5 2014년 al주조업종 세미나-140912

2014 년 업종별 세미나 – 알루미늄 주조

2014.9.17~18

천정권 전문위원

자동차부품산업재단 (KAP)

다이캐스팅 공정관리 기술과 품질 관리 KNOW-HOW

1. 주조 불량 소개

2. 공정 소개

- 용해 / 보온

- 주조

3. 불량 해결 사례

목 차

주조 불량

주조 공정별 불량유형과의 관계

주조불량의 주요 원인

대표적인 비철 주조 공법

주조불량 원인과 대책

공정 핵심 항목 표준화 및 Fool Proof

제품설계 금형설계금형

금형관리 주입Hardware 주조 후처리 용해

제품설계금형제작

주조기

금형주조 사상 합금

용해재처리용탕주조방안선정

금형설계

금형냉각방안설계

함침

불량유형

치수상의 결함 외관상의 결함 내부결함 재질상의 결함 기타 결함

* 치수불량* 어긋남* 변형* 여육및 결육

* 미성형 관련 불량 - 기포 , 탕흔 , 탕경등

* 요철 및 부풀음* 크렉 및 찢김* 소착 및 언더컷* 찍힘* 탕구기포 * 표면오염

* 기공 및 리크 - 가스홀 - 기포 - 수축공 - 핀홀 - 리크

* 하드스포트* 재질불량* 산화물 , 이물질

* 내압불량* 사상불량* 찍힘* 변색* 백화

공

정

+금형보수

도형

주조공정별 불량유형과의 관계

주조불량의 주요 원인 (1)

Mechanical ProblemsMechanical Problems

침식 밀핀자국 기포 변형 긁힘 비산 코어 휨 침식 밀핀자국 기포 변형 긁힘 비산 코어 휨

밀핀 용탕청정 이형제 구배 형온 용탕온도 속도 압력 투영면적 밀핀 용탕청정 이형제 구배 형온 용탕온도 속도 압력 투영면적

주조불량의 주요 원인 (2)

Thermal ProblemsThermal Problems

열간균열 박리 소착 수축공 변형 미성형 탕흔 편석열간균열 박리 소착 수축공 변형 미성형 탕흔 편석

후육 용탕온도 C/T 소재 형온 충진시간 탕구속도 압력 이형제 후육 용탕온도 C/T 소재 형온 충진시간 탕구속도 압력 이형제

원인 및 현상 확인 및 조치사항

■ 현 상 : 게이트 절단 후 또는 소재를 가공하고 난 후 가공면에 주조합금이 아닌 이물질로 나타나 거나 또는 기포와 같이 미세하게 나타나기도 한다 . 기포로 미세하게 나타날 때에는 가공면 에 가공흔적이 같이 나타난다 . ■ 별 칭 : 개제물 , 이물질 , 하드스포트 ■ 도 해 :

■ 원 인 : - 높은 용해온도 , 로 청소의 미흡 , 불 성실한 용탕 청정화 - 하드스포트드의 제거부족에 의해 발생한다 .

▶ Aℓ 의 경우 용해로에서 부터 산화물이 생성된다 . - 용해온도는 너무 높지 않은지 확인할 것 .( 720∼750℃) - 로 바닥에 쌓인 이물질이 과해져서 표면으로 부상하지 않도록 할 것 - 용탕의 흐름라인을 확인하고 모서리부에 쌓이는 이물 질을 확인할 것 ▶ 로내 벽청소를 확실히 할 것 . - 작업자의 교육 및 적당한 청소도구의 확보유무 - 청소주기의 준수 - 보온로의 표면 산화물을 수시로 제거할 것

▶ 주지적인 용탕 청정화처리 실시 - 최소 2회 / 시프트 ▶ 필터를 사용한다면 필터의 청소유무를 확인할 것 . - 필터는 필요할 때 대체하고 모서리부위로 새는 것은 없 는지 확인할 것 ▶ 주조보온로의 용탕온도가 너무 높지 않은지 확인 . ▶ K-Mold 분석하고 운영할 것 . ▶ Sludge Factor 를 관리할 것 . - Sludge Factor : Fe + 2Mn + 3Cr < 1.8

주조 불량 원인과 대책 – 개재물


현 상 : 충진 용탕의 선단부가 너무 차가워 겹치거 나 형상이 완전히 성형되지 않는 현상 별 칭 : 탕경 , 탕회 도 해 :

원 인 : - 낮은 금형온도 및 용탕온도 - 낮은 주조압력 및 낮은 저속 / 고속속도 - 고속위치의 부적절 , 감속위치가 너무 빠를 때 - 에어벤트의 부족 - 부적절한 탕구방안 등에 의해 발생한다 .

