[논문]가변단면 압출기 개발 및 응용 연구

최호준; 임성주; 신희택; 최석우

doi:10.5228/kspp.2008.17.2.130

가변단면 압출기 개발 및 응용 연구
Development of CNC Extruder for Variable Cross-Section Extrusion Process and its Applied Research 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.17 no.2 = no.100, 2008년, pp.130 - 134

최호준 (한국생산기술연구원 디지털성형공정팀) , 임성주 (한국생산기술연구원 디지털성형공정팀) , 신희택 (보원경금속㈜) , 최석우 (한국생산기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Resource and energy saving is a very important practice for the future as well as for today. Weight saving of structural parts, which are formed by extrusion, plays a key role in manufacturing field. The cross-sections of extruded parts with industrial aluminum are constant in the axial direction by conventional extrusion method. Especially, these aluminum parts used and manufactured in the car industry need other processes to vary the cross-section in the axial direction. However, applications of these parts are often limited by high cost. If the cross-section of the parts is variable by only extrusion with newly developed method, the application of extruded aluminum parts will actually increase. Therefore, a new CNC extruder that can control the section area of a car part was invented for the first time in the nation. Using the extrusion machine, the experiment was performed to validate its workability during the variable section extrusion process. Also, numerical analysis was carried out to investigate the flow mode with different speeds of main ram and various pocket shapes of a die-set in the variable section extrusion process.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

가변단면 압출의 성형실험을 통해 가변단면의 압출가능성 및 단면모양의 다양한 가변성을 확인하였으며, 해석을 통해서는 다양한 가변단면용 압출형상에서 발생할 수 있는 압출성형체의 문제점들을 분석하고 이의 극복을 위한 해결점을 모색해 보고자 하였다.
따라서 본 논문에서는 가변단면 압출이 가능하도록 압출시스템(가변단면 압출기) 구조를 서술하고자 하였으며, 가변단면 형상을 변화시켜 압출실험을 수행하여 압출성형체를 분석하였고 유한요소 해석을 통해 실험의 타당성 및 확장가능성을 제시하고자 하였다.
타당성을 증명하였다. 또한 가변단면 압출공정에 대하여 유한요소해석에 따른 모의실험을 공정변수를 달리하면서 수행함으로써 실험의 타당성 및 가변단면 압출공정의 적용성 확대를 도모하고자 하였다.

제안 방법

CNC제어 가변단면 압출기의 주요부로써는 기존 압출기의 골격을 그대로 사용하였고 가변단면용 압출금형의 장착이 가능하도록 구조를 개선하였다. 가변형상을 위한 금형의 움직임을 책임지는 이송실린더를 플래튼(Platen) 및 컨테이너 사이의 양 측면에 Fig.
최우선적으로 개발하게 되었다. 따라서 본 연구팀에서는 국내 최초로 개발 및 제조한 CNC 제어 가변단면 압출기 설비를 기반으로 가변단면용압출성 형실험을 수행하였으며 , 가변단면 압출공정의 확장성을 시도를 위해 압출공정의 유한요소해석 및 공정분석을 수행하였다.
알루미늄 소재의 가변단면 압출을 위해 압출기를 개발 완료하였으며, 이를 이용하여 가변단면압출성형 실험을 수행하였고 압출성형 실험을 토대로 하여 압출금형의 재설계 방향 및 압출기 용량의 타당성을 증명하였다. 또한 가변단면 압출공정에 대하여 유한요소해석에 따른 모의실험을 공정변수를 달리하면서 수행함으로써 실험의 타당성 및 가변단면 압출공정의 적용성 확대를 도모하고자 하였다.

성능/효과

Die 의 랜드부를 각각 호칭한다. M.M.Die 의 플랜지는 소재유동을 개선시키기 위해 현장전문가의 추천을 받아 압출금형 설계에 반영하였으나 유한요소 해석결과로 미루어 짐작해보면 오히려 소재유동을 느리게 하여 압출성형체의 휨발생을 유도하는 효과가 있는 것으로 분석되었다. 따라서 금형에 플랜지 형태의 포켓을 삽입하는 것은 소재유동측면에서 다시 고려하여 모양을 달리하여 수치해석을 시도하여 금형설계에 반영해야할 것으로 판단된다.
Table 1에서는 압출성 형체의 단면형상에서 가변량을 일정하게 목표로 하여 실험한 후 그 가변량을 측정하여 나타낸 값들이다. 대체적으로 원하는제품 정밀도 값인 ±0.5 mm 공차 안에 포함되나 소재 및 금형 온도에 따라 압출성 형체의 가변량이 예상한 값의 정밀도 값을 벗어나는 것으로 판단되며 , '匸' 자형의 단면형상(cross-section type) 에서 목표로 하는 가변량을 얻기가 쉽지 않음을 알수있다. 따라서 원하는 가변량을 얻기 위해서는 단면형상의 특성과 소재 및 금형온도에 대한관리범위를 설정하고 그 범위 안에서 가변단면용압출 성형실험이 이루어지도록 공정관리를 해야할 것으로 판단된다.

후속연구

가변단면용 압출공정 적용이 가능한 부품들로써는 범퍼 스테이(bumper stay), 사이드 범퍼 (side bumper) 등의 자동차 구조재와 레저용 및 기타 산업용으로써 자전거 암 및 인라인 스케이트 프레임 등이 있다. 낮은 생산원가와 신뢰성 높은 알루미늄 부품을 생산하기 위한 공정 수 절약과 신공정 복합화를 토대로 가변단면 압출공정은 적용될 예정이며, 앞으로 더 많은 응용제품들의 개발 또한 시급히 이루어져야 할 것으로 판단된다.

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