KR20120129671A - 비철금속 세경튜브 제조방법 및 이 방법으로 제조된 비철금속 세경튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비철금속 세경 튜브 제조방법에 관한 발명으로서 빌렛을 액상개시온도인 융점온도보다 5℃ ~ 15℃ 낮은 온도까지 가열하는 단계, 빌렛을 컨테이너에 투입시키는 단계, 컨테이너에 투입된 빌렛을 램 스피드 1mm/s ~ 5mm/s로 가압하는 단계 및 램의 압력에 의해 상기 컨테이너의 끝단에 부착된 다이를 통해 토출속도 30m/min ~ 40m/min으로 비철금속 세경 튜브가 압출되는 단계를 포함한다. 본 발명에 의해서 표면조도가 향상된 비철금속 세경 튜브가 제공된다.

Description

비철금속 세경튜브 제조방법 및 이 방법으로 제조된 비철금속 세경튜브{Manufacturing method for nonferrous metals narrow path tube and nonferrous metals narrow path tube produced by the manufacturing method}

본 발명의 실시예는 비철금속 세경튜브 제조방법 및 이 방법으로 제조된 비철금속 세경튜브에 관한 발명이다.

실생활에 사용되고 있는 에어콘, 냉장고, 보일러 등에는 금속튜브, 금속파이프가 사용되고 있다. 금속튜브, 금속파이프는 냉매 또는 유체의 이동통로이며 열 교환부로서 에어콘, 냉장고 등에 중요한 기능을 담당한다.

현재 사용되고 있는 금속튜브, 금속파이프는 구리(Cu)로서 제조된다. 구리는 열전도율이 좋고 부식이 잘 되지 않아 냉매, 유체의 이동통로로 적합하다. 그러나 구리를 이용하여 제조된 금속튜브, 금속파이프는 비교적 고가로서 에어콘, 냉장고 등을 제조하는데 있어서 원가비용의 많은 부분을 차지하고 있는 실정이다. 이에 최근에는 구리를 대신하여 내구성이 뛰어나고 열전도율이 좋은 알루미늄 합금이 금속튜브로 사용되고 있다.

냉매, 유체 등의 이동통로로서 기능하게 되는 금속튜브는 열전도 효율을 높이기 위해 점점 세경화되고 있다. 또한 제한된 공간에서 열효율을 극대화시키기 위해 구경이 작은 구조의 금속튜브에 대한 요구가 증가하고 있는 추세이다.

이러한 금속튜브의 제작은 주로 압출기에 의한 압출방법을 사용한다. 압출방법은 빌렛(billet)을 압출기에 투입하여 소정의 압력으로 가압하면 다이를 통해 원하는 형상의 금속튜브가 만들어지는 공정이다. 압출기에 투입된 빌렛은 높은 온도와 높은 압력으로 미세조직이 변할 수 있다. 압출비가 높아질수록 압출기 내부와 빌렛간의 마찰력도 증가하여 압출되어 나오는 금속튜브의 결정구조는 구간구간마다 상이할 수 있다. 미세조직은 압출 초기, 중간, 끝의 구간에 따라 미세조직이 상이하다. 이는 컨테이너와 빌렛의 접촉면에서 마찰에 의한 마찰열과 금속의 유동응력 변화 결과 재결정이 발생하기 때문이다. 이러한 재결정 조직에 의한 미세조직은 소재의 물성 저하와 특성 변화를 수반한다. 따라서 일반적인 압출재 제조에 있어 정상상태인 중간 부분만을 사용하고 있는 실정이다. 압출재의 수율을 확보하기 위하여 재결정에 의한 조직 차이를 현저히 감소시킬 필요가 있다.

도7은 압출기로 금속튜브를 제작할 때 압출기내에서의 금속의 미세조직의 변화를 나타낸다. 도7에 도시된 바와 같이 각 측정지점인 a, b, c, d, e, f의 미세조직이 다른 것을 육안으로 확인할 수 있다.

