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진공급탕식 다이캐스팅법을 이용한 자동차 콤프레서용 하우징 부품 개발
Development of a Housing Component for an Auto-compressor Using Vacuum Ladling Die Casting 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.21 no.3, 2012년, pp.195 - 201

이항수 (한라대학교 기계자동차공학부) , 박정식 (깁스코리아다이캐스팅(유))

Abstract ▼ AI-Helper

A vacuum ladling die casting system is suggested as a means to obtain a high vacuum level. A high vacuum of 17.8 mmHg is obtained by sealing the inner space of the mould. The sample product is a rear-head housing for an auto-compressor, and the die-casting with 6-cavities was conducted. The flow ana...

A vacuum ladling die casting system is suggested as a means to obtain a high vacuum level. A high vacuum of 17.8 mmHg is obtained by sealing the inner space of the mould. The sample product is a rear-head housing for an auto-compressor, and the die-casting with 6-cavities was conducted. The flow analysis shows that the filling speed during vacuum ladling is faster than for a non-vacuum system. The air holes in the sample product were too small to be seen with the naked eye in X-ray films. Density tests show that the high vacuum ladling system reduces the internal porosity as much as 57.8% when compared to the non-vacuum system. A defective rate of only 0.17% was found from leak testing. The results of this research prove that the high vacuum die-casting process is useful for manufacturing of aluminium components under high internal pressure.

A vacuum ladling die casting system is suggested as a means to obtain a high vacuum level. A high vacuum of 17.8 mmHg is obtained by sealing the inner space of the mould. The sample product is a rear-head housing for an auto-compressor, and the die-casting with 6-cavities was conducted. The flow analysis shows that the filling speed during vacuum ladling is faster than for a non-vacuum system. The air holes in the sample product were too small to be seen with the naked eye in X-ray films. Density tests show that the high vacuum ladling system reduces the internal porosity as much as 57.8% when compared to the non-vacuum system. A defective rate of only 0.17% was found from leak testing. The results of this research prove that the high vacuum die-casting process is useful for manufacturing of aluminium components under high internal pressure.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 캐비티의 진공화에 따른 흡인력을 이용하여 용탕을 슬리브 내로 급탕시키는 진공급탕 방식으로 고진공을 구현하고, 보통의 고진공도보다 더 높은 35mbar(=26.25mHg) 이하의 진공도를 확보하고자 한다. 또한 고생산성을 위해한 번에 여섯 개의 제품을 주조할 수 있는 멀티 캐비티 금형을 제작하여 콤프레서 하우징 부품에 대한 고생산성과 고품질화를 이루고자 한다.
25mHg) 이하의 진공도를 확보하고자 한다. 또한 고생산성을 위해한 번에 여섯 개의 제품을 주조할 수 있는 멀티 캐비티 금형을 제작하여 콤프레서 하우징 부품에 대한 고생산성과 고품질화를 이루고자 한다.
이러한 점에서 본 연구에서는 진공급탕 방식으로 고진공 주조시스템을 구축한 다음, 내압용 콤프레서 하우징 부품을 개발하고자 한다. 또한 생산성 확보를 위해 멀티캐비티 금형을 개발하여 결과적으로 생산성을 확보하면서도 제품 내 기포 함유량을 최소화 할 수 있는 생산기술을 개발하고자 한다.
2는 본 연구에서 개발하고자 하는 리어 헤드 하우징의 모델을 보여준다. 우선, 이 모델을 유동해석하여 주조방안을 설정하고, 그 결과를 실제 제품주조에 반영하고자 하였다.
이러한 점에서 본 연구에서는 진공급탕 방식으로 고진공 주조시스템을 구축한 다음, 내압용 콤프레서 하우징 부품을 개발하고자 한다. 또한 생산성 확보를 위해 멀티캐비티 금형을 개발하여 결과적으로 생산성을 확보하면서도 제품 내 기포 함유량을 최소화 할 수 있는 생산기술을 개발하고자 한다.

