자동차 Engine의 高출력화 및 강화된 환경규제로 인하여 배기온도는 지속적으로 상승추세에 있다. 동일 엔진용량에 출력이 약 25% 증가되는 터보의 장착은 엔진 배기온도의 상승을 더 가속하는 상황이다. 또한 유럽에서 Euro-Ⅴ이후 강화된 환경규제 및 미국 Florida州를 선두로 한 북미 환경규제 강화 움직임도 배기온도의 상승을 불가피하게 하는 상황이다. 배기 Gas 다기관 (Exhaust Manifold)은 현재 SiMo 구상흑연주철이 주로 사용되고 있으나 점진적으로 ...
자동차 Engine의 高출력화 및 강화된 환경규제로 인하여 배기온도는 지속적으로 상승추세에 있다. 동일 엔진용량에 출력이 약 25% 증가되는 터보의 장착은 엔진 배기온도의 상승을 더 가속하는 상황이다. 또한 유럽에서 Euro-Ⅴ이후 강화된 환경규제 및 미국 Florida州를 선두로 한 북미 환경규제 강화 움직임도 배기온도의 상승을 불가피하게 하는 상황이다. 배기 Gas 다기관 (Exhaust Manifold)은 현재 SiMo 구상흑연주철이 주로 사용되고 있으나 점진적으로 SUS 재질로 변경되고 있는 상황이다. 현재 약 1,500원/Kg 수준의 구상흑연주철이 SUS 주강으로 변경되면 단가 13,000원/Kg 수준으로 상승하게 되므로 자동차 MAKER로서는 심한 원가상승 압박을 받게 된다. 그러므로 SUS 박육화를 통하여 경량화를 추진하는 것이 불가피한 선택이 된다. 그러나 SUS 주강 박육화에는 기술적인 한계가 있다. 통상 4.5 mm의 SUS 주강 주물 두께는 현재 상온의 Shell Mold 중력주조 공법으로 양산을 하고 있으나, 주물 두께가 2.5 mm로 얇아지면 용탕 유동성이 문제가 되어 많은 수축과 탕경 불량이 발생한다. 그러므로 2.5 mm 박육의 SUS 주강을 생산하기 위해서는 불가피하게 정밀주조 공법인 Investment 공법을 채용할 수 밖에 없는 상황이다. Investment 공법은 아주 안정되고 품질이 대단히 우수한 정밀주조 공법으로서 항공기 터빈 블레이드 등을 생산하는 공법이다. 그러나 Investment 공법은 자동차 산업에는 적합하지가 않다. Investment 공법은 Wax를 Slurry로 코팅하는 과정이 약 8 ∼ 10회 되므로 작업성이 나쁘고, 또한 코팅된 Slurry를 장시간 습도 및 온도가 제어된 상태에서 건조를 시켜야 한다. 이런 과정은 결국 대량 생산성 확보가 어려워 Investment 공법의 양산단가를 약 30,000원/Kg 수준으로 상승시키는데, 이것은 자동차산업에서 수용하기 어려운 양산단가이다. 그러므로 Investment 정밀주조 공법을 대체하는 자동차용 新 정밀주조 공법의 개발이 필요하게 된다. 新 정밀주조 공법은 주조현장에서 일반적으로 사용되는 Shell 중자를 간단히 무기 바인더계 Slurry에 Dipping 시키는 공정에 의해서 Shell 중자에 성형강도를 부여하는 유기 바인더 (레진계 바인더)를 무기 바인드로 전환하는 공법이다. 이 新 정밀주조 공법에서 핵심이 되는 기술은 무기 바인더 시스템 즉, 세라믹 바인더의 개발이 된다. 자동차 산업 환경적으로 박육기술이 요구되는 상황을 정리하면, o 친환경 고연비 자동차 파워트레인의 핵심부품으로서 요구되는 특성 조건이 매우 가혹해지고 있는 상황에서 친환경 고출력 엔진의 경우 폭발압 증대에 따른 고강도화 및 충돌 안정성, 박육화에 의한 경량화, 900℃이상의 동작온도까지 사용할 수 있는 내열화 및 가격 경쟁력 등이 동시에 이루어져하는데, 이러한 요구조건을 모두 만족시킬 수 있는 주강 소재의 고특성 박육 강인화가 필수적이다. o 자동차 엔진 경량화 및 성능 고도화를 위해서는 실린더 블록의 박육 고강도화 및 배기 매니폴드의 박육 고내열화 등의 부품별 요구 동작특성이 동시에 만족되어야 한다. 이러한 자동차 산업의 필수적인 요구사항을 만족시키는 목표로 박육 고온몰드 공법 및 관련 세라믹 바인더 기술개발 및 연구가 이루어졌으며 본 논문에서는 신기술 개발에 필수적인 요소들인 세라믹 바인더, 사재생성 Pilot 검증 등에 수행된 연구를 기술하였다. Abstract The Development of Thin-Walled SUS High Temperature Mold Process For Automotive EXHAUST MANIFOLD by ChangSeop Lee School of Nano & Advanced Materials Engineering, Changwon National University The investment process is not inadequate for automotive industry because of its repeated coating process, long drying time, and dewaxing process. Therefore, a new investment process for automotive exhaust manifold and turbine housing has been developed by adopting shell core for thin precision casting. By simple dipping the core into the ceramic binder and drying of alcohol, the mold is ready to put to firing process like investment process. As a result, the time consuming and difficult handling related to the wax and coating jobs are replaced to the simple shoting, dipping, and drying of shell core. Even though Japanese company has developed firstly this kind process, more simple ceramic binder and inovation process for thin precision casting have been developed through the present study.
