연성·전성을 이용한 가공법

핵심 정리

소성가공은 재료에 외력을 가해 파괴하지 않고 영구 변형시켜 원하는 형상을 만드는 가공이다. 소성가공의 기본 성질은 재료가 변형을 견디는 연성과 얇게 펴지는 전성이다. 연성은 재료가 파괴되기 전까지 상당한 소성 변형을 견디는 능력이다. 전성은 체적 압축을 받을 때 변형되는 성질이다. 망치질이나 롤링으로 쉽게 성형되는 재료는 전성이 있다고 본다. 납은 연성보다 전성이 훨씬 큰 재료의 예이며, 금과 구리는 연성이 큰 금속의 예이다.

가공이 진행되며 재료 내부에 생기는 변화는 원리 문항의 기본 지점이다. 소성변형이 진행되면 전위가 증가하여 서로 방해하므로 변형 저항이 커지는 현상을 가공경화라고 한다. 가공경화가 생긴 재료는 같은 방식으로 더 늘이거나 펴기 어렵다. 따라서 공정 사이에 풀림 같은 열처리를 넣는 경우가 많다.

인발과 단조는 각각 연성과 전성을 이용하는 대표 공정이다. 인발은 연성, 단조는 전성과 짝지어 기억하면 선지의 공정 이름과 성질이 맞는지 확인하기 쉽다. 두 공정은 소재에 가하는 힘의 방향이 다르므로 함께 비교해 두어야 한다. 소성가공의 이름만 외우면 선지의 설명에서 틀린 내용을 가려내기 어렵다.

소성가공은 절삭가공과 구분해야 한다. 절삭은 칩을 깎아 내어 형상을 만들고, 소성가공은 칩을 내지 않고 소재를 변형시켜 형상을 만든다. 칩을 떼어 내는 가공은 소성가공이 아닌 쪽으로 먼저 분류한다.

공정을 고를 때는 소재가 어떤 힘을 받는지, 그 결과 단면이 줄어드는지 길이가 늘어나는지를 먼저 살펴야 한다. 이 두 기준으로 인발, 압출, 단조를 구분할 수 있다.

자세히

인발은 단면을 줄이고 길이를 늘이는 가공

인발은 봉이나 선재를 다이 구멍을 통해 잡아당겨 단면적을 줄이는 공정이다. 이 문장은 인발의 정의이다. 인발은 금속선을 뽑아 길이 방향으로 늘이는 소성가공이다. 단면적이 줄어드는 만큼 재료의 길이가 늘어나므로 두 설명은 같은 공정을 서로 다른 측면에서 설명한다. 인발은 재료의 연성을 이용하는 소성가공이며 전연성을 바탕으로 한다.

인발에서는 소재가 다이 구멍을 지나면서 지름이 작아지고 길이가 늘어난다. 인발을 다른 공정과 구별할 때는 소재의 형태와 힘의 방향을 함께 살펴야 한다. 인발의 소재는 봉이나 선재처럼 길이가 긴 형태이며, 이를 다이 구멍으로 잡아당기면 단면적이 줄어든다. 이 과정에는 재료의 연성이 작용하므로 인발을 전성만 이용하는 공정으로 외우면 안 된다. 인발은 단면적 감소와 길이 증가를 한 쌍으로 기억한다.

세 공정은 힘을 가하는 방식과 결과를 중심으로 비교하면 구분하기 쉽다. 인발과 압출은 모두 다이 구멍을 통과시키지만, 인발은 잡아당기고 압출은 밀어낸다. 단조는 압축력을 가해 형상을 만든다는 점에서 두 공정과 구분된다.

판재 가공의 공정 구분

판재 가공은 성형하는 공정과 가장자리를 다듬는 공정으로 나누어 살펴볼 수 있다. 성형한 뒤 가장자리를 다듬고 끝단을 처리하는 흐름으로 보면 이해하기 쉽다. 딥드로잉은 판재로 컵 같은 용기를 만드는 공정이며, 드로잉비가 한계를 넘으면 두 단계 이상으로 나누어 드로잉한다.

아이어닝은 드로잉된 컵의 벽을 펀치와 다이 사이 간극으로 통과시켜 벽 두께를 줄이고 균일하게 만드는 공정이다. 아이어닝은 컵을 새로 만드는 단계가 아니라 벽 두께를 고르게 다듬는 단계라는 점에서 딥드로잉과 다르다.