제조 분야의 냉간 압출: 장단점 및 응용 분야

냉간 압출 공정의 장점

다른 제조 방식에 비해 냉간 압출은 금속 소성 변형 분야에서 가장 진보된 공정 중 하나로 부상했으며, 수많은 기술적, 경제적 이점을 자랑합니다.

원자재 소비량 대폭 감소

냉간 압출은 금속을 플라스틱으로 성형하는 방법입니다. 금속을 손상시키지 않고 금속 부피를 소성 성형할 수 있어 칩이 거의 또는 전혀 발생하지 않고 필요한 모양과 크기로 금속을 성형할 수 있습니다. 이 공정을 통해 가공 시 발생하는 다량의 금속 부스러기를 제거하여 다양한 금속 재료를 크게 절약할 수 있습니다.

따라서 1톤의 금속 재료로 2톤, 심지어 3~5톤의 제품을 생산할 수 있습니다. 예를 들어, 그림 1-72에 표시된 통신 장비의 순철 베이스는 냉간 압출로 제작되어 재료 소비가 기존 가공 공정의 10분의 1로 줄어듭니다. 즉, 하나의 부품에 사용되는 재료로 10개의 제품을 제조할 수 있게 된 것입니다.

그림 1-73에 표시된 순수 알루미늄 로터리 조인트는 원래 Φ22mm×21mm의 솔리드 블랭크로 가공되었습니다. 냉간 압출 후 Φ20.3mm×6mm의 블랭크 재료만 필요하므로 재료 소비가 원래의 약 1/4로 줄어듭니다. 그림 1-74에 표시된 무산소 구리 배기관은 원래 Φ40mm×180mm의 원통형 블랭크로 가공되었습니다.

a) 빈 공백
b) 압출 부품그림 1-75 스테인리스 스틸 수냉식 커넥터

이제 냉간 압출을 사용하면 Φ40mm×17mm×20mm의 중공 평면 블랭크만 필요하므로 원자재를 기존 대비 9분의 1로 크게 절약할 수 있습니다. 그림 1-75에 표시된 이중 수냉식 터빈 발전기 수냉 조인트 부품은 오스테나이트 스테인리스강으로 만들어졌습니다. 냉간 압출 후 재료 소비량은 기존 가공 공정에 비해 절반으로 줄었습니다.

그림 1-76에 표시된 자동차 엔진 피스톤 핀 냉간 압출 부품의 재질은 저합금 구조용 강철 20Cr입니다. 원래 가공 공정의 단일 부품 소비 할당량은 0.282kg(점프 브랜드 피스톤 핀)이었습니다. 냉간 압출로 전환한 후 0.149kg으로 감소했습니다.

생산성 향상

냉간 압출 부품은 작동이 간단하고 숙달하기 쉬우며 생산성이 높은 프레스로 가공됩니다. 예를 들어 그림 1-72에 표시된 순철 베이스는 순철의 부드러움과 절삭 성능 저하로 인해 가공이 까다롭습니다. 냉간 압출을 사용하면 원자재를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 생산성도 30배 향상됩니다.

그림 1-77에 표시된 순수 구리 고전압 스위치 부품은 냉간 압출을 통해 육각형 중공 블랭크(프레스에 폐기물을 떨어뜨리지 않음)에서 직접 제작되므로 이전의 선삭 및 밀링(크로스 슬롯) 작업 시간을 없앴습니다. 그림 1-73에 표시된 순수 알루미늄 손잡이 커넥터는 냉간 압출 가공 후 가공 시간이 기계 가공 시 5.84분에서 단 1분으로 단축되었습니다.

그림 1-75에 표시된 스테인리스 스틸 수냉식 커넥터 부품의 작업 시간도 기존 절삭 가공의 15분에서 1.5분으로 단축되어 효율성이 9배 향상되었습니다. 그림 1-76의 자동차 엔진 피스톤 핀은 냉간 압출로 가공할 경우 선삭 가공에 비해 생산성이 3.2배 향상됩니다(Leapfrog 브랜드 피스톤 핀을 예로 들어 설명).

이제 냉간 압출 피스톤 핀 자동 기계가 생산되어 생산성이 더욱 향상되었습니다. 냉간 압출 자동 기계 1대의 생산 속도는 수평 선반 100대 또는 4축 자동 선반 10대의 생산 속도와 맞먹습니다.

