로터리 스웨이징이란 무엇인가? 공정, 유형 및 적용 분야에 대한 종합 가이드

1.0스웨이징이란 무엇인가?

스웨이징은 소재를 망치로 두드리거나, 누르거나, 다이에 힘을 가하여 소성 변형시켜 치수나 모양을 바꾸는 금속 성형 공정입니다. 일반적으로 냉간 가공 공정으로 수행되며, 추가 가공이 거의 또는 전혀 필요하지 않은 거의 완벽한 형상의 부품을 생산하는 것으로 알려져 있습니다.

1.1스웨이징의 기원과 발전

스웨이징 공정은 독일에서 유래되었으며, 처음에는 중공 원통형 공작물을 복잡한 형상으로 성형하기 위해 개발되었습니다. 이 공정 중 소재 흐름과 벽 두께 변화를 이해하기 위한 광범위한 연구가 진행되었습니다. 1964년 초, 케그(Kegg)는 스웨이징 공정의 기계적 모델을 제안하여 다이와 공작물 사이의 상대적인 회전 운동을 예측했습니다. 특히, 운동 패턴과 속도 변화에 영향을 미치는 다양한 스핀들 구성 하에서 더욱 그렇습니다.

1.2스웨이징과 일반 단조의 차이점

단조 공정은 일반적으로 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

• 튜브 드로잉: 금속 튜브를 다이를 통해 잡아당기거나 압출하여 직경을 줄입니다. 와이어 드로잉과 유사하게, 이 방법은 튜브형 가공물의 크기를 줄이는 데 사용됩니다.
• 스웨이징/라디얼 단조: 두 개 이상의 다이를 사용하여 연속 또는 고주파 왕복 운동을 통해 공작물을 두드려 국부적인 소성 변형을 유도하는 방식입니다. 이 방법은 중공 부품의 직경 감소, 테이퍼 성형, 포인팅, 내부 공동 성형에 널리 사용됩니다.

스웨이징의 주요 장점 중 하나는 높은 치수 정확도를 유지하고 소재를 보존하면서 실온에서 복잡한 성형 작업을 수행할 수 있다는 것입니다. 이는 특히 귀금속 가공에 적합합니다.

1.3작동 원리

스웨이징 공정은 일반적으로 다음 두 가지 모드로 수행됩니다.

• 축 스웨이징: 금속은 다이의 반경 방향 타격에 따라 측면으로 흐르면서 직경을 효과적으로 바꾸거나 테이퍼형 프로파일을 만듭니다.
• 롤러를 이용한 회전 스웨이징: 부품 주위를 공전하는 롤러 세트를 사용하여 가장자리를 제어된 방식으로 플레어링하거나 확장합니다. 베어링을 하우징에 압입하는 것과 같은 부품을 조립할 때 일반적으로 사용됩니다. 이 방법은 마찰과 마모를 줄이기 위해 윤활제를 사용하는 경우가 많으며, 높은 동심도와 밀착성이 요구되는 용도에 이상적입니다.

스웨이징은 변형 영역이 일정한 단면적을 유지하는 경우 중공 작업물의 내부 모양을 제어하기 위해 맨드럴을 사용하여 수행할 수도 있습니다.

2.0스웨이징 머신이란?

스웨이징 머신은 두 개 또는 네 개의 분할 다이를 사용하여 고속 방사형 해머링을 통해 금속 가공물(일반적으로 막대 또는 튜브)의 모양과 치수를 변경하는 데 사용되는 금속 성형 장치입니다. 일반적인 용도로는 직경 감소, 테이퍼 형성, 팁 성형, 중공 부품의 내부 프로파일 성형 등이 있습니다. 주로 냉간 가공 작업에 사용됩니다.

스웨이징 머신의 작동 원리
스웨이징 머신의 핵심 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 스핀들 및 다이 시스템: 다이는 롤러 케이지에 둘러싸인 모터 구동 스핀들에 장착되는데, 롤러 베어링과 디자인이 비슷합니다.
• 다이 모션: 스핀들이 회전하면 원심력에 의해 다이가 바깥쪽으로 밀려 케이지 위로 올라갑니다. 다이가 큰 롤러 위를 지나면서 순간적으로 닫히면서 가공물에 충격력이 전달됩니다.
• 작동 주파수: 다이는 분당 최대 2,000회에 달하는 매우 높은 빈도로 열리고 닫히므로 빠르고 효율적인 성형이 가능합니다.
  롤러 배열에 따라 다이는 동시에(표준 스웨이징 머신의 경우) 닫히거나 순차적으로(종종 회전 단조라고 하는 구성이지만 근본적으로는 여전히 스웨이징 공정임) 닫힐 수 있습니다.

