가공물에 압력을 가할 때 가압력의 방향과 직각인 방향으로의 금속유동에 구속을 주지않는 단조를 자유단조라 하며,
주로 소형물(小形物)이 많고 단조 후에 기계가공을 하는 경우가 많다. 자유단조의 기본작업을 들면 다음과 같다.
늘리기(drawing)는 그림과 같이 단면적을 감소시키고 길이 방향으로 늘리는 단조작업이다.
늘리기작업
축(軸)박기(upsetting, upset forging, heading)는 그림과 같이 축방향으로 압축하여 단면적을 크게하고 길이를 짧게 하는 단조로서,
자유단의 길이를 
o, 단면적을 Ao라 하고
upsetting 후의 길이를 ₁, 단면적을 A₁이라 하면 o·Ao=₁·
A₁에서 단조비(鍛造比; forging ratio)는 다음과 같다.
-
위 그림(a)에서는 。< 3·d。,
(b)에서는 。≤6·d。까지 가능하고,
이 이상에서는 좌굴현상(座屈現狀; buckling)이 나타날 염려가 있다.
동일 재질의 가공재를 동일 온도에서 가공하여도 원형상, 압력, 가압속도 및 가압방법의 차에 의하여
단조 후 형상이 다르게 나타난다. 동일 재질의 가공물을 동일 조건에서 가공하여도 온도가 국부적으로 다를 때에는
아래 그림과 같이 여러 형상으로 변할 수 있다.
온도차에 의한 변형
넓히기(spreading)는 그림과 같이 가공물을 anvil 상에 놓고 가압하여 폭을 넓히는 단조이다.
넓히기
굽히기(bending)할 때 외측은 연신되고, 내측은 압축되며, 그림 (d)에서와 같이 응력과 인장 및 압축이 없는
중립면은 내측으로 이동한다. 굽힘 부위가 얇아지는 것을 피하기 위해서는 그림(g)와 같이 덧살을 붙이고 굽힘가공한다.
굽히기
단짓기(setting down)는 그림과 같이 예리한 정으로 단면적을 급변시켜 단을 짓는 작업이다.
단짓기
구멍뚫기(punching)는 그림과 같이 punch를 대고 타격을 가하거나, 구멍이 큰 경우에는 anvil의 horn 부에 끼우고
확대한다.
구멍뚫기
비틀기(twisting)할 때 그림(a)의 중심부에서는 높이의 변화가 없고, 외주에서는 약간 낮아진다.
외부는 인장응력, 내부는 압축응력을 받게 되며, 장력(張力)이 과대하면 균열이 생긴다. 그림 (b)는 양단(兩端)이
평면을 유지하도록 고정한 상태에서 비트는 경우이며, 높이는 균등하게 변하나 외부는 인장응력, 내부는
압축응력이 발생한다.
비틀기
rotary swaging은 주축과 함께 형(型; die)을 회전시켜 형에 타격을 가하여 단조하는 것이며,
그림 (a)는 형이 2개인 경우이고, 그림 (b)는 형이 4개인 경우이다. rotary swaging에서는 형과 hammer가
회전하면서 hammer 두(頭)가 roller에 접할 때 형을 타격한다. hammer가 roller와 roller 사이에 있을 때는
원심력에 의하여 형이 열리고 이 때 소재가 공급된다.
ram end forming은 성형 die를 가공물 안 또는 밖에 직선적으로 압입하는 가공으로서, die 또는 가공물이
회전하지 않으므로 비대칭적이거나 복잡한 단면재의 가공도 가능하며, 그림과 같이 관재의 가공에서는 내외부를
동시에 가공할 수 있다.
압연단조(壓延鍛造; roller forging)는 그림과 같이 맞물고 회전하는 roller 사이에서 가공물을 단조하는 것으로서,
roller의 홈 또는 돌기를 이용하여 소정의 단면 형상을 갖는 단조물을 얻을 수 있으며, 차축(車軸; axle) 및 leaf spring 등을
제작할 수 있다.
압연단조
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ring의 압연단조
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tap 작업(tapping)은 그림과 같이 ☞ tap을
이용하여 소재의 단면을 소정의 단면으로 가공하는 것을 tap 작업이라 한다.
tap 작업
절단(切斷; cutting-off)에는 기계톱 또는 절단기를 사용하는 경우가 많으나, 단조작업 중 고온의 소형재를
절단할 때에는 그림과 같이
☞ 정을 사용한다.
절단
upsetting
rotary swaging
rotary swaging die
ram end forming
ram end forming
ram end forming
roller 단조의 예