6.4.6 알루미늄합금의 열간정수압 압출

(1) 압출속도
정수압압출에서는 다이와 빌렛과의 마찰이 적고 메탈플로도 균일하므로 제품이 온도상승이 적고 고속압출이 가능하다. 특히 고력합금의 압출에서는 직접압출의 5∼10배, 간접압출의 2∼4배의 고속으로 압출할 수 있다.
(2) 압출압력
종래의 직접압출은 400∼500℃에서 압출을 했지만 정수압 압출은 빌렛온도를 250℃정도로 내린 상태에서 고속압출이 가능하다. 각종 알루미늄합금을 냉간으로 정수압 압출한 경우의 압출압력P는 소재(素材) 비커스 경도(Vickers hardness)Hv와 압출비R의 관계로 다음식과 같다.

P = (39.4Hv+920)1nR··················(1)

빌렛을 가열해서 압출할 열간정수압 압출에서는 빌렛의 변형저항은 온도, 변형속도의 관계이므로 (1)식과 같이 간단하게 나타나지는 않지만 압출압P를 P=α1nR+b로 표시하면 된다.(a,b는 정수)
(3)압출재의 기계적 성질
열간정수압 압출재(알루미늄합금)의 기계적 성질을 참고하면 모든 JIS규격을 만족시키는 결과를 얻을 수 있다.

6.4.7 압출제의 결함과 그 방지대책
압출재의 결함을 단일재료, 복합재료로 공통적으로 확인할 수 있는 것과 복합재료 특유의 것으로 나누어서 나타낸 것이다. 전자에서는 내부품질에 관계하는 결정립, 잔유응력의 다소, 표면품질에 관계하는 결함, 치수변동에 관계하는 것이 있으며 후자는 피복재, 심재의 파단, 팽창, 접합력 부족 등이있다.

6.5 특수압출법

6.5.1 컨폼(conform)압출

6.5.1.1 컨폼압출의 원리
1972년 D.Green에 의해 발명된 것으로 현장공업화되어 있는 유일한 연속압출법이다. 컨폼원리를 설명하자면, 상형(上刑)의 홈과 치수가 같은 소재(素材)를 하형 다이홀 앞에 두고 상형을 씌우고 하형은 고정시킨 채 화살표 방향으로 이동 시킨
다. 그 때 소재는 상형의 홈벽 3면의 마찰력으로 다이방향으로 밀린다. 그러나 하형과 접하는 1면은 역방향의 마찰력이 작용한다. 따라서 나머지 2면의 마찰력으로 소재는 전방으로 밀려, 마찰길이가 충분하면 다이홀에서 압출 된다. 연속압출을 위한 구조는 이것을 연속적으로 하는 장치로 상부공구를 홈부착 회전휠로 해서 하부공구를 슈와 다이부착 어벳먼트로 연속 알루미늄선을 공급한다. 이 상태에서 홈부착 휠을 회전시키면 알루미늄선이 다이에 근접하게 됨에 따라 축방향 압출응력이 증가해서 홈의 전단면에 가득 차게 된다. 이렇게 가득 채워진 부분의 길이가 일정 이상이 되었을 때 압출하는데 충분한 마찰력이 발생해 알루미늄은 다이홀에서 압출된다.

6.5.1.2 컨폼압출의 역학
알루미늄소재가 홈벽에 접촉하기 시작해서 전단면에 가득차게 되기까지를 초기파지길이(ℓ₁)이라 하고 가득차기 시작한 뒤 다이면까지의 길이를 압출파지길(ℓ₂)이라한다.
초기파지영역에 있어서 소재의 추진력은 소재와 2벽면간의 마찰력이며 이것이 소재를 항복(降伏)시키는 셈이다. 따라서

