전기 자동차 주조에는 기가 주조와 같은 최첨단 공법이 적용되어 복잡하고 가벼운 자동차 부품을 제작합니다. 전기 자동차는 전 세계 자동차 시장을 지배하고 있습니다. Market Watch에 따르면 전기차 판매량은 2023년에 100만 대에서 160만 대로 급증할 것으로 예상됩니다. 기가 캐스팅 기술을 이용한 전기 자동차 주조와 같은 기술은 가솔린 자동차를 대체할 수 있는 지속 가능한 대안을 제시하고 있습니다.

주요 요점:

1.       EV 캐스팅 프로세스

2.       전기 자동차 주조 공정

3.       EV 주조 재료

4.       EV 다이캐스팅의 새로운 합금 및 복합재

EV 캐스팅 프로세스

전기 자동차 주조는 고품질의 효율적인 부품을 생산하기 위한 중요한 단계가 포함된 포괄적인 공정입니다. 다양한 부품을 성형할 때 뚜렷한 장점과 한계가 있습니다. 설계, 재료 준비, 다양한 주조 방법, 주조 후 절차 등 전기차 주조와 관련된 주요 프로세스에 대해 알아보세요.

1.     디자인 및 금형 제작

전기 자동차 주조에는 금형을 설계하고 제작하는 기본 단계가 포함됩니다. 이 과정에서 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어는 필요한 전기차 부품의 정밀하고 복잡한 설계를 생성하는 데 사용됩니다. 이러한 설계는 주조와 관련된 높은 압력과 온도를 견딜 수 있습니다. 이러한 설계는 제작 후 강철 또는 기타 내구성 있는 재료로 금형을 만드는 데 사용됩니다.

2.     재료 준비

재료 준비 단계는 주조에서 고품질의 결과를 얻기 위해 필수적입니다. 이 단계에는 알루미늄과 같은 금속 합금을 선택하고 준비하는 작업이 포함됩니다. 알루미늄은 가볍고 강도가 높아 전기 자동차 주조에 주로 사용됩니다. 제조업체는 용광로에서 합금을 특정 온도로 녹여 주조 공정을 위해 준비합니다.

3.     캐스팅 방법

전기차 부품은 각각 고유한 장점과 용도를 가진 여러 주조 방법을 적용하여 생산할 수 있습니다.

                                I.            고압 다이 캐스팅

                              II.            중력 캐스팅

                            III.            기타 캐스팅 기법

       I.            고압 다이 캐스팅

프로세스 개요

고압 다이캐스팅 방식에서는 용융 금속을 극한의 압력으로 금형 캐비티에 주입합니다. 이 방법을 사용하면 표면 마감과 치수 정확도가 뛰어난 부품을 전문적으로 생산할 수 있습니다. 

전기 자동차를 위한 혜택

이 공정은 크고 복잡한 부품을 한 번에 생산하는 전기 자동차에 유용합니다. 필요한 조인트와 용접의 수를 줄이는 데 도움이 됩니다. 부품의 구조적 무결성을 향상시키고 무게를 줄일 수 있습니다. 이는 차량의 효율성과 주행 거리를 향상시킵니다.

전기 자동차의 애플리케이션

전기 자동차 제조업체는 고압 다이캐스팅 공정(HPDC)을 선호합니다. 이 방법을 사용하면 대형 일체형 주물을 제작할 수 있습니다. 특히 배터리 하우징, 모터 하우징 및 구조 부품과 같은 다양한 전기 자동차 부품을 만드는 데 사용됩니다.

     II.            중력 캐스팅

프로세스 개요

제조업체는 중력 주조 기술을 사용하여 용융 금속을 중력으로 끌어당기면서 금형에 부어 넣습니다. 고압 다이캐스팅보다 간단한 방법입니다. 이 기술은 주조 품질을 향상시키기 위해 주입 공정을 정밀하게 제어해야 합니다.

전기 자동차를 위한 혜택

뛰어난 구조적 무결성이 요구되는 크고 두꺼운 벽을 가진 부품을 제작할 때 유용합니다. 소형 제작물이나 특수 부품을 비용 효율적으로 제작할 수 있습니다.

