압연 가공은 금속 가공의 일종으로 금속이 외력에 의해 변형하는 「소성」을 이용한 가공 중 하나입니다. 제품 자체라기보다 판이나 봉과 같은 재료를 만들기 위해 이루어지는 가공으로 비교적 저렴하게 같은 형태의 금속 재료를 대량 생산할 수 있는 것이 특징입니다. 이번에는 압연 가공의 종류와 압연 가공에 사용하는 기계에 대해 해설합니다. 
목차
압연 가공이란?
압연 가공(rolling)은 회전하는 롤로 금속을 눌러 뭉개면서 당겨 늘리는 가공입니다. 파스타 머신이나 예전 세탁기에 붙어 있던 압착기 등을 상상하면 좋을 것입니다. 금속소성 가공의 일종으로 동일한 단면 형상을 갖는 연속된 부재를 고속으로 가공할 수 있는 것이 특징입니다. 금속 판이나 봉 외에 선로나 H, L 등의 형태가 있는 긴 것, 관 모양의 사각이나 원형 재료를 생산합니다. 알루미늄박 등도 압연으로 만들어지는 제품의 대표입니다. 압연 가공으로 만들어진 제품은 건설 현장이나 제조 현장 등 폭넓은 분야에서 사용되는데 특히 금속판은 음료 캔이나 전지 외 자동차 보디 등 대단히 많은 곳에서 사용됩니다.
압연 가공의 종류
압연 가공은 가공 시의 온도에 따라열간 압연, 냉간 압연, 온간 압연의 3종류로 분류할 수 있습니다.
열간 압연
열간 압연은 재료의 금속을 가열하여 부드럽게 해서 가공하기 쉬운 상태로 압연하는 방법입니다. 강재는 900℃~1,200℃의 온도에서 가공되고 빨갛게 달군 금속 재료가 롤 사이를 빠져나가는 듯한 광경을 볼 수 있습니다. 열간 압연의 장점과 단점은 다음과 같습니다.
장점
- 고온에 의해 변형 저항이 작아져 가공성이 좋다
- 고온에서 찌부러지기 때문에 결정 구조가 견고해지고 끈기 있는 재료를 얻을 수 있다
- 재결정 온도보다 높은 온도에서 가공하므로 가공 경화를 일으키지 않는다
단점
- 가공 시와 가공 후의 온도 변화가 크기 때문에 치수 정밀도가 그다지 높지 않다
- 공기 중의 산소와 결합하여 표면에 스케일(산화막)이 발생하므로 마감이 그다지 깨끗하지 않다
- 재료를 가열하기 위해 에너지와 비용이 든다
냉간 압연
냉간 압연이란 상온이나 실온에서 이루어지는 압연 가공입니다. 열간 압연처럼 재료를 가열하지 않지만 재료가 변형할 때 발생하는 열로 인해 재료의 온도는 상승합니다. 강재계의 경우는 기준으로 600℃ 이하에서의 가공이 냉간 압연입니다. 냉간 압연의 장점과 단점은 다음과 같습니다.
장점
- 재료를 가열하는 설비가 필요 없고 재료도 취급하기 쉽다
- 열간 압연에 비해 치수 정밀도가 높다
- 광택 있는 표면을 얻을 수 있어 마감이 깔끔하다
단점
- 금속의 변형 저항이 커서 가공에 큰 힘이 필요
- 가공 경화가 발생할 수 있고 잔류 응력 제거를 위해 가공 후 어닐링 등의 열 처리가 필요
온간 압연
온간 압연이란 열간 압연과 냉간 압연 중간에 위치하는 압연 가공입니다. 강재의 경우 600℃~900℃ 정도의 온도에서 가공됩니다. 열간 압연과 냉간 압연의 단점을 보완할 수 있는 제3의 방법으로 알루미늄 휠 생산 등에 이용되는 방법입니다.
