조회수: 0 작성자: 사이트 편집자 게시 시간: 2026-03-24 출처: 대지
알루미늄 합금 프로파일은 뜨거운 상태에서 압출되고 실온으로 냉각된 후 필연적으로 수축 변형을 겪습니다. 수축률 S%는 다음과 같이 표현됩니다.
α는 선팽창계수, Te는 압출 출구 온도, Ts는 주위 온도를 나타낸다. 이 방정식은 수축과 출구 온도 사이의 선형 관계를 보여줍니다. 출구 온도가 높을수록 냉각 후 수축이 커지고 치수 공차가 음수인 프로파일이 생성됩니다. 반대로, 출구 온도가 낮을수록 수축이 줄어들고 치수 공차가 양수인 프로파일이 생성됩니다.
압출 속도는 변형 열 효과를 통해 변형 온도(Te)에 직접적인 영향을 미칩니다. 열간 압출 과정에서 소성 변형 작업과 마찰 작업의 90% 이상이 열로 변환됩니다. 속도가 높을수록 단위 시간당 변형 작업이 늘어나 온도 상승이 증가하고 냉각 후 수축도 커집니다. 6061 합금을 예로 들면 출구 온도가 510~540°C 범위 내로 유지되면 압출 속도가 1m/분 증가할 때마다 출구 온도가 약 5~8°C씩 올라가 냉각 후 치수 수축이 상당히 커집니다. 이 공식은 또한 압출 온도가 높을수록 변형이 더 커진다는 것을 보여줍니다. 따라서 제품의 기계적 특성을 보장한다는 전제하에 가능한 한 낮은 압출 온도를 채택해야 합니다.
금속 유동 균일성에 대한 압출 속도의 영향은 단면 유동 속도의 평균 제곱근으로 정량적으로 특성화할 수 있습니다. 과도한 압출 속도는 상당한 흐름 불균일성을 초래합니다. 이는 속도가 증가하면 변형 열 효과가 강화되어 국지적인 온도 상승이 발생하여 영향을 받는 부위의 변형 저항이 감소하기 때문에 발생합니다. 동일한 압출 압력 하에서 유속이 가속화되면 이러한 현상이 더욱 악화되어 포지티브 피드백 루프가 생성됩니다. 이러한 유속 불균일성의 직접적인 결과는 다음과 같습니다.
개구부가 있는 프로파일의 경우 개구부 크기의 치수 변화가 발생하기 쉽습니다.
프로파일에 물결, 뒤틀림, 간격 또는 치수 불규칙성이 나타납니다.
확장, 병합 등의 불량이 발생할 수 있으며, 심한 경우 폐기로 이어질 수 있습니다.
치수 공차에 대한 압출 속도의 효과는 속도-온도-흐름 3필드 결합을 통해 달성됩니다.
속도 → 온도 : 속도증가 → 변형열 상승 → 출구온도 상승
온도 → 흐름: 온도 상승 → 변형 저항 감소 → 국부적인 유속 추가 가속(양의 피드백)
온도 → 수축: 온도 상승 → 냉각 수축 증가 → 치수는 음의 공차 경향이 있음
흐름 → 치수: 유속 불일치 → 단면 간 치수 변화 → 과도한 형태 및 위치 공차
이 커플링 메커니즘은 공차에 대한 속도의 영향을 증폭시킵니다. 전체 속도가 일정하게 유지되더라도 온도 분포가 고르지 않으면 치수 변동이 발생할 수 있습니다. 따라서 속도 값을 제어하는 것만으로는 충분하지 않으며 속도와 온도를 조화롭게 제어해야 합니다.
끝이 개방된 제품과 단면이 캔틸레버형인 중실/중공 프로파일의 경우 압출 속도의 변동이 특히 중요한 영향을 미칩니다. 과도한 속도는 다이의 캔틸레버 부분에 대한 금속 충격을 강화하여 탄성 변형을 유발하고 상당한 각도 변화를 초래합니다. 프로파일 개구부의 치수 변화를 제어하기 위해 흐름 채널을 다이 구조에 통합하여 금속 흐름 역학을 조절할 수 있습니다.
