알루미늄 압출 공정 완벽 가이드: 기초부터 산업 응용까지

알루미늄 압출은 최근 몇 년간 제품 혁신과 제조 분야에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 테크나비오(Technavio)에 따르면 전 세계 알루미늄 압출 수요는 2019~2023년 사이 약 4% 성장률을 보일 것으로 예상됩니다.

이 제조 공정에 대해 들어보셨고 무엇인지, 어떻게 작동하는지 궁금하실 수 있습니다. 이 글에서는 압출 알루미늄에 대해 알아야 할 모든 세부사항을 다룹니다.

알루미늄 압출이란?

알루미늄 압출은 미리 정해진 단면 모양을 가진 다이에 알루미늄 합금 소재를 강제로 통과시키는 기술입니다. 강력한 램이 알루미늄을 다이로 밀어 다이 개구부에서 빠져나오게 합니다. 이때 다이의 정확한 모양으로 나와 런아웃 테이블을 따라 운반됩니다.

이 공정은 기본 수준에서 이해하기 꽤 간단한 기술입니다. 사용되는 힘은 손으로 치약 튜브를 짜는 힘과 비슷합니다. 튜브를 짜면 치약이 튜브 개구부 모양으로 나옵니다. 치약 튜브 개구부가 압출 다이와 주요하게 같은 목적을 수행합니다.

알루미늄 압출 역사

이 제조 공정은 100년 전부터 시작되었습니다. 압출 공정은 1797년 조셉 브라마(Joseph Bramah)가 납 파이프 생산을 위해 처음 개발했습니다. 이 공정은 처음에 '스퀴르팅(squirting)'으로 알려졌으며 1820년 토마스 버(Thomas Burr)가 최초의 유압 프레스 생산을 완료할 때까지 수동 공정이었습니다. 알렉산더 딕(Alexander Dick)이 1894년 열간 압출 공정을 개발해 현재 현대적으로 사용되고 있습니다. 열간 압출 기술 덕분에 제조업체는 이제 압출 공정에 비철 합금을 사용할 수 있습니다. 1904년 최초의 알루미늄 압출 프레스가 건설된 후 자동차와 건설 산업에서 알루미늄 응용이 급증했습니다.

세계 대전 동안 압출 알루미늄 수요가 크게 증가했습니다. 군용 응용과 비행기 건설에 쓰였습니다. 압출 알루미늄 수요는 더욱 확대되기 시작했습니다. 이제 우리 일상생활의 일부입니다. 운전하는 차부터 가정용품까지 모두 이 효과적인 제조 공정의 산물입니다.

직접 및 간접 알루미늄 압출 공정

알루미늄 압출에는 직접과 간접, 두 가지 주요 공정이 사용됩니다. 직접 공정은 다이 헤드를 고정하고 이동하는 램이 금속을 다이를 통해 강제로 통과시킵니다. 반면 간접 압출 공정에서는 빌릿이 고정됩니다. 다이 어셈블리가 빌릿을 향해 이동해 금속을 다이를 통해 강제로 통과시키는 압력을 생성합니다. 두 공정을 더 자세히 살펴보겠습니다.

직접 알루미늄 압출 공정

직접 압출은 알루미늄 압출의 가장 일반적인 방법입니다. 알루미늄 압출기는 빌릿(가열된 알루미늄)을 가열된 벽 컨테이너에 넣습니다. 그런 다음 이동하는 램이 금속을 다이를 통해 밀어냅니다. 이 단계에서 매우 높은 압력이 발생합니다.

기계공들은 종종 빌릿과 램 사이에 소재 블록을 놓습니다. 이 절차는 램과 가열된 빌릿의 접촉을 방지합니다. 이 방법을 빌릿과 램이 같은 전진 방향으로 움직이므로 순방향 압출 공정이라고도 합니다.

간접 알루미늄 압출 공정

간접 압출은 종종 역방향 압출로 불리며 직접 공정과 다릅니다. 여기서는 다이가 고정된 상태에서 빌릿과 컨테이너가 동시에 이동합니다. 제조업체는 이 공정 수행에 '스템(stem)'을 사용합니다. 이 스템은 컨테이너 길이보다 길어야 하며 램을 제자리에 고정합니다. 이렇게 알루미늄 빌릿이 고정된 다이를 통해 강제로 통과합니다.

직접 방법과 달리 이 방법은 마찰이 적어 열 제어가 더 좋습니다. 간접 압출 제품 품질은 보통 더 일관적입니다. 이는 가해진 힘이 상대적으로 일정하게 유지되기 때문일 수 있습니다. 온도 일관성도 더 나은 기계적 특성과 조직 구조를 보장합니다.

알루미늄 압출 단계별 가이드

1단계: 압출 다이 준비

가장 먼저 원형 다이를 가공합니다. 아니면 이미 사용 가능한 것을 쓸 수도 있습니다. 압출 공정 전 다이를 약 450~500℃로 예열합니다. 이는 금속 흐름이 균일하고 다이 수명을 최대화합니다. 예열 후 다이를 압출 프레스에 장착합니다.

