CH14_FORMING
·
LESSON02 / 06
·
LANGKO+EN
·
VERIFIED2026.05.27

Squeeze, hammer, push, pull.

소성가공, 압연·단조·압출·인발의 4가지 모양 만드는 법

Plastic forming — rolling, forging, extrusion, drawing

주조로 굳힌 금속 덩어리는 아직 부품이 아닙니다. 이제 이 덩어리를 누르고, 두드리고, 밀고, 잡아당겨 우리가 원하는 모양으로 바꿔야 합니다. 금속이 부러지지 않고 영구히 모양을 바꾸는 이 성질을 소성 (plasticity)이라 하고, 그것을 이용한 가공을 소성가공이라 부릅니다. 찰흙을 주무르듯 단단한 쇠를 모양 짓는다는 점이 늘 놀랍습니다.

A solidified metal lump is still not a finished part. It must now be squeezed, hammered, pushed, or pulled into the shape we actually need. The property that allows metal to change shape permanently without fracturing is called plasticity, and the family of processes that exploit it is called plastic forming. That hard steel can be shaped almost like clay — when handled correctly — remains one of engineering's most remarkable facts.

방법은 크게 네 가지입니다. 두 롤 사이로 통과시켜 얇게 펴는 압연 (rolling), 망치나 프레스로 두드려 모양을 잡는 단조 (forging), 구멍 뚫린 틀(다이)로 밀어내 긴 단면을 뽑는 압출 (extrusion), 그리고 다이 구멍으로 잡아당겨 가늘게 만드는 인발 (drawing)입니다. 도구와 힘의 방향은 저마다 다르지만, 그 바탕에 흐르는 원리는 모두 같습니다. 바로 금속 내부에서 전위가 미끄러지며 일어나는 소성변형입니다.

The four main routes are: passing metal between two rotating rolls to reduce its thickness (rolling); striking it with a hammer or press to form a shape (forging); pushing a billet through a shaped die aperture to produce a long cross-section (extrusion); and pulling wire through a die to reduce its diameter (drawing). Tool geometry and force direction differ, but the underlying mechanism is the same in each: dislocations sliding through the crystal lattice — plastic deformation.

아래 3D 작업대에서 네 공정을 직접 돌려 보세요. 감소율과 온도를 바꾸면 진변형과 흐름응력, 필요한 힘이 실시간으로 계산됩니다. 특히 온도를 올리면 왜 쇠가 갑자기 다루기 쉬워지는지(열간가공), 색이 어떻게 변형의 정도를 보여 주는지 눈으로 확인할 수 있습니다. 판재, 후판, 크랭크샤프트, 알루미늄 새시, 머리카락보다 가는 본딩 와이어까지, 모두 이 네 길의 변주입니다(예시).

Run all four processes on the 3D workbench below. Adjust reduction ratio and temperature and watch true strain, flow stress, and required force update in real time. Raising temperature shows vividly why steel suddenly becomes easy to work (hot working via dynamic recrystallisation), and colour mapping reveals where strain is highest. Sheet plate, heavy plate, crankshafts, aluminium sections, and wire thinner than a human hair are all variations on these four routes.

Lesson 03 · 판재 성형Sheet forming → ← Lesson 01 주조Casting Chapter Overview
압연 · Rolling · 후판 압연 (예시) 모드 WEBGL · DRAG · WHEEL ZOOM
1공정 선택 (4종)Pick a process (4 types)
→
2감소율·속도 슬라이더Reduction and speed sliders
→
3RUN, 변형 관찰RUN and watch the deformation
공정ProcessROLLING
A₀ → A₁ (mm²)500 → 250
감소율 rReduction r50%
진응력 σ_y (MPa)Flow stress σ_y (MPa)250
진변형 ε_trueTrue strain ε_true0.69
필요력 F (kN)Required force F (kN)125
50%
1.0×
600°C (열간)600°C (hot)
이론 · 깊이 보기
Theory · in depth

변형의 네 가지 길.

Four paths of deformation.

네 갈래의 변형: 같은 재료, 다른 공구

단단한 쇠를 어떻게 부러뜨리지 않고 모양만 바꿀 수 있을까요?

