6.1.2 압출성을 지배하는 인자와 문제점

알루미늄합금의 가공중에서도 압출가공이 주요부분을 차지하기에 이를 수 있었던 이유 중 하나는 생산성을 모든 면에서 추구하고 정밀압출에서 대형압출까지 다양한 요구에 대응한 결과이다. 일반적으로 압출생산성은 시간당 압출제품중량으로 정의되며 재료수율의 향상과 압출시간 및 데드사이클(dead cycle)시간의 단축을 어떻게 기술적으로 진행시켜 나갈 것인가가 중요하다. 압출시간의 단축에 가장 효과적인 방법은 압출속도의 향상인데 압출속도의 증대는 베어링 온도나 압출재온도의 상승에 의한 표면결함이나 내부품질을 저하시키고 요구되는 제품품질이나 형상수치를 현저하게 손상시키는 원인이 된다. 그렇기 때문에 빌렛 품질이나 다이구조, 가열온도, 압출비등 압출조업상 문제가 되는 영향인자를 바르게 선택해야 한다. 빌렛,압출형, 압출기술(공정)에 기인하는 영향인자는 조업시 단독으로 작용하는것이 아니라 다변복잡하게 상호 작용하면서 압출재를 형성해 나아간다.
이와 같은 인자 가운데에서도 다이를 중심으로 한 압출형의 양부는 압출재의 품질과 생산성을 지배하는 제 1인자라 해도 과언이 아닐 것으로 압출형의 설계.제작이 차지하는 위치는 매우 높다. 최근에는 컴퓨터의 개발에 의해 금형설계 및 제작에 CAD/CAM/CAE기술이 활용되어 금형 내의 메탈플로의 움직임과 금형구조의 관계를 시뮬레이션으로 해석.예측하고자 노력하고 있다.
압출기술에 관해서 말하자면 압출 전체라인의 자동화의 움직임도 현저하고 공정설계의 기본적 구성과 그 흐름패턴을 정보처리화하고, 설계.제조에서 포장.출하까지의 전공정을 컴퓨터 시스템에 의해 관리하는 것도 시도 되고있다.
이와 같은 공업계의 요구에 대처하기 위해서는 압출압력, 압출속도,압출온도의 정확한측정과 그 제어기술의 발전 등 압출기술에 깊이 관계하는 장치나 설비의 개발이 중요하다. 또 주조빌렛을 냉각하지 않고 압출하는 기술이나 압출시 냉각제어기술(항온압출)등의 개발도 에너지절약.인력감축을 실현하고 압출재의 품질을 제어하기 위해서는 앞으로 점점 더 중요하게 될 것으로 생각된다.
압출용 빌렛은 반연속주조법인 DC법의 개발개량에 따라 빌렛표면의 평활화나 셸존(shell zone)과 역편석층 두께의 감소 등 안정된 빌렛 품질을 확보할 수 있게 되었다. 합금조직에 있어서 주요원소가 압출성에 미치는 영향에 관해서도 많이 연구되고 있다.
Si함유량이 적은 합금은 매끈매끈한 조도곡선(祖度曲線)에서 밝게 보이는 광휘부(光輝部)(흑색)와 거친 조도곡선의 비광휘부(회백색)가 혼재한 표면외관이 되는데 Si함유량을 많게 한경우에는 비광휘부만 표면외관에 전체적으로 균일한 조도곡선이 되며, Si함유량을 많게 한 쪽이 표면의 제품가치가 높다는 것을 알수 있다. 또 빌렛 내 원소의 편석을 없앰과 동시에 정출물의 미세화나 석출물의 분포상태를 조정하는 중요한 공정인 균질화처리에 있어서도 많은 연구가 진행되고 있다. 범용 6063합금에 있어서 균질화처리조건은 540∼590℃ 에서 1∼6시간 지속시킨 후 200∼500℃/h 정도의 냉각속도로Mg₂Si정출물의 형태변화를 제어하는 것이 일반적이다.

6.1.3 메탈플로의 특성과 응용

압출가공 피가공재의 메탈플로(소성유동)는 기본적으로는 피가공재와 형면(型面)과의 마찰작업량을 변화시키는 다이를 중심으로 한 압출공구의 구조인자나 피가공재의 소성변화 능력의 차등에 의해 발생한다. 따라서 피가공재의응력이나 변형상태를 정성적(定性的) 혹은 정량적(定量的)으로 구하는 데는 압출방법, 공구형상, 재료성, 압출조건 등의 각 요인에 관해 고려한 피가공재의 변형이나 유동에 관한 이론해석이나 실험방법에 의한 측정이 불가결하다.
일반적으로 압출가공 중 피가공재의 메탈플로 평가 방법으로는
①클래드빌렛법(理種, 理色 재료의 적층)
②피복빌렛법(와이어코일법 포함)
③방사성 동위원소(RI)이용법
④격자선 해석법(분할다이 이용)
등이 있으며 각각의 목적에 따라 금형설계나 불순물 추적조사 등의 모델실험에 이용되고 있다.
(1) 클래드빌렛법에 의한 사례
클래드빌렛법은 이종(理種) 혹은 이색(理色) 슬라이스형 재료를 적층한 빌렛으로 압출 중 혹은 압출 후 그 표면 또는 내부 적층상태의 뒤틀림을 관찰하는 방법이다. 통상대표적인 제조업체에서는 AL-Si계 합금을 이용한다.
또 간이적인 방법으로는 백색과 흑색 두 종류의 플러스티신을 사용해 모델 실험을 하는 경우도 있다. 직접압출법은 빌렛외주부와 컨테이너 내벽과의 마찰에 의해 빌렛 외주부의 유동이 중심부보다 느린 경향이 있으며 다이 근처에 데드메탈(dead metal)영역이 형성되어 있다. 이에 대해 간접압출법은 다이 근처의 재료만 다이 출구쪽으로 연속 유동하고 잔류부분은 비변형상태 그대로이므로 직접압출법에 비해 균일한 메탈플로가 되는 것을 관찰할 수 있다.


(남선알미늄 알루미늄 기술편람 발췌)