KAP 업종별기술세미나 11년 5월 #01

1. 2011년 단조 기술세미나
2011. 5.18~ 5.19
자동차 부품산업 진흥재단
www.kapkorea.org
단조 담당 이성근
(coldforging @ lycos.co.kr)

2. 차례
1. 단조불량과 원인
2. 생산현장에서의 불량유형
3. 단조공정의 해석

3. 1. 단조불량과 원인
1-1. 단조품정도에 영향을 끼치는 요인
1-2. 오차의 종류와 요인

4. 단조부품은 강도 및 신뢰성을 필요로 하는 부품에 사용되는 경우가 많기
때문에 특히 부품보증의 중요성이 높다. 품질보증의 기본적인 사고는
“ 품질을 공정 중에 만들어 넣는다.”는 것이다.
공정 중에 품질을 만들어 넣기 위해서는, 작업자의 움직임을 표준화시켜
적극적으로 실수를 방지하는 것과 자동화가 가능한 항목은 될수 있는 한
자동화를 하여 조건의 변동을 저감하는 것이 핵심이다.
형정비작업, 금형 교환 작업, 단조 작업 등 모든 작업의 순서와 작업요령을
정하여, 즉 작업을 표준화하여 품질에서의 산포 불량의 발생을 줄인다.

5. 1-1. 단조품정도에 영향을 끼치는 요인
단조품정도에 영향을 끼치는 요인은, 무수히 많으며 서로 복잡하게 얽혀져 있다.
제품정도에 영향을 끼치는 요인은 크게 재료, 소재, 프레스, 금형, 윤활제 및 성형으로
구분할 수 있다.
a)
b)
c)
d)
e)
재료(재질) 및 소재(형상)
프레스(설비)
금형
윤활제
성형

6. a) 재료 및 소재: 단조공정은 수차례의 공정을 거치며 제품이 되는 것이 보통이며, 최종공정을
포함하여, 각공정에서 얻을 수 있는 정도는 전공정의 정도에 크게 영향을
받는다.
따라서 출발점에 있는 재료의 성질 및 칫수정도에 크게 주의를 기울여야
한다. 성형응력이 높은 냉간단조의 경우에는 금형의 수명에도 영향을 끼치
므로 소재 형상정도의 확보를 고려하여야 한다.

7. b) 프레스(설비): 단조가공에서 가공중의 성형상태를 계측하여 그 즉시 피드 백을 하기는 곤란
하다. 따라서 단조프레스는 프레임 강성이 높고, 램의 습동정도가 정밀한 것을
사용하여 주변조건이 변동하여도 그 영향을 작게 할 필요가 있다.
프레임의 강성은 제품의 조도에도 영향을 끼칠수 있다.

8. c) 금형: 단조 시, 가공압력 및 온도상승에 따라 금형에는 탄성변형이 생기고, 또한 열부하가
가하여져 마모, 변형(주저앉음), 균열이 일어난다. 이런 현상들은 제품의 칫수변화 및
칫수의 산포로 나타난다. 따라서 대상으로 하는 제품정도 및 가공방법에 맞는 기계적
특성, 물리적 특성을 갖는 금형재료를 선정하는 것이 중요하다.

9. d) 윤활: 윤활의 양.부는 가공압력, 온도상승 외에 금형의 수명에 큰 영향을 끼치며 제품의
칫수정도를 좌우하므로 주의, 관리하여야 한다.

10. e) 성형 : 단조가공 시에는 반드시 열을 동반한다. 이 열에 의하여, 제품에 따라서는 문제가
되기도 한다. 따라서 고정도를 요하는 제품에는 성형속도(프레스 설비) 에도 고려를
하여야 한다.

11. 1-2. 오차의 종류와 요인
단조품의 칫수정도에 영향을 끼치는 요인은 대단히 많지만, 아레에서 단조작업에 있어서
의 요인에 관하여 살펴본다.
a). 고정적 오차요인
가공기계, 금형, 다이 셋트 등의 제작, 조립에서의 오차에 기인하는 가공오차로서 가공(단조)
개시 전의 무부하 시에 이미 오차를 지니고 있는 요인이다.
이 오차는 각작업의 정도를 높게하면 줄일수 있는 요인이다.
b). 정상적 오차요인
1 롯드의 가공작업 중의 평균적인 가공하중과 온도에 의하여 생기는 가공기계,
금형의 변형에서 기인한 오차이다. 예측이 가능하므로 기계의 스트로크 조정,
금형칫수의 보정 등으로 대폭적인 저감이 가능하다.
c). 시계열적 오차요인 (時系列的 誤差要因)
1 롯드의 작업 중에 서서히 변화하는 온도, 금형의 크리프 변형, 마모에 진행에
따라 생기는 가공하중의 변화 등에 기인한 오차이다. 이것에 대한 대책으로서
가공기계, 금형계의 예열및 냉각에 의한 온도변화의 억제, 온도 및 응력에 대하여 높은
강성을 지닌 금형재료의 사용, 금형표면의 표면처리, 성능이 뛰어난 윤활제의 사용등
마모의 저감 등이 있다.

12. d). 우연적 오차요인
주로 비렛트의 재질, 칫수, 형상, 가열온도, 윤활 등 개개의 산포에 기인하는
랜덤한 오차로서 예측이 힘들다. 우연적 오차를 억제하기 위하여 소재의 재질 및
칫수관리,비렛트의 절단길이(중량) 및 형상의 관리, 비렛트의 온도관리, 윤활조건의
관리가 중요하다. 질량 센서, 온도 센서 등을 이용하고 자동화를 하는 등, 작업의
균일화를 꾀하는 것이 유효하다.
a) 와 b) 의 요인은 비교적 용이하게 작게하는 것이 가능하다.
단조가공 프로세스에 있어서 칫수오차의 주된 요인은 시계열적 오차요인과
우연적 오차요인이다. 비렛트의 변형저항, 단조시의 온도와 그 분포, 마찰,
단조 시의 기하학적 조건 등의 변동은 단조하중과 금형표면의 가공압력분포
에 영향을 끼쳐서 가공기계, 금형계를 포함, 형충만 시의 단조품 및 이형 후의
단조품의 형상칫수를 결정한다.

13. * 여러가지 칫수오차
설비의 제작,조
립 오차에 의한
것
고정적 오차
작업중의 온도상승,공구
크리프,마모의 진행에
의한 것
가공하중,온도
에 의한 설비의
평균적인 변형
에 의한 것
시계열적 오차
정상적 오차
작업개시시
최소칫수
소재의 재질,칫
수,형상,온도,윤
활의 산포에 의
한것
우연적 오차
우연적 오차
롯드제조
평균상태
롯드제조
종료시
소성가공품칫수공차
최대치수

14. * 단조품의 품질을 분산시키는 요인
소재성분,열처리의불균일
윤활처리의 불균일
형, 프레스의 탄성변동의 불균일
재료변형저항의 변동
가공품의 스프링 백의 불균일
비렛트체적의 불균일
우
연
적
오
차
마찰계수의 변동
펀치와 다이의 편심 불균일
비렛트 형상뒤틀림,미교정
형재료 틈새의 변동
비렛트 가열온도의 불균일
형의 열팽창의 불균일
형재료 접촉면의 부정확
가공직전의 온도 불균일
금형온도의 경시변화
가공품의 냉각수축의 불균일
형, 재료의 온도변동
형치수의 경시변화
시
계
열
적
오
차
금형의 마모진행
형표면 거칠기의 불균일
금형표면의 소착
가
공
품
품
질
의
분
산

15. * 단조품의 정도에 영향하는 요인
성분의 산포
횡방향의 칫수정도
경도의 산포
소둔 조건
재료
진원도
종방향의 칫수정도
표면조도
중량의 산포
비랫트 형상
내외면의 동심도
단면평행도
대칭도
프레임의 강성
프레스
원통도
볼스타의 휨량
램, 볼스타의 평행도
진원도
습동면 클리어런스
작업조건
성형부의 마모
금형
성형부의 거칠음
휨
중심맞기 정도
탄성변형
윤활제
양의 과소
표면조도
양의 과잉
윤활제 부적합
금형에의 충만
성형발열
성형
비정상성형
재료유동
여유살
제품의
정도불량

16. *소성가공에서의 가공한도
가공한도를 지배하는 현상
1) 피가공재료의 파괴
2) 피가공재료의 잘록함
(인장파괴 전 변형) (くびれ)
3) 피가공재료의 좌굴
4) 제품품질의 불량
5) 가공기계. 공구의 변형과 파괴

17. *금속재료의 냉간 업셋팅 성 시험방법

18. *한계 업 셋팅율과 탄소당량( Ceq = C + 1/5 (Si + Mn) 과의 관계
-압연재 경우 Ceq가 0.26 이하, 구상화소둔재 경우 Ceq 0.55 이하인 재료에서는
업 셋팅율 80% 까지 갈라짐(크랙)이 발생치 않았다.