금속을 살짝 당겼다 놓으면 용수철처럼 원래대로 돌아옵니다. 이것을 탄성변형이라 합니다. 그런데 어느 한계를 넘어 더 세게 당기면, 손을 놓아도 원래대로 돌아오지 않고 늘어난 채 남습니다. 이렇게 영구히 모양이 바뀌는 것이 소성변형 (plastic deformation)입니다. 그 한계점을 항복점 (yield point)이라 부르며, 소성가공은 바로 이 항복점을 넘기되 부러지는 지점에는 닿지 않도록, 그 사이의 영역에서 금속을 빚는 기술입니다.

그렇다면 금속 내부에서는 무슨 일이 벌어질까요. 결정 격자 안에는 전위(dislocation)라는 줄 어긋남 결함이 있는데, 힘을 받으면 이 전위가 격자면을 따라 한 칸씩 미끄러집니다. 비유하자면 무거운 양탄자를 한 번에 끌지 않고 주름을 하나 만들어 그 주름만 밀어 옮기는 것과 같습니다. 전위가 미끄러져 쌓인 결과가 곧 우리가 보는 영구 변형이며, 압연, 단조, 압출, 인발은 모두 이 전위의 행진을 각기 다른 방향과 도구로 일으키는 일입니다.

How can hard steel change shape permanently without fracturing?

Stretch a metal slightly and release it — it springs back like a rubber band. That is elastic deformation. Stretch beyond a critical threshold and, when you let go, the metal stays stretched. This permanent shape change is plastic deformation. The threshold itself is the yield point, and plastic forming is the art of exceeding that point while staying well clear of fracture — working in the zone between.

What happens inside? Crystal lattices contain line defects called dislocations. Under stress, a dislocation slips one lattice spacing at a time along a slip plane — much like moving a heavy carpet by forming a wrinkle and rolling the wrinkle forward rather than dragging the whole carpet at once. The accumulated result of dislocation motion is the permanent deformation we see, and rolling, forging, extrusion, and drawing are simply four ways of driving that dislocation march using different tools and force directions.

Q1 큰 변형에서는 왜 그냥 "몇 퍼센트 늘었다"로 따지면 안 될까요?Why can't we use simple percentage elongation for large deformations?

100 mm 막대를 200 mm로 늘리면 "100% 늘었다"고 말하지요. 이것이 공칭변형(처음 길이 기준)입니다. 그런데 압연이나 인발처럼 두께가 10배 넘게 바뀌는 큰 변형에서는 이 방식이 어그러집니다. 처음 길이 하나로 끝까지 나누면, 변형이 매 순간 달라지는 사실을 놓치기 때문입니다. 그래서 진변형(true strain)을 씁니다. 매 순간의 "현재 길이"를 기준으로 늘어난 양을 잘게 더해 나간 것으로, 수식으로는 $\varepsilon = \ln(l/l_0)$이 됩니다. 부피가 보존되므로 면적으로도 $\varepsilon = \ln(A_0/A_1)$로 쓸 수 있습니다. 변형이 5% 이내로 작으면 공칭변형과 거의 같지만, 30%를 넘기면 둘의 차이가 크게 벌어집니다.

Stretching a 100 mm bar to 200 mm gives "100% elongation" — that is the nominal strain, referenced to the original length. In large deformations such as rolling or wire drawing, where thickness may change tenfold, this approach breaks down because the reference length itself keeps changing each instant. Instead we use true strain, which accumulates infinitesimal increments relative to the current length: $\varepsilon = \ln(l/l_0)$. Because volume is conserved in plastic deformation, this is equivalent to $\varepsilon = \ln(A_0/A_1)$. For strains below 5% the two measures are nearly identical; above 30% they diverge significantly.

Q2 철사를 자꾸 구부리면 왜 점점 뻣뻣해지고 결국 부러질까요?Why does a wire get stiffer with repeated bending and eventually break?

변형을 가할수록 격자 안의 전위가 폭발적으로 늘어납니다. 전위가 너무 많아지면 서로 길을 막아 더는 미끄러지지 못하고, 그만큼 다음 변형에 더 큰 힘이 필요해집니다. 이것이 변형경화(가공경화, strain hardening)이며, 흐름응력이 $\sigma = K\varepsilon^{n}$처럼 변형과 함께 커지는 까닭입니다. 처음엔 단단해져서 좋지만, 전위가 더 움직일 수 없는 지경에 이르면 응력이 한 점에 몰려 균열이 생기고 결국 부러집니다. 차가운 상태에서 무한정 가공할 수 없는 이유이며, 그래서 중간중간 열을 가해 전위를 정리하는 어닐링(풀림)이 필요합니다.