이러한 유형의 프로파일의 경우 다이의 탄성 변형도 고려해야 합니다. 다이 강성을 보장하기 위해 다이 두께를 적절하게 늘리거나 유사한 모양의 특수 패드를 사용할 수 있습니다.
압출 방법은 제품 정확도에 큰 영향을 미칩니다. 전방 압출은 일반적으로 후방 끝과 비교하여 전방 끝(초기 압출 섹션)의 벽 두께가 더 큰 반면, 역압출은 전방 끝과 후방 끝 사이의 두께 변화가 최소화됩니다. 이러한 현상은 전방 압출 시 빌렛과 압출 배럴 벽 사이의 마찰로 인해 온도 분포와 흐름 패턴이 세로 방향으로 변화하기 때문에 발생합니다.
따라서 역압출을 사용하면 제품의 치수 정확도를 더 쉽게 제어할 수 있습니다. 정밀 프로파일 제조의 경우 역압출은 상당한 이점을 보여줍니다.
±0.04mm의 엄격한 공차 요구사항이 있는 정밀한 소단면 프로파일(예: 계측용 벽이 얇은 프로파일)의 경우 압출 속도의 순간적인 변화는 단면 치수에 직접적인 영향을 미칩니다. 전위차 측정기에 사용되는 정밀 알루미늄 프로파일은 단면 치수 공차가 ±0.07mm 이내를 유지해야 하며, 직기용 알루미늄 프로파일은 각도 편차가 0.5° 미만인 ±0.04mm 공차를 유지해야 합니다. 이러한 프로필에 대한 속도 제어 요구 사항은 다음과 같이 구체적으로 나타납니다.
전면과 후면 사이의 온도 차이를 최소화하려면 등온 압출을 사용해야 합니다.
속도 변동의 진폭은 매우 좁은 범위 내에서 제어되어야 합니다.
고급 폐쇄 루프 제어 시스템이 필요합니다.
고속 열차 알루미늄 프로파일은 큰 치수, 복잡한 단면 및 높은 폭 대 두께 비율이 특징이며 최대 폭은 938mm에 달하고 최소 벽 두께는 1.5mm에 불과합니다. 단일 프로파일의 최대 벽 두께 비율은 5에 달할 수 있습니다. 이러한 프로파일은 압출 속도에 극도로 민감하므로 잉곳의 경사 유도 가열, 금형의 질소 냉각, 압출 속도 제어 및 등온 압출을 달성하기 위한 실시간 온도 모니터링과 같은 문제에 대한 솔루션이 필요합니다.
등온 압출은 압출 공정 중에 다이 출구 온도를 (최소한의 온도 차이로) 일정하게 유지하는 가공 방법을 의미합니다. 이론적 근거는 온도 변화가 제품의 치수 변화를 유발할 수 있으며, 온도 변화가 커지면 더 큰 변형이 발생할 수 있다는 것입니다. 따라서 제품의 치수 정확도를 보장하려면 등온 압출을 사용해야 합니다.
등온 압출을 달성하기 위한 기술적 접근 방식은 다음과 같습니다.
4.1.1 온도-속도 폐쇄 루프 제어(팁 제어 시스템)
최신 고급 압출기에는 적외선 온도계를 사용하여 다이 압출 프로파일의 온도를 실시간으로 모니터링하는 팁 제어 시스템(등온 압출 시스템)이 장착되어 있습니다. 온도 신호는 PLC 제어 시스템으로 피드백되어 설정된 온도와 비교되어 실시간으로 압출 속도를 조정합니다. 이 폐쇄 루프 제어는 제품의 전면과 후면 사이의 온도 차이를 일정하거나 최소화합니다.
4.1.2 주조 바의 경사 가열 압출기에
등온 압출 장치가 없는 경우 알루미늄 바에 경사 가열을 적용하여 대략적인 등온 압출을 달성할 수 있습니다. 주조 바의 앞쪽 끝 부분은 더 높은 온도, 뒤쪽 끝 부분은 더 낮은 온도를 유지함으로써 압출 중 점차적으로 축적되는 변형 열을 보상하여 일관된 출구 온도를 유지할 수 있습니다.