전기 자동차의 애플리케이션

이 절차는 높은 강도와 내구성이 필요한 엔진 블록, 서스펜션 부품 및 기타 구조 요소를 제조하는 데 사용됩니다.

  III.            기타 캐스팅 기법

모래 주조

모래 혼합물로 금형을 만들어 용융 금속을 캐비티에 붓습니다. 알루미늄 모래 주조 메서드를 사용합니다. 복잡한 디테일이 있는 복잡하고 큰 컴포넌트를 제작하는 데 적합합니다.

투자 캐스팅

로스트 왁스 주조라고도 하는 이 기법은 표면 마감이 우수한 완벽한 치수의 부품을 생산하기 위해 사용할 수 있는 효과적인 주조 전략입니다. 이 기술에는 세라믹 쉘로 덮인 부품의 왁스 몰드를 만든 다음 왁스를 녹여 몰드를 만드는 것이 포함됩니다.

4.     냉각 및 응고

이 단계에는 금속이 용융된 상태에서 금형에 주입된 후 냉각 및 응고되는 과정이 포함됩니다. 냉각 속도는 최종 부품의 미세 구조와 기계적 특성에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 제어 냉각 기술은 원하는 강도와 내구성을 달성하는 데 도움이 됩니다.

5.     제거 및 청소

냉각 및 응고 공정이 끝나면 모래 혼합물로 만든 금형을 깨거나 HPDC의 경우 금형을 열어 주물을 금형에서 제거하며, 잔류 금형 재료, 플래시 또는 산화물 층을 제거하는 세척 단계가 추가로 포함됩니다.

6.     마무리 및 검사

마감 및 검사 프로세스에서는 추가 가공, 연마, 필요한 코팅 적용이 이루어집니다. 이 단계에서는 제조업체가 표면 마감과 정확한 치수를 갖춘 부품을 제작하는 데 도움이 됩니다. 검사 단계에서는 결과물이 요구되는 품질 표준을 충족하는지 확인합니다.

EV 캐스팅의 이점

다이캐스팅 기술은 특히 무게, 디자인, 비용과 같은 문제를 다룰 때 전기 자동차의 미래를 설계하는 데 여러 가지 이점을 제공합니다. 이러한 이점에 대해 알아보세요:

무게 감소 및 비거리 향상

전기 자동차의 주요 이점은 무게 감소입니다. 고압 다이캐스팅(HPDC)의 알루미늄과 같은 경량 소재를 선택하면 차량의 전체 무게를 줄일 수 있습니다. 차량이 가벼우면 효율성이 높아지고 주행 거리가 향상됩니다.

설계 유연성 및 복잡한 형상

전기 자동차 주조는 매우 복잡한 형상을 제작할 수 있고 설계 유연성을 제공하므로 기존 제조 방식이 필요하지 않습니다. 복잡한 냉각 채널과 통합된 지지 구조와 같은 기능을 포함하여 부품을 성능에 맞게 최적화하는 데 도움이 됩니다.

비용 효율성 및 확장성

HPDC 및 중력 주조 공정은 모두 비용 효율적이고 확장성이 뛰어납니다. 그러나 금형 제작 및 장비의 초기 설정 비용이 높을 수 있습니다. 생산량이 증가함에 따라 단위당 비용은 크게 감소합니다. 이러한 확장성은 전기 자동차를 더 저렴하고 더 넓은 시장에서 이용할 수 있도록 도와줍니다.

구조적 무결성 및 내구성 강화

전기차 주조는 차량의 구조적 무결성과 내구성을 향상시켜 안전과 수명을 연장합니다. 이 방법은 부품에 내부 응력이 형성되는 것을 방지하여 우수한 기계적 특성을 보장합니다. 이는 서스펜션이나 배터리 하우징과 같이 높은 하중과 응력에 노출되는 부품에 필요할 수 있습니다.

