1. 개요:
- 제목: A feasibility study of the partial squeeze and vacuum die casting process
- 저자: E.S. Kim, K.H. Lee, Y.H. Moon
- 발행 연도: 2000
- 발행 학술지/학회: Journal of Materials Processing Technology
- Keywords: Partial squeeze and vacuum die casting, Hypereutectic Al-Si alloy, Squeeze pressure, Plunger stroke, Injection pressure, Injection speed
2. 연구 배경:
알루미늄 합금의 제조는 경량화, 기능성 및 품질 향상, 환경 보호의 요구 증가로 중요해지고 있다 [1-3]. 다이캐스팅은 빠른 주기 시간과 정확한 주조물을 제공하지만, 높은 유속으로 인해 공기가 혼입되어 결함이 발생할 수 있다. 기존의 고압 다이캐스팅, ACCURAD 공정 [4], 무공극 다이캐스팅 [5], 무가스 진공 다이캐스팅 [6], 스퀴즈 캐스팅 [7] 등은 각각 장단점을 가지고 있으며, 생산성과 품질을 동시에 만족시키는 기술이 필요하다.
3. 연구 목적 및 연구 질문:
- 연구 목적: 결함 없는 주조물을 우수한 기계적 특성으로 제조하기 위한 부분 스퀴즈 및 진공 다이캐스팅 공정의 실현 가능성을 조사한다.
- 핵심 연구 질문: 부분 스퀴즈와 진공 효과의 조합이 다이캐스팅 제품의 결함 및 기계적 특성에 미치는 영향은 무엇인가?
- 연구 가설: 사출 전 진공 효과와 사출 후 스퀴즈 효과의 조합은 결함이 없는 다이캐스팅 제품을 생산하고, 미세한 침상 유테크틱과 전유테크틱 실리콘의 균일한 분포를 통해 우수한 기계적 특성을 제공할 것이다.
4. 연구 방법론:
- 연구 설계: 과냉각 Al-15%Si 합금을 사용하여 반응 축 지지대를 제조하는 시험 다이캐스팅 공정을 산업적으로 구현하였다.
- 데이터 수집 방법: 플런저 사출 시스템을 진공 장치에 부착하여 스퀴즈와 진공 효과를 결합하였다. CD, SD, VD, SVD 공정을 비교 분석하였다.
- 분석 방법: 시험 주조 제품의 단면 관찰을 통해 결함을 분석하고, 비중 측정을 통해 치밀화 정도를 평가하였다. 인장 시험을 통해 기계적 특성을 분석하였다. 미세구조 분석을 통해 미세조직 특성을 분석하였다.
- 연구 대상 및 범위: 과냉각 Al-15%Si 합금을 사용하여 반응 축 지지대를 제조하는 다이캐스팅 공정
5. 주요 연구 결과:
- 핵심 발견사항: SVD 공정은 CD, SD, VD 공정에 비해 결함이 현저히 감소하고, 우수한 기계적 특성을 나타냈다. 스퀴즈 압력과 시간 지연은 치밀화에 영향을 미치며, 최적 조건이 존재한다.
- 통계적/정성적 분석 결과:
- CD, SD 공정에서는 기공이 많이 발생하였고(Fig. 4a, b), VD 공정에서는 수축 결함이 발생하였다(Fig. 4c). SVD 공정은 거의 결함이 없었다(Fig. 4d).
- 스퀴즈 압력 2000 kg/cm²에서 시간 지연 1.0초일 때 최대 비중(2.736 g/cm³)을 나타냈다 (Fig. 5). (Table 3) SVD 공정은 가장 높은 인장강도(24.92 kg/cm²)와 연신율(0.26%)을 보였다.
- 미세조직 분석 결과(Fig. 8), SVD 공정은 미세한 침상 유테크틱과 전유테크틱 실리콘의 균일한 분포를 보였다.
- 데이터 해석: 진공 처리로 공기가 제거되고, 스퀴즈 압력으로 수축이 보상되어 결함이 감소하였다. 균일한 미세조직은 우수한 기계적 특성을 제공한다.
- Figure List:
- Fig. 1: Schematic drawing of the partial squeeze and vacuum die casting machinery.
- Fig. 2: Schematic drawing of the injection curve.
- Fig. 3: Photographs of the die cast trial product of a reaction shaft support.
- Fig. 4: Photographs showing sectional views of the reaction shaft support: (a) CD; (b) SD; (c) VD; and (d) SVD.
- Fig. 5: The effect of the squeeze pressure and time lag on the specific gravity of cast products.
- Fig. 6: The relationship between plunger stroke and squeeze pressure.
- Fig. 7: Local density variation at a squeeze pressure 2000 kg/cm² and a time lag of: (a) 0.5 s; (b) 1.0 s; (c) 1.5 s; and (d) 2.0 s.
- Fig. 8: Typical microstructure at various squeeze pressures (time lag=1.0 s): (a) 1500 kg/cm²; (b) 2000 kg/cm²; (c) 2500 kg/cm²; and (d) 3000 kg/cm².
6. 결론 및 논의:
부분 스퀴즈 및 진공 다이캐스팅의 하이브리드 기술은 결함이 없는 주조물을 생산하고 우수한 기계적 특성을 제공한다. 진공 효과와 스퀴즈 압력의 조합은 기공과 수축을 방지하고, 미세조직을 개선하여 기계적 특성을 향상시킨다. 최적의 스퀴즈 압력과 시간 지연을 찾는 것이 중요하다. 본 연구는 고품질 다이캐스팅 제품 생산에 대한 실용적인 시사점을 제공한다. 연구의 한계점은 특정 합금 및 제품 형상에 국한된다는 점이다.
7. 향후 후속 연구:
다양한 합금 및 제품 형상에 대한 연구가 필요하며, 스퀴즈 압력 및 시간 지연의 최적화에 대한 추가 연구가 필요하다. 다양한 공정 변수들의 상호작용에 대한 추가 연구를 통해 공정 최적화를 더욱 심도 있게 연구할 필요가 있다.
8. 참고문헌 요약:
본 연구는 기존의 다이캐스팅 공정 및 관련 연구 [1-9]를 바탕으로 진행되었으며, 관련 논문들을 참고하여 연구 배경 및 이론적 토대를 마련하였다.
[1] K. Fukizawa, H. Shiina, J. Soc. Auto. Eng. Jpn. 46 (5) (1992) 66.
[2] D.O. Kennedy, Mod. Cast. 2 (1992) 34.
[3] Metals Handbook, Vol. 15, 9th Edition, ASM, New York, 1988, p. 204.
[4] L. Maclaren, Die Cast. 31 (1967) 7.
[5] T. Kan, T. Uehara, Die Casting of Aluminum Alloy, Japan Light Metals Press Co., Japan, 1988, p. 438.
[6] Technical History of Die Casting, Japan Die Casting Association, Light Metal Communication Co., Japan, 1995, p. 11.
[7] R.F. Lynch, R.P. Olley, P.C.J. Gallagher, AFS Transactions Paper No. 75±122, 1975, p. 569.
[8] I.J. Polmear, Light Alloys Ð Metallurgy of the Light Metals, Arnold, UK, 1981.
[9] F. King, Aluminum and its Alloys, Wiley, New York, 1987.
저작권
본 자료는 E.S. Kim, K.H. Lee, Y.H. Moon의 논문: A feasibility study of the partial squeeze and vacuum die casting process 를 기반으로 작성되었습니다.
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