콜드 포밍 머신: 상온에서 와이어를 성형하는 원리

콜드 포밍 머신이란?

콜드 포밍 머신(cold forming machine)은 콜드 롤 포밍 머신(cold roll forming machine)이라고도 하며, 고압 하에서 코일 와이어를 냉간 단조하고 변형시키도록 설계되었습니다. 이는 상온에서 작동합니다. 코일 와이어는 원하는 길이로 절단되어 툴링 영역으로 이송되며, 일련의 다이를 순차적으로 통과합니다. 콜드 포밍 머신은 콜드 포징 머신(cold forging machine) 또는 콜드 포징 프레스(cold forging press)라고도 불립니다.

성형 및 변형 가능한 소재는 직경과 길이 면에서 다양합니다. 일반적인 콜드 포밍 머신은 소재 길이 2mm~30cm 이상, 코일 와이어 직경 0.2cm~5cm 범위에서 사용 가능합니다. 금속 형상을 만드는 다양한 툴과 다이를 사용하여 피어싱(piercing)이나 트리밍(trimming)으로 소량의 소재만 전단할 수도 있습니다.

콜드 포밍 머신의 작동 원리

공작물이 적절히 위치하면 콜드 포밍 머신은 상부 성형 다이, 하부 다이, 또는 성형 플레이트를 고압으로 금속 조각에 대고 작동시킵니다. 이후 금속 소재가 짜여 1차 형상이 만들어지고, 일련의 툴을 통해 후속 성형이 완료되며, 콜드 포밍 머신에서 제거된 후 가공 형상을 유지합니다.

콜드 포밍 공정 중 금속 소재는 탄성 한계까지 강제되지만 인장 강도 이상으로는 변형되지 않습니다. 그렇지 않으면 금속이 파단되기 때문입니다. 콜드 포밍 머신은 보통 수평 형태이며, 전체 공정은 상온에서 작동하는데, 이것이 온간/열간 성형 공정과 가장 뚜렷한 차이점입니다.

짜기(squeezing), 벤딩(bending), 드로잉(drawing), 전단(shearing)은 콜드 포밍 머신에서 사용할 수 있는 다양한 성형 기술로, 열간 가공 머신에서 수행하는 것보다 더 쉽고 비용 효율적입니다.

피더와 컨베이어 유형도 다양하며, 선택은 용도와 금속 유형에 따라 달라집니다. 콜드 포밍 머신은 많은 산업에서 인기가 있어 자동차나 기계 부품 생산에 널리 적용됩니다.

왜 콜드 포밍을 사용하는가?

콜드 포밍은 더 나은 표면 조도, 더 나은 치수 제어, 가열 제거와 깨끗한 공정으로 인한 비용 절감으로 가장 널리 사용되는 성형 방법입니다. 부품을 성형하는 것을 목표로 하는 다른 절삭 공정과 달리, 콜드 포밍 공정에서는 칩(chip)이 생성되지 않습니다.

정의상 콜드 포밍은 초기 슬러그(slug) 가열 없이 지속적인 가열과 고온 작동 없이 소재를 압착하고 성형하는 것입니다. 여기서 '콜드(cold)'와 '가열 없음'에는 어닐링(annealing) 공정은 포함되지 않습니다. 어닐링은 금속의 연성을 높이고 경도를 완화하는 열처리를 뜻하며, 콜드 포밍에서 중간 단계에 주로 수행됩니다.

온간/열간 가공에 비해 콜드 포밍은 더 나은 치수 정밀도를 가집니다. 또한 콜드 포밍 머신에서는 스케일(scale)과 칩이 생성되지 않습니다. 이 특징은 오염을 제거하거나 최소화합니다. 게다가 칩이 없으므로 니어넷셰이프(near-net-shape) 툴로 폐기물도 줄입니다. 원자재 절약은 특히 대량의 콜드 포밍 부품을 생산하거나 금, 니켈, 구리, 탄탈룸, 팔라듐 같은 상대적으로 비싼 금속을 가공할 때 엄청난 이점이 됩니다.

원자재 무게는 일반적으로 최대 22kg로 제한됩니다. 일반적인 콜드 포밍 머신에서는 소재 무게가 5kg 미만입니다. 콜드 포밍에 적합한 금속으로는 합금강, 탄소강, 알루미늄, 황동, 구리, 납, 니켈강, 청동, 귀금속 등이 있습니다.

콜드 포밍 머신의 또 다른 장점은 소재 절약뿐만 아니라 작업 시간도 크게 단축한다는 점입니다. 콜드 포밍의 생산 사이클은 다중 스테이션 생산에서 특히 훨씬 빠릅니다. 위에서 언급한 특징과 기타 이점들이 콜드 포밍 머신을 인기 있는 성형 장치로 만듭니다.

콜드 포밍 머신의 단점

콜드 포밍이 제공할 수 있는 많은 이점에도 불구하고, 플라스틱 흐름 특성 때문에 플라스틱 제품 성형에는 덜 적합합니다. 작업자가 성형 기술을 수행하기 위해 더 높은 압력이 필요할 수 있기 때문입니다. 더 단단한 다이와 더 무거운 기계가 필요하므로 콜드 포밍 머신은 비교적 단순한 형상의 대량 생산에만 적합합니다. 작업자가 맞춤형 프로파일을 생산해야 한다면, 다른 가공 방법에 비해 달성 가능한 성형 수준이 제한적입니다.

콜드 포밍의 또 다른 단점은 공작물이 가공되어 기계에서 제거된 후 발생하는 탄성 스프링백(elastic spring back)입니다. 연성이 낮은 금속은 냉간 금속 변형에 덜 적합합니다.