열 관리의 이점

열 관리는 전기차 주조의 또 다른 효과적인 이점입니다. 주조 공정을 통해 제작된 부품에는 통합 냉각 솔루션이 포함될 수 있습니다. 주조는 열을 보다 효율적으로 관리하고 차량의 전반적인 성능과 안전성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

EV 주조에 사용되는 재료

주조 소재의 적절한 선택은 출력 결과에 큰 차이를 만듭니다. 제조업체는 올바른 재료를 선택함으로써 성능이 향상된 경량 차량을 성공적으로 제작할 수 있습니다. 전기차 주조에 사용할 수 있는 옵션에 대해 알아보세요.

알루미늄 합금

알루미늄 합금은 가공성, 저밀도, 내구성, 녹에 대한 저항성, 우수한 성형성 등 뛰어난 특징을 제공합니다. 이 소재는 상당히 가볍고 다양한 전기차 부품에 적합한 강도를 가지면서도 성형성이 우수합니다. 내식성이 뛰어나 환경 조건에 노출되는 전기차 부품의 수명을 연장시켜 줍니다.

특정 알루미늄 합금

A356, A6061, 7050과 같은 특정 알루미늄 합금은 높은 강도와 주조성, 우수한 내식성을 지니고 있어 주조용으로 선호되는 소재입니다. 이러한 합금은 모터 하우징, 고응력 애플리케이션, 배터리 인클로저와 같은 부품의 강도와 내구성 요건을 충족하는 데 사용됩니다.

마그네슘 합금

AZ81D와 같은 마그네슘 합금은 가볍고 주조하기 쉬운 특성을 제공합니다. 이러한 소재는 배터리 프레임 및 구조 부품과 같이 무게를 줄여야 하는 부품에 적합합니다. 코팅 기술의 발전으로 내식성은 떨어지지만 그 활용성은 여전히 높습니다.

아연 합금

아연 소재는 뛰어난 치수 안정성이 요구되는 작고 복잡한 부품을 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 이 합금은 알루미늄 및 마그네슘과 결합할 수 있어 제조업체가 각 부품의 성능을 최적화할 수 있습니다. 전기차의 무게, 강도, 내구성의 균형을 보장합니다.

멀티 머티리얼 캐스팅

다중 재료 주조는 단일 부품 내에 다양한 합금의 조합을 포함합니다. 이 기술은 열 관리 및 구조적 무결성과 같은 성능 기능을 향상시키고 무게를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 여러 섹션에 걸쳐 다양한 특성이 필요한 복잡한 부품을 제작할 때 유용합니다.

EV 주조의 응용 분야

●        모터 하우징

●        배터리 트레이

●        전송 사례

●        방열판

●        인버터

모터 하우징

모터 하우징 부품은 전기 모터를 외부 손상으로부터 보호하는 동시에 적절한 열 관리를 보장합니다. 특히 알루미늄과 마그네슘은 가볍고 강도가 높으며 열 방출 특성이 우수하기 때문에 이 부품을 만드는 데 사용됩니다.

배터리 트레이

배터리 트레이는 전기 자동차의 배터리 셀을 고정하고 보호하며 알루미늄과 같은 경량 소재로 제작할 수 있습니다. 이러한 합금은 전체 차량 무게를 줄이고 주행 거리를 향상시킵니다. 또한 이러한 트레이는 부식에 강하고 튼튼하게 설계되어 부품의 수명을 보장합니다.

전송 사례

전기 자동차의 변속기 케이스는 모터에서 바퀴로 동력을 전달하는 역할을 하는 부품입니다. 알루미늄 소재는 이 애플리케이션을 만드는 데 적합한 선택입니다. 강도가 높고 동력 전달의 기계적 스트레스를 견딜 수 있는 능력이 있기 때문입니다.

방열판

전기 자동차의 전자 부품은 방열판을 사용하여 관리할 수 있는 과도한 열을 발생시킵니다. 알루미늄은 뛰어난 열전도율로 이러한 애플리케이션의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 최적의 작동 온도를 유지하고 과열 가능성을 줄이는 데 도움이 됩니다.

인버터

제조업체는 차량의 직류를 교류로 변환하기 위해 인버터 애플리케이션을 사용합니다. 이러한 부품을 알루미늄으로 생산하여 열을 효과적으로 방출하고 민감한 전자 부품을 보호합니다.