2단계: 알루미늄 빌릿 예열

다음 단계는 긴 소재 통나무에서 두꺼운 원통 블록인 빌릿을 자르는 것입니다. 그런 다음 오븐에서 약 400~500℃로 예열합니다. 이 공정으로 빌릿이 작업 수행에 충분히 가단성이 생기면서도 용융되지 않게 합니다.

3단계: 빌릿을 압출 프레스로 이송

빌릿 예열 후 기계적으로 프레스로 이송합니다. 그러나 프레스에 적재하기 전 윤활제를 추가해야 합니다. 또한 압출 램에 이형제를 도포합니다. 이 공정으로 램과 빌릿의 부착을 방지합니다.

4단계: 빌릿 소재를 압출 프레스 컨테이너로 밀어넣기

이 단계에서 가단성 빌릿이 이미 압출 프레스에 있습니다. 여기서 유압 램은 약 15,000톤의 압력을 가할 수 있습니다. 압력이 가단성 빌릿을 컨테이너로 밀어넣습니다. 알루미늄 소재가 컨테이너 벽을 채우도록 팽창합니다.

5단계: 압출 소재를 다이에 압착

알루미늄 소재가 컨테이너 벽을 채우면 압출 다이에 압착됩니다. 이 시점에서 소재에 지속적으로 압력이 가해집니다. 따라서 유일한 방향은 다이 개구부를 통과하는 것입니다. 다이 개구부에서 완전히 형성된 모양으로 나옵니다.

6단계: 압출품 퀜칭(급냉)

풀러가 압출품을 나온 후 제자리에 고정합니다. 풀러는 프레스에서 나올 때 보호합니다. 합금이 테이블을 따라 이동하면서 팬이나 워터 배스로 프로파일이 균일하게 냉각됩니다. 이 공정을 '퀜칭'이라 합니다.

7단계: 압출품을 테이블 길이로 전단

압출품이 전체 테이블 길이에 도달하면 열간 톱으로 전단합니다. 온도는 압출 공정 각 단계에서 필수적입니다. 프레스에서 나온 후 퀜칭하지만 아직 완전히 식지 않았습니다.

8단계: 압출품을 실온으로 냉각

전단 공정 완료 후 압출품을 런아웃 테이블에서 냉각대로 이송합니다. 프로파일은 실온에 도달할 때까지 그곳에 머뭅니다. 실온에 도달하면 스트레칭이 수행됩니다.

9단계: 압출품을 스트레처로 이동해 정렬 상태로 스트레칭

이 단계에서 모양에 약간의 뒤틀림이 있음을 알 수 있으며 이를 교정해야 합니다. 교정을 위해 스트레처가 필요합니다. 각 프로파일을 양끝에서 기계적으로 고정하고 완전히 곧게 펴질 때까지 당깁니다. 이 공정으로 사양에 맞게 만듭니다.

10단계: 압출품을 마무리 톱으로 이동해 길이대로 절단

이제 압출품이 곧고 가공 경화되었으므로 톱 테이블로 이송할 수 있습니다. 이 시점에서 특정 길이(주로 8~21피트)로 절단할 수 있습니다. 톱질 공정 완료 후 에이징 오븐으로 이동해 올바른 템퍼(T5 또는 T6)로 만듭니다.

11단계: 2차 작업 수행(열처리, 가공, 표면 마감)

압출 공정 완료 후 프로파일을 열처리해 특성을 향상시킬 수 있습니다. 다음으로 치수 교정이 필요하면 가공합니다. 표면 마감 추가도 외관과 내식성 특성 개선에 도움이 됩니다.

알루미늄 압출로 만들 수 있는 형상

압출 형상에는 네 가지 주요 종류가 있습니다.

1. 솔리드(Solid). 밀폐된 개구부나 공극이 없는 모양(빔, 앵글, 로드 등).

2. 할로우(Hollow). 하나 이상의 개구부나 공극이 있는 모양(직사각형 또는 정사각형 튜브 등).

3. 세미 할로우(Semi-Hollow). 부분적으로 밀폐된 공극이 있는 모양(좁은 간격을 가진 'C' 채널 등).

4. 맞춤 알루미늄 압출 형상. 이런 종류의 형상은 종종 여러 압출을 가집니다. 다양한 색상 프로파일을 가진 인터로킹 모양일 수도 있습니다. 이 형상들은 주로 설계자 사양에 따릅니다.

맞춤 형상의 맞춤 압출 부품 제조를 원하시나요? 래피드다이렉트(RapidDirect)가 소싱 공정을 맡아드립니다. 우리가 제공하는 알루미늄 압출 공정은 최고 수준입니다. 첨단 기계와 전문 엔지니어 팀을 결합해 최고 수준의 맞춤 제조 서비스를 제공합니다.

최종 제품에 여러 표면 마감 옵션도 제공할 수 있습니다. 어떤 선택이든 최고를 제공하겠습니다. 또한 각 제조 단계에서 지속적 테스트로 최고만 제공하도록 보장합니다. 오늘 설계 파일을 업로드하면 즉시 견적을 받아보실 수 있습니다.

