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문제 정의
- 있다. 본 논문에서는 LPI 자동차 레귤레이터 고품질화된 성형제품 생산을 위하여 결함의 발생원인에 대한 이해를 통해 제조공정에서 발생하는 결함을 예측하고, 특히 오버플로우의 개소에 따라 제품의 성형에 관한 신뢰성을 증명하고자 하였다.
- 비를 감소시 킬 수 있다는 데 있다. 이에 본 논문에서는 제품의 품질에 많은 영향을 주는 다이캐스팅 생산조건 및 캐스팅 부품의 오버플로우의 영향에 대하여 실험하여 연구의 차별성을 주었다.
제안 방법
- Fig. 5에서와 같이 오버플로우는 가스의 혼입이 많은 용 탕에 설치하고, 금형 의 온도분포를 균일하게 하며 에어 벤트로 용 탕이 밀려가지 않게 방지하고, 용탕이 충진 중에 압력이 낮게 유지하는 역할을 충분히 할 수 있도록 설계 하였다. 또한 소수의 큰 것 보다는 다수의 작은 오버플로우를 흐름과 같은 방향으로 좁게 설치하여 용탕이 입구로 역류하여 후속용탕의 충진이 방해되지 않도록 하였다.
- 다이캐스팅 알루미늄 용용상태에서 응고가 완료된 후 온도분포를 비교 분석하였다. Fig.
- 다이캐스팅 주조과정에서의 유동 및 응고 과정에 따르는 제 현상들을 예측하고, 주조설계에 있어서 최적화를 통하여 생산성 및 품질의 극대화를 얻고자 LPI 차량의 연료압력 레귤레이터의 성형해석을 실시하였다. 그 결과 부품의 경량화 및 고품질제품을 생산하기 위하여 시험모델을 대상으로 품질에 관여하는 영향인자들에 대하여 조사를 하였으며, 그 결과 게이트부, 주조 속도 및 캐스팅 압력이 매우 중요하며, 요인 중 오버플로우가 기공, 용탕 유동 및 응고에 영힝을 주었다.
- 대체소재를 공정 합금으로 선택한 이유는 공정조성 합금의 경우 주조재로서 유동성이 좋으며, 응고 중 등온변태에서 나타나는 현상으로 급랭으로 인해 조직이 미세화 되는 등의 특성을 가지고 있어 정량적인 해석이 아닌 전형적인 유동 및 응고패턴을 보여주는 정성적인 해석에 적절한 소재라고 판단하였다. 따라서 본 해석에서는 레귤레이터의 충진 및 응고시 결함생성 현상과 가압 공정시 가압의 영향 등을 위주로 평가하였다. 또한, 모델링 파일을 STL 파일로 전환하여 Z-CAST로 불러들인 주형 및 게이트부를 메쉬를 하였다.
- 5에서와 같이 오버플로우는 가스의 혼입이 많은 용 탕에 설치하고, 금형 의 온도분포를 균일하게 하며 에어 벤트로 용 탕이 밀려가지 않게 방지하고, 용탕이 충진 중에 압력이 낮게 유지하는 역할을 충분히 할 수 있도록 설계 하였다. 또한 소수의 큰 것 보다는 다수의 작은 오버플로우를 흐름과 같은 방향으로 좁게 설치하여 용탕이 입구로 역류하여 후속용탕의 충진이 방해되지 않도록 하였다.
- 따라서 본 해석에서는 레귤레이터의 충진 및 응고시 결함생성 현상과 가압 공정시 가압의 영향 등을 위주로 평가하였다. 또한, 모델링 파일을 STL 파일로 전환하여 Z-CAST로 불러들인 주형 및 게이트부를 메쉬를 하였다. Fig.
- TOYO Ltd.의 것으로 실제 생산라인에서 사용하고 있는 시스템을 제품 사이클의 휴지시간을 이용하여 예비실험을 실시하였다. Table 3은 사출관계에 대한 장치의 사양을 나타낸 것이고, 압출력은 300KN, 슬리브 스트로크는 425mm이고, 저속.
대상 데이터
- LPI 차량의 연료압력 레귤레이터 부품을 제작하기 위하여 사용된 재질은 A1DC(S)8.1 합금으로 기계적 성질 및 화학적 성분을 Table 1과 Table 2에 나타내었다.
- 본 해석에서는 전산해석을 위한 소재물성 데이타로서 레귤레 이터를 Z-CAST의 데이터베이스에 내장되어 있는 A1DC(S)8.1 합금의 열적 물성치를 사용하였다. 대체소재를 공정 합금으로 선택한 이유는 공정조성 합금의 경우 주조재로서 유동성이 좋으며, 응고 중 등온변태에서 나타나는 현상으로 급랭으로 인해 조직이 미세화 되는 등의 특성을 가지고 있어 정량적인 해석이 아닌 전형적인 유동 및 응고패턴을 보여주는 정성적인 해석에 적절한 소재라고 판단하였다.
이론/모형
- 19에서 표시된 A, B, C, D 및 E 부위에서 시험편을 채취하여 브리넬 경도시험을 행하였으며, 그 결과를 Table 4에 나타내었다. 경도시험은 로크웰 경도계를 사용하였으며, 볼 크기는 5mm, 하중은 lOOKg으로 하였디-. 유형별로 경도시험 비교분석 결과 오버플로우 최적형상 조건을 설정한 B-type에서 경도값이 HR60이상으로 측정 되었다.