▶ (특히 문제부위의 ) 금형온도를 올릴 것 . - 금형온도가 차가워진 원인을 확인할 것 ▶ 충진시간을 단축할 것 - 플련져 속도 및 크기 , 탕구면적 , 사출압의 증가등 ▶ 용탕 흐름 형태를 바꿀 것 - 문제부 직접 충진 , 탕구형상 변경및 속도증가등 ▶ 사출 최종지점에서의 압력저하 여부를 확인할 것 . - 팁 긁힘 현상 및 주변비산 , 부적당한 슬리브상태 , 과소한 팁오일 , 슬리브내 융착등 ▶ ACC 충진압력 및 차압시간 확인할 것 . ▶ 비스켓 두께가 너무 얇지 않은가 확인할 것 . ▶ 과도한 비산은 없는지 확인할 것 . - 형체력과 주조기 성능 확인 . ▶ Al 합금 ; 가능하면 Si 를 허용 범위내 최대로 할 것 . ▶ Zn 합금 ; 허용 범위내 Al 을 최대로 할 것 . ▶ 에어벤트의 막힘 여부 또는 크기의 적합성 확인할 것 . ▶ 너무 얇은 벽두께 또는 벽두께의 균일성 확인할 것 . - 최대한 완만한 변화 유지

주조 불량 원인과 대책 - 미성형

원인 및 현상 확인 및 조치사항 ■ 현 상 : 소재 내부에 둥글거나 거친 구상으로 검은색상 을 띄고 나타남 . 상호 혼합되지 못한 가스의 경우 구상부의 바닥에 드로스를 갖기도 한다 . * 색상구분 ; 밝은색 (순수또는 증발가스 ) 검은색 ( 이형제 .팁오일의 탄화가스 ) * 형상구분 ; 둥근구상 (순수또는 탄화가스 ) 거친수지상 (증발또는 물터짐 ) ■ 별 칭 : 기공 , 기포 ,Porosity ■ 도 해 :

■ 원 인 : - 용탕내 포집된 가스 및 팁오일 과다시 발생하는 탄화가스 - 혹은 금형표면의 수분의 제거 부족에 의한 스팀 - 사출속도의 부적합 등에 의해 발생한다 .

▶ 용탕 탈가스 , 스팀 , 이형제 , 팁오일등의 가스제거 여부 - 용탕 탈가스 처리 - 일정한 용탕 주입비율 및 고속속도를 늦출 것 - 저속구간 , 슬리브내에서 용탕의 요동이 없도록 할 것 . - 이형제 또는 팁오일량을 최소화 - 에어스프레이 위치및 방향 ▶ 부드러운 탕 흐름이 되도록 할 것 . - 심한 꺽임 , 막힘 및 포켓부 , 탕도는 서서히 줄일 것 . ▶ 벤트를 확인할 것 . - 충분한 크기와 개방여부 ( 비산물 , 오염물 막힘 ) - 최종충진부 , 코너부에 위치시킬 것 ▶ 진공상태의 확인 - 진공 밸브의 오염 및 기능 불량 . - 밸브개폐시기 및 합형시 진공도 및 흡입량 ▶ 다이표면의 잔류수분 - 합형전 다이표면의 건조여부 (특히 슬라이딩부 및 형 파팅부 ) - 미세 크랙에 의한 냉각수의 누수여부 - 스프레이 시스템 또는 유로에서의 누수 ,누유등

주조 불량 원인과 대책 - 가스기포


■ 현 상 : 소재의 응고된 내부 또는 표면에 빈 공간이 남아 있는 현상 ■ 별 칭 : Flow Porosity, 흐름기포 ■ 도 해 :

■ 원 인 : - 용탕의 충진이 너무 늦거나 용탕이 차갑거나 - 용탕흐름이 안 좋아 응고된 금속 사이에 빈 공간이 생성 됨 .

▶ 흐름기포는 용탕 흐름상의 문제이다 . 표면 결함 에 대한 대책과 유사하므로 참고할 것 . ▶ 용탕흐름에 의해 발생한 기포는 소재표면에는 홀 형태 , 소재내부는 기포 형태로 나타난다 . - 주 원인은 충진시간이다 . 적정한 충진시간을 산출하거나 현상을 분석해라 . - 극단적인 경우 충진시간을 늦추는 것도 한 방법이다 ▶ 용탕 보온편차를 최대 ±10℃ 이내로 균일하게 해라 . - 탕구에서의 용탕온도는 대단한 중요인자이다 . - 레들 또는 슬리브에서의 온도손실을 관찰해라 ▶ 균일한 금형온도 , 가능하면 높게 유지해라 ( > 210℃) ▶ 사출압력을 재검토해라 . - 사출압은 Aℓ, Mg 합금 >210k, Zn>140k - 증압은 제대로 작용하는가 ? 작용압력은 일정하며 증압시간은 빨리 해라 - 종압 (메탈압 ) 을 충분히 크게해라 . 420k면 가능하지만 가장 좋은 것은 640k이상이다

주조 불량 원인과 대책 – 흐름기포


■ 현 상 : 주물은 액체일 때 보다 고체일 때 차지하는 공간이 더 작아지는데 특히 주물의 뜨거운 부분에 나타나는 아주 작은 공간을 말한다 . ■ 별 칭 : Shrinkage, 다공질조직 , 벌레구멍 ■ 도 해 :

■ 원 인 : 용탕이 응고간 응고 균형이 맞지 않으면 소재가 두껍 거나 뜨거운 부분의 응고는 늦어지고 , 차갑거나 얇은 부위로 체적변화가 먼저 일어나 늦게 응고되는 부위 의 체적을 빼앗아 보완하기 때문에 발생한다 .

