소재 성형 작업 마스터: 핵심 공정과 역학

소재 성형 작업의 종류와 기술적 측면

다양한 기본 성형 작업에 대한 간략한 설명과 분석을 통해 독자가 이러한 공정, 특히 역학적 측면에 대해 어느 정도 이해했기를 바랍니다. 그러나 이러한 공정에는 많은 사소하고 주요한 변형이 존재합니다. 이 글에서는 관련 기술적 측면과 함께 이러한 변형들을 다룹니다.

작업 #1. 압연(Rolling)

한 번의 패스로 최종 단면을 얻는 것은 드뭅니다. 일반적으로 압연은 여러 패스로 수행되며, 다양한 압연 설비를 연속적으로 사용합니다. 전체 공장을 압연 공장이라 부릅니다. 평판 압연 시 동일한 롤 쌍으로 연속 단계를 수행할 수 있습니다.

상부 롤은 보통 각 패스 후 간격 조절용으로 조정됩니다. 광범위한 소재 이송 문제를 피하기 위해 롤 회전 방향을 역회전시킬 수 있는 장치가 바람직합니다. 결과적으로 공작물은 연속 패스에서 왕복 운동합니다. 공간 최적화를 위해 3단 압연기를 사용하기도 합니다.

열간 압연 중에는 공작물이 지속적으로 냉각되므로 시간 경과를 최소화해야 합니다. 이는 압연 공장 배치의 주요 고려사항입니다. 보통 지지 롤로 공작물 이송을 돕습니다. 공작물이 충분히 길고 유연하면 3단 압연기에 첫 패스가 완료되기 전에도 두 번째 패스로 이송할 수 있는 루핑 밀(looping mill) 장치를 장착할 수 있습니다.

루핑은 리피터(repeater)라 불리는 구부러진 튜브나 트러프로 기계적으로 수행할 수 있습니다. 유연하고 긴 공작물에 대해서는 압연 설비를 적절히 배치하여 한 롤 패스 근처에 다른 롤 패스를 두어 연속 다중 패스 압연도 가능합니다.

주어진 단면적 감소(일명 드래프트)에 대해 롤 분리력(롤을 굽히려는 힘)은 식 (3.20)에 따라 롤 반지름 R에 비례하여 증가합니다.

따라서 큰 구동 롤을 사용해 롤 굽힘 변형을 효과적이고 경제적으로 제어하기는 어렵습니다. 롤 변형을 줄이는 더 좋고 경제적인 방법은 백업 롤(backing rolls)을 사용하는 것입니다.

그림에는 백업 롤 사용의 두 가지 방법이 나와 있습니다. 롤 분리력은 구동 롤 반지름에 의존하므로 구동 롤은 항상 작게 유지하고, 백업 롤은 더 큰 반지름을 가져 강성을 높입니다.

어느 정도의 롤 굽힘은 불가피하지만, 볼록 캠버(convex camber)를 가진 비원통형 롤(그림 3.36a)을 사용하면 롤 분리력 하에서 굽혀져 롤 간 균일한 간격(그림 3.36b)을 제공합니다. 캠버가 없는 롤에서는 압연 스트립 중앙부가 더 두꺼워집니다(그림 3.36c). 롤을 양단 단순 지지된 두꺼운 짧은 보로 간주하면 중앙 처짐은 다음과 같이 표현됩니다.

폭 l인 스트립의 λ₁, λ₂ 대표값은 1.0과 0.2, 폭 l/2인 스트립은 0.5와 0.1입니다.

압연 공장의 입력 소재는 보통 직사각형 단면의 블룸(bloom) 또는 빌릿(billet)입니다(크기에 따라 호칭이 다름). 압연 후 다른 단면을 얻으려면 점차 변하는 형상의 폼 롤을 여러 패스 거쳐야 합니다. 예를 들어 그림 3.37은 정방향 빌릿에서 원형 얇은 봉재를 생산할 때 두 롤 간 간격 기하학이 어떻게 변하는지 보여줍니다.

