자동차 부품 주조 방법 및 재료 리뷰 논문

1. 개요:

  • 제목: Automobile Parts Casting-Methods and Materials Used: A Review
  • 저자: Madhav Goenka, Chico Nihal, Rahul Ramanathan, Pratyaksh Gupta, Aman Parashara, Joel Jb
  • 발행 연도: 2020
  • 발행 학술지/학회: Materials Today: Proceedings 22 (2020) 2525-2531
  • Keywords: Centrifugal Casting; Die Casting; Engine Block; Piston; Al-Si Alloys; CGI

2. 연구 배경:

  • 연구 주제의 사회적/학문적 맥락:
    자동차는 매년 더욱 정교해지고 있으며, 제조업체들은 높은 강도 대 중량비의 다양한 재료를 사용하여 자동차의 공차 중량을 줄이기 위해 노력하고 있습니다. NCAP에서 설정한 높은 기준을 준수하기 위해 자동차의 여러 부품이 이전보다 훨씬 더 강력하게 제작되고 있습니다. 이는 자동차 제조업체들이 자동차 부품을 제조하기 위한 새롭고 혁신적인 방법을 고안하도록 압박하고 있습니다.
  • 기존 연구의 한계점:
    본 논문은 리뷰 논문으로 기존 연구의 한계점을 명시적으로 언급하지는 않지만, 경량화 및 고강도 자동차에 대한 지속적인 요구가 주조 분야 연구의 필요성을 강조합니다.
  • 연구의 필요성:
    자동차 부품 제조에 사용되는 다양한 주조 공정과 부품 제작에 사용되는 재료를 다루고, 각 공정에 가장 적합한 재료와 각 공정의 장단점을 간략하게 논의할 필요성이 제기됩니다.

3. 연구 목적 및 연구 질문:

  • 연구 목적:
    본 논문은 자동차 부품 제조에 사용되는 다양한 주조 공정과 자동차 부품 제작에 사용되는 재료를 다루는 것을 목적으로 합니다. 또한 각 부품에 가장 적합한 재료를 논의하고 각 공정의 장단점을 간략하게 논의하는 것을 목표로 합니다.
  • 핵심 연구 질문:
    자동차 부품에 사용되는 다양한 주조 공정은 무엇이며, 이러한 부품에 사용되는 재료는 무엇인가? 각 주조 공정 및 재료 조합의 장단점은 무엇인가?

4. 연구 방법론

  • 데이터 수집 방법: 자동차 부품 주조 분야의 기존 연구 및 산업 사례에 대한 문헌 검토
  • 분석 방법: 다양한 주조 방법 및 재료에 대한 설명적 검토 및 비교 분석
  • 연구 대상 및 범위:
    자동차 부품에 사용되는 주조 방법 (Green sand casting, Centrifugal casting, Lost- foam casting, Die casting, Squeeze casting) 및 재료 (Grey cast iron, CGI, Al-Si alloys, Magnesium alloy, Titanium casts, MMCs)

5. 주요 연구 결과:

