고압 다이캐스팅을 위한 용해성 코어 기술의 발전

Advances in Technology of Soluble Cores for Die Castings

- 연구 개요: 고압 다이캐스팅 공정에서 사용되는 금속 코어를 대체할 수 있는 새로운 용해성 코어(soluble core), 특히 솔트(염) 코어의 제조 기술을 발전시키고, 그 성능을 향상시키는 것. 솔트(염) 코어의 제조 방법, 강도 특성에 미치는 영향, 세척수의 염도 관리 등을 연구한다.

- 주요 방법론: 솔트(염) 코어를 고압 압축 및 사출 성형법으로 제조하고, 다양한 첨가제를 사용하여 코어의 강도 및 기타 물성을 평가하는 실험적 연구를 수행. 염의 종류, 결정 형태, 결합제의 종류, 가압력 등의 변수를 조절하여 실험을 진행하고, 전기 전도도 측정을 통해 순환수의 염도를 모니터링.

- 핵심 결과: 고압 압축법으로 제조된 KCl 솔트(염) 코어가 NaCl 솔트(염) 코어보다 현저히 높은 고온 강도를 나타냄. Al₂O₃ 첨가제를 사용한 복합염 코어는 기존 PUR Cold-Box 코어보다 3배 이상 높은 굽힘 강도를 보임. 사출 성형된 코어는 압축 성형된 코어보다 낮은 강도를 나타내지만, 알코올계 코팅을 통해 금속 침투를 방지할 수 있음. 순환 세척수의 염도는 전기 전도도를 측정하여 관리할 수 있으며, 염 농도가 높아짐에 따라 코어의 용해 속도가 감소함.

연구진 정보

  • 소속 기관: Department of Metallurgy and Foundry, VŠB – Technical University of Ostrava, Czech Republic
  • 저자명: P. Jelínek, E. Adámková, F. Mikšovský, J. Beňo
  • 주요 연구 분야: 야금 및 주조 공학, 용해성 코어 기술

연구 배경 및 목적

  • 해당 연구가 필요한 산업적 배경: 다이캐스팅 공정에서 복잡한 형상의 주물을 생산하기 위해서는 기존의 단순한 금속 코어로는 한계가 있음. 용해성 코어는 이러한 문제를 해결할 수 있는 유망한 대안임.
  • 구체적인 기술적 문제점 과제: 기존의 용해성 코어 제조 기술은 코어의 강도, 정밀도, 용해성 등에서 개선의 여지가 있음. 특히 고온에서의 강도 유지 및 세척 과정에서의 효율적인 염도 관리가 중요한 기술적 과제임.
  • 연구 목표: 솔트(염) 코어의 제조 기술을 개선하여 고압 다이캐스팅 공정에 적합한 고강도, 고정밀도, 우수한 용해성을 갖는 용해성 코어를 개발하는 것. 순환 세척수의 염도 관리 기술을 개발하여 공정 효율을 향상시키는 것.