성능/효과
- 그림에서 알 수 있듯이 약간의 맴돌이 현상이 발생하였으나 속도벡터 결과 전반적으로 안정된 충진양상을 확인할 수 있었다. A-Type과 B-Type의 속도벡터 비교분석 결과 A-Type과 B-Type에서 큰차이는 없었으나 진행률이 80%에 이르렀을 때 B-Type에서 A-Type보다 유동 흐름의 건전성을 확인 할 수 있었다. 이러한 원인은 오버플로우의 개수의 증가로 두꺼운 부분을 고르게 충전하는 역할을 하기 때문인것으로 관찰 되었디-.
- 성형해석을 실시하였다. 그 결과 부품의 경량화 및 고품질제품을 생산하기 위하여 시험모델을 대상으로 품질에 관여하는 영향인자들에 대하여 조사를 하였으며, 그 결과 게이트부, 주조 속도 및 캐스팅 압력이 매우 중요하며, 요인 중 오버플로우가 기공, 용탕 유동 및 응고에 영힝을 주었다. 실험결과 용 탕의 온도가 680℃ 에서 최적의 유동 흐름을 보였으며, 650℃ 정도에서 응고되기 시작하여 580℃~550℃ 사이에서 급속도로 냉각되기 시작 하였다.
- 이러한 원인은 오버플로우의 개수의 증가로 두꺼운 부분을 고르게 충전하는 역할을 하기 때문인것으로 관찰 되었디-. 따라서 이러한 해석 결과를 바탕으로 오버플로우의 개수 변화를 통하여 건전한 제품의 양산이 가능함을 관찰할 수 있었다.
- 실험결과 용 탕의 온도가 680℃ 에서 최적의 유동 흐름을 보였으며, 650℃ 정도에서 응고되기 시작하여 580℃~550℃ 사이에서 급속도로 냉각되기 시작 하였다. 또한 컴퓨터 시뮬레이션 해석 결과 오버플로우의 최적 형상인 조건에서 제작된 레귤레이터 부품의 경도 시험 결과 HR60 이상으로 측정 되어 양호한 상태를 보였다.
- 그 결과 부품의 경량화 및 고품질제품을 생산하기 위하여 시험모델을 대상으로 품질에 관여하는 영향인자들에 대하여 조사를 하였으며, 그 결과 게이트부, 주조 속도 및 캐스팅 압력이 매우 중요하며, 요인 중 오버플로우가 기공, 용탕 유동 및 응고에 영힝을 주었다. 실험결과 용 탕의 온도가 680℃ 에서 최적의 유동 흐름을 보였으며, 650℃ 정도에서 응고되기 시작하여 580℃~550℃ 사이에서 급속도로 냉각되기 시작 하였다. 또한 컴퓨터 시뮬레이션 해석 결과 오버플로우의 최적 형상인 조건에서 제작된 레귤레이터 부품의 경도 시험 결과 HR60 이상으로 측정 되어 양호한 상태를 보였다.
- 용탕이 캐비티내로 유입된 직후부터의 충진거동을 비교하기 위해 A-Type과 B-Type의 성형제품과 충진해석에 의해 충진율이 60%, 80%, 90%일 때의 유동과정이 다소 차이가 나타났으며, A-Type보다 B-Type에서 양호한 흐름을 관찰할 수 있었다.
- 경도시험은 로크웰 경도계를 사용하였으며, 볼 크기는 5mm, 하중은 lOOKg으로 하였디-. 유형별로 경도시험 비교분석 결과 오버플로우 최적형상 조건을 설정한 B-type에서 경도값이 HR60이상으로 측정 되었다.
- 그림에서와 같이 약 40% 충진시의 상부 오버플로우(overflow) 부근에서의 용탕흐름이 서로 만나는 부분 즉 탕회불량(whirling flow)으로 인한 결함의 발생 가능성이 높은 부분이 발생하였다. 이 탕회불량은 인게이트의 외각을 더 넓혀주거나 각도를 좀더 완만하게 보정해 주는 방법으로 용 탕의 유동을 개선 하였으며, 최적의 주조방안의 충진해석 결과를 통해서 용탕 유동에 있어서 오버플로우의 위치를 수정함으로써 속도, 온도 등이 균일하도록 유동을 개선할 수 있음을 알 수 있었다.
- 높게 측정되었음을 정확히 알 수 있었다. 이것은 주조과정에서 발생하는 시행착오에 의해 발생 되는 비용, 시간 및 운영상 측면에서 현저하게 줄일 수 있으며, 신뢰성을 확보 할 수 있었다.
- 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 해석의 수정과 반복 해석에 의한 최적의 주조 조건을 구하였으며, 최종 주조조건의 제품의 경도값이 높게 측정되었음을 정확히 알 수 있었다. 이것은 주조과정에서 발생하는 시행착오에 의해 발생 되는 비용, 시간 및 운영상 측면에서 현저하게 줄일 수 있으며, 신뢰성을 확보 할 수 있었다.
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