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문제 정의
- 특히 단순 구조재가 아닌 고내압 기밀성을 요하는 고기능성 부품의 다이캐스팅 주조에 있어서 이러한 파단칠 층이 제품의 주조성 및 내부품질에 미치는 영향에 대한 체계 적인 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 높은 내 부품질 수준을 요하는 고기능성 제품을 중심으로 용탕 급탕시 발생하는 파단칠층이 주조성에 미치는 영향을 분석하고 그에 따라 사출 슬리브의 온도를 적절히 변화시켜 온도변화에 따른 파단칠층의 거동을 체계적으로 분석하여 주조품의 트리밍 불량 및 기포, 박리 등의 내부 결함을 최소화 할 수 있는 최적의 사출 슬리브 관리 조건을 설정하는데 기초 자료를 저)공하고자 하였다.
제안 방법
- 사출 슬리브의 온도 변화는 온도 조절기를 적용하지 않은 경우를 포함해서 온도 조절기 설정온도를 200, 250, 280。(2로 변화시켜 가며 조건 당 30개씩 시험 주조하였으며 설정 온도 변경시 마다 온도 안정화를 위해 10개씩 주조 후 시험 주조하였다. 각 조건에 따른 실험 결과 분석을 위해 각 조건에 따른 샘플의 비스켓을 절단하여 파단칠층의 형성량을 비교하고 또 제품의 게이트 부를 절단하여 절단부의 조직과 트리밍 파면을 관찰하였다.
- 사출 슬리브의 온도 변화는 온도 조절기를 적용하지 않은 경우를 포함해서 온도 조절기 설정온도를 200, 250, 280。(2로 변화시켜 가며 조건 당 30개씩 시험 주조하였으며 설정 온도 변경시 마다 온도 안정화를 위해 10개씩 주조 후 시험 주조하였다. 각 조건에 따른 실험 결과 분석을 위해 각 조건에 따른 샘플의 비스켓을 절단하여 파단칠층의 형성량을 비교하고 또 제품의 게이트 부를 절단하여 절단부의 조직과 트리밍 파면을 관찰하였다. 아울러 각 조건에 따른 제품의 기공도를 밀도계 (Densimeter, SD120L)를 이용하여 밀도를 측정하여 상호 비교 하였다.
- 6kW for heating, 70 kW for cooling)를 내열 호스를 통해 연결하였고 슬리브 온도 조절용 오일은 특수 고온용 합성유 (Therminnol 66)를 사용하였다. 또 각 실험 조건에 따른 슬리 브의 온도 측정을 위해 Fig. 2와 같이 사출 슬리브에 열전대 를 슬리브의 용탕 주입 직하부(T1), 기계 플래턴 삽입부(T2) 그리고 금형 슬리브와 만나는 부위 (T3)에 각각 장착 한 후 온도 기록계(Yokogawa SR1000)에 연결하여 온도를 연속 측정하였다.
- 2에 사출 슬리브 시스템과 실험장치의 개략도를 나타내었다. 사출 슬리브 하부의 양 편측에 각각 3개의 채널을 길이 방향으로 설치하였고 끝 단부에는 링 타입의 채널을 설치하였다. 유로를 설치한 사출 슬리브에 온도 조절기(Max.
- 사출 슬리브에서 형성된 파단칠층이 플런져 팁에 의해 강제 유입되어 제품의 용탕 충전에 미치는 영향을 알아보기 위해 컴퓨터 충전해석을 실시하였다. 해석에 사용한 소프트웨어는 주 조해석 전용 코드인 MAGMAsoft(Vr.
- 사출 슬리브에서의 온도 변화에 따른 파단칠층의 거동을 평 가하기 위해 사출 슬리브에 가열, 냉각을 위한 유로(Oil Channel)를 설계, 제작하였다. 사출 슬리브는 STD61 재질로 직경 080, 길이 660 mm의 일체형 슬리브를 적용하였으며 주 조기는 TOSHIBA 800Ton(CL type)을 적용하였다.
- 각 조건에 따른 실험 결과 분석을 위해 각 조건에 따른 샘플의 비스켓을 절단하여 파단칠층의 형성량을 비교하고 또 제품의 게이트 부를 절단하여 절단부의 조직과 트리밍 파면을 관찰하였다. 아울러 각 조건에 따른 제품의 기공도를 밀도계 (Densimeter, SD120L)를 이용하여 밀도를 측정하여 상호 비교 하였다.
- 알루미늄 고압 다이캐스팅에서 사출 슬리브에서 발생하는 파 단칠층이 제품의 품질에 미치는 영향과 사출 슬리브의 온도 변화에 따른 파단칠층의 거동 분석을 통해 다음과 같은 결론 을 얻었다.
