본 소개 내용은 [Journal Publication of International Research for Engineering and Management (JOIREM)]에서 발행한 ["Design of Single Cavity Pressure Die Casting Die for Automotive Part of Aluminum Alloy (AlSi-12) Using CAD Tool & Its Manufacturing by HPDC Technology"] 의 연구 내용입니다.
1. 개요:
- 제목: Design of Single Cavity Pressure Die Casting Die for Automotive Part of Aluminum Alloy (AlSi-12) Using CAD Tool & Its Manufacturing by HPDC Technology
- 저자: Rakesh Bandane, Vaibhav Bankar
- 발행년도: 2022년 5월
- 발행 학술지/학회: Journal Publication of International Research for Engineering and Management (JOIREM)
- 키워드: 단일 캐비티 압력 다이캐스팅 금형, UNIGRAPHICS NX
2. 초록 / 서론
제조업체는 고압 다이캐스팅 기술에 설명된 제조 공정을 사용하여 금속 부품의 날카롭게 정의된 텍스처 또는 매끄러운 표면을 만들 수 있습니다. 이 기술의 메커니즘은 용융 금속을 27-45m/s의 속도로 재사용 가능한 금속 금형에 강제로 주입합니다. 제조업체는 부품 제작을 위해 선택한 금속 유형에 따라 핫 챔버 또는 콜드 챔버 방식을 사용하여 금형에 금속을 주입합니다.
설계자는 경제적으로 성공적인 주물을 생산하기 위해 금형 설계에 수많은 제조 가능성 관련 요소를 통합해야 합니다. 이러한 전반적인 설계 목표를 달성하기 위해 금형은 용융 금속으로 완전히 채워지고, 용융 금속의 빠르고 일관된 응고, 부품이 손상 없이 금형에서 쉽게 배출, 부품은 최소한의 금형 제작 및 금형 유지 보수 어려움이 필요하며, 부품은 고객의 공차 요구 사항을 충족합니다.
부품 제조의 적절한 견적은 입찰 조달 및 제조 리드 타임 단축에 필수적입니다. 이 프로젝트는 단일 캐비티 압력 다이캐스팅 금형 제조 시 설계 고려 사항에 대한 간략한 소개를 제공합니다. PDC 툴의 견적부터 발송까지의 공정 흐름을 설명합니다. UNIGRAPHICS NX 소프트웨어는 설계에서 수행된 작업을 수행하는 데 사용됩니다."
본 논문은 자동차 부품인 알루미늄 합금(AlSi-12) 부품 생산에 적용되는 단일 캐비티 압력 다이캐스팅 금형의 설계 및 제조 고려 사항을 명확히 설명합니다. 금속 몰드에 압력을 가하여 용융 금속을 주입하는 다이캐스팅은 중력에 의존하는 영구 금형 주조와 대조적으로 고속 금속 흐름으로 복잡한 형상을 생산할 수 있는 능력으로 강조됩니다.
공정은 금형 폐쇄 및 잠금, 플런저 또는 펌프를 통한 용융 금속 공급, 완전한 금형 충진 및 벤트를 통한 공기 배출을 보장하기 위한 제어된 주입 속도를 포함합니다. 응고 중 압력이 유지되고, 이후 금형 개방 및 주조품 배출이 이루어집니다. 주기적인 금형 청소 및 윤활은 공정에 필수적입니다. PDC(Pressure Die Casting) 툴의 견적부터 발송까지의 설계 프로세스는 UNIGRAPHICS NX 소프트웨어로 용이하게 진행됩니다.
3. 연구 배경:
연구 주제 배경:
본 연구는 복잡한 형상을 요구하는 부품, 특히 대량 생산에서 고압 다이캐스팅(HPDC)의 중요한 역할을 다룹니다. 기존의 사형 주조는 대량 생산에 비효율적인 것으로 간주되어 HPDC와 같은 공정이 필요합니다. HPDC용 금형 설계는 최적의 설계 구성을 위해 금형 레이아웃 및 유동 시뮬레이션을 최적화하기 위해 CAD 및 CAE 전문 지식이 필요한 중요하고 복잡한 작업으로 확인되었습니다.
