알루미늄 다이캐스팅 배기 시스템에서 진공 밸브 고장을 해결하는 방법

원칙: 부품 품질 향상을 위한 진공 다이캐스팅

알루미늄 합금 다이캐스팅은 정밀도, 표면 품질, 효율성이 뛰어나지만 고속 금형 충진은 가스를 가두어 응고 후 기계적 특성을 저하시키는 다공성을 형성하는 경우가 많습니다. 진공 다이캐스팅은 진공 상태에서 금형을 충전하여 가스 유입을 최소화함으로써 내부 품질을 개선하고 업계에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 기계식 진공 밸브는 넓은 배기 면적과 높은 진공 수준에도 불구하고 용융 알루미늄의 관성 충격으로 인해 밸브 코어가 막히거나 파손되어 진공 성능이 저하되는 문제에 직면해 있습니다. 이 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 시뮬레이션과 감속 구조 최적화를 사용합니다.

문제: 진공 밸브 코어 막힘 및 파손

오일 쿨러 브래킷(411mm × 214mm × 191mm, 벽 두께 4mm, 3.4kg)의 경우 배기 시스템에는 기계식 진공 밸브가 사용됩니다. 제작 결과 헤드(A)의 밸브 코어 막힘과 테일(B)의 파손이 확인되었습니다. 애니캐스팅 시뮬레이션 결과 용융 알루미늄이 밸브에 도달하는 속도는 최대 68m/s로, 이러한 고장을 일으킬 수 있을 만큼 빠른 속도이므로 충격을 줄일 수 있는 솔루션이 필요했습니다.

접근 방식 감속 구조 설계 및 검증

1. 초기 설계 및 문제 분석

오일 쿨러 브래킷의 게이트 및 배기 시스템(그림 1 참조)의 게이트 면적은 765mm², 배기 면적은 265mm², 펀치 직경은 Φ100mm입니다. 진공 밸브 코어(그림 2 참조)는 고속 알루미늄 세정(A)으로 인한 헤드 막힘과 응력 집중(B)으로 인한 테일 파손을 겪습니다. 애니캐스팅의 AnyPRE 모듈(그림 3 참조)을 통한 시뮬레이션 결과, 밸브에서 68m/s의 속도가 확인되어 과도한 충격이 문제와 관련이 있는 것으로 나타났습니다.

그림 1: 초기 설계를 보여주는 오일 쿨러 브래킷 게이팅 및 배기 시스템

그림 2: 진공 밸브 코어 구조 다이어그램, 막힘 및 파단 영역 강조 표시

그림 3: 밸브에서 68m/s를 보여주는 원래 계획 속도 시뮬레이션

2. 감속 구조 최적화

배기 채널 끝에 감속 구조가 추가되어 알루미늄의 흐름을 늦춥니다. 옵션에는 삼각형, 원형, 다이아몬드, 정사각형, 오목볼록 디자인이 있습니다(표의 나머지 부분 참조).
그림 4에 표시된 수정된 시스템과 함께 삼각형 구조가 선택됩니다. 동일한 메시와 매개변수를 사용하여 시뮬레이션한 결과(그림 5 참조) 속도가 29m/s로 감소하여 충격력이 크게 감소합니다.

그림 4: 삼각형 감속 구조를 특징으로 하는 수정된 게이팅 및 배기 시스템

그림 5: 최적화된 계획 속도 시뮬레이션, 밸브에서 29m/s 확인

3. 구현 및 결과

금형 수정으로 삼각형 구조를 구현합니다. 시험 후 밸브 코어 막힘이나 파손이 발생하지 않고 수명이 향상되며 진공 안정성이 향상되고 다공성이 0.1% 이하로 떨어집니다.

요약: 감속 구조의 실질적인 이점

배기 채널 끝에 삼각형 감속 구조를 추가하면 알루미늄 속도가 68m/s에서 29m/s로 감소하여 약 57%의 낙하 충격력이 감소합니다. 이를 통해 밸브 코어 막힘과 파손을 방지하고 서비스 수명을 연장하며 주조 품질을 향상시켜 진공 다이캐스팅 배기 시스템에 실질적인 해결책을 제공합니다.