1. 전조 가공(轉造 加工, form rolling)의 특징
전조 가공이란 소재나 공구(롤) 또는 그 양쪽을 회전시켜서 밀어붙여 공구의 모양과 같은 형상을 소재에 각인(刻印)하는 공법을 말합니다. 회전하면서 하는 일종의 단조 가공입니다.
전조에 의하면 나사밑 또는 기어의 보스(boss) 등에 사용 시 높은 응력을 받는 부분이 가공 경화되고 또한 금속 조직이 절단되지 않고 치밀한 흐름선이 되므로 정적 강도, 충격 강도, 피로 강도 등이 모두 높게 됩니다. 칩(chip)을 내지 않는 관계로 소재가 절약되며, 비교적 정밀도가 높은 균일한 제품을 대량 생산하는데 적합하고, 기계의 자동화가 쉽습니다.
2. 전조 가공의 방법
전조 가공의 방법을 알아보겠습니다. 소재에 공구를 밀어붙이기만 하는 나사, 기어의 전조 하는 방법을 이용하면 여러 가지 모양의 각인을 할 수 있으므로 톱니 모양, 스플라인(spline) 등도 똑같이 가공할 수 있습니다. 또 볼의 전조에서는 헬리컬 홈을 가진 2~3개의 로울 표면에서 소재를 적극적으로 이동시키면서 회전체를 형성하면 재료의 이송이 연속적으로 한 방향에 진행되어 대량 생산을 할 수 있고 3개의 로울을 사용한 관의 핀(fin) 전조는 나사의 경우보다 위로 밀려 올라오는 것이 크므로 한 번에 성형되지 않고 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이면서 핀이 완성되어 갑니다.
3. 나사의 전조 가공
나사의 전조 방식은 평형 다이스에 의한 나사의 전조와 2개의 환형 다이스에 의한 전조 방식으로 나누어 볼 수 있습니다.
평형 다이스는 전조 중에서 가장 널리 사용되는 것은 나사의 전조로서 작은 나사, 볼트 등 범용나사의 대량 생산에 이용되고 있는데 한 쌍의 평형 단조 다이스의 한쪽을 고정하고 다른 쪽을 왕복 운동으로써 소재의 나사 성형까지 끝나는 형식이 많으며, 자동화에 적합하고, 생산 능률이 높기 때문입니다.
2개의 환형 다이스에 의한 전조 방식은 양 다이스의 축은 평형하고 어느 것이나 같은 방향에 같은 속도로 회전하나 한쪽의 다이스 축은 고정되고 다른 쪽의 다이스 축은 고정 다이스 축에 접근하다가 떨어질 수 있으며 받침대(rest) 위에 놓인 소재를 가압합니다. 차속식 나사 전조반은 한 쌍의 원형 전조다이스를 동일한 방향에 다른 속도로 회전시켜 소재를 두 다이스의 주 속도차의 1/2의 속도로 접선방향으로 보내는 방식을 취하면 두 다이스의 최협부(最部) 통과 시에 전조 할 수 있게 될 것인데 이것을 차속식 나사전조반이라 합니다.
공구 편심식 나사 전조반 방법은 두 원형 다이스의 한쪽 또는 양쪽 축에 편심부시를 끼워 다이스의 접근을 주기적으로 진행시키는 방식을 공구판심식 나사전조반이라고 합니다.
유성식(planetary) 나사 전조반은 속나사를 가진 전조 다이스 2개의 안쪽에 바깥나사를 가진 4개의 다이스를 가진 원판이 회전하는 것이며 1회전마다 8개의 나사가 전조 됩니다.
4. 기어의 전조 가공
먼저 기어의 전조 방식에 대해 알아보겠습니다. 기어의 전조 방식은 기어의 전조법, 랙형 공구에 의한 방식, 피니언형 공구에 의한 방식, 내기어형 공구에 의한 방식 , 성형 공구에 의한 방식 이렇게 나누어 볼 수 있습니다.
1) 기어의 전조법
2개의 기어를 맞물림을 이용하여 전조 공구와 기어 소재 사이에서 행하여지는 성형운동에 의하여서 기어형으로 다듬질하는 방법의 전조 가공법입니다. 헬리컬 기어의 전조는 나사 전조일 때의 리드각이 90°에 가깝고, 다종 나사의 축 길이가 비교적 짧은 경우 스퍼어 기어는 90° 일 때에 상당하므로 전조 방법이 나사의 경우와 비슷합니다.
2) 랙(rack) 형 공구에 의한 방식
서로 평형하게 대항한 1조의 랙을 전조 공구로 하여 이것에 왕복 운동을 부여하면서 소재에 압력을 가하는 방식입니다. 스플라인 축(spline shaft)이나 세레이션 축(serration shaft)과 같은 작은 제품을 제작할 때 편리하게 사용되고 있습니다.
3) 피니언(pinion) 형 공구에 의한 방식
피니언기어와 맞물림에 의해서 기어형을 전조 하는 방식으로 피니어형 공구는 보통 사용되고 있는 기어와 같은 형상이며 공작이 용이하고 또한 취급이 용이하므로 기어의 전조에서는 비교적 많이 사용하고 있습니다.
4) 내(內) 기어형 공구에 의한 방식
내 기어와 피니언의 맞물림을 이용한 방식으로 내 기어형 공구에 의해서 외기어를 전조 하는 데 사용됩니다.
5) 성형 공구에 의한 방식
소재에 대하여 대칭되는 위치로 2개의 롤러가 있는데 로터와 소재를 회전하면서 소재에 축방향의 이송을 부여하게 되면 롤러가 소재를 가공할 때마다 전조 가공이 이루어져 재료 외주의 축을 따라 기어가 형성됩니다. 다른 전조법에서 가공이 곤란한 스페어기어나 축방향으로 긴 스플라인 축 등을 전조 할 때는 가장 좋은 성형 전조법입니다.
5. 기어 전조용 소재 및 기어 전조용 공구
기어 전조용 소재로는 어떤 것이 사용될까요?
기어 전조용 사용 소재는 항복 응력, 가공 경화성 및 내부 마찰이 모두 작고, 신율이 큰 재료는 전조성이 좋습니다. 0.4% C까지의 탄소강이나 합금강 또는 표면경화강 등이며, HB 200~230 이하인 것이 사용됩니다.
기어 전조용 공구로는 전조 공구 재료로서 인성이 크며, 내마모성이 큰 것이 요구됩니다. 공구의 재료는 고탄소-고 크롬의 다이스강이나 고속도강이 주가 되고 있습니다. 전조 공구로써 적당한 경도는 HRC 58~60 정도입니다.