압출 공정

 

압출 공정

 

 

1. 개요

 

압출은 Al, Cu, Zn 합금 등과 같이 소성이 큰 재료를 다이에 통과 시켜서 압출하여 다이의 구멍과 같은 단면 모양의 긴제품을 제작하는 가공법으로 다양한 단면 모양을 얻을수 있으며 압축력이 높으므로 제품의 조직이 치밀하여 지고 기계적 성질이 양호해 진다

 

 

2. 압출(Extruding) 방법

 

압출의 방식은 압출온도에 따라 냉간압출과 열간압출로 나누고 압출방법에 따라 직접압출, 간접압출, 정수압압출, 충격압출 등으로 나눌 수 있다.

 

  1) 냉간압출 및 열간압출

     냉간압출은 상온 또는 재결정온도 이하에서 압출하는 방법으로 열간압출에 비하여 다음과 같은 장점이 있다.

 

     ① 냉간압출의 장점

        ⓐ 변형 및 마찰로 인한 발생열로 압축된 금속에 재결정을 일으키지 않는 한 가공경화로 기계적성질이 개선된다.

        ⓑ 가공오차의 조절이 양호하므로 후속되는 절삭 또는 마무리 작업의 필요를 줄인다.

        ⓒ 윤활이 효과적이며 표면 정도가 개선된다.

        ⓓ 산화막이 생기지 않는다.

        ⓔ 생산 속도가 높고 비교적 가공비가 싸다.

 

     ② 냉간압출 시 주의 사항

        ⓐ 공구에 걸리는 응력이 매우 높다. - 최소한 유동응력의 3배 이므로 공구설계와 공구 및 다이재료 선택이
            냉간 압출의 성패를 좌우한다.

        ⓑ 공구는 Punch 의 경우 HRC 60-65, DIE의 경우 HRC58-62가 요구된다.

        ⓒ 공구는 충분한 인장 강도, 인성, 내마모성, 피로저항을 가져야한다.

        ⓓ 윤활이 매우 중요하다.- 인산염 전환 피복을 하고 비누 혹은 왁스를 사용한다.

        ⓔ 온도 상승에 주의 한다.

 

     ③ 열간압출 시 고려사항

         재결정온도 이상에서 압출하는 방법으로 다음과 같은 사항을 고려하여야 한다.

        ⓐ 필렛의 냉각으로 매우 불균일한 조직이 생긴다.

        ⓑ 불할성 기체 내에서 가열 하지 않으면 산화 피막이 생긴다.

        ⓒ 산화 피막은 재료의 유동에 영향을 주고 제품 표면에 산화막이 붙어 불량하게 된다.

        ⓓ 램의 압면에 압출판을 붙이고 램의 직경을 튜브 내경보다 약간 작게 하여 주로 산화층으로 된
            원통형의 얇은 재료가 남도록 한다.

 

  2) 압출성형 형식에 따라

 

     ① 직접압출(Direct Extrusion)

        ⓐ 제품이 램의 진행 방향과 같은 방향으로 압축되는 형식으로 전방압출법이라고도 한다.

        ⓑ 가장 일반적으로 이루어지는 방법이다.

        ⓒ 압출할 소재를 컨테이너(Container)에 넣고서 램(Ram)으로 가압하여 램의 반대 측에 있는 Die로 부터 압출한다.

        ⓓ 빌렛은 용기의 벽면에 대하여 상대 운동을 하므로 벽면과의 마찰로 인하여 램의 하중이 매우 크다.

        ⓔ 10-20%의 데드메탈(Dead Metal)이 남게되어 비경제적이다 - 데드메탈의 량을 줄이기 위해    
            테이퍼 혹은 원추형 다이를 사용한다.