압출기에서 토출되는 금속의 조직변화와 압출속도, 압출압력 등의 공정변수는 금속튜브의 표면조도에 영향을 미치게 된다. 표면조도가 낮은 값을 가질수록 금속튜브의 표면이 매끄럽다는 의미로서 금속튜브의 표면이 매끄럽지 못한 경우 냉매 내지는 이물질이 금속튜브내에 축적되어 부식으로 인한 균열이 발생하게 되고, 내구성에 문제가 발생한다.

또한 냉매가 이동하는 금속튜브는 금속표면의 조도에 따라 금속튜브 뿐만 아니라 기기자체의 수명을 결정한다. 높은 표면조도를 갖는 금속튜브의 막힘을 막고 기기의 수명을 길게 유지할 수 있도록 하기 위해서 낮은 표면조도를 갖는 금속튜브의 제작은 기기수명을 결정하는 중요한 인자가 되고 있다.

본 발명의 일실시예는 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서 별도의 설비를 추가하지 않고 기존설비를 이용하여 비철금속 세경 튜브의 표면조도를 향상시킬 수 있는 방법 및 그 방법으로 제조된 비철금속 세경 튜브를 제공한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는 컨테이너, 램, 다이, 가압수단을 포함하는 압출기를 이용한 비철금속 세경 튜브 제조방법에 있어서, 빌렛을 액상개시온도인 융점온도보다 5℃ ~ 15℃ 낮은 온도까지 가열하는 단계, 상기 빌렛을 컨테이너에 투입시키는 단계, 상기 컨테이너에 투입된 상기 빌렛을 램 스피드 1mm/s ~ 5mm/s로 가압하는 단계 및 상기 램의 압력에 의해 상기 컨테이너의 끝단에 부착된 다이를 통해 토출속도 30m/min ~ 40m/min으로 비철금속 세경 튜브가 압출되는 단계를 포함한다.

실시예로서, 상기 비철금속 세경 튜브가 압출되는 단계 이후에 상기 비철금속 세경 튜브를 냉각시키는 단계를 포함한다.

실시예로서, 상기 빌렛과 상기 비철금속 세경 튜브의 단면적 비인 압출비는 400:1 ~ 500:1일 수 있다

본 발명의 일실시예는 상기 비철금속 세경튜브 제조방법에 의해서 제조된 비철금속 세경 튜브를 포함한다.

실시예로서, 상기 세경 튜브 외부직경이 2.3mm ~ 2.7mm이며, 내부직경이 1.0mm ~ 1.5mm인 비철금속 세경 튜브를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면 효과는 다음과 같다.

첫째, 별도의 설비나 공정을 추가하지 않고 비철금속 세경 튜브의 표면조도를 향상시킬 수 있다.

둘째, 압출초기 정상상태 조직을 확보할 수 있어 압출재의 생산성 즉 수율이 향상된다.

셋째, 빌렛의 온도는 공정온도 직하까지 가열되어 빌렛의 유동성이 좋고, 높은 확산속도를 구현할 수 있어 튜브제작에 쓰이는 멘드렐에 의한 접합선의 결합력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 압출기의 단면도이다.
도2는 본 발명의 일실시예인 비철금속 세경 튜브를 제조하기 위한 다이의 단면도이다.
도3a 내지 도3d는 압출하는 방법에 따른 다이의 형상을 도시한 단면도이다.
도4는 본 발명의 일실시예인 알루미늄 세경 튜브를 제조하기 위한 순서도이다.
도5는 본 발명의 일실시예에 의한 방법에 의해서 제조된 알루미늄 튜브의 사진이다.
도6a 내지 도6c는 본 발명의 일실시예인 세경 튜브 제조방법에 의해 제조된 알루미늄 튜브 내부표면 조도를 측정한 그래프이다.
도7은 압출기에 의해서 금속튜브의 제작시에 압출기내에서의 금속의 미세조직의 변화를 나타낸 도면이다.

실시예들은 여러 가지 다른 형태들로 구체화될 수 있고, 여기에서 설명되는 양태들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 상기 양태들은 실시예들을 더욱 철저하고 완전하게 되도록 해주며, 당업자에게 실시예들의 영역을 충분히 전달할 수 있도록 해준다.

