자동차 제조에서 효율성, 성능, 경량화는 이제 선택이 아닌 필수 요소입니다. 이러한 성과는 대부분 알루미늄 다이캐스팅을 통해 달성할 수 있었습니다. 특히 자동차 알루미늄 다이캐스팅은 이제 세단부터 대형 트럭까지 모든 차량에 필요한 견고하고 가벼운 부품을 만드는 데 필수적입니다. 전기 및 연비가 자동차 제작에 큰 역할을 하기 때문에 엔지니어와 제조업체는 자동차 주조에 더 많은 관심을 기울여야 합니다.

자동차 알루미늄 다이캐스팅이란?

In 알루미늄 다이캐스팅를 사용하여 용융 알루미늄을 고압으로 강철 주형에 밀어 넣습니다. 알루미늄이 굳은 후에는 필요할 때마다 동일한 정확도와 반복 가능한 부품을 제공합니다. 제조 공장은 어디에서나 품질 관리를 사용하지만, 자동차 부문에서의 사용은 두드러집니다.

자동차 다이캐스팅 덕분에 제조업체는 강철로 만든 유사한 부품보다 훨씬 더 탄력 있고 가벼운 부품을 만들 수 있습니다. 이는 차량의 연비를 개선하고 유해한 배기가스를 줄이는 데 핵심적인 역할을 합니다.

자동차 다이캐스팅의 용도

오늘날 많은 차량 부품의 제작은 알루미늄 다이캐스팅에 의존합니다. 여기에는 적어도

• 두 가지 유형의 전송 사례
• 실린더 상단
• 트렁크를 엔진 블록이라고 합니다.
• 컨트롤 암이라고도 합니다:
• 건물을 지탱하는 프레임

다이캐스팅 자동차 부품은 더 높은 정확도로 제작할 수 있고 쉽게 반복할 수 있다는 점에서 독특합니다. 가공이 거의 필요 없는 세밀한 설계로 얇은 벽 구조물을 제조할 수 있다는 점이 큰 장점입니다.

프레임워크의 안정성 및 작업

중요한 차량 부품은 일반적으로 단순히 구조적 무결성 때문에 '자동차 주물'로 선택됩니다. 이러한 부품은 자동차 엔진의 모든 부품에 필요한 특성인 기계적으로 강하고 열을 잘 전달하며 부식되지 않는 등 많은 이점을 제공합니다. 고압 다이캐스팅은 정상적인 작동 압력 하에서도 부품이 파손되지 않도록 합니다.

엔지니어는 고급 시뮬레이션 툴을 사용하여 재료의 이동, 냉각 및 응고 방식을 개선하는 '다이캐스팅 자동차 부품'을 제작할 수 있습니다. 이러한 제어 덕분에 부품의 결함이 줄어들고 다공성이 감소하며 응력에 대한 저항력이 향상됩니다.

왜 알루미늄일까요?

알루미늄은 여러 가지 중요한 용도로 사용됩니다. 강철보다 3분의 1 가벼운 알루미늄은 연비를 직접적으로 개선하고 배기가스 배출량을 줄이는 데 도움이 됩니다. 알루미늄은 무게를 줄일 뿐만 아니라 고열과 부식에 강하기 때문에 이러한 환경의 부품에 적합한 소재입니다.

자동차 다이캐스팅에 가장 많이 사용되는 알루미늄 합금은 A360, A380 및 ADC12입니다. 이러한 합금은 화학적 특성 덕분에 강하고 일반 공기에서도 유연하며 금형에 쉽게 부어 넣을 수 있습니다. 알루미늄을 부드럽게 가공할 수 있기 때문에 가공 후 작업 비용이 절감됩니다.

제조의 작동 방식

자동차 알루미늄 다이캐스팅 워크플로에는 다음과 같은 단계가 있습니다:

1. 금형 설계는 부품의 형상과 용도에 따라 주문 제작됩니다.
2. 알루미늄을 가열하여 10,000~30,000psi의 압력으로 금형에 넣습니다.
3. 각 부품이 만들어지면 금형에서 식혀서 굳은 후 출시됩니다.
4. 이 단계에서 여분의 재료(플래시라고 함)가 제거되고 부품을 다시 가공하거나 코팅할 수 있습니다.