자동차 Engine의 高출력화 및 강화된 환경규제로 인하여 배기온도는 지속적으로 상승추세에 있다. 동일 엔진용량에 출력이 약 25% 증가되는 터보의 장착은 엔진 배기온도의 상승을 더 가속하는 상황이다. 또한 유럽에서 Euro-Ⅴ이후 강화된 환경규제 및 미국 Florida州를 선두로 한 북미 환경규제 강화 움직임도 배기온도의 상승을 불가피하게 하는 상황이다. 배기 Gas 다기관 (Exhaust Manifold)은 현재 SiMo 구상흑연주철이 주로 사용되고 있으나 점진적으로 SUS 재질로 변경되고 있는 상황이다. 현재 약 1,500원/Kg 수준의 구상흑연주철이 SUS 주강으로 변경되면 단가 13,000원/Kg 수준으로 상승하게 되므로 자동차 MAKER로서는 심한 원가상승 압박을 받게 된다. 그러므로 SUS 박육화를 통하여 경량화를 추진하는 것이 불가피한 선택이 된다. 그러나 SUS 주강 박육화에는 기술적인 한계가 있다. 통상 4.5 mm의 SUS 주강 주물 두께는 현재 상온의 Shell Mold 중력주조 공법으로 양산을 하고 있으나, 주물 두께가 2.5 mm로 얇아지면 용탕 유동성이 문제가 되어 많은 수축과 탕경 불량이 발생한다. 그러므로 2.5 mm 박육의 SUS 주강을 생산하기 위해서는 불가피하게 정밀주조 공법인 Investment 공법을 채용할 수 밖에 없는 상황이다. Investment 공법은 아주 안정되고 품질이 대단히 우수한 정밀주조 공법으로서 항공기 터빈 블레이드 등을 생산하는 공법이다. 그러나 Investment 공법은 자동차 산업에는 적합하지가 않다. Investment 공법은 Wax를 Slurry로 코팅하는 과정이 약 8 ∼ 10회 되므로 작업성이 나쁘고, 또한 코팅된 Slurry를 장시간 습도 및 온도가 제어된 상태에서 건조를 시켜야 한다. 이런 과정은 결국 대량 생산성 확보가 어려워 Investment 공법의 양산단가를 약 30,000원/Kg 수준으로 상승시키는데, 이것은 자동차산업에서 수용하기 어려운 양산단가이다. 그러므로 Investment 정밀주조 공법을 대체하는 자동차용 新 정밀주조 공법의 개발이 필요하게 된다. 新 정밀주조 공법은 주조현장에서 일반적으로 사용되는 Shell 중자를 간단히 무기 바인더계 Slurry에 Dipping 시키는 공정에 의해서 Shell 중자에 성형강도를 부여하는 유기 바인더 (레진계 바인더)를 무기 바인드로 전환하는 공법이다. 이 新 정밀주조 공법에서 핵심이 되는 기술은 무기 바인더 시스템 즉, 세라믹 바인더의 개발이 된다. 자동차 산업 환경적으로 박육기술이 요구되는 상황을 정리하면, o 친환경 고연비 자동차 파워트레인의 핵심부품으로서 요구되는 특성 조건이 매우 가혹해지고 있는 상황에서 친환경 고출력 엔진의 경우 폭발압 증대에 따른 고강도화 및 충돌 안정성, 박육화에 의한 경량화, 900℃이상의 동작온도까지 사용할 수 있는 내열화 및 가격 경쟁력 등이 동시에 이루어져하는데, 이러한 요구조건을 모두 만족시킬 수 있는 주강 소재의 고특성 박육 강인화가 필수적이다. o 자동차 엔진 경량화 및 성능 고도화를 위해서는 실린더 블록의 박육 고강도화 및 배기 매니폴드의 박육 고내열화 등의 부품별 요구 동작특성이 동시에 만족되어야 한다. 이러한 자동차 산업의 필수적인 요구사항을 만족시키는 목표로 박육 고온몰드 공법 및 관련 세라믹 바인더 기술개발 및 연구가 이루어졌으며 본 논문에서는 신기술 개발에 필수적인 요소들인 세라믹 바인더, 사재생성 Pilot 검증 등에 수행된 연구를 기술하였다. Abstract The Development of Thin-Walled SUS High Temperature Mold Process For Automotive EXHAUST MANIFOLD by ChangSeop Lee School of Nano & Advanced Materials Engineering, Changwon National University The investment process is not inadequate for automotive industry because of its repeated coating process, long drying time, and dewaxing process. Therefore, a new investment process for automotive exhaust manifold and turbine housing has been developed by adopting shell core for thin precision casting. By simple dipping the core into the ceramic binder and drying of alcohol, the mold is ready to put to firing process like investment process. As a result, the time consuming and difficult handling related to the wax and coating jobs are replaced to the simple shoting, dipping, and drying of shell core. Even though Japanese company has developed firstly this kind process, more simple ceramic binder and inovation process for thin precision casting have been developed through the present study.
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