흐름 시뮬레이션을 사용하여 EV 쇼크 타워 다이캐스팅 금형의 크로스 러너 설계를 최적화하는 방법

원칙: 크로스 러너 설계로 전기차 다이캐스팅 품질 향상

전기 자동차(EV)는 경량화를 강조하기 때문에 쇼크 타워는 고강도와 최소한의 결함을 위해 진공 다이캐스팅에 의존하는 핵심 구조 부품으로 자리 잡았습니다. 크로스 러너 레이아웃은 용융 흐름 거동과 가스 압력 제어를 결정하여 다이캐스트 부품의 내부 품질을 형성합니다. 기존의 금형 시험은 느리고 비용이 많이 들지만, Flow-3D 시뮬레이션 소프트웨어는 과학적인 접근 방식을 통해 유동 경로를 분석하여 설계를 신속하게 검증합니다. 이를 통해 다이캐스팅이 T6 열처리 표준(예: 항복 강도 339.8MPa, 연신율 6.7%)을 충족할 수 있도록 보장합니다.

문제: 크로스 러너 결함으로 인한 다이캐스팅 결함 발생

EV 쇼크 타워(549mm × 408mm × 281mm, 벽 두께 3mm 이상, 무게 3.74kg)는 진공 다이캐스팅을 사용하며 T6 처리가 필요하기 때문에 내부 다공성이 발생하기 쉽습니다. 초기 크로스 러너 설계로 이어졌습니다:

• 외부 가장자리 가스 포획: 빠른 충전으로 가스를 가두어 둡니다.
• 엔드 팁 에어 포켓: 고르지 않은 측면 흐름이 배기를 방해합니다.
• 두꺼운 섹션 문제: 난류성 중앙 흐름은 다공성의 위험이 있습니다.

이러한 다이캐스팅 결함은 시뮬레이션 기반의 최적화를 필요로 합니다.

접근 방식 크로스 러너 설계 가이드라인 및 흐름 검증

1. 다이캐스팅 엔트리 페이스 선택

쇼크 타워의 3D 모델(그림 1 참조)에는 슬라이드가 필요하지 않으므로 여러 진입 지점이 가능합니다. 분석에서는 공간 제한으로 인해 C면과 D면을 제거하고 A면과 B면에 초점을 맞췄습니다. A면은 더 평평한 공동이 있는 반면, B면은 다단계 계단이 있어 복잡합니다. 흐름 3D 시뮬레이션(그림 2 참조)은 페이스 A가 B의 난류 흐름과 달리 안정적인 충진력을 제공하므로 페이스 A가 선호되는 다이캐스팅 입구임을 보여줍니다.

그림 1: EV 쇼크 타워 3D 모델 및 진입 옵션, 구조 및 타설 선택 사항 개요

그림 2: 엔트리 페이스 채우기 속도 시뮬레이션, 페이스 A의 에지 검증

2. 단계별 크로스 러너 디자인 개선하기

• 구성표 1: 시작점
  페이스 A에서 주입하는 시뮬레이션(그림 3 참조)은 바깥쪽 가장자리, 끝단 및 두꺼운 중앙에 함몰이 있음을 보여줍니다. 외부 문제는 회전 주위의 빠른 충진, 고르지 않은 측면으로 인한 엔드 팁 포켓, 흐름 연속성 저하로 인한 중앙 결함으로 인해 다이캐스팅 품질에 영향을 미칩니다.

  
  그림 3: 스키마 1 충진 속도 시뮬레이션, 포획 영역 노출

• 계획 2: 좁아진 내부 게이트
  내부 게이트(그림 4 참조)를 좁히면 외부 흐름이 느려집니다. 시뮬레이션(그림 5 참조)은 갇힘을 줄이지만 측면 충진이 지연되어 역류가 발생합니다. 이는 다이캐스팅의 순차적 충진 규칙을 위반하므로 계획 2가 삭제됩니다.

  
  그림 4: 게이트 조정을 자세히 설명하는 스키마 2 게이팅 시스템 모델

  
  그림 5: 체계 2 충진 속도 시뮬레이션, 역류 결함 발견

• 구성표 3: 버퍼 및 흐름 안내
  계획 1의 흐름 경로(그림 6 참조)는 관성 흐름이 안쪽으로 휘어지는 외부 포획을 보여줍니다. 방식 3은 완충 구역(그림 7 참조)을 추가하여 흐름을 늦추고 각도를 조정하여 외부 게이트를 조정합니다. 리브는 두꺼운 중심을 안내합니다(그림 8 참조). 시뮬레이션(그림 9 참조)은 포획을 80%까지 줄여 흐름을 원활하게 합니다.

  
  그림 6: 포획 원인을 설명하는 스키마 1 흐름 방향 다이어그램

  
  그림 7: 버퍼 영역이 특징인 스키마 3 게이팅 시스템 모델

  
  그림 8: 리브 향상 다이어그램, 두꺼운 섹션 흐름 개선

  
  그림 9: 스키마 1과 스키마 3의 포획 비교, 최적화 확인

3. 다이캐스팅에서 진공 배기 검증 3.

• 펀치 흐름 확인: 스키마 3 시뮬레이션(그림 11 참조)은 매개변수(그림 10 참조)가 잘 설정된 상태에서 안정적인 배럴 흐름을 보여줍니다.

  
  그림 10: 사출 및 진공 파라미터, 공정 설정 정의

  
  그림 11: 체계 3 펀치 이동 시뮬레이션, 흐름 안정성 확인

• 배기 타이밍: 진공 시뮬레이션(그림 12 참조)은 배기 슬롯으로의 동기화된 흐름을 보장하여 다이캐스팅 배기 효율을 향상시킵니다.

  
  그림 12: 진공 충전 속도 시뮬레이션, 배기 효율 검증

• 진공 충격: 진공 전후 시뮬레이션(그림 13 및 14 참조)에서 균일성이 개선되고 가스 포획이 감소한 것을 확인할 수 있습니다.

  
  그림 13: 진공 처리 전후 속도 비교, 균일성 향상 효과 확인

  
  그림 14: 진공 포획 전후 비교, 다공성 감소

4. 다이캐스팅 결함 예측 및 수정 4.

시뮬레이션(그림 15 참조)에서 서스펜션 구멍 근처의 충진 불량으로 인해 응력이 가해지는 부위에 결함이 발생할 위험이 있는 것으로 나타났습니다. 스퀴즈 핀(그림 16 참조)은 다공성을 0.1% 이하로 떨어뜨려 강도를 보장합니다.

그림 15: 서스펜션 홀 위험을 강조하는 결함 예측 맵

그림 16: 서스펜션 홀을 위한 스퀴즈 핀 설계, 현지화된 솔루션 세부 정보

요약: 크로스 러너 설계의 실제 이점

EV 쇼크 타워를 케이스로 사용하여 다이캐스팅 크로스 러너 규칙(평면 진입부, 완충 구역, 흐름 유도 리브, 진공 배기, 스퀴즈 핀)을 만들었습니다:

• 품질 향상80% 적은 포획, 0.1% 미만의 다공성, T6 사양 충족(수율 339.8MPa, 연신율 6.7%).
• 효율성이 승리합니다: 30% 빠른 개발, 20% 비용 절감.
• 신뢰할 수 있는 유효성 검사: 흐름 시뮬레이션으로 반복 작업과 결함 예측을 간소화합니다.

이 다이캐스팅 설계 방식은 전기차 구조 부품을 위한 실용적이고 효율적인 청사진을 제공합니다.