핫업셋 공정에 대해 질문드립니다...

Question

핫업셋 공정에 대해 궁금합니다. 실제 생산 현장에서 핫업셋 공정을 적용했을 때 어떤 제품에 주로 사용되며, 냉간단조와 비교한 장단점은 무엇인지 경험 있으신 분들의 의견 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

핫업셋은 봉재의 한쪽 끝을 가열해 축 방향으로 눌러 머리를 부풀리는 열간 단조 공정이에요. 업셋이라는 말 자체가 길이를 줄여 단면을 키운다는 뜻이고, 여기에 열을 가해 재료를 무르게 만든 상태에서 하는 게 핫업셋이에요. 봉재 전체가 아니라 끝부분만 유도가열로 빨갛게 달군 뒤 금형에 물리고 펀치로 밀어붙이는 방식이 일반적이에요.

주로 쓰이는 제품은 봉 끝에 큰 머리가 필요한 부품이에요. 자동차 엔진 밸브가 대표적이고, 액슬 샤프트, 대형 볼트와 앵커볼트, 트랙터의 견인 핀, 철도 부품, 유압 실린더 로드 끝의 아이 부분 같은 것들이에요. 공통점은 머리 지름이 봉 지름의 두 배를 훌쩍 넘거나, 냉간으로는 눌러 부풀리기 어려운 굵은 봉재라는 거예요.

냉간단조와 비교하면 장점은 변형량이에요. 냉간은 한 번에 부풀릴 수 있는 양이 제한돼 있어서 봉 지름의 두 배 정도 머리를 만들려면 여러 공정을 거쳐야 하는데, 핫업셋은 재료가 물러 한두 번에 큰 머리를 만들어요. 가공 하중이 냉간의 몇 분의 일이라 굵은 봉재나 합금강, 스테인리스처럼 냉간에서 갈라지기 쉬운 재료도 다룰 수 있고, 금형 수명도 길어요. 단점은 정밀도예요. 가열과 냉각 과정에서 치수가 변하고 표면에 산화막이 생겨서, 냉간처럼 가공 없이 바로 쓰는 정밀 치수는 못 내고 대부분 후가공이 따라와요. 가열 에너지 비용과 시간이 들고, 냉간단조에서 얻는 가공경화 효과가 없어 강도가 필요하면 별도 열처리가 필요해요. 표면 상태도 냉간보다 거칠고요.

현장에서는 그래서 구분이 꽤 명확해요. 지름 20mm 이하의 볼트와 소형 부품, 치수와 표면이 중요한 대량 생산품은 냉간이 압도적이고, 굵고 머리가 크거나 재료가 까다로운 부품은 핫업셋으로 가요. 그 중간에 재료를 살짝만 데워 두 방식의 장점을 섞는 온간 단조가 자리 잡고 있어요. 어느 쪽이든 부품 도면에서 머리 지름 대 봉 지름의 비율과 재질을 보면 공정 선택은 거의 정해져요 :)

Answer 2

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

핫업셋은 금속 소재를 높은 온도로 가열한 뒤 축 방향으로 눌러 길이를 줄이고 단면을 크게 만드는 열간 단조 공정입니다.

어디에 쓰냐면 주로 대형 볼트 머리나 샤프트 끝단, 자동차 부품, 플랜지, 벨브류 등 한쪽 부분을 두껍게 만들어야 하는 제품들에 사용됩니다.

가열된 상태기 때문에 소재가 부드러워 큰 변형이 가능하고, 냉간단조보다 성형하중이 작기 때문에 대형 부붐이나 고강도 재료 가공에 유리한 장점이 있습니다. 또 내부 조직을 치밀하게 만들 수 있기 때문에 주조품보다 기계적 성질을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다.

반면 표면에 산화스케일이 생기기 쉽고, 치수 정밀도와 표면 품질은 냉간단조보다 떨어질 수 있고, 가열비용 또한 추가된다는 점이 단점으로 볼 수 있습니다. 냉간 단조는 치수 정밀도와 표면 품질, 생산성이 좋지만 성형하중이 크고 변형 가능한 양이 제한되는 단점이 있습니다.

핫업섹이라는 것은 큰 변형과 대형 부품에, 냉간단조는 정밀도와 대량생산이 중요한 소형 부품에 더 적합하다고 생각하시면 될 것 같습니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

핫업셋은 소재를 재결정온도 이하의 고온으로 가열한 뒤 압축해 머리 부분을 굵게 성형하는 단조 공정으로 볼트 리벳 자동차용 축 부품 등 길이 방향으로 재료를 모아야 하는 제품에 주로 활용됩니다 냉간단조보다 변형저항이 낮아 큰 변형이나 대형 부품 성형에 유리하고 금형 부담이 작다는 장점이 있습니다 반면 가열 과정이 필요해 산화스케일이 발생하고 치수 정밀도와 표면 품질이 떨어질 수 있으며 가열 에너지와 공정 관리가 추가로 필요합니다 그래서 정밀도와 생산성을 증시하는 소형 부품은 냉간단조 큰 변형량이나 성형이 어려운 소재 제품은 핫업셋이 적합한 경우가 많습니다