19. *각종 탄소강 선재의 변형저항곡선

20. *각종강의 각종상태에 대한 변형저항 곡선

21. D:기계프레스에 의한 동적 업 셋팅
S:재료시험기에 의한 동적 업 셋팅

22. 2. 생산현장에서의 불량유형
2-1. 불량의 유형과 대책
2-2. 공정개선 사례

23. *단조공정 중의 관리 항목
재료
-치수
-휨
-상처
절단
Heating
Hot/Warm -온도
Forging
-시간
-치수
-중량
(절단면)
Cold
Forging
Heat
Treatment
-온도
-시간
-분위기
윤활 처리
-액 농도
-온도
-시간
-부착 상태
Forging
-제품치수
(결함의 유무)
-온도
-성형하중
-금형온도
-윤활제의 농도
-윤활제 도포량
-금형 마모
-금형 갈라짐
Heat Treatment
-온도
-시간
-분위기
-변형

24. 2-1. 불량의 유형과 대책
열간단조 중의 대표적인 불량과 대책
명칭
발생 상태
원인
대책
결육
두께, 굵기 등
의 부족
금형 설계
소재중량 부족
금형 조도
형상 부적합
윤활제의 질과 양
스케일 제거 불량
재검토
절단공정 안정화
조도관리,수명관리
재검토
적정 조건 설정(금형온도)
제거방법 변경
겹침
표면부의 겹침 작업 부주의(적재)
금형 조도
소재 부적당
가압 상태
스케일 흠
스케일로 인한 가열공정 이상
온도와 속도 검토
흠
단조 중 스케일 제 재가열품의 구분
거 불충분
제거 방법의 강화
적재 기준면 설정
조도관리,수명관리
재검토
단조공정 재검토
<불량은 재료에 의한 불량, 단조에 의한 불량, 열처리에 의한
불량이 있으며, 서로 연관성을 가지고 있다.>

25. 열간 형단조품의 불량 유형 (유형별 점유율 %)
58, 10%
53, 9%
결육
74, 12%
겹침
316, 53%
찍힘
99, 16%
스케일
기타
사별
결육
겹침
찍힘
스케일
기타
A-1
A-2
B-1
B-2
C
D
합계
63
61
30
47
62
53
0
13
34
37
15
0
9
8
25
12
8
12
14
6
0
0
15
18
14
12
11
4
0
17
316
99
74
53
58

26. 열간 단조 A 사
3,500
70.0
3,000
60.0
58.7
2,500
50.0
2,000
40.0
1,500
30.0
1,000
20.0
14.0
500
13.5
크랙, 겹침
찍힘
1.1
0.6
0.0
결육, 스케일
소재
변형, M/M
트리밍
유형
결육, 스케일
크랙, 겹침
찍힘
소재
변형, M/M
트리밍
단능
불량수량(EA)
3,311
788
324
2
366
32
61
점 유 율(%)
58.7
14.0
5.7
0.0
6.5
0.6
단능
기타(형타,시
타,중량,검사)
1.1
18 , 7%
6 , 2%
6 , 2%
- , 0%
-,
0%
결육
- , 0%
찍힘
CRACK 겹침
157 , 63%
22 , 9%
기타 형타
1,000 T.P
기타 시타
기타(형타,시타,중량,검사)
TOTAL
13.5
100
4 , 1%
- , 0%
월간생산량
541,000 (EA)
10,432 ppm
결육
M/M 변형
- , 0%
찍힘
3 , 0%
CRACK 겹침
84 , 13%
393 , 61%
소재
단능
- , 0%
9 , 1%
45 , 7%
0.0
5,644
760
트리밍
스케일
8 , 3%
41 , 6%
M/M 변형
34 , 14%
10.0
6.5
5.7
0
트리밍
소재
스케일
49 , 8%
20 , 3%
단능
기타 형타
1,600 T.P
기타 시타

27. 100
열간 단조 B 사
510 , 11%
13, 4%
38, 12%
1,553 ,
34%
1,118 ,
25%
112, 37%
겹침
겹침
결육
결육
143, 47%
찍힘
1,329 ,
30%
기타
기타
불량유
형
1월
2월
3월
4월
5월
6월
7월
8월
9월
겹침
325
267
295
243
156
52
29
13
173
0
0
0
겹침
결육
278
73
98
134
211
46
237
89
163
0
0
0
찍힘
231
31
146
196
169
33
112
147
53
0
0
기타
0
2
2
43
94
7
5
121
236
0
합계
834
373
541
616
630
138
383
370
625
0
유압 함마
찍힘
10월 11월 12월
불량유형 1월
2월
3월
4월
5월
6월
7월
8월
9월
17
36
28
21
0
2
4
0
4
결육
11
33
81
11
0
0
1
0
6
0
찍힘
3
11
8
1
0
3
6
0
6
0
0
기타
2
0
8
3
0
0
0
0
0
0
0
합계
33
80
125
36
0
5
11
0
16
1,300 T.P
10월
11월
12월
0
0
0

28. 열간 단조 C 사
313 ,
15%
열간 단조 D 사
304 ,
15%
37, 17%
결육
1,266 ,
62%
찍힘
결육
40, 18%
115, 53%
찍힘
스케일
겹침
168 , 8%
스케일
기타
25, 12%
결육
2,532
결육
115
찍힘
336
찍힘
25
스케일
626
스케일
40
겹침
608
기타
37
Press 전체(11월)
1,350 T.P (1월)

29. 냉간단조 중의 대표적인 불량과 대책
명칭
발생 상태
원인
대책
초품 불량
(형상, 칫수)
두께, 굵기 등
의 치수 불량
초기 장착 불량
설비, 금형의 워밍 업
윤활제의 부적합
장착의 표준화(셋팅 일지 등)
적정 위밍 업 파악(별도 관리)
윤활제의 재검토, 수명 관리
공구 파손
공구 파손
공구 지지부의 유격
수명의 관리
공구의 설계
공구 액세서리의 수명 관리
공구 수명 관리
재검토
편심
펀치, 다이부
의 동심 (규격
초과)
설비의 유격
공구의 설계
절단면
윤활제의 부적합
설비의 정도 유지
재검토
나이프 정도 관리
윤활제의 재검토, 수명 관리
<불량은 재료에 의한 불량, 단조에 의한 불량, 열처리에 의한
불량이 있으며, 서로 연관성을 가지고 있다.>

30. 냉간 단조품의 불량 유형 (유형별 점유율 %)
냉간 단조 A 사 (파츠 포마 / 닛플, 샤프트 / 년간)
6,993, 6%
7,723,
6%
10,915,
9%
형상
치수
77,399,
63%
크랙
동심
기타
19,829,
16%
유형
형상
치수
크랙
동심
기타
개수
77,399
19,829
7,723
6,993
10,915
점유율
63
16
6
6
9

31. 냉간 단조 B 사 (프레스 / 샤프트, 기어 /월간)
4,000
120
3,500
90
3,000
82
2,500
2,000
100
99
97
100
80
60
55
1,500
40
1,000
20
500
0
0
단조결육
설비
1,000 T.P
800 T.P
630 T.P
250 T.P
합계
단조결육
363
42
2,969
0
3,374
치형찍힘
치형찍힘
0
0
1,667
0
1,667
금형파손
금형파손
0
1
423
54
478
기종교환
기종교환
4
29
335
78
446
소재불량
소재불량
20
0
54
2
76
기타
기타
4
1
61
34
100
합 계
391
73
5,509
168
6,141

32. 냉간 단조 C 사 (볼트포마,헷다 / 스크류, 볼트, 리벳 / 월간)
120
25,000
100
88
100
99
94
20,000
80
15,000
60
10,000
46
40
5,000
20
0
0
자리면불량
외관
찍힘
금형파손
형상
구 분
자리면불량
외관
찍힘
금형파손
형상
합계
불량수량
19,759
18,200
2,777
2,330
45
43,111
점유율
46
42
6
5
1
100

33. C
D
A
P
우리회사의 불량은 어떻습니까 !!!
-유형, 원인 분석, 대책 실시…는 이루어지나요 !!!
아니면 집계 만 하시나요 !!!

34. 머리 두께의 치수 변화 (냉간 포마)
32 분
* 신장비, 신금형, 신 소성가공유 조건에서 안정화 시간 약 32 분 소요됨

35. 컵 바닥 두께의 초기 변화 (냉간 포마)
컵 바닥 두께 측정
n= 16 , 규격 3.5 ±0.3
3.7
3.6
n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
평균
최대
최소
차이
치수
3.67
3.46
3.53
3.49
3.54
3.36
3.45
3.37
3.37
3.43
3.35
3.34
3.42
3.38
3.42
3.36
3.43375
3.67
3.34
0.33
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
1
2
3
4
5
작업 초기 5분 간격 샘플링 실시
단조 속도 40 spm / 333 mm/s
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

36. 컵 내외경 동심치수의 변화 (냉간 포마)
컵 동심 측정
0.6
0.5
n= 16 , 규격 0~0.3
0.4
n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
평균
최대
최소
차이
치수
0.12
0.48
0.49
0.51
0.11
0.17
0.04
0.06
0.1
0.12
0.06
0.13
0.09
0.07
0.08
0.15
0.17375
0.51
0.04
0.47
0.3
0.2
0.1
0
1
2
3
4
5
6
작업 초기 5분 간격 샘플링 실시
단조 속도: / 40 spm / 333 mm/s
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

