KR20210016847A - 압출 장치 및 이를 이용한 알루미늄 모세관을 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시에서는 압출 장치 및 이를 이용한 알루미늄 모세관을 제조하는 방법이 제공된다. 본 개시의 압출 장치는, 컨테이너, 컨테이너의 일 측에 구비되며, 복수의 홀이 형성된 복수의 다이를 포함하는 하우징 금형 및 컨테이너에 수용된 알루미늄 빌릿이 복수의 홀에 대응되는 단면 형상을 갖는 복수의 알루미늄 모세관으로 압출되도록, 컨테이너의 타 측에서 일 측 방향으로 컨테이너에 수용된 알루미늄 빌릿을 가압하는 램을 포함하며, 복수의 홀의 수는 컨테이너의 내부의 직경 및 복수의 홀 각각의 직경에 기초하여 결정된다.
Description
본 개시는 압출 장치 및 이를 이용한 알루미늄 모세관을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멀티 홀 구조의 압출 장치 및 이를 이용한 알루미늄 모세관을 제조하는 방법에 관한 것이다.
모세관(capillary tube)은 내부에서 유체가 흐르도록 유로로서 기능하는 가늘고 긴 구조의 관이다. 모세관은 구조가 비교적 간단하고 움직이는 부분이 없는 장치로 마모로 인한 보수가 필요 없다는 장점이 있다.
한편, 모세관은 일반적으로 구리를 사용하여 설계 치수에 적합한 직경으로 소성 가공하기 위해 압출(extrusion), 다단계의 인발(drawing), 풀림 열처리(annealing) 단계를 거쳐 제조되고 있다. 여기서, 압출은 주로 고온에서 수행되는 열간 가공 방법(hot working)으로서 다이(die)로 피가공 소재를 통과시켜 단면이 일정한 형상으로 가공하는 방법이며, 인발은 주로 상온에서 수행되는 냉간 가공 방법(cold working)으로서 봉재(rod), 선재(wire) 및 관재(tube) 형태의 피가공 소재를 당김으로써 소재의 단면적을 감소시키는 형상으로 가공하는 방법이다.
최근 재료의 다원화 측면에서 구리를 대체하기 위한 시도가 이루어지고 있으며, 알루미늄은 지구의 지각을 구성하는 원소 중 가장 많은 양을 갖는 금속으로서 그 자체로 가공성, 경량성 및 전도성과 같은 우수한 특성을 가질 뿐만 아니라, 다른 금속과의 합금이 용이하고 그 합금 원소의 성분에 따라 다양한 재료 특성을 갖출 수 있다는 점에서 구리 모세관을 대체하는 재료로서 주목받고 있다.
다만, 알루미늄 합금이 열간 가공 방법의 압출 공정을 거쳐 모세관이 제조되는 경우, 알루미늄 합금의 특성 및 내식성을 유지할 수 있으나 모세관의 직경이 작아 낮은 압출비로 인해 압출 속도의 감소가 발생하여 모세관 제조가 불가능하거나 추가적인 공정이 요구되어 제조 비용이 상승하는 문제가 있다. 또한, 알루미늄 합금이 냉간 가공 방법의 인발 공정을 다단계로 거쳐 모세관이 제조되는 경우, 가공경화에 의한 강도 증가 및 연신율 감소로 이후 벤딩(bending)과 같은 성형 공정에서 파단이 발생할 수 있으며, 내부 입자의 구조가 불균일하게 변형됨에 따라 내부응력 증가로 부식환경에서 응력 부식이 발생하여 내식성이 감소하게 된다는 문제가 있다.
특히, 알루미늄 모세관이 구리를 대체하기 위해서는 알루미늄 합금이 알루미늄 모세관으로 가공된 후에도 내식성과 같은 특성이 유지될 것이 요구되고 있다. 이에 따라, 알루미늄 합금의 원소재 특성 및 내식성을 유지하면서도, 설계 사양의 직경을 충족하는 모세관을 제조하기 위한 공정의 최적화가 요구된다.
본 개시는 상술한 필요성에 의해 안출된 것으로, 본 개시의 목적은 알루미늄 합금의 원소재 특성 및 내식성을 유지하면서도, 설계 직경을 충족하는 모세관을 제조하기 위한 압출 장치 및 이를 이용한 알루미늄 모세관을 제조하는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치는, 컨테이너; 컨테이너의 일 측에 구비되며, 복수의 홀이 형성된 복수의 다이를 포함하는 하우징 금형; 및 컨테이너에 수용된 알루미늄 빌릿이 복수의 홀에 대응되는 단면 형상을 갖는 복수의 알루미늄 모세관으로 압출되도록, 컨테이너의 타 측에서 일 측 방향으로 컨테이너에 수용된 알루미늄 빌릿을 가압하는 램;을 포함하며, 복수의 홀의 수는, 컨테이너의 내부의 직경 및 복수의 홀 각각의 직경에 기초하여 결정된다.
여기에서, 복수의 다이는, 복수의 알루미늄 모세관의 개구를 형성하기 위한 복수의 맨드릴을 포함하고, 복수의 알루미늄 모세관 각각의 내경은, 복수의 맨드릴 각각의 직경에 대응될 수 있다.
여기에서, 복수의 알루미늄 모세관 각각의 외경은, 복수의 홀 각각의 직경에 대응되며, 복수의 알루미늄 모세관 각각의 내경에 기초하여 결정될 수 있다.
한편, 복수의 다이 중 적어도 하나의 다이는, 홀의 직경 또는 맨드릴의 직경이 나머지 다이와는 상이할 수 있다.
한편, 컨테이너에 수용된 알루미늄 빌릿을 가열하기 위한 히터;를 더 포함할 수 있다.
한편, 알루미늄 빌릿은, 0.20 이상 및 0.40 이하의 중량%의 Mg; 0.20 이상 및 0.60 이하의 중량%의 Zn; 및 잔량의 Al; 을 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 컨테이너 및 컨테이너의 일 측에 구비되며, 복수의 홀이 형성된 복수의 다이를 포함하는 하우징 금형을 포함하는 압출 장치를 이용한 알루미늄 모세관을 제조하는 제조 방법은, 알루미늄 빌릿을 컨테이너에 투입하는 단계; 알루미늄 빌릿을 가열하는 단계; 및 알루미늄 빌릿이 복수의 홀에 대응되는 단면 형상을 갖는 복수의 알루미늄 모세관으로 압출되도록, 컨테이너의 타 측에서 일 측 방향으로 알루미늄 빌릿을 가압하는 단계;를 포함하며, 복수의 홀의 개수는, 컨테이너의 내부의 직경 및 복수의 홀 각각의 직경에 기초하여 결정된다.
