냉간압출(압출)은 금속가공에 속하며 비절단 금속가압가공공정의 하나이다.
생산 시, 상온에서 금속에 외력을 가하여 미리 정해진 금형에 성형합니다. 이 방법을 보통 냉간 헤딩(압출)이라고 합니다.
패스너의 성형 공정에서 콜드 헤딩(압출) 기술은 주요 가공 기술입니다. 콜드 헤딩 기술은 생산에 가장 적합합니다.볼트, 나사, 너트와 리벳.
오늘 Xiao Bian은 냉간 압연의 기본 개념, 냉간 압출의 개발 역사, 냉간 압연의 장단점, 냉간 압연, 열간 압연 및 온간 압연의 비교를 소개합니다.
콜드 헤딩의 기본 개념
콜드 헤딩(압출)은 정밀 플라스틱 볼륨 성형 기술의 중요한 부분입니다. 냉간 압출은 냉간 상태에서 금형 캐비티에 금속 블랭크를 넣고 강한 압력과 특정 속도의 작용으로 금속 재료가 플라스틱 흐름을 생성하도록 하여 압출 부품의 필요한 모양, 크기 및 특정 기계적 특성을 얻는 것을 말합니다. .
분명히 냉간 압출 공정은 금속 흐름을 제어하기 위해 금형에 의존하고 부품을 형성하기 위해 금속 부피의 대량 전달에 의존합니다.
실제로 모든 패스너의 성형은 콜드 헤딩뿐만 아니라 정방향 및 역방향 압출, 복합 압출, 펀칭, 롤링 및 기타 변형 방법에 의해 뒤틀림 변형을 실현할 수 있습니다.
따라서 생산에서 "콜드 헤딩"이라는 용어는 관례적인 용어일 뿐입니다. 보다 구체적으로는 "콜드 헤딩(압출)"이라고 해야 합니다.
현대 냉간압출의 발전사
현대 냉간 압출 기술은 18세기 말에 시작되었습니다. 프랑스인들은 프랑스 혁명 동안 작은 구멍에서 총알로 납을 압출하여 냉간 압출을 시작했습니다.
1830년에 프랑스의 일부 사람들은 기계식 프레스를 사용하여 역압출 방식으로 납관과 주석관을 생산하기 시작했습니다.
1906년 미국에서 황동 수트 단추를 제조하기 위해 누군가 전방 압출 중공 컵 블랭크의 특허권을 획득했습니다.
후커 공법은 1909년 미국인이 특허를 낸 정방향 펀칭 압출 공법이다. 금속 흐름 방향은 펀칭 압출 방향과 동일합니다. 1906년 특허를 구입한 후 개발되었습니다. 특허의 컵 블랭크는 딥 드로잉 방식으로 제조됩니다.
제1차 세계대전 당시 후커 방식은 황동 탄피 제조에 사용되었습니다. 제2차 세계대전이 발발하기 전인 1934년 독일군은 이 방법을 사용해 강철 탄피 케이스를 시험 제작했지만 열접착이 심해 실패했다.
제2차 세계 대전 중엽이 되어서야 새로운 표면 윤활 처리 방법(가공물 표면에 인산염 피막을 형성하는 방법)을 사용하여 압출 방법이 강철 카트리지 케이스 제조에 성공했습니다.
그 이후로 냉간 압출 기술이 실용화되어 냉간 단조 기술에서 가장 널리 사용되는 방법이 되었습니다.
1960년대 일본 자동차 산업의 성장은 냉간 압출 기술 개발에 유리한 조건을 만들었습니다. 냉간 압출 장비의 관점에서 보면 1933년 일본의 Keida Corporation에서 일본 최초의 2000kN PK 정밀 프레스(엘보우 프레스)를 생산한 이후 지금까지 2000대 이상의 PK 시리즈 프레스가 생산되었습니다.
자동차 산업의 발전과 함께 고정밀 프레스에 대한 수요가 더욱 절실해지고 있습니다. (주)후이다에서도 다양한 단조프레스를 개발하였습니다.
동시에 일본의 Komatsu는 높은 정밀도와 쉬운 작동을 목표로 하는 LIC 및 LZC 시리즈 냉간 단조 성형 프레스를 개발했습니다.
