단조와 주조의 공정 차이를 비교하여 알기 쉽게 해설

단조와 주조의 공정 차이를 비교하여 알기 쉽게 해설

금속을 두드리고 벼려내는 단조와 금속을 녹여서 성형한 주조.

모두 금속의 형태를 성형하는 공정이며, 모두 형을 이용하는 점에서 비슷합니다.

하지만 각각의 공법의 장단점과 만들어진 제품이 지닌 특징은 전혀 다릅니다.

이번에는 그런 단조와 주조의 차이에 대한 것과 각 공법의 특징

차량의 휠, 골프 채 약혼 반지 같은 단조와 주조 둘 다로 만들어지는 제품의 차이까지 해설합니다.

 

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단조와 주조의 차이

단조 가공과 주조 가공 각각의 대략적인 공정이나 특징에서 차이를 확인해 봅시다.

또한 이번에는 가급적 쉽게 비교하기 때문에 단조는 "형 단조"를 바탕으로 

주조는 모래로 만든 거푸집을 이용하는"사형 주조"의 특징을 바탕으로 단조와 주조를 비교합니다.

단조 가공과 주조 가공 공정은 각각 다음과 같습니다.

■ 단조 가공 공정

공정

① 소재의 절단과 설치
② 압축·타격의 힘을 가한다
③ 더 힘을 가한다
④ 금형에서 꺼내어 성형 완료

 

① 소재의 절단과 설치
성형하고 싶은 소재를 금형으로 압박하는 위치에 설치합니다.

이때 소재가 금형에 대해서 너무 큰 경우는 사전에 절삭 가공 등을 실시하여 가공을 손쉽게 합니다.

② 압축·타격의 힘을 가한다
압축·타격에 의해서 힘을 가할 때 소재를 어떤 온도에서 

가공하느냐에 따라서"냉간·온간·고온"과 종류가 나뉩니다.

상온에 가까운 온도에서 가공할수록 강도가 높아지고 소재가 변형되기 어렵기 때문에 

복잡한 가공이 어려워지는 추세에 있습니다.

③ 더 힘을 가한다
압축·타격을 받은 금속은 금속 내부의 기포 등이 압착되면서 결함이 사라지고 

결정이 미세화하고 결정 방향이 같아지기 때문에 강도가 높아집니다.

이때 방향 없는 결정질 조직이 형성하는 라인을 단 유선(메탈플로라인・화이버플로라인)이라고 합니다.

또한 단조는 소재의 강도를 유지한 채 성형하는 힘을 보태는 공정이 중요하지만

이 공정을 이유로 단조는 다른 가공 법보다 제조 비용이 더 든다고 합니다.

④ 금형에서 꺼내어 성형 완료
금형에서 꺼낸 제품은 보통 더 절삭 가공 등을 추가한 후 마무리합니다만, 

인터넷 셰이프 · 니넷 셰이프와 같은 정밀한 단조 가공을 사용하면

후 가공이 불필요하게 되는 경우도 있습니다.

 

 

■ 주조 가공 공정

 

1. 공정

   • ① 소재를 용해
   • ② 용융시킨 소재를 금형에 넣는다.
   • ③ 소재를 식혀서 굳히다
   • ④ 거푸집에서 빼내고 성형 완료

① 소재를 용해

소재를 전기로 등의 고온으로 녹이고 액체로 만듭니다.

② 용융시킨 소재를 금형에 넣다.

액체화한 소재를 꺼내는 작업을 온천,

주형에 부어 넣는 작업을 붓기라고 합니다.

③ 소재를 식혀서 굳히다

주조에서는 물체에 힘을 가하지 않아 냉각시에 물체 내부에 응력이 남을 가능성이 있고,

이에 의한 강도가 떨어질 가능성이 있습니다.

④ 거푸집에서 빼내고 성형 완료

주조에서 이용형을 거푸집으로 부르며 기타 가공 법으로 이용되는 금형은 다소 취급이 다릅니다.

우선 거푸집은 목형과 발포형이라는 기본 틀을 작성하고

이를 기초로 사형이라는 제조용 틀을 작성합니다.

 

사형는 한번 쓴 것은 기본적으로 떼어놓기 때문에

주조가 틀을 떼어 내기 어려운 복잡한 형상도 제조할 수 있습니다.