등방성 압출은 다이 오리피스에서 금속 흐름의 일정한 선형 속도를 유지하는 것을 의미합니다. 최신 압출기에는 일반적으로 압출 샤프트의 공급 속도를 실시간으로 모니터링하고 조정하여 압출 중 빌렛 길이의 변화로 인한 압력 변동을 보상하여 일관된 금속 유량을 보장하는 Fi 제어 시스템(등방성 압출 제어 시스템)이 장착되어 있습니다.
공차 제어를 위한 등방성 압출의 중요성은 다음과 같습니다.
속도 변동으로 인한 개구부 크기의 변화를 피하십시오.
프로파일의 물결, 뒤틀림, 틈 또는 치수 불규칙성이 발생하는 것을 방지합니다.
등온 압출을 위한 기본 조건을 제공합니다.
4.3.1 압출 속도의 합리적인 범위
적절한 압출 속도는 합금 유형 및 구조적 프로파일 설계에 따라 다릅니다.
6063 알루미늄 합금 건축 프로파일: 일반적으로 30-60m/min으로 제어됩니다.
6061 합금 산업 프로파일: 일반적으로 5-15m/min으로 제어됩니다.
고속열차용 대형 프로파일: 정밀한 제어를 통해 등온 압출 달성
압출 속도의 상한은 압출 균열이 없는지를 기준으로 결정해야 합니다. 속도가 너무 높으면 열 변형 효과가 증가하여 다이의 작업 영역에서 금속 접착이 발생하여 표면에 구멍이 생기고 치수 정확도가 감소할 수 있습니다.
4.3.2 냉각 균일성 제어
압출 다이 캐비티에서 나온 후 제품을 냉각하는 것이 중요합니다. 제품의 일관된 수축을 보장하려면 균일하고 일정한 냉각 속도를 유지하는 것이 중요합니다. 부적절한 냉각으로 인해 다음이 발생할 수 있습니다.
국부적 수축 차이는 굽힘 변형을 유발합니다.
잔류 응력은 후속 가공 변형을 유발합니다.
고르지 못한 조직 특성은 치수 안정성에 영향을 미칩니다.
현대식 압출 생산 라인은 에어미스트 정밀 온라인 담금질 기술을 결합하여 냉각 강도를 정밀하게 제어합니다.
4.3.3 직교 설계 최적화
직교 설계 방법을 통해 압출 온도, 압출 속도, 압출 빌렛 및 다이 구조가 금속 흐름 균일성에 미치는 영향을 종합적으로 고려합니다. 프로파일 출구에서의 평균 표준 속도 편차, 빌렛에 가해지는 평균 압출력, 평균 최대 등가 응력을 평가 기준으로 사용하여 최적의 공정 방식을 선택할 수 있습니다.
4.4.1 주조 . 않습니다 좋지 품질 이
주조 잉곳의 불균일한 조성과 구조는 개재물, 분리, 거친 입자 등의 결함과 함께 금속 흐름과 변형을 손상시켜 최종 제품의 치수 변화를 초래할 수 있습니다. 정밀 압출 공정의 경우 주조 잉곳은 1차 내에서 입자 크기를 제어하면서 균질화 처리를 거쳐야 합니다.
4.4.2 다이 품질
금형은 압출제품의 치수정밀도에 영향을 미치는 가장 직접적인 요소입니다. 정밀 압출을 위해 다이는 작동 온도(약 500°C)에서 항복 강도 1200N/mm⊃2 이상, 질화층 경도 1150HV 초과, 질화층 깊이 0.25~0.45mm, 질화 후 다이 치수 변화 0.02mm 이내의 요구 사항을 충족해야 합니다.
4.4.3 장치 A 정확도
압출기의 품질은 압출 제품의 정밀도에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 압출기의 텐션 컬럼은 장비 강성과 정렬이 우수한 프리스트레스 일체형 구조여야 합니다. 정밀 압출을 위해서는 다이, 압출 배럴 및 압출 로드의 중심 편차가 0.2mm 미만이어야 합니다.