복잡한 모양의 부품 성형 가능

프레스의 왕복 선형 이동으로 복잡한 가공 작업을 완료하여 복잡하게 생산할 수 있습니다. 모양 부품. 그림 1-78에서 순수 알루미늄으로 만든 다층 가변 커패시터와 그림 1-79에서 역시 순수 알루미늄으로 만든 이중 레이어 슬리브 부품은 모두 복잡한 모양과 작은 치수로 엄격한 요구 사항을 충족해야 합니다.

절단 방식으로 제조할 경우 생산 속도가 느리고 재료 소비가 많을 뿐만 아니라 제조 공정도 매우 까다롭습니다. 하지만 냉간 압출 공정을 사용하면 훨씬 더 편리해집니다.

부품의 기계적 특성 향상

냉간 압출 공정 중에 금속 재료는 3축 압축 응력을 받습니다. 압출 변형 후 금속 재료의 입자 구조가 더 조밀해지고 금속 흐름 라인이 중단되지 않아 냉간 압출 피스톤 핀의 금속 흐름 라인에 대한 그림 1-80과 같이 압출된 부품의 윤곽을 따라 분포하는 연속 흐름 라인이 됩니다.

그림 1-81과 1-82는 다양한 냉간 압출 부품의 섬유 상태를 보여 주며, 어떤 섬유에서도 날카로운 불연속성이 관찰되지 않습니다. 동시에 냉간 압출은 금속 재료의 냉간 변형에 의한 가공 경화 특성을 활용하기 때문에 압출 부품의 강도를 크게 높여 고강도 강철을 저강도 강철로 대체할 수 있는 가능성을 제공합니다.

예를 들어, 중국은 자동차 엔진 피스톤 핀을 생산할 때 20Cr 저합금 구조용 강철을 원료로 사용하여 기계 가공으로 생산했습니다. 그러나 냉간 압출로 전환하면 피스톤 핀 부품의 기계적 특성을 개선할 수 있으므로 20 저탄소강을 사용합니다.

실험 측정 결과 모든 기계적 성능 지표가 기계 가공보다 냉간 압출이 더 높은 것으로 나타났으며, 이는 피스톤 핀 가공 시 냉간 압출로 전환함으로써 20강이 기존 20Cr강을 대체할 수 있음을 보여줍니다.

치수 정확도가 높고 표면 거칠기가 낮은 부품 생산 가능

냉간 압출은 표면 품질이 뛰어난 부품을 만들어냅니다. 냉간 압출 공정에서 금속 표면은 고압으로 금형의 매끄러운 표면에 의해 다림질되어 표면 거칠기가 매우 낮고 표면 강도가 크게 향상됩니다. 일반적인 냉간 압출 부품의 표면 거칠기 Ra는 1.25µm 미만입니다.

금형 캐비티의 적절한 공정 처리, 특히 비철의 냉간 압출에 이상적인 윤활을 사용하는 경우 금속를 사용하면 연삭을 능가하지만 연마보다 낮은 표면 거칠기 값(Ra=0.08~0.16µm)을 얻을 수 있습니다. 따라서 냉간 압출로 가공된 부품은 가공 공차를 줄일 수 있으며, 경우에 따라서는 제품 도면의 기술 요구 사항을 충족하기 위해 가공 공차가 필요하지 않을 수도 있습니다.

냉간 압출 부품의 치수 정확도는 일반적으로 정밀도 수준 IT8~IT9에 도달할 수 있으며 개별 치수의 공차 범위는 0.015mm 이내로 제어할 수 있습니다. 예를 들어, 그림 1-83과 같이 일반 탄소강으로 제작된 재봉틀 셔틀 코어 슬리브의 내부 구멍 치수 공차는 0.015mm에 불과합니다.

냉간 압출은 이상적인 부품 표면 거칠기와 치수 정확도를 달성할 수 있습니다. 일부 부품은 압출 후 더 이상 절단이 필요하지 않으므로 냉간 압출이 특정 부품의 단조, 주조 및 절단을 대체할 수 있는 길을 열어줍니다.

생산 주기 단축

냉간 압출은 밀폐된 금형 캐비티에서 금속을 소성 변형하는 공정입니다. 압출된 부품에는 플래시가 발생하지 않으므로 후속 디버링(또는 펀칭) 작업이 필요하지 않으므로 생산 주기가 단축됩니다.