기존 연구 현황:
기존의 영구 금형 주조를 포함한 제조 공정은 다이캐스팅과 대조되며, 압력에 의해 유도된 고속 금속 흐름으로 인해 복잡한 형상을 생산하는 다이캐스팅의 장점을 강조합니다. 본 논문은 다이캐스팅 기술의 확립된 특성을 묵시적으로 인정하면서 특정 응용 분야에 대한 설계 프로세스 최적화에 중점을 둡니다.
연구의 필요성:
본 연구는 다이캐스팅의 효율적이고 경제적인 생산의 필요성에 의해 동기가 부여되었습니다. 성공적인 주물을 얻기 위해 금형 설계 시 제조 가능성 관련 요소를 고려하는 것의 중요성을 강조합니다. 적절한 설계는 완전한 금형 충진, 빠르고 일관된 응고, 쉬운 부품 배출, 최소한의 금형 제작 및 유지 보수, 고객 공차 요구 사항 준수를 보장합니다. 정확한 제조 견적은 비용 효율적인 입찰 조달 및 제조 리드 타임 단축에 매우 중요합니다.
4. 연구 목적 및 연구 질문:
연구 목적:
본 연구의 주요 목적은 다음과 같습니다.
- "금형 레이아웃 결정을 위한 공정 유형 및 특성 연구."
- "금형 설계 변수 식별"
- "부품의 응고 및 충진을 위한 유동 해석 수행"
- "주조품의 잠재적 결함에 대한 우려 영역 식별"
- "게이트/러너/피더 시스템의 유형 및 위치 결정"
- "양질의 부품(결함 없음)을 위한 금형 설계"
- "설계 검증을 위한 실험적 시험 및 테스트 수행"
핵심 연구:
본 연구는 단일 캐비티 압력 다이캐스팅 금형 설계와 관련된 주요 질문을 해결하는 것을 목표로 합니다.
- HPDC에서 금형 레이아웃 및 설계에 영향을 미치는 중요한 변수는 무엇입니까?
- 유동 해석을 효과적으로 활용하여 금형 내에서 부품 응고 및 충진을 최적화하는 방법은 무엇입니까?
- 다이캐스팅의 잠재적인 결함 영역은 무엇이며, 금형 설계가 이를 어떻게 완화할 수 있습니까?
- 단일 캐비티 금형에 대한 최적의 게이트, 러너 및 피더 시스템 구성은 무엇입니까?
- 최적화된 금형 설계를 통해 결함 없는 고품질 부품을 어떻게 달성할 수 있습니까?
- 실험을 통한 설계 검증은 금형 성능 및 주조 품질을 어떻게 보장할 수 있습니까?
5. 연구 방법론
연구 설계:
본 연구는 단일 캐비티 압력 다이캐스팅 금형의 설계 및 제조 공정에 초점을 맞춘 설계 기반 접근 방식을 채택합니다. UNIGRAPHICS NX 소프트웨어를 사용한 CAD 모델링을 통합하여 자동차 부품(커버 CJ 145mm LEFT & RIGHT)용 금형을 설계합니다. 설계 프로세스는 부품 사양 이해부터 프로세스 검증까지 구조화된 접근 방식을 따릅니다.
자료 수집 방법:
자료 수집은 연구 설계 과정에서 묵시적으로 이루어지며, 주로 부품 사양("부품 이름: 커버 CJ 145mm LEFT & RIGHT", "129500 & 129520."), 재료 선택("재료: 알루미늄 합금") 및 작동 매개변수("작업 주문 번호: 1023005", "고객 이름: Akar Industries Pvt. Ltd., Nagpur.")를 포함합니다. 또한 본 연구는 확립된 다이캐스팅 설계 원칙 및 지침을 자료 소스로 활용합니다.
분석 방법:
분석 방법은 다음과 같습니다.
- 유동 해석: "부품의 응고 및 충진을 위한 유동 해석 수행"은 목표로 나열되어 있으며, 전산 유체 역학(CFD) 또는 유사한 시뮬레이션 기술이 사용되었을 가능성이 높지만 제공된 텍스트에 명시적으로 자세히 설명되어 있지는 않습니다.
- 설계 계산: 게이트 설계, 러너 설계, 클램핑 힘 및 다이캐스팅 기계 선택에 대한 계산은 확립된 공식 및 경험적 데이터를 기반으로 수행됩니다.