냉간 압출 제품의 관점에서 일본은 1970년대에 스타팅 클러치 기어, 드라이브 샤프트 스플라인 및 교류 발전기 폴 코어를 성공적으로 냉간 압출했습니다. 1980년대에는 대형 고정밀 정속 볼 외부 레이스, 내부 레이스, 크로스 샤프트, 자동차 차동 베벨 기어 및 기타 고정밀 부품을 냉간 압출하는 데 성공했습니다. 일본차의 고성능화와 원가절감에 크게 기여했다.
중국의 냉간 압출 기술은 일본과 비슷한 시작 시간을 가지고 있습니다. 1970년대에 중국은 자전거, 자동차 전기 제품 및 기타 제품의 일괄 생산에서 과냉각 압출 기술을 홍보하고 스타팅 기어의 압출 성형을 성공적으로 개발하여 일괄 생산에 투입했습니다.
그러나 공법, 장비, 재료, 금형, 윤활, 자동화 장치 등 일련의 기술적 문제와 블랭크의 원형 크기, 원형 상태, 후처리 등이 근본적으로 해결되지 않아 크게 발전하지 못했다. 1980년대 가전제품과 자동차 및 오토바이 산업의 급속한 발전, 냉간 압출 공정 장비 및 생산 기술의 도입, 소화 및 흡수와 함께 과학 연구자들은 생산 실습을 통해 냉간 압출 기술의 많은 문제를 극복하고 동시에 , 냉간 단조 장비도 크게 발전했습니다.
현재 중국은 시계 케이스, 자전거 플라이휠, 센터 샤프트, 정밀 단조 기어, 자동차 등속 유니버설 조인트, 내연 기관용 점화 플러그 및 피스톤 핀, 자동차 태핏, 카메라 부품, 자동차 스타터 방향 슬리브, 냉간압출 기술로 시동기어 등을 개발하여 국내외에서 동급 수준에 도달하였습니다.
냉간 압연(압출) 공정의 장점
냉간 압출 기술은 주로 중소형 단조품의 대량 생산에 사용되는 고정밀, 고효율, 고품질 및 저소비 전력의 고급 생산 기술입니다. 다른 가공 공정과 비교할 때 냉간 압출은 다음과 같은 장점이 있습니다.
a) 원료를 저장하십시오. 냉간 압출은 금속의 소성 변형을 사용하여 필요한 모양의 부품을 만드는 것이므로 절단을 크게 줄이고 재료 활용도를 높일 수 있습니다. 냉간 압출의 재료 활용률은 일반적으로 80% 이상에 이릅니다.
b) 노동 생산성을 향상시킵니다. 부품을 제조하기 위해 절단하는 대신 냉간 압출 공정을 사용하면 생산성을 몇 배, 수십 배, 심지어 수백 배까지 높일 수 있습니다.
c) 부품은 이상적인 표면 거칠기와 치수 정확도를 얻을 수 있습니다. 부품의 정밀도는 IT7~IT8에 달할 수 있으며 표면 거칠기는 R0.2~R0.6에 달할 수 있습니다. 따라서 냉간 압출로 가공된 부품은 재절단이 거의 없으며 특별한 요구 사항이 있는 곳에서만 미세하게 연마하면 됩니다.
d) 부품의 기계적 특성을 향상시킵니다. 냉간 압출 후 금속의 냉간 가공 경화와 부품 내부에 합리적인 섬유 유선 분포가 형성되어 부품의 강도가 원자재보다 훨씬 높습니다. 또한 합리적인 냉간 압출 공정은 부품 표면에 압축 응력을 형성하고 피로 강도를 향상시킬 수 있습니다. 따라서 원래 냉간 압출 공정 후 열처리 강화가 필요한 일부 부품에 대해서는 열처리 공정을 생략할 수 있습니다. 일부 부품은 원래 고강도 강철로 만들어야 하며 냉간 압출 공정 후 저강도 강철로 교체할 수 있습니다.
e) 형상이 복잡하고 절단이 어려운 부품을 가공할 수 있습니다. 불규칙한 단면, 복잡한 내부 구멍, 내부 치아 및 보이지 않는 내부 홈과 같은.
f) 부품 비용을 줄입니다. 냉간 압출 공정은 원자재 절약, 생산성 향상, 부품 절단량 감소, 고품질 재료를 불량 재료로 대체하는 장점이 있기 때문에 부품 비용이 크게 절감됩니다.