▶ 응고 동안 특히 문제가 생기는 부분의 반응고 상태 에서 압력을 증가 , 지속시켜라 . ▶ 압력문제를 확인해라 . - 정압의 적정 (210k >Al, Mg 140k >Zn) - 증압 ( 종압 ) 의 적정 (560k >Al) - 증압세팅장치의 반응성 (증압 acc 의 작동 , 증압작용이 늦지는 않은가 ) ▶ 최종사출구간에서 플련져 /팁 문제에 의한 압력저하 현상을 확인할 것 - 팁 /슬리브의 마모 , ( 금형 )슬리브 / 사출팁의 냉각 - 부적당한 플련져 링 또는 구즈넥 (핫 챰버 ) ▶ 문제부위에 직접 용탕을 충진해라 . - 국부스퀴즈 , 인게이트설치 , 살두께 증대등 ▶ 비스켓트 사이즈 , 두께가 얇지 않은가 . ▶ 문제부와 인접부의 온도편차가 어떤지 확인해라 - 주변의 찬 부위는 가열하고 문제부위는 냉각해라 - 사출시의 낮은 온도는 도움을 주지만 다른 문제가 발생하는지 유의해라 ▶ 근원적 해결책으로 스퀴즈 핀 설치를 검토 할 것 .

주조 불량 원인과 대책 – 수축기포

‘13. 7. 4

구매본부

2,3 차 협력사 핵심공정 F/PROOF 추진 2,3 차 협력사 핵심공정 F/PROOF 추진

순 개정일 내 용1 ‘12.12 월 • 초도 제정

2 ‘13. 7 월• 1 차 개정 - 검사결과 전산저장 구체화

345

용탕 성분분석 및 전산기록 용해로 조건 관리 F/PROOF

■ 용탕 성분분석 주기적 실시 및 전산관리 - 성분분석기 보유 권장 청정도 관리 (K-Mold 법 ), 탈가스 검사 및 기포검사(감압응고 )

■ 재질별 /품목별 용해로 온도 , 출탕온도 , 용탕주입시간 , 로청소 주기 설정 및 준수여부 - 용해로 보온로 (턴테이블로 ) 확보

1

다이캐스팅

2

구 분 내 용 비 고

성분

• 주조 장비별 용해 보온로 용탕 시편 체취후 분석

• 성분분석결과 및 K-Mold 결과 전산 기록 관리

1 회 /일

청정도

• K-Mold 법 용탕을 K-Mold 용 틀에 부어 내부 이물질 여부 확인

1 회 /일

탈가스및

기포검사

• 감압응고법 용탕 탈가스 처리 후 시편 채취하여 감압응고법에 의 한 용탕내 수소가스량 검사

1 회 /일


용해온도

• ADC12 종 용해온도 : 710 ± 10℃

이상발생시

경보장치

출탕온도

• ADC12 종 출탕온도 : 650 ± 10℃

로청소주기

( 도가니식 )

• 용해로벽 DROSS 처리

1 회 /SHIFT

성분분석기

감압응고법

＊상기 내용은 작성사례이며 , 라인 사정 및 제품 SPEC 에 맞게 관리 필요

온도 이상시 경보장치

출탕온도K-Mold 법

개재물

용해로

▣ 다이캐스팅 핵심항목 표준화 및 F/PROOF 추진

다이캐스팅 조건관리 표준화 최종 완성품 검사 및 전산 기록

■ 금형예열 , 형개시간 , 진공도 , 냉각수 , 이형제 관리기준 설정 및 준수 , 진공도 Fool Proof 장치

■ 검사항목 (외관 , 치수 , 내부기포 , 수축상태 등 ) 설정 및 검사결과 전산 이력관리 - 비파괴검사기 (X-RAY) 보유상태 , 미보유시 절단면 확대경 /현미경검사

3 4

다이캐스팅


금형예열

• 작업표준서 기준으로 금형예열 - 예 ) 고속 5Shot, 저속20Shot

주조작업일보

금형온도

• 금형예열후 제품육안확인주조작업CheckSheet

형개시간

• 7.0±1.0sec 주조작업일보

냉각수( 설비 )

• 하절기 :30±10℃• 동절기 :20±10℃

설비점검CheckSheet

이형제• 혼합비율 : 물 70 : 이형제 1• 이송압력 : 4~7 kg/ ㎠

이형제 일상점검표

진공도F/Proof

• 350~450mBar 주조작업일보

＊상기 내용은 작성사례이며 , 라인 사정 및 제품 SPEC 에 맞게 관리 필요

작업조건 전산관리

냉각수 온도

이형제 압력

진공도 이상시 경보장치


비파괴검사

• 수축공 , 두께• 내부 기포 검사

5EA/Lot

외관및

내부홀

• 깊은 홀 내부결함 검사

5EA/Lot

절단검사

• 수축공 , 두께• 내부기포 검사 - Ø0.1~0.8 3EA 이하

5EA/Lot

내시경

절단면 확대경 검사

X-RAY 검사기

• 비파괴검사 및 절단검사 중 택일 실시

▣ 다이캐스팅 핵심항목 표준화 및 F/PROOF 추진

용해 및 보온 공정

탈가스 처리

감압응고시험으로 분석한 가스량 비교

용탕 청정화 ( 드로스 제거 )