37. ▣ CONNECTOR F469 치수변화 측정 보고서
항목
내경 깊이
SPEC
16.4~16.8
내경깊이
동심도(2곳)
0.2
제품사진
■ 생산 가동 시간별 치수 변화(깊이/동심도) 확인
■ 작성자:양영길
동심도(2)
동심도(1)
■ 측정일:2010.05.13 (오전)
검사항목
SPEC
초품
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Ave
내경 깊이
16.40~1
6.80
16.68
16.68
16.67
16.68
16.66
16.66
16.64
16.64
16.64
16.63
16.63
16.64
동심도(1)
0.2
0.06
0.06
0.07
0.07
0.06
0.08
0.09
0.08
0.07
0.10
0.08
0.08
0.08
동심도(2)
0.2
0.07
0.08
0.08
0.08
0.07
0.10
0.10
0.09
0.09
0.13
0.10
0.09
0.09
16.65
시간: (분)
내경 깊이
동심도(1)
동심도(2)
F469 내경 깊이 추이도
F469 Ø16.4 부 동심 추이도
F469 Ø16.4 부 동심 추이도
0.15
0.15
16.60
16.50
SPE C 범위
0.20
SPE C 범위
0.20
16.70
SPE C 범위
16.80
0.10
0.05
16.40
0.05
0.00
초품
5
10
15
20
25
30
35
40
45
시간(분)
50
55
0.10
0.00
초품
5
10
15
20
25
30
35
40
45
시간(분)
50
55
초품
5
10
15
20
25
30
35
40
45
시간(분)
‘초품 ~ 25분’ 까지 치수 변화 나타나며,
‘초품 ~ 20분’ 까지 Max 0.07(동심도) 수준이며,
‘초품 ~ 20분’ 까지 Max 0.07(동심도) 수준이며,
30분 후부터 ‘깊이’ 산포가 안정적으로 유지됨 .
25분 후부터 동심변화가 Max 0.10 까지 나타남.
25분 후부터 동심변화가 Max 0.10 까지 나타남.
50
55

38. 플레쉬 칫수의 변화 (열간 프레스)

39. 단조 조건 확인 : 플레쉬 두께 확인
목표: 4.5mm <당초: 3.5mm>
1
4.90
31
4.40
61
4.5
2
4.90
32
4.40
62
4.6
3
4.90
33
4.40
63
4.6
4
5.00
34
4.40
64
4.65
5
5.00
35
4.50
65
4.65
6
5.00
36
4.50
66
4.6
7
4.95
37
4.45
67
4.65
8
4.90
38
4.45
68
4.65
9
4.80
39
4.40
69
4.75
10
4.80
40
4.40
70
4.8
11
4.80
41
4.40
71
4.75
12
4.80
42
4.30
72
4.65
13
4.80
43
4.30
73
4.6
14
4.80
44
4.30
74
4.6
15
4.80
45
4.30
75
4.6
16
4.80
46
4.35
76
4.7
17
4.80
47
4.35
77
4.8
18
4.70
48
4.30
평균
4.569481
19
4.70
49
4.25
최대
5
20
4.70
50
4.25
최소
4.1
21
4.65
51
4.30
차이
0.9
22
4.60
52
4.10
23
4.60
53
4.10
24
4.60
54
4.30
25
4.60
55
4.30
26
4.50
56
4.40
27
4.50
57
4.40
28
4.40
58
4.40
29
4.40
59
4.40
30
4.40
60
4.50

40. 단조 조건 확인 : 단조온도
목표: 1,250 ˚ C
소재온도 측정
측정일 10년 7월 15일 오후 4시
측정자
단위 ˚C
NO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
온도
1272
1247
1271
1254
1273
1258
1259
1288
1285
1269
1284
1271
1286
1290
1274
1276
1269
1279
1271
1254
1281
1277
1279
1274
1281
1279
1278
1276
1287
1276
NO
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
평균
최대
최소
차이
출력
속도
온도
1248
1275
1293
1288
1280
1273
1273
1291
1270
1271
1271
1258
1276
1289
1287
1274
1292
1258
1271
1237
1257
1283
1273.409
1293
1237
56
638
280
소재와 코일간 매칭율 비교
-소재 SM45C , ø45 / 코일: ø50 = 단면적 매칭율 81 %
A) I.H: 3 KHz (1600 Ton) 가열재료경 ø 55 매칭비 0.840 설정치 :이송 210 mm/min
전압 413 KV

41. 재가열품 및 오버히팅품의 관리는 !
-재가열품의 관리는 ! (별도 롯드로 관리)
-오버 히팅품의 관리는 ! (온도기록지 관리)

42. *소재의 온도분포
Hydraulic press : 25 mm/s
Initial billet dimension Height = 60 mm, Diameter = 60mm
Initial temperatures
Billet = see below, Die = 200 C
% Reduction in heigh 50% (30 mm)
Points Used for the
Stroke Vs Temperature
Graph
#1 Blue Line
#2 Red Line
#3 Pink Line
Case A
AISI 1035, Billet temp = 1000 C

43. 소재와 코일 매칭율과 온도산포
A) I.H: 3 KHz (1600 Ton)
가열재료경 ø 55
C) I.H: Fuji 2 KHz (1000 Ton)
매칭비 0.840
가열재료경 ø 50
설정치 :이송 210 mm/min
전압 413 KV
매칭비 0.925
설정치 :이송 600 mm/min
전압 915 KV
B) I.H: 2 KHz (1600 Ton)
가열재료경 ø 50
C) I.H: Misutbishi 3 KHz (1000 Ton)
매칭비 0.694
가열재료경 ø
설정치 :이송 200 mm/min
전압 670 KV
42 매칭비 0.766
설정치 :이송
7 20mm/min
전압 680 KV

44. 온도의 산포
항목/회수
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
min
max
range
AVG
설정온도
1,200
1,200
1,200
1,200
1,200
1,200
1,200
1,200
1,200
1,200
히트출구
1,258
1,261
1,259
1,247
1,268
1,265
1,258
1,267
1,265
1,259
1,247
1,268
21
1,261
롤링전
1,218
1,211
1,229
1,210
1,218
1,223
1,225
1,220
1,217
1,218
1,210
1,229
19
1,219
롤링후
1,119
1,149
1,120
1,130
1,120
1,124
1,125
1,132
1,121
1,129
1,119
1,149
30
1,127
단조후
1,053
1,063
1,070
1,039
944
1,046
1,071
967
1,054
1,071
944
1,071
127
1,038
RANGE
205
198
189
208
324
219
187
300
211
188
187
324
137
223

45. 각 공정의 대기 시간 => 온도의 산포 <동영상 분석>
코이닝
형타
히타
17.07
17.61
10.70
14.16
23.93
11.59
18.70
9.09
10.47
32.02
7.67
10.68
21.54
7.51
7.53
6.61
12.75
6.58
△ t (최대값-최소값)
코이닝
형타
17.86
17.35
히타
1.12

46. 스미토모 계산 예 (온도 변화에 따른 항장력 값 차별 적용, 형상 계수 참조요)
당사 측정값
항목/
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
min max range AVG
회수
설정온
도 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200
히트출
구 1,258 1,261 1,259 1,247 1,268 1,265 1,258 1,267 1,265 1,259 1,247 1,268 21
1,261
롤링전
1,218 1,211 1,229 1,210 1,218 1,223 1,225 1,220 1,217 1,218 1,210 1,229 19
1,219
롤링후
1,119 1,149 1,120 1,130 1,120 1,124 1,125 1,132 1,121 1,129 1,119 1,149 30
1,127
단조후
1,046 1,071 967
1,054 1,071 944
1,071 127
1,038
219
211
324
223
1,053 1,063 1,070 1,039 944
RANG
E 205 198 189 208 324
187
300
188
187
137

47. 전장 비교 (5초 텀 對 노멀 작업분)
판
정
범
○
△
x
례
Cpk≥1.67
1.67＞Cpk≥1.33
Cpk＜1.33
합 격
보 통
불 합 격
5초 텀 Cpk = 1.78 <트리밍,코이닝 별도>
노멀 작업분 Cpk = 0.21<트리밍,코이닝 동시>

48. 동시/개별 코이닝품 비교 <101129 작업분>
추정원인: 상하형의 흔들림 (다이 홀다 및 프레스 정도)
온도의 산포
안착 불량 (동시와 각각 작업 시)

49. 금형 이력관리
-금형개선을 위한 기본 데이터
-생산계획 시 기본 데이터
-견적원가 작성 시 기본데이타
-금형수급을 위한 기본데이타

50. Mold
problems
Factor of mold life time
design
surface
material
Different
material
impurity
Sudden
Change of shape
machining
Surface
roughness
Steel selection
Hole location
Shape of
carbide
heat surface
treatment
Cutting
condition
Grinding
condition
Arc machining
condition
tempering
condition
Surface treatment
condition
quenching
condition
Surface treatment
selection
accuracy
Machihing
pressure
Machihing
velocity
Life
time
setting
Lubricant
selection
Surface
roughness
Lubricant
supply
shape
hardness
processing
machine
apparatus
of mold
lubrication
Usage
problems
machined
material
N. Nihira

