단조 : 장점, 특성 및 프로세스에 대한 포괄적 인 분석
단조는 기계식 제조 및 야금 분야의 핵심 플라스틱 작업 기술입니다. 그 핵심 원칙은 망치 및 프레스를 단조하는 등 장비를 사용하여 금속 빌릿에 외부 힘을 적용하여 고온 (뜨거운 단조) 또는 실온 (냉기 단조)에서 소성 변형을 겪게하여 모양, 크기 및 기계적 특성에 대한 요구 사항을 충족시키는 워크 피스 또는 공백을 얻는 것입니다. 주조 및 절단과 같은 가공 방법과 비교하여, 위조는 "금속의 내부 구조를 최적화하고 구성 요소의 기계적 특성을 개선"하는 것이 특징이며 고급 장비 제조에 널리 사용됩니다. 아래는 장점, 특성 및 프로세스의 세 가지 차원에 대한 자세한 설명입니다.
I. 단조의 핵심 장점
외부 힘을 통해 금속 빌릿의 내부 구조와 모양을 변경함으로써, 단조 장점은 기계적 특성, 재료 활용 및 응용 시나리오에 대한 적응성에 집중됩니다.
1. 높은 구성 요소 신뢰성을 갖는 금속 기계적 특성을 상당히 향상시켰다.
최적화 된 내부 구조 : 단조 공정 동안, 금속 빌릿의 주조 다공성, 가스 구멍 및 수축 공동과 같은 결함이 압축됩니다. 곡물은 정제되고 스트레스 방향을 따라 "섬유 유량 라인"(금속 유량선)을 형성하여 주조에 비해 인장 강도, 항복 강도 및 성분의 충격 강인성과 같은 주요 기계적 특성을 증가시킵니다.
극한의 작업 조건에 대한 적응 : 단조 구성 요소는 우수한 피로 저항성과 충격 저항을 가지며 장기 교대 하중, 고압 및 고온과 같은 가혹한 환경을 견딜 수 있습니다. 항공 우주 (엔진 터빈 디스크), 철도 전송 (휠 액슬) 및 건축 기계 (크랭크 샤프트)와 같은 고급 장비에서 "코어 하중 부유 구성 요소에 선호되는 프로세스"입니다.
2. 제어 가능한 생산 비용으로 높은 자재 활용
재료 폐기물 감소 : 많은 양의 과도한 재료를 제거하지 않고 "플라스틱 변형"을 통한 구성 요소. 재료 활용률은 70%에서 95%에 도달 할 수 있으며 (정밀 다이 단조는 90%를 초과) 절단 처리보다 훨씬 높습니다 (보통 30% ~ 50%).
후속 처리 비용 : 다이 단조 및 정밀 단조와 같은 프로세스는 완제품 크기에 가까운 "Net-Net-Shape"블랭크를 직접 생성 할 수 있으며, 대량 생산 시나리오에서 비용 관리에 적합한 회전 및 밀링과 같은 후속 절단 프로세스의 작업량을 크게 줄일 수 있습니다.
3. 넓은 재료 적응성과 강력한 프로세스 유연성
재료 호환성 : 탄소강, 합금강, 알루미늄 합금, 티타늄 합금, 구리 합금 등을 포함한 거의 모든 용서 가능한 금속 재료를 처리 할 수 있습니다.이 중에서도 고강도 합금강 및 초 합금과 같은 "프로세스하기 어려운 재료"의 성능 최적화는 위조 공정에 더 많이 의존합니다.
제품 호환성 : 소형 정밀 부품 (예 : 기어 블랭크 및 볼트)에서 대규모 중장비 구성 요소 (예 : 10,000 톤 하이드로 터빈 러너 및 원자력 압력 용기 헤드) 및 간단한 샤프트에서 복잡한 특수 모양의 부품 (예 : Aero-Engine 블레이드)에 이르기까지 모두 위조를 통해 형성 될 수 있습니다.
