강덕래님의 글
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브로아 임펠라 제조 작업 사양에 형단조를 하게 되어있는데

이를 자유단조로 대체하여 제작하고자 합니다.

조직결 차이에의한 메탈 flow 에 대해 알고자 합니다.

형단조에서 자유단조로 변형시 피로수명차가 많이 나는지 알고 싶습니다.

답변 부탁드립니다.


소재는 듀랄루민 2024입니다.

----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까?

두랄루민 임펠러부품을 단조하여 제작하시는데 자유단조로 제작하시고자 하는 이유는 무엇인지요? 혹시 단가 문제라면 한번더 생각해 보심이 어떨지요? 임펠러는 그 형상이 다소 복잡하고 유체역학적인 형상을 반영하므로 일회 단조 공정에 의한 제조가 어렵습니다. 그러므로 제조상 형단조를 하는 이유는 후가공시 가공상의 적당한 공차를 부여하여 기계가공단가를 줄이고 동일한 제품을 대량생산하기 위함입니다.

질문하신 바와 같이 자유단조와 형단조는 메탈 플로우로 구분하실 수 도 있지만 그 근본적인 문제는 "구속조건"의 차이 입니다.

즉, 명칭의 경우에 있어서도 자유단조의 경우 상하 엔빌에 의하여 압축성형되면서 엔빌의 움직임에 직각방향으로 구속을 하지 않기 때문에 불리는 용어이며, 형단조는 소재의 대부분을 구속하여 성형하기 때문에 불리는 명칭입니다. 단류선은 이러한 구속조건 특성에 의하여 결정되는 것입니다.

조금더 깊게 설명드리면 형단조(Close Die Forging)은 구속에 의해 Triaxial Compression(3축방향 압축)의 응력상태가 되고 변형은 시간에 따라 변하는 Non steady state deformation상태가 됩니다. 반면 자유단조는 Uniaxial compression(일축 응력)상태로 변형은 형단조와 같이 시간에따라 변하는 Non steady state deformation상태가 됩니다.

시간에 따라 변화하는 변형을 시뮬레이션을 해보지 않고 단류선의 모양을 예측하는 것은 어렵습니다. 그보다는 공정의 특이성으로 접근하시는 것이 좋을 것 같습니다.

쉽게 설명드리면 형단조의 경우 플래시와 거터에의해 소재를 적절하게 구속하여 치수불균일을 해소하고 동시에 양산성을 확보할 수 있습니다. 그러므로 단류선으로 형단조와 자유단조를 비교하시기 보다는 양산성과 후가공의 난이성으로 공정을 검토하시는 것이 좋을 것 같습니다.

피로수명의 경우 임펠러 피팅에의한 손상문제가 있으므로 이는 표면처리와 코팅등의 문제와 더 연관성이 깊습니다. 그러므로 피로수명이 문제가 된다면 재질을 바꾸거나 표면처리를 변경하심이 좋을 것 같습니다. 단조공정은 벤딩강도와 후가공의 용이성 정도로 검토하시는 것이 좋을 것 같습니다.

도움이 되었으면 합니다.

감사합니다.