CAE 해석을 통한 알루미늄 합금 다이캐스트 필터의 다공성 문제 해결

초록

알루미늄 합금 다이캐스팅이 경량화 및 통합 기능을 지향하는 추세에 따라 부품 설계가 점점 더 복잡해지면서 다이캐스팅 공정의 과제가 증폭되고 있습니다. 불균일한 벽 두께는 종종 다공성 및 수축 결함으로 이어집니다. 이 연구에서는 통신 필터를 사례 연구로 살펴보고 CAE 시뮬레이션을 사용하여 다공성의 근본 원인을 정확히 파악하고 효과적인 최적화 전략을 제안합니다. 그 결과 부품 품질이 크게 개선되어 유사한 다이캐스트 부품의 결함을 해결하고 몰드 게이팅 및 벤팅 시스템 설계를 개선할 수 있는 실질적인 인사이트를 제공합니다.

캐스팅 개요

통신 장비의 핵심 부품인 필터는 주조 무게가 3kg인 DC01 알루미늄 합금으로 제작됩니다. 크기는 414mm × 333mm × 38mm이며, 벽 두께는 최소 2mm에서 최대 4mm, 평균 3mm입니다. 내부에 복잡한 미로 모양의 리브가 있어 고난이도 다이캐스트 부품으로 분류됩니다. 이동통신 기지국에 사용되는 이 필터는 전기 도금을 위해 높은 내부 밀도와 표면 품질이 요구됩니다. 다공성으로 인해 도금 베이크 아웃 중에 표면 버블링이 발생할 수 있으므로 충전 중 가스 감소가 공정 설계의 핵심 초점이 됩니다.

결함 설명 및 분석

시험 생산 중에 필터의 왼쪽 꼬리 기둥 주변에서 직경이 0.5mm에서 3mm에 이르는 불규칙한 다공성이 관찰되었으며, 이는 매끄러운 원형 또는 타원형 공극으로 나타났습니다. X-레이 검사 결과 기둥 근처에 다공성이 밀집되어 있어 27.8%의 스크랩률이 발생했습니다.

구조 분석 결과, 용융된 알루미늄이 충전 중에 주위를 감싸 가스를 가두어 기공을 형성하는 A 구역의 틈새 설계가 원인으로 밝혀졌습니다. 반면 B 구역의 원활한 연결성에서는 이러한 문제가 발견되지 않았습니다. 현장 공정 조건(압력, 속도)이 최적이어서 운영상의 오류를 배제하고 금형 설계를 주요 원인으로 지목했습니다.

CAE 시뮬레이션 및 최적화

MAGMA 소프트웨어를 사용한 다이캐스팅 시뮬레이션을 통해 결함의 원인을 파악했습니다: 게이트 1은 너무 빨리 채워져 슬래그 트랩을 조기에 밀봉했고, 게이트 2는 너무 천천히 채워져 왼쪽 상단 모서리에 가스가 갇히는 불균형이 발생했습니다.

최적화 계획이 포함되어 있습니다:

1. 게이트 조정: 게이트 1을 반으로 줄여 천천히 채우고, 게이트 2를 왼쪽으로 5mm 넓혀 흐름을 가속화하여 좌우 채움의 균형을 맞춥니다.
2. 환기 개선: 슬래그 트랩 3과 4에 배기 채널을 추가하여 가스 배출을 개선합니다.

최적화 후 시뮬레이션을 통해 좌측 충전 속도가 현저히 증가하여 균형 잡힌 흐름을 달성하고 왼쪽 상단 모서리에 갇힌 가스를 제거한 것을 확인했습니다.

Alt: 알루미늄 합금 필터 다이캐스팅에서 최적화된 충전 균형과 개선된 통풍을 보여주는 MAGMA 시뮬레이션 스크린샷.

개선 사항 검증

최적화 후 시험 생산에서 우수한 결과를 얻었습니다. X-레이 검사 결과 결함 부위에서 다공성이 발견되지 않아 불량률이 0%로 감소했습니다. 대량 생산, 샘플 테스트 및 고객 피드백을 통해 기술 표준을 준수하는 것이 확인되어 성공적인 프로젝트 검증과 본격적인 생산이 가능했습니다. 전기 도금 테스트에서도 표면 기포가 발생하지 않아 통신 장비의 까다로운 요구 사항을 충족하는 것으로 확인되었습니다.

Alt: 최적화된 필터 주조의 X-레이 이미지로, 결함이 없는 고품질 알루미늄 합금 부품을 보여줍니다.

결론

이 연구는 MAGMA의 CAE 시뮬레이션을 활용하여 알루미늄 합금 필터에서 다공성의 근본 원인을 밝혀내고 결함을 제거하기 위한 목표 최적화를 구현했습니다. 이 접근 방식은 불량률을 27.8%에서 0%로 줄임으로써 품질을 향상시켰을 뿐만 아니라 금형 조정 비용을 절감하고 개발 일정을 단축하여 상당한 경제적 이점을 제공했습니다. 심천 유게는 첨단 CAE 툴을 활용하여 효율적인 다이캐스팅 솔루션을 제공합니다. 그러나 알루미늄 합금 다이캐스팅의 다공성은 여러 요인에서 비롯되므로 실제 생산에서는 금형 설계, 재료 특성 및 공정 파라미터를 통합하여 지속적인 개선을 위한 전체론적 접근 방식이 필요합니다.