향상된 자동화 및 로봇 공학 덕분에 이제 자동차 주물을 대량으로 제조하는 데 필요한 작업자 수가 줄어들고 공급망 전체에서 품질이 보장됩니다.

기술 시스템 설계 및 프로세스 개발 

자동차 산업에서 알루미늄 다이캐스트 부품의 성능, 내구성, 디자인 일치 여부는 공정이 얼마나 잘 관리되는지에 따라 크게 영향을 받습니다. 자동차용 알루미늄 다이캐스팅의 모든 제어 및 작업 지점은 제품이 전 세계 자동차 제조업체의 엄격한 규정을 충족할 수 있도록 신중하게 설계되고 점검되어야 합니다.

1. 사출 압력

고압 다이캐스팅 공정의 압력은 100MPa~200MPa(14,500~29,000psi) 사이에서 유지됩니다. 변속기 하우징이나 배터리 트레이와 같은 대형 부품의 압력은 250MPa까지 높아질 수 있습니다. 이 조사에서는 이러한 수준에서 압력을 높여야 합니다.

• 얇은 벽의 구멍을 매우 빠르게 채웁니다.
• 음식이 너무 일찍 굳는 것을 막습니다.
• 금속 내부의 가스 및 구멍이나 기공을 제거합니다.

부품 세부 사항, 금형 세트 및 두께에 따라 최적의 압력이 설정되므로 1.5mm에서 4mm의 벽을 가진 자동차 애플리케이션이 가능합니다.

2. 용융 온도 및 전체 가열 프로세스 제어

A380, A36,0 및 ADC1과 같은 알루미늄 합금 주조는 일반적으로 660°C~710°C의 온도에서 수행됩니다. 그렇지 않으면 위에서 언급한 결함을 포함한 모든 결함이 발생할 수 있으므로 정밀하게 제어해야 합니다.

• 콜드 셧다운은 매우 낮은 온도로 인해 발생합니다.
• 너무 많은 수축 및 에어 포켓 증가(너무 높은 온도에서 작동)

금형의 온도 또한 매우 중요하며 일반적으로 오일 또는 물로 작동하는 시스템을 사용하여 180°C에서 250°C 사이에서 관리합니다. 금형 온도를 일정하게 유지하면 금형 마모를 조기에 방지하고 복잡한 모양의 모든 부품이 동일하게 생산됩니다.

3. 주기 시간

사이클 시간은 대량 자동차 알루미늄 다이캐스팅의 생산성과 비용 모두에서 중요한 역할을 합니다. 대부분의 프로젝트는 평균 사이클 타임으로 완료됩니다:

• 이러한 구성 요소의 경우 25~45초 정도 지속될 것으로 예상합니다.
• 프레임 및 EV 배터리 박스와 같은 주요 구성품에 60~90초 만에 코팅이 적용됩니다.

이 주기는 다음과 같이 작동합니다:

• 주입의 경우 0.1~0.3초를 사용합니다.
• 치아가 불소에 노출되는 시간은 최소 2초 이상 5초 이하입니다.
• 응고 방법은 부품 부피와 냉각 설계에 따라 다릅니다.
• 이젝터가 다이를 삽입하고 핸들을 돌리면서 곧 금속을 분사합니다.

생산 품질을 유지하면서 사이클 시간을 단축하려면 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하는 것이 중요합니다.

4. 생활 및 정기 관리

부품의 복잡성, 금형의 극심한 열, 사용되는 공구강의 종류에 따라 자동차 엔진의 금형은 일반적으로 교체하기 전까지 100,000~200,000회 정도 작동합니다. 10,000~20,000회 주조할 때마다 다음과 같은 원인으로 인한 고장을 방지하기 위해 기계 유지보수가 필요한 경우가 많습니다:

• 열로 인한 피로
• 크래킹
• 비나 이동하는 물로 인해 침전물이 제거된 경우.
• 마법의 플래시 생성

도구의 수명을 늘리기 위해 PVD(물리적 기상 증착) 또는 질화와 같은 확산 방법을 정기적으로 적용합니다.