- ,e Body)로서 오토 트랜스미션의 유압제어 부품으로 매우 복잡한 유로 및 두꺼운 두께의 형상을 갖고 높은 내압기밀성과 주조 후 밸브 조립을 위해 몸체에 많은 홀 가공이 이루어지는 것을 특징으로 한다. 해석은 주조시 제품부(cavity)로 용탕이 유입되는 게이트 부에 파단칠층이 형성되지 않고 충전되는 경우(Case 1)와 게이트부에 파단칠층이 형성되어 있는 경우(Case 2)로 나 누어서 해석을 진행하였다. Case 2의 경우를 설정하는데 있어서 파단칠층의 형상과 위치는 실 주조품에서 형성되어 있는 파단칠층을 반영하였으며 Fig.
대상 데이터
- 사출 슬리브에서의 온도 변화에 따른 파단칠층의 거동을 평 가하기 위해 사출 슬리브에 가열, 냉각을 위한 유로(Oil Channel)를 설계, 제작하였다. 사출 슬리브는 STD61 재질로 직경 080, 길이 660 mm의 일체형 슬리브를 적용하였으며 주 조기는 TOSHIBA 800Ton(CL type)을 적용하였다. Fig.
- 사출 슬리브 하부의 양 편측에 각각 3개의 채널을 길이 방향으로 설치하였고 끝 단부에는 링 타입의 채널을 설치하였다. 유로를 설치한 사출 슬리브에 온도 조절기(Max.Temp. 300℃, Capa. 6kW for heating, 70 kW for cooling)를 내열 호스를 통해 연결하였고 슬리브 온도 조절용 오일은 특수 고온용 합성유 (Therminnol 66)를 사용하였다. 또 각 실험 조건에 따른 슬리 브의 온도 측정을 위해 Fig.
- 사출 슬리브에서 형성된 파단칠층이 플런져 팁에 의해 강제 유입되어 제품의 용탕 충전에 미치는 영향을 알아보기 위해 컴퓨터 충전해석을 실시하였다. 해석에 사용한 소프트웨어는 주 조해석 전용 코드인 MAGMAsoft(Vr.4.2 SR2)를 사용하였으 며 해석 대상 제품은 자동차 오토 밸브 바디 (Auto Val.,e Body)로서 오토 트랜스미션의 유압제어 부품으로 매우 복잡한 유로 및 두꺼운 두께의 형상을 갖고 높은 내압기밀성과 주조 후 밸브 조립을 위해 몸체에 많은 홀 가공이 이루어지는 것을 특징으로 한다. 해석은 주조시 제품부(cavity)로 용탕이 유입되는 게이트 부에 파단칠층이 형성되지 않고 충전되는 경우(Case 1)와 게이트부에 파단칠층이 형성되어 있는 경우(Case 2)로 나 누어서 해석을 진행하였다.
성능/효과
- (1) 실 주조품의 게이트부에 형성된 파단칠층을 모델링하여 행한 충전해석 결과 용탕의 충전 양상이 파단칠층이 없는 경우에 비해 불균일하고 그로 인해 기포의 발생 가능성이 상대적으로 높아지는 것으로 나타났다.
- (2) 사출 슬리브 온도를 200, 250, 280℃로 변화시켜가며 주조품의 비스켓 및 게이트부의 파단칠층 생성량을 분석한 결과 온도가 증가할수록 파단칠층의 생성량이 감소되었으며 28VC에서 가장 적은 파단칠층이 관찰되었고 또 트리밍 후 가장 양호한 파면을 보였다. 이로써 사출 슬리브의 온도 조절을 통해 싸이클 타임 증가 없이 효과적으로 파단칠층을 저감할 수 있었다.
- (3) 슬리브 온도를 증가하며 주조품의 밀도를 측정한 결과 슬리브 온도 조절기를 적용하지 않은 경우와 비교하여 밀도 값 상승이 큰 것으로 나타났고 28CPC의 경우에서 2.722 g/cm 로 최대 값을 나타내었다. 28(TC로 설정한 경우에서는 제품부 과열로 인해 간혹 소착 불량이 발생하여 향후 금형 냉각시스템 개선 및 용탕 급탕 온도 저감 등을 통한 보완 연구가 필 요할 것으로 판단된다.
- 전술한 바와 같이 사출시 슬리브에서 형성된 파단칠층이 실주 조품의 파단칠층의 형상을 모델링하여 해석한 결과라 할지라도 Case 2에서 가정한 바와 같이 반드시 사출 전 게이트에 파단 칠층이 먼저 게이트를 막고 있는 상태에서 사출이 진행된다고 는 할 수 없다. 그러나 본 충전해석 결과를 통해서 Fig. 7의 비스켓에 형성된 파단칠층의 형상이 Fig. 5의 T1 부의 비교적 용탕의 온도 저하가 적은 용탕 부위임에도 불구하고 그 수량 이 많고 형상이 비교적 긴 것으로 보아 Fig. 5의 T2부의 비교적 용탕의 온도 저하가 심한 사출시 초기에 주입되는 용탕 을 통해 유입되는 파단칠층의 수량은 훨씬 많고 길이 또한 더욱 길어 제품부 충전 중 본 해석에서 가정한 경우처럼 충전 중 용탕의 흐름을 방해하여 기포 발생 가능성이 높아진다고 판단된다. 이러한 해석 결과는 파단칠층의 생성이 단순히 주조 품의 트리밍 작업시 파단칠층 파단으로 인한 치수 불량뿐 아니라 충전시 용탕의 탕흐름에 큰 영향을 미쳐 내부 결함에 큰 영향을 미치는 중요한 요소로 작용한다고 추측할 수 있으며 특히 본 과제의 밸브바디와 같은 복잡한 형상을 갖는 제품에 서는 제품의 게이트부와 유로부에 파단칠층이 사출시 걸쳐있을 가능성이 상대적으로 높아서 이로 인한 탕흐름을 방해할 가능성이 더욱 높아 파단칠층의 형성 방지를 위한 근본적인 조치 가 더욱 필요하리라 생각된다.
