반응고 성형공정에서 평면도 증대를 위한 강건설계법

Abstract

마그네슘 합금은 최고의 경량재료로써 자동차, 항공기, 선박, IT 산업의 부품소재로 많이 사용되고 있다. 특히, 마그네슘 합금은 특유의 전자파 차폐 성능으로 IT 기기의 부품소재로 각광 받고 있다. IT 기기의 부품은 두께가 얇은 것이 대부분이므로 이들의 부품의 품질을 결정하는 요소 중 휨(warpage) 최소화가 중요하다. 마그네슘 제조공정 중 반응고 성형공정은 표면 조도가 우수하고 미세성형이 가능한 적절한 공정이지만 IT 부품 생산을 위한 반응고 성형공정에 관한 연구가 미진하여 대부분의 마그네슘 합금 부품 생산은 다이캐스팅 공정을 통하여 이루어지고 있다. 본 논문에서는 반응고 성형 공정으로 생산된 IT 제품의 휨을 최소화하기 위해 다구찌 방법과 상용 CAE 시스템을 이용하여 최소의 시뮬레이션 횟수로 최적 공정변수(process parameter)를 선정하고 이를 통하여 게이트 시스템(gating system)을 강건설계(robust design)한다. 반응고 성형 공정의 공정변수 중에서 사출 속도, 배럴 온도, 금형의 온도는 기공발생 및 제품의 냉각에 있어 가장 영향을 많이 미치는 공정변수이며 잘못된 변수조건을 선정하게 되면 사출과 냉각이 제대로 이루어지지 않아 제품의 많은 변형을 초래한다. 이에 강건설계를 통하여 휨을 최소화하는 공정 변수의 조건을 제안한다. 휴대폰 배터리 케이스의 평면도 증대를 위해 게이트 입구부의 폭, 높이, 각도, 전체길이로 정의되는 게이트 시스템의 강건설계는 제품의 품질을 향상시키고 재활용(recycling)되는 재료의 양을 최소화하여 제품 생산원가를 절감할 수 있다. 또한, 선정된 공정변수와 강건 설계된 게이트 시스템은 상용 CAE 시스템인 AnyCasting을 이용한 시뮬레이션을 통해 평면도가 증대되고 생산비용의 절감 효과를 입증하였다.; Magnesium semi-solid casting products are widely used in various industries such as auto, IT appliance, etc. Magnesium alloy is preferred especially due to electromagnetic waves shielding in the IT appliance industry. IT appliance is comprised of thin-wall parts. It is a critical factor for quality of products in the semi-solid casting of thin-walled magnesium alloy parts that the warpage is minimized. Even though semi-solid casting has a number of advantages including a clear surface roughness, good microcast ability in magnesium alloy casting, the study about semi-solid casting is insufficient. This study investigates the optimization of various process parameters and design parameters of gate system for reducing warpage of thin-walled IT parts, using Taguchi method and commercial CAE system. This study investigates not only the effects of various semi-solid casting process parameters, including the die temperature, injection velocity and barrel temperature but also design parameters of gating system including, width, height, length and angle. In this paper, designed optimal process parameters and robust designed gating system are confirmed to improve the flatness using commercial CAE system.