롤은 보통 주강 또는 단강으로 만듭니다. 비용 절감을 위해 합금 주철을 쓰기도 합니다. 특수 합금강을 사용하면 우수한 강도와 강성을 얻지만 비용이 더 듭니다. 열간 롤은 공작물 물림을 좋게 하기 위해 거칠게(때로는 노치 가공) 만들고, 냉간 롤은 최종 제품에 좋은 마무리를 주기 위해 연마합니다.

압연의 주요 매개변수는 ① 온도 범위(열간 압연), ② 압연 속도 스케줄, ③ 각 패스에 대한 감소량 배분입니다. 이 모두는 제품의 치수 정밀도와 물리적·기계적 특성에 영향을 미칩니다.

작업 #2. 단조(Forging)

기본 단조 작업에는 많은 변형이 있으며, 가장 일반적으로 시행되는 것들은 다음과 같습니다.

(i) 자유 단조(Smith Forging)

자유 단조는 가장 오래된 금속 가공 공정일 것입니다. 여기서는 가열된 공작물을 손으로 든 공구와 망치로 원하는 형상으로 만듭니다. 요즘은 동력 해머를 사용해 반복 타격을 가합니다. 모루와 망치는 주로 평평하며, 타격 사이 공작물을 조작해 원하는 형상(제한된 종류)을 얻습니다.

(ii) 금형 단조(Drop Forging)

금형 단조에서는 두 개의 폐쇄형 금형 반쪽으로 형성된 공동을 채우기 위해 금속 유동을 유도하고자 공작물에 충격 하중(타격)을 가합니다. 완전한 충진을 위해 보통 여분의 소재를 제공하며, 이 여분은 원주 방향으로 흘러 나와 플래시(flash)를 형성하고 이후 트리밍됩니다. 제품 형상이 복잡하면 최종 형상을 얻기 위해 여러 세트의 금형이 필요할 수 있습니다.

(iii) 프레스 단조(Press Forging)

반복 타격 대신 점진적인 힘을 가합니다. 작업 복잡도에 따라 최종 제품을 위해 여러 금형 세트가 필요할 수 있습니다. 금형 두 반쪽의 정렬 문제가 금형 단조보다 덜합니다. 한 스트로크로 작업이 완료되므로 공기와 여분의 금형 윤활유가 빠져나갈 수 있는 장치가 필요합니다.

(iv) 업셋 단조(Upset Forging)

공작물의 일부만 단조해야 하는 경우가 많습니다. 봉재 한 끝에 볼트 헤드를 단조하는 것이 대표적 예입니다. 이러한 국부 단조 작업을 업셋팅이라 합니다. 업셋팅은 폐쇄형(그림 3.38a)과 개방형(그림 3.38b) 모두 가능합니다. 이 작업은 봉재의 종방향 압축을 수반합니다.

따라서 버클링을 방지하기 위해 단조할 비지지 길이에 대해 다음 규칙을 준수합니다:

(a) 개방 작업에서 비지지 부분 길이(l)는 공작물 직경 d의 3배를 초과하지 않아야 합니다.

(b) l이 3d를 초과하면 금형 직경 D ≤ 1.5d로 폐쇄 작업을 수행해야 합니다.

(c) 폐쇄 작업 중 비지지 길이가 금형 공동을 넘어(그림 3.38c) l₁만큼 연장되면 l₁ ≤ d여야 합니다.

(v) 스웨징(Swaging)

스웨징은 성형된 다이가 반경 방향으로 움직여 반복 타격을 가하는 충격 단조의 특수한 변형입니다. 이 작업은 주로 봉재와 튜브의 직경 감소와 테이퍼링에 사용됩니다.

(vi) 롤 단조(Roll Forging)

롤 단조는 두 개의 반원형 홈 롤이 두 평행 축에 의해 고정된 상태에서 수행됩니다. 이 공정은 봉재 직경 감소에 사용됩니다. 가열된 공작물을 열린 위치에서 다이 사이에 놓습니다. 롤이 반 회전하면 공작물이 압연되어 나옵니다. 이를 더 작은 홈에 넣고 원하는 치수가 될 때까지 반복합니다.

다이는 단조 작업에서 가장 중요한 구성요소 중 하나이므로 공정 성공은 다이 설계에 크게 의존합니다.