Each deformation cycle multiplies the dislocation density explosively. When dislocations become too numerous, they jam one another and can no longer slip, so each subsequent deformation requires greater force. This is strain hardening (work hardening), captured by the flow stress law $\sigma = K\varepsilon^{n}$. Hardening is useful at first, but when dislocations can no longer move, stress concentrates at a single point, a crack forms, and the wire breaks. This is why cold working cannot continue indefinitely — periodic annealing (heat treatment that clears dislocations via recrystallisation) is necessary to restore ductility.

Q3 빨갛게 달군 쇠는 왜 그렇게 쉽게 두드려질까요?Why is red-hot steel so easy to hammer?

온도를 융점의 절대온도 기준 약 40% 이상으로 올리면, 변형으로 생긴 전위가 곧바로 정리되고 새 결정이 돋아나는 동적 재결정(dynamic recrystallization)이 일어납니다. 변형 흔적이 실시간으로 지워지니 아무리 두들겨도 단단해지지 않고, 작은 힘으로도 크게 변형할 수 있습니다. 이것이 열간가공(hot working)입니다. 강철은 융점이 높아 대략 450°C가 넘어야 열간 영역에 들고 실제로는 800~1200°C에서 압연·단조하며, 알루미늄은 융점이 낮아 100°C 부근부터 열간 효과가 시작됩니다. 반대로 그 아래의 냉간가공은 변형경화로 강도가 올라가는 대신 큰 변형이 어렵습니다.

When temperature rises above roughly 40% of the melting point in absolute temperature, dislocations generated during deformation are annihilated immediately and new strain-free grains nucleate in a process called dynamic recrystallisation. The deformation record is erased in real time, so no matter how hard you hammer, the metal does not strain-harden, and large deformation is achievable with modest force. This is hot working. Steel, with its high melting point, enters the hot-working regime above roughly 450°C and is typically rolled or forged at 800–1200°C. Aluminium, with a lower melting point, exhibits hot-working behaviour from around 100°C upward. Below the threshold, cold working increases strength but limits total deformation.

진변형 (true strain)True strain Logarithmic measure

큰 변형에서는 공칭변형 (Δl/l₀) 대신 진변형 ε = ln(l/l₀) 가 정확.

For large deformations, true strain ε = ln(l/l₀) is the correct measure, not nominal strain Δl/l₀.

직관 · IntuitionIntuition

100 mm 봉을 2배 늘리면 공칭변형 = 100%, 직관적입니다. 그런데 1 mm 까지 더 늘리면 9900%, 무한히 커집니다. 진변형은 매 순간 현재 길이 기준으로 누적: 2배 늘리면 ε=ln(2)≈0.69, 100배면 ε=ln(100)≈4.6, 훨씬 자연스러운 척도. 특히 압연·압출 같은 큰 변형 (r>30%) 에서 정확. "매 순간의 변형을 적분한 것".

Doubling a 100 mm bar gives 100% nominal strain — intuitive. But stretching it 1000× gives 99,900%, growing without bound. True strain accumulates relative to the current length at each instant: doubling gives ε=ln(2)≈0.69, a 100× stretch gives ε=ln(100)≈4.6, a far more natural scale. Especially accurate for large deformations (r>30%) as in rolling or extrusion. "The integral of every instantaneous increment."

유도 · DerivationDerivation

변형률의 미소 증분 (체적 보존 가정, 단축): $d\varepsilon = \dfrac{dl}{l}$

Infinitesimal strain increment (uniaxial, assuming volume conservation): $d\varepsilon = \dfrac{dl}{l}$

$l_0 \to l$ 까지 적분: $\varepsilon_{\text{true}} = \int_{l_0}^{l} \dfrac{dl}{l} = \ln\!\left(\dfrac{l}{l_0}\right)$

Integrating from $l_0$ to $l$: $\varepsilon_{\text{true}} = \int_{l_0}^{l} \dfrac{dl}{l} = \ln\!\left(\dfrac{l}{l_0}\right)$

면적 기준 (체적 보존 $l \cdot A = l_0 \cdot A_0$): $\varepsilon = \ln(l/l_0) = \ln(A_0/A)$

Area form (volume conservation $l \cdot A = l_0 \cdot A_0$): $\varepsilon = \ln(l/l_0) = \ln(A_0/A)$

공칭변형과의 관계: $\varepsilon_{\text{true}} = \ln(1+\varepsilon_{\text{nom}})$, 변형 ≤ 5%면 거의 같습니다, 30%+면 크게 차이.