여기에서, 복수의 다이는, 복수의 알루미늄 모세관의 개구를 형성하기 위한 복수의 맨드릴을 포함하고, 복수의 알루미늄 모세관 각각의 내경은, 복수의 맨드릴 각각의 직경에 대응될 수 있다.
여기에서, 복수의 알루미늄 모세관 각각의 외경은, 복수의 홀 각각의 직경에 대응되며, 복수의 알루미늄 모세관 각각의 내경에 기초하여 결정될 수 있다.
한편, 복수의 다이 중 적어도 하나의 다이는, 홀의 직경 또는 맨드릴의 직경이 나머지 다이와는 상이할 수 있다.
한편, 알루미늄 빌릿을 가압하여 복수의 알루미늄 모세관이 압출되는 동안, 압출된 복수의 알루미늄 모세관을 접합하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 복수의 알루미늄 모세관이 기설정된 길이로 압출되면, 복수의 알루미늄 모세관을 절단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 알루미늄 빌릿은, 0.20 이상 및 0.40 이하의 중량%의 Mg; 0.20 이상 및 0.60 이하의 중량%의 Zn; 및 잔량의 Al; 을 포함할 수 있다.
이상과 같은 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금의 원소재 특성 및 내식성을 유지하면서도, 설계 직경을 충족하는 모세관을 제조하기 위한 압출 장치 및 이를 이용한 알루미늄 모세관을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 압출 장치 및 이를 이용한 알루미늄 모세관을 제조하는 방법에 따라 제조된 알루미늄 모세관은, 알루미늄 원소재의 물리적, 화학적 특성을 그대로 유지하고 고내식성의 특성을 가질 수 있다. 또한, 압출 후 인발 및 풀림 열처리 공정을 거치지 않는다는 점에서 공정 간소화를 통한 비용 절감의 효과가 있으며, 이에 따른 본 개시의 알루미늄 모세관은 구리 모세관을 대체할 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c는 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 하우징 금형을 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 하우징 금형을 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 본 개시의 일 실시 예에 따른 하우징 금형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 직경비를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c는 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 하우징 금형을 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 하우징 금형을 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 본 개시의 일 실시 예에 따른 하우징 금형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 직경비를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 덧붙여, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 개시의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서 사용된 "제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 상기 구성요소들을 한정하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 개시에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치(100)는 알루미늄 빌릿(200)을 복수의 알루미늄 모세관(300)으로 압출할 수 있다. 여기서 압출이란, 알루미늄 빌릿(200)을 가열하여 유동성(또는 흐름성)이 있는 상태에서 알루미늄 빌릿(200)을 화살표 방향으로 가압함으로써, 알루미늄 빌릿(200)을 특정한 사이즈의 단면을 연속적으로 갖는 형태(예: 관재, 선재 등)로 변형시키는 열간 가공 방법을 지칭할 수 있다.
이를 위해, 압출 장치(100)는 컨테이너(110), 복수의 다이(130)를 포함하는 하우징 금형(120) 및 램(140)을 포함할 수 있다.
컨테이너(110)는 알루미늄 빌릿(200)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 컨테이너(110)의 내부에는 알루미늄 빌릿(200)을 수용할 수 있는 수용 공간(미도시) 및 알루미늄 빌릿(200)을 투입할 수 있는 투입구(미도시)가 형성될 수 있다. 이 경우, 수용 공간은 알루미늄 빌릿(200)을 수용할 수 있도록, 알루미늄 빌릿(200) 보다 큰 사이즈로 형성될 수 있으며, 알루미늄 빌릿(200)의 형태와 동일한 형태(예: 원기둥 형태 등)로 형성될 수 있다. 이때, 사이즈는 단면의 직경, 기둥의 길이, 전체 부피 등 다양한 단위로 나타낼 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치(100)는 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 히터는 압출 장치(100)의 내부에 포함되거나, 히터는 압출 장치(100)의 외부에 별도의 장치로 구현되는 것 또한 가능하다.
구체적으로, 히터가 압출 장치(100)의 내부에 포함된 경우, 컨테이너(110)와 복수의 다이(130)를 가열하거나 컨테이너(110)에 투입된 알루미늄 빌릿(200)을 가열할 수 있으며, 히터가 압출 장치(100)의 외부에 별도의 장치로 구현되는 경우, 외부에서 알루미늄 빌릿(200)을 가열한 후 알루미늄 빌릿(200)을 압출 장치(100)의 컨테이너(110)로 투입할 수 있다. 이를 위해, 히터는 대류, 전도, 복사, 유도 등 다양한 방식을 이용한 히터로 구현될 수 있다.
이 경우, 히터는 알루미늄 빌릿(200)을 용융점 이하의 온도(예: 400~480도)에서 기설정된 시간(예: 5시간) 이내에서 가열(또는 예열)할 수 있으며, 이에 따라 알루미늄 빌릿(200)의 흐름성이 증가할 수 있다.
하우징 금형(120)은 컨테이너(110)의 일 측에 구비될 수 있다. 하우징 금형(120)은 복수의 다이(130)를 포함할 수 있다.
복수의 다이(130)는 복수의 홀(136, 도 2c 참조)이 각각 형성될 수 있다. 알루미늄 빌릿(200)이 복수의 알루미늄 모세관(300)으로 압출되는 경우 복수의 알루미늄 모세관(300)의 단면 형상은 복수의 다이(130)에 형성된 복수의 홀(136)에 대응될 수 있다. 즉, 알루미늄 모세관(300)의 단면 형상은 다이(130)에 형성된 홀(136)에 대응될 수 있다.
여기서, 복수의 홀(136)의 수는, 컨테이너(110)의 내부의 직경 및 복수의 홀(136) 각각의 직경에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 복수의 홀(136)의 수는 압출비가 기설정된 값 이상이 되도록 결정될 수 있다. 여기서, 압출비는 압출 전과 압출 후(또는 입력과 출력)의 단면적의 비를 지칭할 수 있다. 나아가, 압출비는 압출 전과 압출 후의 직경의 비를 지칭할 수도 있다.
구체적으로, 예열된 알루미늄 빌릿(200)이 램(140)에 의해 가압되는 경우, 알루미늄 빌릿(200)은 유동하여 컨테이너(110)의 내부의 직경과 동일한 직경이 된다는 점에서, 컨테이너(110)의 내부의 직경은 압출 전의 직경이 될 수 있다. 알루미늄 모세관(300)의 외경과 홀(136)의 직경이 동일(또는 대응)하다는 점에서, 복수의 홀(136) 각각의 직경이 압출 후의 직경이 될 수 있다.