냉간 압출 기술 적용의 어려움
1) 금형에 대한 높은 요구 사항. 냉간 압출 중에 블랭크는 다이에서 3차원 압축 응력을 받아 변형 저항이 크게 증가하여 다이의 응력이 일반 스탬핑 다이보다 훨씬 큽니다. 강철을 냉간 압출할 때 다이의 응력은 종종 2000MPa~2500MPa에 이릅니다. 높은 강도 외에도 금형에는 충분한 충격 인성과 내마모성이 있어야 합니다. 또한 금형 내 금속 블랭크의 강한 소성 변형은 금형 온도를 약 250도 ~ 300도까지 상승시킵니다. 따라서 금형 재료는 일정한 템퍼링 안정성이 필요합니다. 위의 조건으로 인해 냉간 압출 다이의 수명은 스탬핑 다이보다 훨씬 낮습니다.
2) 큰 톤수 프레스가 필요합니다. 냉간 압출 동안 블랭크의 큰 변형 저항으로 인해 수백 또는 수천 톤의 프레스가 필요합니다.
3) 냉간 압출 다이의 비용이 높기 때문에 일반적으로 대량 생산되는 부품에만 적용됩니다. 적합한 최소 배치 크기는 50000~100000개입니다.
4) 블랭크는 압출 전에 표면 처리가 필요합니다. 이는 공정 수를 늘리고 생산 면적을 많이 차지할 뿐만 아니라 생산 자동화를 실현하기 어렵게 만듭니다.
5) 고강도 소재 가공에는 적합하지 않다.
6) 냉간 압출 부품의 가소성 및 충격 인성이 저하되고 부품의 잔류 응력이 커서 부품의 변형 및 내식성 감소(응력 부식)가 발생합니다.
냉간 압출 기술의 개발 동향
1) 점점 더 심각한 에너지 위기로 인해 사람들은 환경 품질에 더 많은 관심을 기울일 것이며 점점 더 치열한 시장 경쟁은 단조 생산이 고효율, 고품질, 정교함, 에너지 절약 및 재료 절약 방향으로 발전하도록 촉진할 것입니다. 따라서 압출 및 기타 기술 수단으로 생산되는 정련 단조품의 생산량은 시장 경쟁에서 크게 발전할 것입니다.
2) 자동차의 경량화, 고속화, 평활화의 방향으로 발전함에 따라 단조품의 치수정확도, 중량정확도 및 기계적 성질에 대한 요구가 높아지고 있다. 예를 들어, 큰 끝단과 작은 끝단 사이의 오차에 대한 요구 사항 외에도 자동차 엔진용 연결 로드 단조품의 중량 오차도 8g 이하로 요구됩니다. 신제품에 대한 높은 요구 사항은 정제된 생산 기술의 개발을 촉진할 것입니다.
3) 전문화되고 대규모 생산 조직은 여전히 냉간 압출 생산의 발전 방향 및 추세입니다. 프랑스에서는 1991년부터 1994년까지 압출공정으로 단조품을 생산하는 전문 제조업자의 총노동생산성, 즉 1인당 압출부품의 생산량과 산출액이 형단조품이나 자유단조품을 생산하는 일반 제조업자의 노동생산성보다 높다. 예를 들어 1994년에 전문 제조업체의 압출 부품의 1인당 생산량은 51024KG였으며 생산량은 775688프랑이었습니다. 같은 기간 금형 단조품을 생산하는 제조업체의 1인당 평균 생산량은 39344KG에 불과했으며 생산량은 592384프랑으로 압출 부품 전문 제조업체의 77.1%와 76.37%에 불과했습니다. 자유 단조 공장과 비교하면 더 낮습니다.
4) 특수 압출기가 개발 추세가 될 것입니다. 중소형 단조품의 정제된 생산의 발전과 냉간압출 및 온간압출 공정의 촉진 및 응용으로 인해 다중 스테이션 냉간압출 프레스, 정밀 프레스 및 특정 단조품을 위해 설계 및 제조된 특수 기계가 크게 발전할 것입니다.
