압출이란? - 작동, 유형 및 응용

압출이란?

압출은 원하는 단면의 다이를 통해 재료를 밀어 고정 단면 프로필의 개체를 만드는 데 사용되는 프로세스입니다. 다른 제조 공정에 비해 두 가지 주요 이점은 매우 복잡한 단면을 생성할 수 있다는 것입니다. 재료가 압축 및 전단 응력만 만나기 때문에 부서지기 쉬운 재료를 가공합니다. 또한 우수한 표면 마감을 생성하고 설계 과정에서 상당한 형태의 자유를 제공합니다.

드로잉은 재료의 인장 강도를 사용하여 다이를 통해 당기는 유사한 프로세스입니다. 한 단계에서 수행할 수 있는 변경의 양을 제한하므로 더 단순한 모양으로 제한되며 일반적으로 여러 단계가 필요합니다. 드로잉은 와이어를 생산하는 주요 방법입니다. 금속 막대와 튜브도 종종 그려집니다.

압출은 연속적(이론적으로 무기한 긴 재료 생산) 또는 반연속적(많은 조각 생산)일 수 있습니다. 뜨겁거나 차가운 재료로 할 수 있습니다. 일반적으로 압출 재료에는 금속, 폴리머, 세라믹, 콘크리트, 모델링 점토 및 식료품이 포함됩니다. 압출 제품은 일반적으로 압출물이라고 합니다.

"홀 플랜지"라고도 하는 압출된 재료 내의 중공 캐비티는 다이의 중앙 장벽을 지지할 방법이 없기 때문에 단순한 평면 압출 다이를 사용하여 생성할 수 없습니다. 대신, 다이는 먼저 중앙 섹션을 지지하는 형상 프로파일로 시작하여 깊이가 있는 블록의 형상을 가정합니다.

그런 다음 다이 모양은 내부적으로 길이를 따라 최종 모양으로 변경되며, 매달린 중심 조각은 다이 뒤쪽에서 지지됩니다. 재료는 지지대와 퓨즈 주위를 흐르며 원하는 닫힌 모양을 만듭니다.

금속을 압출하면 강도도 증가할 수 있습니다.

 

압출의 특성

▷ 복잡한 단면을 생성할 수 있으며 압출물의 전체 길이에 걸쳐 균일합니다.
▷ 압출 품질에 영향을 미치는 요소는 다이 설계, 압출 비율, 빌렛 온도, 윤활 및 압출 속도입니다. 금속 압출 및 DFM(Design for Manufacturing) 압출 설계 팁의 5가지 주요 설계 변수를 이해하려면 금속 압출에 대한 상세 설계 가이드 "직접 금속 압출을 위한 부품 설계 방법"을 확인하십시오.
▷ 다른 금속 성형 공정과 유사하게 고온 또는 저온으로 수행할 수 있지만 일반적으로 압출력을 줄이고 재료의 연성을 향상시키기 위해 고온에서 공정을 수행합니다.
▷ 원료 낭비 감소 및 높은 생산율로 인한 저렴한 비용
▷ 취성 재료는 스톡 부품에 압축 및 전단력만 가하기 때문에 찢어짐 없이 변형될 수 있습니다.
▷ 성형 부품은 표면 조도가 우수하여 후가공 가공을 최소화합니다.
▷ 금속 압출은 재료 방향으로 유리한 연장된 입자 구조를 생성하는 경향이 있습니다.
▷ ~1mm(알루미늄) ~ ~3mm(강철)의 최소 벽 두께를 얻을 수 있습니다.

 

 

압출 공정의 유형

1. 직접 압출
정방향 압출이라고도 하는 직접 압출은 가장 일반적인 유형의 압출입니다. 가열된 빌렛(나중에 설명하는 열간 압출에만 해당)을 더미 블록이 뒤에 배치되는 프레스 캐비티 컨테이너에 로드하는 것으로 시작합니다.
그런 다음 기계식 또는 유압식 램이 재료를 눌러 다이를 통해 밀어냅니다. 그런 다음 여전히 뜨거울 때 부품을 펴서 곧게 만듭니다. 이 프로세스는 Core Materials에 의해 아름답게 애니메이션됩니다.
직접압출 방식에서는 용융유리를 윤활제로 사용하여 고온강에 의한 높은 마찰을 감소시키고 저온 윤활에는 흑연분말 함유 오일을 사용합니다. 더미 블록은 열간 압출에서 프레싱 스템(펀치 또는 램)의 팁을 보호하는 데 사용됩니다.
펀치가 스트로크 끝에 도달하면 "버트 엔드"라고 하는 빌릿의 작은 부분이 다이 개구부를 통해 밀어낼 수 없습니다.

직접 금속 압출의 장점

▷ 빌릿 수정이 필요하지 않음
▷ 열간압출과 냉간압출 모두 가능
▷ 다른 압출 공정에 비해 간단한 툴링

직접 금속 압출의 단점

▷ 마찰로 인한 높은 힘 요구
▷ 캐비티 내부에 남아 있는 맞대기 끝
▷ 펀치가 이동함에 따라 램을 누르는 데 필요한 힘이 바뀝니다.