4. 구성 요소의 좋은 차원 안정성 및 고품질 일관성
단조 동안 금속 빌릿의 변형은 다이 (다이 단조) 또는 장비 매개 변수 (오픈 디 에이 포지)에 의해 엄격하게 제어됩니다. 특히, 다이 탐색의 치수 공차는 IT12에서 IT10에서 안정적으로 제어 될 수 있고, 표면 거칠기는 RA6.3에서 Ra12.5μm에 도달한다. 대량 생산 중에, 구성 요소의 기계적 특성과 치수 정확도는 작은 변동을 가지며, 품질 일관성은 주물보다 우수하다.
II. 단조의 주요 특성
단조의 기술적 특성은 "금속 플라스틱 변형 + 외부 힘 로딩 + 온도 제어"의 핵심 논리에 의해 결정됩니다.
1. "고체 플라스틱 변형"을 중심으로하고 금속 흐름 특성에 따라
단조의 본질은 특정 온도에서 금속의 "가소성"을 활용하는 것입니다 (외부 힘 아래에서 파손되지 않고 영구적 인 변형을 겪는 능력). 모양은 빌릿 내부의 원자 슬립과 곡물의 재구성을 통해 변경됩니다. 전체 공정은 "액체에서 고체"로 위상 변화를 겪지 않으므로 금속의 고유 한 콤팩트성을 유지합니다.
2. "핫 포지 (Hot Forging)", "콜드 단조"및 "따뜻한 단조"로 분류 된 주요 제어 매개 변수로서의 온도
뜨거운 단조 : 빌렛은 "재결정 온도"(예 : 탄소강의 경우 1000-1250 ℃, 알루미늄 합금의 경우 350-500 ℃) 위로 가열됩니다. 이 시점에서, 금속은 가소성이 높고 변형 저항이 낮으며, 크고 복잡한 성분을 형성하는 데 적합하지만 산화물 스케일을 이후에 제거해야합니다.
콜드 단조 : 빌렛은 실온에서 단조됩니다. 금속은 변형 저항이 높지만 정밀도 (공차 IT9-IT7) 및 스무지 표면 (RA1.6-RA3.2μm)을 갖는다. 가열 또는 산화물 스케일 청소는 필요하지 않으므로 작은 정밀 부품 (예 : 볼트 및 기어)에 적합합니다.
따뜻한 단조 : 빌렛은 "실온과 재결정 온도"사이에 가열됩니다 (예 : 탄소강의 경우 600-800 ℃). 그것은 뜨거운 단조의 낮은 변형 저항과 콜드 단조의 높은 정밀도를 결합하며, 최근 몇 년 동안 개발 된 효율적인 과정입니다.
3. 외부 힘 로딩 방법 강력한 장비 의존성을 갖는 프로세스 유형을 결정합니다.
단조의 외부 힘 부하는 특수 장비에 의존하며, 다른 로딩 방법은 다른 프로세스에 해당합니다. 해저 위조는 "충격 하중"을 통해 빠른 변형을 달성합니다 (열린 다이 단조 및 작은 다이 단조에 적합). 프레스는 "정적 압력"을 통해 느린 하중을 적용합니다 (큰 다이 단조 및 정밀 단조에 적합). 롤 단조 기계는 "롤링 변형"(예 : 스틸 레일 및 샤프트)을 통해 긴 샤프트 부품의 형성을 달성합니다. 장비의 톤수와 정밀도는 최대 크기와 용서의 품질을 직접 결정합니다.
4. 이방성 기계적 특성이있는 완제품에서 명백한 "섬유 유량 라인"
단조에 의해 형성된 금속 섬유 유량 라인은 성분의 모양을 따라 분포되어있다 (예 : 크랭크 샤프트의 섬유 유량 라인은 크랭크의 모양으로 구부러진다). 유동선 방향을 따라 성분의 기계적 특성 (인장 강도, 충격 저항)은 횡 흐름 라인 방향의 것보다 훨씬 높습니다. 이 "anisotropy"는 캐스팅보다 우수한 핵심 특성 중 하나이며 설계에서 고려해야 할 핵심 요소입니다.
III. 핵심 프로세스 링크 및 단조 분류
단조 공정은 주로 "빌릿 준비 - 가열 - 변형 - 후속 처리"의 4 가지 링크를 포함하여 재료 특성, 제품 요구 사항 및 장비 기능을 기반으로 공식화해야합니다. 특정 분류는 다음과 같습니다.