- 설계 검증: "설계 검증을 위한 실험적 시험 및 테스트 수행"은 설계된 금형의 성능을 검증하기 위한 물리적 실험 및 테스트를 시사합니다.
연구 대상 및 범위:
본 연구는 알루미늄 합금(AlSi-12)으로 제작된 특정 자동차 부품인 "커버 CJ 145mm LEFT & RIGHT"용 단일 캐비티 압력 다이캐스팅 금형 설계에 중점을 둡니다. 범위는 개념화부터 제조 고려 사항 및 검증까지 전체 설계 프로세스를 포괄하며, UNIGRAPHICS NX 소프트웨어를 주요 CAD 툴로 활용합니다. 본 연구는 단일 캐비티 금형 설계로 제한되며, 다중 캐비티 금형 또는 기타 다이캐스팅 변형은 명시적으로 탐구하지 않습니다.
6. 주요 연구 결과:
핵심 연구 결과:
본 논문은 단일 캐비티 압력 다이캐스팅 금형의 설계 프로세스 및 계산을 자세히 설명합니다. 주요 결과는 "3. 설계 계산" 섹션에 제시되어 있으며, 다음을 포함합니다.
- 금형 데이터: 재료 (알루미늄 합금 (AlSi-12)), 수축률 (0.6%), 이젝터 스트로크 (43mm), 금형 크기 (620x580x392mm).
- 게이트 계산: 게이트 가로지르는 무게 (588gms), 최소 벽 두께 (2.50mm), 충진 시간 (0.06sec), 게이트 속도 (4000cm/sec), 게이트 면적 (0.98mm²), 게이트 길이 (302mm), 게이트 두께 (0.83mm), 오버플로우 개방 면적 (100%). 계산된 게이트 면적은 나중에 41.85 mm²로, 게이트 두께는 1 mm로 수정되었습니다.
- 다이캐스팅 기계 선택: 기계 유형 (400T).
- 러너 계산: 러너 면적 (125mm²), 러너 두께 (8 mm).
- 자재 계획: 부품, 치수, 재료 및 수량을 자세히 설명하는 자재 명세서 (표 1).
- 공정 흐름 (흐름도): "설계 입력"에서 "설계 변경"까지의 7단계 공정 흐름 (그림은 명시적으로 이름이 지정되지 않았지만 "공정 흐름 (흐름도)"으로 설명됨).
- 조립 뷰: 고정 금형 조립, 이동 금형 조립, 이젝터 조립, 공급 시스템 및 분해 조립 뷰 그림 (그림 7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6, 7.1.7).
제시된 데이터 분석:
설계 계산 섹션은 금형 매개변수 결정을 위한 체계적인 접근 방식을 보여줍니다. 게이트 및 러너 계산은 유체 흐름 원리 및 경험적 비율을 기반으로 합니다. 기계 선택은 투영 면적 및 주입 압력에서 파생된 클램핑 힘 요구 사항을 기반으로 합니다. 자재 명세서는 제조 및 조달에 중요한 금형 조립에 필요한 부품의 포괄적인 목록을 제공합니다. 공정 흐름도는 설계 검토, 검증 및 유효성 검사 단계를 통합하여 구조화된 설계 프로세스를 간략하게 설명합니다. 조립 뷰는 금형 설계를 시각적으로 나타내어 구성 및 작동을 이해하는 데 도움이 됩니다.
그림 목록:
- 그림 7.1.1 고정 인서트
- 그림 7.1.2 이동 인서트
- 그림 7.1.3 고정 금형 조립
- 그림 7.1.4 이동 금형 조립
- 그림 7.1.5 이젝터 조립
- 그림 7.1.6 공급 시스템
- 그림 7.1.7 분해 조립 뷰
7. 결론:
주요 결과 요약:
본 연구는 CAD 툴을 사용하여 자동차 부품용 단일 캐비티 압력 다이캐스팅 금형을 성공적으로 설계하고 제조 고려 사항을 자세히 설명했습니다. 주요 결과에는 게이트, 러너, 클램핑 힘 및 기계 선택에 대한 계산된 매개변수와 구조화된 설계 프로세스 흐름 및 포괄적인 자재 명세서가 포함됩니다. 본 연구는 다이캐스팅 설계에서 UNIGRAPHICS NX의 적용을 강조하고 알루미늄 합금(AlSi-12) 자동차 부품용 금형 설계의 실제적인 예를 제공합니다.
