법에 의한 고품질법에 의한 고품질법에 의한 고품질법에 의한 고품질Squeeze castingSqueeze castingSqueeze castingSqueeze casting

자동차부품 제조기술지원자동차부품 제조기술지원자동차부품 제조기술지원자동차부품 제조기술지원

2005. 7. 30.2005. 7. 30.2005. 7. 30.2005. 7. 30.

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 주 삼 기 기 공주 삼 기 기 공주 삼 기 기 공주 삼 기 기 공( )( )( )( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

관리 번호 :

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 법에 의한 고품질 자동차부품 제조기술지원Squeeze casting

지원책임자소속 경량소재팀:

성명 정 운 재:지원 기간

부터2004. 07. 01.

까지2005. 06. 30.

사업비규모

총 백만원294

지원기관

참여연구원

김 기 태

김 정 민

정 부 출 연 금 백만원: 147

기업부담금현금 백만원: 88,2

현물 백만원: 58,8

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의거 종합기술지원사업 수행에18ㆍ

대한 기술지원성과보고서를 제출합니다.

첨부 기술지원성과보고서 요약서 전산출력물 부: 1. ( ) 5

기술지원성과보고서 부2. 5

년 월 일2005 7 30

작성자 지 원 책 임 자 정 운 재 인( ) : ( )

지원기관장 한국생산기술연구원장 직인( ) ( )

확인자 지원기업 대표 김 상 현 인( ) : ( )

부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하ㆍㆍㆍㆍ

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 지 원 부 장 관 귀 하산 업 지 원 부 장 관 귀 하산 업 지 원 부 장 관 귀 하산 업 지 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 법에 의한 고품질 자동차부품 제조 기술지원 지원“Squeeze casting ” (

기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다: 2004. 7. 1 ~ 2005. 6. 30) .

2005. 7 . 30.2005. 7 . 30.2005. 7 . 30.2005. 7 . 30.

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 기관명 한국생산기술연구원기관명 한국생산기술연구원기관명 한국생산기술연구원기관명 한국생산기술연구원( )( )( )( )

대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 김 기 협김 기 협김 기 협김 기 협 인인인인( )( )( )( )

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 기업명 주 삼기기공기업명 주 삼기기공기업명 주 삼기기공기업명 주 삼기기공( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )

대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 김 상 현김 상 현김 상 현김 상 현 인인인인( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 정 운 재정 운 재정 운 재정 운 재

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 김 기 태김 기 태김 기 태김 기 태

〃〃〃〃 :::: 김 정 민김 정 민김 정 민김 정 민

- 4 -

종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

최종 목표는 법의 정립 및 주조작업의 기술 표준화를 통한 고품질의 자Squeeze casting

동차 부품 제조기술을 확립하는 것으로서 첫째 모업체의 요구에 만족하며, , Squeeze

법에 적합한 제품 설계기술의 확립 둘째 전산모사를 통한 열 유동해석으로 최casting , , ,

적의 금형주조방안 설계 및 제작기술 확보 셋째 알루미늄 용탕 처리 표준 조건 설정, ,

넷째 제품 수율 향상을 위한 작업조건의 표준화 및 관리기술의 확보 등 이다, .

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

법의 이론적인 기술습득과 주조 양산기술의 확보를 통하여 주조시 발Squeeze casting

생되는 각종 불량과 열처리시 발생되는 등 불량율 저감을 위한 세부 기술 지원 내blister

용으로는,

법에 적합한 제품설계 기술 확립1) Squeeze casting

주조장비의 사출조건 검증을 위한 모니터링 실시로 최적 주조조건의 설정2)

전산모사를 통한 열 유동해석으로 최적의 금형주조방안 설계 및 제작기술3) ,

알루미늄 용탕처리 탈가스 드로스처리 방법 표준조건 설정 및 관리4) ( , ) ,

제품수율 향상을 위한 작업조건 설정 및 관리기술 소재 용탕 주조 게이트 절단 열5) ( , , , ,

처리등)

주조 자동화 양산 기술 주조 취출 게이트 절단 열처리등6) ( , , , )

제품 결함의 판정 및 문제 원인의 기술적 접근 방법7)

현장 작업자들의 불량원인에 대한 교육 및 품질관리 기법8)

연구개발팀 현장 관리자들의 문제해결 접근 방법9) ,

- 5 -

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

제품 설계기술 모업체 도면 배포 지원기업 승인도제출 자체 설계기술 확립

최적 주조방안 설정 경험에 의한 방안설정 전산모사의 활용 최적방안도출

최적 작업조건 설정 작업자 임의설정 이론에 근거한 설정 작업자교육

제품불량율 15~20% 이하10%

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 알루미늄 소재o : ENGINE MOUNTING BRACKET( )

모 델 명 기아 스펙트라 후속모델 차종o : (LD )

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁제품해당기술적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질을 프레스steel

후 용접한 부품

공정이 복잡,

내구성 저하

내식성 강도향상, ,

부품의 경량화

경쟁제품 대비 가격 상동 100 120

객관화 된 를 근거로 작성DATA※

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 신규매출 백만원 년/ ( %)

인 건 비 절감 신규매출 백만원 년/ ( %)

계 백만원 년- / ( %)

공정개선 및 품질향상 등으로 인한 절감효과 반영※

- 6 -

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비 고

내 수 백만원 년480 / 백만원 년850 / 94% 적용차종의 확대

수 출 천달러 년- / 천달러 년150 / 신규 %

계 백만원 년480 / 백만원 년1000 / 94%

참고 적용제품 주요수출국 미국 유럽 중국) 1. : , ,

작성당시 환율기주 원2. : 1,020 /$

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

현재 국내에서 을 용접한 부품을 사용중이고 이 를 주조품으steel plate press, Al

로 대체하기 위한 신개발품으로서 현재는 해당없음.

차후 국산자동차부품의 수출에 따라 가능함.

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

현재 자동차부품중 합금의 사용량은 국내차종의 경우 이내이나 주요선진국 일본Al 5% ( ,

미국 의 경우 이미 이상을 사용하고 있다 예로서 엔진블록 브레이크 디스크 브레) 10% . , ,

이크 캘리퍼 등 여러 가지가 있으나 합금제 엔진마운팅 브라켓은 이미 선진국 전차종, Al

에 일반화 되어있다 이는 합금이 강도 신뢰성 내구성에서 기존 판의 용접품보다. Al , steel

우수하기 때문이다 국산 자동차에 합금 주조부품의 사용량 증대를 위해서는 관련기술. Al

스퀴즈캐스팅 진공흡인다이캐스팅 등 의 시급한 확보가 중요하고 본 사업에서 개발하( , ) ,

여 실차에 적용하게 함으로써 국산자동차부품기술이 진일보하였다 할 수 있다.

- 7 -

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

현재 국산자동차에 합금부품이 스퀴즈캐스팅으로 가능한 품목은 브레이크 캘리퍼Al , fuel

등 여러 가지가 있다 본 품목의 개발로 차후 이들 부품의 제조를 확보하였고 이pipe . ,

로써 수송기계의 경량화 라는 세계적 추세에 맞춰 국산 자동차의 경량화를 조기 가능“ ”

하게 할 수 있게 되었다 본 품목외에 합금으로 가능한 자동차부품 엔진블록 브레이크. Al ( ,

캘리퍼 등 의 주조에 필요한 다양한 기술에 대한 관심과 개발의욕을 고취하게 하였다) .