예를 들어, 컨테이너(110)의 내부의 직경이 15.24cm(6인치의 경우)의 치수를 갖는데 비해 복수의 알루미늄 모세관(300) 각각의 외경은 2.0mm의 치수를 갖는다는 점에서, 복수의 홀(136)의 수는 2개인 경우도 가능 하지만, 압출되는 복수의 알루미늄 모세관(300)의 단면적이 작아 하우징 금형(120)의 표면에 가해지는 압력이 증가하며 압출 속도가 감소하게 될 수 있다. 이 경우, 복수의 홀(136)의 수가 4개인 경우가 보다 적합할 수 있다. 다만, 이는 빌릿의 크기 및 원소재 특성 등에 따라 달라질 수 있다.
하우징 금형(120) 및 복수의 다이(130)에 대한 구체적인 설명은 도 2a 내지 3b를 참조하여 후술하여 설명하기로 한다.
램(ram)(140)은 컨테이너(110)의 타 측에서 일 측 방향으로 컨테이너(110)에 수용된 알루미늄 빌릿(200)을 가압할 수 있다. 여기서, 컨테이너(110)의 일 측은 복수의 다이(130)가 존재하는 위치가 될 수 있으며, 타 측은 일 측과 반대 방향의 위치일 수 있다. 예를 들어, 램(140)은 화살표 방향과 같은 방향으로 컨테이너(110)에 수용된 알루미늄 빌릿(200)을 가압할 수 있다. 이에 따라, 컨테이너(110)에 수용된 알루미늄 빌릿(200)이 복수의 홀에 대응되는 단면 형상을 갖는 복수의 알루미늄 모세관(300)으로 압출될 수 있다.
이를 위해, 램(140)은 기계식 또는 유압식 등의 작동 방식으로 구현될 수 있으며, 이 경우 램(140)은 기설정된 속도(예: 60, 120, 240 mm/min 등)로 전진하고, 램(140)의 전진시 발생되는 압력으로 인해 예열된 상태의 컨테이너(110)에 수용된 알루미늄 빌릿(200) 중 일부가 복수의 다이(130)에 형성된 복수의 홀(136)을 통해 복수의 알루미늄 모세관(300)으로 압출될 수 있다. 또한, 램(140)은 알루미늄 빌릿(200)에 압력을 균일하게 전달하기 위한 더미 블록(dummy block)(미도시)을 포함할 수 있다. 이 경우, 더미 블록은 램(140) 및 알루미늄 빌릿(200) 사이에 위치하고, 알루미늄 빌릿(200)의 단면 형태 및 사이즈에 따른 형태 및 사이즈로 형성될 수 있다.
알루미늄 빌릿(billet)(200)은 압출을 통해 가공되는 피가공 소재로서, 압출에 용이한 형태 및 사이즈를 갖는 알루미늄 합금을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 빌릿(200)은 원기둥 형태로 구현될 수 있으며, 컨테이너(110)의 규격(또는 용량)에 따라 기설정된 직경(예: 6인치(약 15.24cm)) 및 기설정된 길이(예: 70cm)를 갖도록 구현될 수 있다. 다만 이와 같은 알루미늄 빌릿(200)의 형태 및 사이즈는 일 실시 예 일뿐이며, 사각 기둥, 오각 기둥, 육각 기둥, 타원형의 기둥 등의 다양한 형태 및 다양한 사이즈로 구현될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 알루미늄 빌릿(200)의 형태가 원기둥이고 직경이 6인치인 것을 가정하여 설명하도록 한다.
이를 위해, 알루미늄 빌릿(200)은 용해공정, 합금화 공정 및 탈가스 처리 공정 등을 거쳐 제조될 수 있다. 예를 들어, 650~750도의 온도 조건에서 알루미늄을 용해하고 용해된 알루미늄에 합금원소를 첨가한 후 10분에서 1시간 동안 유지시켜 합금화를 시킨 다음, 불활성 가스(예: 아르곤 버블링 가스)를 주입하여 탈가스 처리를 거쳐 알루미늄 빌릿(200)이 제조될 수 있다.
이 경우, 알루미늄 빌릿(200)은 Mg, Zn을 합금 원소로 첨가할 수 있다. 이는, 내식성 또는 기계적 물성을 향상시키기 위함이다.
여기서, 알루미늄 빌릿(200)은 전체 조성물 중량에 대해, 0.20 이상 및 0.40 이하의 중량%의 Mg; 0.20 이상 및 0.60 이하의 중량%의 Zn; 및 잔량의 Al을 포함할 수 있다. 이는 알루미늄 빌릿(200)의 내식성을 구리와 동등한 수준으로 향상시키기 위함이다.
여기서 잔량은, 알루미늄 빌릿(200)에서 합금 원소 Mg 및 Zn을 제외한 나머지 물질을 지칭하는 것이며, 잔량의 Al에는 Al 원소 외에도 상술한 합금 원소 와는 다른 합금 원소 또는 불순물이 포함되는 것을 배제하는 것이 아니다. 예를 들어, 다른 합금 원소는 Si, Fe, Mn 및 Cu 중 적어도 하나의 합금 원소를 포함할 수 있으며, 이 경우 알루미늄 빌릿(200)은 5.0 미만의 중량%의 Si, Fe, Mg, Zn, Mn 및 Cu; 및 잔량의 Al을 포함할 수 있다. 한편, 잔량의 Al에는 합금 과정, 열처리 과정 또는 압출 과정의 제조 과정을 거치는 동안 불가피한 불순물이 포함될 수 있다. 이 경우, 불순물은 1.0 중량%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
한편, 알루미늄 빌릿(200)의 성질(예: 강도, 내식성 등)은 조성물의 중량비(예: 중량%)뿐만 아니라, 미세 조직의 상태(예: 열처리에 따른 석출상)에 의해서도 영향을 받을 수 있다.
구체적으로, 알루미늄 빌릿(200)이 Mg, Zn 및 잔량의 Al을 포함하는 경우, Mg32(Al, Zn)49 상 및 Al3Mg2 상 중 적어도 하나가 형성될 수 있다. 이 경우, 알루미늄 빌릿(200)에 포함된 Mg와 Zn의 중량%에 따라 형성되는 화합물 상의 분율은 달라질 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 일 실시 예에 따라 알루미늄 빌릿(200)의 Mg의 중량%는 0.30이고 Zn의 중량%는 0.50인 경우를 가정하면, 그에 따른 Mg32(Al, Zn)49 상의 분율은 0.021%이고 Al3Mg2 상의 분율은 0.003일 수 있다.
한편, 알루미늄 빌릿(200)에 포함된 Mg32(Al, Zn)49 상의 분율은 0.05%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 그리고, 알루미늄 빌릿(200)에 포함된 Al3Mg2 상의 분율은 0.02%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 즉, Mg32(Al, Zn)49 상의 분율이 0.05%를 초과하거나, Al3Mg2 상의 분율이 0.02%를 초과하는 경우에는 압출 또는 인발이 가능한 정도의 가공성을 확보하기 어렵게 될 수 있다.