51. 설계 데이터 베이스 화 (자료 정리 활용)
-설계기술의 체계적인 정리와 활용
-In my pocket !
-견적 및 유사품의 설계 시 적극 활용

52. -공정도의 활용
단조 담당 이성근
(coldforging @ lycos.co.kr)

53. * 강의 열간, 온간, 냉간 형단조의 비교
비교 항목
열간 단조
단조 온도 ( ° C)
1000 ~ 1250
온간 단조
750 ~ 850
냉간 단조
300 ~ 500
변형 저항 (하중)
버(Burr) 생기는
방식
단조 압력
낮음
낮음
조금 높음
형상
복잡
복잡
복잡한 형상
있음
조직
조대화
탈탄층 (mm)
치
수
정
도
불필요
성형 방법
제
품
없음
전처리
단
조
小
가공 한도
재
료
中
상온 (常溫)
大
0.3 ~ 0.4
0.10 ~0.25
금형의 규제 (mm)
± 0.5 ~ ± 1.0
± 0.05 ~
± 0.15
± 0.05 ~
± 0.15
± 0.025 ~ ± 0.1
두께 (mm)
± 1.0 ~ ± 2.0
± 0.25 ~
± 1.0
± 0.25 ~
± 1.0
± 0.20 ~ ± 1.0
편육 (mm)
0.7 ~ 1.0
0.10 ~ 1.40
0.10 ~ 1.40
0.05 ~ 0.20
없음
있음
불필요
있음
소둔, 구상화 등
-압출 방식
-버 (Burr) 생기는 방식
-밀폐 방식
미세화, 급냉 조직
없음
-압출 방식
-버 (Burr) 생기는 방
식
-밀폐 방식
높음
복잡한 형상 있음
미세화
없음

54. * 단조 온도를 결정하는 예
품질,코스트 관점
단조력의 계산
재종
C : 구속 계수
σ: 변형 저항
S : 투영 면적
제품
형상,
치수
기계적 성질
정도
표면 품질
F = C·σ·S
C= 2 <개방형>
C= 5 <반밀폐형>
C= 8 <밀폐형>
온도와 변형저항의 관계에서
W＞F 되는 온도
YES
설비
능력
W＞F
W
가공 속도
가열 온도
윤활제
<단조 시
갈라짐>
NO
NO
W＜F
=
변형능이 큰 온도
YES 금형 정도
변형능
자유 단조
형단조
열간 단조
온간 단조
냉간 단조
설비
생산량
코스트
YES
생산 시스템에서의
단조온도의 적정화
변형능
<단조 시
갈라짐>
NO
단조법
변형 공정
소재 형상
소재의 전처리
강종 재선택
·
·

55. *일본업체의 개선 예
(4) 형온도의 관리치 검토
랭크 A (양품) 과 랭크 C (결육품) 의 기여도가 높은 중앙부 형온도
에 대하여 온도 데이터를 조사하였더니, 어느 온도 T1 ˚C 를 경계로
하여 그 이하의 온도에서는 결육이 발생되는 것을 알수 있었다.
참조:형기술 10년 7월호 (일본국)

56. 5. 대책 입안
(1) 가공점의 형온도 안정화
형온도가 언제 T1 ˚C 이하로 되어 있는가를 조사하여 다음의 2 가지
를 알게 되었다.
① 단조작업 초기에 T1 ˚C 를 밑도는 경우가 있다.
② 부위에 따라 산포가 크고, 조금 변화되어도 관리치를 초과한다.
우선 ① 이 일어나는 원인은 형예열 시에, 직접 형온도를 체크하여야
하지만, 실제의 현장에서는 시간을 기준으로 형예열을 하고 있었다.
특히 설비의 이상정지가 발생하였을 경우, 정해진 시간의 예열도
무시되는 경우가 있었다.
그래서 금번에 금형의 중앙부에 접촉온도계로 측정하고 히타(금형예열)를
제어하도록 하였다. (그림 4 (a))

57. 다음의 ② 의 원인에 대하여, 형온도는 재료에서의 입열과 형윤활에
의한 냉각의 바란스로 결정되지만, 종래의 형윤활은 균일한 도포를
위하여 분사노즐의 배열을 균일 피치로 배열하였다.
따라서, 이번에는 최적의 형윤활의 위치와 양을 CAE 로 산출하여
형에 맞는 노즐 배열이 되도록 형윤활 노즐 헤드를 설계하였다.
(그림 4 (b))

58. (2) 재료 온도 산포의 저감
결육 불량 발생시의 재료온도를 조사하여 그림 5 (a) 에서와 같이
산포가 큰 것을 알수 있었다.
원인은 아래와 같다. 재료가열 히타는 설비가 정지시, 재료를 천천히
이송하는 보온상태로 된다.
이 때, 중간 로라부를 천천히 이동, 불균일한 방열을 하기 때문이다.
대책으로 중간로라와 간섭이 없는 범위에서 단열 커버를 설계, 설치
하였다.

59. 윤활제의 관리

60. 윤활제의 관리

61. 윤활제의 관리

62. 윤활제의 관리 <점도의 관리>

63. *냉간단조의
윤활
강의 압출가공이 가능한 것은 인산염 피막
에 의한 윤활이다. 따라서 윤활은 냉간단조
에 있어서 가장 중요한 요소이다. 재료와 형
과의 마찰력 감소는 가공하중의 감소와 가
공도를 높일 수 있으며, 형수명을 길게 하
는 중요한 이점이다.
단조하중에 관계하는 윤활의 영향
(전방압출의 경우, Clearing Machine Corp.)
단면 감소률
(%)
펀치의응력
(Kg/mm2)
무윤활
인산염피막
-얇게
-두껍게
20
208
전개소에 깊은 상처 발생
20
20
190
136
-
40
164
전개소에 깊은 상처 발생
잔류피막(인산염피막)
무윤활
인산염피막
-얇게
-두껍게
40
40
152
146
-
60
-
금속
무윤활
인산염피막
-얇게
-두껍게
60
60
148
139
무윤활
인산염피막
-얇게
-두껍게
85
-
단조 실패
85
85
183
단조 실패
-
탕용분(윤활피막)
금속비누층
(인산염피막+윤활피막)
표면의 상태
비고
단조 실패
전개소에 상처 발생
-
* 탄소량이 작을수록, 니켈/크롬 함유량은 많을수록 인산염피막 중량이 작아지므로
주의를 하여야 한다.

64. *온도에 따른 마찰계수
0.45
0.4
0.35
소재 온도
0.3
상온
900°C
마찰 계수 μ
0.25
1000°C
0.2
1100°C
1200°C
0.15
1300°C
0.1
0.05
0
25°C
50°C
100°C
150°C
금형 온도
200°C
250°C
300°C

65. 2-2. 공정개선 사례
개선 예 1 (냉간단조 펀치 형상 해석)
추 진
2
공정 개선
테
마
추 진
내 역
비
고
-2. 내경 수축 개선
-재질별 변형율별 집계
-펀치의 사용조건 재정립
목표: 현상의 원인분석 및 대책
결과: 수축 원인 의 분석(참조 자료 제시)
최적의 펀치 형상의 추정 제시
(소성 시뮬레이션 분석)
완료
A형
B형
B형

66. Cup 성형 시 성형속도와 칫수의 관계(원형 닛풀)
성형 : 단조가공을 행하면 반드시 열이 수반된
다. 이 열에 의한 변형이 제품에 따라서는
문제가 된다.
아래 그림은 냉간단조의 후방압출 가공에서
컵 형상의 부품을 만드는 경우에 가공속도에
의한 내경 형상이 변화하는 모습을 나타내었
다. 가공속도가 빠를수록 가공 후 냉각수축에
의하여 내경 칫수가 작아지고, 또한 내경 칫수
가 축 방향으로 크게 변화하는 것을 알 수 있
다. 따라서 높은 제품 정도가 필요한 경우에는
성형속도(프레스 설비) 선택에 배려가 필요하
다.