(i) 핵심 프로세스 링크
1. 예비 준비 : 형성을위한 토대를 마련합니다
빌릿 선택 및 준비 : 완제품 크기에 따라 둥근 강철 및 사각형 스틸과 같은 빌릿을 선택하십시오. 빌릿 중량 오차가 ≤5%인지 확인하기 위해 톱질, 전단 등으로 빌릿을 자릅니다 (불충분 한 형성 또는 재료 폐기물을 피하기 위해). 차가운 단조 빌릿 (경도를 줄이고 가소성을 향상시키기 위해)에는 "구형 어닐링"이 필요합니다.
가열 : 뜨거운 단조 빌릿은 난방 용광로 (저항 용광로, 가스 용광로)의 목표 온도로 가열되어야합니다. 과열 (거친 곡물) 또는 연소 (심한 표면 산화)를 방지하기 위해 가열 속도 (빌릿 균열을 피하기 위해) 및 유지 시간 (균일 한 내부 온도를 보장하기 위해)을 엄격하게 제어하십시오.
2. 핵심 변형 : 모양 및 성능 제어 달성
단조 형성 : 가열 된 빌릿을 단조 다이 또는 단조 장비에 넣고 단일 또는 다중 하중을 통해 변형을 달성합니다. 오픈-다이 포지트는 노동자의 운영에 의존하여 모루에 빌릿을 형성합니다 (단일 피스 작은 배치 및 큰 부품에 적합). 다이 단조는 빌릿이 상단 및 하부 다이의 공동을 통해 형성되도록 강요한다 (중간 배치 및 복잡한 부분에 적합). 정밀 단조에는 고정밀 다이가 필요하며 Net-Net 자형 완제품을 직접 얻으려면 프레스가 필요합니다.
데 몰딩 및 트리밍 : 형성 후, 다이 단조가 꺼지고, "플래시"(변형 중에 공동이 넘쳐나는 과잉 금속)가 트리밍 다이를 통해 제거됩니다. 차가운 마모에는 "릴리스 에이전트 윤활"이 필요합니다 (다이 마모 및 빌릿 긁힘을 줄이기 위해).
3. 후속 치료 : 성능 및 정밀도 최적화
열처리 : 정상화 (곡물 정제), 담금질 및 템퍼링 (강도 및 강인성 개선) 및 단조 응력 및 제어 기계적 특성을 제거하기위한 요구 사항에 따라 퀀칭 템퍼링 (높은 경도를 얻음)과 같은 열처리를 수행합니다.
청소 및 마감 : 샷 피닝 (산화물 스케일 제거 및 표면 경도 개선), 산세 (세척 잔류 산화물 층) 등으로 표면을 청소합니다. 최종 치수 정확도를 보장하기 위해 정밀 부품의 연삭 및 밀링과 같은 후속 처리를 수행하십시오.
품질 검사 : 외관 검사 (표면 균열, 플래시 잔류 물), 차원 측정 (캘리퍼, 마이크로 미터), 비파괴 테스트 (내부 결함에 대한 초음파 테스트) 및 기계적 특성 테스트 (인장, 영향 테스트)를 통해 제품 자격을 보장합니다.
(ii) 특별한 단조 공정
파우더 단조 : 금속 분말을 빌릿으로 누른 다음 소결하고 단조합니다. 분말 야금 및 단조의 장점을 결합하여 고강도 및 복잡한 모양 (기어 및 베어링 슬리브)이있는 작은 부품에 적합합니다.
등온 단조 : 일정한 온도로 형성되며, 티타늄 합금 및 과금로와 같은 "형태하기 어려운 재료"에 적합합니다. 변형 저항을 줄이고 정확도 (예 : Aero-Engine Turbine 디스크)를 형성 할 수 있습니다.
액체 다이 단조 : 액체 금속이 다이에 주입되어 즉시 압력 을가합니다. 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금 성분 (예 : 자동차 휠 허브)에 적합한 주조 (복잡한 모양) 및 단조 (조밀 한 구조)의 장점을 결합합니다.
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