이와 같이, 알루미늄 빌릿(200)에 포함된 Mg32(Al, Zn)49 상 및 Al3Mg2 상 중 적어도 하나에 의해, 알루미늄 빌릿(200)의 국부적인 부식(pitting 또는 틈새 부식)이 감소될 수 있다. 즉, 형성된 Mg32(Al, Zn)49 상 및 Al3Mg2 상 중 적어도 하나에 의하여 알루미늄 빌릿(200)의 내식성이 향상될 수 있다. 보다 구체적으로, Mg32(Al, Zn)49 및 Al3Mg2 상은 입계에서 Al 매트릭스 상과의 전위차를 감소시켜 표면의 국부적인 부식을 감소시킬 수 있다. 특히, Mg32(Al, Zn)49 상 및 Al3Mg2 상의 분율이 입계에서 연속적으로 분포할 수 있을 정도가 되는 경우 내식성 향상의 효과는 더 현저하게 나타날 수 있다.
이하에서는 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치를 이용하여 제조된 알루미늄 모세관을 설명하도록 한다. 여기서, 도 1b는 도 1a의 화살표(가압 방향)와 수직한 방향으로의 알루미늄 모세관의 단면을 나타낸 것이다. 도 1c는 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관과 비교 군과의 내식성을 비교하기 위한 도면이다.
알루미늄 모세관(300)은 내부에서 유체가 흐르도록 유로로서 기능하는 가늘고 긴 구조의 관으로서, 설계된 길이와 직경에 따라 내부에 존재하는 유체의 유량, 압력 또는 온도를 제어할 수 있다. 이때, 유체는 형상이 일정하지 않고 자유로이 흐를 수 있는 유동성을 갖는 물질로서 단상(single phase)의 액체나 기체, 또는 이들이 혼합된 2상(two-phase)의 혼합물을 지칭할 수 있다.
이 경우, 알루미늄 모세관(300)은 산업 전반에 걸쳐 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 모세관(300)은 냉장고, 에어컨, 수냉각기 등의 응축기와 증발기를 연결하는 팽창 장치로서 사용될 수 있다. 알루미늄 모세관(300)은 길이, 내경 또는 내벽의 마찰저항 등으로 인해 압력강하가 발생하고, 알루미늄 모세관(300)의 압력강하에 따라 알루미늄 모세관(300) 내부의 액상의 유체가 기체로 기화되면서 흡열 반응(endothermic reaction)을 일으켜 외부의 온도를 낮추는 온도강하를 발생시킬 수 있다. 또한, 알루미늄 모세관(300)은 의료배관, 압력계관, 냉온수관, 송유관, 가스관 등의 다양한 용도로도 사용될 수 있다.
이를 위해, 알루미늄 모세관(300)은 내부가 비어 있는 구조(예: 튜브, 파이프 등)로 압출될 수 있다. 구체적으로, 알루미늄 모세관(300)의 단면 형상은 도넛형(내부가 비어 있는 원형 또는 타원형)으로 형성될 수 있다. 다만 이는 일 실시 예일 뿐이며, 알루미늄 모세관(300)의 단면 형상은 내부가 비어 있는 구조로서 삼각형, 사각형, 오각형 등 다양한 형상 중 하나로 형성될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 알루미늄 모세관(300)의 단면 형상은 도넛형인 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
도 1b를 참조하여, 알루미늄 모세관(300)의 사이즈는 외경(10) 및 내경(20)으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 모세관(300)은 외경(10)의 치수는 1.8㎜ ~ 2.1㎜이고, 내경(20)의 치수는 0.8㎜ ~ 0.9㎜을 갖도록 압출될 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 5a 및 도 5b를 참조하여, 후술하여 설명하도록 한다.
도 1a 및 도 1c를 참조하여, 알루미늄 모세관(300)은 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치(100)를 이용해 알루미늄 빌릿(200)을 압출하여 제조될 수 있다. 즉, 본 개시는 압출 장치(100)를 통해 알루미늄 빌릿(200)을 압출의 단일 공정만으로 복수의 알루미늄 모세관(300)을 제조할 수 있다. 이와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치(100)는 단일 홀의 압출 공정에 비해 멀티 홀의 압출 공정을 이용해 알루미늄 모세관(300)을 제조할 수 있어 2배 이상의 생산성이 향상되며, 별도의 후공정 없이도 제조될 수 있다는 점에서 공정의 간소화로 인한 비용 절감의 효과가 있다.
구체적으로, 도 1c의 (a)는 4 단계의 인발 공정으로 제조된 Al 1070 모세관(400), (b)는 인발 및 열처리 공정으로 제조된 구리 모세관(500), (c)는 본 개시의 일 실시 예에 따라 제조된 알루미늄 모세관(300)에 대해, 내식성 테스트 중 하나인 SWAAT(Seawater Acetic Acid Test) 를 수행한 것이다. 특히, (c)의 경우, 알루미늄 빌렛(200) 및 하우징 금형(120)을 400~480도 온도에서 5시간 이내에서 예열을 실시하였으며, 예열 후 알루미늄 빌렛(200)을 압출 장치(100)의 컨테이너(110)에 투입하여 직접 압출 방식으로 컨테이너(110) 온도를 400도~480도로 유지하고, 램의 압출 속도를 30~60m/min 조건에서 알루미늄 모세관(300)을 제조하였다.
도 1c의 (a)의 경우 표면 전체에 대한 pitting에 의한 관통이 발생하였으며 이는 도 6과 같이 인발로 인해 내부응력 및 표면결함 증가하고 이에 따라 강도는 증가하나 연신율은 현저히 감소되며, 이와 같은 변화로 인해 재료의 내식성이 현저히 감소될 수 있다. 도 1c의 (b)의 경우 전면 부식의 형태 또는 pitting에 의한 관통이 발생하였고, 도 1c의 (c)와 같이 본 개시의 일 실시 예에 따라 제조된 알루미늄 모세관(300)은 부식에 의한 관통이 존재하지 않으며 구리의 경우보다 감육의 깊이가 상대적으로 더 적은 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 개시의 일 실시 예에 따른 알루미늄 모세관(300)은 압출을 통해 알루미늄 빌릿(200)의 물리적, 화학적 특성을 그대로 유지하고 고내식성의 특성을 갖는 효과가 있다.
이상과 같이, 본 개시의 실시 예에 따라 제조된 알루미늄 모세관(300)은 구리를 적용한 일반 모세관과 동일한 고내식 특성을 가지며, 공정 간소화로 인한 비용 절감 및 생산성 향상의 효과가 있다는 점에서, 구리를 적용한 모세관을 대체할 수 있다.