이물질 발생사례

로 청소 및 하드스팟 발생 사례

용탕 청정화 효과 검증 1 - 탈가스

1. 탈가스처리 대기중의 수분 , 연소가스중의 수분 , 내화물중의 수분 , 기타 알루미늄합금의 존재수분은 알루미늄과 반응하여 수소가스가 용탕중에 용해된다 . 2Aℓ + 3H2O -> Aℓ2O3 + 6H2 이렇게 발생한 가스는 응고중에 기포로 방출 , 제품속에 잔류하여 가스기포 , 기공으로 발전하므로 이 수소가스를 제거해 주는 작업이 탈가스처리 이다 . 탈가스 방법은 Flux 용제를 이용하거나 , 질소가스를 이용한 GBF 등이 있다 .

감압응고 시험 결과 탈가스 최적 조건 – 탈가스 용탕량의 0.1~0.2% / 진정시간 30분 이상

< 탈가스 전 > <진정 5분 후 > <진정 10분 후 > <진정 30분 후 >

용탕 청정화 효과 검증 1 – 탈가스 (Flux)

탈가스 표준 설정 (탈가스용 플럭스 1 개 사용하여 진정 시간별 기포 비교 )

⇒ 탈가스 실시와 미실시는 차이가 명백하며 , 진정시간 30분일 때가 상대적으로 우수 함

(플럭스 1 개를 첨가하여 시험 하였으므로 잔존가스 존재 )

⇒ 플럭스 업체의 권장량 : 용해량의 0.1~0.2% 이므로 적당량을 사용할 것 .

용탕 청정화 효과 검증 1 – 탈가스 (Flux)

용탕 청정화 효과 검증 1 – 탈가스 (GBF)

용탕 청정화 효과 검증 1 – 탈가스 ( 질소가스 )

2. Dross 처리

용탕중에는 산화물 , 질화물등의 개재물이 존재하며 이는 주조성의 악화 , 기계적성질의 저하 , 표면처리 결함등으로 소재에서 나타난다 . 드로스처리의 방법으로는 (1) 불활성가스 혹은 할로겐계 가스 주입에 의한 드로스의 부상분리 (2) 플럭스처리에 의한 방법 (3) 필터등을 사용한 용탕여과 방법 등이 있다 . 드로스 처리는 용탕 내의 개재물의 제거는 물론 , 부유물과 용탕의 분리 를 촉진시켜 알루미늄 용탕의 회수율을 향상시키는 데 에도 목적이 있다 .

드로스처리 공정중 가장 중요한 것은 용탕과의 충분한 교반이며 용재는 항상 건조되어있어야 한다 .

용탕 청정화 효과 검증 2 – 드로스 처리

Ingot 제작 요소 – 알루미늄 재활용 및 이물질

Recycling

알루미늄 용해로

알루미늄 인고트

오염된 칩 및 드로스

회전재 및 불량품

건축 폐기물

알루미늄 캔폐차장

리사이클 에 사용될 공정 중 발생한 스크랩

래들에 담긴 알루미나

도가니 측벽의 알루미나GBF 후 드로스 미제거

용탕 청정화 효과 검증 3 – 이물질 원인 분석

이물질 시편

래들 위치의 알루미나 래들에 담긴 알루미나도가니 측벽의 알루미나

낮은 온도의 용탕표면 낮은 용탕 온도 (627℃) 이물질 혼입

용탕 청정화 효과 검증 4 – 이물질 성분 분석





Hard Spot 생성 과정 : γ – Al2O3 ⇒ α – Al203

γ – Al2O3 : - 초기 용해 ( 보온 ) 로 벽면에 부착된 푸석하고 가벼운 알루미늄 산화물 .

- 비중은 2.8 로서 Al 보다 조금 높다 .

α – Al203 : - γ – Al2O3 가 오랜 시간 815℃ 이상의 열을 받아 다이아몬드의 경도

에 버금가는 코론덤 (Corundum) 으로 변이 된 알루미늄 산화물 .

- 비중 4.0 으로 바닥에 침전 . ( 주기적 바닥 청소 필수 )

- 로 내로 유입된 공기 ( 연료와 로의 틈새 ) 나 수분이 성장을 촉진 .

- 제품에 혼입되어 가공 시 툴 파손의 원인 됨 .

3. 하드 스팟 (Hard Spot)

로벽에서 생긴 코론돔 버섯모양의 코론돔

로청소 필수

용탕 청정화 효과 검증 5 – 하드스팟 / 로 청소

보온로 벽의 코론돔

용탕 청정화 효과 검증 5 – 하드스팟 / 로 청소

용해와 보온을 하는 보온로 .

- 미성형 및 개재물 발생의 원인 .

- 용탕 청정화 관리 불가 .

630℃ 480℃

용탕 청정화 효과 검증 6 – 산화물 / 용해보온로

용탕온도 편차 심함 . (634℃~673℃) 용탕온도의 불규칙성 . 용탕 청정화 처리 불가 .

