공업분야에서 금속이 널리 이용되고 있는 것은 봉, 판, 튜브 등의 형상으로 쉽게 가공할 수 있기 때문이다. 필요한 형상을 만드는 데는 두 가지 방법이 있는데 하나는 기계가공이고 다른한가지는 바로 소성변형 공정이다.기계가공이란 필요한 형상을 만들기 위하여 불필요한 부분의 금속을 제거하는 방법이고, 소성변형 공정이란 재료의 체적과 질량을 한 부분으로부터 다른 부분으로 이동시키는 방법에 의해서 필요한 형상을 만드는 방법이다.소성가공 기술에 대해 설명하면, 금속재료에 외력을 가하면 금속내에 발생하는 응력이 외력과 평형이 될 때까지 재료가 변형하게 된다. 이 변형이 탄성영역을 지나면 금속에 외력이 제거되어도 원형으로 복귀치 않고 영구변형을 하게 되는데 이를 소성변형이라고 한다. 이 같은 특성을 이용하여 금속을 원하는 형태의 물체를 만드는 것에 머무르지 않고, 금속의 기계적 성질 및 물리적 성질 등 여러 특성을 향상시키는 데에도 있다. 첫 번째 목적을 성공적으로 이루기 위해서는 재료의 선택. 설비 및 관련된 공구 즉, 금형의 설계, 소성가공 공정 등이 중요하게 고려되어야 하며 두 번째 목적을 달성하기 위해서는 금속재료의 특성 및 과거 이력과 소성가공 공정과 관련된 금속학적 거동을 고려하여야 한다.소성변형에 의한 급속가공공정에는 수백가지의 공정이 이용되고 있지만 재료에 작용하는 하중의 상태를 기본으로 하여 나누어 보면 몇 가지의 범주로 좁혀진다.1. 직접 압축형 공정 - 단조와 압연2. 간접 압축형 공정 - 인발, 압출, 디이프 드로잉3. 인장형 공정 - 스트레칭4. 굽힘 공정 - 판재에 굽힘모멘트를 주므로써 행하여진다.5. 전단 공정 - 판재 금속에 파단을 유발할 수 있을 정도의 전단하중을 가하므로써 재료를 절단 하는 방법잉고트 및 빌릿으로부터 판, 박판, 봉재등 간단한 형상으로 가공하는 공정을 일차적 소성가공 공정(processing)이라 부르며, 최종의 요구 형상으로 만드는 가공공정을 이차적 소성가공 공정(tabrication)이라 부른다.여기서는 판재성형인 단조, 단한 단조공정은 대장간에서 수세기 동안 행해 온 것처럼 무거운 손 해머와 앤빌을 사용하여 작업되기도 하지만, 보통은 금형세크와 프레스를 사용한다. 단조 공정을 거쳐 생산된 제품들은 자동차 엔진 부품인 크랭크축, 터빈디스크, 기어, 휠, 볼트머리, 수공구 등과 여러 가지 기계 및 수송장비의 구조용 부품들이 있다. 단조는 작업방식에 따라 크게 자유 단조, 형단조, 폐쇄단조로 구분된다.1) 단조의 종류1 자유단조 (open-die forging)자유단조는 가장 간단한 단조공정으로 속이 찬 원주형 소재를 마찰이 없는 2개의 평금형 사이에 올려놓고, 압축하중을 가하여 높이를 감소시켜 형태를 변형하는 것이다. 원주형 소재를 가공할 때 이상적인 변형방법이다.{2 형단조 (impression-die / closed-die forging)형단조에서는 소재가 한 쌍의 금형에 의해 압축되면서 금형공동부(cavities)의 형태로 변형되는 가공법이다. 일부의 재료는 밖으로 유출되어 플래쉬(flash)를 형성하는데, 단조후 트리밍 작업으로 절단한다.{3 폐쇄단조 (closed-die forging)형단조와는 달리 플래쉬를 형성하지 않고, 폐쇄된 금형공동부(cavities)를 완전히 채우는 공정이다. 폐쇄단조에서는 여분의 재료를 허용하지 않으므로 원하는 치수를 얻기 위해 매우 정확한 계량이 필요하다. 