- Case 1과 Case 2의 경우 충전시간은 동일하였고 충전 완료시 까지 용탕온도가 액상선 이하로 떨어지지 않는 양호한 충전거 동을 나타내었다. 그러나, 40% 충전시 Case 1의 파단칠층이 없는 경우에는 탕흐름의 주방향이 직진하며 또 전체적으로 균 일하게 충전되는 반면 파단칠층이 형성되어 있는 Case 2의 경 우에서는 탕흐름의 주방향이 한쪽으로 치우쳐 충전되고 전체적인 충전 양상도 Case 1에 비해 불균일한 것으로 나타났다.
- 슬리브 온도 조절기를 사용하지 않은 경우에 비해 200, 250, 280℃로 설정 온도가 높아 질수록 평균 밀도 값이 증가 하여 기포 발생도가 감소하는 것으로 나타났으며 280℃의 경 우에서 2.722 g/cnF로 최대 값을 나타내었다. 특히, 슬리브에 인위적으로 승온시킨 경우가 온도 조절기를 적용하지 않은 경우에 비해서 큰 폭의 밀도 상승이 일어났는데 이는 슬리브 승 온에 따른 파단칠층의 감소로 충전시 와류에 의한 기포 형성 가능성이 줄어들었기 때문으로 판단되며 이는 앞서 행한 파단 칠층에 의한 용탕 충전 거동 방해로 전체 부품의 기포 불량 가능성이 높아진 충전 해석결과와 잘 일치한다.
- 예상한 바와 같이 Case 2의 경우에서 충전 거동시 와류가 나타난 부위를 중심으로 더 높은 압력분포를 나타내 기포결함 가능성이 전반적으로 높은 것으로 나타났으며 특히 파단칠층이 존재하는 부위에서는 새로이 기포 결함이 생성될 가능성이 높 아졌다. Case 2의 경우에서 기포 결함 가능성이 상대적으로 Case 1보다 높아진 것은 충전 해석 결과 용탕의 충전 양상이 Case 1에 비해 전체적으로 불균일하여 그로 인한 용탕의 와류 로 인한 가스의 함유 가능성이 높아졌기 때문으로 여겨진다.
- (2) 사출 슬리브 온도를 200, 250, 280℃로 변화시켜가며 주조품의 비스켓 및 게이트부의 파단칠층 생성량을 분석한 결과 온도가 증가할수록 파단칠층의 생성량이 감소되었으며 28VC에서 가장 적은 파단칠층이 관찰되었고 또 트리밍 후 가장 양호한 파면을 보였다. 이로써 사출 슬리브의 온도 조절을 통해 싸이클 타임 증가 없이 효과적으로 파단칠층을 저감할 수 있었다.
후속연구
- 722 g/cm 로 최대 값을 나타내었다. 28(TC로 설정한 경우에서는 제품부 과열로 인해 간혹 소착 불량이 발생하여 향후 금형 냉각시스템 개선 및 용탕 급탕 온도 저감 등을 통한 보완 연구가 필 요할 것으로 판단된다.
- 5의 T2부의 비교적 용탕의 온도 저하가 심한 사출시 초기에 주입되는 용탕 을 통해 유입되는 파단칠층의 수량은 훨씬 많고 길이 또한 더욱 길어 제품부 충전 중 본 해석에서 가정한 경우처럼 충전 중 용탕의 흐름을 방해하여 기포 발생 가능성이 높아진다고 판단된다. 이러한 해석 결과는 파단칠층의 생성이 단순히 주조 품의 트리밍 작업시 파단칠층 파단으로 인한 치수 불량뿐 아니라 충전시 용탕의 탕흐름에 큰 영향을 미쳐 내부 결함에 큰 영향을 미치는 중요한 요소로 작용한다고 추측할 수 있으며 특히 본 과제의 밸브바디와 같은 복잡한 형상을 갖는 제품에 서는 제품의 게이트부와 유로부에 파단칠층이 사출시 걸쳐있을 가능성이 상대적으로 높아서 이로 인한 탕흐름을 방해할 가능성이 더욱 높아 파단칠층의 형성 방지를 위한 근본적인 조치 가 더욱 필요하리라 생각된다.
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