전조가공이란 무엇일까?

최근 가공 종류에 대해 계속해서 포스팅하고 있는데요, 이 포스팅을 통해 가공의 종류가 정말 다양하고 그 다양한 종류 중에서도 또 종류가 나눠지고, 여러 특징이 있다는 것을 알게 되었습니다.

오늘은 전조가공이란 무엇인지, 종류와 특징에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

전조가공은 소성가공의 한 종류로 소성가공이란 성형작업을 의미하는데 공정방식에 따라 단조, 압연, 압출, 인발 등이 있으며 가공 온도를 기준으로 열간, 냉간으로 구분할 수 있습니다.

1. 전조(form rolling)란?

소재나 공구 또는 소재와 공구를 함께 회전시켜 소재의 외부 또는 내부에 공구의 표면 형상을 새기는 특수 압연법을 말하는데요, 전조다이스라고 하는 담금질경화한 공구의 표면에 나사산이나 스플라인 치형에 따른 형태를 파 놓고 소재에 강한 힘으로 밀어붙이면서 회전시켜 표층부분에 소성 변형을 일으켜 제품을 만드는 방법입니다.

이 가공법의 대표적인 제품으로는 나사, 기어, 볼 등이 있으며 주로 냉간가공으로 이루어지며 전조가공에 사용되는 다이는 금형강, 베어링강, 합금공구강 등으로 만들어지며 나사나 기어의 모양으로 되어 있어서 작업에 용이하도록 설계됩니다.

 

2. 특징

현재 실용되고 있는 나사 전조나 스플라인 전조 등에는 냉간전조에 의한 것이 많은데요, 냉간의 경우에는 가열할 필요가 없고, 전조 후 제품 크기를 상당히 정확히 또 다듬질면을 매끈하게 할 수가 있으며 강도도 증가한다는 특징이 있습니다.

그리고 소재와 공구의 접촉면이 적기 때문에 비교적 작은 가공력으로 가공할 수 있고, 칩이 생성되지 않아 소재의 이용률이 높으며 소성변형에 의해 제품이 가공경화되고, 조직이 치밀하게 되어 기계적 강도가 큽니다.

 

전체적으로 쉽게 요약해서 정리해보자면

① 가공 생산 속도가 빠르다.

② 제품의 정도, 사상면, 강도가 우수하다.

③ 절삭가공으로 제작한 나사산에 비해 재료가 절약된다.

④ 공구의 수명이 길고, 단취간격이 길다.

3. 종류

전조가공의 종류에는 왕복식과 회전식이 있는데요, 전자는 나사의 모양을 판상으로 만든 평판형 다이 1쌍 사이에 가공할 소재를 끼우고 압력을 가하면서 다이를 왕복 운동을 시켜서 나사산을 만드는 방식으로 소형나사의 대량생산에 특화된 방법이고, 후자는 나사의 모양에 따라서 둥근 형태로 만들어진 원형 다이 2개를 회전시켜 사이에 소재를 끼우고 나사산을 만드는 방식으로 정밀한 나사를 제작하는 용이합니다.

1) 볼 전조 : 2개의 다이 롤이 동일 평면상이 아닌 서로 교차되어 있어 소재를 가압하면서 이송시키고, 다이 홈은 볼을 형성하고 산은 소재를 들어가게 하여 최후에는 절단한다.

 

2) 원통 롤 전조 : 다이인 롤을 상호 평행하게 하고, 1개의 롤에만 필요한 돌기를 나선형으로 만든 전조기를 사용한다.

3) 나사 전조 : 제작하고자 하는 나사의 형상과 피치가 같은 다이에 나사의 유효지름과 거의 같은 소재를 넣고 다이를 통해 소재에 압력을 가하면서 소재를 회전시켜 나사를 만드는 방식입니다.

① 평형다이식 – 다이 중에 1개는 고정하고, 다른 1개는 직선운동을 하면서 1회의 행정으로 나사를 완성한다.

② 롤 다이식 – 2개의 롤다이로 되어 있으며 2축은 평행하도록 한다. 그 중에 1개는 위치를 고정하고, 다른 1개는 이동할 수 있게 가압하면서 다이와 소재가 회전한다.

③ 로터리식 – 고정 원호를 고정시키고 원형 다이를 회전시켜 자동으로 끌려 들어가는 소재가 출구에서 나사로 가공되어 나온다.

 

4) 기어 전조 : 치형과 치폭이 작은 것에 많이 이용되며 전조방식에는 래크다이, 피니언다이, 호브형 다이등을 이용한다.

① 래크형 – 한쌍의 래크 다이 사이에 소재를 넣고 가압하면서 래크 다이를 이동시켜 소재를 굴리면 다이 홈과 맞물리는 기어가 가공된다.

② 피니언형 – 피니언 다이로 소재를 가압하면서 소재를 맞물고 회전시켜 기어를 가공한다.

③ 호브 다이형 – 전조공구를 소재의 상하에 두고 가압하면서 호브 다이를 회전시켜 소재를 축방향으로 이동시켜 가공하고 다음 차례 가공을 위해 소재를 분할대에 의해 소정의 각도만큼 회전시켜 다이 사이에 넣는다.

 

4. 절삭가공 vs 전조가공

전조 가공이 절삭가공보다 우수한 점은 무엇이 있을까요?

전조가공은 가공시간을 효율적으로 줄여주는 것이 가장 큰 장점이라고 할 수 있으며 전조를 통해 만들어진 나사가 절삭가공을 통해서 만들어진 나사보다 정밀도가 더 높고 체결력 또한 우수합니다.

① 강인한 조직의 제품을 만들 수 있다.

② 냉간 가공을 해서 가공 경화되어 제품이 단단하다.

③ 가공 속도가 빠르다.

④ 자동화가 쉽다.

⑤ 절삭 칩이 생기지 않아 표면이 깨끗하고, 재료 낭비가 적다.

⑥ 공구와 재료가 부분적으로 접촉해서 비교적 적은 힘으로도 가공할 수 있다.

 

두 가지 가공법을 비교하자면 첫 번째로 전조가공으로 만든 나사는 가공 시 소재 부피의 변화가 없기 때문에 절삭 가공된 나사보다 지름이 커지고, 다이스와 탭으로 절삭해 나사를 만드는 경우에는 칩이 깎여 나가기 때문에 원래 환봉의 지름보다 작은 나사를 만들 수 밖에 없는데 반면에 전조가공으로 만들어진 볼트, 너트는 칩으로 소모되는 것 없이 소성 변형되어 나사가 들어간 홈만큼 지름이 더 커지는 특징이 있습니다.

지금까지 전조가공이란 무엇인가 특징과 종류에 대해 알아보았습니다.

다양한 전조 가공 종류는 그림 자료가 있었더라면 이해가 더 쉬울 것 같은데 자료를 같이 올리지 못해 아쉽네요ㅠㅠ

다음 편은 프레스가공란 무엇인지 특징과 종류에 대해 포스팅하겠습니다.