와이어 드로잉 공정: 고품질 와이어를 만드는 금속 가공 기술

와이어 드로잉의 기본 원리

와이어 드로잉은 해당 목적으로 설계된 다이를 통해 와이어를 당겨 직경을 줄이는 금속 가공 공정입니다. 일반적으로 상온에서 수행되며, 와이어가 다이를 통해 밀려나가는 압출 공정과는 달리 당겨진다는 점에서 차이가 있습니다. 인발 와이어의 가장 잘 알려진 용도는 전기 및 통신 네트워크에 사용되는 케이블이지만, 그 밖에도 수많은 용도가 있습니다. 종이클립, 스프링, 타이어 스포크, 악기용 와이어(바이올린, 첼로 등 현악기에 사용되는 와이어) 모두 인발 와이어로 제작됩니다.

역사적 발전 과정

와이어는 원래 금, 은과 같은 금속을 망치로 두드려 매우 얇은 시트로 만든 다음, 시트에서 매우 얇은 조각을 잘라내는 방식으로 제작되었습니다. 이 얇은 조각들은 다시 망치로 모양을 다듬어 보석용으로 사용하거나 옷에 짜 넣을 수 있을 만큼 가늘어질 때까지 가공했습니다. 고고학적 증거에 따르면 기원전 400년경 금속 세공인들이 조잡한 다이를 만들고 손으로 와이어를 당겨 인발하는 실험을 했다고 합니다.

19세기 중반까지의 기술적 한계

19세기 중반까지 와이어 드로잉 공정은 장인들이 증기 기관을 사용하여 실제 인발 공정에 동력을 공급하는 등 다양한 기법을 개발하며 더 정교해졌습니다. 인발되는 와이어에 윤활유를 바르는 방법을 배워 인발에 필요한 에너지 양을 줄이고 품질을 약간 개선했습니다. 그러나 인발 와이어의 품질은 항상 원재료 금속의 품질에 의해 제한되었습니다. 순도와 연성이 일정하지 않은 금속은 와이어로 인발될 때 반복적으로 끊어졌습니다. 끊어진 와이어는 접합해야 했는데, 이는 시간이 많이 걸리는 과정으로 품질 저하를 초래했으며, 전신 통신과 같은 용도에는 치명적인 문제였습니다. 인발 와이어의 품질 저하는 생산 시간을 늘리고 와이어를 매우 비싸게 만들었습니다.

베세머 공정의 발명과 품질 혁신

1850년대 후반 일관되게 가공 가능한 금속을 생산하는 베세머 공정이 발명되기 전까지는 일관된 고품질의 와이어 생산이 불가능했습니다. 컨버터에서 주형(빌릿)으로 부어진 금속은 약간만 냉각된 후, 베세머 공정의 잔열을 이용해 열간 압연기에서 와이어로 성형하는 공정이 시작됩니다. 이 공정으로 150~300파운드(68~136kg) 무게의 굵은 와이어 코일인 '와이어 로드'가 제작됩니다.

인발 공정의 세부 과정

와이어 로드의 표면 불순물을 제거한 후, 끝부분을 다이에 통과할 수 있을 만큼 가늘게 만듭니다. 다이 자체는 한쪽 면의 개구부가 와이어 로드를 수용할 만큼 충분히 넓고, 길이를 따라 최대 40%까지 좁아지는 테이퍼 형상입니다. 테이퍼진 와이어 로드의 끝을 단단히 잡고 당겨 직경을 줄입니다. 좁아진 와이어는 보통 코어에 감기지만, 때로는 더 작은 다이를 통과하여 좁히는 공정을 계속하기도 합니다. 굵은 와이어는 한 번 통과로 직경을 최대 40%까지 줄일 수 있으며, 가는 와이어는 15~25% 줄일 수 있습니다.

후처리 및 용도별 가공

전화 케이블과 연선 전기 케이블에 사용되는 매우 가는 와이어를 생산하기 위해 와이어를 점점 더 좁은 다이를 통해 연속적으로 인발합니다. 인발 후에는 용도에 따라 추가 가공이 이루어지기도 합니다. 예를 들어, 어닐링(완성품을 일정 온도에서 일정 시간 가열하는 공정)은 와이어가 유연하고 유연해야 할 때 수행됩니다. 못으로 잘릴 굵은 와이어는 어닐링하지 않지만, 녹 방지를 위해 아연 도금(galvanizing)되는 경우가 많습니다. 철조망 등 펜싱용 와이어는 보통 어닐링과 아연 도금을 모두 거칩니다.