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

- 8 -

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건11 자동차용 합급부품에 사용가능한 신주조기술Al

시제품제작 건2 기본적 고려사항 불량대책,

양산화 개발 건1 양산불량의 저감방안.

공정개선 건3 합금의 용탕처리 개선 품질향상Al ,

품질향상 건-

시험분석 건-

수출 및 해외바이어발굴 건-

교육훈련 건-

기술마케팅 경영지문/ 건3 신규시장의 진출 경영의 문제 및 개선방안,

정책자금알선 건1 청정생산기술의 도입으로 작업환경 품질 개선,

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건4 신주조기술 진공흡인주조 의 소개 및 공정체험( )

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

당사는 자동차부품 전문제조업체로서 현대 기아의 부품을 생산하고 있다 국내 자동차- .

의 품질향상으로 국제경쟁력 확보를 위해 당사도 신기술도입과 신제품개발에 대한 의지

가 높다 본 사업의 품목도 일환으로서 사업기간중 신차종에 적용할 신개발품을 신주조.

법 스퀴즈캐스팅 에 의해 효과적으로 성공 사용하게 되었다 차후 본 품목외에 국산자동( ) , .

차에 적용할 합금 주조부품은 많고 이를 뒷받침할 전문부품업체로서 해당기술에 대한Al

기술력을 충분히 확보하였다 차후 유사기술 진공흡인주조 등 유사품목 브레이크 캘리. ( ), (

퍼 등 에도 적극 활용할 예정이다, ) .

- 9 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

부 록부 록부 록부 록

기술지원일지기술지원일지기술지원일지기술지원일지----

- 10 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

공법은 액체상태의 알루미늄을 실린더에 의해 작동하는 플런SQUEEZE CASTING

저로 다이의 캐비티에 저속으로 충전한 후 고압을 가하여 지향성응고를 시키는 주,

조법으로서 단조공정과 주조공정을 단일 공정으로 처리하는 새로운 생산 기술이며,

용탕단조법이라 불린다 이 기술은 구소련에서 처음 개발 실용화되어 년 미국. 1965

과 일본 영국에 소개되어진 첨단 기술이다 특히 제품의 신율이 기존 공법의 제품, .

에 가깝고 충격치는 기존단조품의 배정도 높으며 조직이 균일 미세하고 기계적 성4

질이 부위에 관계없이 균일하여 복잡한 형상 부품에 적용이 용이한 장점을 가진다.

또한 품질의 신뢰도가 우수한 점 이외에도 생산성이 기존의 가공법보다 높은 장점

을 가진다 공법은 캐비티 내에 용탕이 저속으로 충전되므로 와. Squeez casting gas

응고층 유입이 없으며 조직이 미세화되어 기계적성질이 우수하다 그리고 응고하면.

서 연속적으로 가압하여 수축분을 보충하므로 수축에 의한 기공과 수축기포가 발생

하지 않으며 강성을 얻지 위한 열처리시 발생이 없고 용접을 하여도(T4,T6) blister

부풀음 현상이 없다 또한 가압하면서 용탕이 금형 내부에 밀착하여 냉각되므로 제.

조상 설계에 따라 단일 공정으로 최종형상을 얻을 수 있으며 높은 품질 정확한 치,

수를 얻을 수 있다.

자동차 경량화는 최근 지구 온난화의 주원인인 CO2가스 배출 규제와 함께 전 세계

적으로 주된 관심사로서 자동차 부품소재의 비철금속재료의 채택이 활발하게 진행

되고 있는 실정이다 지원기업에서는 기존의 주철주물로 생산되고 있는. engine

류를 알루미늄 재질의 공법으로 변경하여 개발을 완료함으bracket Squeeze casting

로써 경량화 및 고기능화를 실현하였다.

의 가압식기계는 일본의 사에서 개발하여 전 세계적으Squeeze casting plunger UBE

로 공급 되었으며 국내에서는 지원기업을 포함하여 개의 중소업체만이 생산 활2~3

동을 하고 있다 따라서 본 공법에 대한 양산기술의 안정화가 미흡한 상태이며 제.

품의 최적 설계 및 주조방안 설정 주조 작업조건의 표준화 및 품질 관리등 공정기,

술 확보가 필요한 상태이다 최근 자동차의 경량화를 이룩하기 위해서 많은 자동차.

부품들이 기존의 에서 알루미늄 합금으로 대체되고 있으며 경량화 자동차는steel ,

연비를 증가시키는데 가장 큰 몫을 하고 있다 이러한 추세와 발맞추어 지원기업에.

서는 년부터 설비 대를 일본 사로 부터 도입하여 활발1993 Squeeze casting 3 UBE

한 제품 개발 및 생산을 시도하였으며 본 사업후 현재 양산을 시작한 제품으로는,

등을 월engine mounting bracket, transmission bracket, roll mounting bracket

톤 이상의 인곳트를 제품화 하여 자동차 모업체에 납품하고 있다80 .

- 11 -

또한 현재까지 연구개발을 추진하여 양산 가능성을 타진한 제품으로는 engine

piston, air-con cylinder, swash plate, brake caliper, fuel pipe, knuckle, shift

및 각종 등이 있다fork bracket .

현재 지원기업의 제품개발 경험과 양산화에도 불구하고 제조기술이 부족하여 주조

불량률이 이상으로서 다이캐스팅 공법에 비해 상당히 높아 제조원가의 상승은20%

물론 생산성 및 양산성 측면에서 열악한 실정에 있다.

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

공법에 의한 고품질의 자동차부품 제조기술을 확립하기 위하여 본Squeeze casting

주조공정의 이론적 기술을 정립하고 이를 실작업에 적용하여 주조 작업 조건을 표

준화하였다 세부 지원 목표는 아래와 같다. .

주요목표 세부목표 상세 예상목표

squeeze casting

공정정립 및 주조

작업 표준화

법의 정립을- squeeze casting

통한 주조불량의 감소불량률 이상에서 이하로20% 10%

전산모사를 통한 열 유동해석- ,

으로 최적의 금형주조방안 설계

시행착오 회 금형 이상에서 회3 / 2

금형 이내로/

알루미늄의 조직제어 및 용탕처-

리 탈가스 드로스처리 방법 정립( , )

가스결함 이내 총지금의 손2% ,

실량 이내5%

제품수율 향상을 위한 작업조건-

표준설정 및 관리기술

제품회수율 이내에서 이50% 60%

상으로

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

공법의 이론적인 기술 습득과 주조 양산기술의 확보를 위한 세부Squeeze casting

기술 지원 내용으로는,

공법에 적합한 제품 설계 기술Squeeze casting①

주조 장비의 사출조건 검증을 통한 최적 주조조건의 설정 기술 확립②

전산모사를 통한 열 유동해석으로 최적의 금형 주조방안 설계 및 금형 제작 기,③

술 확립

알루미늄 조직 및 용탕처리 방법 탈가스 드로스처리 표준조건 설정 및 관리기( , ),④

술 확립

- 12 -

제품 수율 향상을 위한 작업조건 표준설정 및 공정별 관리 기술 확립 원소재( ,⑤

용해 주조 절단 열처리등, , , )