5. 온도 조절

주조 공정 중 효율적인 냉각을 통해 사이클 시간을 단축하고 부품 냉각 방식을 제어하는 것이 가장 좋습니다. 오늘날 대부분의 금형에는 다음이 포함됩니다:

• 정밀한 온도 관리를 위해 컨포멀 기하학 형태의 냉각 채널이 만들어집니다.
• 배플 및 버블러 시스템은 국부적인 핫스팟 온도를 유지하는 데 사용됩니다.
• 열전대와 적외선 시스템으로 금형 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

고급 시스템은 작동 중에 루프를 닫고 물 또는 오일 공급을 반복적으로 조정하여 각 금형 섹션의 온도를 거의 동일하게 유지합니다.

6. 부품의 크기와 무게 측정 방법

자동차 산업에는 다양한 종류의 소형 및 대형 다이캐스트 부품이 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다:

이러한 부품의 경우 박형 주조는 다른 방식에서는 일반적으로 까다롭지만 고압 다이캐스팅에서는 간단하기 때문에 제조 가능성을 위한 설계(DFM)가 특히 중요합니다.

7. 치수 공차

다이캐스팅으로 고정밀 부품을 제작할 수 있습니다. 알루미늄 다이캐스팅에서는 일반적으로 +/- 0.1mm ~ +/- 2.5mm의 허용 오차를 얻을 수 있습니다.

• 길이가 25mm 미만인 경우 허용 오차는 ±0.1mm를 넘지 않습니다.
• 치수가 25~100mm인 품목에 적용 시 ±0.2mm
• 평탄도는 300mm 전체에서 0.3mm까지 낮게 유지할 수 있습니다.
• 모든 베어링 시트는 0.05mm의 진원도 공차를 가져야 합니다.

장착 표면이 기어, 베어링용 하우징 또는 중요한 씰링 영역이 아닌 경우 CNC 가공 또는 리밍을 생략할 수 있습니다.

8. 또한 다공성 제어 및 진공 시스템을 처리하는 데에도 목적이 있습니다.

다이캐스팅에서 다공성은 종종 큰 문제가 됩니다. 이러한 이유로 현재 대부분의 자동차 생산 셀에서는 액체 금속을 추가하기 전에 다이 캐비티에서 공기를 제거하기 위해 진공 보조 다이캐스터가 표준으로 사용되고 있습니다. 대부분의 진공 시스템은 30~80mbar로 설정됩니다.

• 가스 포켓이 갇힐 가능성을 줄입니다.
• 용접으로 주물을 쉽게 결합할 수 있습니다.
• 반복적인 하중에 대한 강도 향상에 도움

스퀴즈 주조 및 리오캐스팅 공정을 사용하여 구조적으로 중요한 부품의 다공성 결함을 거의 제거합니다.

9. 합금 선택

자동차 다이캐스팅에 적용되는 모든 합금은 각기 다른 역할을 수행합니다.

• A380: 가장 많이 발견되며, 부품으로 성형하기 쉽고 강하며 열전도율이 높습니다.
• A360은 내식성이 뛰어나기 때문에 고성능 엔지니어링 용도로 많이 사용됩니다.
• ADC12: A380과 유사하게 작동하기 때문에 아시아에서 널리 알려져 있지만, 더 부드럽고 기계가 쉽습니다.
• AlSi10Mg는 강하고 길쭉한 특성으로 인해 전기차 부품에 사용됩니다.

연성을 향상시키는 TiB₂를 추가하고 변형된 공융 실리콘 상을 사용하여 미세 구조를 의도적으로 변경했습니다.

프로세스 통합을 위한 고급 기술

오늘날의 파운드리는 알루미늄 다이 캐스팅을 인다이 센서, 폐쇄 루프, 디지털 트윈과 같은 기술과 연결하고 있습니다. 이러한 시스템을 통해 실시간으로 캠페인을 개선하거나 강화할 수 있습니다.

• 1단계 및 2단계 인젝션 샷 속도를 보여주는 데이터
• 금형에 윤활유를 얼마나 잘 바르나요?
• 플런저 속도
• 압력을 유지하는 시간을 신중하게 조절하세요.