67. 조건: S45C, C/Press, 40 spm
370mm/s, 주위 20 °C
공구마찰 0.12
스트로크 5공정 10mm
결과: max 709 °C
33.3 Ton
(Z 축 기준)
A형

68. 조건: S45C, C/Press, 40 spm
370mm/s, 주위 20 °C
공구마찰 0.12
스트로크 5공정 10mm
결과: max 655 °C
35.4 Ton
(Z 축 기준)
B형

69. 개선 예 2 (단조 중 스케일 제거)
개선전
열간단조 스케일 불량 감소
-단조 시 스케일 미제거
-재가열품 숏트 미실시
개선후
단조중 에어로 스케일 브로잉 실시
-업 셋팅 공정 삽입 불가(베드 면적소)
-재가열품 숏트 실시

70. 개선 예 3 (플래쉬 적정량 확인)
개선전
개선후
바리의 유동과 크기 확인
-바리의 유동
-적정 바리의 확인
高
바리의 메커니즘 이해(바리의 역할)
-바리의 크기 확인
-적정 바리보다 적음 (수율 향상)
절단 A
高
低
절단 A
低
高
高
절단 B
低
低
두께 : 계산치 0.93mm,제품치 1.47~2.6mm / 계산치 1.134mm,제품치 2.135mm
폭 : 계산치 20mm, 제품치 15mm
/ 계산치 22mm 제품치 17mm
하중 : 계산치 476 Ton
/ 계산치 465 Ton
■ 바리 두께 h는 다음의 실험식 (M. W. Afansjew 의 식) 으로 구할수 있다.
AS 또는 h = 0.01 DS
h = 0.015
( A S 는 사상타 투영 면적, DS 는 원형단면의 경우 사상타 직경 )

71. 개선 예 4 (이형제 조건 표준화)
개선전
개선후
열단윤활방법 개선
-희석비 재설정
-자동 분무안 강구
-분무기 개선안 강구
윤활 메커니즘 이해
-희석비 설정 (1:8)
-스케일 브로잉 실시
가스 발생
소재의 진입
폴리머 결정
액체
산화막
백색계에 의한 윤활 금형
1.금형표면,산화막 위로 고분자의 결정이 형성된다.
2.소재의 집입에 따라 열과 압력에 의하여 포리머는
일부 용해되어 액체윤활제로 된다.
3.잔류 폴리머는 분해, 가스를 발생하며, 가스는 이형
력을 제공한다.

72. 개선 예 5 (냉간단조품 전처리 개선)
품 명 : SHAFT
내 용 : 두부 연삭 후 미세CRACK 발생
개선: - CRACK 유형 분석
- SA 전 Normalizing 실시
(변형능 증대 효과)
내경에서 외경 방향으로
CRACK 발생
구상화처리법에는 여러가지 방법이 있으나
일반적으로 AC1 직하의 온도로 장시간 가
열하거나 또는 AC1 직상과 직하의 온도로
가열과 냉각을 몇 번 되풀이하여 탄화물을
界面張力의 작용으로 구상화시킨다. 특히
망상 Fe3C(Cementite) 를 완전히 없애고
충분한 구상화를 하기 위해서는 전처리로
서 燒準(Normalizing)을 하면 좋다.

73. CRACK 유형 분석
SEM 분석 - 표면
 표면 상태에서 명확한 균열의 형상은 관찰되지 않음.
1) 고주파 소입 된 부위로써 통상적인 열처리 결함 일 경우 균열의 형상이 관찰되나
결함의 폭이 매우 미세하여 긁힘과 같은 형상과 구별되지 않음.
2) 표면에 형성된 이물질에서 개재물 성분은 관찰되지 않으며, 가공 후 형성된 산화
물로 판단됨.

74. 개선 예 6 (냉간단조품 전처리 개선)
Gear Shaft 결육
가공 후 제품
1.스플라인부의 흑피부는 동심확보 부족이 원인 임
2.가공 전 휨량의 규제 여부 및 확인 필요
개선: 요인 분석<제3 기관 검증 실시>
-단조품은 규격 만족
동심도 측정 결과
편심으로 인한
과다 가공부
흑피부
측정기관: 고정밀계측기술센터 (경기공업대학 내)
측정기기: 3 차원 좌표 측정기 (08.6.17 실시)
결과: 양호 (측정항목 12,15,8,9의 동심도 규격 0.3 mm)
측정치 0.1630~ 0.1657 mm

75. 개선 예 7 (헷다 절단 품질 향상)
커터의 수동연마
커터의 연마 방법 개선
-수동 탁상 구라인더를 사용
-정밀한 연마 불가
-수동 탁상 구라인더->지그를 이용하여 정확한
각도 확보
-재질별 적정 크리어런스 부여

76. 개선 예 8 (가공유 관리)
1. FM 오일 교체 및 탱크, 필터류 청소 필요
2. 외 헤다 및 포마류 오일 필터류 점검 청소 실시 필요
슬럿지 (탱크 하부)
원심형 필터의 슬럿지
셕숀 필터의 모습
(피막 가루 스럿지)

77. 포마 오일 교체 및 설비,필터류 청소 실시
- 소성가공유 신유 #$%#@ 6 D/M
개선 전
개선 후

78. 개선 예 9 (동심도 향상)
기존품
C
L
Based on Punch Diameter,
dP
• Flat Diameter,
d f  d P  [ 2 R  ( 0.2 ~ 0.3 )d P ]
• Included Face Angle,
2  160 o ~ 170 o
• Punch Land,
l  0.3 ~ 0.7  d P

R
df
l
• Punch Radius,
R  0.05 ~ 0.1  d P
• ReliefoAngle,
  4 ~ 5o
2
dp
Punch design recommended by ICFG [6]

79. 개선 예 10 (찍힘 방지)
낙하 시 찍힘을 방지키 위한 방법들

80. 개선 예 11 (금형예열 조건향상)
금형 예열기의 개선 사용 모습과 생산 제품

81. 개선 예 12 (스케일성 결육 개선)
에어 노즐 위치 개선
에어 노즐 위치 수정

82. 개선 예 13 (결육 개선)
이형제 분사 수동 작업 (2인)
이형제 분사 자동화 완료

83. 개선 예 14 (가열조건 개선)
개
선
전 (편차)
1
2
3
4
5
6
7
8
평균
상
1294
1289
1295
1296
1290
1295
1290
1289
1292
하
1174
1170
1172
1180
1168
1172
1165
1170
1171
편차
120
119
123
116
122
123
125
119
121
개
수냉식 스키드
선
후 (편차)
인코넬 스키드
1
2
3
4
5
6
7
8
평균
상
1236
1247
1251
1243
1237
1229
1234
1228
1238
하
1190
1231
1211
1189
1182
1180
1190
1184
1207
편차
46
16
40
54
55
49
44
44
31

84. 개선 예 15 (이형제 분무조건 개선)
-희석비, 분무량, 분무 방법 등
상금형온도변화
열간단조 작업 시 금형 온도 변화
350
300
온도값
250
금형예열
200
계열1
150
계열2
100
상:120
50
단
하:190
위:℃
0
1
작업 경과 시간 30분
금형구분 단조후
2
3
4
비고
금형구분 단조후
이형제분
온도변화
사후
140
30
320
하금형
170
2 상금형
300
210
90
하금형
150
110
40
3 상금형
310
220
90
하금형
190
120
70
4 상금형
300
220
80
하금형
180
130
50
5 상금형
290
240
50
하금형
170
100
70
6 상금형
280
200
80
하금형
150
110
40
7 상금형
300
210
90
하금형
160
120
40
8 상금형
315
240
75
하금형
160
130
30
9 상금형
1
상금형
0
평균
280
220
60
하금형
150
100
50
310
230
80
하금형
160
120
40
78.5
46
300.5
222
164
118
최대
320
240
190
100
최소
280
210
150
140
7
8
9
10
비고
하금형온도변화
온도값
1 상금형
6
측정회수
단위:℃
이형제분
온도변화
사후
230
90
5
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
계열1
계열2
1
2
3
4
5
6
측정회수
7
8
9
10

85. 열간단조 작업 시 금형 온도 변화
상형
하형
단조작업 후
단조작업 후
이형재 분사후
이형재 분사 후
100
160
140
80
120
60
100
80
60
40
40
20
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
- 차 종 : GENIII-1.6/1.8
- 품 명 : CON-ROD
- 작 업 경 과 시 간 : 20분
금형 구분
단조후
1
상 형 금 형
140.7
이형제
분사후
112.7
2
상 형 금 형
134.8
107.3
3
상 형 금 형
140.2
110.2
4
상 형 금 형
143.6
5
상 형 금 형
132.6
6
상 형 금 형
7
단위: ℃
금형 구분
단조후
28
하 형 금 형
87.4
이형제
분사후
71.2
27.5
하 형 금 형
88.3
73.3
15
30
하 형 금 형
88.4
75.2
13.2
107.5
36.1
하 형 금 형
88.3
73.5
14.8
108.1
24.5
하 형 금 형
89.9
70.1
19.8
129.7
111.2
18.5
하 형 금 형
86.9
69.3
17.6
상 형 금 형
129.6
109.4
20.2
하 형 금 형
89.5
74.9
14.6
8
상 형 금 형
128.7
109.9
18.8
하 형 금 형
86.5
68.2
18.3
9
상 형 금 형
129.7
111.1
18.6
하 형 금 형
91.4
75.9
15.5
10
상 형 금 형
135.1
110.1
25
하 형 금 형
88.6
73.2
15.4
※ 상형 금형 평균
134.47
109.75
24.72
※하형 금형 평균
88.52
72.48
16.04
상형 금형
최대온도
143.6
112.7
30.9
하형 금형
최대 온도
91.4
75.9
15.5
상형 금형
최소 온도
128.7
107.3
21.4
하형 금형
최소 온도
86.5
68.2
18.3
1344.7
6
온도 변화 비 고
885.2
온도 변화
16.2
비고
7
8
9
10