2.1스웨이징 머신의 종류

스웨이징 머신은 다음과 같은 기본 유형으로 분류할 수 있습니다.

1. 마킹 스웨이거: 자동 스웨이징 머신으로도 알려져 있으며, 모터 구동의 연속적인 다이 모션을 특징으로 하며 고속, 대량 생산에 이상적입니다.
2. 테이퍼링 스웨이거: 쐐기 메커니즘을 사용하여 다이를 롤러에 결합합니다. 일반적으로 발로 작동하는 이 설계는 다이가 열린 상태에서 긴 공작물을 삽입할 수 있도록 하며, 특히 테이퍼형 끝단의 국부적인 성형을 가능하게 합니다.

2.2특수 스웨이징 구성: 오실레이팅 스핀들 스웨이징 머신

회전식 스웨이징의 변형인 이 디자인은 역회전 스핀들과 케이지를 특징으로 하며, 다이 사이에 불필요한 금속 "핀"이 형성되는 것을 방지합니다. 이를 통해 완성품의 날 품질과 동심도가 향상됩니다.

형성 원리 및 프로세스 세부 정보

• 성형 방법: 다이는 고정된 작업물에 초당 10~20회의 속도로 빠른 반경 방향 타격을 가합니다.
• 작업물 유형: 일반적으로 막대나 튜브 형태로 끝부분을 테이퍼지게 하거나 팁을 형성하거나 중공 부품의 내부 모양을 만드는 데 적합합니다.
• 형성 절차: 맨드렐은 중공 가공물의 내부 치수를 제어하는 데 사용할 수 있습니다. 다이는 안팎으로 움직이거나 부품 주위를 회전할 수 있습니다.
• 일반적인 응용 프로그램: 베어링을 하우징에 압입하여 튜브 끝을 줄이거나 넓혀서 뾰족한 끝을 형성하거나 내부 형상을 부여합니다.
• 매끄럽게 하기: 그리스 윤활은 일반적으로 금형 마모를 줄이고 성형 품질을 개선하는 데 적용됩니다.

2.3프로세스 분류 비교

스웨이징은 냉간 성형의 특성, 최소한의 재료 손실, 복잡한 기하학적 형상을 성형하는 데 있어 높은 효율성으로 인해 귀금속 가공 산업에서 널리 사용됩니다.

3.0금속 튜브용 회전 스웨이징 원리

금속 튜브의 회전 스웨이징 고주파 방사형 충격과 회전 운동을 결합한 소성 성형 공정입니다. 일반적으로 튜브 둘레에 균일하게 배치된 여러 개의 단조 금형(보통 3개, 4개 또는 8개)을 사용합니다. 동기화된 단거리 방사형 왕복 운동을 통해 끝단 축소, 중간부 네킹, 테이퍼 성형과 같은 정밀한 형상을 구현할 수 있습니다.

3.1프로세스 특성 및 워크플로

• 배열: 여러 개의 단조 다이가 튜브 주위에 고르게 분포되어 있습니다. 다이가 회전하면서 튜브 표면에 고주파 단거리 방사형 타격을 가하여 연속적인 소성 변형을 발생시킵니다.
• 프로세스 유형:
  • 프로그레시브 스웨이징: 튜브는 축 방향으로 천천히 전진하면서 한쪽 끝에서부터 점차 좁아지며, 길이를 따라 연속적인 변형이 허용됩니다.
  • 그루브 스웨이징: 다이가 특정 위치에서 국부적인 직경 감소 또는 움푹 들어간 윤곽 형성을 수행하는 동안 작업물은 고정된 상태를 유지하므로 정밀한 구조적 형상을 만드는 데 적합합니다.
• 변형 메커니즘: 다방향 충격과 빠른 주기적 하중은 재료의 결정립 미세화와 밀도화를 촉진하는 동시에 높은 성형 정확도와 뛰어난 표면 마감을 보장합니다.