이러한 정밀한 제어를 통해 공정을 쉽게 반복할 수 있으므로 매년 수백만 개의 '다이캐스팅 자동차 부품'이 필요한 자동차 프로그램에서 폐기물을 줄일 수 있습니다.

알루미늄 합금의 특성 및 경화 공정

다이캐스팅으로 좋은 결과를 얻으려면 알루미늄 합금 야금에 대한 지식이 필요합니다. 알루미늄은 고압 사출과 급속 냉각을 거치면 너무 빨리 얼어붙어 응고가 평형을 이루지 못하고 금속의 미세 구조, 특성 및 결함이 형성됩니다.

고형화에 사용되는 중요 지표.

• 응고에 필요한 시간은 주물의 두께와 냉각 속도에 따라 1.5초에서 8초 사이입니다.
• 입자 크기는 5~50 µm로 측정되며 냉각 속도와 입자 정제기에 의해 영향을 받습니다.
• 강한 애플리케이션에서는 인장 및 피로 성능을 개선하기 위해 보조 수상 돌기 암 사이의 거리가 30µm 미만이어야 합니다.
• Al-Ti-B 타입의 입자 정련기는 공구를 더 단단하고 다공성으로 만들기 때문에 유용합니다. 또한 Al-Si 합금의 공융 실리콘은 Sr(스트론튬)로 정제되어 모양을 만들거나 늘리는 능력이 향상됩니다.

일반적인 문제와 해결 방법

그러나 다이캐스팅 알루미늄은 여전히 소수의 결함이 발생합니다. 실수의 주요 원인을 파악하고 올바른 솔루션을 선택하면 자동차 품질 보증을 효율적으로 수행할 수 있습니다.

CpK 연구와 파레토 차트를 정기적으로 사용하여 결함이 발생하는 위치를 찾고 결함을 수정하는 데 필요한 조치의 순위를 매깁니다.

금형 설계 시뮬레이션 및 검토

현재 고급 다이 캐스팅 흐름은 CAE(컴퓨터 지원 엔지니어링) 툴을 중심으로 구축되어 있습니다. 엔지니어는 부품을 제작하기 전에 소프트웨어로 설계를 디지털 테스트합니다.

잘 알려진 소프트웨어 플랫폼은 많은 개발자가 사용합니다.

• MAGMASoft
• Flow-3D 캐스트
• ProCAST
• 애니캐스팅

시뮬레이션 모델:

• 용융 알루미늄이 움직일 때의 동작
• 폴리머의 고체 가장자리의 움직임과 용융물 전체의 온도 변화
• 다공성 가능성
• 파이프 라인에 공기가 갇히는 방식
• 부품 생산 후 금형에 남는 응력 및 굽힘

금형 설계자는 가상 반복을 통해 툴링을 제작할 필요 없이 문제를 발견하고 해결할 수 있으므로 프로토타입과 생산 모두에서 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

표면 엔지니어링 분야, 그 다음 포스트 프로세싱 분야

다이캐스팅은 우수한 모양과 외관(Ra ~1.6~3.2 µm)을 제공하지만, 사용 또는 외관상의 이유로 추가 표면 처리를 해야 하는 경우가 많습니다.

일반적인 포스트 프로세스:

• 샷 블라스팅은 플래시와 산화물 스케일을 제거하는 데 도움이 됩니다.
• 보어 및 평탄도가 중요한 표면과 같이 엄격하게 제어되는 영역은 CNC 가공으로 만들어집니다.
• 섀시 또는 외부 부품의 내식성을 높이고 아노다이징 처리합니다.
• 자전거의 눈에 잘 띄는 부분에 강도와 마무리를 더합니다.
• 함침: 수지로 작은 구멍을 메워 유체가 통과하지 못하도록 부품을 밀봉하는 작업(예: 오일 팬)

조립 및 가입 시 고려해야 할 사항

다이캐스트 알루미늄 부품은 다른 금속, 플라스틱 소재 또는 다양한 전자 어셈블리와 자주 접촉합니다. 엔지니어링 팀은 반드시 포함해야 합니다:

• 소재의 CTE 차이
• 주로 마그네슘 및 강철 패스너와 관련된 갈바닉 부식의 위험성
• A380과 같이 실리콘 함량이 높은 합금은 용접하기 어렵습니다.
• 대부분의 경우 알루미늄은 매우 부드럽기 때문에 열이나 초음파 시술로 나사 삽입물을 삽입합니다.
• 구조 어셈블리는 스터드 용접, 접착제로 접착하거나 마찰 교반 용접(FSW)을 사용하여 용접할 수 있습니다.