연구의 학문적 의의:
본 연구는 단일 캐비티 금형 설계의 상세한 사례 연구를 제공함으로써 다이캐스팅 설계 원리의 실제 적용에 기여합니다. 실제 설계 시나리오에서 CAD 툴과 엔지니어링 계산의 통합을 보여줍니다. 본 논문에 제시된 금형 설계 및 공정 계획에 대한 구조화된 접근 방식은 공학 학생 및 실무 금형 설계자에게 참고 자료로 활용될 수 있습니다.
실용적 의미:
본 연구는 단일 캐비티 압력 다이캐스팅 금형 설계를 위한 실용적인 지침과 단계별 접근 방식을 제공합니다. 상세한 계산, 공정 흐름 및 자재 명세서는 금형 제조 및 생산 계획에 대한 귀중한 정보를 제공합니다. UNIGRAPHICS NX의 사용과 설계 검증 강조는 효율적이고 고품질의 다이캐스팅 생산을 위한 산업 관련 사례를 강조합니다. 설계 지침(섹션 2.2) 및 공정 계획(섹션 5)은 금형 설계 및 제조 공정 개선을 위한 실행 가능한 통찰력을 제공합니다.
연구의 한계 및 향후 연구 분야:
본 연구는 특정 자동차 부품 및 재료에 대한 단일 캐비티 금형 설계로 제한됩니다. 유동 해석 방법론 및 실험적 검증 결과에 대한 명시적인 세부 정보가 부족합니다. 향후 연구는 다음을 통해 이 연구를 확장할 수 있습니다.
- 설계 성능을 검증하기 위한 상세한 유동 해석 시뮬레이션 및 실험적 검증 데이터 포함.
- 다중 캐비티 금형 설계를 조사하고 단일 캐비티 설계와 성능 비교.
- 금형 성능 및 주조 품질을 더욱 향상시키기 위한 설계 최적화 기술 적용 탐구.
- 다이캐스팅 응용 분야를 위한 다양한 알루미늄 합금 및 기타 재료 조사.
- 생산 비용 및 효율성을 포함한 설계된 금형의 경제적 측면 분석.
8. 참고 문헌:
- [1] Bharat Sharma, Hidden Parameter in High Pressure Die Casting, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) e-ISSN: 2395-0056 Volume: 07 Issue: 10 | Oct 2020.
- [2] A. Nouri-Borujerdi, J. A. Goldak, Modeling of Air Venting in Pressure Die Casting Process , Journal of Manufacturing Science and Engineering AUGUST 2004, Vol. 126 Copyright © 2004 by ASME.
- [3] Raimo Helenius a, *, Otto Lohne a, Lars Arnberg a, Hans I. Laukli b, The heat transfer during filling of a high-pressure die-casting shot sleeve, Received in revised form 21 July 2005, Materials Science and Engineering A 413-414 (2005) 52–55.
- [4] Paul Robbins, Plunger Design-A Key to the Successful Die Casting System, 11the Metal Casting Congress, May 15-18, 2007, Houston, Texas , NADCA, 241 Holbrook, Wheeling, Illinois, 60090.
- [5] Bing Zhou, Yonglin Kang *, Mingfan Qi, Huanhuan Zhang and Guoming Zhu, R-HPDC Process with Forced Convection Mixing Device for Automotive Part of A380 Aluminum Alloy, Materials 2014, 7, 3084-3105; doi:10.3390/ma7043084, Received: 24 March 2014; in revised form: 4 April 2014 / Accepted: 4 April 2014 / Published: 15 April 2014.
- [6] Acceptance Criteria's, Book, author IGTR, AURANGABAD.
- [7] Steel Solutions, Author, STEEL-DEAL.
- [8] Industrial Steels (Reference Book), Author, S.N.Bagachi, Kuldip Prakash.
9. 저작권:
- 본 자료는 "[Rakesh Bandane, Vaibhav Bankar]"의 논문: "[Design of Single Cavity Pressure Die Casting Die for Automotive Part of Aluminum Alloy (AlSi-12) Using CAD Tool & Its Manufacturing by HPDC Technology]"을 기반으로 합니다.
- 논문 출처: [DOI URL] (DOI URL이 논문에 없음)
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