제안 방법

비교 대상이 되는 제품은 고진공을 적용하기 이전에 제조된 제품이다. 내압 기밀성을 평가하는 데에는 리이크시험(leak test)을 실시하였다.
본 연구에서 제작된 제품의 평가를 위해 X-ray 사진을 분석하였으며, 고진공 여부에 따른 밀도변화를 통계적으로 분석하였다. 비교 대상이 되는 제품은 고진공을 적용하기 이전에 제조된 제품이다.
유동해석에는 Anycasting사의 소프트웨어를 사용하였다. 슬리이브 내 용탕의 거동을 파악하기 위하여 슬리이브 내로 진공흡입되는 용탕의 유동을 포함하여 해석을 실시하였고, 진공이 유동에 미치는 영향을 알아보기 위하여 진공적용 여부에 따른 주조해석을 실시하였다.
8mmHg의 진공도를 구현하였다. 자동차용 콤프레서 하우징 부품에 대하여 고진공 다이캐스팅 공법을 적용하였으며 6개의 제품을 한번에 주조할 수 있는 멀티캐비티 금형을 개발하여 현장에서의 불량개선과 함께 생산성도 향상시킬 수 있도록 하였다.
특히 이젝트 핀의 습동부에 주의를 기울였으며, 코어와 몰드베이스 사이에도 시일링을 설치하였다. 진공 배관에서의 누설이 발생하지 않도록 하였으며, 플런저 팁에서의 기밀성을 확보하기 위해 링 형상의 시일링 구조를 설치하였다. 이는 링(ring)과 링 사이에 플런저 오일(oil)을 분사시켜 진공 흡입시 오일의 흡입을 방지하고, 슬리이브 내 용탕과 오일의 반응을 제거하여 진공도를 높이는 시스템이다.

대상 데이터

본 연구에서 개발하고자 하는 부품은 자동차용 에어컨 콤프레서의 리어 헤드 하우징(rear head housing)으로 Fig. 1의 ④번 부품이다.
본 연구에서의 개발 대상부품은 자동차용 에어컨 컴프레서의 알루미늄재 하우징으로, 이 부품은 콤프레서(compressor)의 압축작용을 유지하기 위해 높은 기밀성과 내압성을 필요로 한다. 실제 부품에 작용하는 압력은 35kgf/cm²(=3.
본 연구에서 제작된 제품의 평가를 위해 X-ray 사진을 분석하였으며, 고진공 여부에 따른 밀도변화를 통계적으로 분석하였다. 비교 대상이 되는 제품은 고진공을 적용하기 이전에 제조된 제품이다. 내압 기밀성을 평가하는 데에는 리이크시험(leak test)을 실시하였다.
내압 기밀성 평가는 냉매가스가 누설되는 리이크(leak)로 정의하고 있으며, 실제 제품에 대한 산업현장에서의 검사기준을 적용하였다. 실제 시험에서는 냉매가 아닌 헬륨가스를 사용한다. 헬륨가스를 1.
6은 본 연구에 적용된 진공급탕식 다이캐스팅의 개념도이다. 진공도는 3곳에서 측정되었다. 측정센서의 설치 위치는 진공튜브와 금형과의 연결부(sensor 1), 솔레노이드 밸브 앞(sensor 2), 그리고 진공펌프와의 연결부(sensor 3)이다.

이론/모형

Table 3은 다이캐스팅된 알루미늄의 밀도에 대한 통계적 분석결과로서, 스퀴즈(squeeze)의 영향이나 기타 주조조건이 같다는 전제로 비교 분석된 것이다. 각각의 시험편을 490℃의 전기로 속에서 3시간 동안 열처리한 후 밀도측정을 하였으며, 밀도측정은 아르키메데스의 원리를 따랐다. 즉, 100g의 주조된 알루미늄의 부피를 측정하여 밀도로 환산[10]한 자료이다.
유동해석에는 Anycasting사의 소프트웨어를 사용하였다. 슬리이브 내 용탕의 거동을 파악하기 위하여 슬리이브 내로 진공흡입되는 용탕의 유동을 포함하여 해석을 실시하였고, 진공이 유동에 미치는 영향을 알아보기 위하여 진공적용 여부에 따른 주조해석을 실시하였다.

