헤딩 (제조)

헤딩

헤딩(Heading)은 볼트, 리벳 등과 같은 제품의 머리 부분을 성형할 때 적용하는 제조 방법으로 소재에 외부압력을 가해 형상을 변경시키는 단조 성형법의 일종으로 업셋단조(Upset Forging)라고도 칭한다.

개요

헤딩은 기본적으로는 업세팅 작업이며 둥근 봉이나 선의 한 쪽 끝에 단면적이 큰 부분을 만드는데 적용된다. 헤딩 방법으로는 볼트, 스크루, 리벳, 못 기타 체결용 부품들의 머리 부분을 제작할 수 있다. 헤딩 작업은 냉간, 온간, 열간에서 헤더(header)라는 자동화된 기계에서 이루어진다. 우리가 접하는 볼트의 70%는 냉간단조 방식이고, 특수 볼트는 열간단조 방식으로 제작한다. 헤딩 작업은 냉간 압출 공정과 조합되어 여러 가지 제품을 생산하는데 사용된다. 헤딩 작업 시 소재의 구속되지 않은 부분의 길이가 지름에 비해 너무 길면 소재에 좌굴이 일어나기 쉽다. 이 부분의 이 부분의 비는 보통 3:1 이내로 제한되지만, 금형의 형상에 따라 더 커질 수도 있다. 예를 들면 금형 공동부의 지름이 소재 지름의 1.5배 이내이면 더 큰 비도 가능하다. 헤딩과 업세팅(Upsetting) 모두 소재의 축선상의 길이를 줄여 직경을 크게 하는 성형 방법이지만 헤딩이 금형을 사용하는 형단조의 일종인 반면 업세팅은 자유단조에 해당한다. 자유단조의 경우 소재 일부만이 금형 내에서 성형되며 형단조의 경우 소재 전체가 금형 내에서 성형된다는 점에서 차이가 있다.

장점

• 시간당 최대 4500개 부품의 높은 생산 속도.
• 완전 자동화 가능.
• 단조 드래프트 및 플래시 제거.
• 폐기물이 거의 발생하지 않거나 전혀 발생하지 않음.

볼트 제조 과정

헤딩 6각볼트 머리 금형

도금 볼트

원재료

우선 원재료를 공급하는 것에서부터 제조공정이 시작된다. 원재료로는 주로 제철사에서 제조한 열간용 BAR 재료나 선재를 이용한다. 열간이란 금속 따위를 재결정 온도보다 높은 온도로 달구어서 조작하는 조건을 말하고 그 반대의 개념이 냉간이다. 볼트의 용도에 따라 다른 선재를 이용한다. 보통 냉간 압조용 선재를 이용하지만 고강도의 볼트 제조가 요구될 때는 크로뮴(Cr), 니켈(Ni), 몰리브데넘(Mo) 등의 합금원소가 첨가된 고강도 제품인 기계구조용 합금강 선재 등의 특수강의 원재료를 이용한다.

인발, 절단

인발은 원재료를 제품의 규격에 부합되는 직경으로 균일하게 만드는 공정이다. 인발 작업을 거친 원재료들은 고유의 강도가 변경된다. 절단은 인발된 원재료를 제품 규격에 일치하는 길이로 절단하는 공정이다.

냉간단조

냉간가공은 낮은 온도에서(일반적으로 상온) 금속을 성형하는 것을 말한다. 열간가공에 의해 생산된 제품 보다 마무리가 윤택하고 기계적 가공이 적게 들어가 그만큼 변형 및 균열이 적어 더 정확하다. 냉간가공은 결정립 크기는 변화시키지 않고 단지 변형만 시키며 재료의 항복강도 및 극한강도 그리고 경도를 강화시키지만 연성은 감소시킨다. 그중 냉간단조란 금속재료에 공구로 압력을 가하여 공구형상에 따라서 밀어내거나 충만시켜서 바라는 형상을 만드는 가공법이다. 냉간단조를 하기 전에 검토할 사항은 수량, 재질, 모양 및 크기 등이 있다. 이것은 냉간단조가 대량생산에 유리하고 큰 힘이 들어가기 때문에 원재료가 강해야 하며 주로 제작이 용이하게 하기 위해 축대칭모양을 제작하기 때문이다. 냉간단조 가공법에는 업세팅, 압출 등 주성형작업과 코이닝, 아이어닝, 피어싱, 트리밍등의 보조 성형작업이 있다. 볼트 제조에는 볼트의 머리 부분을 만드는 헤딩이 주로 이용된다. 헤딩작업은 앞선 공정에서 절단된 선재를 헤딩금형 다이스로 이동시킨 다음 슬라이드 장치에 장착된 펀치 금형의 강한 압조력으로 소성변형을 일으켜 영구변형시키는 공정이다. 트리밍은 헤딩공정으로 다듬어진 재료에 원형, 사각 등의 형상으로 머리부를 따내는 공정이다. 트리밍 다이스에 머리부 안쪽을 안착시키고 트리밍 펀치로 원하는 형상으로 자른다.

로링

로링(Rolling)은 볼트의 나사산을 내는 작업이다. 나사 전조용 롤링다이스를 2~3개 이용하여 강력한 소성변형을 일으켜 나사산을 만드는 과정이다. 로링은 나사산 성형전 치수와 세팅의 정도에 따라 나사의 품질이 결정되므로 매우 중요한 공정 과정이다.

표면처리

볼트의 부식을 방지하고 내마모성 내열성을 위해 표면처리를 한다. 최근 들어 외관을 좋게 하려는 목적으로도 이용되고 있다. 표면처리의 종류에는 전기 화학 용융도금 세 가지로 나눌 수 있다. 전기도금은 피물체인 볼트를 음극, 도금하고자 하는 금속(니켈, 금, 은, 동 등)을 양극으로 하여 전기분해를 일으켜 양극의 금속이 용해되고 음극의 피물체에 석출되게 하는 방식이다. 화학도금은 PCB등의 전기과 통하지 않는 피물체에 하는 방법이다. 용융도금은 피물체보다 낮은 녹는점을 가지는 물체를 용융시켜 고온에서 짧은 시간 침적시켜 피물체와 철화합물을 형성하도록 하는 방법이다.

참고자료

• "Heading", Microsoft Word
• 천상천하유아독존, 〈단조공정의 종류와 특성, 특수 단조공정 등〉, 《네이버 카페》, 2018-09-14
• 공작기기/공구, 〈코이닝(Coining), 헤딩(Heading), 천공(Piercing)과 허빙(Hubbing)〉, 《메카피아》, 2020-02-28
• 이혜원 기자, 〈나사/볼트/너트〉, 《아이위키》, 2018-07-25
• 케카럽, 〈단조란?-정의, 공정 및 유형〉, 《티스토리》, 2022-07-05
• 이혜원, 〈볼트가 만들어지는 과정〉, 《아이위키》, 2016-12-29
• 〈볼트의 설계 및 제조과정공학기술레포트〉, 《그래요레포트》

같이 보기

• 볼트
• 제품
• 제조
• 소재
• 압력
• 업세팅
• 인발
• 절단
• 음극
• 금속
• 양극
• 전기
• 헤딩

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