86. 열간단조 작업 시 금형 온도 변화
상형
단조작업 후
하형
이형제 분사 후
단조작업 후
이형제 분사 후
84
70
82
60
80
78
50
76
40
74
72
30
70
20
68
66
10
64
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
62
10
1
2
3
4
5
- 차 종 : KAPPA-1.2L
- 품 명 : CON-ROD
- 작 업 경 과 시 간 : 1시 간
단위: ℃
금형 구분
단조후
이형제
분사후
금형 구분
단조후
이형제
분사후
온도 변화
1
상 형 금 형
61.9
58.7
2
상 형 금 형
59.1
57.7
3.2
하 형 금 형
81.3
74.7
6.6
1.4
하 형 금 형
79.9
76.1
3
상 형 금 형
60.9
3.8
56.5
4.4
하 형 금 형
80.6
73.9
4
상 형 금 형
6.7
59.3
57.7
1.6
하 형 금 형
79.6
75.7
5
3.9
상 형 금 형
61.4
54.7
6.7
하 형 금 형
80.2
69.5
10.7
6
상 형 금 형
66.1
52.2
13.9
하 형 금 형
81.4
71.1
10.3
7
상 형 금 형
59.6
57.4
2.2
하 형 금 형
80.6
73.3
7.3
8
상 형 금 형
63.7
56.8
6.9
하 형 금 형
79.7
72.6
7.1
9
상 형 금 형
66.5
56.2
10.3
하 형 금 형
78.6
68.8
9.8
10
상 형 금 형
64.4
56.9
7.5
하 형 금 형
79.2
71.9
7.3
62.29
56.48
5.81
※하형 금형 평균
80.11
72.76
7.35
81.4
76.1
5.3
80.2
76.1
4.1
※ 상형 금형 평균
상형 금형
최대온도
상형 금형
최소 온도
6
온도 변화 비 고
66.5
58.7
7.8
59.1
52.2
6.9
하형
최대
하형
최소
금형
온도
금형
온도
비고
7
8
9
10

87. 개선 예 16 (코이닝 공정 추가)
-치수 확인 및 공정능력의 확인
개선전: 트리밍 실시
개선후: 트리밍 + 코이닝 실시

88. RH 테스트 결과 확인 1/2
구분
시료수
초과분
Cpk
측정일
1차
100
0
1.13
1/12
2차
50(코이닝 미)
0
0.64
1/25
3차
50
0
1.13
1/25
* 11. 1.19일 작업 분
U/PA RH 코이닝분 측정 DATA
326
325.6
325.2
324.8
324.4
324
323.6
323.2
322.8
322.4
322
1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
61
64
67
70
73
76
79
82
85
88
91
94
97
100
계열1
MAX
MIN
R
X
PP
CPK
324.55
323.3
1.25
324.0075
1.4
1.13
품명
품번
측정일
측정자
측정기구
U/PA RH
S
2011-01-12
전용지그

89. 개선 예 17 (펀치선단 개선)
바디펀치 각도개선 시단조 결과
-Ø 22.65 #1,2 펀치 선단각도 개선 8-> 6˚
- 2,270 타 => 7,050 타 개선됨

90. 개선 예 18 (절단품질 개선)
보이드, 버
 절단면 분석, 매카니즘 이해
 테스트를 통한 최적조건 도출
절단면 분석 (불량유형)
제품단면에서의 겹침
<Void,Burr>
-잔존 버의 영향
-2차 전단시의 칩 발생 <공구의 예리함, 클리
어런스 조정>
-절단면의 상호 마찰시의 칩 발생 <절단 각도,
스톱퍼의형상>

91. 도선의 예리화 확인 (공구 사용 조건)
A
Knife 연마 전 2
Quill 연마 전
Knife 연마 전 1
-도선의 선단 마모로 전단면에 자국(A) 발생
-절단작업 시 발생된 절단재의 응착물(凝着物)은 제거가 필요(적정 클리어런스의 감소)
-수명관리 및 정기 재연마 필요

92. 3. 단조공정의 해석
3-1. 공정의 실예
3-2. 단조공정

93. 3-1. 공정의 실예
동일형상의 제품도 단조형상과 공정은 다르다.
-단조설비의 종류
-기술적 배경
-관련부품과의 조합
-생산 롯드
-후가공 설비

94. 3-2. 단조공정
기계
열처리
K J: 너클조인트 프레스
CP: 크랭크 프레스
HP: 유압 프레스
LP: 링크 프레스
CF: 포마 (냉간), 헷다 (냉간)
HF: 포마 (열간)
SF: 스러그 포마
FR: 포징 롤
HM: 함마
윤활
B: 인산염피막처리 (본데라이트)
BB: 인산염(燐酸鹽)피막처리 + 금속비누처리
(본데라이트 + 본데루베)
FB: 수산염(蓚酸鹽)피막처리 + MoS2
(펠본드 + 이황화몰리브덴)
GC: 흑연분말피막처리
A: 연화소둔
LA: 저온소둔
SA: 구상화소둔
재료
-D: 냉간인발재
-P: 필링재
-R: 압연재
-PL: 판재

95. 사례1 업셋팅과 후방압출의 동시성형
주공법
(냉간) 후방압출
성형기계
CP>KJ>KJ>KJ
재질
1006-D
월생산
80,000
작성요령
-2에서 4 까지를 1공정으로 하면 축부의 선단형상이 명확치 않으므로 3을 행한다.
-4는 초기단계에서 업셋팅이 행하여지므로 내외경의 동심도보증이 어려워 절삭을 행한다.
-제품의 내경부는 성형공정이 많아 단조에서는 생략한다. (절삭)
문제점
-4는 단면감소율이 크므로(88%) 본데루베 사용 시 스틱 슬립(stick slip)이 생겨 바닥두께가 제어되지
않으므로 MoS2를 도포하여 해결한다.
-2에서 다이에 의한 구속이 강하면 3의 대경 외주에 버가 생긴다.
스틱 슬립: 원활하지 못하고 어딘가 무엇이 걸린 듯한 진동을 동반하는 마찰 현상으로서, 이동 테이블과 안
내면 사이에서 일어나고, 이송 기구(移送機構)에서 발생하는 탄성 변형과 그 복원의 반복 현상을 말한다. 일
반적으로 가공 정도(精度)나 기계 수명 및 생산성을 나쁘게 한다.

96. 사례2 버리는 축에 의한 성형하중의 경감과 성형한계의 향상
주공법
(냉간) 조합압출
성형기계
KJ>HP>CP
재질
CH4SK-R
월생산
작성요령
-전체공정에 버리는 축을 이용하여 공정의 단축과 단조하중의 경감을 계산한다.
-펀치상부에 버리는 축의 체적도피구를 고려하여 가압종료 시의 재료의 흐름을 제어하여 바다두께를
제품칫수에 가깝게 한다.
-3의 가공도는 전방압출부의 선단에서 미세한 구속에 의해 결정된다. 결과로는 버리는 축을 포함하여
후방 73%, 전방 84% 가 된다.
-2 후에 SA를 행하면 구상화가 촉진된다.
문제점
-재료, 소둔 산포에 의해 후방압출 시 내면 코너 바로 위에 균열이 발생하므로, 안전한 바닥두께의 한도를
확인한다.
-윤활상태에 따라 버리는 축과 후방압출의 길이가 각각 변화한다.
-설비에 따라서는 버리는 축의 크기를 변화시킬 필요가 있다.
2,000

97. 사례3 사각구멍의 밀폐단조
주공법
(냉간) 후방압출
성형기계
KJ
재질
S9CK-D
월생산
100,000
작성요령
-2의 테이퍼 면은 3의 펀치 선단형상에 의해 선택한다. 양면에 테이퍼를 취한 것은 비렛트 자동 공급 시
방향성 구별공정을 삭제하기 위한 것임.
-3의 자유단은 후가공이 곤란하므로 밀폐로 성형한다. A의 바닥부 돌기부는 과하중 경감을 위한 버리는
축의 역할도 겸한다. B에서는 수압부의 외주가 동일한 역할을 한다.
문제점
-이형구멍의 후방압출 시 박육부의 인장파단에 주의한다. 위험성이 있다면 절삭대를 추가하여 단면비율을
낮춘다.
-공정 A의 3은 밀폐단조를 취하므로 수압측에서의 하중완충이 없으면 펀치의 조기파손이 일어난다.
이 부분의 형상결정에는 시타가 필요하다.
-이형펀치에 갉힘이 일어나기 쉬우므로 3공정은 전체면에 MoS2 로 윤활을 행한다.

98. 사례4 용기 후방압출
주공법
(냉간) 후방압출
성형기계
CP>CP>KJ
재질
1006-D
월생산
15,000
작성요령
-2는 수평 프로탱그 다이를 사용하여 비렛트 외주의 구속을 균일하게 한다.다이에 접하는 접촉길이는 5~10
mm 로 한다.
-5 후방압출부의 스리트의 타발은 하중경감을 위하여 시아 각을 취한다. 압출부분의 변형을 억제하기 위하여
타발 전에 응력제거 소둔을 행한다.
-1.2 공정은 동시 스트로크로 행한다.
문제점
-3은 가압길이가 길고 단면감면율이 높아 (80%) 윤활 상태에 따라 바닥두께가 크게 변동한다. 인산염피막을
철계로 조정하여 피막중량을 증가시켜, 윤활막 끊어짐을 방지한다.
-4에서 내경이 부풀어 공차를 벗어나므로 5공정 전에 사이징(시고끼 가공) 공정을 추가한다.(공정수정)
-3에서 노크 아웃트 하중에 의하여 바닥면이 변형한다.

