쓰인다.

시험에서는 정의, 종류, 특징을 묻는 문제로 반복 출제된다.

탄성변형과 소성변형

힘을 제거했을 때 원래대로 돌아가는 변형을 탄성변형이라 한다.

제거 후에도 남는 변형이 소성변형이다. 탄성한계 이상의 힘이 가해져야 시작된다.

소성가공은 이 경계를 넘는 힘으로 재료를 원하는 형상으로 바꾸는 가공이다.

연성과 전성

연성은 인장을 받아 파괴 없이 가늘고 길게 늘어나는 성질이다.

전성은 압축을 받아 파괴 없이 얇게 펴지는 성질이다.

금은 두 성질이 모두 크고, 납은 전성이 크고 연성은 작다.

그래서 소성가공법을 고를 때는 재료가 어떤 힘을 잘 견디는지 먼저 봐야 한다.

열간가공과 냉간가공

가공 온도는 재결정 온도를 기준으로 열간가공과 냉간가공으로 나뉜다.

재결정 온도 이상에서 가공하면 변형 저항이 작아 큰 변형을 한 번에 줄 수 있다.

재결정 온도 이하에서 가공하면 강도와 치수 정밀도는 좋아지지만 큰 가공력이 필요하다.

단면감소율 계산

단면감소율은 가공 전후 단면적의 차이를 가공 전 단면적으로 나눈 값이다.

예로 입구 두께 10mm, 출구 두께 6mm인 판을 한 패스 압연한다고 하자.

두께 차 4를 입구 두께 10으로 나누고 100을 곱하면 압하율은 40%가 된다.

한 번에 큰 r을 주면 소재가 파단될 수 있으므로 여러 번 나누어 가공한다.

협착 위험과 방호

정답은 가공 전 단면적이다. 분모 A0이 바로 기준 면적이다.

소성가공의 위험은 금형 사이 협착과 판재 비산에서 나온다.

프레스 가동 중 금형 내부에 접근하면 협착 재해가 생긴다.

수정 작업은 정지 상태에서만 해야 한다.

정리와 직접 풀기

정리하면 소성가공은 소성 변형을 이용해 재료를 원하는 형상으로 만드는 가공이다.

열간과 냉간은 재결정 온도를 기준으로 나뉘며, 단조·압출·압연·신선·판금이 대표 방법이다.

치수 정확, 조직 개량, 칩이 없다는 장점과 협착 같은 위험요인을 함께 적어야 한다.

재결정 온도 이하에서 가공하는 방식은 냉간가공이다.