본 발명의 일실시예는 비철금속 중의 하나인 알루미늄 튜브의 제작방법에 대한 것으로서 세경 알루미늄 튜브의 표면조도를 소정의 압출속도, 빌렛예열온도을 통해서 향상시키는 발명이다.

일반적으로 압출이란 금속블럭을 작은 다이 공(hole)을 통하여 밀어냄으로서 일정한 모양의 단면을 감소시켜 연속적으로 봉재를 생산하는 공정이다. 이 공정은 주로 재료의 변형 저항이 작은 온도 조건, 즉 열간에서 행하여 지고, 봉이나 관의 생산에 주로 이용되지만, 연한 재료에 대해서는 불규칙적인 단면을 가진 긴 제품의 생산에도 이용된다

본 발명의 일실시예인 알루미늄 튜브의 제조방법에 대해서 살펴보기 전에 먼저 압출기의 구조와 압출기의 동작에 대해서 살펴본다.

이하 도면을 참고하여 압출기의 구조, 동작을 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 압출기의 단면도이다.

도 1을 참조하면 일반적인 압출기(1000)는 컨테이너(10), 램(20), 다이(30), 유압모터(40)를 포함한다.

컨테이너(10)는 압출기(1000)의 몸체로서 유압모터(40)에 의해서 가해지는 압력을 견딜 수 있도록 제작될 수 있다. 특히 컨테이너(10)의 내벽면은 유입되는 빌렛과의 마찰을 고려하여 강한 내구성을 갖도록 제작될 수 있다.

컨테이너(10)의 내부에는 빌렛(50)에 압력을 가하는 램(20)이 포함되어 있다. 램(20)은 일측에 연결된 가압기에 의해서 압력이 제공되고, 램(20)은 가해지는 압력으로 빌렛(50)을 압출기의 타측 끝단으로 압축한다.

램(20)은 빌렛(50)에 압력을 가한다. 빌렛과 밀착되는 부위에 컨테이너의 단면직경과 같은 크기의 더미블럭(미도시)을 포함할 수 있고, 더미블럭은 빌렛과 접촉하여 램으로 압축되는 힘을 빌렛에 직접 전달할 수 있다. 램(20)은 피스톤 형상이 될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 피스톤 형상의 램(20)은 회전없이 다이 방향으로 직선운동을 통해 압력을 가하는 장치이다.

압출기(1)에서 제품이 토출되어 나오는 입구에 다이(30)가 배치된다. 다이(30)는 빌렛(50)으로 원하는 형상의 단면을 갖는 금속 튜브가 토출되도록 한다. 단면이 원형인 다이(30)의 경우에는 다이 홀(32)의 직경이 금속튜브의 직경이 된다.

금형으로 이동하는 빌렛은 멘드렐(34)을 만나게 되고 중간에 내경이 형성된다. 멘드렐을 통과한 빌렛은 3개로 쪼개지게 되나 빌렛이 계속 진행함으로서 중간에 내경이 형성된 금속 튜브가 제조된다.

다이에 대해서는 하기 도 2 내지 도3d에서 상세히 설명한다.

부가적으로 본 발명의 일실시예에 따르면 압출기는 유압모터(40), 압축실린더(60)를 통해서 램(20)에 압력을 가할 수 있다.

컨테이너(10)의 외부에 빌렛을 용융시키거나 용융상태의 빌렛 응고를 방지하기 위해 일정한 온도를 유지하도록 하는 히터(70)가 설치될 수 있다.

다이(20)를 통해서 토출되는 금속튜브는 컨테이너의 외부에 설치된 냉각장치(미도시)를 통해서 냉각될 수 있다.

이상 전체적인 압출기의 구조 및 작용에 대해서 살펴보았다.

압출기를 통해서 토출되는 금속튜브의 단면 형상은 다이에 의해서 결정된다. 다이에 형성된 홀 크기에 의해서 금속튜브의 단면크기가 결정된다. 본 발명의 일실시예에서는 세경의 원형 형상을 갖고 속이 비어 있는 비철금속 세경 튜브를 제조하기 위한 다이가 컨테이너와 결합되어 있다.

