[논문]대형 중력주물품의 기공발생 저감을 위한 다공성 필터 (Foam-Filter) 적용효과 분석

유재현; 이호림; 주정아; 황윤제; 신보성; 박상후

doi:10.7736/kspe.2016.33.6.469

[국내논문] 대형 중력주물품의 기공발생 저감을 위한 다공성 필터 (Foam-Filter) 적용효과 분석
Study on Effects of Foam-Filter for Reduction of Air-Trapping in Large-Size Sand Gravity Casting 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.33 no.6, 2016년, pp.469 - 475

유재현 (부산대학교 기계공학부 대학원) , 이호림 (LG 전자 사업본부 Chiller 개발팀) , 주정아 (LG 전자 사업본부 Chiller 개발팀) , 황윤제 (LG 전자 사업본부 Chiller 개발팀) , 신보성 (부산대학교 인지메카트로닉스) , 박상후 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, casting processes, such as filling and solidification, were simulated in order to accurately predict volume shrinkage defects in large-sized sand gravity casting. Turbulent flow of melted materials and a difference of solidification speed can cause volume shrinkage defects. In order to solve this problem and to understand the phenomenon, a porous filter application was studied. Two different porosities of 10 and 20 p.p.i filters were introduced into the gating system, and in view of the results so far achieved, the defect was dramatically reduced by 22%, compared to that without the use of the filter.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기존 주조방안에 있어 주물품의 유동 및 응고에 대한 분석을 통하여 수축결함을 예측하고 다공성필터 (Foam Filter) 사용시 수축결함에 대한 영향도를 분석하도록 하겠다.

제안 방법

응고해석을 기초로 제품에 발생하는 수축의 위치를 실제 제품을 –Z 방향으로 1 mm씩 단층 절단을 하여 수축결과에 대한 해석검증을 수행하였다.
기존 탕구방안의 변경 없이 다공성 필터를 적용하였으며 필터의 종류는 기공의 크기에 의해 10 ppi (pores per inch³), 20 ppi, 30 ppi 로 분류한다.

데이터처리

6에서 알 수 있듯이 수축결함의 경우 실제 결함이 나타나는 위치와 크기가 80% 이상 동일한 결과를 나타내는 것을 알 수 있다. 실험 결과를 바탕으로 해석 결과에 대한 검증을 하였다고 판단되며, 다공성 필터를 사용하였을 때 용탕의 유동과 실제 수축결함에 영향도를 주조해석을 통하여 분석하도록 하였다.

이론/모형

^6,7 그리하여 본 연구에서는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 하주식 주입법을 사용하는 대형주물품에 대한 용탕의 충진 및 응고해석을 FDM (Finite Difference Method) 계열의 수치해석 기법을 이용하는 마그마소프트 (MAGMA Version 5.2)를 사용하여 분석하였다.⁸

성능/효과

수축량도 마찬가지로 다공성 필터를 적용하였을 경우 Figs. 9(a)와 9(b) 같이 10 ppi 를 사용했을 경우에는 수축 체적량이 636.9 mm³으로 10.1% 개선되었음을 알 수 있었고, 20 ppi 를 사용했을 경우 549.7 mm³으로 22.7% 개선됨을 알 수 있었다.
(1) 충진 해석을 통하여 용탕 주입 시 4번 게이트의 유속이 빨라 제품의 상부에 용탕이 접착되는 현상이 발생하는 것을 예측할 수 있었다.
(2) 복잡한 탕구방안의 수정 없이 필터 사용으로 용탕 주입 시 각 게이트의 유입속도를 제어 할 수 있음을 알 수 있었다.
(3) 20 ppi 다공성 필터의 사용으로 수축결함의 경우 기존수축량 711.4 mm³에서 549.7 mm³으로 22.7% 감소 함을 알 수 있었다.