Relation to nominal strain: $\varepsilon_{\text{true}} = \ln(1+\varepsilon_{\text{nom}})$. The two are nearly identical for strains below 5%; above 30% they diverge significantly.

출처 · SourcesSources

Dieter · Mechanical Metallurgy (3rd ed.) Ch.8 · Kalpakjian · Manufacturing Engineering and Technology Ch.2.2

흐름응력 (flow stress)Flow stress Hollomon's hardening law

소성 영역에서 σ = K·εⁿ, 변형할수록 더 단단해짐 (변형 경화 strain hardening).

In the plastic region, σ = K·εⁿ — the more you deform, the harder the metal becomes (strain hardening).

직관 · IntuitionIntuition

철사를 반복해서 구부리면 손이 아프죠, 점점 단단해집니다 (다음에 같은 정도 구부리려면 더 큰 힘 필요). 원자 단위: 소성변형 = 전위 (dislocation) 의 이동인데, 변형이 누적되면 전위 밀도가 폭증하여 서로 막혀서 움직이지 못함, 강도 상승. 이를 식으로 표현한 것이 Hollomon 식: σ = K·εⁿ. n (경화지수) 이 클수록 변형이 균일하게 퍼짐.

Bending a wire repeatedly makes your fingers sore because it keeps getting stiffer — each subsequent bend requires greater force. At the atomic scale, plastic deformation is dislocation motion; as deformation accumulates, dislocation density explodes and dislocations jam one another, raising strength. The Hollomon equation captures this: σ = K·εⁿ. A larger n (hardening exponent) means deformation spreads more uniformly before fracture.

Principle · Hollomon power-law

$\sigma_{\text{flow}} = K \cdot \varepsilon^{n}$   (K = 강도계수 MPa, n = 변형경화지수)

$\sigma_{\text{flow}} = K \cdot \varepsilon^{n}$   (K = strength coefficient MPa, n = strain-hardening exponent)

저탄소강 K=530, n=0.26 · 알루미늄 K=180, n=0.20 · 구리 K=315, n=0.54 (높음 → 균일하게 잘 늘어남)

Low-carbon steel K=530, n=0.26 · Aluminium K=180, n=0.20 · Copper K=315, n=0.54 (high n → deformation spreads uniformly)

최대 균일 변형 (necking 시작): $\varepsilon_{u} = n$, 그 이상에서는 국소 좁아짐 (necking) 발생, 인발·압연 한계.

Maximum uniform strain before necking begins: $\varepsilon_{u} = n$. Beyond this, local necking initiates — the practical limit for drawing and rolling operations.

출처 · SourcesSources

Hollomon (1945) · Considère 조건 · ASM Handbook Vol.14A FormingHollomon (1945) · Considère criterion · ASM Handbook Vol.14A Forming

열간 vs 냉간 (hot vs cold work)Hot vs cold work Tₘ × 0.4 threshold

T > 0.4·Tₘ (절대온도) → 동적 재결정으로 강도 회복, 큰 변형 가능. 아래는 변형경화로 깨짐.

T > 0.4·Tₘ (absolute) → dynamic recrystallisation restores ductility, enabling large deformation. Below this threshold, strain hardening leads to fracture.

직관 · IntuitionIntuition

차가운 구리선은 몇 번 구부리면 부러집니다 (가공경화). 그런데 빨갛게 달군 강철은 마음대로 두드릴 수 있죠, 매 순간 새 결정이 생겨 (재결정) 변형 흔적을 지움. 경계는 융점의 절대온도의 40%. 강철 Tₘ=1808K → 0.4×=723K=450°C, 그래서 압연/단조는 600~1200°C. 알루미늄 Tₘ=933K → 0.4×=373K=100°C, 그래서 알 압출은 400~500°C 면 충분, 더 쉽습니다.

Cold copper wire snaps after a few bends — strain hardening at work. Red-hot steel, by contrast, can be hammered indefinitely because new strain-free grains nucleate continuously (recrystallisation), erasing deformation history in real time. The boundary is 40% of the melting point in absolute temperature. Steel Tₘ=1808K → 0.4×=723K=450°C, so rolling/forging runs at 600–1200°C. Aluminium Tₘ=933K → 0.4×=373K=100°C, so aluminium extrusion at 400–500°C is sufficient and far easier to run.