이하에서는 도 2a 내지 3b를 참조하여, 하우징 금형(120) 및 복수의 다이(130)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 2c는 본 개시의 일 실시 예에 따른 하우징 금형을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 2a는 하우징 금형에 대한 사시도, 도 2b는 하우징 금형에 대한 수직 단면도, 도 2c는 하우징 금형에 대한 수평 단면도이다.
도 2a 내지 2c를 참조하면, 하우징 금형(120)은 복수의 다이(130)를 포함할 수 있다. 이는, 하우징 금형(120)이 복수의 다이(130)와 결합된 상태를 지칭할 수 있다. 이때, 복수의 다이(130)는 하우징 금형(120)으로부터 탈부착이 가능할 수 있다.
하우징 금형(120)은 복수의 다이(130)와 결합되어 복수의 다이(130)를 지지할 수 있다. 이를 위해, 하우징 금형(120)은 다이 홀더(121), 다이 홀더(121)에 결합된 다이 백커(die backer)(125), 및 다이 홀더(121)와 하부 금형(125)에 결합된 복수의 다이(130)를 포함할 수 있다.
다이 홀더(die holder)(121)는 복수의 다이(130)를 특정한 위치에 고정시키기 위한 것으로, 복수의 다이(130)의 수와 동일한 수의 개구가 형성될 수 있다. 이 경우, 복수의 다이(130)는 다이 홀더(121)에 형성된 복수의 개구에 각각 결합될 수 있다. 다이 홀더(121)는 후방에 위치한 다이 백커(125)와 결합될 수 있다. 이하에서는, 컨테이너(110)의 일 측(하우징 금형(120)의 위치)에서 컨테이너(110)의 타 측(램(140)의 위치)의 방향을 전방(또는 상부 방향)이라 하고, 타 측에서 일 측의 방향을 후방(또는 하부 방향)이라 지칭하기로 한다.
다이 백커(die backer)(125)는 램(140)의 압력에 따라 다이 홀더(121) 및 복수의 다이(130)의 위치가 변동되지 않도록 이들을 지지하기 위한 것으로 다이 홀더(121)의 후방에 위치할 수 있다. 이 경우, 다이 백커(125)는 다이 홀더(121) 및 컨테이너(110) 등과 결합될 수 있다. 또한, 다이 백커(125)는 복수의 개구(126)가 형성될 수 있다. 복수의 개구(126)는 복수의 다이(130)의 복수의 홀(136)을 통해 압출되는 알루미늄 모세관(300)이 외부로 나갈 수 있는 통로로서 기능할 수 있다. 이를 위해, 복수의 개구(126)는 복수의 홀(136)에 대응되는 위치에 복수의 홀(136) 보다 큰 사이즈로 형성될 수 있다.
다이 홀더(121) 및 다이 백커(125)는 서로 결합과 분리가 가능한 조립체로 구현될 수 있으며, 또한 일체형의 금형으로 구현되는 것 또한 가능하다.
복수의 다이(130)에는 복수의 홀(136)이 형성될 수 있다. 즉, 도 2c와 같이 하나의 다이(130)에는 하나의 홀(136)이 형성될 수 있다. 다만, 이는 일 실시 예일 뿐이며, 하나의 다이(130)에 복수의 홀(136)이 형성되는 것 또한 가능하다. 본 개시에서는 설명의 편의를 위해, 하나의 다이(130)에는 하나의 홀(136)이 형성된 것으로 가정하도록 한다.
한편, 특별한 사정이 없는 한 복수의 다이(130) 중 하나의 다이에 대한 설명이 나머지 다이에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다는 점에서, 이하에서는 하나의 다이(130)에 대해 설명하기로 한다.
도 2c를 참조하여, 복수의 다이(130)는 복수의 홀(136)을 포함할 수 있다. 즉, 다이(130)는 알루미늄 모세관(300)의 외관을 형성하기 위한 홀(136)을 포함할 수 있다.
이 경우, 복수의 알루미늄 모세관(300) 각각의 외경(10)은 복수의 홀(136) 각각의 직경에 대응될 수 있다. 즉, 알루미늄 모세관(300)의 외경(10)은 홀(136)의 직경에 대응될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 모세관(300)의 직경비를 고려하여 홀(136)의 직경은 1.8mm 이상 및 3.9mm 이하의 값을 가질 수 있다. 이 경우, 알루미늄 모세관(300)의 외경(10)은 홀(136)의 직경에서 오차 범위 내의 값을 가질 수 있다.
여기에서, 복수의 다이(130)는 알루미늄 모세관(300)의 개구를 형성하기 위한 복수의 맨드릴(mandrel)(133)을 포함할 수 있다. 즉, 다이(130)는 알루미늄 모세관(300)의 개구를 형성하기 위한 맨드릴(133)을 포함할 수 있다.
이 경우, 복수의 알루미늄 모세관(300) 각각의 내경(20)은 복수의 맨드릴(133) 각각의 직경에 대응될 수 있다. 즉, 알루미늄 모세관(300)의 내경(20)은 맨드릴(133)의 직경에 대응될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 모세관(300)의 직경비를 고려하여 맨드릴(133)의 직경은 0.7mm 이상 및 1.0mm 이하의 값을 가질 수 있다. 이 경우, 알루미늄 모세관(300)의 내경(20)은 맨드릴(133)의 직경에서 오차 범위 내의 값을 가질 수 있다.
여기에서, 복수의 알루미늄 모세관(300) 각각의 외경(10)은, 복수의 알루미늄 모세관(300) 각각의 내경(20)에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 알루미늄 모세관(300)의 외경(10)은, 알루미늄 모세관(300)의 내경(20)에 기초하여 결정될 수 있다.
구체적으로, 제조할 수 있는 알루미늄 모세관(300)의 외경(10) 및 내경(20)의 치수는 압출 장치(100)의 컨테이너(110)의 용량, 직경비, 압출 조건 등에 따라 달라지나, 일반적으로 직경비 1.7 이상 및 4.9 이하의 값을 만족하는 치수가 될 수 있다. 이는 도 5a의 테이블과 같이 나타날 수 있다.
도 5a는 본 개시의 일 실시 예에 따라 제조될 수 있는 알루미늄 모세관(300)의 외경(10) 및 내경(20)을 나타낸 것이다.
도 5a를 참조하여, 알루미늄 모세관(300)이 내경(20) 0.7mm 에서 0.9mm 사이의 값을 갖는 경우, 상술한 바와 같이 각각의 외경(10)은 직경비(예: 1.7 이상 및 4.9 이하의 값)에 내경(20)을 곱한 값으로 결정될 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 알루미늄 모세관(300)은 내경(20)이 0.7mm 에서 0.9mm 사이의 값을 갖는 경우, 외경(10)은 1.8mm 에서 3.9mm 사이의 값을 가질 수 있다.