도2는 본 발명의 일실시예인 비철금속 세경 튜브를 제조하기 위한 다이의 단면도이다.

도2에 도시된 바와 같이 램(20)이 빌렛(50)에 압력을 가하고, 단면이 다이(30)의 형상으로 토출된다. 이 때 속이 빈 원형 형상의 단면을 갖도록 금형에 부착되어 있는 멘드렐(34)이 내경을 형성하고, 다이홀(32)에 의해서 외경을 형성하는 원형 비철금속 세경 튜브가 제조된다.

도3a 내지 도3d는 압출하는 방법에 따른 다이의 형상을 도시한 단면도이다.

도3a는 직접압출법을 사용하는 경우 다이(30)의 형상이다. 빌렛(50)에 힘이 가해지는 방향과 제품이 나오는 방향이 같다. 이 방법은 심한 마찰로 재결정에 의한 결정립성장이 이루어진다.

도3b는 간접압출법을 사용하는 경우 다이(30)의 형상이다. 빌렛(50)에 힘이 가해지는 방향과 제품이 나오는 방향이 반대이고 큰 압출비율을 갖는 고력압출에 적합하다.

도3c는 복동식 압출법을 사용하는 경우 다이(30)의 형상이다. 압출작업시 작동시스템이 둘인 경우에 사용되는 압출법이고, 중간에 끊어짐이 없는 매끄러운 파이프를 제조하는데 적합한 방법이다.

도3d는 단동식 압출법을 사용하는 경우 다이(30)의 형상이다. 압출작업시 작동시스템이 하나인 경우에 사용되는 압출법이고, 이음매가 있는 파이프를 제조하는데 적합한 방법이다.

도3c와 도3d는 금형에 멘드렐(34)이 형성되어 있어 내경이 형성된(속이 빈) 파이프를 제조하는데 적용되는 다이(30)의 형상이다. 본 발명의 일실시예인 비철금속 세경 튜브를 제조하기 위해서 복동식 압출법, 단동식 압출법이 적용될 수 있다.

이하 본 발명의 일실시예인 알루미늄 튜브의 제조방법에 대해서 살펴본다.

본 발명의 일실시예에 의해서 본 발명의 내용이 알루미늄 세경 튜브에 제한되지 않는다.

본 발명의 일실시예인 알루미늄 튜브 제조방법은 컨테이너, 램, 다이, 가압수단을 포함하는 압출기를 이용한다.

도4는 본 발명의 일실시예인 알루미늄 튜브를 제조하기 위한 순서도이다.

본 발명의 일실시예인 알루미늄 튜브를 제조하기 위해서 빌렛을 550℃ ~ 600℃로 가열시키는 단계(S100), 상기 빌렛을 컨테이너에 투입시키는 단계(S200), 컨테이너에 투입된 빌렛을 램 스피드 1mm/s ~ 5mm/s로 가압하는 단계(S300) 및 램의 압력에 의해 상기 컨테이너의 끝단에 부착된 다이를 통해 토출속도 30m/min ~ 40m/min으로 알루미늄 튜브가 압출되는 단계(S400)를 포함한다.

외부 가열기 등으로 빌렛을 550℃ ~ 600℃로 가열된다(S100). 바람직하게는 빌렛의 온도를 570℃로 가열한다. 본 발명의 일실시예인 알루미늄 튜브를 포함하는 비철금속 세경튜브를 제작하기 위해서 S100단계는 액상개시온도인 융점에서 15℃이하 내지는 5℃이하 온도까지 가열한다. 바람직하게는 액상개시온도인 융점에서 10℃이하 온도까지 빌렛을 가열한다.

빌렛을 가열한 후에 알루미늄 튜브를 제조하기 위해서 빌렛을 컨테이너에 투입한다(S200). 컨테이너에 투입된 빌렛은 램에 의해서 고정되고 램의 끝단에 배치되어 있는 더미블럭에 의해 직접 맞닿아 램이 컨테이너 내에 고정되도록 한다.

