알루미늄 합금 엔진 프론트 커버를 위한 다이캐스팅 최적화: 실제 사례 연구

차량 경량화에 대한 자동차 업계의 노력으로 알루미늄 합금은 특히 엔진 전면 커버와 같은 부품에서 현대 엔지니어링의 초석이 되었습니다. 낮은 밀도, 우수한 열 특성, 안정적인 마찰 성능을 갖춘 AlSi9Cu3와 같은 합금은 이러한 응용 분야에서 빛을 발합니다. 그러나 이러한 장점을 결함 없는 주조품으로 전환하는 것은 해결해야 할 과제입니다. 이 사례 연구에서는 알루미늄 합금 엔진 전면 커버의 다이캐스팅 공정 최적화를 통해 수축, 다공성, 응력 집중과 같은 문제를 해결하고 스마트한 조정으로 상황을 반전시킨 방법을 살펴봅니다.

문제: 드러난 다이캐스팅의 도전 과제

엔진 전면 커버를 상상해 보세요: 가로 470mm, 세로 310mm, 높이 105mm, 무게 3.4kg. 평균 벽 두께는 3.3mm에 불과하지만 주요 부위, 즉 무거운 장착 부위에서는 26mm까지 부풀어 오릅니다. 볼트 구멍과 보강 리브가 미로처럼 복잡하게 얽혀 있는 이 부품은 매우 중요한 부품입니다. 초기 생산 과정에서 몇 가지 고질적인 결함이 노출되었습니다:

1. 수축 및 다공성 결함: 3.3mm 벽에서 26mm 벽으로의 도약은 두꺼운 영역에서 냉각 속도가 느려지고 수축 공동과 다공성이 발생한다는 것을 의미했습니다. 초기 시뮬레이션에서는 고르지 않은 밀도, 즉 품질에 대한 적신호가 나타났습니다.
2. 스트레스 집중력: 이러한 급격한 두께 변화는 스트레스 핫스팟을 발생시켜 변형과 착용감 문제를 야기했습니다.
3. 채우기 투쟁: 두꺼운 섹션에서는 금속 흐름이 느려지고 공기가 갇히며 불량률이 높아졌습니다. 이 공정은 재고가 필요했습니다.

이러한 딸꾹질은 초기 설정과 부품의 까다로운 디자인이 일치하지 않는 것으로 요약됩니다. 무언가 양보해야 했습니다.

접근 방식 맞춤형 최적화 계획 수립하기

팀은 증상에 임시방편으로 반창고를 붙이는 대신 부품의 구조와 생산 현실을 면밀히 검토했습니다. 이 전략은 세 가지 초점에 집중했습니다:

• 게이팅 시스템 개편: 금속의 입구를 조정하여 얇은 영역과 두꺼운 영역의 흐름 균형을 맞출 수 있습니다.
• 국소 냉각 부스트: 문제 지점의 응고 속도를 높여 결함을 피하세요.
• 매개변수 정밀도: 원활하고 반복 가능한 프로세스를 위해 설정을 미세 조정합니다.

AlSi9Cu3의 입증된 주조성과 12,500kg의 무거운 다이캐스팅 기계를 사용하여 모든 동작을 테스트하고 개선하기 위해 시뮬레이션에 의존했습니다.

방법: 과제를 솔루션으로 전환하기

게이팅 시스템 개선

시작점은 6개의 게이트, 2개의 분기 게이팅 시스템으로, 스프 루 컵에서 흘러나온 금속이 두 경로로 나뉘어 6개의 내부 게이트로 캐비티로 공급되는 방식이었습니다(그림 2 참조). 견고해 보였지만 시뮬레이션 결과 26mm 두께의 영역이 너무 느리게 채워져 에어 포켓이 남는 등 암울한 그림이 그려졌습니다. 해결책은? 두꺼운 부분을 겨냥한 두 개의 게이트를 추가하여 가장 중요한 부분의 흐름을 증가시켰습니다.

