6.1.5 압출가공한계의 향상과 압출결함

압출가공한계는 압출비, 압출속도, 빌렛온도 등의 상관관계에 따라 결정된다. 따라서 각각의 인자에 관한 압출프레스의 압력한계선과 열간취성(脆性)균열 한계선에 의한 압출한계도를 작성하는데 있어서 매우 중요하다. 기존의 압출프레스의 선택이나 유효이용하는데 매우 중요하다. 압출생산성의 향상에는 압출속도의 증가가 효과적인데 압출속도의 증가는 가공발열에 의한 제품온도의 상승에 기인한 열간취성균열 등의 품질적인 문제를 야기시키므로 가공발열에 의한 온도상승분을 제거하는 방책으로 액체질소냉각압출 기술이 개발되고 있다. 액체질소의 증발잠열을 이용한 열교환에 의한 제품온도의 안정화에 따라 열간취성균열한계의 향상 등을 도모하면서 압출속도를 50∼80%증가시킬 수 있다. 또 이 액체질소냉각에 관해서는 압출재표면의 재결정억제효과나 표면품질향상효과도 보고되고 있다. 압출재의 표면은 빌렛이 베어링면을 통과해서 유출하는 출구에서 생성되기때문에 압출재의 표면품질은 베어링면 성상에 크게 의존한다. 범용되는 질화처리면이나 초경면(超硬面)에서는압출재와 베어링면과의 친화성이 적기 때문에 양호한 표면을 형성하고 있다. 베어링면에 부착되어 있는 Al-Fe-Si계 화합물은 압출재의 대표적인 표면결함인 픽업이라는 미소한 흠의 발생원인중 하나라고 생각되며 균질화처리에 의해 빌렛 중의 Al-fe-Si계 정출물은 판상이고 취약한 β형을 미세하고 구상인 α형으로 형태변형시키는 것은 픽업발생을 억제시키는데 효과적이라는 보고가 있다.

6.2 직접압출법

압출가공법은 다이를 변화시키는 것만으로도 최종제품형상을 성형할 수 있다. 다품종소량 단납기 생산에 적합한 특질을 가지고 있다. 일본에서는 건재인 샤시제조형재에 가장 널리 사용되고 있다. 압출성이 양호한 Al-Mg-Si계 6063합금형재인 샷시가 보급되고 있다. 여기서는 그 6063합금압출에 관한 최근 연구를 중심으로 설명하겠다. 형재품질의 기본으로 빌렛 주조법의 핫탑(hot top)법에 관해 설명한다. 이어서 압출기의 최근 발전현황도 서술 하겠다.
유도가열에 의한 빌렛온도분포와 종래 주목되었던 컨테이너 내에서 초기압축할 때일어나는 빌렛 내 메탈플로에 관해서도 설명하겠다. 종래 단순한 형재형상의 최대압출압력 산출에 한정되어 있는 압출압력계산에 관해 신용다이구조를 고려해서 압출기의 최대능력으로 얻을 수 있는 최대압출속도를 구하는 계산법도 소개한다. 압출공정관리로 다품종 단납기 생산 대응의 생산시점 관리시스템과 다이의 CAD/DAM 시스템에 대해 기본적인 고안을 설명한다. 그리고 압출공정의 원가관리상 가장 중요한 다이제작원가와 압출재료 수율과의 관계에 관해서도 서술하겠다.

6.2.1 빌렛주조법

빌렛주조법에는 플로트(float)식인 DC법과 핫탑(hot top)법이 있다. 두 가지방법 모두 수냉(水冷)한 몰드 내부에 바닥블록(bottom block)을 설치하고 용탕을 부으면서 서서히 바닥불록을 하강시켜 아래쪽에서 직접 냉각수를 부가해 응고시키는 반연속주조법이다. DC주조법은 실용화된 그 역사가 꽤길고 기술축적이 풍부하며 각종합금에 대한 대응이 가능하다. 한편 핫탑주조법은 아직 발전단계이다. 그러나 DC주조법의 작업성이나 생산성 및 품질에 대해 핫탑주조법은 우수한 장점을 가지고 있다. 플로트관리도 없고 윤활유 공급도 자동화되어 있다. 주형마다의 주탕레벨조정이 필요없기 때문에 1회 주탕에서의 빌렛주조개수를 증가시킬 수 있어 생산성도 높다. 그리고 주조속도도높다. 용탕의 혼란이 적고 산화물의 유입도 적다. 주형내 용탕거동이 균일하므로 주조조직도 균일하다. 주형이 짧고 기체가압에 의해 표피부 품질이 향상된다. 응고속도가 빠르기 때문에 조직이 미세해진다.
압출형재는 샷시의 경우 표면처리법으로 양극산화피막처리와 전해착색이 대부분인데 기본적인 문제로 빌렛표피의 유입에 의한 착색불량이 있다. 핫탑주조법은 이 문제에대해 효과적이다.

6.2.2 압출기

최근 10년간에도 압출기의 기능개선은 계속해서 진보되어 왔다. 최신압출기에는 다음과 같은 장치와 기능이 장치되고 있다.
압출기의 구조는 다음과 같다.
정비와 중심내기(centering)가 용이한 플랫컨테이너가이드(flat containerguide)나 유압모터, 텔레스코픽실린 (telescopic cylinder)를 이용해 프레스
최대수치를 축소하는 공간절약형 다이슬라이드(die slide) 장치이다. 또 다이교환시간을 단축하는 슬라이드식 퀵다이체인져(quick die change)나 다이스에 붙은 알루미늄 잔유물 절단분리를 확실히하는 녹오프스트라이커(knock off striker)가 붙어있는 쉐어(shear)도 있다. 그리고 공구 교환시간
을 단축하는 컨테이너나 스템 퀵체인지기구가 있다. 고정도압출에 대응시킨 고강성(高剛性)구조의 압출프레스를 가능하게 하는 프리스트레스프레임(prestress frame) 구조 등도 들 수 있다.
제어장치에는 유연하고 매우 세밀하게 제어하는 프로그래머블 콘트롤러(programmable controller)식 제어장치가 있다. 압출시간단축과 상위컴퓨터를 연결시킨 생산관리를 할 수 있는 디지탈 램(digital ram)속도제어나 프로그램 압출제어가 있다. 프레스 중심위치를 항상 감시하는 컨테이너와 스템 상대위치 검출표시장치와, 컨테이너 온도를 균일화해서 열요소의 수명을 장기화하는 멀티존(multi-zone) SCR컨테이너온도제어도 있다. 또 운전조작이나 상황감시가 용이한 그래픽디스플레이 등이 있다. 그리고 단동압출기에는 공간절약이나 동력절약에 관계된 고정평 블록(fixed dummy block)이나 프레스 내부의 다이와 볼스터(bolster)를 자동분리할 수 있는 다이링쉐어가 있다. 복동압출기에는 고정도(高精度)무심(無shim)형 내부천공(internal piercing)장치나 정지(arrest)장치를 들 수 있다.


(남선알미늄 알루미늄 기술편람 발췌)