주조공정 자동화 양산기술 확립 주조 취출 게이트절단 열처리등( )⑥ → → →

제품 결함의 판정 및 문제 원인의 기술적 접근 방법⑦

현장 작업자의 불량에 대한 의식교육 및 품질관리 방법⑧

연구개발팀의 신제품 개발 방법 및 연구 향상과 현장 관리자들의 문제해MIND⑨

결 접근방법과 실천방법

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

지원기업의 현황을 보면 현재 공법으로 양산을 진행하고 있는 제Squeeze casting

품은 설비 대에서 대략 개 품목정도이며 신규 개발 진행 중인 제품 약 개3 15 , 10

품목을 포함하면 대략 개 품목에 대하여 개발 및 양산을 추진 중에 있어 국내에25

서 가장 활발한 개발 생산을 진행 중에 있다 년 예상 알루미늄 원소재/ . 2005

사용량은 약 톤으로서 총 판매 예상 매출은 억 정도에 이를 것으로(AC4CH) 960 50

판단된다.

본 기술지원을 통하여 지원기업이 느끼는 가장 큰 애로지술로서 Squeeze casting

공법의 주조이론에 대한 기술자료를 제공하고 현장 작업자 및 관리자에 대한 교육

을 실시하였고 또한 주조시 발생되는 각종 불량과 열처리시 발생되는 불량, blister

저감을 위한 작업조건 표준화등 실질적인 기술지원을 실시하였다.

구체적인 지원사항으로서 먼저 지원기업이 현재 생산하고 있는 전 품목을 조사하여

이들 제품중에 가장 생산량이 많으면서 불량률이 높은 제품으로서 차종LD engine

제품을 선정하여 제품설계에서 주조금형의 설계 및 제작과 주조mounting bracket

작업 조건 및 후속공정의 최적화를 통하여 양산 제조기술을 최적화 하였다 이를.

통하여 주조 불량율을 기술지원전 이상에서 기술지원을 추진하는 과정에서20%

이하로 낮추는 성과를 얻었다 본 제품은 년 약 개 정도 생산예10% . 2005 120,000

정으로서 금액으로는 약 억원정도의 매출이 발생이 예상되는 제품이다 본 기술4.8 .

지원의 주요내용과 성과는 다음과 같다.

- 13 -

No 기술지원 내용 지원 성과 비 고

1 최적 제품 설계 방안 에 적합한 제품설계squeeze casting 자체설계

2 전산모사를 통한 열 유동해석, 외 종실시LD M/BRACKET 3 신개발품 포함

3 알루미늄 용탕 처리방법 정립 용탕처리 작업 표준화 전양산품 적용

4 제품 주조조건 및 관리방법 제품 주조조건 작업 표준화

5 주조작업 공정 자동화 적용 자동 취출기 및 게이트 커팅기 적용

6 알루미늄 열처리 조건 최적화 처리 작업 표준 설정T6 전양산품 적용

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정1.1.1.1.

- 14 -

기술지원 추진체계기술지원 추진체계기술지원 추진체계기술지원 추진체계2.2.2.2.

기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용3.3.3.3.

최적 제품 설계 방안최적 제품 설계 방안최적 제품 설계 방안최적 제품 설계 방안1)1)1)1)

법에 의한 제품 설계는 사용업체인 현대 기아자동차로 부터 제품Squeeze casing ,

사양과 도면을 제공받아 알루미늄 합금을 이용한 제품 적용 가능성을 검토하게 된

다 본 기술지원에서 선정한 차종 은 아래와 같은 요구사항에. LD mounting bracket

만족하는 제품을 제작해야 한다 제품도면을 이용하여 본 공법에 의한 제조가능성.

과 사양검토 결과는 아래와 같다.

- 15 -

기본 검토 내역1.

차종 및 제품명1) 차종LD ROLL MOUNTING BRACKET

적 용 처2) 자동차 ENGlNE

수 량3) 년120,000EA/

제조공법4) SQUEEZE CAST

경 도5) 제품의 경도측정부에서 이상일것HB 85

피로내구강도6)변위로 회 반복후 균열 및 파괴 없을 것1G±200Kgf 1.0×106

삽입 후 시험(INSULATOR )

주조 방안 검토 내역2.

제품의 면적 및 중량1) CAVITY RUNNER BISCUIT O/FLOW 기타 TOTAL

투영면적 (cm2)571×2=4

57320 201 15% 1,125

예상중량(g) 1,142 808 503 15% 2,821

및 용탕 압력2) SHOT ~43TON / ~900kgf/cm2

형체력3) 315TON < 350TON

용탕비4)경TIP (D) 용탕높이(H) 용탕비(H/D 2.5)≤

80 224 2.8

주조속도5)면적TIP (T) 면적GATE (G)

비GATE

(T/G 10)≤속도TIP 속도GATE

5,027mm2 982mm2 5.1 78mm/s 400mm/s

기계사양 조건6)CLAMP UINT SHOUT UNIT CYCLE TIME 재질 및 열처리

HVSC 350TON HS45 43TON 55~60sec AC4CH-T6

주조 능력 검토 내역3.

가동시간1)일 월 년 비고

시간8 일22 개월12 잔업 시간2

효율2) 기계보수 금형보수 및 교환 예열 교환등70% , , SIeeve Tip

주조능력3)금형수량 사용기계수 일근무수 비고

1SET 대1 교대2

일생산수량4)초 시간 가동시간 잔업 효율 일근무수 일생산수3,600 (1 ) 1 CYCLE TlME × ( + ) × × =

(3600/60) × (8+2) × 0.7 × 2 = 840EA

월생산량 및 작업일수5)일생산수량 월근무수 월생산수량X = 월수요량 일생산수량 일작업일수/ =

840 × 22 = 18,480EA 일10,000 / 840 = 11.9

제품도 및 주조 방안4.

도도면 참조

소재 개발 시간5. 일D + 60

종합의견6. 설비에 대한 기본조건 충족함.

전산모사를 통한 최적 주조방안 설정전산모사를 통한 최적 주조방안 설정전산모사를 통한 최적 주조방안 설정전산모사를 통한 최적 주조방안 설정2)2)2)2)

가 차종가 차종가 차종가 차종) LD mounting bracket) LD mounting bracket) LD mounting bracket) LD mounting bracket

전산모사 열 유동해석전산모사 열 유동해석전산모사 열 유동해석전산모사 열 유동해석,,,,①①①①

제품 설계가 확정되면 도면을 가지고 로 모델링을 실시하고 주조방안을 설정2D 3D

하고 이에 대한 열 유동 해석을 실시하게 된다, .

- 16 -

차례에 걸친 해석을 통하여 최적 주조방안을 설정하고 금형 을 확정하여2 Lay Out

금형 을 제작하였다 차 양산 금형의 전산모사 해석 결과는 아래와 같다. 1 .