용탕 청정화 효과 검증 6 – 산화물 / 용해보온로

용탕온도 편차 작음 . (670℃~690℃) 용탕온도의 규칙성 . 용탕 청정화 처리 가능 .

용탕 청정화 효과 검증 6 – 턴테이블 보온로

K-mold 금형 K-mold 시편

등급 K10-VALUE

청정 판정 합격판정

AA <0.1 매우 우수 OK

A 0.1-0.2 우수 OK

B 0.2-2.0 거의 우수 주조가능 ( 재처리 )

C 1.0-2.0 약간 더러움 재처리

D 2.0-20 더러움 재처리

E >20.0 매우 더러움 재처리

이물질 관리 – K-Mold

K-Mold 시험 결과 탈가스 최적 조건 – 탈가스 용탕량의 0.1~0.2% / 진정시간 30 분 이상

< 플럭스 1 개 투입 >

< 플럭스 2 개 투입 >

이물질 관리 – K-Mold

주조 공정

소착불량 개선사례

기포불량 원인 검증

금형구조 개선사례

패러다임 쉬프트 패러다임 쉬프트

• 세상 ( 사물 ) 을 보는 시각• 정신적 지도• 준거의 ( 관점 )

♣고정관념 , 편견

1. 1. 불완전하다불완전하다 ..2. 2. 크게 틀린 경우가 많다크게 틀린 경우가 많다 ..3. 3. 우리를 제한 시킨다우리를 제한 시킨다 .(.( 속박속박 ))

소착 해결을 위한 개선 방안 - 취급문제 개선 및 이형제 스프레이 분사 위치 지정 정립화

- 이형제 스프레이 분사 위치 지정 ( 유첨 도면 참조 ) - 배면 이형제 설치 ( 금형 개선 ) SPOOL “A” Type – 배면 이형제 분사 라인 설치 (3/22) SPOOL “B” Type – 배면 이형제 분사 라인 설치 (3/27)

⇒ 소착으로 인한 문제 해결을 위해 슬라이드 코어 스프레이 분사 취약점 해결

소착 고질불량 개선 사례 – 배면이형제 설치

개선효과 : 하측과 슬라이드 코어가 마주보는 좁은 공간 사이에 기존 카세트 스프레이 라인을분사 적용하기에 협소하여 냉각에 어려움을 코어에 직접 이형제 라인을 설치하여 소착 부적합에대한 개선을 시도함.

SPO O L CPT STD /M I 배면이형제 스프레이라인

10m m /

Φ6.0

소착 고질불량 개선 사례 – 배면 이형제 위치

이형제 분사 위치 점검표

소착 고질불량 개선 사례 – 이형제 위치 표준 설정

SPOOL CPT STD / SPOOL CPT MI - 배면이형제 스프레이 분사 라인 설치후 불량율 추이 변화

⇒ 소착은 다소 줄었으나 미성형 문제 대두 - 하단 사진 참조

CPT (Standard) SPO O L 8.14% -> 8.95% 49.4% -> 33.4% 50.6% -> 66.6%

전체 불량율(전→후) 소착,기포 미성형

CPT M I(M irror) SPO O L 6.7% -> 6.2% 47.3% -> 40.2% 51.7% -> 59.8%

소착 고질불량 개선 사례 – 배면 이형제 설치 결과

5. 미성형 원인 분석

(1) 각 기계별 , 제품별 주조조건 Gate 속도 계산 .

* 게이트 속도 = ( 팁 단면적 ) × 고속속도 / 게이트 단면적 .

* ELR ( 게이트 속도 ) = (19.64 ㎠ ) × 1.8m/sec / (0.14 × 1.45 × 4) = 43.5m/sec * MI ( 게이트 속도 ) = (19.64 ㎠ ) × 1.8m/sec / (0.12 × 1.45 × 4) = 50.8m/sec * MI 의 미성형 불량율 : 3.52% (Cav #15 : 0.8% #16 : 2.7% - 반작 업자 측 방향 ) * 불량율 편차 - 반작업자 측 이 월등히 높다 .

(2) 고속 절환 위치 변경 Test 결과 변화 없었슴 . ( 결과 수치 입력 )

(3) 고속도 상향은 과거 경험으로 비산으로 Test 생략 .

⇒ 주조조건 , 스프레이 조건이 미성형의 직접 원인이 아님이 증명 됨 .

소착 고질불량 개선 사례 – 미성형 원인 분석

미성형 개선 활동 착수

- 이형제 냉각시간 변화시도 (0.7->0.5) / 고속 전환 위치 ( 속도 ) 변경

- 결과 : 불량율 감소에 도움이 되지 않음

미성형(내측) 미성형(외측) 기포(BLISTER)

뜯김(기어부) 소착+뜯김

이형제시간 0.7->0.5단축결과

기어부소착+뜯김문제로

인하여, 진행중단하기로

하였음.

미성형 불량은 현물 조사 결과 이형제에 의한 과냉이 아닌 용탕 충진이나 가스 빼기 를 원인으로 추정하여 Gate 와 O/Flow 수정 착수키로 함 .