베이스 근처의 가파른 내리막길에서 원활한 배송을 위해 슬라이더를 추가했습니다(그림 5). 그 결과 충전 시간이 0.076초에서 0.071초로 줄어들어 목표치인 0.07초에 거의 근접하는 놀라운 결과를 얻었습니다. 흐름이 균일해지고 가스 배출이 개선되었으며 수축 및 다공성 위험이 급감했습니다. 간단한 조정이었지만 엄청난 효과를 가져왔습니다.

Alt: 6개의 게이트가 있는 엔진 전면 커버용 초기 다이캐스팅 게이팅 시스템

Alt: 엔진 전면 커버용 게이트와 슬라이더가 추가된 최적화된 다이캐스팅 게이팅 시스템

고압 스팟 쿨링으로 구출하기

26mm 두께의 영역은 너무 느리게 냉각되어 사실상 수축 결함이 발생하는 열 악몽과도 같았습니다. 고압 스팟 냉각: 0.2~0.3MPa의 물이 목표 코어를 통해 분사되어 열을 빠르게 빼내는 방식입니다. 팀은 이 처리를 위해 두꺼운 영역의 코어 3개와 슬라이더 영역의 코어 2개를 정확히 찾아냈습니다(그림 7).

왜 효과가 있을까요? 빠른 냉각은 결함이 형성되기 전에 응고를 차단하여 금형의 열 프로파일의 균형을 맞춥니다. 시뮬레이션 결과, 가스 압력이 안정적으로 유지되어 공기가 갇히지 않았고 대부분의 부품에서 냉각이 원활하게 이루어졌습니다. 그 결과는? 결함 감소, 더 견고한 금형, 면밀한 조사에도 견딜 수 있는 공정.

Alt: 엔진 전면 커버용 다이캐스팅 금형에서 고압 스팟 냉각

프로세스 매개변수 다이얼링

너트와 볼트는 철저한 연습을 거쳤습니다. 합금은 670°C에서 부어졌고 금형은 180°C에서 시작되었습니다. 총 질량은 주물의 경우 6.25kg-3.4kg, 게이팅 시스템의 경우 2kg, 오버플로의 경우 0.85kg을 기록했습니다. 총 투영 면적은 1,554cm², 사출 압력은 60MPa(안전을 위해 1.2로 증가)였으며, 잠금력은 11,180kN으로 12,500kN 기계에 딱 맞는 수치를 기록했습니다.

100mm 펀치가 0.2m/s 저속으로 작동한 다음 3.5m/s 고속으로 작동하여 700mm² 내부 게이트 영역(두께 2.2mm)을 통해 0.07초 만에 캐비티를 채웠습니다. 충진 속도가 표준에 부합하여 모든 것을 골디락스 영역에 유지합니다.

평가판 실행 및 실제 결과

최적화된 금형을 DCC1250T 장비에 장착하여 라이브 테스트를 진행했습니다. 저속 사출로 스프 루와 러너를 통해 금속을 유도한 다음 고속으로 이어받아 빠르게 충진했습니다. 충진 후, 두꺼운 영역에 스팟 냉각이 시작되어 부품 전체의 응고 시간이 조정되었습니다. 결과는? 거울처럼 매끄러운 마감, 선명한 모서리, 완벽한 볼트 구멍을 갖춘 3.4kg의 주물이 탄생했습니다(그림 9). 기밀성 및 강도 테스트 결과 96%의 합격률을 기록하여 조정이 성과를 거두었음을 입증했습니다.

Alt: 고품질 마감으로 최적화된 다이캐스트 알루미늄 엔진 전면 커버

결론 다이캐스팅 숙달을 위한 로드맵

이 엔진 전면 커버 사례는 다이캐스팅 최적화의 핵심은 부품에 맞는 공정에 있다는 것을 보여줍니다. 추가 게이트로 충진 문제를 해결하고, 스팟 냉각으로 열 문제를 해결했으며, 정밀한 파라미터로 문제를 해결했습니다. 그 결과 결함 감소, 더 오래 지속되는 금형, 생산 준비가 완료된 공정 등 가시적인 성과가 있었습니다. 복잡한 자동차 주조에 직면한 모든 사람에게 이 사례는 부품을 이해하고, 수정 사항을 테스트하고, 그 결과가 빛을 발할 수 있도록 명확한 시사점을 제공합니다.

주요 매개변수 표