자동차 엔진용 캠커버 AZ91D의 주물결함 제어에 관한 연구

Abstract

마그네슘 합금은 낮은 밀도, 높은 비강도, 우수한 주조성, 가공성, 진동 흡수성, 소음 차폐 특성 등으로 인하여 자동차 부품 산업분야에서 주목을 받고 있는 대표적인 경량화 재료이다. 이러한 마그네슘 합금의 제조에는 주로 다이캐스팅 공정이 사용되고 있으며 공기, 가스의 포집, 개재물의 혼입 및 미충진 불량지역등과 같은 제조 과정에서 발생할 수 있는 여러 인자들을 경험에 의존한 시행착오에 의해서 주조방안을 최적화 하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 자동차 엔진용 캠커버 부품의 유동 및 응고현상을 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측으로 경제적, 시간적 손실을 줄이고 이에 더 나아가 실제로 적용된 조건을 토대로 실제품을 제작하여 특성을 분석하였다. 다이캐스팅 주조에서의 공정 변수로는 고정 인자와 유동인자로 나눌 수 있는데 처음에는 유동 인자인 용탕의 온도에 따른 주물결함의 변화에 대해서 알아보기 위해서 용탕의 온도를 각각 670℃, 680℃, 690℃로 바꾸어서 변화를 살펴보았다. 그러나 용탕 온도의 변화에 따른 주물의 결함예측지역과 그 정도가 별다른 변화를 보이지 않아 새로운 주조 방안을 도입하여 보았다. 강한 압력으로 용탕을 밀어 넣어 제품을 얻어내는 다이캐스팅 공정에서 온도의 인자보다 중요한 인자가 충진에 관한 것임을 상기하여 새로운 주조 방안을 모색하게 되었다. 먼저 충진 거동을 보다 균일적으로 맞추기 위하여 제품의 두께를 증가시켜 2.8t에서 3.5t로 25% 증가시켰으며 이에 따른 슬리브의 고석, 저속 속도와 거리를 변화시켰다. 마지막으로 균일한 냉각속도를 위하여 6개의 320℃의 내열채널을 사용하였다. 본 연구 결과를 요약하면 1차 주조 해석 방안에서 수축, 기공등과 같은 결함의 감소등의 변화를 예측할 수 없었으나, 2차 주조 해석 방안에서는 보다 명확하게 예상되는 결함이 줄어드는 현상을 확인 할 수 있었고, 이에 따라 해석 결과를 모태로 실제 공정에 적용하여 시제품을 제작하였다. 제작된 시제품에 대하여 여러 가지 기본적인 특성 분석을 하였으며 이러한 특성분석의 결과와 해석결과가 대부분 일치하는 것을 확인할 수 있었다.