손에 쥐고 있는 정밀 기기나 자동차 엔진의 핵심 부품을 생각해 보세요. 원자재는 어떻게 특정 모양, 성능 특성 및 표면 특성을 지닌 최종 제품으로 변환됩니까? 금속 부품 제조는 여러 기술을 통합하는 복잡한 프로세스입니다. 이 기사에서는 초기 성형부터 고급 표면 처리까지 금속 부품 생산의 복잡한 단계를 살펴보고 기본 과학 및 기술을 공개합니다. 다양한 제조 공정을 검토하고 최고의 성능과 비용 효율성을 달성하기 위한 최적의 기술 조합을 선택하는 방법에 대해 논의합니다.
금속 부품 제조에는 일반적으로 1차 작업과 2차 작업으로 분류되는 일련의 프로세스가 포함됩니다. 많은 부품에는 두 가지의 조합이 필요합니다. 생산 중에 미완성 구성요소를 "WIP(작업 진행 중)"라고 하며 추가 처리를 기다리고 있습니다.
1차 공정은 금속 부품 제조의 핵심을 형성하며 부품의 기본 구조를 정의합니다. 다음은 기본 작업의 주요 유형입니다.
성형 및 주조에는 용융된 재료를 금형에 주입하여 굳힌 다음 성형된 부품을 배출하는 과정이 포함됩니다. 이러한 방법은 금속, 폴리머 및 유리에 적용됩니다. 플라스틱의 경우 일반적인 기술에는 사출 성형 및 블로우 성형이 포함됩니다. 금속의 경우 다이캐스팅, 샌드 캐스팅, 인베스트먼트 캐스팅이 널리 사용됩니다.
모든 성형 및 주조 공정에서는 재료 구성과 용융 온도에 대한 제어가 필요합니다. 사출 압력, 금형 온도, 취출 시기, 금형 윤활과 같은 추가 변수도 중요할 수 있습니다.
이 공정은 압력을 가해 금형에서 금속 또는 세라믹 분말을 압축한 다음 고온로에서 소결하여 입자를 고체 부품으로 융합시키는 공정입니다. 열간 프레싱과 열간 등압 프레싱은 압축과 소결을 결합합니다.
이상적인 소결 부품은 원하는 특성을 달성하기 위해 압축 및 소결 매개변수를 통해 엔지니어링된 제어된 다공성을 나타냅니다.
이러한 공정은 기계적 변형을 통해 고체 금속이나 폴리머를 형성합니다. 시작 재료에는 시트, 튜브, 막대 또는 블랭크가 포함되며, 때로는 쉽게 성형하기 위해 가열됩니다. 금속 부품은 스탬핑, 인발, 단조 또는 압출될 수 있습니다. 폴리머는 압축 성형이나 열성형을 통해 성형됩니다.
이 절삭 공정은 시트, 블록 또는 바에서 재료를 제거하여 주조 또는 성형 부품을 다듬고, 공차를 더 엄격하게 달성하거나 미적 외관을 변경합니다. 기술에는 금속, 폴리머 및 세라믹에 적용할 수 있는 기계 가공, 화학적 에칭 및 레이저 빔 처리가 포함됩니다.
적층은 개별 재료 층을 다층 구조로 조립하며, 종종 복합재의 경우도 있습니다. 레이어는 접착제 유무에 관계없이 때로는 열을 받아 함께 압착됩니다.
2차 프로세스는 WIP를 수정하며 다음 세 가지 범주로 분류됩니다.
열처리는 금속 미세 구조를 변경하여 강도, 연성 또는 자기 특성을 향상시킵니다. 제어된 가열 및 냉각 주기는 재료와 원하는 결과에 따라 다릅니다.
화학적, 기계적 또는 열적 방법은 표면 구성, 질감 또는 화학적 성질을 개선하여 내마모성, 피로 수명, 마찰 또는 접착 능력을 향상시킵니다.
얇은 층(나노미터에서 마이크로미터까지)은 기판 성능 이상으로 마모, 내부식성 또는 미적 특성을 향상시킵니다. 예는 다음과 같습니다:
일부 구성요소는 여러 개의 2차 공정을 거칩니다. 예를 들어, 표면을 깨끗하고 거칠게 만들기 위해 페인팅 전에 샌드블라스팅을 할 수 있습니다. 성형 전 재료(강판에 아연 등)를 사전 코팅하면 성형 후 코팅에 비해 비용을 절감할 수 있습니다.
벌크 성형, 증착, 에칭 또는 화학적 변환 기술을 넘어서 특히 전자 제품(예: 집적 회로, MEMS)에서 복잡한 구조를 구축합니다. 여기서 기판은 기능적 설계에 통합되면서 기계적 지원을 제공합니다.