일반적인 압출 방법은 다음 범주로 나눌 수 있습니다.
a) 정방향 압출 중에 금속 흐름 방향은 펀치의 이동 방향과 일치합니다. 전방 압출은 솔리드 전방 압출과 중공 전방 압출의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 정방향 압출 방법은 나사, 맨드릴, 튜브 및 카트리지 케이스와 같은 다양한 모양의 중실 및 속이 빈 부품을 생산할 수 있습니다.
b) 역압출: 압출 동안 금속 흐름 방향은 펀치의 이동 방향과 반대입니다. 역압출은 인스트루먼트 하우징, 유니버셜 조인트 베어링 슬리브 등과 같은 다양한 단면 모양을 가진 컵 모양의 부품을 제조하는 데 사용할 수 있습니다.
c) 복합 압출: 압출 동안 블랭크의 금속 흐름 방향의 일부는 펀치의 이동 방향과 동일하고 금속 흐름 방향의 다른 부분은 펀치의 이동 방향과 반대입니다. 복합 압출 방법은 이중 컵 부품을 생산할 수 있으며 컵 및 막대 부품도 생산할 수 있습니다.
e) 축경압출은 변형이 작은 비정상적인 정방향압출의 일종으로 블랭크 부분이 약간만 축소된다. 주로 지름차이가 작은 계단식 샤프트 부품 제조 및 깊은 홀 컵 부품의 마무리 공정으로 사용됩니다.
위의 압출법의 공통적인 특징은 금 칩의 흐름 방향이 펀치 축과 평행하다는 것이므로 축 압출법이라고 통칭할 수 있다. 또한 방사형 압출과 업세팅 압출이 있습니다.
냉간 압출, 열간 압출 및 온간 압출의 비교
a) 냉간 압출 방법에는 많은 장점이 있지만 변형 저항이 크면 부품 크기가 제한되고 변형 저항이 큰 재료에 대한 냉간 압출 기술 사용이 제한됩니다.
b) 열간압출성형법은 소재의 변형저항을 감소시킬 수 있으나 가열에 의한 산화, 탈탄, 열팽창 등의 문제로 제품의 치수정밀도 및 표면품질을 저하시킬 수 있다. 따라서 일반적으로 최종 제품으로 사용되기 전에 많은 가공이 필요합니다.
c) 온간 압출법은 블랭크를 금속 재결정 온도 이하의 적절한 온도로 가열하여 압출하는 것이다. 금속 가열로 인해 블랭크의 변형 저항이 감소하고 성형이 용이하며 프레스의 톤수도 감소할 수 있으며 다이의 수명이 연장됩니다. 다만, 열간압출과는 저온영역에서 가열시 산화 및 탈탄의 가능성이 적고 제품의 기계적 물성이 냉간압출과 다르지 않다는 점에서 차이가 있다. 특히, 스테인리스강, 고탄소강, 크롬 함량이 높은 일부 강, 경화된 상을 침전시키는 초합금과 같이 실온에서 가공하기 어려운 재료는 온간 압출 중에 가공 가능하거나 가공하기 쉬워질 수 있습니다.
d) 온간압출은 변형저항이 높은 난삭재에 적합할 뿐만 아니라 연속생산이 용이한 장점이 있어 냉간압출에 적합한 저탄소강에도 적합하다. 저탄소강의 냉간압출을 포함한 냉간압출시에는 일반적으로 가공전에 예비연화소둔이 필요하며, 냉간압출 공정 사이에도 소둔이 필요하다. 패시베이션 처리는 냉간 압출 전에 수행되어야 합니다. 이로 인해 연속 생산을 조직하기가 어렵습니다. 온간압출 시 가연소둔 및 각종 공정간 소둔을 피할 수 있으며, 표면처리도 피할 수 있어 미세조직의 연속 생산이 가능하다. 최소한 많은 보조 프로세스를 줄일 수 있습니다.