        ⓕ 쉘(Shell)법 혹은 슬리브(Sleeve)법

            열간 작업을 위하여 가열된 소재의 표면층이 산화되어 다이를 빠져 나갈 때 제품 내부쪽으로
            뒤엉켜 들어가서 불량을 가져오는 경우가 생긴다. 이를 방지하기 위하여 램의 직경은 소재의 
           직경보다 약간(약 6mm) 작게 하면 표피층이 용기 내에서 벗겨지면서 가공이 이루어진다.

 

     ② 간접 압출 (Indiret Extrusion)

        ⓐ 제품이 램의 진행 방향과 반대 방향으로 압출되는 방식으로 후방압출법이라고도 한다.

        ⓑ 구멍이 뚫어진 램에는 다이가 고정되어 있으며 콘테이너 반대편은 막혀 있다.    
            램이 진행하면 반대 방향으로 압출된다.

        ⓒ 소재와 용기 사이에 상대운동이 없으므로 마찰이 적어 동력이 적게 든다.

            ( 직접압출: 간접압출=3:2)

        ⓓ 긴 제품으를 압출할 때는 직겁 압출보다 불리하다.

        ⓔ 데드메탈이 직접압출에 비해 적다.

        ⓕ 산화된 표면층이 가공 후에 바깥으로 표출된다.

        ⓖ 대개 정밀도를 요구하지 않는 관재나 봉재의 압출에 사용한다.

 

     ③ 충격압출(Inpact Extrusion)

        ⓐ 간접압출의 일종으로 구멍의 깊이가 깊거나 직경에 비하여 벽두께가 얇은 제품응 압출한다.

        ⓑ 깊이가 얕은 다이 안에 소재를 놓고 펀치의 길이를 길게하여 충격적으로 소재에 압축을 가하 면
            소재는 순간적으로 선단부에 의해 변형이 생기면서 늘어난 소재는 펀치를 타고 올라와
            펀치 둘레를 감싸면서 튜브 형태를 만든다.

        ⓒ 제품의 직경은 보통 6-130mm 까지가 많고, 길이는 직경의 6배 까지 가능하며,    
            두께는 직경 의 1/100-1/20 정도이다.

        ⓓ 납, 주석, 아연, 알류미늄 또는 구리 등 연질금속을 주로 사용한다.

        ⓔ 튜브, 약품상자, 건전지, 케이스, 치약튜브, 카메라 부품, 전기제품 등을 압출

        ⓕ 크랭크 프레스를 이용 단시간에 완성되고 공정수를 줄일 수 있어 대량 생산에 적합하다.

        ⓖ 중심이 잘 맞지 않으면 두께가 불균일하게 되는 단점이 있다.

 

     ④ 정수압 압출 (Hydrostatic Extrusion)

        ⓐ 쳄버에 유체를 채우고 이를 통하여 빌렛에 압력을 전달하여 다이를 통과 시켜 압출 되도록한다.

        ⓑ 용기 벽면의 마찰이 없다. 다이각이 작다. 압출비가 높다.

        ⓒ 소재 전체에 균일한 압력이 전달되므로 조직의 흐름이 엉키거나 마찰로 표면에 균열이 생기는 현상이 없다.

        ⓓ 비철 금속이나 경질 재료에 주로 그 성능을 발휘한다.. 상업적으로는 연성재료를 사용한다.

        ⓔ 정수압이 가해지면 재료의 연성이 증가 하므로 취성이 있는 재료도 이 방법에 의하여 성공적으로
            압축될 수 있다.

        ⓕ 마찰이 적고, 다이각이 작으며 압축비가 높아 압출이 가능하다.

        ⓖ 보통 상온에서 이루어진다.

        ⓗ 작업 유체는 식물성유가 주로 사용된다. 특히 캐스터유(Caster Oil)는 양호한 윤활제인 동시에
            점도가 압력의 영향을 받지 않는다.

        ⓘ 열간 압출의 경우 왁스, 폴리머, 유리등이 작업유체로 사용된다.

        ⓙ 공구의 구조가 복잡하고 고압과 특수 장비 설계에 대한 결정이 필요하고 제품을 가공하는데

             긴 시간을 요구 하므로 실제 현장에서는 제한적으로 이용된다.