성능/효과

주조방안 설계를 위해 유동해석을 하였으며, 그 결과 고진공 적용 여부에 따른 충진도 차이를 확인하였고, 최후에 충진되는 위치 즉, 기공이 발생하기 쉬운 부위를 찾았다. 고진공을 적용한 시제품에 대한 X-ray 사진을 관찰한 결과, 육안으로는 내부 결함을 찾기 어려울 정도로 기공의 크기가 작아진 것을 확인하였다. 또한 다이캐스팅 된 주조품의 밀도를 측정한 결과로부터, 고진공을 적용하지 않은 경우보다 내부의 기포함유량이 57.
그 결과 3차 측정에서와 같이 금형 연결부에서 17.8mmHg의 고진공도를 구현하였다. Fig.
1mmHg로 나타났다. 따라서 금형 내 고진공도를 확보하기 위해서는 진공펌프 뿐만 아니라 배관, 캐비티 주변에 여러 가지의 조치가 필요함을 알 수 있었다. 고진공 급탕 시스템을 구현하기 위해서는 우선 진공펌프의 성능이 중요하며, 금형 내부 및 배관의 기밀성이 확보되어야 한다.
이는 진공 흡입 시 팁오일 및 이형제 잔량이 진공장치에 흡입되는 것을 방지하기 위해 설치한 것이다. 또한 금형 내부에 이형제의 잔류를 억제하고, 금형과 슬리이브 내 플런저 오일의 잔류를 최대한 억제하도록 청정도를 높게 유지하였다.
고진공을 적용한 시제품에 대한 X-ray 사진을 관찰한 결과, 육안으로는 내부 결함을 찾기 어려울 정도로 기공의 크기가 작아진 것을 확인하였다. 또한 다이캐스팅 된 주조품의 밀도를 측정한 결과로부터, 고진공을 적용하지 않은 경우보다 내부의 기포함유량이 57.8% 줄어든 것을 확인하였다. 리이크 시험결과에서는 고진공을 적용하기 이전의 0.
8% 줄어든 것을 확인하였다. 리이크 시험결과에서는 고진공을 적용하기 이전의 0.6%보다 훨씬 낮은 0.17%의 불량률을 기록하여 품질이 매우 우수해졌음을 보였다.
이들 결과로부터 고진공 다이캐스팅 공정이 불량률 개선에 지대한 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
주조방안 설계를 위해 유동해석을 하였으며, 그 결과 고진공 적용 여부에 따른 충진도 차이를 확인하였고, 최후에 충진되는 위치 즉, 기공이 발생하기 쉬운 부위를 찾았다. 고진공을 적용한 시제품에 대한 X-ray 사진을 관찰한 결과, 육안으로는 내부 결함을 찾기 어려울 정도로 기공의 크기가 작아진 것을 확인하였다.
진공급탕식 다이캐스팅 주조시스템을 구축하여 일반적으로 통용되는 50mmHg의 고진공도보다 훨씬 높은 17.8mmHg의 진공도를 구현하였다. 자동차용 콤프레서 하우징 부품에 대하여 고진공 다이캐스팅 공법을 적용하였으며 6개의 제품을 한번에 주조할 수 있는 멀티캐비티 금형을 개발하여 현장에서의 불량개선과 함께 생산성도 향상시킬 수 있도록 하였다.
즉, 100g의 주조된 알루미늄의 부피를 측정하여 밀도로 환산[10]한 자료이다. 측정 결과, 고진공을 적용했을 때의 밀도는 그 평균값이 2.64g/cm³로서, 고진공을 적용하지 않은 경우의 2.55g/cm³보다 0.09g/cm³ 정도가 향상된 것으로 분석되었다. 기포가 없는 순알루미늄의 기준 밀도는 2.

참고문헌 (10)

K. Y. Kim, 2007, New Diecasting Trend, J. Kor. Foundry Soc., Vol. 27, No. 7, pp. 81-90.
N. Nishi, 2005, New Development of Aluminium Diecating Technology, J. Jpn. Foundry Eng. Soc., Vol. 76, No. 4, pp. 226-271.
E. S. Kim, 2005, Die Casting Process Design for Gear Housing of Automobile Transmission by Using MAGMAsoft, Trans. Mater. Process., Vol. 14, No. 2, pp. 112-120.

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D. Kim, I. H. Choo, Y. S. Lee, S. W. Kim, 2010, Internal Defect Minimization of Die Cast Impeller Blade Using Taguchi's Design of Experiment, Trans. Mater. Process., Vol. 19, No. 3, pp. 173-178.

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J. H. Park, C. W. Jang, S. K. Kim, S. H. Han, Y. K. Seo, C. G. Kang, J. H. Lee, 2005, Proc. Kor. Soc. Tech. Plast. Spring Conf.(C. G. Kang), Kor. Soc. Tech. Plast., Seoul, Korea, pp. 415-418.
S. J. Kim, S. E. Park, I. H. So, 2005, Proc. Kor. Soc. Tech. Plast. Spring Conf.(C. G. Kang), Kor. Soc. Tech. Plast., Seoul, Korea, p. 344.
E, K, Jeon, J, Y, Park, E, M, Park, 2007, Application Trend of Aluminum castings in Automotive Component, J. Kor. Foundry Soc., Vol. 27, No. 21, pp. 20-23.
K. Takao, 2009, Die Casting Technology for Welding Application, J. Jpn. Foundry Eng. Soc., Vol. 81, No. 5, pp. 249-253.
B. Andresen, 2005, Diecasting Engineering, Marcel Dekker, New York, USA, pp. 33-42.
K, Y, Kim, S, M, Lee, 1995, Determination of Gas Content in Aluminium Alloy Melt, J. Kor. Foundry Soc., Vol. 14, No. 3, pp. 205-211.

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