이와 같이, 알루미늄 모세관(300)의 외경(10)의 치수는, 직경비(예: 1.7 이상 및 4.9 이하의 값)를 내경(20)의 치수에 곱한 값으로 결정될 수 있다. 즉, 알루미늄 모세관(300)의 외경(10)의 치수는, 직경비 중 최소 값(예: 1.7) 및 최대 값(예: 4.9) 각각을 내경(20)의 치수에 곱한 두 값의 사이의 값으로 결정될 수 있다. 이때, 직경비는 외경(10) 및 내경(20)의 비로서 1.7 이상 및 4.9 이하의 값이 될 수 있으며, 이는 실험적으로 결정된 값일 수 있다. 특히, 직경비가 1.7 미만인 경우 램(140)의 전진 속도 대비 압출되는 속도가 낮아져 압출비가 증가하여 알루미늄 모세관(300)의 표면 결함이 증가할 수 있다.
도 5b는 제조된 알루미늄 모세관(300)의 설계 목표 값을 충족하는지 여부를 비교하기 위한 도면이다. 도 5b의 경우, 알루미늄 빌렛(200) 및 하우징 금형(120)을 400~480도 온도에서 5시간 이내에서 예열을 실시하였으며, 예열 후 알루미늄 빌렛(200)을 압출 장치(100)의 컨테이너(110)에 투입하여 직접 압출 방식으로 컨테이너(110) 온도를 400도~480도로 유지하고, 램의 압출 속도를 30~60m/min 조건에서 알루미늄 모세관(300-1, 300-2)을 제조하였다.
도 5b의 (a)와 같이 내경 목표를 0.98±0.01로 설정한 경우, 알루미늄 모세관(300-1)의 내경(20)은 0.983으로 내경 공차 ±0.01의 범위 이내에 충족하며, 도 5b의 (b)와 같이 내경 목표를 0.85±0.01로 설정한 경우, 알루미늄 모세관(300-2)의 내경(20)은 0.853으로 내경 공차 ±0.01의 범위 이내에 충족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 기존의 제조 공정 중 플러그 인발 공정을 삭제할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 인발 공정 없이 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치(100)를 이용한 압출 공정만으로 설계 사양을 충족하는 알루미늄 모세관(300)을 제조할 수 있다.
이와 같이 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치(100)는 종래의 압출-인발-열처리와 같은 3 단계 공정으로 제조된 구리 모세관에 비해 압출의 단일 공정만으로 설계 사양의 알루미늄 모세관(300)을 제조할 수 있어 공정 간소화로 인해 비용이 감소되는 효과가 있다.
한편, 복수의 다이 중 적어도 하나의 다이(130)는 홀(136)의 직경 또는 맨드릴(133)의 직경이 나머지 다이와는 상이할 수 있다. 이에 따라, 압출되는 복수의 알루미늄 모세관 중 적어도 하나의 알루미늄 모세관(300)의 외경(10) 및 내경(20)은 나머지 알루미늄 모세관과 상이할 수 있다. 이와 같이, 서로 상이한 외경(10) 및 내경(20)을 갖는 알루미늄 모세관(300)을 동시에 압출할 수 있다.
한편, 다이(130)의 구조에 대해, 보다 상세한 내용은 도 3a 및 3b를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 및 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 다이 중 하나의 다이를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 3a는 다이에 대한 사시도, 도 3b는 다이에 대한 수직 단면도이다.
램(140)에 의해 가압된 알루미늄 빌릿(200)이 유동하여 다이(130)를 통과하는 경우, 다이(130)를 통과하여 알루미늄 모세관(300)으로 압출되어 나오도록, 통로가 형성될 필요가 있다.
일 실시 예로서, 다이(130)는 상부 다이(131) 및 하부 다이(135)의 조립체로 구현될 수 있다. 여기서, 상부 다이(131)에는 적어도 하나의 입구(132) 및 맨드릴(133)이 형성될 수 있으며, 하부 다이(135)에는 홀(136)이 형성될 수 있다. 상부 다이(131) 및 하부 다이(135)는 서로 결합 또는 분리될 수 있으며, 경우에 따라 분리되지 않는 일체형의 형태로 구현될 수 있다.
상부 다이(131)의 입구(132) 및 하부 다이(135)의 홀(136)은 서로 연결되어, 램(140)에 의해 가압된 알루미늄 빌릿(200)이 상부 다이(131)의 입구(132)를 통해 하부 다이(135)의 홀(136)을 통과하여 알루미늄 모세관(300)으로 압출되어 나오도록 통로로서 기능할 수 있다. 여기서, 상부 다이(131)의 입구(132)는 알루미늄 빌릿(200)의 유동을 고려하여 상부 방향으로 갈수록 단면적의 넓이가 넓어질 수 있다.
이와 같이, 도 2c와 같이 홀(136)의 중심에는 맨드릴(133)이 위치할 수 있으며, 이때 알루미늄 빌릿(200)은 홀(136)에서 맨드릴(133)을 제외한 나머지 공간으로 유동되어 알루미늄 모세관(300)으로 압출될 수 있다. 즉, 램(140)에 의해 알루미늄 빌릿(200)이 가압된 경우, 홀(136)에 의해 가압된 알루미늄 빌릿(200)이 통과될 수 있는 영역에는 알루미늄 모세관(300)의 외관이 형성되고, 맨드릴(133)에 의해 가압된 알루미늄 빌릿(200)이 통과될 수 없는 영역에는 속이 빈 알루미늄 모세관(300)의 개구가 형성될 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 개시의 일 실시 예에 따른 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 압출 장치를 이용하여 알루미늄 모세관을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5a 내지 7을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따라 제조된 알루미늄 모세관을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하여, 본 개시의 일 실시 예에 따른 컨테이너(110) 및 컨테이너(110)의 일 측에 구비되며, 복수의 홀(136)이 형성된 복수의 다이(130)를 포함하는 하우징 금형(120)을 포함하는 압출 장치(100)를 이용한 알루미늄 모세관(300)을 제조하는 제조 방법은, 알루미늄 빌릿(200)을 컨테이너(110)에 투입하는 단계(S410); 알루미늄 빌릿(200)을 가열하는 단계(S420); 및 알루미늄 빌릿(200)이 복수의 홀(136)에 대응되는 단면 형상을 갖는 복수의 알루미늄 모세관(300)으로 압출되도록, 컨테이너(110)의 타 측에서 일 측 방향으로 알루미늄 빌릿(200)을 가압하는 단계(S430);를 포함하며, 여기에서 복수의 홀(136)의 개수는, 컨테이너(110)의 내부의 직경 및 복수의 홀(136) 각각의 직경에 기초하여 결정된다. 이 경우, 압출 장치(100)에는 상술한 설명이 동일하게 적용된다는 점에서, 중복되는 내용은 생략하기로 한다.