 

     ⑤ 분말압출(Powder Extrusion)

        ⓐ 분말상태의 압출 방법

        ⓑ 일반적인 소결 제품보다 기계적 강도와 성질이 우수하다.

        ⓒ 가공 시 산화막의 파괴로 고온에서 더욱 유리하다.

 

 

3. 압출작업

 

  1) 압출기

     ① 수평식과 수직식이 있다.

     ② 용량은 주로 1000 - 5000 Ton 이 주로 쓰이고 최고 18,000Ton 까지 있다.

     ③ 단동식과 복동식이 있다.

     ④ 압축비는 10:1-100:1 정도이다.

     ⑤ 램의속도는 0.5m/s 까지 가능하다. 일반적으로 Al, Mg, Cu 등은 저속압출, 강 티타늄 내열 합금 등은 고속압출

 

  2) 다이

     ① 열간압출용 다이는 내열다이강(SKD51종)이 주로 쓰인다.

     ② 수명연장을 위해 지르코이나 코팅을 하는 경우가 있다.

     ③ 압출 제품의 복잡한 정도는 단면적에 의한 둘레의 비로 나타낸다.

     ④ 스파이더 다이, 배출다이(Porthol Dies) 브릿지다이 를 사용하여 속이빈 제품을 압출할 수 있다.   
         이때 윤활유를 사용하자 않는다.

 

  3) 윤활(Labrication)

     ① Al, Cu, Pb,Zn, Sn 등 연질 재료는 윤활제를 사용하지 않는다.

     ② 강재의 경우 산화 피복 또는 붕사를 사용.

     ③ 붕산염의 경우 윤활작용과 단열 효과도 있다.

     ④ 우진법(Ugine): 유리 윤활제는 쉽게 파단되어 파단면이 매끄럽고 고온에서 안정된 상태에서 유지되고
         사용 후 제거가 용이 하다.

     ⑤ 열간 압출 시 보통석유나 실린더유에 흑연을 섞고(고온에서 안정) 비누첨가(부유성을 주기위하여)

     ⑥ 냉간 압출 시 주로 인산염 피복 후 스테아린산 소다와 함께 사용

     ⑦ 자켓팅(Jacketig)

         용기에 잘 달라붙는 재료를 압출할 때 구리와 연강 같이 소재보다 강도가 낮은 연한 재료로
         얇은 용기를 만들어 소재에 씌운다,

 

 

4. 압출 결함

 

  1) 표면 균열

     ① 압출 온도 마찰 속도 등이 너무 높을 때, 표면 온도가 급격히 증가 하여 균열이 일어 남. 보통

         적열취성에 의하여 발생 하고 소재온도, 속도를 낮추면 해결됨.

     ② 낮은 온도에서 다이랜드에 압출제품이 부착되면 압력이 급격히 증가하여 압출 제품은 앞으로

         급격히 밀려가고 압출 압력은 감소한다. 이런 주기가 반복되면 표면 둘레에 주기적인 경함이 생긴다.

 

  2) 파이프 결함

     ① 다이의 형상이 깔대기 모양이므로 표면의 산화물 , 불순물 등이 소재 중심으로 쉽게 들어가는 현상.

     ② 전체 길이의 1/3 정도가 파이프 결함이 될 수 있으므로 압출후 잘라 버린다. - 유동양상

     ③ 유동양상을 보다 균일 하게함으로 줄일 수 있다.

 

  3) 내부 균열

     ① 세브론 균열(Chevran Cracking), 화살모양 균열, 중심부 터짐 등으로 불린다

     ② 다이내의 변형 영역에서중심선을 따라서 정수압으로 인한 인장 응력 상태 때문에 생긴다.

     ③ 다이각도, 불순물이 증가 할수록 발생 빈도가 높다.

     ④ 압출비가 클수록 감소.

     ⑤ 마찰이 증가 할수록 감소.