단조 다이가 갖춰야 할 기본 특징은 다음과 같습니다(그림 3.41 참조):

(i) 모서리 주변 금속 유동을 원활히 하고 과도한 다이 마모 및 모서리 부근 금속 파손을 방지하기 위해 적절한 필릿 반경을 항상 제공해야 합니다.

(ii) 주조 패턴과 마찬가지로 모든 수직 면에는 공작물이 다이에서 쉽게 빠지도록 적절한 드래프트(draft)를 주어야 합니다.

(iii) 앞서 언급했듯이 다이 모서리 주변에 여분 소재(플래시)를 수용할 공간을 제공해야 합니다. 이 플래시를 받기 위해 플래시 거터(flash gutter)를 두는 것이 권장됩니다.

열간 단조에서는 단조 제품이 보통 후속 전체 마감 작업을 거치지 않으므로, 다이 치수에 수축 여유(냉각 후 수축 보상)를 포함해야 합니다. 단조 다이는 대량 작업 하중을 받으므로 고탄소 또는 중탄소 합금강으로 만듭니다. 다이 경도(R_c)는 보통 45~60 범위입니다.

작업 #3. 인발(Drawing)

인발 작업은 주로 봉재와 와이어 직경 감소에 사용됩니다. 인발 속도는 대구경에서 10 m/min, 매우 가는 와이어에서 1800 m/min까지 다양합니다. 작업을 시작하기 위해 소재 시작단을 더 작은 직경으로 스웨징하여 다이로 쉽게 진입하게 합니다.

충격 작용을 방지하기 위해 저속으로 시작합니다. 큰 감소량에서는 여러 패스로 수행할 수 있습니다. 지속적인 냉간 가공으로 열이 발생하므로 다이 냉각을 위해 물 냉각이 필요할 수 있습니다. 튜브를 인발 다이로 통과시키는 경우도 있는데, 이를 싱킹(sinking)이라 부릅니다.

큰 다이는 고탄소강 또는 고속강, 중형 다이는 텅스텐 카바이드, 가는 와이어 인발용 다이는 다이아몬드로 만듭니다.

작업 #4. 깊은 인발(Deep Drawing)

깊은 인발 공정 역학에서 알 수 있듯, 판금을 다이로 최대한 끌어당겨 컵 벽 두께 감소를 최소화해야 합니다. 결과적으로 블랭크 외주 길이가 줄어들어 압축 후프 응력이 발생하며, 이것이 한계를 넘으면 컵 플랜지의 소성 주름이 생깁니다. 이 주름은 나중에 다림질로 제거할 수 없으므로 블랭크 홀더로 방지합니다.

그러나 과도한 블랭크 홀더 압력은 소재가 다리로 쉽게 끌어당겨지는 것을 방해합니다. 인발 비율(r_j/r_d)이 1.2 이하면 블랭크 홀더 없이도 작업 가능합니다. 더 높은 인발 비율은 블랭크 두께와 다이 프로파일에 따라 달성 가능합니다(그림 3.43).

블랭크 직경과 최종 컵 직경 비율이 너무 크면 작업을 여러 단계로 수행합니다. 첫 번째 이후의 연속 인발 작업을 재인발(redrawing)이라 합니다. 그림 3.44a, 3.44b는 두 가지 전형적인 재인발 작업을 보여줍니다. 그림 3.44b는 초기 컵을 안팎으로 뒤집으므로 역 재인발(reverse redrawing)이라 부릅니다. 이 작업이 일반 재인발보다 소재 가공이 더 심해 보입니다.

그러나 실제 상황은 정반대입니다. 일반 재인발(그림 3.44a)에서는 소재가 블랭크 홀더와 다이 모서리에서 반대 방향으로 굽힘됩니다. 반면 역 인발(그림 3.44b)에서는 외부 및 내부 다이 모서리를 따라 한 방향으로만 굽힘됩니다. 극단적인 경우 다이 모서리를 둥글게(그림 3.44c) 하면 소재 가공이 덜 심해집니다.