게이트 단면적 변경 (1.2mm x14.5mm->1.4mm x14.5mm) #16 CAV 만 수정 - SPOOL CPT MI 에 테스트 결과 * 수정 전 (#15 / #16) : 1) 1.95/4.27 2) 0.92/4.79 3) 0.79/1.77 4) 0.83/4.72 5) 1.16/3.21 * 수정 후 (#15 / #16) : 1) 6.58/0.89 2) 2.18/1.77 3) 1.09/0.82 ⇒ 수정 전에는 #15 가 불량율이 낮았으나 수정후에는 수정한 #16 이 3 배정도 낮은 불량율을 보임 . ⇒ #16 에 적용한 Gate 단면적 확장의 개선 효과가 입증 됨 . ⇒ #15 에 적용 및 타 금형에 수평전개 및 Over-Flow 단면적 개선 착수 .

1.2 1.4


#16 개선 결과 불량율의 감소를 보여줌 - #15 번 도 진행 결정 (4/24)SPO O L CPT M I 130417 총수량 3071

양품 2880 미성형 기포 소착1.95% 불량#15 60 46 11 34.27% 불량#16 131 115 16 0

SPO O L CPT M I 130418 총수량 3274양품 3120 미성형 기포 소착

0.92% 불량#15 30 19 9 23.79% 불량#16 124 97 27 0


0.79% 불량#15 13 5 3 51.77% 불량#16 29 20 8 1


0.83% 불량#15 7 5 2 04.72% 불량#16 40 33 7 0


1.16% 불량#15 37 14 6 173.21% 불량#16 102 60 14 28

변경후SPO O L CPT M I 130425 총수량 1124

양품 1040 미성형 기포 소착6.58% 불량#15 74 27 6 410.89% 불량#16 10 6 4 0


2.18% 불량#15 69 45 15 91.77% 불량#16 56 37 17 2


1.09% 불량#15 32 15 8 90.82% 불량#16 24 10 9 5


1.18% 불량#15 35 19 10 61.75% 불량#16 52 30 20 2

소착 고질불량 개선 사례 – O/F 단면적 확장 결과

오버플로부 변경 시도 ( 주조흐름개선 ) @CPT MI #11 금형 -5/22

벤트1 0.25mm 두께

벤트2 0.14mm두께

길이 3.4mm


벤트2 용접후0.08mm두께

길이 11.7mm



길이 15.5mm

현재 1차수정 2차수정

⇒ 1차 수정 결과 : 비산은 개선되었으나 품질 개선은 없었슴 . ( 불량율 18% N=400 C=70))⇒ 2 차 수정 결과 : 품질 개선 됨 . ( 불량율 4.5% N=399 C=18)

SPOOL CPT STD 에도 확대 적용 시킴 -5/28

소착 고질불량 개선 사례 – O/F 단면적 확장

* CPT(Standard) 진행결과 (5/23~6/12)

- 5/23 N=2,937 C=57 불량율 1.94% 미성형34(1.2% )

- 5/27 N=2,957 C=77 불량율 2.6% 미성형27(0.9%)

- 5/29 N=2,288 C=77 불량율 2.1% 미성형30(1.3%)

- 5/30 N=4,430 C=110 불량율 2.4% 미성형60(1.3% )

- 6/04 N=2,927 C=47 불량율 1.6% 미성형30(1.0%)

- 6/05 N=3,664 C=64 불량율 1.75% 미성형25(0.7% )

- 6/07 N=1,947 C=27 불량율 1.39% 미성형17(0.9% )

- 6/12 N=2,089 C=89 불량율 4.26% 미성형40(1.9% ), 볼록기포44(2.1%)

* MI 진행결과(5/28~5/31)

- 5/28 N=2,955 C=75 (미성형45) 불량율2.53% (미성형 45개 1.5%)

- 5/29 N=2,987 C=107 (미성형30) 불량율3.58% (미성형 30개 1.0%)

- 5/31 N=2,965 C=85 (미성형40) 불량율2.87% (미성형 40개 1.3%)

- 6/03 N=2,960 C=80 (미성형45) 불량율2.7% (미성형 45개 1.5%)

- 6/05 N=2,983 C=103 (미성형60) 불량율3.45% (미성형 60개 2.0%)

- 6/07 N=1,306 C=26 (미성형10) 불량율1.99% (미성형 10개 0.7%)

- 6/10 N=3,592 C=72 (미성형50) 불량율2.00% (미성형 50개 1.4%)

- 6/11 N=2,393 C=73 (미성형53) 불량율3.05% (미성형 53개 2.2%)

- 6/13 N=2,989 C=109 (미성형20) 불량율3.65% (미성형 20개 0.7%)

전체적으로 불량율이 감소함추가 개선으로 배면 이형제의분사구 형상 변경 착수

⇒

소착 고질불량 개선 사례 – O/F 단면적 확장 결과

추가개선

※ 품질개선 아이템및 공정불량 목표 (~ 8/31)