3.2프로세스의 장점

• 최소한의 재료 낭비와 칩 생성 없이 효율적인 플라스틱 변형
• 구조적 강도와 내구성 향상
• 다양한 산업 응용 분야에 대한 복잡한 형상을 형성하는 기능
• 냉간성형 작업으로 열처리와 관련된 문제가 해결됩니다.

4.0단조란 무엇인가?

단조는 일반적으로 망치질이나 프레스와 같은 외력에 의해 소재가 소성 변형되는 금속 성형 공정입니다. 소재는 다이 내부에서 성형되어 내부 구조를 개선하고 기계적 성질과 강도를 향상시킵니다. 단조는 산업 제조 분야에서 가장 기본적이고 널리 사용되는 금속 성형 기술 중 하나입니다.

5.0단조 공정이란 무엇인가?

작동 원리: 폐쇄형 단조에서는 막대 또는 튜브와 같은 금속 소재를 정해진 모양의 금형 캐비티에 삽입합니다. 여러 개의 해머 헤드가 고주파 방사형 운동으로 소재를 타격하여 안쪽으로 밀어 넣어 캐비티를 점진적으로 채웁니다. 금형의 움직임은 다음과 같은 형태를 취할 수 있습니다.

• 왕복 운동(축 방향의 안팎으로의 운동)
• 회전 운동(종종 롤러 베어링과 유사한 롤러 케이지 시스템을 통해 달성됨)

회전 스웨이징에서는 다이가 고속으로 회전하여 소재가 고정된 상태에서 초당 10~20회의 타격을 가합니다. 관형 부품의 경우, 맨드렐을 사용하여 내경과 벽 두께를 조절할 수 있습니다. 형상이 있는 맨드렐을 사용하면 복잡한 내부 형상을 제작할 수 있습니다.

5.1성형 능력 및 정밀도:

• 작업물 크기 범위: 직경 0.5mm ~ 150mm
• 생산 속도: 분당 최대 30개 부품(복잡성과 자동화에 따라 다름)
• 치수 허용 오차: ±0.05mm ~ ±0.5mm로 엄격함
• 재료 호환성: 알루미늄, 구리, 스테인리스 스틸부터 텅스텐, 몰리브덴과 같은 변형이 어려운 금속까지 광범위한 금속에 적합합니다. 열간 단조는 일반적으로 연성이 낮은 재료에 사용됩니다.
• 윤활제는 가공 중 도구 마모를 줄이고 표면 마감을 개선하기 위해 자주 사용됩니다.

5.2단조의 응용 분야 :

단조는 효율성과 다용성으로 인해 산업 전반에 걸쳐 널리 적용되며, 특히 다음과 같은 경우에 적용됩니다.

• 폐쇄형 관형 구성 요소
• 튜브 끝단 축소 및 테이퍼링
• 전기 케이블 조립체 및 구조적 지지대
• 펀치, 끌, 핸들 및 플라이어 구성품
• 배기 시스템 및 자동차 연결 튜브
• 공구 샤프트, 세그먼트 콘 및 클램핑 요소

6.0로터리 스웨이징이란?

회전 스웨이징은 회전 운동과 결합된 빠르고 연속적인 방사형 충격을 사용하여 원형 막대, 튜브 또는 와이어를 절삭 없이 줄이거나, 성형하거나, 테이퍼링하는 특수 단조 기술입니다. 회전 스웨이징 기계는 여러 개의 해머 헤드(일반적으로 3개 또는 4개)를 사용하여 공작물 주위를 회전하면서 동시에 방사형 타격을 가하여 국부적인 소성 변형을 일으키고, 이를 통해 원하는 형상을 점진적으로 형성합니다.
기존 단조 공정에 비해 회전식 스웨이징은 치수 정확도가 높고, 소재 낭비가 줄었으며, 입자 구조 균일성이 향상되었습니다. 에너지 효율이 높고 칩이 발생하지 않는 금속 성형 공정입니다.

6.1로터리 스웨이징의 종류

6.2로터리 스웨이징 공정 단계

• 공작물 준비: 적절한 막대 또는 튜브 재료를 선택하세요
• 클램핑 및 위치 지정: 기계 고정 장치에 작업물을 고정합니다.
• 다이 회전 및 해머링: 다이는 고속으로 회전하며 동기화된 방사형 타격을 전달합니다.
• 증분형 형성: 지속적인 충격으로 인해 외경이 점차 감소하고 모양이 변화합니다.
• 부품 제거: 최종 크기 또는 모양이 달성되면 부품은 수동 또는 자동으로 제거됩니다.