  • 핵심 발견사항:
    자동차 부품에 사용되는 5가지 주조 방법과 재료에 대한 개요를 제공하며, 각 방법의 장점, 단점 및 적합한 응용 분야를 강조합니다. Die casting은 높은 비용에도 불구하고 널리 사용되며, green sand casting은 저렴한 대안, centrifugal casting은 원통형 부품에 적합, lost foam은 복잡한 형상에 적합, squeeze casting은 고강도 부품에 적합합니다.
  • 통계적/정성적 분석 결과:
    • 논문의 표 1은 CGI와 Grey cast iron의 기계적 특성 차이를 보여줍니다.
      Compacted Graphite Cast Iron은 Grey Cast Iron보다 탄성 계수 (Modulus of Elasticity; GPa) 가 "170-190" GPa 로 "98-110" GPa 보다 높고, 인장 강도 (Tensile Strength; Mpa) 가 "300-600" Mpa 로 "160-320" Mpa 보다 높습니다.
    • 표 2는 Al 및 Mg의 일반적인 다이 온도 및 수명을 보여줍니다.
      Al 다이캐스팅의 최대 다이 수명 (Max die life (number of cycles)) 은 "10,00,000", 다이 온도 (Die temperature (°C)) 는 "288°C", 주조 온도 (Casting temperature (°C)) 는 "660°C" 입니다.
      Mg 다이캐스팅의 최대 다이 수명은 "1,00,000", 다이 온도는 "260°C", 주조 온도는 "760°C" 입니다.
    • Centrifugal casting으로 제조된 피스톤의 경도는 피스톤 스커트에서 피스톤 헤드까지 "23.7HRB" 증가했습니다.
    • Centrifugal casting으로 만든 피스톤의 선팽창 계수는 "15.3*10-6 K-1" 로 gravity permanent mould casting으로 만든 피스톤보다 약 "23%" 낮습니다.
    • Centrifugal casting으로 만든 피스톤의 내마모성 개선율은 gravity permanent mould casting으로 만든 피스톤보다 "70.4%" 더 높습니다.
    • AlSi6Cu2Mg 합금에 Sb, Sr, Sb를 첨가하면 합금의 유동성이 각각 "25%" 및 "15%" 감소합니다.
    • Squeeze casting 부품은 die casting보다 기계적 특성이 "20-30%" 더 우수합니다.
  • 데이터 해석:
    각 주조 방법과 재료는 특정 장단점을 가지고 있어 비용, 강도, 형상 복잡성 및 표면 마감과 같은 요구 사항에 따라 다양한 자동차 부품에 적합합니다.
  • Figure Name List:
    • Fig. 1. Aluminium Die Cast Parts.
    • Fig. 2. Flow chart of manufacturing of MMC pistons using squeeze casting.
    • Fig. 3. The process of squeeze casting.
Fig. 1. Aluminium Die Cast Parts.
Fig. 1. Aluminium Die Cast Parts.
Fig. 2. Flow chart of manufacturing of MMC pistons using squeeze casting.
Fig. 2. Flow chart of manufacturing of MMC pistons using squeeze casting.
Fig. 3. The process of squeeze casting. (a) Initial poring of molten metal; (b) Plunger moving; (c) Plunger moving to reach the gate of molten metal; (d) Plunger moving to completely filling of die cavity.
Fig. 3. The process of squeeze casting. (a) Initial poring of molten metal; (b) Plunger moving; (c) Plunger moving to reach the gate of molten metal; (d) Plunger moving to completely filling of die cavity.

6. 결론 및 논의:

  • 주요 결과 요약: Die casting은 높은 비용에도 불구하고 자동차 부품 주조에 널리 사용됩니다. Green sand casting은 저렴한 대안으로 사용될 수 있습니다. 부품 요구 사항에 따라 특수 공정을 사용할 수 있습니다.
  • 연구의 학술적 의의: 자동차 부품용 주조 방법 및 재료에 대한 포괄적인 리뷰를 제공하여 해당 분야의 연구원 및 엔지니어에게 유용합니다.
  • 실무적 시사점: 비용, 성능 및 제조 요구 사항을 고려하여 자동차 부품의 특정 요구 사항에 따라 적절한 주조 방법 및 재료를 선택하는 데 도움이 됩니다.
  • 연구의 한계점: 리뷰 논문으로서 새로운 실험 데이터 또는 심층 분석을 제시하기보다는 기존 지식을 요약합니다. 광범위한 개요이며 각 주조 방법의 특정 측면을 깊이 있게 다루지 않을 수 있습니다.

7. 향후 후속 연구:

  • 후속 연구 방향: 논문은 향후 연구 방향을 명시적으로 제시하지는 않지만, 내용을 바탕으로 향후 연구는 특정 재료 및 자동차 부품에 대한 주조 공정 최적화, 새로운 주조 기술 개발 또는 더 나은 성능과 경량화를 위한 재료 특성 개선에 초점을 맞출 수 있습니다.
  • 추가 탐구가 필요한 영역: 향후 연구에서는 자동차 부품 제조의 효율성과 성능 향상을 위해 고급 주조 기술, 재료 혁신 및 공정 최적화를 탐구할 수 있습니다.