품명 목표 12월 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월

SPO O L ELR 3% 6.21% 4.70% 4.40% 2.53% 2.52% 3.24% 2.90% 1.46% 0.73%

SPO O L CPT M I 3% 5.10% 8.40% 5.50% 4.90% 9.24% 6.05% 3.16% 3.76% 2.52%

SPO O L CPT STD 3% 4.96% 11.76% 4.64% 6.95% 8.43% 7.68% 2.75% 5.66% 1.83%

5.42% 8.29% 4.85% 4.79% 6.73% 5.66% 2.94% 3.63% 1.69%

0.00%

1.00%

2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

7.00%

8.00%

9.00%

10.00%

12월 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월

SPOOL ELR

SPOOL CPT MI 0.00%

2.00%

4.00%

6.00%

8.00%

10.00%

12.00%

14.00%

12월 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월

SPOOL CPT STD

배면이형제 적용 도면

소착 고질불량 개선 사례 – 불량 개선 효과

타이바 인장력 측정 결과 ( 한국 신소재 장비 및 인력 지원 ) - 2013.3

800 톤 1 호기

800 톤 1 호기 타이바크랙 발견

기포 불량 원인 검증 1 – 타이바 이상으로 인한 비산

타이바 인장력 측정 원리 ( 한국 신소재 장비 및 인력 지원 ) - 2013.3

800 톤 1 호기



800 톤 1 호기




수리전

다이 플레이튼 평행도 유지 ( 가공 및 연마 )


수리후


※ Fan Clutch 주조조건 검증

1) 투영면적 : 657 ㎠

2) 주조압력 : 714Kg/ ㎠ (350 톤 장비 사출 실린더 직경 180mm )

3) 형체력 = 657 × 714 × 1.1 = 516Ton

⇒ 500 톤 주조기가 적합 함 .

4) 게이트 속도 = 팁단면적 × 고속속도 / 게이트 단면적

= 38.47 ㎠ (70mm)× 2.5m/sec / 2.6 ㎠

= 40m/sec

⇒ 적합 함

　

5) 슬리브 충진율 = 주입중량 / 팁단면적 × 스트로크 × 2.8( 비중 )

= 1,350g /38.47 ㎠ × 24.7cm × 2.8g/ ㎤

= 54.6%

⇒ 500 톤으로 변경시 슬리브 경 확대 필요 .

기포 불량 원인 검증 3 – 형체력 부족으로 인한 비산

형체력 부족에 의한 비산 검증

※ Water Pump Body 주조조건 검증

1) 투영면적 : 730 ㎠

2) 주조압력 : ① ( 증압실린더 단면적 ×Acc 압력 ×0.9)÷팁단면적 714Kg/ ㎠ (350 톤 장비 사출 실린더 직경 180mm ) (9×9×3.14×135×0.9)÷(3.5×3.5×3.14) = 805Kg/ ㎠

② 기계사출력 ÷팁단면적 (350 톤 장비 사출력 34 톤 ) 34,000÷ (3.5×3.5×3.14) = 885Kg/ ㎠ (350 톤 장비 사출력 34 톤 ) 3) 형체력 ① = 805×730×1.1 = 646Ton ② = 885×730×1.1 = 710Ton 　 4) 게이트 속도 = 팁단면적 × 고속속도 / 게이트 단면적 = 38.47 ㎠ (70mm)× 2.5m/sec / 2.6 ㎠ = 40m/sec( 적당함 )

5) 슬리브 충진율 = 주입중량 / 팁단면적 × 스트로크 × 2.8( 비중 ) = 1,350g /38.47 ㎠ × 24.7cm × 2.8g/ ㎤ = 54.6%( 적당함 )

형체력 부족에 의한 비산 검증

기포 불량 원인 검증 3 – 형체력 부족으로 인한 비산

M D M AIN H SG (9호) - 비스켓 두께적용설비 : 650톤 2호기

측정일 : 2014-01-23 (오전)

25.81 24.82 24.88

23.88 24.17 23.98

23.3 25.03 24.36

26.15 25.32 29.6

23.27 23.52 28.5

22.84 25.25 28.81

20.6 22.36 23.62

22.96 24.61 23.29

29.41 22.28 23.78

20.21 23.45 40.02

편차

20.21

40.02

25.00

19.81

데이터값

MIN

MAX

평균

기포 불량 원인 검증 4 - 비스켓 두께 산포

기포 불량 원인 검증 4 - 비스켓 두께 산포

비스켓 두께에 따른 기포 상태 비교

<비정상 비스켓 > <정상 비스켓 >

진공 ON 진공 OFF

※ 진공효과 명확 . ( 반드시 사용 해야 함 )

※ 스퀴즈 벽부위에 Blister 발생 (내부의 가스가 배출되지 못 함 )

출처 : 대성공업

기포 불량 원인 검증 5 - 진공장치





해발

진공

압축공기

출처 : 한국신소재

진공의 단위

1 bar = 1,000 mbar ( 1019 g/cm2) = 100,000 Pa (Pascal) = 100,000 N/m2 = 750 Torr(mm/Mercury) = 29.53 Inch/Mercury(inch/Hg) = 14.5 psi(pound/square inch)


※ 주의 사항 : 스퀴즈 주변에 있는 핀의 변형 ( 휨 , 파손 ) ( 핀길이 축소와 핀 변형 검사 수반 할 것 .)

기포 불량 원인 검증 6 – 국부 스퀴즈 조건

용탕 충전 완료 후 두꺼운 부위에 별도로 설치한 플런져로 가압하여 응고수축을 최소화 한다 .