후속연구

또한 내부 결함으로 인한 제품의 기계적 성질 규격미달로 문제가 되기도 한다. 탕구방안이 용탕의 수송에만 사용되고 어떠한 형태의 필터 (Filter)가 효과적으로 개재물을 제거하면서 층류 유동을 발생 시킬 수 있다면 고품질의 주물제작 결과를 얻게 될 것이다. 이를 위해 기존 연구에서는 세라믹 필터를 이용한 구상흑연주철의 유동성에 관한 연구, 필터 사용에 있어 슬래그의 투과성 여부에 관한 조사 등이 선행되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	주조결함에는 어떤 것들이 있는가?	따라서 해석적으로 용탕의 유동과 응고과정을 분석하는 것은 품질개선에 중요한 역할을 한다. 주조결함으로는 비금속 개재물, 슬래그 (Slag)의 잔존물, 내화재입자 및 주물사 입자 등에 의한 개재물 혼입 (Inclusion) 불량 등이 있다.1,2 이는 건전한 주조품의 생산을 방해하여 표면결함, 가공성 저하, 성능저하 등 바람직하지 못한 요인을 유발시킨다.
	여과 (Filtration) 기구의 이해가 필요한 이유는?	적절한 다공성 필터의 선택과 효과적인 적용을 위해서는 여과 (Filtration) 기구의 이해가 필요하다. 여과기구의 경우 용탕의 외적 또는 내적 요인으로 개입된 고상 또는 반고상 상태의 비금속 개재물을 용탕으로부터 제거하는 것이다.
	기존 주조결함에 대한 해결책은 무엇이었는가?	1,2 이는 건전한 주조품의 생산을 방해하여 표면결함, 가공성 저하, 성능저하 등 바람직하지 못한 요인을 유발시킨다. 이에 대한 기존의 해결책으로는 탕구 구조 (Gating System)를 조정하거나 또는 스트레이너 (Strainer) 장치를 탕구계에 부착하여 문제해결를 해왔다.3 하지만 이러한 노력에도 불구하고 개재물에 의한 불량은 일어날 수 있으며, 더욱이 슬래그를 여과하기 위하여 복잡해진 탕구방안은 상당한 수율 감소와 재용해의 경비가 추가된다.

참고문헌 (11)

Kwak, S.-Y., Lim, C.-H., and Baek, J.-W., "Contribution Analysis Using Shape Simplification Method for Casting Structure Shrinkage," Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A, Vol. 33, No. 8, pp. 807-812, 2009.

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Song, I. and Chung, S., "Robust Design of the Gate System for Flatness Improvement in Semi-Solid Casting Processes," Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers, Vol. 18, No. 2, pp. 130-136, 2009.
Taslicukur, Z., Balaban, C., and Kuskonmaz, N., "Production of Ceramic Foam Filters for Molten Metal Filtration Using Expanded Polystyrene," Journal of the European Ceramic Society, Vol. 27, No. 2, pp. 637-640, 2007.

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Wang, Z., Xu, J., Bao, G., Zhang, J., Fang, X., et al., "Fabrication of High-Power Diesel Engine Crankshafts by Electro-Slag Casting Process," Journal of Materials Processing Technology, Vol. 182, No. 2, pp. 588-592, 2007.

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Wang, Z., He, T., Yang, Y., and Li, Y., "Application and Development of Numerical Simulation Technology in Casting," International Journal of Research in Engineering and Science, Vol. 3, No. 2, pp. 23-28, 2015.
Kwak, S.-Y. and Lim, C.-H., "Combination of Different Numerical Methods for Efficient Thermal Stress Analysis of Casting Process," Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A, Vol. 34, No. 8, pp. 1051-1057, 2010.
MAGMA Engineering Korea Co. Ltd., "MAGMA5 User Results Manual, Version 5.2," 2015.
Choi, J. K., "Prediction of Casting Defects and Control of Casting Process by Computer Simulation," Ph.D. Thesis, School of Materials Science and Engineering, Yonsei University, pp. 4-9, 1992.
Kwak, S.-Y. and Kim, H.-K., "Shape-Simplification Analysis Model for Fatigue Life Prediction of Casting Products Considering Internal Defects," Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A, Vol. 35, No. 10, pp. 1243-1248, 2011.
Davila-Maldonado, O., Adams, A., Oliveira, L., Alquist, B., and Morales, R., "Simulation of Fluid and Inclusions Dynamics during Filtration Operations of Ductile Iron Melts Using Foam Filters," Metallurgical and Materials Transactions B, Vol. 39, No. 6, pp. 818-839, 2008.

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DOI : 10.7736/KSPE.2016.33.6.469 [무료]
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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