F¹=2YXℓ₁μ= YA
이때
F¹: 초기파지영역에 있어서의 소재 추진력
Y : 소재의 단축항복응력
X : 초기파지영역에 있어서의 소재접촉축
μ : 소재와 벽면의 마찰계수
A : 소재단면적
그리고 소재가 계속 추진되면 소재가 항복하여 충만되고 있는 압출파지영역이ℓ₂로 성장한다. 그 때 소재수력(素材水力)F₂는 홈폭=홈깊이=W, 소재의 전단항복응력을 K로하면, 압출응력Pe로 하고,

F₂=2kwℓ₂+2YμXℓ₁= Pew²

Pe≫Y, 따라서 Y∼0 이라하면

Pe/2K = ℓ₂/W 또는 Pe/Y = ℓ₂/W

또 압출하기 위해 휠 주연(周緣)의 접속방향에 필요한 힘 F는 다음과 같다.

F = 3Wℓ₂K+YμXℓ₁= 1.5PeW²+ YμXℓ₁

휠반경을 r이라 하고 회전토크(回轉 torque) T는

T = (1.5PeW²+ YμXℓ₁)r

컨폼압출에 있어서도 있어서도 일반적으로 압출비를 R로 하고 A, B를 정수로 하면 압출압력은 Pe/Y = AlnR+B와 같다.

∴T=Y｛1.5(AlnR+B)W²+μXℓ₁｝r

즉 압출토크 T는 lnR과 직선관계가 된다는 것을 나타내고 있다.
이들의 압출압력 또는 소요토크에 관해서는 슬라브법에 의한 상세한 해석 결과의 보고가 있다. J.Tirosh등은 홈내 전길이에 이르는 압출압력분포, 슈의 구속력, 슈의 최적지지점 등을 나타내고 실험에서 확인되었다. L.Mingdian 등은 휠홈과 슈의 극간에서 나온 플럭스도 고려한 속도장과 응력장의 해석을 시도 하고 있다.

6.5.1.3 컨폼압출의 실제

6.5.1.4 컴폼압출의 응용
컨폼압출기는 소형단면과 장척의 선, 관, 형재의 제조에 적합하다. 또 알루미늄 외 동에서도 고압출비(최고알루미늄200:1, 동20:1)의 압출이 가능하다. 알루미늄에서는 소재보다도 큰 단면적 또는 외접원의 압출(Expansion압출)도 가능하다. 그리고 스트랜드와이어(strandes wire)의 분립상(粉粒狀)스트랩에서의 압출도 다수 보고되어 있다. 최근에는 분말압출장치로서의 응용도 활발하며 각종 복합재료의 제조가 연구되고 있다. 공업적으로 제조한 알루미늄합금관의 실례를 보면 이들은 약200∼300kg의 코일로 압출된다. 압출기는 퍼스널 컴퓨터에의해 공정제어되며 미리 설계된 제품을 압출하도록 운전매개변수를 제어, 또 감시할 수 있게 되어 있다. 일본에서는 다공편평관(扁平管)의 압출에도 많다고 생각되지만 발표된 예는 없다.

6.5.1.5 컨폼압출기의 발전
컨폼압출기도 용도에 따라 각기 개량되어공업적으로 사용되고 있다. 나가이(永井)등에 의한 그리고 이후 B.Maddock에 의해 제안된 2휠 방식 및 나가이(永井)등 R.D.Parkinson 에 의해 제안된 1휠 트윈그룸(1wheel. twin group)방식이 있다. 연속주조와 컨폼압출을 합체한 장치도 개발되고 있다. 공급소재로 용탕을 주
입하고 수랭식 홈부착휠과 슈로 된 주형 겸 컨테이너에서 응고, 압출하는 것이며 휠축이 종형인 것과 황형인 것이 있다. 구동력은 고체소재를 공급하는 경우에 비해 상당히 작다. 압출재의 특징은 조직이 작고 편석, 산화문, 보이드 등이 적은 압출재를 얻을 수 있다.

(남선알미늄 알루미늄기술편람 발췌)