2. 간접 압출
간접 압출에서 다이는 유압 램의 끝에 위치하고 캐비티 내부의 빌렛 쪽으로 이동하여 다이를 통해 재료를 밀어냅니다. 이는 아래 그림 2에 나와 있습니다.
이 프로세스는 고정된 빌릿 컨테이너로 인해 빌릿에 대한 마찰이 적기 때문에 더 적은 전력을 소비합니다. 그러나 압출물이 다이에서 나올 때 압출된 부품을 지지하는 것은 어렵습니다.

간접 금속 압출의 장점

▷ 마찰이 적고 전력 소모가 적습니다.
▷ 열간압출과 냉간압출 모두 가능
▷ 다른 압출 공정에 비해 간단한 툴링

간접 금속 압출의 단점

▷ 돌출된 부분을 지지하기 어려움
▷ 중공 램은 적용되는 하중을 제한합니다.

3. 정수압 압출
정수압 압출에서 챔버/캐비티는 빌렛보다 작게 만들어지고 램에서 빌렛으로 힘을 전달하는 유압유로 채워집니다. 유체에 의해 3축 힘이 가해지지만 압력은 빌렛에 대한 빌렛 성형성을 향상시킵니다. 누출 및 감소된 압력 문제를 피하기 위해 초기 단계에서 유체 밀봉을 고려해야 합니다.

유압유는 벽과 빌렛 사이의 마찰을 분리하여 제거하지만 특수 장비 요구 사항으로 인해 다른 압출 공정과 비교하여 높은 설정 시간과 낮은 생산율로 인해 업계에서 사용이 제한됩니다.

정수압 금속 압출의 장점

▷ 마찰이 없기 때문에 낮은 전력/힘 요구 사항
▷ 빠른 생산 속도 및 높은 감소율
▷ 낮은 빌릿 온도
▷ 균형 잡힌 힘 분포로 인한 재료의 균일한 흐름
▷ 큰 빌렛과 큰 단면을 압출할 수 있습니다.
▷ 용기에 빌릿 잔류물이 남지 않음

정수압 금속 압출의 단점

▷ 빌릿은 다이 진입 각도에 맞게 한쪽 끝을 테이퍼링하여 준비해야 합니다.
▷ 냉간압출만 가능
▷ 고압 유체를 담기 어렵다

 

4. 측면 압출
측면 압출에서 컨테이너는 이미지와 같이 수직 위치에 있고 다이는 측면에 있습니다. 이 공정은 저융점 재료에 적합합니다.

5. 충격 압출
충격 압출은 간접 압출과 매우 유사한 냉간 압출 범주의 일부이며 납, 알루미늄 및 구리와 같은 더 부드러운 금속으로 제한됩니다. 개략도에서 알 수 있듯이 펀치는 고속으로 밀리고 슬러그에 엄청난 힘이 가해져서 뒤로 밀려납니다.
돌출의 두께는 펀치와 다이 캐비티 사이의 간극에 따라 결정됩니다. 압출물은 스트리퍼 플레이트를 사용하여 펀치에서 미끄러져 나옵니다.
임팩트 압출의 경우 기계식 프레스가 많이 사용되며 비교적 짧은 스트로크로 고속으로 부품을 성형합니다.
펀치와 다이에 작용하는 힘이 매우 크기 때문에 툴링은 충격에 의해 금속을 압출하기에 충분한 내충격성, 피로 저항 및 강도를 가져야 합니다. 충격 압출은 재료의 흐름에 따라 다음 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

Forward
Reverse
Combination

전방 충격 압출에서 금속은 힘이 전달되는 방향과 같은 방향으로 흐르고 역 충격 압출에서는 반대 방향으로 흐릅니다.

충격 금속 압출의 장점

▷ 최대 90%의 원자재 절감
▷ 가공 시간 최대 75% 감소
▷ 2차 가공 작업 제거
▷ 다중 부품 어셈블리 감소
▷ 재료의 냉간 가공으로 인한 재료 강도 및 가공에 대한 기계적 특성 향상
▷ 총 부품 비용을 최대 50%까지 대폭 절감
▷ 한쪽 끝이 닫힌 속이 빈 얇은 벽의 튜브는 종종 제조업에서 후방 충격 압출에 의해 생산됩니다.

충격 금속 압출의 단점

▷ 부품이 형성되는 축에 대해 대칭인 한 생산
▷ 산업에서 충격에 의해 형성된 많은 부품은 완성되기 전에 금속 단조, 다림질 또는 기계가공과 같은 추가 제조 공정이 필요합니다.

 

압출의 응용

▷ 압출은 튜브 및 중공 파이프 생산에 널리 사용됩니다.
▷ 알루미늄 압출은 많은 산업 분야에서 구조 작업에 사용됩니다.
▷ 이 공정은 자동차 산업에서 프레임, 문, 창 등을 생산하는 데 사용됩니다.
▷ 압출은 플라스틱 물체를 생산하는 데 널리 사용됩니다.

 

압출의 장점

▷ 높은 압출비(압출부 단면적에 대한 빌렛 단면적의 비율).
▷ 복잡한 단면을 쉽게 생성할 수 있습니다.
▷ 이 작업은 취성 및 연성 재료로 수행할 수 있습니다.
▷ 냉간 압출로 높은 기계적 특성을 얻을 수 있습니다.

 

압출의 단점

▷ 높은 초기 또는 설정 비용.
▷ 높은 압축력이 필요합니다.