Principle · Recrystallization & flow stress reduction

온도 증가 시 흐름응력 감소: $\sigma_{\text{flow}} \approx \sigma_0 \cdot \exp\!\left(-\dfrac{Q}{RT}\right) \cdot \dot{\varepsilon}^{m}$ (Zener-Hollomon)

Flow stress decreases with rising temperature: $\sigma_{\text{flow}} \approx \sigma_0 \cdot \exp\!\left(-\dfrac{Q}{RT}\right) \cdot \dot{\varepsilon}^{m}$ (Zener-Hollomon)

m = 변형률 감도, 열간에서 m=0.1~0.2 (속도 의존성 증가), 냉간 m≈0 (속도 무관).

m = strain-rate sensitivity; in hot working m=0.1–0.2 (increasing rate dependence); in cold working m≈0 (rate-independent).

대형 후판 압연 (일반 예시): 950°C 출발 → 800°C 마무리 → 가속냉각 (TMCP) → 미세 결정 + 고강도 동시 달성.

Heavy plate rolling (general example): start at ~950°C, finish at ~800°C, then accelerated cooling (TMCP process) — achieving fine grain size and high strength simultaneously.

출처 · SourcesSources

Dieter Ch.9 Hot Working · Kalpakjian Ch.14.5 · TMCP (Thermomechanical Controlled Process) 관련 기술 문헌Dieter Ch.9 Hot Working · Kalpakjian Ch.14.5 · TMCP (Thermomechanical Controlled Process) technical literature

가공력 (forming force)Forming force Slab method estimate

F ≈ A·σ_flow·(보정계수). 마찰·기하·변형률 영향으로 1.5~3배 증폭.

F ≈ A·σ_flow·(correction factor). Friction, geometry, and strain amplify the basic estimate by 1.5–3×.

직관 · IntuitionIntuition

"이 공정에 얼마나 힘이 필요할까?", 공장에서 가장 먼저 묻는 질문. 너무 작으면 변형 안 되고, 너무 크면 장비·다이가 깨짐. 기본 추정: 단면적 × 흐름응력 = 힘. 여기에 마찰 (다이/롤과 재료 사이) 과 기하 (다이 각도, 압연 접촉길이) 가 1.5~3배로 증폭. 대형 후판 압연기 (다단 탠덤): 1스탠드당 수천 톤 압하력 (장비 사양마다 상이), 강철 흐름응력 ~200 MPa × 접촉면적 × 마찰 보정.

"How much force does this process need?" — the first question in any forming shop. Too little and the metal won't deform; too much and equipment or tooling fails. Base estimate: cross-sectional area × flow stress = force. Friction (between die/roll and workpiece) and geometry (die half-angle, roll contact arc) then amplify that estimate 1.5–3×. A large-capacity tandem plate mill can exert tens of thousands of tonnes per stand (varies by equipment), driven by steel flow stress of ~200 MPa × contact area × friction correction.

원리 · 공정별 힘 추정Principle · Force estimate by process

인발: $F = A_1 \cdot \sigma_{\text{flow}} \cdot \ln(A_0/A_1) \cdot (1+B)$, B = 마찰 보정 (0.3~0.5).

Drawing: $F = A_1 \cdot \sigma_{\text{flow}} \cdot \ln(A_0/A_1) \cdot (1+B)$, B = friction correction (0.3–0.5).

압출: $F = A_0 \cdot \sigma_{\text{flow}} \cdot [a + b \cdot \ln(A_0/A_1)]$, a≈0.8 b≈1.5 (Sachs 식).

Extrusion: $F = A_0 \cdot \sigma_{\text{flow}} \cdot [a + b \cdot \ln(A_0/A_1)]$, a≈0.8, b≈1.5 (Sachs equation).

압연: $F = w \cdot L \cdot \sigma_{\text{flow}} \cdot Q_p$, L=접촉호 길이≈√(R·Δh), Q_p=기하보정 ~1.2.

Rolling: $F = w \cdot L \cdot \sigma_{\text{flow}} \cdot Q_p$, where L = contact arc length ≈ √(R·Δh), Q_p = geometry correction ≈ 1.2.