- 17 -

ConclusionConclusionConclusionConclusion

주조방안은 조립부에 를 설치한 방식으로 제품부의 각도를 조절 하Bolt Gate 2Cavity•

였다 이 방안은 주조에는 다소 불리하지만 의 용이한 절단을 위하여 도입. , runner, gate

하였다.

온도분포의 경우 제품부의 온도가 낮아지는 경향이 있으나 충진에는 문제가 없을 것으•

로 보며 용탕의 온도를 높이고 시간을 단축한다면 충진시 온도저하는 해결할 수, Cycle

있을 것으로 본다.

산화물이 포집될 가능성이 있지만 소재 표면에 위치하고 충진속도가 느리므로 물량이•

발생하지 않을 것으로 본다.

충진 시간의 경우 의 특성상의 저속 충진으로 안정적인 충진을 이루Squeeze Casting•

어 온도분포는 전체적으로 양호한 상태이다.

수축공의 경우 제품부의 후육부가 보다 늦게 응고되는데 이로 인해 후육부에 수Gate•

축공 발생이 예상된다.

- 18 -

금형 설계 및 제작금형 설계 및 제작금형 설계 및 제작금형 설계 및 제작②②②②

제품 제조의 제일 단계인 주조방안의 결정 및 금형의 설계는 가장 중요한 기술적

요소로서 이 설계가 부적당한 경우는 후에 아무리 주조조건을 변경하여도 좋은 제

품을 생산할 수 없게 된다 에서 주입구는 고압으로 가압하는 동. Squeeze casting

안 용탕의 보급을 충분히 하는 것이 목적이기 때문에 그 단면적을 충분하게 하여

주입구주변의 용탕 응고를 지연시킬 필요가 있다 투영면적이 크고 복잡한 형상의.

제품은 주입구의 위치와 수의 결정은 대단히 어려운 일이다 주입구를 를. INSERT

이용하여 초기시험단계에서 부위의 가변 탕구를 설치하여 최적의 주입구 방안2~5

을 확정할 수 있다 주입구의 위치가 부적당한 경우 용탕의 흐름이 불충분하여 건.

전한 제품을 얻는 것은 불가능 한 일이다 일반적인 주입구 설치 위치의 결정은 일.

반적으로 제품의 두께가 두꺼운 후육부로서 가급적 제품의 중앙부분이 좋지만 제품

의 형상 요구 품질에 따라 금형주조방안은 크게 달라질 수 있다 그러나 용탕의 흐, .

름이 아래에서부터 위로 순차적으로 층류 충전이 되어야 하며 제품의 품질 안정화

를 위하여 지향성 응고가 될 수 있어야 한다 본 제품의 완성품 도면과 소재도변.

그리고 주조방안도는 아래와 같다.

그림 완제품 도면그림 완제품 도면그림 완제품 도면그림 완제품 도면( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )

- 19 -

그림 주조소재도그림 주조소재도그림 주조소재도그림 주조소재도( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )

그림 주조방안도그림 주조방안도그림 주조방안도그림 주조방안도( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )

- 20 -

전산모사를 통한 열 유동해석 결과로부터 볼트 조립부로 주입구를 설정하여,

로 금형을 설계제작 하였다 해석결과로부터 알 수 있듯이 게이트 단면적이2cavity .

적음에 따른 빠른 응고로 제품의 후육부에 수축공이 일부 예상되며 최상단 링부의

탕겹침 불량이 예상은 되나 주입구의 절단의 용이성과 가공성등을 고려하여 본 방

안을 확정하여 금형을 설계 제작하게 되었으며 금형의 형상은 아래와 같다.

그림 주조용 금형그림 주조용 금형그림 주조용 금형그림 주조용 금형( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )( . engine mounting bracket )

알루미늄 용탕처리 방법알루미늄 용탕처리 방법알루미늄 용탕처리 방법알루미늄 용탕처리 방법3)3)3)3)

가 용탕처리의 목적가 용탕처리의 목적가 용탕처리의 목적가 용탕처리의 목적))))

용탕 청정화를 통한 양질의 제품을 생산하기 위하여 실시하며 여러 가지의 처리 방

법이 있으며 이의 정확한 처리 목적과 방법을 충분히 이해하고 현장에 적용하는 것

이 제품 품질관리의 대단히 중요한 요소라 할 수 있다.

- 21 -

나 알루미늄 합금 용탕처리의 종류나 알루미늄 합금 용탕처리의 종류나 알루미늄 합금 용탕처리의 종류나 알루미늄 합금 용탕처리의 종류))))

탈가스 처리 (Degassing)①

처리 용탕산화방지 용탕정화 드로스 처리 등FLUX ( Covering, Cleaning, )②

용탕 개재물 여과(Filtering)③

결정립 미세화 및 개량처리 (Modification)④

다 용탕의 탈가스 처리다 용탕의 탈가스 처리다 용탕의 탈가스 처리다 용탕의 탈가스 처리) (Degassing)) (Degassing)) (Degassing)) (Degassing)

수소가스는 용융 알루미늄에 고용되는 유일한 가스로서 알루미늄 용탕에 쉽게 분,

해되며 대기중에 풍부하기 때문에 모든 용융 알루미늄은 어느 정도의 분해된 수소,

가스를 함유하게 된다 이 수소가스는 기포 를 형성시켜 제품의 건전. ( gas porosity)

성을 방해하는 주요 요수가 되며 용탕에 수소분해를 조절하기 위해서는 상당한 노

력이 필요하다.

알루미늄 용탕에서 수소고용도가 문제가 되는 이유는 첫째 용융 알루미늄의 수소,

고용도는 온도변화에 큰 영향을 받는데 용탕의 온도가 증가되면 수소 고용110℃

도는 배 증가하므로 용탕온도의 관리는 매우 중요하다 둘째 응고 후 고상에서2 . ,

낮은 수소고용도를 가지므로 액상의 수소 과포화는 응고 후 고상에 만이 고6~7%

용되어 제품에서 기포 불량의 원인으로 작용한다 셋째 융점에서 수소 고용도가 크. ,

게 변화하므로 액상 내 수소 고용도는 정도로 매우 크다0.7cc/100gAl .

알루미늄 용탕 내 수소가스의 근원을 살펴보면 가장 큰 수소가스 유입의 원인으로,

대기 중의 습기를 들 수 있다 또한 염 을 주성분으로 하는 주조용 는 흡. (Salt) Flux

습능력이 뛰어나므로 로 건조 후 신속히 사용해야 하며 용해도가니의100~200 ,℃

내화물내에 수분의 함유나 가스버너를 사용할 경우 연소 후 의 수증기가10~15%

발생하므로 전기로의 사용을 권장 한다 또한 주조용 공구인 플런저나 래들 그리고.

장입재료인 인곳트 스크랩에 그리스나 절삭유등이 오염된 경우 발생된다 이러한, .

여러 가지 원인들은 용융 알루미늄 표면에서 수증기가 분해하여 유입되게 되며 아

래와 같은 반응이 일어난다.

2AI(l) + 3H2O(g) AI2O3(s) + 6H→

이 반응은 용융 알루미늄에서만 이루어지며 산화물에서는 부동태 산화피막의 형성

으로 일어나지 않는다.