빌렛의 온도가 유지되도록 도1에 도시된 히터에 의해 컨테이너의 온도는 500℃를 유지하도록 하고 투입된 빌렛을 램 스피드 1mm/s ~ 5mm/s로 가압하는 단계를 거친다.(S300) 바람직하게는 램 스피드를 2mm/s로 가압한다. 압력이 가해진 빌렛은 다이쪽으로 램 스피드와 같은 속도로 이동하고 다이의 홀(hole)에서 토출되어 나오는 속도는 30m/min ~ 40m/min,(S400) 바람직하게는 32m/min을 유지할 수 있도록 한다.

이처럼 본 발명의 일실시예와 같이 빌렛의 온도, 램스피드, 토출속도를 조절을 통해 압출에 따른 변형, 결함을 최소화하고 표면조도를 향상시킬 수 있게 된다.

더불어 압출력에 영향을 주는 압출비는 압출전후의 단면적의 비로 알루미늄의 경우 400:1이고, 본 발명의 일실시예에서는 470:1의 압출비(빌렛의 단면적:튜브의 단면적)를 갖도록 한다. 압출력은 압출비의 자연대수값에 비례한다. 대부분의 금속은 열간에서 압출되고, 열간에서는 재료의 흐름응력, 즉 변형에 대한 저항이 낮아지기 때문에 열간압출법을 이용한다.

압출력에 대하여 온도가 높아질수록 가용 압출비는 증가한다. 동일 온도조건에서는 압출압력이 클수록 압출비는 증가한다.

빌렛의 최고 가열온도는 압출에서 용융이 일어나는 온도까지로 결정된다. 본 발명의 일실시예에서는 앞서 살펴본 바와 같이 590℃를 유지하도록 한다.

도5는 본 발명의 일실시예에 의한 방법에 의해서 제조된 알루미늄 튜브의 사진이다.

도5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의해서 제조된 알루미늄 튜브는 다이 홀(hole)의 직경인 2.6mm, 멘드렐의 직경인 1.10mm로 되어 있으며, 두께는 0.75mm이다.

도6a 내지 도6c는 본 발명의 일실시예인 알루미늄 튜브 제조방법에 의해 제조된 알루미늄 튜브 내부표면 조도를 측정한 그래프이다.

도6a 내지 도6c은 알루미늄 튜브 3곳에서 측정한 표면조도에 관한 그래프로서 가로축은 알루미늄 튜브의 길이를 나타내고 세로축은 원점을 기준으로 표면굴곡을 나타낸다.

표면조도를 측정한 결과 도6a의 표면조도 평균값은 0.91㎛, 도6b의 표면조도 평균값은 0.95㎛, 도6c의 표면조도 평균값은 0.83㎛로 표면조도 측정치는 임계치라고 할 수 있는 1.5㎛이하 임을 확인할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

10 컨테이너 20 램
30 다이 32 다이홀
34 멘드렐 40 유압모터
50 빌렛

Claims (5)

1. 컨테이너, 램, 다이, 가압수단을 포함하는 압출기를 이용한 비철금속 세경 튜브 제조방법에 있어서,
   빌렛을 액상개시온도인 융점온도보다 5℃ ~ 15℃ 낮은 온도까지 가열하는 단계;
   상기 빌렛을 컨테이너에 투입시키는 단계;
   상기 컨테이너에 투입된 상기 빌렛을 램 스피드 1mm/s ~ 5mm/s로 가압하는 단계;및
   상기 램의 압력에 의해 상기 컨테이너의 끝단에 부착된 다이를 통해 토출속도 30m/min ~ 40m/min으로 비철금속 세경 튜브가 압출되는 단계를 포함하는 비철금속 세경 튜브 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 비철금속 세경 튜브가 압출되는 단계 이후에 상기 비철금속 세경 튜브를 냉각시키는 단계를 포함하는 비철금속 세경 튜브 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 빌렛과 상기 비철금속 세경 튜브의 단면적 비인 압출비는 400:1 ~ 500:1인 비철금속 세경 튜브 제조방법.
   
4. 제1항의 방법으로 제조된 비철금속 세경 튜브.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 튜브 외부직경이 2.3mm ~ 2.7mm이며, 내부직경이 1.0mm ~ 1.5mm인 비철금속 세경 튜브.
   

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