출처 · SourcesSources

Hosford & Caddell · Metal Forming · Mechanics and Metallurgy (4th) · Slab method · Sachs (1927)

쉽게 말하면 Simply put

소성가공은 찰흙 빚기와 똑같습니다. 다만 쇠는 너무 단단해서, 빨갛게 달궈 말랑하게 만든 뒤(열간가공) 누르고 두드리지요. 밀대로 밀면 압연, 주먹으로 치면 단조, 깍지 사이로 짜내면 압출, 한쪽을 잡아 늘이면 인발입니다. 찬 상태로 자꾸 주무르면 찰흙과 달리 점점 뻣뻣해지다 끊어지는데(가공경화), 그래서 중간중간 다시 데워 말랑하게 풀어 줍니다.

Plastic forming is exactly like working clay — except steel is far too hard cold, so we first heat it red-hot to make it pliable (hot working). Rolling is pressing with a roller, forging is striking with a fist, extrusion is squeezing through a nozzle, and drawing is pulling one end to lengthen it. Work clay too long without warming it and, unlike clay, metal stiffens and eventually snaps (strain hardening) — so we reheat periodically to restore softness.

진변형 심화 · 4-layerFormula deep-dive · 4-layer

$\varepsilon_{\text{true}} = \ln(A_0/A_1)$, 한 식, 네 겹one formula, four layers

One formula, four layers — derivation · step solve · meaning · interactive
Layer 1 · 정의 + 색상 매핑Layer 1 · Definition + colour mapping
ε true = ln ( A 0 / A 1 ) 진변형 (출력)true strain (output) 초기 면적initial area 최종 면적final area
Layer 2 · 단계별 풀이 (후판 250 mm → 20 mm 일반 예시)Layer 2 · Step-by-step solution (heavy plate 250 mm → 20 mm, example)
1
두께 비율 정의, 폭은 변하지 않음 (plane strain): $A_0/A_1 = h_0/h_1$. 두께만 따져도 OK.
Define thickness ratio; width unchanged (plane strain assumption): $A_0/A_1 = h_0/h_1$. Tracking thickness alone suffices.
2
예시 케이스: h₀ = 250 mm, h₁ = 20 mm → $A_0/A_1 = 12.5$
Example case: h₀ = 250 mm, h₁ = 20 mm → $A_0/A_1 = 12.5$
3
로그 적용: $\varepsilon_{\text{true}} = \ln(12.5) = 2.526$ → 약 253%의 진변형
Apply logarithm: $\varepsilon_{\text{true}} = \ln(12.5) = 2.526$ → true strain of approximately 253%
4
비교, 공칭변형: $\varepsilon_{\text{nom}} = (h_0-h_1)/h_0 = 230/250 = 92\%$. 실제 변형은 진변형 (253%) 이 정확.
Compare with nominal strain: $\varepsilon_{\text{nom}} = (h_0-h_1)/h_0 = 230/250 = 92\%$. True strain (253%) is the correct measure for deformations this large.
5
1회 압연으로 불가능, 통상 5~7스탠드 탠덤 압연으로 각 패스 r=15~25%씩 누적 (사양마다 다름).
Impossible in a single pass; typically a 5–7 stand tandem mill accumulates r=15–25% per pass (specifications vary by mill design).
의미 · Meaning, 진변형은 단순한 수학적 트릭이 아니라 "매 순간 재료 입자가 실제로 늘어난 양의 누적"입니다. 체적이 보존되므로 (소성변형) 압연에서 두께 1/12.5 줄면 길이는 12.5배로 늘어남, 100 m 슬래브가 1.25 km 후판이 되는 것이 가능. 대형 후판 압연라인의 작동 원리입니다. 우측 시뮬에서 r 슬라이더로 직접 확인하세요.
Meaning — true strain is not merely a mathematical trick; it is the accumulated sum of every instantaneous elongation experienced by a material particle. Because plastic deformation conserves volume, reducing thickness by a factor of 12.5 in rolling means the length grows 12.5×, so a 100 m slab can become 1.25 km of plate. This is how large-capacity plate mills work. Use the r slider in the workbench to see it directly.
Real cases · 4개 산업 적용 (일반 예시)
Real cases · 4 industrial process types (general examples)

교과서가 아닌 진짜 공장.

The real factory, not just the textbook.