구체적으로, 본 개시의 일 실시 예에 따른 제조 방법은, 먼저 알루미늄 빌릿(200)을 컨테이너(110)에 투입할 수 있다(S410).
여기서, 컨테이너(110)에 투입되기 위한 알루미늄 빌릿(200)은 용해공정, 합금화 공정 및 탈가스 처리 공정 등을 거쳐 제조될 수 있다. 예를 들어, 650~750도의 온도 조건에서 알루미늄을 용해하고 용해된 알루미늄에 합금원소를 첨가한 후 10분에서 1시간 동안 유지시켜 합금화를 시킨 다음, 불활성 가스(예: 아르곤 버블링 가스)를 주입하여 탈가스 처리를 거쳐 알루미늄 빌릿(200)이 제조될 수 있다. 여기에서, 알루미늄 빌릿(200)은, 0.20 이상 및 0.40 이하의 중량%의 Mg 0.20 이상 및 0.60 이하의 중량%의 Zn 및 잔량의 Al을 포함할 수 있다. 구체적으로, 알루미늄 빌릿(200)에 포함된 Mg32(Al, Zn)49 상 및 Al3Mg2 상 중 적어도 하나에 의해, 알루미늄 빌릿(200)의 국부적인 부식(pitting 또는 틈새 부식)이 감소될 수 있다. 또한, Mg32(Al, Zn)49 상의 분율이 0.05%를 초과하지 않으며, Al3Mg2 상의 분율이 0.02%를 초과하지 않아 압출 또는 인발이 가능한 정도의 가공성을 확보할 수 있다. 나아가, 알루미늄 빌릿(200)은 알루미늄 빌릿(200)에 첨가된 합금 원소가 충분히 고용될 수 있도록, 알루미늄 빌릿(200)이 제조된 24시간 이내 460~500도 조건에서 알루미늄 빌릿(200)을 가열하여 열처리를 수행할 수 있다.
다음으로, 알루미늄 빌릿(200)을 가열할 수 있다(S420). 구체적으로, 알루미늄 빌릿(200)이 컨테이너(110)에 투입된 경우, 컨테이너(110) 내부에 수용된 알루미늄 빌릿(200)을 기설정된 온도(예: 400도~480도)로 가열할 수 있다. 이는 압출하려는 알루미늄 빌릿(200)의 유동성을 증가시키기 위함이다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 알루미늄 빌릿(200)을 가열하는 단계는 알루미늄 빌릿(200)을 컨테이너(110)에 투입하기 전에, 알루미늄 빌릿(200) 및 하우징 금형(120)을 기설정된 시간(예: 5시간) 이내 기설정된 온도(예: 400~480도)에서 가열하여 예열처리를 수행할 수도 있다. 이 경우 예열처리를 수행한 후에, 알루미늄 빌릿(200)을 컨테이너(110)에 투입할 수 있다(S410).
다음으로, 알루미늄 빌릿(200)이 복수의 홀(136)에 대응되는 단면 형상을 갖는 복수의 알루미늄 모세관(300)으로 압출되도록, 컨테이너(110)의 타 측에서 일 측 방향으로 알루미늄 빌릿(200)을 가압할 수 있다(S430).
예를 들어, 압출속도 30~60m/min 조건으로 컨테이너(110)의 타 측에서 일 측 방향으로 알루미늄 빌릿(200)을 가압할 수 있다. 이에 따라, 알루미늄 빌릿(200)이 복수의 홀(136)에 대응되는 단면 형상을 갖는 복수의 알루미늄 모세관(300)으로 압출될 수 있다.
여기서, 복수의 다이(130)는 알루미늄 모세관(300)의 외관을 형성하기 위한 복수의 홀(136)이 각각 형성될 수 있다. 알루미늄 빌릿(200)이 복수의 알루미늄 모세관(300)으로 압출되는 경우 복수의 알루미늄 모세관(300)의 단면 형상은 복수의 다이(130)에 형성된 복수의 홀(136)에 대응될 수 있다. 즉, 알루미늄 모세관(300)의 단면 형상은 다이(130)에 형성된 홀(136)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 복수의 홀(136)을 램(140)의 가압 방향에 수직한 평면으로 투영한 경우, 투영된 영역 중 가장 작은 영역이 복수의 알루미늄 모세관(300)의 단면 형상이 될 수 있다.
여기에서, 복수의 다이(130)는 복수의 홀(136)을 포함할 수 있다. 즉, 다이(130)는 알루미늄 모세관(300)의 외관을 형성하기 위한 홀(136)을 포함할 수 있다.
이 경우, 복수의 알루미늄 모세관(300) 각각의 외경(10)은 복수의 홀(136) 각각의 직경에 대응될 수 있다. 즉, 알루미늄 모세관(300)의 외경(10)은 홀(136)의 직경에 대응될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 모세관(300)의 외경(10)은 홀(136)의 직경에서 오차 범위 내의 값을 가질 수 있다.
여기에서, 복수의 다이(130)는 알루미늄 모세관(300)의 개구를 형성하기 위한 복수의 맨드릴(mandrel)(133)을 포함할 수 있다. 즉, 다이(130)는 알루미늄 모세관(300)의 개구를 형성하기 위한 맨드릴(133)을 포함할 수 있다.
이 경우, 복수의 알루미늄 모세관(300) 각각의 내경(20)은 복수의 맨드릴(133) 각각의 직경에 대응될 수 있다. 즉, 알루미늄 모세관(300)의 내경(20)은 맨드릴(133)의 직경에 대응될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 모세관(300)의 내경(20)은 맨드릴(133)의 직경에서 오차 범위 내의 값을 가질 수 있다.
여기에서, 복수의 알루미늄 모세관(300) 각각의 외경(10)은, 복수의 알루미늄 모세관(300) 각각의 내경(20)에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 알루미늄 모세관(300)의 외경(10)은, 알루미늄 모세관(300)의 내경(20)에 기초하여 결정될 수 있다. 이에 대한 설명은 도 5a와 함께 상술한 바 있다는 점에서 생략하기로 한다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 제조 방법은 복수의 알루미늄 모세관(300)이 기설정된 길이로 압출되면, 복수의 알루미늄 모세관(300)을 절단하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 여기서, 기설정된 길이는 알루미늄 모세관(300)의 외경(10) 및 내경(20) 등을 고려하여 결정된 길이를 지칭할 수 있다.