또한 EV 배터리 인클로저와 모터 하우징에 직접 도금 또는 코팅하여 EMI 차폐를 적용할 수 있습니다.

공장 내 주조 셀 및 자동화

자동차 주조 공장에는 고속 및 제어 작업을 모두 처리하는 자동화된 다이캐스팅 셀이 있습니다.

• 콜드 챔버 다이캐스팅의 클램핑력은 350톤에서 4,000톤까지 다양합니다.
• 이를 로봇 부품 추출 암이라고 합니다.
• 윤활 분무기는 장비의 일종입니다.
• 진공 시스템
• 실시간으로 활성화되는 제어판

모든 셀은 부품의 크기에 따라 평균적으로 시간당 250-500개의 부품을 생산하도록 설계되었으며, 소요 시간과 OEE를 준수합니다.

레이저 프로파일로미터, 와전류 프로브, 비전 카메라를 인라인 방식으로 사용하여 규정을 준수하는 부품만 다운스트림 작업으로 보내지는지 확인합니다.

표준 및 인증 산업

다이캐스트 자동차 부품은 국제 표준을 충족함으로써 성능과 안전 요구 사항을 모두 충족합니다. 이러한 결과는 종종 다음과 같이 언급됩니다:

• 주조 공차는 ISO 8062에 설명되어 있습니다.
• 자동차 품질 관리는 IATF 16949의 적용을 받습니다.
• ASTM B85는 알루미늄 합금 다이캐스팅에 대한 공식 표준입니다.
• 화학 성분은 SAE J452의 일부입니다.
• 생산 부품 승인 프로세스(PPAP)는 AIAG 시스템의 일부입니다.

브레이크 시스템 마운트와 서스펜션 노드는 안전에 매우 중요한 부품이므로 반드시 CT 스캔과 완전한 추적 기능을 사용해야 합니다.

자동차 알루미늄 다이캐스팅은 어떻게 업계를 지원합니까?

1. 체중 감소

차량의 무게가 적을수록 연료 효율이 높아지고 탄소 배출량도 줄어듭니다. "자동차 다이캐스팅"을 통해 제작된 알루미늄 부품을 사용하면 차량의 무게는 가벼워지지만 강도와 유용성은 떨어지지 않습니다.

2. 생산 효율성 극대화

부품의 대량 생산은 다이캐스팅으로 하는 것이 가장 좋습니다. 금형을 제작하면 아주 작은 변경만으로 수십만 개의 부품을 생산할 수 있습니다. 그렇기 때문에 자동차 부품에 다이캐스팅을 사용하는 것은 대규모 자동차 제조를 위한 비용 효율적인 솔루션입니다.

3. 치수 정확도

알루미늄 다이캐스팅 제품은 높은 수준으로 정확하기 때문에 주조 후 가공할 부분이 거의 없습니다. 결과적으로 라인의 생산성은 높아지고 생산 비용은 감소합니다.

4. 디자인 유연성

설계자는 오늘날의 CAD 및 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 사용과 생산이 모두 가능한 복잡한 부품을 만들 수 있습니다. 이러한 높은 수준의 설계 유연성은 엔지니어가 여러 부품을 하나의 주조품으로 병합하여 무게와 조립 시간을 줄일 수 있음을 의미합니다.

환경 보호 및 재활용

오늘날 자동차 제조업체들은 지속 가능성에 더욱 집중하고 있습니다. 여기에서도 알루미늄은 강력한 성능을 보여줍니다. 다이캐스팅된 알루미늄의 약 90%는 재활용할 수 있습니다. '자동차 주물'을 만들고 남은 스크랩은 다시 한 번 녹여도 처음처럼 잘 작동할 수 있습니다.