초기 작업 중 가공 경화가 일어나므로 재인발 시작 전 어닐링(연성 회복)을 보통 권장합니다.

일반적으로 금속 유동은 공작물 전체에서 균일하지 않으며, 대부분의 인발 부품은 원치 않는 금속을 제거하기 위해 트리밍이 필요합니다. 트리밍은 수동 가이드 작업이나 별도 트리밍 다이로 수행합니다.

펀치에서 작업물을 분리하기 위해 인발 다이 아래쪽에 약간의 리세스(recess)를 가공합니다. 복귀 스트로크에서 펀치 압력이 컵에서 제거되면 인발 컵이 스프링백 하려 합니다. 이 작용으로 리세스가 상승 스트로크 중 컵이 펀치와 함께 움직이는 것을 방지합니다.

작업 #5. 벤딩(Bending)

우리가 제시한 벤딩 분석은 판금에 모서리를 만들 때만 적용됩니다. 그러나 이 작업으로 더 복잡한 형상도 얻을 수 있습니다. 일반적으로 여러 단계가 필요할 수 있습니다. 복잡한 형상 생산을 위해 윤곽 롤 시리즈를 사용해 연속적으로 벤딩 작업을 수행합니다. 필요한 경우 아이들 롤(idle rollers)을 사용해 측면에서 공작물을 눌러줍니다.

튜브와 기타 중공 단면도 와이퍼 롤(wiper roll)을 사용해 폼 블록(form block)에 공작물을 감아 벤딩할 수 있습니다. 와이퍼 롤이 일정한 곡률을 가지면 생성할 곡률 중심에 힌지될 수 있습니다. 그림 3.48은 튜브 벤딩 작업을 설명합니다. 튜브 내부를 모래 등 충전재로 채워 붕괴를 방지할 수 있습니다.

작업 #6. 압출(Extrusion)

압출은 가장 잠재력 있고 유용한 금속 가공 공정 중 하나로 적용 방식에 많은 변형이 있습니다. 열간과 냉간 조건 모두에서 수행 가능합니다. 열간 압출은 작업 하중을 줄여주나(특히 고강도 소재), 냉각 장치와 급속한 다이 마모 등 문제를 야기합니다.

단순 정방향 압출 공정 분석에서 알 수 있듯, 이 직선 공정에서는 빌릿 전체가 전진해야 하므로 큰 마찰 손실과 높은 작업 하중이 발생합니다. 결과적으로 용기는 높은 반경 방향 응력을 받습니다.

이러한 어려움은 빌릿이 정지 상태인 역압출(backward extrusion)로 피할 수 있습니다. 따라서 빌릿과 용기 사이 마찰력이 없고 다이-용기 계면에서만 작용하며, 그 크기는 정방향 압출의 마찰력보다 훨씬 작습니다. 따라서 작업 하중이 감소하고 빌릿 길이와 무관해집니다.

맨드렐(mandrel)을 램과 함께 사용하면 관형 단면도 압출 가능합니다(그림 3.51). 초기 블랭크 형상에 따라 개방형(그림 3.51a)과 폐쇄형(그림 3.51b) 제품 모두 생산 가능합니다. 맨드렐은 램에 고정하거나 별도 본체에 고정할 수 있습니다(그림 3.51c).

충격 압출(impact extrusion)로 얇은 벽 캔 생산이 가능합니다. 이 공정은 연질 연성 소재에 한정되며 보통 냉간에서 수행됩니다.

램이 빌릿에 직접 하중을 가하는 대신 유체 매체를 사용할 수 있습니다(그림 3.53a). 이를 정수 압출(hydrostatic extrusion)이라 하며, 빌릿-용기 계면 마찰 손실이 제거됩니다.

이 공정의 약간 변형으로 상대적으로 취성 소재 압출이 가능합니다. 빌릿에 큰 정수압을 가하는 것 외에 수신 챔버의 제품을 빌릿 압력의 약 절반인 낮은 압력 하에 유지합니다(그림 3.53b). 소재는 낮은 변형 기울기를 겪습니다. 이 공정으로 매우 큰 물체 생산이 가능하나 본질적으로 느려 적용이 제한적입니다.