알루미늄 용탕내 수소가스의 유입을 예방하기 위해서는 용탕처리용 용해공구Flux, ,

도가니 장입 재료 등은 충분히 건조한 후 사용해야 하며 용탕 표면 드로스는 수소, ,

유입의 효과적인 장벽이므로 교반 및 장입재 첨가시 용탕의 유동이 심하게 발생되

지 않도록 하는 것이 중요하며 또한 용탕의 과열 방지가 필수적으로 요구된다.

- 22 -

라 탈가스 처리의 종류라 탈가스 처리의 종류라 탈가스 처리의 종류라 탈가스 처리의 종류))))

자연적 탈가스(Natural Degassing)①

용탕내 수소가 과포화되어 있을 때 서서히 응고하면 과포화 수소가스가 대기중으로

유출되는데 이 방법은 처리 시간이 오래 소요되며 효율이 좋지 않다.

진공 탈가스(Vacuum Degassing)②

용탕 상부에 진공을 걸어주며 용탕 저부에 질소가스를 주입하면 용탕이 교반되면서

수소가스가 용탕 밖으로 배출된다 주로 유럽의 대규모 공장에서 채용되고 있으며.

효율은 상당히 좋으나 장치비가 많이 드는 단점이었다.

가스 정화법 (Gas Purging)③

처리인 불활성가스 질소나 아르곤 주입법이나 화학GBF(Gas Bubbling Filtration) ( )

적 탈가스제인 염소가스를 발생시키는 정제 를 알루미늄 용탕속에 투입하는(Tablet)

두가지 방법이 있다 효율은 처리법이 월등히 좋으며 정제사용시 수분 흡수에. GBF ,

주의를 요한다.

제품 주조조건 설정 방법제품 주조조건 설정 방법제품 주조조건 설정 방법제품 주조조건 설정 방법4)4)4)4)

가 주조이론가 주조이론가 주조이론가 주조이론) Squeeze casting) Squeeze casting) Squeeze casting) Squeeze casting

하는 경우 일반적으로 그 제품의 크기와 형상으로부터 다음의 사Squeeze vasting ,

항을 검토해 금형의 방안 기계의 크기 및 사출조건 등을 결정한다, .

주조압력 금속가압( )①

일반적으로 700~1000kgf/cm2의 압력 범위에서 주조하지만 평균적으로 사용하는

압력은 900kgf/cm2매 정도 이다 주조압력은 의 사출력을. Squeeze vasting M/C

의 단면적으로 나눈 것에 따라 계산된다 아래 그림에 있어서 주plunger tip dia. .

조압력 는 다음과 같다P .

P = F0/A0 = P0 × D2/d

2(kgf/cm

2)

의 사출력은 설비사양에 의해서 결정되지만 의 압력Squeeze casting M/C cylinder

을 조절하는 것에 따라 어느 범위에서 조정이 가능하다 또 직경 메탈. plunger tip (

슬리브의 내경 에 따라 사출력이 변화하므로 적정 의 선정이 필요하다) tip .

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그림 의 형개력 설명도그림 의 형개력 설명도그림 의 형개력 설명도그림 의 형개력 설명도( . HVSC M/C )( . HVSC M/C )( . HVSC M/C )( . HVSC M/C )

주조면적 투영 면적( )②

위의 그림에서 주조면적 은 제품의 투영면적에서 주입구 비스켓 탕도 탕류의Al ( ), ,

투영면적을 더한 것이다 제품의 투영면적에 대해서 기타의 투영면적은. ,

일반적으로 정도이다30~50% .

형개력 필요형제결력( )③

형개력은 주조압력과 주조면적과의 곱으로 나타낼 수 있다 위의 그림에서.

F1= P × A1

로 된다 실제의형개력은 주입용량 사출속도등의 조건에 따라 크게 달라지며 그것. , ,

의 조건에 따라서 이 형개력에 안전율 를 가산한 형체력의20~50% Squeeze

을 선정할 수 있다casting M/C .

용탕의 충전조건④

의 충전조건은 기본적으로 초저속충전 고압하 응고로서 지향성 응Squeeze casting

고가 된다 초저속 충전 게이트 속도 이하 고압하 응고. ( - 400mm/s , -

700~1000kgf/cm2)

제품의 형상은 여러가지고 하나의 제품형태로 충전조건을 선정하는 것은 매우 어려

운 일이고 이때는 실험을 필요로 한다 따라서 충전조건의 선정은 제품의 형상 제. ,

반 형태를 잘 관찰하고 과거의 자료 경험 등에 따라서 신중히 선택하여야 한다.

- 24 -

탕구단면적⑤

은 의 용탕속도를 이하의 초저속 충전을 행하기 때Squeeze casting gate 400mm/s

문에 일반 에서 작은 주입구로는 충전할 수 없다 에서diecasting . Squeeze casting

의 주입구는 기본적으로 주입구비가 이하를 추구하고 있으며 가능한 한 큰 주입10 ,

구를 설치하도록 추구하고 있다 이것은 큰 주입구에서 저속으로의 주조가 가능하.

게 되면 동시에 주조압력을 충분히 전달하는 일이 가능하다 탕구속도와 충전시간.

및 탕구면적의 관계는 주조할 제품의 체적 즉 탕구를 통과하는 체적이고 over-flow

를 포함한 유량을 라 하면 탕구유량과 충전시간 의 관계는 이다Qa t Qa = Q × t .

용탕이 탕구를 통과할 때 유량과 속도와의 관계는,

Q = V × A = Vg Agㆍ

여기서 사출속도, V: (cm/sec)

플런저 팁 면적A: (cm2)

탕구속도Vg: (cm/sec)

탕구면적Ag: (cm2)

로 된다 탕구를 통과하는 제품의 체적 는. Qa ,

Qa = V × A × t = V g × Ag × t

로 된다 또한 제품 중량은 이므로 탕구면적은. , w x x Qa ,ρ

Ag = Qa / Vg t = W / Vg tρ

여기서 알루미늄 합금의 밀도: 2.7g/cmρ3

로 된다.

탕구속도⑥

탕구속도는 가 기본이 된다 이 속도가 빠르게 되면 공기의 유입이 될 수400mm/s .

있다 제품의 형상은 여러가지이지만 이 속도를 기본으로 시험 주조해서 최종적으.

로 속도를 결정한다 또한 이 속도가 지나치게 빠르면 용탕이 주입구에서 비산해.

탕주름이 생기기 쉽다.

충전시간⑦

기본적으로 용탕은 시간에 따라 응고하기 때문에 충전시간은 가능한 한 짧은 편이

좋다 그러나 사출속도를 처럼 빠르게 하면 공기가 혼입되기 때문에 공기. diecasting

를 혼입시키지 않는 속도로 가능한 한 빠르게 주조하는 일이 중요하다.

나 사출조건 설정나 사출조건 설정나 사출조건 설정나 사출조건 설정))))

건전한 제품을 주조하기 위한 사출조건은 용탕의 충진조건에서 결정하기 보다는 각

각의 제품의 고유형태 용탕의 상태 성분 온도 등 금형의 방안 탕구위치, ( , ) ( ,

금형온도 등 및 이형제 등에 따라서 조건이 다르게 된다 그러므로 시험air-vent, ) .