99. 사례5 동시공정의 측방,후방압출
주공법
(냉간) 후방압출
성형기계
CP>CP>CP>
CP>CP
재질
1006-P
월생산
430,000
작성요령
-3은 돌기부분을 성형하므로 밀폐상태가 되어 펀치 파손이 예상된다. 이에 성형하중의 상한을 정해서 금형이
도피할 수 있도록 쿠션을 사용한다.
-중심 구멍의 성형은 삭제한다.
-3의 선단부의 초기단계는 측방압출이므로, 2의 비렛트 외주의 다이와의 접촉길이를 작게하여 각의 영향을
작게한다.
-4는 적극적으로 버를 만들어 금형에 대한 충만도를 높인다.
문제점
-3의 펀치의 오목부부에 재료가 완전히 충만하기 바로 직전에 성형이 종료되도록 쿠션 압력을 조정한다.
압출형상은 시타를 행하여 결정한다.
-3에서 쿠션을 사용하므로 제품의 바닥두께가 결정되지 않는다.

100. 사례6 타발 브랭크를 이용한 냉간 형단조
주공법
(냉간) 압인
성형기계
CP>KP>CP
재질
A5052-PL
월생산
20,000
작성요령
-2에서 구멍중심에 버리는 축을 만들어 내경에서의 재료유동이 금형에서 이탈하지 않도록 한다.
-윤활제는 라노린(양모에서 추출한 오일)을 기름에 희석하여 사용하면 정확한 압인이 가능해 진다.
-판재를 타발한 비렛트를 사용한다.
문제점
-다이상면에서 가공하므로 다이 성형면의 박리가 예상된다. 다이인서트의 재질과 열처리방법을 강구하여
개선을 실시한다.
-압인에서 정확히 금형의 복제를 얻기 위해서는, 본데와 같이 재료의 유동성이 좋은 윤활처리보다는 마찰
저항이 비교적 큰 윤활제를 얇게 도포하는 편이 좋은 결과를 얻는다. 윤활방법의 선정에 주의를 기울일 것.

101. 사례7 저온역의 온간후방압출과 냉간성형의 조합
주공법
(온간) 후방압출
성형기계
KJ>KJ>KJ
재질
SUS403-D
작성요령
-2의 성형하중을 낮추기 위하여 280˚C 로 가열 성형한다.
-2,3 공정은 온간, 4,5공정은 냉간으로,온간공정은 트랜스퍼로 연속작업을 행한다.
-비렛트는 온간,냉간 공히 수산염피막처리를 행하고, 윤활제로 2황화 몰리브덴을 사용한다.
문제점
-후방압출에서의 편심대책으로 비렛트와 다이와의 간극을 0.05mm 이내로 관리한다.
-온간성형용 펀치는 SKH 51 경우에는 표면처리를 행하는 것이 좋다.
월생산
30,000

102. 사례8 포마에 의한 냉간다단자동성형
주공법
(냉간) 후방압출
성형기계
CF
재질
SWRMS-D
월생산
150,000
작성요령
-재료는 인발, 본데처리한 선재를 사용한다.
-2에서 밀폐단조를 피하여 3에서 육각부가 거의 완전히 성형될 정도로 취한다.
-3공정의 심압인은 제품내경부의 면취부가 남도록 금형을 취한다.
-제품외형의 원형단붙이는 6공정 바닥두께를 성형할 때 같이 성형한다.
- 2의 카운타 펀치측의 육각형상을 정열하기 위하여 원추형의 심압인이 필요하다.
문제점
-제품의 크기에 따른 펀치의 수명비교를 행한 자료이다. (A: 47g, B: 30g)
-펀치의 수명은 중량이 작은 B 편이 좋다. (23만 / 11만) 다이의 수명은 중량이 큰 A 편이 길다. (19만 / 27만)

103. 사례9 포마에 의한 전방압출이 주된 공정
주공법
전, 후방압출
성형기계
CF
재질
S35C-D
월생산
작성요령
-성형은 5단 포마를 사용한다.
-SA,BB 처리한 선재를 사용하고, 성형공정에서 염소계의 극압윤활유로 윤활한다.
-2는 정형과 더불어 차기공정의 압출펀치 선단형상의 심압인을 행한다.
-4에서 대경의 업셋팅과 동시에 차공정의 후방압출의 심압인을 행한다.
-6은 다이없이 행하므로 5에서 중간실체부의 두께를 고려한다.
-3,4공정의 압출가공은 부동다이를 사용, 하중을 경감하고, 4에서는 업셋팅을 확실히 한다.
문제점
-현공정에서 외경의 소경부의 비렛트에서 대경부를 업셋팅 하고 있지만, 대경부의 비렛트로 3공정의 내경의
전방압출과 동시에 소경부를 성형하는 것이 4,5 공정의 압출 시 동심도를 확보하기 쉽다.
-외경의 단부 테이파 부에 인장성 종크랙이 일어나기 쉽다.(윗항의 조치로 개선이 가능하다.)
-소재의 구상화는 1~2급, 냉단 후의 경도는 230 HV 로 요구를 만족하지만, 절삭성이 나쁘다.
80,000

104. 사례10 헷다에 의한 업셋팅 공정
주공법
(냉간) 업셋팅
성형기계
CF
재질
SCM440-R
월생산
작성요령
-흑피코일재를 사용한다.
-2는 밀폐로서 행하고 정형도 겸한다.
-두부의 업셋팅 부분의 비렛트의 세장비(길이/직경)가 커서, 편육을 피하기 위해 3을 행한다.
-3에서 축부의 직경정도를 높이고, 4에서는 두부의 성형만을 취한다.
문제점
-두부의 정도는 게이지에 대한 접촉율을 60% 이상이 요구되지만, 미달되기 쉽다.
-두부의 성형은 다이의 단면에서 행하여지므로 다이 인서트의 보강이 불완전하여 파손되기 쉽다.
두부와 축부간의 편심이 생기기 쉽다.
45,000

105. 사례11 핫포마에 의한 환상 비렛트의 성형
주공법
(열,냉간) 전방압출
성형기계
HF>KP
재질
S15C-R
월생산
500,000
작성요령
-내면의 라쳇부분을 단조상태로 사용하며, 5공정에서 냉간으로 성형한다.
-흑피 코일재를 사용한다.
-냉간으로 성형하던 것을 1~4 공정을 핫포마로 가공하여 공정을 단축한다.
-5는 성형초기에 전후방으로 재료가 유동하는 조합압출이지만, 후방압출부의 업셋팅이 시작되면 전방압출이
취하여 진다.
문제점
-3의 편육이 5공정의 펀치수명에 크게 영향을 끼친다.저면의 돌출량은 5공정의 전방압출 길이를 보충하는
정도로 조정한다.
-5공정의 바닥두께를 너무 작게 취하면 라쳇트의 횡방향에 균열이 생긴다.

106. 사례12 업 셋팅과 2단후방용기 압출의 동시성형
주공법
(냉간) 후방압출
성형기계
CP
재질
1006-P
월생산
10,000
작성요령
-비렛트는 대경을 기준으로 톱 절단을 행한다.
-3은 반전해서 가공하며 초기단계에서 업 셋팅을 행한다.
-2,3 공정 모두 단붙이 구멍을 1공정으로 행한다.
-2,3,4 공정은 1대의 프레스에서 트랜스퍼로 작업한다.
-비렛트는 필링재를 사용한다.
문제점
-단붙이 구멍의 후방압출펀치의 마모가 심하다. 특히 3은 가공길이가 커서, 윤활막이 끊어지기 쉽다.
-3에서 외경의 단붙이를 만들며 구멍을 성형하므로 외경 단붙이부분은 금형에 충만되지 않는다.경우에 따라서는
내경이 빨리거나 외경 축방향으로 크랙이 일어날 수 있다.
-4에서 다이 없는 작업 시, 버, 갏음이 발생되며, 다이사용 시 다이의 두께가 작으면 파손이 생긴다.

107. 사례13 버리는 축을 이용한 구면정도의 향상
주공법
(냉간) 후방압출
성형기계
CP>KJ>CP
재질
5015-P
월생산
180,000
작성요령
-2의 압하율은 약 20%로 구상화소둔을 촉진한다.
-3의 초기단게에서 업 셋팅을 병행한다.
-4에서는 외경단차부의 형상 붕괴를 막기위한 직각부를 보증하기 위해 압출부분의 외경을 확장하면서 압출을
행하여 축방향의 재료 유동을 제어한다.
-5는 구면의 정도를 확보하기 위해 버리는 축을 붙여, 구면하부의 재료가 후방으로 유동하지 않도록 고려한다.
-3,4,5,6은 1대의 프레스에서 트랜스퍼 가공한다.
-비렛트는 필링재를 사용한다.
문제점
-2에서 다이와의 접촉길이는 >60% 로 한다. 업 셋팅 부족시 압출 구멍의 편심이 커진다.
-4의 외경 단차부를 얻기 위해, 3의 외경단의 형상 및 소경부의 길이 결정은 시타를 통하여 결정한다.
-5에서는 윤활유를 사용한다.

