[압출] 압출(Extrusion)의 특징과 원리, 장단점 알아보기

압출(Extrusion)이란?

압출은 금속재료를 높은 압력을 주며 틀의 구멍으로 밀어내면서 단면을 수축시키는 공정을 말합니다. 압출은 주로 비철금속의 열간가공에 사용되고, 가공하기 어려운 고온재료를 가공할 때 많이 이용됩니다.

압출은 다양한 폭과 두께의 튜브, 막대, 프로파일, 필름 또는 시트 플라스틱 제품을 제조하는 데 적합합니다. 압출에는 몇 가지 장점이 있습니다. 다른 공정과 비교하여 높은 산출량은 낮은 재료비를 제공합니다.

압출에는 직접 압출과 간접 압출이 있습니다. 직접 압출은 가장 일반적인 압출 공정으로 용기 내의 빌렛이 유압으로 작동되는 램에 의해 다이를 통과하게 됩니다. 간접 압출은 다이가 압출되지 않는 빌렛 쪽으로 움직이는 공정입니다.

압출성형

압출성형은 고정 단면 윤곽의 물체를 만들기 위해 사용하는 공정입니다. 압출성형은 플라스틱 성형법의 일종으로, 압출기를 사용해 압출 다이(dies)로부터 열가소성 수지를 가열, 연화하여 압출하는 성형방식입니다.

압출성형은 다음과 같은 특징이 있습니다.

1. 물질의 강도를 높일 수 있습니다.
2. 제품의 체적 제한이 없고 복잡한 단면 형상에 대해서도 제한이 없습니다.
3. 생산 효율을 극대화 할 수 있습니다.
4. 형태가 일정하고 길이가 긴 제품을 만드는 데 효율적입니다.

압출성형의 기본원리는 다음과 같습니다.

1. 실린더내의 스크류에서 가소화된 수지를 압출구(다이/다이스)에서 밀어냅니다.
2. 그대로 공기중이나 물속에서 냉각시켜 고화시킵니다.
3. 단면형상이 변화하지 않는 성형물을 연속적으로 성형합니다. 

압출성형의 설비는 압출기, 다이(사이징 다이), 냉각장치, 인수장치, 절단장치로 구성됩니다.

압출의 원리

압출은 재료를 용기에 넣고 가열 또는 가열하지 않은 상태로 특정한 모양의 구멍이 있는 다이를 통해 밀어내 일정하고 긴 모양의 제품을 연속적으로 생산하는 방식입니다. 압출은 금속, 플라스틱, 고무 등 다양한 재료에 적용될 수 있으며, 특히 알루미늄 압출에 효과적입니다.

압출의 기본 원리는 다음과 같습니다.

1. 재료를 고온으로 가열합니다.
2. 재료를 특정 형태의 다이스를 통해 강제로 통과시킵니다.
3. 높은 압력을 주며 틀의 구멍으로 밀어내면서 단면을 수축시킵니다. 

압출은 주로 재료의 변형 저항이 작은 온도 조건인 열간에서 진행됩니다. 압출 공정은 주로 봉이나 관의 생산에 이용되지만 연한 재료를 이용할 수도 있습니다.

압출의 특징

압출의 특징은 다음과 같습니다.

1. 소성이 큰 재료에 강력한 압력을 가하여 다이의 구멍과 같은 단면 모양의 긴 것을 제작하는 가공법입니다.
2. 둥근 것, 각 모양은 물론 L형, 관 등 복잡한 단면까지 만들 수 있습니다.
3. 재료에 3축 방향으로 큰 압축응력이 작용하기 때문에 균열이 없이 큰 변형을 줄 수 있으며 통상적으로 일정한 단면을 가지는 특징이 있습니다.
4. 압출이 되는 동안 die의 형상과 크기가 정해져 있으므로 제품의 단면은 일정합니다.
5. Al, Cu, Mg, Pb 등 재료의 거의 모든 단면재의 압출이 가능합니다. 

압출은 연속적(이론적으로 무기한 긴 재료 생산) 또는 반 연속적(많은 조각 생산)일 수 있습니다. 뜨겁거나 차가운 재료로 할 수 있습니다. 

압출 공정은 크게 3가지 기본 유형으로 구분됩니다. 주요 공정 변수는 다음과 같습니다:

• 다이 각(die angle)
• 압출비(reduction in cross section): 압출 전후의 단면적의 비
• 압출 속도
• 빌렛 온도
• 윤활

압출의 장단점

압출은 원료의 구조를 개선하고 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다. 압출된 제품은 롤링, 단조 등과 비교하여 높은 치수 정밀도와 양호한 표면 품질을 갖습니다. 또한 압출 공정의 금형 비용은 사출 성형보다 80~90% 저렴합니다.

압출의 장점

• 원료의 구조를 개선하고 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
• 압출된 제품은 롤링, 단조 등과 비교하여 높은 치수 정밀도와 양호한 표면 품질을 갖습니다.
• 압출품의 기계적 성질은 잉곳 압출한 일반 방법으로 만든 강력 알루미늄 합금에 비해 실온에서는 동등하지만 고온에서는 더욱 우수한 성질을 나타냅니다.
• 경량 및 고강도 중량비
• 저렴하고 비용 효율적
• 엄격한 공차를 준수할 수 있습니다
• 매력적인 표면 마감
• 운영 유연성
• 다양한 제품
• 공정이 간단하고 장비 투자가 적음
• 개선된 구조 및 기계적 물성 

압출의 단점

• 압출된 제품의 길이 방향 기계적 특성은 다른 방법보다 훨씬 높습니다.
• 간접 압출은 직접 압출법에 비하여 재료의 손실이 적고 소요동력이 작은 장점이 있으나 조작이 불편하고 표면 상태가 좋지 못한 단점이 있습니다.
• 중심이 잘 맞지 않으면 두께가 불균일하게 되는 단점이 있습니다.

압출의 예시

압출은 금속, 폴리머, 세라믹, 콘크리트, 모델링 점토, 식품 등의 재료를 이용하여 연속적 또는 반 연속적으로 제품을 생산하는 공정입니다. 압출의 예로는 다음이 있습니다.

1. 플라스틱 파이프
2. 창틀
3. 프로파일
4. 필름
5. 시트
6. 알루미늄 새시
7. 알루미늄 캔
8. 국수
9. 파스타
10. 냉면

압출은 직접 압출, 간접 압출, 단조 등의 조합을 일컫는 일반적인 용어입니다. 냉간 압출의 예로는 단조품이 있습니다.

마무리

오늘은 압출 공정에 대해 알아보았습니다. 압출 공정은 플라스틱 등의 재료를 열과 압력을 가하여 일정한 형상의 제품을 만드는 생산 공정입니다.

결론적으로, 압출 공정은 플라스틱과 같은 열가소성 수지를 이용한 대량생산에 매우 적합한 공정입니다. 복잡한 형상의 제품을 값싸고 효율적으로 생산할 수 있지만 설비 투자 비용이 크고 정밀도가 낮다는 단점이 있습니다. 압출 공정의 장단점을 고려하여 적합한 용도에 활용한다면 제품 생산력 향상에 크게 기여할 것입니다.

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