논문의 주요 목표와 연구내용

  • 논문의 주요 목표와 연구내용: 고압 압축 및 사출 성형을 이용한 솔트(염) 코어 제조 기술 개발, 코어의 기계적 특성 평가, 세척수의 염도 관리 기술 개발.
  • 문제점: 기존 금속 코어의 한계, 기존 용해성 코어의 강도 및 정밀도 부족, 세척수 관리의 어려움.
  • 문제 해결을 위한 단계적 접근:
    1. 고압 압축 및 사출 성형법을 이용하여 다양한 조건(솔트(염) 종류, 첨가제, 가압력, 결합제 등)에서 솔트(염) 코어를 제조.
    2. 제조된 코어의 굽힘 강도, 다짐도, 기공률, 표면 거칠기 등을 측정하여 특성 평가.
    3. 다양한 조건에서 솔트(염) 코어의 용해 속도 및 세척수의 염도 변화를 측정하고, 전기 전도도를 이용한 염도 관리 방법을 제시.
    4. 솔트(염) 코어의 접합 기술 개발 및 접합 강도 평가.
  • 주요 Figure:
  • Figure 1 (hygroscopicity of squeezed and shot cores 비교 그래프),
Fig. 1. Comparison of hygroscopicity of squeezed and shot cores of the same composition (conditions RH 35 – 58 %, T = 20.7 – 24.9 °C)
Fig. 1. Comparison of hygroscopicity of squeezed and shot cores of the same composition (conditions RH 35 – 58 %, T = 20.7 – 24.9 °C)
  • Figure 2 (다양한 염 종류에 따른 압축 및 사출 성형 코어의 강도 비교 그래프),
Fig. 2. Comparison of strengths of salt cores squeezed and shot from different kinds of cooking salts (mean value from 6 cores; the fraction 0.063 ÷ 1.0 mm; A = SQUEEZED CORES (104 MPa); B = SHOT CORES (the binder Na – SODIUM SILICATE, 7.5-8.0 bar)
Fig. 2. Comparison of strengths of salt cores squeezed and shot from different kinds of cooking salts (mean value from 6 cores; the fraction 0.063 ÷ 1.0 mm; A = SQUEEZED CORES (104 MPa); B = SHOT CORES (the binder Na – SODIUM SILICATE, 7.5-8.0 bar)
  • Figure 3, 4, 5 (다양한 염의 표면 형상 및 EDX 분석 결과),
Fig. 3. Shattered surface of crushed rock salts (samples Nos 1, 2) and EDX analysis of chemical composition
Fig. 4. Regular cubic grains of Alpine salts (samples Nos 3, 4) and EDX analysis confirming the presence of anticaking additives on the salt grain surface (MgCO3, CaCO3)
Fig. 4. Regular cubic grains of Alpine salts (samples Nos 3, 4) and EDX analysis confirming the presence of anticaking additives on the salt grain surface (MgCO3, CaCO3)
Fig. 5. Dipyramidal regular shape of NaCl, p.a. – standard (sample No 6) and EDX analysis of chemical composition
Fig. 5. Dipyramidal regular shape of NaCl, p.a. – standard (sample No 6) and EDX analysis of chemical composition
  • Figure 6 (glued core 용해 시험 결과),
Fig. 6. H 2400 during dissolution of the glued core
Fig. 6. H 2400 during dissolution of the glued core
  • Figure 7 (glued core 용해 시험 결과),
Fig. 7. Test with the VŠB – TUO glue during dissolution of the glued core
Fig. 7. Test with the VŠB – TUO glue during dissolution of the glued core
  • Figure 8 (다양한 염 농도에서의 용해 속도 비교 그래프),
Fig. 8. Comparison of dissolving the salt cores in two types of saturated solutions and in pure water
Fig. 8. Comparison of dissolving the salt cores in two types of saturated solutions and in pure water
  • Figure 9 (용해 과정에서의 pH 및 전기 전도도 변화 그래프) 등이 있으며, 각 그림은 실험 결과를 시각적으로 보여주는 역할을 함.
Fig. 9. Kinetics of dissolution of salt cores in dependence on pH and electric conductance
Fig. 9. Kinetics of dissolution of salt cores in dependence on pH and electric conductance
  • Table 2 (KCl과 NaCl 염 코어의 굽힘 강도 비교표)
Table 2. Bending strength of pressed cores (100 kN, 56 MPa)
Table 2. Bending strength of pressed cores (100 kN, 56 MPa)
  • Table 3 (다양한 조리용 염의 화학적 조성표)
Chemical composition of chosen cooking salts
Chemical composition of chosen cooking salts
  • Table 4 (다양한 접착제의 코어 접합 강도 비교표)
Strength of core joints (shear strength) salt – salt
Strength of core joints (shear strength) salt – salt
  • Table 5 (다양한 접착제의 금속-염 코어 접합 강도 비교표)는 실험 결과를 수치적으로 제시.
Strength of core joints (shear strength) metal – salt
Strength of core joints (shear strength) metal – salt

결과 및 성과:

  • 정량적 결과: 다양한 실험 조건에서 측정된 코어의 강도, 다짐도, 기공률, 용해 속도, 전기 전도도, pH 값 등의 수치 데이터가 제시됨. (구체적인 수치는 논문 참고) KCl 코어는 NaCl 코어보다 높은 강도를 보였고, Al₂O₃ 첨가제를 사용한 복합염 코어는 매우 높은 강도를 보임. 다양한 접착제의 코어 접합 강도 및 금속-코어 접합 강도가 정량적으로 측정됨.
  • 정성적 결과: 고압 압축법 및 사출 성형법을 이용하여 다양한 종류의 솔트(염) 코어를 성공적으로 제조. 첨가제를 사용하여 코어의 강도를 향상시킬 수 있음을 확인. 알코올계 코팅을 통해 금속 침투를 효과적으로 방지할 수 있음을 확인. 전기 전도도 측정을 통해 세척수의 염도를 효과적으로 관리할 수 있는 방법을 제시.
  • 기술적 성과: 고압 다이캐스팅 공정에 적합한 고강도, 고정밀도, 우수한 용해성을 갖는 새로운 용해성 코어 제조 기술을 개발. 세척수 관리 기술 개발을 통해 다이캐스팅 공정의 효율성 향상에 기여.

저작권 및 참고 자료

본 자료는 P. Jelínek, E. Adámková, F. Mikšovský, J. Beňo의 논문 "Advances in Technology of Soluble Cores for Die Castings"을 기반으로 작성되었습니다.

논문 출처: (DOI는 제공되지 않음. 논문의 출처 정보: Archives of Foundry Engineering, Volume 15, Issue 2/2015, 29-34)

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