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최근 에너지 절감을 위한 자동차 기계의 경량화, 고강도화가 절실히 요구됨에 따라 철계 합금이 주를 이루던 자동차 부품 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 실린더 블록(Cylinder Block)의 Al 합금화를 통해 뛰어난 연비절감 효과를 기대할 수 있게 되었다. 실린더 블록은 주로 다이캐스팅 공정으로 생산되고 있는데, 현재 생산되고 있는 직렬 6기통(L6) 알루미늄 블록에는 탕경(cold shut), 가스 포집, 개재물 등과 같이 용탕의 충전단계에서 탕류에 기인하는 결함이나 응고 과정 중에 발생하는 수축공(shrinkage) 결함이 빈번하게 발생하고 있어 결함 없는 ...

최근 에너지 절감을 위한 자동차 기계의 경량화, 고강도화가 절실히 요구됨에 따라 철계 합금이 주를 이루던 자동차 부품 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 실린더 블록(Cylinder Block)의 Al 합금화를 통해 뛰어난 연비절감 효과를 기대할 수 있게 되었다. 실린더 블록은 주로 다이캐스팅 공정으로 생산되고 있는데, 현재 생산되고 있는 직렬 6기통(L6) 알루미늄 블록에는 탕경(cold shut), 가스 포집, 개재물 등과 같이 용탕의 충전단계에서 탕류에 기인하는 결함이나 응고 과정 중에 발생하는 수축공(shrinkage) 결함이 빈번하게 발생하고 있어 결함 없는 제품 개발에 대한 연구가 매우 절실한 상태이다. 본 연구에서는 다이캐스팅 공정으로 현재 생산되고 있는 직렬 6기통 실린더 블록의 주조결함을 예측하기 위해 수치해석을 사용하였다. 이를 토대로 사출속도, 주입온도, ingate 단면적 등의 주조 조업조건들이 주조결함을 억제하는 영향을 해석함으로써 주조결함을 최소화시킬 수 있는 최적의 주조 공정변수를 도출해 보고자 하였다. 현 조건의 실린더 블록 해석결과, 표면의 기공 결함, 보어(bore) 사이의 main oil gallery, crank journal 과 조립 hole 등에서의 수축공 발생률이 가장 높았으며, 실제 제품에서도 이를 확인할 수 있었다. 현 조건에서 발견된 결함을 억제할 수 있는 방안을 찾기 위하여 고속 사출속도를 5.8ms에서 6.5ms, 7.2ms로 높여보았으나 결함양상에는 큰 영향을 주지 못했다. 용탕 주입온도를 695℃에서 670℃, 650℃로 낮춘 결과 온도가 감소할수록 기체 발생에 의한 기공결함이 감소하였으나, 미충전(misrun), 탕경(cold shut)의 발생 위험과 알루미늄 라이너(liner)와의 접합률 문제로 670℃이하로 온도를 낮추는 것은 불가능한 것으로 예측되었다. Ingate 단면의 폭을 각각 1mm, 2mm 늘린 경우와 돌기형상을 추가한 경우, ingate 단면적이 증가할수록 수축결함이 현저히 감소하는 것을 알 수 있었다. 이러한 다양한 해석들을 통해 실린더 블록의 결함을 감소시키는 가장 효과적인 주조 변수는 ingate 단면적이라는 결론을 내렸다. 보다 효과적으로 결함을 제어하기 위해서는 저온 용탕 주입과 고속 사출 속도, ingate 단면적의 확대 등의 주조 변수들을 종합적으로 적용하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently in the automobile industry, the aluminium alloys by which cast iron is being replaced have been studied for the purpose of saving fuel expenses. In particular, fuel expenses can be extremely reduced through casting the weightiest engine part in Al alloy, such as a cylinder block.The L6 alum...

Recently in the automobile industry, the aluminium alloys by which cast iron is being replaced have been studied for the purpose of saving fuel expenses. In particular, fuel expenses can be extremely reduced through casting the weightiest engine part in Al alloy, such as a cylinder block.The L6 aluminium cylinder block manufactured by High Pressure Die Casting (HPDC) has been reported to have lots of defects, such as cold shut, gas porosity, and shrinkage. Therefore it is definitely necessary to improve the quality of products.In this study, the defects of L6 cylinder block currently produced via HPDC were predicted by the numerical model. These predicted defects areas were almost identical to those of real product. Hence, the numerical results were proven to be applicable. Based on these results under the current casting conditions, the effects of shot velocity, pouring temperature and ingate shape on the casting defects were examined by simulation. It has been concluded that most effective parameter to reduce the defects of cylinder block was the cross-section area of ingate.

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