불균일 단면을 가진 복잡한 형상 작업물 생산을 위해 분할 다이(split die)를 이용한 폐쇄 공동 압출을 사용할 수 있습니다. 이 공정은 폐쇄형 단조와 유사하며 그림 3.53c에 나와 있습니다.

모든 빌릿은 보통 산화막으로 덮여 있습니다. 일반 압출 공정에서 이 산화막이 제품 코어로 유입되어(강도 특성 저하) 플라스틱 변형 중 층류 흐름이 보장되지 않으면 문제가 됩니다. 빌릿, 다이, 용기 사이에 윤활제를 사용해 작업 하중을 줄일 뿐 아니라 흐름을 층류로 유지해야 합니다. 결과적으로 빌릿 외부 표면이 제품 표피(skin)가 됩니다. 이 표면층 유지 원리는 고강도 소재 열간 압출과 클래드 제품에도 적용됩니다.

강철 열간 압출 시 빌릿 온도 범위는 1200~1500°C입니다. 다이는 과도한 마모 방지를 위해 약 200°C로 유지해야 합니다. 유리 섬유(또는 분말)를 윤활제로 주로 사용하는데, 유리의 점도가 온도에 민감하기 때문입니다. 다이 표면에서 점도가 높아 다이 마모 방지와 제품 표면에 약 0.025mm 두께의 유리 표피 형성에 유리합니다. 동시에 빌릿-용기 계면에서 유리의 점도가 훨씬 낮아 작업 하중이 감소합니다.

이 클래딩 공정의 또 다른 유용한 응용은 방사성 핵연료봉 생산입니다. 예: 우라늄과 토륨. 연료봉은 대기 가스에 덜 반응하는 구리나 황동으로 캔닝하여 산화 및 기타 오염으로부터 보호합니다. 빌릿을 클래딩 소재 커버와 함께 준비합니다.

작업 #7. 펀칭과 블랭킹(Punching and Blanking)

펀칭과 블랭킹은 금속 스트립 전단을 수반하는 가장 일반적인 판금 작업이지만, 노칭(notching), 랜싱(lancing), 슬리팅(slitting), 니블링(nibbling), 트리밍(trimming) 등 유사 작업도 있습니다.

노칭은 판금 측면에서 소재를 제거하는 작업이고, 랜싱은 스크랩 없이 금속을 부분적으로 절단합니다. 랜싱은 벤딩과 결합해 탭을 만드는 데 자주 쓰입니다. 슬리팅은 코일 판금을 길이 방향으로 절단해 더 좁은 스트립을 만듭니다.

니블링에서는 펀칭 홀이나 외부 경계에서 시작해 중첩된 노칭을 만들어 판금에서 복잡한 형상을 절단합니다. 특수 공구 없이 작은 원형 또는 삼각형 펀치를 고정 위치에서 왕복 운동시키고, 판금을 가이드해 원하는 절단 형상을 얻습니다. 트리밍은 플랜지나 플래시의 여분 소재 제거를 말합니다.

작업 시간과 비용 절감을 위해 블랭킹용 다이와 펀치 설계가 매우 중요합니다. 전형적인 단순 다이-펀치 조합에서 가이드 포스트 세트로 펀치와 다이의 정확한 상대 위치를 유지합니다. 스트리퍼는 복귀 스트로크 시 공작물을 펀치에서 분리하고, 스프링 장착 푸시오프 핀은 블랭크를 펀치 면에서 분리합니다. 스트리퍼는 블랭크 홀더 역할도 하여 인발을 방지합니다.

공간과 시간 최적화를 위해 동일한 어셈블리에 둘 이상의 다이-펀치 세트를 사용해 한 스트로크에 여러 작업을 수행할 수 있습니다(그림 3.56). 이를 복합 다이(compound die)라 합니다. 그림 3.56에서 블랭킹 펀치와 다이가 역위치에 있음을 알 수 있습니다. 내부 구멍 피어싱이 블랭킹 전에 수행되어야 함은 자명합니다. 경제성을 위해 인발(또는 벤딩)과 블랭킹을 결합하기도 합니다.