소재가 부족하면 금형공동부를 완벽히 채울 수가 없고, 과다한 소재는 금형을 파손시킬 수도 있다. 알루미늄이나 마그네슘 합금과 같이 단조 하중과 온도가 낮은 경우 적합한 방법이고, 강이나 기타 합금은 어려운 편이다. 우리가 사용하고 있는 동전의 경우 폐쇄성형 방법 중 코이닝(coining) 가공으로 제작되는 것이다.2) 단조금형단조의 금형은 소재의 강도와 연성, 변형속도와 마찰특성, 소재의 형상과 복잡성 등을 고려하여야 하고, 저항이 최소인 방향으로 소재재료를 유동시키는 것이 중요하다. 금형 공동부에 소재가 적절히 충전되도록 하는 것이 중요한데, 이때 필요한 소재의 체적은 세심하게 계산되어항 및 마모저항, 금형의 크기와 소재의 성질, 형상의 복잡성, 단조온도와 유형, 금형 재료의 가격, 생산량 등을 고려하여 선정한다.윤활제는 소재의 냉각속도를 늦추고 금속의 유동속도를 좋게하며, 단조물이 금형으로부터 잘 분리되게하는 이형제로 사용된다. 열간단조에서는 흑연, 이황화몰리브덴이 사용되고, 냉간단조에는 광유와 비눗물을 보통 사용한다.3) 단조기계단조기계는 소요하중, 에너지, 크기, 형상의 복잡성, 소재재료의 강도와 변형속도 등을 고려하여 선택한다. 일반적으로 알루미늄, 마그네슘, 청동, 황동 등에는 프레스를 사용하고, 구리, 강, 티타늄, 기타 내열금속의 합금에는 해머를 사용한다.2. 압 연압연은 밀가루 반죽을 밀 듯이 긴 소재를 한조의 롤 사이로 통과시키며 압축하중을 가하여 두께를 감소시키고, 단면의 형상을 변화시키는 가공공정이다. 금속가공공정으로 생산되는 모든 금속재료의 약 90%를 차지하는 압연은 1500년대 말에 처음 개발되었다.열간압연에 의해 최초로 얻어지는 제품을 블룸(bloom) 또는 슬래브(slab)라고 한다. 블룸은 단면이 정사각형이고, 슬래브는 직사각형 단면이며, 한 변의 길이가 150mm 이상의 것을 말한다. 블룸은 형상압연을 통하여 I-빔이나 철도레일과 같은 구조형상을 취하고, 슬래브는 후판이나 박판으로 압연된다. 빌렛(billet)은 블룸보다 단면적이 작은 정사각형이며, 형상압연하여 환봉강이나 각재의 다양한 형상으로 가공된다. 이렇게 만들어진 환봉강은 봉강이나 선재를 인발하는 소재로 쓰이므로 선봉(wire rod)이라고도 한다.기본적인 작업은 평압연 또는 간단히 압연이라 하며, 압연된 제품은 평판 또는 박판이다. 6mm이상의 두께로 성형되는 것을 후판이라 하고, 6mm미만을 박판이라 하는데, 박판은 평판 또는 코일로 감긴 형태로 공급되며 부가공정을 거쳐 비로소 원하는 형상의 제품으로 만들어진다. 금속가구에서는 주로 0.8mm의 박판을 사용한다. 윤활제로는 철합금의 열간압연시 흑연이 사용되기도 하지만, 일반적으로 윤활제를 사용하지 (소재는 열연코일)냉간압연{냉연코일{{블룸(bloom),빌렛(billet),블랭크(blank)유니버설 압연H(I) 형강{형강압연강단판{{둥근빌렛천공압연심리스파이프{{빌렛봉, 선재 압연봉강{선{1) 평판압연길이가 긴 평판, 판재, 박판을 고속으로 가공하며, 특히 냉간 가공인 경우 표면 정도가 좋다. 대규모 초기 투자가 필요하지만, 인건비 부담은 비교적 적다.2) 형상압연 (Shape rolling)여러 가지 모양의 단면을 갖는 봉재, 찬넬강, 철도레일 등과 같은 길이가 길고 직선인 구조재로 쓰이는 형강은 특별히 설계된 여러 개의 롤을 소재가 통과하도록 압연하여 만든다. 