e) 온간 압출은 큰 변형을 채택할 수 있어 공정 수를 줄일 수 있습니다. 금형 비용도 크게 절감할 수 있으며 강성이 매우 높은 고가의 단조 장비 대신 범용 단조 장비를 사용할 수 있습니다. 따라서 온간 압출은 금속을 가열해야 하지만 총 가공 비용은 상대적으로 저렴합니다. 특히 복잡한 공정이 있는 비축대칭 성형 부품을 제조할 때 온간 압출이 그 역할을 할 수 있습니다.
f) 현재 온간 압출에 사용되는 윤활제는 완전히 만족스럽지 않습니다. 동시에 가공에 대한 실제 데이터도 부족하고 해결해야 할 기술적 문제가 많습니다.
화스너의 고온 및 저온 업세팅 공정 비교
화끈화끈
열간 업세팅 공정에서 빌릿은 유도에 의해 또는 단조로 또는 오븐에서 금속의 결정화점 이상의 온도로 가열됩니다.
이 극단적인 고온은 변형 중에 금속의 변형 경화를 방지하는 데 필요합니다. 금속은 성형 상태에 있기 때문에 상당히 복잡한 모양을 만들 수 있습니다. 금속은 연성과 인성을 유지합니다.
다른 금속의 열간 압조에 필요한 평균 단조 온도는 다음과 같습니다.
섭씨 1150도까지 강철
알루미늄 합금 360~520℃
구리 합금 700~800도 C
초합금강과 같은 일부 금속을 단조하기 위해 등온 단조라는 열간 업세팅이 채택됩니다.
여기서 금형은 단조 공정 중에 부품의 표면 냉각을 피하기 위해 빌렛에 가까운 온도로 가열됩니다. 단조는 때때로 산화물 스케일의 형성을 최소화하기 위해 제어된 분위기에서 수행됩니다.
일반적으로 복잡한 부품은 소성 상태에서 재료가 변형되고 금속이 가공하기 쉽기 때문에 열간 업세팅으로 제조됩니다.
핫 헤딩을 고려할 요소는 다음과 같습니다.
복잡한 부품 생산
중간 및 낮은 정밀도 치수
낮은 응력 또는 낮은 가공 경화
균일한 입자 구조
연성 증가
핫 헤딩의 단점은 다음과 같습니다.
덜 정확한 공차
재료는 냉각 중에 휘어질 수 있습니다.
금속 입자 구조 변경
주변 대기와 금속 사이에 가능한 반응
콜드 헤딩(또는 냉간 성형)
콜드 헤딩은 금속이 결정화점 아래에서 변형되도록 합니다. 콜드 헤딩은 연성을 감소시키고 인장 강도와 항복 강도를 향상시킵니다. 콜드 헤딩은 일반적으로 실온에서 수행됩니다.
냉간 압조 응용 분야에서 가장 일반적인 금속은 일반적으로 탄소강 또는 탄소 합금강입니다. 콜드 헤딩은 일반적으로 폐쇄 다이 공정입니다.
콜드 헤딩은 일반적으로 열간 헤딩보다 저렴하며 최종 제품은 마무리 작업이 거의 필요하지 않습니다. 냉간 압조에 의한 금속 강도의 향상으로 인해 낮은 등급의 재료를 사용하여 기계 가공이나 열간 압조가 불가능한 부품을 생산할 수 있습니다.
콜드 헤딩은 또한 오염에 덜 민감하며 최종 부품은 전체 표면 마감이 더 좋습니다.
단점은 다음과 같습니다.
금속 표면은 단조 전에 깨끗하고 산화물 스케일이 없어야 합니다.
금속의 약한 연성
잔류 응력이 발생할 수 있음
더 무겁고 큰 장비 필요
고강도 금형 필요
따뜻한 속상함
온간 업세팅은 재결정 온도 이하, 상온 이상에서 진행하여 열간 업세팅과 냉간 업세팅의 단점을 극복하고 장점을 얻습니다.
소량의 산화물 스케일의 형성은 열간 압조보다 더 정확하게 제어할 수 있습니다. 냉간 압조에 비해 가공 비용이 낮고 제조에 필요한 압력도 낮습니다.
냉간 가공에 비해 가공 경화가 감소하고 연성이 향상됩니다.