주조를 행하여 조건을 수정하지 않으면 안된다.

- 25 -

실제로는 금형의 방안을 수정 할 수도 있다 의 경우 기본적으로. Squeeze casting ,

용탕 속으로 공기가 말려들지 않는 속도로 사출하고 액체상태에 있을때 충분한 고

압하에서 응고하는 것이 필요하다 용탕 충전 사출 속도는 안에 주. plunger sleeve

입시킨 용탕이 저속사출로 금형 내에 압입되지만 일반적으로 용탕이 탕구에 도달할

때까지는 빠른속도 로 을 전진시키고 용탕이 에 유입되는 위치에서(0.2m/s) tip cavity

저속으로 전진 시킨다 주입구 속도 이하 목표.( 400mm/s )

내로의 충전사출 속도는 제품의 체적 에 따라cavity , Qa

에서 의 식으로 결정된다Qa = V × A × t = Vg × Ag × t V = Ag × Vg /A .

다 의 사출조건 설정방법다 의 사출조건 설정방법다 의 사출조건 설정방법다 의 사출조건 설정방법) HVSC M/C) HVSC M/C) HVSC M/C) HVSC M/C

사출속도는 기본적으로 V1~V4까지 가지 속도가 있다 주입구까지의 속도를4 .

속도라 하고 주입구부터는 충전속도라 부른다 까지가 속도approach . V1 approach ,

V2~V4는 충전 속도이다 속도는 기본적으로 공기 유입을 방지하. Squeeze casting

기 위하여 다음의 속도로 정해져 있다.

속도DOCKING (V① 0) : 0.2~0.3m/sec

속도APPROACH (V② 1) : 0.2m/sec

V③ 2 ~ V4 충전속도 주입구속도에서 정도 추천함: 0.4m/sec .

아래 그림은 의 주조시 용탕 및 사출부분의 동작을 나타낸다HVSC M/C .

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그림 의 사출 조건그림 의 사출 조건그림 의 사출 조건그림 의 사출 조건( . HVSC M/C )( . HVSC M/C )( . HVSC M/C )( . HVSC M/C )

위의 그림에서 는 시의 그림으로 상면보다 아래에 용탕A docking sleeve 40~50mm

이 오도록 을 설치해야 한다 이 위치는 의 길이를 변경함에 따라 결정tip . tip joint

되는데 주조할 제품 및 직경에 따라 용탕의 양이 변하기 때문에 사전에 계산을tip

하여 필요한 를 선정하는 것이 필요하다 이 공간부가 길면 공기의 유입과tip joint .

동시에 용탕의 온도가 저하하여 응고층이 발생하는 원인이 된다 짧을 경우에는 경.

사시 용탕이 넘쳐 흐를 경우가 있다 이는 화재의 위험이 되므로 각별히 주의해야.

한다 기본적으로 사출 를 급탕 측에 기울여서 용탕을 주탕할 때 용탕이. sleeve 15°

로부터 넘치지 않도록 하기 위해서 의 공간이 필요하다sleeve 40~50mm .

시docking P1의 위치가 상승한도이며 상온에서 수동으로 하여 조작sleeve docking

반에 표시되는 위치보다 아래에 설정한다 이것은 주조시 의 온도 상승3mm . sleeve

에 의한 변형을 방지하기 위함이다.

그림에서 는 상태이다 사출동작에서 용탕의 상면이 주입구에 도달할B approach .

때까지를 말하며 위치의 결정은 주조시 계산에 의하여 구한 위치보다 10~20mm

감하여 P2로 설정한다 이것은 위치에서 사출속도를 변경하는 시간이 필요하기. P2

때문이다.

그림의 는 충전속도로서 각 위치설정은 용탕이 내로 충전될 때 용탕에C,D,E cavity

공기가 혼입되지 않도록 충전속도는 정도가 목표이다 그림에서 와 같400m/sec . D

이 제품부에서 좁아지는 부분이 있을 경우 공기가 말려들지 않도록 사출 속도를 느

리게 하여 설정할 필요가 있다.

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일반적으로 사출속도의 설정은 주입구부근에서 용탕 속으로 공기가 말려드는 것을

방지하기 위해서 주입구 직전에서 속도를 줄여 내로 용탕을 충전 시킨 후 속cavity

도를 높여 주조하는 방법이 사용된다 사출속도는. V1~V4의 속으로 결정하게 되는4

데 통상 P4 동작 후 사출속도 V4로 증압된다 이때 증압 이. timming meter control

V4의 밸브 개폐를 결정하며 사출 증압 신호로 로드측의 유압을 탱크측으로 되돌려

증압한다.

제품 제조공정별 관리항목제품 제조공정별 관리항목제품 제조공정별 관리항목제품 제조공정별 관리항목5)5)5)5)

차종 의 전체 제조공정은 주조에서 열처리 가공 조립LD engine mounting bracket ,

및 검사공정으로 구분 할 수 있으며 주조공정은 주조부터 주입구절단 및 후처리까

지이며 가공 및 조립 공정은 기계가공부의 기계가공과 의 조립공정, insulator bush

을 거쳐 외관 검사 및 내구 시험 등의 신뢰성 시험으로 나눌 수 있다 각 공정별.

주요 관리 항목은 다음과 같다.

순서 공정명 주요 관리 항 목 비고

1 원재료 원재료 성분

2 용 해 용탕온도관리 용탕청정관리,

3 금 형 금형 재질 주조방안,

4 주 조 금형온도관리 주조기관리 액관리 냉각수관리, , spray ,

5 후처리 절단 제거gate , burr

6 열처리 온도 및 시간 관리 급냉조 온도관리,

7 쇼 트 쇼트볼 크기 처리시간 관리,

8 검 사 외관검사 내부 검사 검사, x-ray , burr

알루미늄 원소재①

제조하고자 하는 제품의 기능과 특성에 맞게 원소재를 선정하는 것은 제품 설계에

서 중요한 항목이다 은 다이캐스팅용 원소재를 사용한 주조도 가. Squeeze casting

능하나 주조성이 낮아서 결함발생이 용이하고 보다 엄밀한 공정관리 및 주조방안의

검토가 요구된다 은 기계적 성질이 우수하고 결함이 있. engine mounting bracket

어서는 안되는 중요부품으로서 이에 적합한 알루미늄 합금이 적용되어야 한다 본.

제품에 사용되는 알루미늄 합금은 로서 화학성분은 다음과 같다AC4CH .

- 28 -

합금명화학성분(wt.%)

Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Sn Ti Al

AC4CH <0.26.5~

7.5

0.25~

0.45<0.1 <0.17 <0.1 <0.05 <0.05

0.05~

0.2잔량

양산공정에서 원소재의 관리는 다른 이종 소재와 같은 곳에 배치하지 말아야 하며,

한 소재를 여러 업체에서 받아 혼성하여 사용함으로서 성분변화를 줄 일 수 있다.

합금의 종류별로 색으로 표시하여 구분하고 이나 도 별도로 구분하여 사scrap chip

용하여야 한다.