장비 투자 절감

냉간 압출은 다이 단조에 비해 플래시가 발생하지 않으므로 디버링 다이와 프레스가 필요하지 않으므로 장비 투자를 크게 줄일 수 있습니다. 또한 냉간 압출 가공은 전용 냉간 압출 프레스, 범용 유압 프레스 또는 범용 프레스나 마찰 프레스처럼 냉간 압출용으로 특별히 설계되지 않은 일반 프레스에서도 수행할 수 있습니다.

부품 제조 비용 절감

냉간 압출은 원자재와 가공 시간을 크게 절약할 수 있으므로 부품의 제조 비용을 절감할 수 있습니다. 예를 들어, 그림 1-84에 표시된 자동차 피스톤 핀은 원형 강철을 절단하거나 냉간 압출로 제조하거나 이음매 없는 강관으로 만들 수 있습니다. 이 세 가지 가공 방법의 비용 비교는 표 1-6에 나와 있습니다.

표 1-6의 데이터는 냉간 압출 가공 피스톤 핀의 비용이 가장 낮아 절단에 비해 45%, 이음매 없는 강관 가공에 비해 29%의 비용을 절감하는 것으로 나타났습니다.

표 1-6: 자동차 피스톤 핀의 다양한 제조 방법의 비용 비교

냉간 압출 공정의 단점

장기적인 생산 관행에서 냉간 압출은 다른 제조 공정에 비해 많은 장점을 보여 왔지만 종종 특정 문제가 있습니다. 냉간 압출 공정의 단점은 다음과 같습니다:

높은 변형 저항

냉간 압출 시 압출된 재료의 변형 저항이 높습니다. 가장 실용적인 것은 변형 저항이 2000MPa 이상에 달할 수 있는 강철의 냉간 압출입니다. 이러한 초고압은 금형 재료, 구조 및 제조에 대한 더 높은 요구 사항을 요구합니다.

짧은 금형 수명

냉간 압출 금형이 견디는 높은 단위 압력으로 인해 최대 3000MPa에 달하기 때문에 금형이 마모되고 손상되기 쉽습니다. 금형 재료와 구조 측면에서 많은 효과적인 조치가 취해졌지만 스탬핑 금형에 비해 수명은 여전히 낮습니다.

관련 통계에 따르면 포지티브 압출에 사용되는 강철 볼록 금형의 평균 수명은 약 20,000개, 오목 금형은 약 30,000개인 반면 펀칭에 사용되는 금형 또는 딥 드로잉 는 일반적으로 100,000개 이상입니다.

공백에 대한 높은 요구 사항

냉간 압출 중 블랭크에 대한 요구 사항은 다른 금속 플라스틱 성형 공정보다 높으며, 그렇지 않으면 금형이 손상될 수 있습니다. 냉간 압출 블랭크의 경우 정확한 기하학적 형상과 높은 치수 정확도가 필요할 뿐만 아니라 냉간 압출 변형 전에 특정 연화 어닐링 및 표면 윤활 처리를 거쳐야 합니다.

냉간 압출 장비에 대한 높은 요구 사항

냉간 압출 공정을 구현할 때는 냉간 압출 장비의 강도가 높아야 할 뿐만 아니라 강성도 우수해야 합니다. 또한 장비는 정밀도가 우수하고 신뢰할 수 있는 안전 장치가 있어야 합니다.

냉간 압출 기술의 적용 범위

위의 분석을 통해 냉간 압출은 기술적으로나 경제적으로 상당한 가치를 제공하는 우수한 고수율, 저소모, 비용 효율적인 고급 공정이라는 것을 알 수 있습니다.

현재 냉간 압출 기술은 자동차, 오토바이, 계측, 통신 장비, 경공업, 건설, 항공 우주, 조선, 군사 및 하드웨어를 포함한 우리나라의 다양한 산업 분야에서 널리 채택되고 있습니다. 금속 플라스틱의 필수 불가결한 부품이 되었습니다. 성형 기술.

냉간 압출은 칩을 거의 또는 전혀 생산하지 않는 첨단 제조 기술 중 고유한 범주로서 각광받고 있습니다. 냉간 압출 공정의 단점은 장점에 비하면 부차적인 것이지만, 이는 현재의 기술 조건에 비추어 볼 때 상대적인 것입니다.

과학 기술의 급속한 발전, 새로운 금형 강재의 연구 개발 및 금형 구조 설계의 합리화로 문제가 해결되고 장점이 충분히 활용 될 것입니다. 따라서이 고급 금속 플라스틱 성형 공정은 점점 더 중요한 역할을하고 다양한 산업 분야에서 더 광범위하게 적용될 것으로 예상 할 수 있습니다.