알루미늄 압출에 영향을 미치는 요인

알루미늄 압출은 효과적인 제조 공정이지만, 일부 요인이 공정의 최종 결과에 영향을 줍니다. 프로젝트 성공을 위해 이러한 요인을 염두에 두는 것이 좋습니다.

압출 형상

형상은 부품 압출이 얼마나 쉽고 비싼지 결정합니다. 압출은 다양한 형상을 생산할 수 있지만 제한이 있습니다. 예를 들어 단순 솔리드 형상은 세미 할로우 형상보다 훨씬 쉽고 빠르게 압출됩니다. 비용도 더 적게 듭니다. 일반적으로 형상이 복잡할수록 압출이 더 어렵고 비쌉니다.

압출 속도

일반 규칙으로 압출 속도는 컨테이너 내 금속 압력과 온도와 직접 상관관계가 있습니다. 따라서 속도, 압력, 온도가 적절히 연관되어 안정적 공정을 유지하고 일정한 압출 단면을 생성해야 합니다.

빌릿 온도

최적의 빌릿 온도는 허용 가능한 공차와 표면 조건을 제공하면서 가능한 가장 짧은 사이클 타임을 보장하는 것입니다. 공정이 허용하는 최저 온도에서 빌릿 압출하는 것이 항상 이상적입니다.

너무 높은 온도는 금속 흐름을 더 유동적으로 만듭니다. 이는 금속이 수축된 영역으로 진입하는 것을 저항하게 만듭니다. 결과적으로 형상 치수가 원하는 공차 이하로 떨어질 수 있습니다. 마찬가지로 과도한 온도는 날카로운 모서리와 얇은 가장자리에서 금속이 찢어지게 할 수 있습니다.

압출 비율

어떤 형상의 압출 비율은 압출 중 얼마나 많은 기계적 일이 발생할지 나타내는 좋은 지표입니다. 단면의 압출 비율이 낮으면 형상에서 가장 많은 금속 질량을 포함하는 부분의 기계적 일이 최소화됩니다. 반면 압출 비율이 높으면 더 큰 압력이 필요합니다. 압력이 금속을 더 작은 개구부로 강제 통과시키고 극한의 기계적 일이 필요합니다.

프레스 운영

수익성 있는 프레스 운영 생각으로 알루미늄 압출에서 피트당 중량이 관련됩니다. 예상대로 가벼운 단면 압출은 보통 더 작은 프레스가 필요합니다. 그러나 더 큰 용량의 프레스를 요구하는 다른 요인들도 있습니다. 크고 얇은 벽의 할로우 형상이 전형적 예입니다.

낮은 피트당 중량에도 불구하고 이를 압출하는 데 필요한 프레스 톤수가 더 클 수 있습니다. 이 요소는 압출 비율과 유사한 효과를 가집니다. 더 큰 요소는 부품 압출을 더 어렵게 만듭니다. 결과적으로 프레스 생산에 영향을 줍니다.

텅 비율

텅 비율도 구성 요소의 압출 성능 결정에 중요합니다. 압출 텅 비율은 가장 작은 공극 개구부를 제곱해 구합니다. 그런 다음 형상 전체 면적을 계산하고, 제곱된 개구부를 이 면적으로 나눕니다. 텅 비율이 높을수록 부품 압출이 더 어렵습니다.

알루미늄 압출의 응용 분야

소재 특성으로 압출 알루미늄은 여러 산업에 효과적인 제조 공정입니다. 소재의 강도-중량비와 인장 강도는 엔진 블록, 패널, 트랜스미션 하우징, 루프 레일, 차량 섀시, 기타 부품 압출에 이상적입니다.

알루미늄 압출은 자동차 라디에이터, 콘덴서 튜브, 에어컨, 원자로, 전자기기 냉각 장치용 부품도 생산합니다. 압출 알루미늄 튜브는 비자성이라 와이어와 동축 케이블을 수용할 수 있습니다. 알루미늄 소재의 내식성과 내녹성도 실외 응용에 유용합니다. 게다가 알루미늄 압출품은 높은 반사율을 가집니다. 따라서 빛, 적외선, 전파로부터 제품을 차폐하는 데 도움이 됩니다.

알루미늄 압출: 중요한 제조 공정

알루미늄 압출 공정은 맞춤 단면 프로파일을 가진 부품 생산에 필수적입니다. 공정이 꽤 흥미롭고, 열처리, 가공, 마감으로 사양에 맞출 수 있는 다양한 모양의 제품을 얻을 수 있습니다. 래피드다이렉트(RapidDirect)는 원하는 결과를 위한 최고의 알루미늄 압출 서비스를 제공합니다. 오늘 연락 주시면 프로젝트를 실현해 드립니다. 디지털 견적 플랫폼에 설계 파일을 업로드해 즉시 견적과 투명한 주문 프로세스를 경험하세요.