열간 압출 공정 완벽 가이드: 유형, 장점 및 응용 분야

이 글에서는 열간 압출 공정, 다양한 유형, 작동 원리, 응용 분야에 대해 학습합니다.

열간 압출이란?

열간 압출(Hot Extrusion)은 빌렛 또는 슬러그 형태의 금속을 고압으로 오리피스(다이)를 통해 강제로 밀어내어 완성품의 원하는 형상을 얻는 공정입니다.

열간 압출은 고정된 단면 프로파일을 가진 물체를 만드는 인기 있는 방법입니다. 이 압출 공정은 높은 온도에서 수행되어 소재의 경화를 방지하고 다이를 통해 소재를 밀어내는 절차를 단순화합니다.

일반적으로 250~12,000톤 용량의 수평 유압 프레스가 다수의 열간 압출에 사용됩니다. 압력 범위는 30~700MPa(4,400~102,000psi)이므로 윤활이 필요합니다. 유리 분말은 고온 압출 윤활에 사용할 수 있으며, 흑연이나 오일은 저온 압출 윤활에 사용할 수 있습니다. 열간 압출 소재가 높은 선호도를 가지지만, 압출 기계 비용과 유지보수 비용 등 몇 가지 단점도 있습니다.

일상적인 비유로는 접이식 튜브에서 치약을 짜내는 것을 들 수 있습니다. 압출에 큰 힘이 필요하므로 대부분의 금속은 금속의 변형 저항이 낮은 조건에서 열간 압출됩니다.

그러나 냉간 압출도 많은 금속에 가능하며 급속히 중요한 상업적 위치를 차지하고 있습니다.

열간 압출 작동 원리

압출 빌렛과 용기 및 다이의 반응으로 높은 압축 응력이 발생하며, 이는 잉곳으로부터 1차 분해 시 소재 균열을 줄이는 데 효과적입니다. 이는 스테인리스강, 니켈 기반 합금, 몰리브덴 등 성형이 어려운 금속 가공에 압출이 더 많이 사용되는 중요한 이유입니다.

대부분의 열간 압출은 이 목적으로 특별히 제작된 수평 유압 프레스에서 수행됩니다. 일반적인 크기는 250~5,500톤으로 정격됩니다. 빌렛 온도는 마그네슘 350~425°C, 알루미늄 425~475°C, 구리 합금 650~1300°C, 강철 1200~1300°C입니다. 압력은 보통 4,998~7,038kgf/cm²(69×10⁶ N/m²) 범위로 변동합니다. 압출 챔버, 다이, 램의 윤활은 필수이며 일반적으로 오일 지지 흑연을 문질러 바르는 방식으로 이루어집니다. 식물성 오일이 석유 오일보다 이 목적에 더 적합합니다.

고온에서 강철을 압출하는 것은 유리를 사용하는 것이 가장 성공적인데, 관련 온도에서 유리가 윤활제 역할을 하기 때문입니다.

열간 압출의 유형

금속은 다음과 같은 여러 기본 방식으로 압출됩니다:

1. 직접 압출 또는 정압출 (Direct or Forward Extrusion)

Fig. 7.9에 도시된 직접 압출은 프레스 작동 램과 공작물을 구속하기 위해 놓이는 실린더 또는 용기를 사용합니다. 램과 뜨거운 금속 사이에 더미 블록을 사용합니다. 램 압력을 가하면 금속이 먼저 원통 형상을 플라스틱하게 채운 다음, 소량만 용기에 남을 때까지 다이 개구부를 통해 강제로 밀려 나옵니다. 그런 다음 다이 옆에서 톱으로 자르고 버트 엔드를 제거합니다.

2. 간접 압출 또는 역압출 (Indirect or Backward Extrusion)

간접 압출은 Fig. 7.10과 같이 압출품이 중공 램을 통해 강제로 밀려 나온다는 점을 제외하면 직접 압출과 유사합니다. 빌렛이 용기를 움직이지 않으므로 금속 빌렛과 용기 벽 사이에 마찰이 없습니다. 직접 압출에 비해 필요한 총 힘이 적지만, 압출 형상이 중공 램 중심을 통과할 수 있도록 장비가 기계적으로 더 복잡합니다.

3. 튜브 압출 (Tube Extrusion)

직접 압출의 한 형태지만 맨드렐을 사용하여 튜브 내부를 성형합니다. 가열된 빌렛을 용기 안에 넣은 후 맨드렐이 포함된 다이를 빌렛을 통해 밀어 넣습니다. 램이 전진하여 금속을 다이와 맨드렐 주위로 압출합니다(Fig. 7.11 참조).

4. 충격 압출 (Impact Extrusion)

금속 슬러그를 타격하여 고충격으로 성형함으로써 압출품을 만들기도 합니다. 이는 본질적으로 냉간 가공 작업입니다.

다양한 금속의 열간 압출 온도

열간 압출의 응용 분야

강철, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 니켈 등 대부분의 상용 금속과 그 합금은 고온에서 직접 압출됩니다. 봉, 튜브, 몰딩 트림, 구조 형상, 황동 탄피, 피복 케이블, 항공기 부품, 플로어링 스트립, 창틀, 문틀 등 많은 하드웨어 품목이 압출의 대표적 제품입니다.

열간 압출 공정은 알루미늄, 구리 및 그 합금 제품 제조에 널리 사용됩니다. 이 공정으로 개발되는 제품에는 전기 와이어, 봉, 튜브 등이 있습니다.

열간 압출은 무엇에 사용됩니까?

열간 압출은 일정한 종단면 단면을 가진 특수 강철 프로파일을 형성하는 생산 공정입니다. "압축"이라는 힘을 통해 작동합니다. 이 공정은 복잡한 형상과 고정된 단면을 가진 고체 또는 중공 프로파일 봉을 단일 단계로 제조하는 데 사용될 수 있습니다.

열간 압출 공정에 대한 다중 선택 문제 (MCQ)

1. 다음 중 열간 압출에 대한 올바른 설명은?

A. 정압출에서 역압출보다 적은 힘이 필요함
B. 정압출에서 역압출보다 더 많은 힘이 필요함
C. 정압출과 역압출에 동일한 힘이 가해짐
D. 위의 어느 것도 아님

정답: B

2. 다음 중 정압출(Forward Hot Extrusion)이라고도 하는 것은?

A. 직접 압출
B. 간접 압출
C. 충격 압출
D. 정수압 압출

정답: A
설명: 직접 압출을 정압출이라고도 합니다. 이 방법이 가장 널리 사용되며 압출 최대 생산이 이 방법으로 이루어집니다.

3. 역압출(Backward Extrusion)은 다음 중 무엇의 또 다른 이름인가?

A. 직접 압출
B. 간접 압출
C. 충격 압출
D. 정수압 압출

정답: B
설명: 직접 압출을 역압출이라고도 합니다. 이 방법에서 금속은 플런저 쪽으로 뒤로 압출됩니다.

4. 압출 공정이 다음 중 어느 것에 적합하지 않은가?

A. 강철 합금
B. 비철 합금
C. 스테인리스강
D. 철

정답: D
설명: 압출 공정은 철 합금뿐만 아니라 철 금속 자체에도 적합하지 않습니다. 스테인리스강이나 기타 비철 합금, 강철 합금 압출에는 압출 공정을 사용할 수 있습니다.

이상으로 열간 압출 공정에 대해 공정의 의미, 응용 분야, 다양한 압출 공정 유형을 학습했습니다. 이 글이 유익하셨다면 친구들과도 공유해 주세요.