108. 사례14 3종의 제품에 대한 예비성형 만들기
주공법
(냉간) 전방압출
성형기계
SF>KJ>CP>KJ
재질
S15C
월생산
250,000
작성요령
-4,6 공정은 분리공정으로, 동일생산수의 관련부품의 비렛트로 이용한다.
-1,2공정은 스라그 포마를 사용한다.
-3,4 및 5,6공정은 트랜스퍼 가공한다.
-4공정의 타발과 동시에 가압측의 면취를 성형한다.
-7공정의 이형부 단면변형을 막기 위해, 5의 외면의 테이퍼를 결정한다.
-전방압출과 동시에 플랜지부의 업 셋팅을 행한다.
문제점
-2의 기계능력은 업 셋팅 직경이 작아지거나, 3에서 편심을 일어난다.
-1,2,3,4 공정을 핫 포마로 할 수 있지만, 그 경우 경도의 산포가 커져서 후공정에서 펀치의 소모가 심하여진다.

109. 사례15 온간트랜스퍼 가공과 냉간사이징 (복합 단조)
주공법
(온간) 전방/후방압출
성형기계
CP>KJ
재질
S53C-R
월생산
작성요령
-2,3,4,5 는 온간 트랜스퍼 가공, 6,7은 냉간가공으로 정도확보와 입구부의 줄이기(시보리 가공) 를 행한다.
-비렛트는 흑연피막처리, 금형은 흑연수용액을 도포하여 윤활을 행한다.
-온간단조 후 소준을 행한다.
-비렛트 가열온도는 840˚C로 행한다.(온간단조)
-6,7 공정의 사이징 정도(연삭 여유/완제품 공차) 에 따라 온간단조의 공차를 조정 할 필요가 있다.
문제점
-온간단조 시 윤활제폭발에 의한 제품의 튕겨지는 현상을 막기 위해 시타를 통하여 형상을 결정 할 필요가 있다.
-금형에 대한 열변형을 막기위해 윤활제로 충분히 냉각한다.
-제품 열처리 후의 기계적 강도를 안정시키기 위해, 온간가열온도의 설정, 냉간다조 전의 소준 방법은 시타를
통하여 결정 할 필요가 있다.

110. 사례16 열간단조에 폐색단조 적용
주공법
(온간) 폐색단조
성형기계
CP
재질
S48C
월생산
작성요령
-황지의 형상이 공정도와 같이 가능하다면, 폐색단조로 사상형을 만들수 있다.
-소단부에 요철부를 만들면 소단부와 I단부와의 연결부분의 살오름이 향상된다.
-일반의 단조프레스에 특수한 다이셋트를 이용하여 폐색단조를 행한다.
-3,4는 폐색단조로 행한다.
-윤활은 흑연수용액(델타포지 31)을 스프레이 한다.
-소재의 가열온도는 900˚C 로 한다.
문제점
-황지에서 결육, 서있는 버가 생기면 사상타에서 성형압력이 과대하여져, 결육 및 버가 생긴다.
-황지는 보통 단조 롤(포징 롤) 가공을 한다. 칫수의 산포가 문제로 된다.

111. 사례17 온간폐색단조와 냉간단조와의 비교
주공법
(온간) 폐색단조
성형기계
KP>CP>KJ
재질
SCM 420 H
월생산
작성요령
공정 A –온간부분은 비렛트에 흑연피막처리, 금형에 흑연수용액을 도포하여 윤활한다.
-비렛트와 치형부와의 접촉을 짧게하고, 윤활제가 잔류하지 않도록 치형부를 펀치측으로 한다.
-치부의 정도향상(JIS 3급 목표)과 타발시의 변형을 교정하기 위해 냉간으로 압인을 행한다.
-비렛트 가열온도 850˚C 로 한다.
공정 B –치부의 금형에 대한 충만도를 높이고, 정도의 향상을 위해 압인을 행하며, 동시에 버리는 축을 이용하여
치부재료의 유동이 없도록 하고, 내경을 성형한다. 버리는 축의 선단에서 피어싱을 행한다.
-후방압출공정의 다이수명을 늘리기 위해 다이치형의 충만도를 작게 취한다.
문제점
-치형의 냉간성형에서는 치원외주의 테이퍼의 성형이 곤란하다.
-공정 B에서 3의 외주 버의 말려들기를 막기위해 2공정 후에 면취가공을 행한다.

112. 사례18 온간폐색단조에 의한 이형 업 셋팅
주공법
(온간) 폐색단조
성형기계
LP
재질
S58C-R
월생산
작성요령
-유압형 누르게를 장비한 폐색단조용 형조합을 사용하여 측방압출로 성형한다.
-비렛트는 제품의 최소직경의 칫수를 취하여 업 셋팅을 주체로 계획한다.
-비렛트에 처리한 흑연피막의 산화를 방지하기 위하여 질소분위기의 유도가열을 행한다. 가열온도는 900˚C
-금형은 흑연수용액(델타포지 31)을 매회 도포한다.
문제점
-비렛트 가열온도가 900˚C 미만 시 측방압출부분이 금형에 충만되지 않는다.
-제품 가압측의 단부에 버가 발생하므로 펀치와 다이간의 간극을 조정하여 버발생을 막는다.
-금형성형부에 에어 참이 발생치 않도록 에어 뺌을 고려한다.

113. 사례19 단조프레스에 의한 열간밀폐단조
주공법
(열간) 전방압출/업 셋팅
성형기계
CP
재질
S43C-R
월생산
작성요령
-1회 가열, 3번의 공정으로 형을 구성, 밀폐단조로 계획한다. 빼기구배는 원칙적으로 고려하지 않는다.
-3은 프랜지부의 재료를 이동하지 않고 구멍의 만들기에 의해 전방으로 재료를 이동시키도록 계획한다.
이 사이에 중공부의 빨림이 일어나지 않도록 2의 플랜지의 두께를 결정한다.
-4에서 내면의 구멍의 성형에 의하여 하단주변으로 재료를 이동시킨다.
-유도가열을 행한다.
문제점
-단조온도는 보통의 단조온도보다 작은 1,000˚C 로 한다.
-비렛트에는 윤활처리를 않고, 금형에 매회 흑연수용액을 스프레이 한다.

114. 사례20 버로 인한 형내압의 상승을 이용한 돌기의 성형
주공법
(열간) 형단조
성형기계
KP>SP>CP
재질
SCM 420-R
월생산
작성요령
-3의 다이에 비렛트가 꼭 들어 맞는 부분을 2에서 만든다.
-2,4는 냉간으로 행하고, 4공정 전에 소준을 행하여 경도를 82~92 HRB로 만든다.
-부채모양의 도그부분이 충분히 눌려져 성형될수 잇도록 소재의 체적을 조정하여 여분의 재료는 버로 남긴다.
-3공정은 유도가열하여 950˚C로 가열하여, 스크류프레스로 성형한다. 윤활은 흑연수용액을 사용한다.
문제점
-3의 도그부분의 금형에 윤활제가 고이면 결육이 일어난다.
-도그뿌리부의 R형상의 금형부는 마모되기 쉽다.

115. 사례21 열간 형단조
주공법
(열간) 업 셋팅/형단조
성형기계
CP>CP
재질
S48C-R
월생산
작성요령
-3에서 개략의 성형과 제품부분의 체적분배를 행한다. 4에서 버를 포함,압축을 행하여 금형의 내압을 높여서
세세한 부분의 성형을 완료한다.
-4까지는 단조프레스, 피어싱과 트리밍은 별도의 프레스에서 행한다.
-유도가열로를 이용, 1,150˚C 이상으로 통상의 단조온도로 한다.
-소재는 무윤활, 금형은 흑연수용액으로 윤활을 실시한다.
문제점
-3공정에서 금형변형을 고려하여 구석과 각부의 R 및 빼기구배를 최대한 크게 취한다.4에서 표면 상처가 나지
않도록 3공정의 형상을 설계한다.
-3에 정확히 소재가 투입될수 있도록 2공정에서 개방 업 세팅의 소재경을 선정한다.

116. 사례22 단조 롤을 이용한 열간단조공정
주공법
(열간) 형단조
성형기계
FR>HM>CP
재질
SCM 420-R
월생산
작성요령
-2(길이방향 성형)는 단조 롤로 행하므로 살채움이 충분하도록 비렛트 경을 취한다.
-3에서 살채움이 충분치 않은 부분은 4에서 전체적인 칫수의 축소를 행하여 금형에 충만하도록 하여 확실히
성형되도록 한다.
-유도가열로를 이용, 1,150˚C 이상으로 통상의 단조온도로 한다.
-소재는 무윤활, 금형은 흑연수용액으로 윤활을 실시한다.
-트리밍은 별도의 프레스에서 열간으로 행한다.

117. 감사합니다.
자동차 부품산업 진흥재단
www.kapkorea.org
단조 담당 이성근
(coldforging @ lycos.co.kr)
<참고 문헌>
1) 日本塑性加工學會編: わかりやすい鍛造加工
2) 日本塑性加工學會編: 鍛造
3) 日本塑性加工學會編: 材料
4) ASM International: Cold and Hot Forging