냉간가공(CW, Coldworking)이란?
냉간가공(CW : Cold Working)은 금속 재료를 재결정 온도 이하에서 가공하는 것을 말합니다. 냉간가공을 하면 재료가 단단해지는 가공 경화 현상이 나타납니다. 최종 제품인 경우에는 가공 경화에 의하여 강도가 향상되는 효과가 있습니다.
가공의 시점이 재결정 온도 ( A3 , 930도) 이상에서 가공을 하는 것을 열간가공이라고 합니다.
냉간가공에 의한 가공경화 현상
냉간 가공을 하면 재료가 단단해지는 가공 경화 현상이 나타납니다.
가공 경화는 금속이 상온에서 소성 변형되어 발생합니다. 원소가 슬립전위를 하며 끊어지고 손실되며 응력에 의해 경화됩니다.
가공경화?
가공 경화는 금속이나 고분자가 소성 변형으로 단단해지는 현상을 말합니다. 물질의 결정 구조 내에서 전위적 이동과 전위적 생성으로 인해 발생합니다.
가공 경화는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:
- 가공이 진행됨에 따라 강도와 경도가 증가하고, 연성과 전성이 감소합니다.
- 금속이 변형되면 금속 조직이 변형되고 금속의 결정 격자에 전위(dislocation)가 도입됩니다.
- 금속에 탄성한계 이상의 응력을 가하면 소성변형이 일어나는데, 변형과 함께 응력을 증가시키지 않으면 변형이 진행되지 않는 현상입니다.
가공 경화는 금속판재의 굽힘, 드로잉(drawing) 가공과 같은 냉간 성형(cold forming)의 기본원리가 됩니다.
냉간가공의 종류
- 블랭킹(Blanking)
- 정밀 블랭킹
- 인발(Drawing)
- 냉간압출(Extrusion)
- 냉간단조(Forging)
- 냉간성형(Forming)
- 분말성형
- 냉간압연(Rolling)
- 전단가공
- 밴딩(Bending)
- 펀칭(Punching)
냉간가공은 상온에서 가공하는 것을 말합니다. 일반적으로 열간가공을 한 뒤 냉간가공으로 마무리합니다.
냉간압연은 열연 공정을 마친 열연강판을 화학처리해 표면의 녹을 제거하고 상온에서 다시 한번 압연하는 과정입니다.
냉간가공의 장점
냉간가공의 장점은 다음과 같습니다.
- 가열이 필요 없음
- 표면 마감이 더 좋음
- 치수 제어가 우수함
- 재현성과 호환성이 향상됨
- 금속에 방향성을 부여할 수 있음
- 오염 문제가 최소화됨
- 표면 마무리가 향상됨
- 정밀한 치수 허용오차가 유지됨
- 가공면이 깨끗하고 정밀한 모양으로 가공됨
- 가공 방향 섬유 조직이 생김
냉간가공은 재결정 온도 이하에서 금속의 기계적 성질을 변화시키는 가공입니다. 냉간가공을 하면 금속의 강도와 경도가 증가하고 연성이 감소합니다.
냉간가공의 효과
냉간 가공의 효과는 다음과 같습니다.
- 입자구조의 변형과 분쇄가 생성된다.
- 연성이 감소함과 동시에 금속의 강도와 경도가 증가된다.
- 강에 대한 재결정 온도가 증가한다.
- 표면 마무리가 향상된다.
- 정밀한 치수 허용오차가 유지된다.
- 가공 경화 현상이 나타난다.
- 최종 제품인 경우에는 가공 경화에 의하여 강도가 향상되는 효과가 있다.
- 조직의 미세화, 강도, 경도의 증가, 치수 정도가 우수하며, 표면이 매끄러워진다.
냉간가공의 단점
냉간가공의 단점은 다음과 같습니다.
- 표면이 산화되어 변질의 우려가 있다.
- 균일성이 적다.
- 치수의 변화가 많다.
- 세라믹 강화재와 금속 기지의 열팽창 계수의 차이에 의하여 공정 중 기지금속에 인장 잔류 응력이 생기게 되어 기계적 특성을 저하시키는 단점이 있다.
- 정확한 치수로 가공하기 어렵다.
- 제품 표면이 산화되어 깨끗하지 않다.
마무리
오늘은 냉간가공이란 무엇이며, 냉간가공 가공경화 기구와 함께 냉간가공의 종류와 장단점에 대해 알아보았습니다.
냉간가공은 금속의 강도와 경도를 향상시키는 동시에 정밀한 부품을 생산하는 데 유용합니다. 그러나 가공 경화와 내부 응력 증가 등의 문제를 초래할 수 있으므로, 적절한 후처리 과정이 필요합니다.