압연 가공에 이용되는 주요 압연기 6선
압연기란 압연 가공에 이용되는 전용 기계입니다. 압연기는 가공 후 형상에 따라 배치되는 롤의 장소와 개수가 바뀝니다. 여기에서는 제조 현장에서 많이 이용되는 6종류의 압연기를 소개합니다.
2단 압연기(이중식 롤)
2단 압연기는 롤 2개에 금속을 끼워 넣는 압연기로 가장 단순한 구조로 되어 있습니다. 주강 덩어리(잉곳)에서 20mm~30mm 정도의 두께를 가진 슬래브(강편)를 만드는 조압연이나 박판 압연 등에 이용됩니다.
4단 압연기(사중식 롤)
4단 압연기란 ２단 압연처럼 롤 2개 뒤쪽에 각각 1개씩 백업 롤이 있는 압연기입니다. 워크 롤이 휘지 않도록 백업 롤로 억제하기 때문에 정밀도가 양호한 가공을 할 수 있습니다. 강뿐 아니라 동이나 알루미늄 등의 압연 가공에도 사용됩니다. 스트립 밀이라는 연속으로 압연하는 가공의 마감에도 4단 압연기가 사용됩니다.
다단 압연기(클러스터 밀)
다단 압연기는 4단 압연기보다 더 많은 여러 개의 백업 롤을 가진 압연기입니다. 이러한 여러 개의 백업 롤을 근거로 「클러스터(송이, 덩어리)」라는 이름이 붙여졌습니다. 많은 지지 롤을 갖고 있어 높은 압력을 가할 수 있고 스테인리스 강판처럼 단단한 금속을 가공할 수 있습니다. 또한 워크 롤의 직경이 작아도 휘지 않고 가공할 수 있다는 점에서 냉간 압연으로 동박과 같은 초슬림 소재를 제조할 수 있습니다.
플래니터리 압연기
큰 백업 롤의 바깥 둘레에 여러 개의 작은 워크 롤이 배치되어 있습니다. 작은 워크 롤이 굴러가면서 조금씩 워크를 가공하기 때문에 압연량이 큰 가공이 가능합니다.
유니버설 압연기
수평 방향뿐만 아니라 수직 방향에도 롤을 배치하여 상하 좌우의 롤로 압연하는 것이 특징입니다. 가로 방향에도 오목부가 있는 복잡한 형상의 작성에 적합해서 대충 만들어진 봉형 재료를 H형강처럼 복잡한 형태로 가공합니다.
천공 압연기(마네스만 강관 압연기)
천공 압연기는 조인트 없는 강관을 만들 때 사용되는 압연기입니다. 안쪽에서 홀을 성형하는 천공 플러그와 바깥쪽 원뿔 롤을 통해 공동 있는 봉형 금속으로 가공합니다. 조인트가 없는(심리스) 관을 만들 수 있어 석유 파이프라인이나 보일러 외에 라이프라인 등 액체와 기체 수송용 관에 많이 사용됩니다.
정리
압연 가공이란 금속의 소성 가공 일종으로 롤러로 금속을 연장하여 판이나 봉, 관 등을 만드는 가공입니다. 압연 가공은 가공 온도에 따라 열간 가공과 냉간 가공 그리고 온간 가공의 3종류로 나눌 수 있습니다. 또한 압연 가공을 하는 기계는 목적에 따라 다양한 종류가 있고 판상 소재의 가공에는 2단 압연기와 4단 압연기, 클러스터 압연기 등이 사용됩니다. 이외에도 유니버설 압연기로는 H형강과 같은 오목부가 있는 봉재나 천공 압연기로는 조인트 없는 강관 등이 만들어집니다. 미스미 meviy에서는 공장 설비와 장치에 필요한 판금 부품 및 절삭 플레이트의 견적과 가공에 대응하고 있습니다. 판금 부품에는 SPHC(열간 압연 강판) 및 SPCC(냉간 압연 강판)를 비롯하여 다양한 재질·표면 처리·도장이 있습니다.