용해②

용해로 및 보온 유지로 등은 가스나 산화물 혼입을 최소화 되도록 관리하며 사출

에 청정한 용탕을 공급하도록 한다 용탕의 이동시에 표면 산화물의 혼입이sleeve .

없어야 하며 부적절한 용탕관리는 제품 품질에 가장 큰 영향을 미치게 된다 용해.

시 장입되는 과 의 장입비율도 로 철저히 관리하여야 한다 특히ingot scrap 6:4 .

은 오염되지 않도록 별도관리하고 충분히 건조된 상태로 용해로에 장입하여야scrap

한다 용해는 급속용해로 에서 로 용해한 후 용탕이동용 래들에. (900kg/hr) 730±30℃

출탕하고 를 이용하여 탈가스 처리를 실시한다 탈가스 처리 후 보온 유지로에GBF .

주탕을 해주게 된다 작업시 용탕의 온도는 로 관리하며 개량처리제인. 700±10℃

모합금을 용탕량에 첨가하여 용탕처리를 실시한다 작업시에는 성분AI-5%Sr 2% .

분석이나 수소가스 분석도 수시로 실시하면서 제품에 대한 품질관리를 철저히 실시

한다 용해공정별 중점 관리 항목은 아래와 같다. .

No 공정명 관리명 설정치 관리표준 관리항목 기타

1 재료장입 장입재 6 : 4 6 : 4

장입재 비율 철저 관리 잉곳 스크랩1. ( : )

수분 함유 장입 엄 금2. , OiI Scrap

용해대 장입재 연속장입 실시 예열3. ( )

2 용해 분위기 온도 850±20℃ 850±20℃홀딩로 분위기 온도로 관리1.

버너 화구 막힘 주의2.

3 홀딩 용탕 온도 730±30℃ 730±30℃온도관리 철저1.

드로스 및 로청소 일 회 실시2. 1 2

4 출탕 출탕후 온도 720±10℃ 720±10℃이동래들 냉각방지용 덮개 사용1.

래들 내화물 점검 주기적 실시2.

5탈가스

(GBF)

용탕 온도 710±10℃ 710±10℃탈가스 처리 철저1.

이동래들 드로스 분리2.

제거된 산화물 재용해 실시3.

처리 시간 분3 분3

로터 회전수 300rpm 300rpm

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6 용탕보온 보온로 온도 700±10℃ 700±10℃

보온로 열전대 온도 보정온도 기록1.

열전대 재질 변경2. (SiC)

조직미세화 처리 투입3. AI-5%Sr

용탕량의( 2%)

금형③

금형 설계 및 제작에 앞서 먼저 주조방안이 적절하게 설정되어야 한다 주조방안의.

결정은 의 원리가 효과적으로 적용이 되며 생산성 품질관리 저Squeeze casting , ,

생산량 주조기사양 재질등 여러 가지를 고려하여 설정하여야 한다 일반적cost, , , .

으로 다이캐스팅의 설계를 기본으로 하여 열 유동해석을 실시하여 주조방안을 확,

정한다 금형의 온도제어를 위한 냉각채널의 설계도 중요한 요소로서. Squeeze

은 중력주조에 비하여 배 이상의 열전달이 촉진되므로 이에 대한 냉각효율casting 3

도 증가되어야 한다 보통 당 의 냉각수량이 요구된다 금형재질은. cavity 340 l/min .

주로 종이 사용되며 열처리하여 경도를 유지한다 또한 표면경화로서 질화처SKD61 .

리를 실시하여 금형의 내구성을 증가시킨다 양산공정중에 금형의 관리는 주기적으.

로 이형제 피막의 제거 및 청소를 실시하여야 한다 청소 후 금형의 균열이나 표면.

상태 및 치수 검사를 실시하며 용접을 통한 보수는 금형 수명을 단축시키므로 가급

적 피해야 한다.

주조④

은 우수한 품질의 주물 제품을 얻을 수 있는 주조법이지만 주조시Squeeze casting

기본적인 조건이 적정하게 설정되고 관리 되어야 만이 가능하다 대표적인 제조상.

의 조건으로는 형체력과 사출시간 및 속도 주입온도와 금형온도관리 이형제등이, ,

있다 첫째 형체력은 제품의 두께가 얇을수록 가압력은 커야한다 예를들면 제품의. .

두께가 의 경우에는10~20mm 500~1,000kgf/cm2의 압력에서 수축기공이 없게 되

지만 의 두께의 제품에는, 5~10mm 1,000~1,500kgf/cm2의 가압력이 필요하게 된

다 따라서 제품의 형상과 두께에 따라 형체력을 설정하고 관리되어야 한다 두번째. .

로 사출시간 및 속도는 용탕이 에 주탕된 후 시간이 지남에 따라 응고층이sleeve

형성되게 되는데 이 응고층이 제품에 혼입되면 주조불량으로 나타나게 된다 이 응.

고층의 형성을 억제하기 위해서는 충전 후 대기시간 없이 바로 사출을 실시sleeve

하는 것과 용탕의 온도가 관리온도 이하로 떨어지지 않도록 관리하는 것 등이 필요

하다 또한 사출속도는 의 기본적인 조건으로서 속도가 지나치게. Squeeze casting

빠르면 용탕과 함께 공기가 제품내로 휘말려 들어가고 느릴 경우 용탕의 온도가 떨

어져 용탕 흐름 불량에 의해 미성형 등의 불량이 발생한다 일반적으로 사출 속도.

는 제품의 형상 및 크기에 따라 다르지만 가 보통이다50~150mm/sec .

- 30 -

주조시 불량 발생과 관계된 항목중 금형의 이형제의 도 중요한 항목이sleeve spray

다 일반적으로 에 사용되는 이형제의 사용목적은 첫째 제품과 금. Squeeze casting ,

형의 탈형을 좋게하고 둘째 제품의 표면을 좋게 하며 셋째 금형의 온도를 떨어, , , ,

지지 않게하여 용탕의 흐름을 좋게하기 위하여 사용되며 이형제의 종류는 단열계,

흑연계 이형제와 전열계 수용성 이형제가 있다 흑연계의 경우 흑연분말이 금형( ) ( ) .

의 단열성을 향상시켜 용탕의 흐름을 좋게 하지만 고가인 단점이 있다 수용성 이.

형제는 과열된 금형의 냉각에 효과가 좋으며 제품의 내부 수축 등의 주조불량이,

감소되어 품질 면에서 필요하지만 금형의 판도변화가 심하여 열충격에 의한 금형

수명이 단축되는 단점이 있다 하지만 단순히 금형 수명 향상만을 보지 않고 제품.

의 품질측면을 고려하여 수용성이형제자 주로 사용되고 있다 수용성 이형제는 물.

과 분체 흑연 운모 계면활성제등이 혼합된 것으로서 금형에 도포시 물과 일정비( , ),

율로 혼합하여 사용하게 된다 지원기업이 선정하여 사용하고 있는 제품은 일본흑.

연에서 제조한 로서 물과 이형제의 적정 혼합을 위하PROPITE TU-8 (white liquid)

여 자동 이형제 혼합공급 장치를 제작하여 적용 하고 있다 혼합비는 배가. 20~50

적정하며 과거에는 작업자가 계량컵을 이용하여 혼합 사용하였는데 정확한 비율관

리가 어렵고 제품의 품질에 산포가 심한 단점이 있었다 이형제 혼합 공급장치의.

