다이캐스팅 다공성 솔루션: 소형 브래킷용 다중 캐비티 금형 개발

소형 브래킷 다이 캐스팅의 원리

자동차 엔진의 작은 브래킷은 캠샤프트와 드라이브샤프트와 같은 움직이는 부품을 지지합니다. 일반적으로 상부 캡과 하부 바디로 나뉘며, 각각 반원형 호로 조립되고 베어링을 수용하기 위해 함께 보링됩니다. 경량 설계 트렌드에 따라 이러한 브래킷은 이제 강철 대신 다이캐스트 알루미늄 합금(예: ADC12)을 사용하며 무게가 20~50g으로 가벼워져 조립이 더 쉬워졌습니다. 일반적인 모양은 그림 1을 참조하세요.

상부 캡은 하나의 결합면과 2개의 다웰 구멍을 가공해야 하고, 엔진 블록과 연결되는 하부 바디는 2개의 결합면과 4개의 다웰 구멍을 가공해야 합니다. 반원형 보어는 엔진 공장에서 조립 후 마무리됩니다.

문제: 작은 브래킷의 다이캐스팅 결함

소형 브래킷 몰드는 슬라이더가 없는 분할 설계를 사용하는 경우가 많아 간단합니다. 그러나 벽 두께가 고르지 않으면 두꺼운 부분의 수축 다공성이 발생합니다(그림 2 참조).

하중과 진동이 가해지는 회전축을 지지하는 이 브래킷은 그림 3의 #2 표준을 충족하는 높은 내부 품질을 요구합니다.

과도한 내부 공극은 사용 중 파손을 일으켜 엔진 고장의 위험을 초래할 수 있습니다. 그림 4는 내구성 테스트에서 0.15%의 공극률로 인해 한계를 훨씬 넘어선 브래킷 균열을 보여줍니다.

접근 방식: 게이팅 시스템 최적화

소형 브래킷은 수평 저온 챔버 다이캐스팅 기계의 다중 캐비티 금형에서 생산됩니다. 다공성 문제를 해결하려면 게이팅 시스템이 캐비티 전체에 걸쳐 충진 균형을 맞춰야 합니다. 기존 방식은 대칭 러너 또는 시행착오를 통한 게이트 조정에 의존하지만 개발 시간이 길어지고 금형이 마모됩니다. 수치 시뮬레이션(예: ProCAST)은 균형 잡힌 다중 캐비티 게이팅 시스템을 더 빠르고 정밀하게 설계할 수 있는 방법을 제공합니다.

공급 방법 선택

두 가지 공급 방법이 일반적입니다(그림 5). 방법 1은 결합 표면을 통해 공급하는 방식으로, 가공을 통해 게이트를 제거할 수 있어 파트가 간단하지만 반원 온도가 고르지 않고 수축 보정이 제대로 이루어지지 않습니다. 방법 2는 반원 파팅 라인에서 공급하여 두꺼운 영역의 수축과 온도 일관성을 개선하지만 금형 파팅이 복잡하고 게이트 자국이 남습니다. 방법 2는 가공된 반원 끝단에 적합하고 방법 1은 가공되지 않은 반원 끝단에 적합합니다. 이 연구에서는 2JA-2 캠샤프트 브래킷에 방법 2를 사용합니다.

방법 게이팅 시스템 설계 및 검증

사례 연구로 2JA-2 캠샤프트 브래킷(ADC12, 25그램)을 사용하여 1800kN 기계에서 1몰드-6캐비티 설정을 설계했습니다. 그 과정은 다음과 같습니다:

1. 초기 디자인

첫 번째 설계에서는 대칭 러너를 사용했지만(그림 6), 시뮬레이션 결과 중앙 러너에서 더 빨리 채워져(그림 7) 압력 균형이 깨지는 것으로 나타났습니다.

2. 개선된 디자인

수정된 시스템은 메인 러너를 4개의 분기로 나누고 중간 2개의 분기를 다시 분리했습니다(그림 8). 더 깊은 중앙 게이트가 유량을 제어했습니다. 시뮬레이션(그림 9)을 통해 균형 잡힌 충전과 압력을 확인했습니다.

3. 생산 검증

50mm 플런저가 장착된 DM180 장비를 사용하여 0.25m/s의 슬로우 샷, 3.5m/s의 패스트 샷, 80MPa의 비압력을 매개변수로 사용했습니다. X-레이 검사 결과(그림 10) 모든 캐비티에서 #2 표준을 준수하는 100%와 #1 표준을 준수하는 90%가 나타났습니다.

결과 표

요약

수치 시뮬레이션을 통해 다중 캐비티 다이캐스팅 금형을 최적화하여 다공성을 줄이고 작은 브라켓의 품질을 보장합니다. 일관된 생산을 위해서는 금형 및 용융 온도를 엄격하게 제어해야 합니다. 이 접근 방식은 시험 시간을 단축하고 불량률을 낮추며 효율성을 높입니다.