- 가압실린더는 통상 타이머에 의하여 제어한다 .

- 진공 다이캐스팅법과 병용하여 사용한다 . ( 가공최소화 , 응고 수축방지 )

국부적으로 두꺼운 부위가 있는 경우 가압경로 중간의 얇은 부위가 먼저 응고하여 , 가압력이 전달되기

어렵기 때문에 부분 스퀴즈를 사용한다 .

금형

캐비티 ( 용액응고 )수축공 (Shrinkage)

- 후육부 기포발생 원인

국부 가압 (Local Squeeze)

스퀴즈 실린더 단면적 > 스퀴즈 핀단면적 ×20 배

스퀴즈 3 초 /7 초 ( 전진 / 후진 ) 스퀴즈 0.1 초 /7 초 ( 전진 / 후진 )

※ 주의 사항 : 스퀴즈 주변에 있는 핀의 변형 ( 휨 , 파손 ) ( 핀길이 축소와 핀 변형 검사 수반 할 것 .)



1.5mm

2.0mm

3.0mm - Best

3.5mm - Good

2.5mm


* 평가

1. 스퀴즈 조건(시간)에 따른 기포 분포 검토결과 지연 시간에 따라 기포 분포가 변화 되는 경향이 관찰 됨. -> 현재 스퀸즈 6.0초가 기포상태 양호함

- 최적조건은 스퀴즈 가압지연 시간 6초 / 스퀴즈 벽 두께 약 37m m

2. 650톤 3호기 이즈미 에서 시험 결과 스퀴즈 콘트롤 상태 양호. (2013.11.15)

변경전

1차 시험(@ 650톤 Izumi) - Squeeze- In 지연시간별 기포상태 (Stroke - 20mm)

스퀸즈

시간

비고

(평가

결과)

4

3

1

5

2

S1

시료수

S2 S3

스퀴즈깊이 스퀴즈깊이 스퀴즈깊이

스퀴즈깊이 스퀴즈깊이

현재

(6.0초)

36.89 37.27 37.48

1.0

35.92 37.25 37.58스퀴즈깊이 스퀴즈깊이 스퀴즈깊이

0.5

38.56 37.88 38.54스퀴즈깊이

- 1.0

38.75 37.56 37.62


- 0.5


설비 : 650 톤 #3(Izumi) 최적조건 - 스퀴즈 지연 : 6 초 - 스트로크 : 20mm 결과 : 양품 다소 미흡


5

* 평가 변경후 제품 검토결과 (스트로크 조정품 : 20m m ▶25m m )

1. 스퀴즈 스트로크 20m m (좌)) 보다 25m m (상) 가 동일 조건에서 기포 품질 상태가 우수 함.

2. 스퀴즈 조건(시간)에 따른 기포 분포 검토결과 지연 시간에 따라 기포 분포가 변화 되는 경향이 관찰 됨. -> 현재 스퀸즈 3.0초가 기포상태 양호함

- 최적조건의 표준은 스퀴즈 가압지연 시간 3초 / 스퀴즈 벽 두께 약 37m m

- 검사표준은 자주검사(스퀴즈 벽두께관리 - 6m m ~ 4m m )

4. 650톤 3호기-이즈미 설비 생산품 (2013.11.15)

2차 시험(@ 650톤 Izumi) - Squeeze- In 지연시간별 기포상태 (Stroke - 25mm)

2

4

1

3

시료수 비고

(평가

결과)S1 S2 S3


스퀸즈

시간

변경후

- 1.0

- 0.5

현재

(3.0초)

0.5

1.0





38.11 37.86 38.22

설비 : 650 톤 #3(Izumi) 최적조건 - 스퀴즈 지연 : 3 초 - 스트로크 : 25mm 결과 : 양산시 핀 파손


13MY Cover 기포개선을 위한 금형 개선

금형구조 개선 사례 1 – 기포 개선

현상 - VF Tube Plate 쇼트 브라스트 후 변형 1 차 개선 - Rib 및 살 보강 결과 - 효과 있으나 양품 판정에는 미달

금형구조 개선 사례 2 – 변형 개선 (1)

2 차 개선 - 살 보강 설계변경을 위한 개선 중 (2013.8)

금형구조 개선 사례 2 – 변형 개선 (2)

미성형 발생부 Package

Duo Back 품질 개선 – 1) 쇼트시간 줄임 2) 미성형 개선을 위한 금형 개선

금형구조 개선 사례 3 – 미성형 개선


Coulisse 미성형 개선 방안 - 현재 불량율 약 20% 으로 차기 금형에 개선방안 적용 예정 .

- 게이트 단면적 계산

- 게이트 단면적 × 게이트 속도 = Tip 단면적 × 고속속도

- 게이트 단면적 = (1.9×0.1)+(2.8×0.1)+(2.1×0.1) +(2×0.1) × 2 = 1.76

- Tip 단면적 = 25×25×3.14 = 19.63 ㎠

- 고속속도 = 2.2 m/sec

- 게이트 속도 = (19.63 × 2.2)/1.76

= 24.54m/sec (40~60 m/sec 보다 낮음 )



5 2014년 al주조업종 세미나-140912

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