 

 

공정에서 보면 단조 가공과 주조 가공의 차이

단조 가공이 강도가 뛰어나는 것에 대해서 주조 가공은 형상의 자유도가 높은 것이 특징입니다.

 

■ 단조의 경우

단조는 소재에 몇번이나 강한 힘을 가함으로써 금속 중에 기포가 발생하기 어렵고

적절한 메탈 플로우 라인을 형성함으로써 매우 내구성 있는 제품을 작성할 수 있습니다.

 

그러나 그만큼 가공에는 상당한 힘이 필요하며 시간도 걸립니다.

복잡한 형상에 관해서는 원래 형태가 대응하지 않는 경우도 있습니다.

 

■ 주조의 경우

주조는 형의 자유도가 높기 때문에 복잡한 형상에서도 비교적 저렴하게 만들 수 있는 데

한편에서 용융된 금속을 냉각하고 다질 때 내부 응력이 남는 경우가 있으며, 제품의 강도에 불안이 남습니다.

 

응력을 제거하는 가공도 있지만 마무리 단계에서 그러한 공정이 들어갈 것으로 생각하면

반드시 주조가 저비용으로 된다고는 할 수 없습니다.

 

일반적으로 가공에 시간이 걸리기 때문에 단조 가공은 대량 생산에 부적합합니다.

주조가 저비용으로 가공할 수 있는 때문에 대량 생산용으로 있다고 합니다.

 

그러나 모두 같은 형을 몇번도 사용할 점은 공통이며 후가공이 불필요하지만

가공 정도에 의하기 때문에 일률적으로 그렇지도 않은 부분도 있습니다.

 

예를 들어 형의 작성에 드는 비용은 목형과 발포형 사형 주조가 낮게 됩니다.

그 때문에 소량 다품종 생산은 사형 주조가 압도적으로 적합한 것이죠.

 

 

단조와 주조품의 차이

단조와 주조는 사용 방식에 따라서도 다른 특징을 가지므로

강도나 형태 이외의 면으로 단순 비교하기 어렵다고 말할 수 있습니다.

그러나 단조와 주조품에서는 분명하게 경향적으로 차이가 있는 것도 사실입니다.

 

거기에서 보다 쉽게 단조와 주조의 차이를 파악하기 때문에

단조와 주조품의 구체 예부터 양자의 차이를 비교해봅시다.

 

① 알루미늄 휠

알루미늄 휠	주조 휠	단조 휠
장점	비용이 낮다 디자인성이 높은 휠 제조가 가능	경량이고 높은 강도로 차의 성능을 활용하기 쉽다 사이즈의 정밀도가 높다 대경의 휠에 적합하다
단점	단조보다 강도가 낮다 강도를 확보하는 경우는 두툼하게 되는 중량이 무거워진다 사이즈 정도가 낮다	비용이 높다

② 골프 클럽

골프 클럽	주조 골프 클럽 (초심자 애버리지용)	단조 골프 클럽 (중상급자용)
장점	비용이 낮은 헤드 형상을 복잡하게 할 수 있는 복수의 소재를 조합하는 것도 가능	모서리 등의 조정이 가능
단점		비용이 높다 주머니 캐비티 구조 등의 복잡한 형상은 부적합

③ 링(약혼 반지, 결혼 반지 등)

링	주조 링	단조 링
장점	대량 생산 가능 비용 낮다 복잡하고 섬세한 디자인도 실현 가능	강도가 높은 변형에 강한 24시간 켜고 싶어 결혼 반지에 적합하다
단점	내구성이 떨어진다 막노동, 스포츠, 가사 등으로 비뚤어질 가능성	디자인은 단순 수작업이 많이 주문에서 시간이 걸릴 경우가 있다

구체적인 제품 예를 보면 익숙한 제품이 많이 보일겁니다.

대체로 단조는 강도가 높지만 비용이 많이 들며, 주조는 강도로 떨어지지만 복잡한 형상을 만들기 쉽다

라는 것이 큰 차이입니다.

 

다만 어디까지나 단조 쪽이 강도가 높을 뿐이어서

반드시 정도가 높은 것과 직결되는 것은 아닙니다.

 

복잡한 형상을 무리하게 단조로 작성하더라도 오히려 비용이 늘어날 뿐입니다.

 

 

 

 

 

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