이 공정은 1700년대 말에 처음으로 개발되었다. 소재의 단면적이 감소됨에 따라 길이방향으로 늘어나지만, 채널강의 경우처럼 재료의 단면이 불균일하게 변형하며 감소하므로 길이방향으로의 연신도 불 균일해져서 휘거나 균열이 발생할 수 있다.{3) 링압연 (Ring Rolling)링압연은 두꺼운 링의 직경을 늘리면서 단면적을 감소시키는 공정이다. 링소재는 두 개 중 하나가 구동되는 롤 사이에 놓여지며, 롤을 회전시키며 롤간의 거리를 좁힘에 따라 링의 두께가 얇아지게 된다. 소재의 체적은 변형을 받는 동안 일정하므로, 링의 두께가 얇아지는 것은 링의 직경이 증가됨으로써 보상된다. 동일한 제품일 경우, 다른 가공공정과 비교하여 볼 때, 이 공정의 장점은 제작시간이 짧고, 재료가 절감되며, 가공오차를 줄일 수 있다는 것이다. 링압연공정은 로켓이나 터빈에서 사용되는 대형 링, 기어바퀴의 림, 볼 베어링이나 롤러 베어링의 레이스, 플랜지, 파이프의 보강링, 압력용기 등을 제작하는 데 사용된다.{그림 (a) 두께가 감소되면서 직경이 커지는 링압연작업의 개략도(b) 성형되는 단면의 예3. 압 출납 파이프를 생산 하기 위해 1700년대에 개발된 압출 공정은, 둥근 빌렛을 챔버 안에 넣고 랩으로 밀어서 압력을 가하여 다이 사이에 통과시키는 공정이다. 길이가 길고 단면이 일정한 중심 또는 중공(속이 빈) 제품을 생산하며 원리이다. 빌렛은 용기의 벽면에 대하여 상대운동을 하므로 벽면과의 마찰로 인해 램 하중이 매우 크다.2) 간접 압출(indirect extrusion)후방압출(backward extrusion)이라고도 하며, 다이가 빌렛 쪽으로 움직이므로 빌렛과 용기의 벽면에서의 마찰은 없다.3) 정수압 압출(hydrostatic extrusion)챔버에 유체를 채우고 이를 통하여 빌렛에 압력을 전달하여 다이를 통과시켜 압출시켜 성형되도록 한다. 용기 벽면에서의 마찰은 없다.4) 충격압출( impact extrusion)간접 압출의 일종으로 속이 빈 용기를 만드는데 적합하다. 압출은 상온이나 열간에서 행해진다. 압출 공정은 용기를 사용하며, 각 빌렛(소재)을 개별적으로 압출하므로 개별 제품을 준생산하거나, 연속공정으로 중간재를 생산하게 된다. 서로 다른 두 재료의 유동응력이 비슷하면 압출 공정으로 이종금속끼리 접합(cladding)하여 동축빌렛(구리봉에 은을 입히는 등으로)을 제조할 수 있다.{4. 인 발인발은 금속 봉재나 관재를 가는 구멍을 가진 다이 사이로 잡아 당겨서 단면적을 줄이는 작업이다. 다이의 형상은 다양하고, 신선(wire drawing, 선재의 인발)은 봉재의 인발보다 재료의 직경이 작은 경우로 지름이 최소 0.025mm 정도이다. 인발공정은 약 11세기경에 개발되었으며, 압출과 유사하나, 압출에서는 압출력이 작용하는 반면, 인발에서는 인장력이 작용하는 것이 다르다. 길이가 길고, 단면에 형상을 갖는 봉재, 선재를 생산하는데, 압출의 경우보다 단면적이 작다.대부분의 재료가 상온에서 냉간 가공되며, 따라서 표면정도가 우수하고, 다이, 장비, 인건비 모두 낮거나 중간 정도이며, 작업인은 낮거나 중간 정도의 작업 숙련도를 요한다. 인발가공은 반복함에 따라 재료의 인장강도와 경도가 증가한다.인발가공된 봉재의 용도는 다양하여, 소형 피스톤, 인장 지지용 구조재, 축, 스핀들, 볼트 및 너트 같은 체결부품의 소재 등에 사용된다. 선 및 선제품의 용도도 다양하며, 전기전있다.