재활용 알루미늄으로 자동차 부품을 다이캐스팅하면 1차 알루미늄을 만드는 데 사용되는 에너지의 5%만 필요하기 때문에 업계가 환경에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다.

업계가 직면한 문제

하지만 다음과 같은 몇 가지 문제가 있습니다. 자동차 알루미늄 다이캐스팅. 마모, 다공성 및 열 피로는 부품 품질과 공구 수명을 모두 감소시킬 수 있는 일반적인 문제입니다. 하지만 진공 다이캐스팅, 스퀴즈 주조 및 더 나은 금형 코팅에 대한 새로운 연구와 발전은 이러한 어려움을 해결하는 데 꾸준히 도움이 되고 있습니다.

자동차 다이캐스팅 산업은 전기차 제조업체들이 배터리, 모터, 섀시 부품을 다이캐스팅 알루미늄에 의존하고 있기 때문에 성장세를 보일 것으로 보입니다. 테슬라를 비롯한 여러 기업들은 기가캐스팅을 통해 하나의 다이캐스팅 기계로 대형 차량 부품을 생산할 수 있어 필요한 부품 수를 줄이고 조립 속도를 높일 수 있다는 사실을 입증했습니다.

자동차 산업의 성장은 기계적 품질과 경량화라는 두 가지 이점을 결합하여 혁신을 제공하는 주조의 성과에 달려 있습니다.

결론

오늘날 자동차 제조업체는 차량의 성능을 높이고 비용을 절감하며 환경을 보호할 수 있는 방법을 항상 모색하고 있습니다. 자동차 알루미늄 다이캐스팅은 튼튼하고 가벼운 부품을 대량으로 제작하는 데 선호되는 방법입니다. 자동차 생산업체는 자동차 다이캐스팅의 도움으로 연비를 개선하고 핸들링을 개선하며 생산 공정을 간소화할 수 있습니다. 다이캐스팅 자동차 부품은 유행이 아니라 오늘날 자동차 제작 방식에 있어 핵심적인 변화로 전략적으로 사용되고 있습니다. 고압 사출을 통해 자동차 주물은 구동계와 섀시의 부품에서 이동성의 방향을 바꾸고 있습니다.

자주 묻는 질문

1. 자동차 상황에서 알루미늄 다이캐스팅이 작동하는 일반적인 온도는 얼마입니까?

알루미늄 합금 주조 온도는 종류에 따라 660°C에서 710°C까지 다양합니다. 치수 안정성과 최적의 응고를 위해서는 약 180°C~250°C의 다이 온도를 제어해야 합니다.

2. 자동차 다이캐스트 부품에는 어떤 종류의 결함이 나타나며 어떻게 관리되나요?

일반적인 결함의 예로는 가스 다공성, 콜드 셧, 수축 캐비티 등이 있습니다. 이러한 문제 중 일부는 진공 보조 주조, 신중한 게이트 설계, 정밀한 온도 제어, 금형 제작 공정 중 시뮬레이션 프로그램을 통해 해결할 수 있습니다.

3. 알루미늄 다이캐스트 부품은 정확한 치수에 얼마나 근접하나요?

고압에서 다이캐스팅하면 25mm 미만의 치수는 ±0.1mm, 그보다 큰 치수는 ±0.2mm의 허용 오차가 발생합니다. 자동차 어셈블리는 평탄도와 동심도를 모두 매우 면밀하게 관리해야 합니다.

4. 알루미늄 다이캐스트 부품을 전기 자동차(EV) 설계에 사용할 수 있나요?

예. 알루미늄 다이캐스팅은 가볍고 열전도율이 높으며 재활용이 가능하기 때문에 배터리 인클로저, 모터 하우징, 인버터 케이스 등 전기차에 많이 사용됩니다.

5. 자동차용 다이캐스트 부품을 만들 때 가장 많이 사용되는 합금은 무엇입니까?

A380, ADC12, AlSi10Mg가 인기 있는 합금입니다. 주조가 잘되고 무게 대비 강도가 우수하며 부식에 강하기 때문에 고성능 자동차 부품에 적합합니다.