앞서 경우 한 위치에서 여러 작업이 수행되지만, 다른 위치에 다이-펀치 요소 시리즈를 사용하는 것도 가능합니다. 각 스테이션에서 한 작업씩 수행하고 금속 소재를 다음 스테이션으로 이송해 연속 작업이 가능합니다. 이런 다이 어셈블리를 순차 다이(progressive die)라 합니다.

블랭킹 작업의 또 다른 중요한 측면은 최적 레이아웃 설계(네스팅 nesting)로 스크랩을 최소화하는 것입니다. 이는 그림 3.58에 개략적으로 표현되어 있습니다. 레이아웃 제한사항은 그림 3.58b에 나와 있습니다. 블랭크 모서리와 스트립 측면 사이 최소 간격은 g = t + 0.015h로, t는 스트립 두께, h는 블랭크 폭입니다.

두 연속 블랭크 모서리 간 간격(b)은 스트립 두께 t에 의존합니다. 표 3.1에 b의 여러 값이 나와 있습니다. 때로는 압연 스트립을 소재로 쓸 때 입자 흐름 방향이 블랭크에 대해 지정되기도 합니다. 이 경우 네스팅 자유도가 거의 상실됩니다.

원형 블랭크에서는 다중 열 배치를 통해서만 스크랩 절감이 가능합니다.

작업 #8. 고에너지율 성형 공정(High-Energy-Rate Forming Processes)

지금까지 논의한 모든 금속 성형 공정은 재래식 에너지원을 사용합니다. 이에 더해 화학, 자기, 전기 방전 에너지원도 사용할 수 있습니다. 이러한 모든 공정에서 에너지 흐름 속도가 훨씬 높은 차수이므로 고에너지율(HER) 공정이라 부릅니다. 운동 에너지는 속도 제곱에 비례하므로, 상대적으로 작은 물체가 고속으로 움직여 많은 에너지를 공급할 수 있습니다.

예: 500 kN 프레스가 0.15 m 이동하면 75 kJ 에너지를 전달합니다. 대략 같은 에너지를 42 kN 해머가 6 m/s 속도로 공작물을 때려 전달할 수 있습니다. 그러나 26 N 무게의 물 전선이 폭약으로 240 m/s 속도로 움직이면 같은 에너지를 공급할 수 있습니다. 이 원리로 소형 기계와 장비 제작이 가능합니다.

언급한 세 경우의 에너지 방출률을 고려해 보겠습니다. 첫 번째 경우 전형적 소요 시간은 약 0.5초로 150 kW 파워입니다. 낙하 해머는 정지까지 약 0.06초 걸려 1.25 MW 파워가 관여합니다. 폭약 작업은 약 0.0007초 만에 완료되어 107 MW 파워를 의미합니다. 마지막 경우가 가장 콤팩트하면서 가장 강력한 기계임을 나타냅니다. 고속 성형 작업, 즉 폭약 성형과 전기 방전 성형은 이 원리에 기반합니다.

이제 세 가지 일반적인 HER 공정을 논의합니다:

i. 폭약 성형(Explosive Forming)

그림 3.60은 폭약 성형의 두 가지 방식을 보여줍니다. 둘 다 유체 매체(보통 물)에서 폭약 충전물을 폭파시켜 충격파를 발생시킵니다.

작은 부품에는 전체 충격파 전면을 밀폐 공간에서 활용하고, 큰 물체에는 파동 전면의 일부만 사용합니다. 비밀폐 작업은 효율이 낮습니다. 그러나 폭약 성형의 필연적 제어 부족으로 다이 파손 위험이 비밀폐 작업에서 더 큽니다.

전형적 폭약으로는 고에너지용 TNT와 다이너마이트, 저에너지용 화약이 있습니다. 고폭약을 공작물 바로 위에 놓으면 35 kN/mm²까지 압력 발생 가능합니다. 저폭약으로는 350 N/mm²로 제한됩니다.

물 전송 매체에서 공작물에 도달하는 피크 압력 p는 다음과 같습니다.