7.0스웨이징 머신 유형: 고정형부터 회전형 시스템까지 완벽한 가이드

스웨이징 머신은 금속 성형, 직경 축소, 테이퍼링 작업에 널리 사용됩니다. 구조와 성형 메커니즘에 따라 다음과 같은 주요 유형으로 분류할 수 있습니다.

7.1고정 다이 스웨이징 머신

고정식 스웨이징 머신이라고도 하는 이 기계는 열간 단조와 냉간 단조 모두에 적합한 매우 다재다능한 장치입니다. 작동 중 스핀들 어셈블리는 고정된 상태를 유지하는 반면, 외부 롤러 케이지는 회전하여 다이를 구동하여 공작물을 닫고 압축합니다.

특징 및 이점:

• 다양한 단면 모양(원형, 정사각형, 직사각형)을 가공할 수 있습니다.
• 복잡한 기하학적 형태를 형성하기 위한 높은 유연성
• 고온 및 저온 작업 공정 모두에 적합합니다.

변종:

• 동기 송풍 타입: 둥글고 홈이 있는 튜브 생산에 적합합니다.
• 교대 송풍 유형: 정사각형, 직사각형 또는 육각형 프로필에 이상적입니다.

응용 프로그램: 항공우주 튜빙, 유체 제어 파이핑 및 기타 산업에는 고정밀 관형 구성 요소가 필요합니다.

7.2로터리 다이 스웨이징 머신

회전 스웨이징 머신이라고도 하는 이 기계는 현대 스웨이징 공정에 일반적으로 사용되는 고효율, 고일관성 공구입니다. 다이는 공작물 주위를 회전하는 여러 개의 해머 블록에 장착됩니다. 스핀들이 회전하면 원심력으로 해머 블록이 롤러에 부딪히게 되고, 이로 인해 다이가 주기적으로 닫히고 방사형 단조가 수행됩니다.

다이 구성:

• 2다이 시스템: 표면 마감이 뛰어난 소형 부품에 이상적입니다.
• 4다이 시스템: 큰 압축과 팁 성형이 필요한 대형 부품에 적합합니다.

응용 프로그램: 카트리지 히터, 주사 바늘, 총기 부품, 임업 도구 및 다양한 튜브 기반 제품.

7.3유압 스웨이징 머신

유압 스웨이징 머신은 회전식 다이 모션과 유압 제어를 결합하여 주로 케이블 피팅 조립, 숄더 축소, 그리고 주름관 성형에 사용됩니다. 작동 중, 공작물은 열린 다이를 통해 삽입되고, 다이는 회전 스핀들과 쐐기 메커니즘에 의해 닫힙니다. 스웨이징 후, 시스템은 자동으로 다이를 다시 엽니다.
주요 장점:

• 부품 취급에 있어 더 큰 유연성
• 클램핑과 제거가 간편하여 조립 작업에 이상적입니다.

일반적인 응용 프로그램: 건축용 케이블 난간, 해양 조작 장치, 야외 로프 코스, 유지 관리 도구.

7.4롱 다이 스웨이징 머신

매우 긴 테이퍼형 튜브 제조용으로 설계된 이 기계는 로터리 스웨이징과 유사하게 작동하지만, 표준 스웨이징 기계의 길이 제한을 극복하기 위해 연장된 길이의 다이가 장착되어 있습니다. 최대 24인치 길이의 테이퍼형 부품을 성형할 수 있어 가구, 스포츠 용품, 항공우주 부품 등에 적합합니다.

재료 호환성: 스테인리스강, 알루미늄, 용접관, 이음매 없는 관 등 철금속과 비철금속 모두에 적용 가능합니다.

응용 프로그램 :길이와 모양의 일관성이 요구되는 테이퍼형 가구 다리, 스포츠 장비, 항공우주용 튜빙.

7.5요약

참고문헌

https://en.wikipedia.org/wiki/Swaging

https://thelibraryofmanufacturing.com/swagging.html

https://www.researchgate.net/publication/275540272_Rotary_Swaging_Forming_Process_of_Tube_Workpieces