8. 참고문헌:

  • [1] H. Nguyen, "Manufacturing Processes and Engineering Materials Used in Automotive Engine Block," Mater. Sci. Eng. Sect. B, EGR250, pp. 11-23, 2005.
  • [2] A. V. Adedayo, "Effects of addition of iron (Fe) filings to green moulding sand on the microstructure of grey cast iron," J. Brazilian Soc. Mech. Sci. Eng., vol. 32, no. 2, pp. 171-175, 2010.
  • [3] D. Anantha Padmanaban and G. Kurien, "Silumins: The automotive alloys," Adv. Mater. Process., vol. 170, no. 3, pp. 28–30, 2012.
  • [4] G. Chirita, D. Soares, and F. S. Silva, "Advantages of the centrifugal casting technique for the production of structural components with Al-Si alloys," Mater. Des., vol. 29, no. 1, pp. 20–27, 2008.
  • [5] N. Periyasamy, "Thermal Analysys and Material Optimization of Piston in IC Engine," no. 3, pp. 1132-1144, 2018.
  • [6] Q. Bakhsh, D. Ali, A. Ahmed, M. S. Wahab, K. Kamarudin, and A. A. Raus, "Mechanical Properties, Material and Design of the Automobile Piston: An Ample Review," Indian J. Sci. Technol., vol. 9, no. 36, pp. 5-11, 2016.
  • [7] P. Scarber, H. Littleton, and A. Druschitz, "Preliminary Study of Compacted Graphite Iron Engine Blocks Produced by the Lost Foam Casting Process," AFS Trans, pp. 881-890, 2009.
  • [8] R. Colás, J. Talamantes-Silva, S. Valtierra, F. Morales, and A. J. Pérez-Unzueta, "Cast-In Hypereutectic Aluminum Liners for Engine-Blocks," J. Manuf. Sci. Eng., vol. 131, no. 1, p. 014502, 2009.
  • [9] M. Javidani and D. Larouche, "Application of cast Al-Si alloys in internal combustion engine components," Int. Mater. Rev., vol. 59, no. 3, pp. 132-158, 2014.
  • [10] E. Aguirre-De La Torre, U. Afeltra, C. D. Gómez-Esparza, J. Camarillo-Cisneros, R. Pérez-Bustamante, and R. Martínez-Sánchez, "Grain refiner effect on the microstructure and mechanical properties of the A356 automotive wheels," J. Mater. Eng. Perform., vol. 23, no. 2, pp. 581-587, 2014.
  • [11] B. Zhang, S. L. Cockcroft, D. M. Maijer, J. D. Zhu, and A. B. Phillion, "Casting defects in low-pressure die-cast aluminum alloy wheels," Jom, vol. 57, no. 11, pp. 36-43, 2005.
  • [12] M. V. Kevorkijan, "MMCs for automotive applications," Am. Ceram. Soc. Bull., vol. 77, no. 12, pp. 53-59, 1998.
  • [13] S. W. Youn, C. G. Kang, and P. K. Seo, "Thermal fluid/solidification analysis of automobile part by horizontal squeeze casting process and experimental evaluation," J. Mater. Process. Technol., vol. 146, no. 3, pp. 294-302, 2004.
  • [15] Wu Shenqing and Li Jun, "Application of ceramic short fiber reinforced Al alloy matrix composites on piston for internal combustion engines."
  • [16] Schrader, George F, Elshennawy, Ahmad K, Doyle, Lawrence E, "Manufacturing processes and materials", SME, p.186, ISBN 978-0-87263-517-3.

9. Copyright:

본 자료는 [Madhav Goenka]의 논문: [Automobile Parts Casting-Methods and Materials Used: A Review]을 기반으로 작성되었습니다.
논문 출처: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.408
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