형상은 아래 그림과 같다.

그림 이형제 자동 혼합 공급장치그림 이형제 자동 혼합 공급장치그림 이형제 자동 혼합 공급장치그림 이형제 자동 혼합 공급장치( . / )( . / )( . / )( . / )

후처리⑤

주조후 제품 이외의 부분인 등을 제거하는 후처리는 주조공gate, over flow, flash

정에서 공통적인 사항이다 은 주입구 단면적이 다이캐스팅에 비. Squeeze casting

해 매우 크므로 작업자가 손으로 절단할 수 없는 구조를 가지므로 절단용 장비를

이용해야 한다.

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주로 를 이용하게 도며 공압 실린더가 장착된 고정용 에 제품을 창착band saw JIG

하고 주입구를 절단하게 된다 이때 절단된 후에 남는 주입구는 이내로. 0.5~1.0mm

관리 되어야 한다 차종 의 주입구 절단을 위한 절단기와 제품. LD mounting bracket

고정용 의 형상은 아래와 같다JIG .

그림 절단용 장비그림 절단용 장비그림 절단용 장비그림 절단용 장비( . GATE BAND SAW )( . GATE BAND SAW )( . GATE BAND SAW )( . GATE BAND SAW )

그림 절단그림 절단그림 절단그림 절단( . GATE JIG)( . GATE JIG)( . GATE JIG)( . GATE JIG)

열처리⑥

제품은 그 자체도 중력주조에 비해 강도과 인성이 높지만 열처리Squeeze casting

를 함으로써 더 높은 기계적 성질을 얻을 수 있다 주로 사용되는 열처리 장비는.

반자동 식 전기로로서 용체화 처리후 신속한 급냉이 가능하며Drop Bottom Batch

온도조절과 제품의 이송이 자동제어 되어 각 조업 조건이 균일하게 유지 관리될 수

있다.

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식은 별 관리와 부품 적재의 관리가 용이하다 열처리시 품질이 균일하고batch lot .

안정적인 제품의 제조를 위해서는 다량의 제품 장입시 목표온도에 도달되는 초기제

품과 최종제품의 시간차가 적을수록 가능하다 또한 시효처리시 가능한 한 온도차.

가 부분별로 적어야 한다 열처리 작업조건은 용체화 처리는. 525~535 , 6~8hrs,℃

시효경화 처리는 이다160~170 , 6~8hrs .℃

사상 및 검사⑦

시 제품의 합형면에 유해한 미세한 가 발생되므로 이의 제거Squeeze casting burr

가 필요하다 또한 이형제 자국이나 유해한 흠집 등은 처리를 실시하. shot blasting

여 표면이 깨끗한 제품을 얻을 수 있다 은 으로. shot blasting M/C apron type

재질의 컷트 와이어를 사용한다 품질관리는 제품 표면의 색상이나 조도SUS Ø0.4 .

등을 기준으로하여 견본을 설정하여 관리하게 되는데 이것은 모업체와 협의하여,

확정한다.

양산 제조공정 표준화양산 제조공정 표준화양산 제조공정 표준화양산 제조공정 표준화6)6)6)6)

공정별 관리 항목 설정 및 관리①

차종 에 대한 양산 제조 공정을 확립하고 이에 대한 공정별 관LD mounting bracket

리계획서를 기준으로 각 공정별 관리 항목과 기준 및 이상발생시 조치사항 등을 설

정하여 관리한다 아래 그림은 주조공정의 표준서를 나타낸다. .

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주요 불량에 대한 원인 및 대책②

지원기업의 의 주요불량원인 및 대책은 다음과 같다engine mounting bracket

불량명 형상 대책 및 개선방안

기포

(POROSITY)

원인 용탕이 캐비티 내로 유입되면서 난류에:▷

의한 공기의 혼입이나 가스빼기의 불충분에 의해

발생

대책 사출 속도 및 위치 설정 최적화: 1.▶

게이트 속도 이하 관리-. 0.4m/s

용탕처리 철저 탈가스 및 드로스 처리2 ( )

용탕 상단 유지3. SLEEVE 30~40mm

혼입 최소화-. AIR

래들 대기시간 단축 산화물 발생억제4. ( )

최종 충진위치에 및5. AlR VENT OVER FLOW

설치

부풀음

(BLlSTER)

원인 응고중 고압에 의해 갇힌 가스가 열처:▷

리시 연한 표면층을 밀어내며 나타남 제품 표면.(

부)

대책 사출조건 및 용탕처리 철저 기포대책:1. (▶

참고)

스프레이 및 슬리브 스프레이양 최소화2.

금형이형제 스프레이 시간 조절 수분제거3 ( )

용탕이 비스켓에서 게이트로 흐를때 최대한4.

하게 흐르도록 주조방안 설정SMOOTH .

금형표면 외냉을 실시하여 강제 냉각시킴5. .

취출 변형

(BENDlNG)

원인 금형상 역구배 언더컷에 의한 취출시: ,▷

변형 및 고온의 제품이 냉각시간 부적합에 의해

발생 대책

대책 금형제작상 에러에의한 언더컷 또는:1.▶

툴마크

금형 연마 및 빼기구배 보강-.

슬라이드코어로서 코어 파팅부 밑에 용탕 유입2.

에 의한 코어변형으로 긁힘 발생

코어 형합 재검토 및 용접 살보강-.

이젝트핀 위치 부적합에 의한 취출변형3

이젝트핀 위치 재선정 및 보강-.

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크랙

(CRACK)

원인 제품내부에 용탕산화물 개재물 혼입에: ,▷

의한 압입시 제품 크랙 발생INSULATOR

대책 용탕처리 및 처리 표준에 의거: 1 FLUX▶

실시

용해로 청소 주기 철저 준수2.

래들 대기시간 단축 산화물 발생억제3. ( )

용해 보온로 용탕 상부 산화물 제거4.

작업자 일정 주기별 산화물 제거-.

래들 입구에 필터 설치 필요5.

용해온도 과승온 방지 관리6. (730~780 )℃

이상시 알파 알루미나 생성-. 800℃

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

본 기술지원 사업을 통하여 지원기업이 보유하고 있는 설비의 조Squeeze casting

건설정 및 관리방법을 작업자의 경험과 주조이론을 추가하여 적정 작업조건의 설정

이 가능하였다 이에 따라 현재 차종 을 현대 기아자동. LD engine mounting bracket ,

차에 납품하고 있으며 주조불량률을 이하로 낮추는데 성공하였다 개발금형의10% .

주조방안이 기존 금형업체에 의존하여 경험에 의한 설계 제작이 아닌 전산모사를

적용한 응고해석을 통하여 사전에 제품의 불량발생을 예측하고 이에 대비한 금형

의 설계 및 제작이 가능하도록 하였다.

본 기술지원이 당 제품에만 국한 된 것이 아니고 현재 지원기업이 보유하고 있는,

을 이용해 유사 타품목에 적용이 가능하므로 파급효과는 향Squeeze casting M/C

후 더욱 크리라 예상된다.

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