예를 들어, 램(140)의 전진 속도 및 압출비에 따라 복수의 알루미늄 모세관(300)이 특정한 속도로 압출되면 별도의 트리밍 와인더(미도시)를 통해 일정한 길이 또는 시간마다 복수의 알루미늄 모세관(300)을 절단할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 제조 방법은, 복수의 알루미늄 모세관(300)이 압출된 이후, 압출된 복수의 알루미늄 모세관(300)에 대해 인발을 수행하는 단계;를 더 포함 할 수 있다. 이때, 인발은 주로 상온에서 수행되는 냉간 가공 방법으로서 피가공 소재를 당김으로써 소재의 단면적을 감소시키는 형상으로 가공하는 방법이다. 이는 치수 안정성 및 기계적 물성 향상을 하기 위함이다.
여기에서, 도 6에 도시된 바와 같이 인발로 인한 알루미늄 모세관(300)의 단면 감소율이 40% 미만이 되도록, 1회의 인발을 수행하는 것으로 설정될 수 있다. 즉, 복수의 알루미늄 모세관(300)이 압출된 이후, 압출된 복수의 알루미늄 모세관(300)에 대해 1회의 인발을 수행할 수 있다. 이는 알루미늄 모세관(300)의 가공경화에 따른 응력 부식을 최소화하기 위함이다.
복수의 알루미늄 모세관(300)이 기설정된 길이로 압출되면, 복수의 알루미늄 모세관(300)을 절단하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 여기서, 기설정된 길이는 알루미늄 모세관(300)의 외경(10) 및 내경(20) 등을 고려하여 결정된 길이를 지칭할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하여, 본 개시의 일 실시 예에 따른 제조 방법은 알루미늄 빌릿(200)을 가압하여 복수의 알루미늄 모세관(300)이 압출되는 동안, 압출된 복수의 알루미늄 모세관(300-1, 300-2)을 접합하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 접합된 복수의 알루미늄 모세관(300-1, 300-2)이 기설정된 길이로 압출되면, 접합된 복수의 알루미늄 모세관(300-1, 300-2)을 절단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 일 실시 예로서 복수의 다이 중 적어도 하나의 다이(130)는 홀(136)의 직경 또는 맨드릴(133)의 직경이 나머지 다이와는 상이할 수 있다. 이에 따라, 압출되는 복수의 알루미늄 모세관 중 적어도 하나의 알루미늄 모세관(300)의 외경(10) 및 내경(20)은 나머지 알루미늄 모세관과 상이할 수 있다.
이상과 같은 본 개시의 일 실시 예에 따르면 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 상이한 외경(10) 및 내경(20)을 갖는 알루미늄 모세관(300)을 동시에 압출하면서 이들을 접합함으로써, 공정을 간소화시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성요소를 모두 도시되어 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결뿐 아니라, 다른 매체를 통한 간접적인 연결의 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다는 의미는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
100: 압출 장치
110: 컨테이너
120: 하우징 금형
130: 다이
140: 램
200: 알루미늄 빌릿
300: 알루미늄 모세관
110: 컨테이너
120: 하우징 금형
130: 다이
140: 램
200: 알루미늄 빌릿
300: 알루미늄 모세관
Claims (13)
- 압출 장치에 있어서,
컨테이너;
상기 컨테이너의 일 측에 구비되며, 복수의 홀이 형성된 복수의 다이를 포함하는 하우징 금형; 및
상기 컨테이너에 수용된 알루미늄 빌릿이 상기 복수의 홀에 대응되는 단면 형상을 갖는 복수의 알루미늄 모세관으로 압출되도록, 상기 컨테이너의 타 측에서 상기 일 측 방향으로 상기 컨테이너에 수용된 알루미늄 빌릿을 가압하는 램;을 포함하며,
상기 복수의 홀의 수는,
상기 컨테이너의 내부의 직경 및 상기 복수의 홀 각각의 직경에 기초하여 결정되는, 압출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 다이는,
상기 복수의 알루미늄 모세관의 개구를 형성하기 위한 복수의 맨드릴을 포함하고,
상기 복수의 알루미늄 모세관 각각의 내경은,
상기 복수의 맨드릴 각각의 직경에 대응되는, 압출 장치. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 알루미늄 모세관 각각의 외경은,
상기 복수의 홀 각각의 직경에 대응되며, 상기 복수의 알루미늄 모세관 각각의 내경에 기초하여 결정되는, 압출 장치. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 다이 중 적어도 하나의 다이는,
홀의 직경 또는 맨드릴의 직경이 나머지 다이와는 상이한, 압출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 컨테이너에 수용된 알루미늄 빌릿을 가열하기 위한 히터;를 더 포함하는, 압출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 빌릿은,
0.20 이상 및 0.40 이하의 중량%의 Mg;
0.20 이상 및 0.60 이하의 중량%의 Zn; 및
잔량의 Al; 을 포함하는, 압출 장치. - 컨테이너 및 상기 컨테이너의 일 측에 구비되며, 복수의 홀이 형성된 복수의 다이를 포함하는 하우징 금형을 포함하는 압출 장치를 이용한 알루미늄 모세관을 제조하는 제조 방법에 있어서,
알루미늄 빌릿을 상기 컨테이너에 투입하는 단계;
상기 알루미늄 빌릿을 가열하는 단계; 및
상기 알루미늄 빌릿이 상기 복수의 홀에 대응되는 단면 형상을 갖는 복수의 알루미늄 모세관으로 압출되도록, 상기 컨테이너의 타 측에서 상기 일 측 방향으로 상기 알루미늄 빌릿을 가압하는 단계;를 포함하며,
상기 복수의 홀의 개수는,
상기 컨테이너의 내부의 직경 및 상기 복수의 홀 각각의 직경에 기초하여 결정되는, 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 복수의 다이는,
복수의 알루미늄 모세관의 개구를 형성하기 위한 복수의 맨드릴을 포함하고,
상기 복수의 알루미늄 모세관 각각의 내경은,
상기 복수의 맨드릴 각각의 직경에 대응되는, 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 복수의 알루미늄 모세관 각각의 외경은,
상기 복수의 홀 각각의 직경에 대응되며, 상기 복수의 알루미늄 모세관 각각의 내경에 기초하여 결정되는, 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 복수의 다이 중 적어도 하나의 다이는,
홀의 직경 또는 맨드릴의 직경이 나머지 다이와는 상이한, 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 알루미늄 빌릿을 가압하여 상기 복수의 알루미늄 모세관이 압출되는 동안, 상기 압출된 복수의 알루미늄 모세관을 접합하는 단계;를 더 포함하는, 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 복수의 알루미늄 모세관이 기설정된 길이로 압출되면, 상기 복수의 알루미늄 모세관을 절단하는 단계;를 더 포함하는, 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 알루미늄 빌릿은,
0.20 이상 및 0.40 이하의 중량%의 Mg;
0.20 이상 및 0.60 이하의 중량%의 Zn; 및
잔량의 Al; 을 포함하는, 제조 방법.
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