폭약 충전물과 물 자유 표면 거리(비밀폐 성형)는 스탠드오프 거리의 최소 2배여야 합니다. 그렇지 않으면 많은 에너지가 손실되어 작업 효율이 떨어집니다. 다양한 툴링을 사용해 다양한 형상 성형이 가능합니다. 일반적으로 소재 특성에 미치는 영향은 재래식 성형과 유사합니다.

ii. 전기수력 성형(Electrohydraulic Forming)

폭약 대신 전기 방전(스파크)을 사용해 유체에 충격파를 발생시킬 수 있습니다. 이 원리를 이용한 작업을 전기수력 성형이라 합니다. 이 공정 특성은 폭약 성형과 매우 유사합니다. 커패시터 뱅크가 충전 회로를 통해 충전되고, 스위치가 닫히면 전극 간격에서 스파크가 발생해 커패시터가 방전됩니다.

이 공정 에너지 레벨은 폭약 성형보다 낮습니다. 공작물 상 피크 압력은 방전 에너지량(스파크 경유)과 스탠드오프 거리의 함수입니다.

iii. 전자기 성형(Electromagnetic Forming)

전기수력 성형과 마찬가지로 전자기 성형에서도 전기 에너지를 먼저 커패시터 뱅크에 저장합니다. 이 에너지는 스위치를 닫아 코일을 통해 방전됩니다. 코일이 자기장을 생성하며, 그 세기는 전류 값에 의존합니다. 금속 공작물이 이 시변 자기장 내에 있으면 공작물에 전류가 유도되어 자체 자기장을 형성합니다.

이 두 자기장 방향은 고정된 코일이 공작물을 다이로 밀어내도록 합니다. 공작물은 전도성이 있어야 하나 자성일 필요는 없습니다. 코일 수명 단축이 이 작업의 주요 문제입니다.

작업 #9. 주화(Coining)

주화는 얇고 평평한 공작물에 측면 구속으로 인해 두께 변화를 주어 원하는 형상을 부여하는 폐쇄형 단조 작업입니다. 이름 그대로 주화(동전) 생산에 널리 쓰이며, 다이 면의 선명한 인상이 필요한 유사 물체 생산에도 사용됩니다.

작업 #10. 나사 전조(Thread Rolling)

볼트, 나사 등 나사 부품 대량 생산을 위해 두 개의 평평한 왕복 다이(또는 반대 방향으로 회전하는 나사 롤)를 사용해 공작물에 소성 변형으로 나사를 만듭니다. 기본적으로 압연 작업이므로 나사 전조라 부릅니다.

작업 #11. 튜브 피어싱(Tube Piercing)

이음매 없는 튜브 생산은 매우 중요하며 보통 튜브 피어싱 작업으로 달성합니다. 이 작업에서 고체 봉재를 반대 방향으로 회전하는 두 개의 경사 롤로 한쪽 끝에서 맨드렐 위로 흐르도록 강제합니다. 롤 속도와 경사량이 공급률을 결정합니다. 이 작업은 열간 상태에서 수행됩니다.

롤의 동시 압착과 회전 작용으로 소재가 타원형으로 변형되고 장축을 따라 크랙이 발생합니다. 변형된 소재의 추가 회전으로 크랙이 확장되어 구멍이 되고, 최종적으로 맨드렐에 의해 형상과 치수가 결정됩니다.

작업 #12. 스피닝(Spinning)

스피닝 공정에서는 판금으로부터 회전 표면을 가진 물체를 생산합니다. 블랭크를 폼 다이(form die)에 고정하고 이 다이를 회전시키며, 특수 형상 공구 또는 롤러로 판금 블랭크를 다이 위에 얹습니다. 작업 중 판금이 동시에 얇아지면 전단 스피닝(shear spinning)이라 부릅니다.

작업 #13. 신연 성형(Stretch Forming)

판금 벤딩 작업에서는 압축 응력이 항상 발생하며, 특정 조건에서 이는 국부 좌굴이나 주름을 일으킬 만큼 클 수 있습니다. 이러한 문제는 작업 중 금속 스트립을 인장 상태로 유지함으로써 방지할 수 있습니다. 동시 신연과 벤딩 공정을 신연 성형이라 합니다.