강철이 다이를 만나는 자리: 4 가지 산업 공정
CASE · ROLLING

후판 압연

Heavy plate rolling

자동차·조선용 두꺼운 강판
Thick steel plate for automotive and shipbuilding
슬래브 h₀Slab h₀200~300 mm
후판 h₁Plate h₁6~80 mm
압연온도Rolling temp.800~1100°C
압하력/스탠드Roll force / stand수천 톤급several thousand tonnes
생산 형태Production form대형 후판 공장 라인large-capacity plate mill line
선박 외판·교량·압력용기 등 두꺼운 강판이 모두 이 공정. TMCP (가속냉각) 으로 결정립을 µm 단위로 미세화, 고강도 강판 (예: DH36, EH40 등 선급 강) 의 기반.
※ 구체 라인·스펙은 공장별 상이.
Ship hull plating, bridge girders, and pressure vessels all pass through this route. TMCP (accelerated cooling after rolling) refines grains to the micrometre scale, forming the basis of high-strength grades such as marine structural steels.
Specific line specs vary by mill.
CASE · FORGING

대형 크랭크샤프트

Large crankshaft

선박/발전용 엔진 단조 부품
Forged engine shaft for marine or power generation
소재 (예시)Material (example)42CrMo4 등e.g. 42CrMo4
초기 중량Starting mass수십 톤급tens of tonnes
단조온도Forging temp.~1200°C
단조프레스Forging press수천~만 톤급thousands to ~10,000 tonnes
대형 디젤엔진 회전축. 자유단조 (open die) 로 결정 흐름선 (grain flow) 을 축 방향 정렬 → 굽힘·피로 강도 극대화. 주조품 대비 강도 우수.
※ 사양은 엔진·제조사별 상이.
The rotating shaft of a large diesel engine. Open-die forging aligns the grain flow along the shaft axis, maximising bending and fatigue strength far beyond what a casting could achieve.
Specs vary by engine and maker.
CASE · EXTRUSION

알루미늄 압출 프로파일

Aluminium extrusion profile

윈도우·새시·방열판 등 산업 표준
Window frames, chassis, heat sinks — industry standard
소재MaterialA6063 등 Al 합금Al alloy, e.g. A6063
빌렛 직경Billet diameter~150-200 mm
압출비 RExtrusion ratio R20~80
압출온도Extrusion temp.450~500°C
압출속도Extrusion speed10~80 m/min
복잡한 단면 (격자·중공 등) 도 다이 형상만 바꿔 한 번에 성형. 건축 새시·자동차 트림·전자기기 방열판 모두 동일 기술.
※ 사양은 합금/제품별 상이.
Complex cross-sections — hollow tubes, lattice channels — are formed in a single pass simply by changing die geometry. Architectural frames, automotive trim, and electronics heat sinks all use the same technology.
Specs vary by alloy and product.
CASE · DRAWING

본딩 와이어 인발

Bonding wire drawing

반도체 칩-리드프레임 연결 와이어
Semiconductor chip-to-leadframe interconnect wire
소재Material고순도 Au/Cu/Aghigh-purity Au/Cu/Ag
초기 직경Initial diameter~8 mm
최종 직경Final diameter15~50 µm
감면율 누적Cumulative area reduction~99.99%+
진변형 εTrue strain ε10+
반도체 패키지의 칩과 리드프레임 연결, 머리카락보다 가는 와이어. 다이 수십 개를 거치며 ε=10+ 누적, 사이사이 어닐링 (재결정) 으로 연성 회복.
※ 소재·직경은 패키지 타입별 다릅니다.
Finer than a human hair, this wire connects the semiconductor chip to the leadframe in every packaged integrated circuit. Drawing through dozens of dies accumulates true strain beyond ε = 10; intermediate annealing (recrystallisation) restores ductility at each stage.
Diameter and material vary by package type.
공정Process변형 방향Deformation direction전형 rTypical r주요 응용Main applications전형 σ_flow (강철, 800°C)Typical σ_flow (steel, 800°C)
압연 (Rolling)Rolling두께 ↓ + 길이 ↑thickness ↓ + length ↑15~50%/패스15~50% / pass판재·후판·코일sheet, plate, coil~150 MPa
단조 (Forging)Forging국소 두께 ↓local thickness ↓10~70%/타격10~70% / blow크랭크샤프트·기어crankshafts, gears~180 MPa
압출 (Extrusion)Extrusion단면 ↓ + 길이 ↑cross-section ↓ + length ↑90~99% (R=10~100)알 새시·튜브Al sections, tubes~80 MPa (Al)
인발 (Drawing)Drawing지름 ↓diameter ↓10~45%/패스10~45% / pass와이어·봉·튜브wire, bar, tube~300 MPa (냉간)~300 MPa (cold)
1차 출처 · 표준 교재Primary sources · standard textbooks

출처는 여기에서.

Sources cited here.

"Casting gives the lump, forming gives the shape."
주조가 덩어리를 만들고, 성형이 모양을 만듭니다. 제철·조선·자동차·전선·반도체까지, 우리 일상의 금속 부품 대부분이 이 챕터의 네 공정을 거쳐 태어납니다(예시).
Casting creates the raw lump; forming creates the shape. Across steel, shipbuilding, automotive, wire, and semiconductors, most metal parts in daily life are born through one or more of the four processes in this chapter.
TXT Kalpakjian · Manufacturing Engineering and Technology · TXT Dieter · Mechanical Metallurgy (3rd) · TXT Hosford & Caddell · Metal Forming · TXT ASM Handbook Vol.14A Metalworking: Bulk Forming
정리Summary

소성가공의 출발점은 단 하나, 항복점을 넘기되 부러지기 전에서 멈추는 것입니다. 그 사이에서 전위가 미끄러지며 금속이 영구히 모양을 바꿉니다. 큰 변형은 진변형 $\varepsilon = \ln(A_0/A_1)$으로 정확히 재고, 변형할수록 단단해지는 정도는 흐름응력 $\sigma = K\varepsilon^{n}$으로 나타나며, 온도를 융점의 약 40% 위로 올리면 재결정이 일어나 큰 변형이 쉬워집니다. 압연, 단조, 압출, 인발은 이 같은 원리를 도구와 방향만 달리한 네 갈래입니다. 다음 레슨에서는 얇은 판을 컵 모양으로 빚는 판재 성형으로 넘어가, 같은 소성 원리가 어떻게 깊은 형상을 만들고 또 어디서 한계를 맞는지 보겠습니다.

Plastic forming has a single starting point: exceed the yield stress without reaching fracture. In that window, dislocations slip and metal changes shape permanently. Large deformations are correctly measured with true strain $\varepsilon = \ln(A_0/A_1)$; the increasing resistance to further deformation is captured by flow stress $\sigma = K\varepsilon^{n}$; and raising temperature above roughly 40% of the melting point triggers recrystallisation that makes large deformations achievable. Rolling, forging, extrusion, and drawing are four variations on these same principles, differing only in tool geometry and force direction. The next lesson moves to sheet metal forming — shaping thin plate into cup geometries — to see how the same plastic principles create deep forms and where they meet their limits.

CHECK 스스로 확인하기Self-check

1. 단면적을 1/10로 줄이는 인발에서 진변형은 얼마일까요?
→ $\varepsilon = \ln(A_0/A_1) = \ln(10) \approx 2.30$입니다. 공칭변형(90%)보다 훨씬 큰 값으로, 큰 변형일수록 진변형이 정확합니다.

1. What is the true strain in a drawing pass that reduces cross-sectional area to 1/10?
→ $\varepsilon = \ln(A_0/A_1) = \ln(10) \approx 2.30$. This is far larger than the nominal strain (90%), confirming that true strain is the correct measure for large deformations.

2. 같은 강철을 200°C와 1000°C에서 압연하면 어느 쪽이 적은 힘으로 더 크게 변형될까요?
→ 1000°C입니다. 융점(절대온도)의 40%를 넘겨 동적 재결정이 일어나므로, 변형경화 없이 작은 힘으로 큰 변형이 가능합니다.

2. Rolling the same steel at 200°C versus 1000°C — which requires less force and allows greater deformation?
→ 1000°C. Above 40% of the absolute melting point, dynamic recrystallisation occurs continuously, so the metal does not strain-harden and large deformation is achievable with modest force.

3. 본딩 와이어처럼 누적 진변형이 10을 넘는 인발에서 왜 중간에 어닐링을 할까요?
→ 냉간 인발이 누적되면 가공경화로 와이어가 뻣뻣해져 끊어지기 때문입니다. 중간에 데워 전위를 정리(재결정)하면 연성을 회복해 다시 가공할 수 있습니다.

3. Why is intermediate annealing necessary in bonding wire drawing, where cumulative true strain exceeds 10?
→ Accumulated cold drawing causes severe strain hardening, making the wire brittle and prone to fracture. Heating to the recrystallisation temperature clears dislocations and restores ductility so further drawing passes can proceed.

이어서 볼 개념Continue with
CH.14 · L01주조Casting CH.14 · L03판재 성형Sheet forming CH.04 · L02전위와 소성Dislocation
← Lesson 01 주조Casting