EV 주조의 과제와 한계

여러 과제를 해결하기 위해 전기차를 통합하려면 재료 과학, 주조 기술 및 조립 분야에서 지속적인 혁신이 필요합니다. 전기차의 몇 가지 어려운 과제와 한계에 대해 알아보세요.

●        머티리얼 속성

●        다공성 및 주조 결함

●        가입 및 조립

머티리얼 속성

재료 속성은 출력 결과에 중요한 역할을 합니다. 소재는 고유한 특성을 가지고 있으며 특정 용도에 필요한 강도와 내구성을 항상 제공하지 못할 수도 있습니다. EV 주조용 소재를 선택할 때는 무게 감소와 기계적 성능의 균형을 맞춰야 하는데, 이는 복잡한 트레이드오프가 될 수 있습니다.

다공성 및 주조 결함

다공성 및 수많은 주조 결함은 다이캐스팅 제조에서 매우 중요한 문제입니다. 금속 주조 공정 중에 다공성 또는 작은 공기 주머니가 발생할 수 있습니다.

이 결함은 부품의 구조적 무결성을 약화시킬 수 있으며 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 주조 기술의 잘못된 관리, 부적절한 금형 설계 또는 오염 등이 그 예입니다. 이 문제를 해결하려면 엄격한 공정 관리와 고급 품질 검사 방법이 필요합니다.

가입 및 조립

접합과 조립은 전기 자동차 주조 부품의 또 다른 중요한 과제입니다. 알루미늄이나 마그네슘과 같은 경량 소재에는 전통적인 용접 및 체결 방식이 선호됩니다.

열팽창과 정밀한 정렬 요구 사항의 차이로 인해 조립 공정에서 복잡한 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하려면 마찰 교반 용접 또는 접착식 본딩이 필요합니다. 이를 통해 주조 부품의 강력한 성능과 신뢰성을 보장할 수 있습니다.  

EV 캐스팅의 미래

최첨단 기술과 적절한 합금의 통합은 전기 자동차 주조의 진화를 이끌 것입니다. 그러나 미래에는 더 많은 발전과 혁신이 이루어질 수 있는 엄청난 잠재력이 있습니다:

●        주조 금형용 적층 제조

●        시뮬레이션 및 모델링

●        새로운 합금 및 복합재

주조 금형용 적층 제조

전기 자동차 부품 산업은 적층 제조 또는 3D 프린팅을 통해 혁신을 거듭하고 있습니다. 이 기술은 리드 타임과 비용을 줄여 복잡한 설계를 신속하게 프로토타이핑하고 맞춤화할 수 있습니다.

 또한 이 제조 방식은 보다 복잡하고 정밀한 금형 형상을 구현하여 부품의 전반적인 효율성과 품질을 향상시킵니다.

EV 다이캐스팅의 새로운 합금 및 복합재

알루미늄 합금

-         A380

-         6061

EV 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 특성

-         밀도: 약 2.7g/cm³

-         녹는점: 660°C(1220°F)

-         영탄성계수: 69 GPa(10,000 ksi)

-         인장 강도: 90-690 MPa(13-100 ksi)

-         항복 강도: 50-600 MPa(7-87 ksi)

-         휴식 시 신장: 1-40%

-         열 전도성: 150-200 W/m-K

마그네슘 합금

-         AZ91D

-         AM60

EV 다이캐스팅용 마그네슘 합금의 특성

-         밀도: 약 1.74g/cm³

-         녹는점: 650°C(1202°F)

-         영탄성계수: 45 GPa(6,500 ksi)

-         인장 강도: 150-340 MPa(22-49 ksi)

-         항복 강도: 65-230 MPa(9-33 ksi)

-         파단 연신율: 2-10%

-         열 전도성: 60-90W/m-K

아연 합금

-         자막 3

-         자막 5

EV 다이캐스팅용 아연 합금의 특성

-         밀도: 약 6.6-6.7g/cm³

-         녹는점: 420°C(788°F)

-         영탄성 계수: 83 GPa(12,000 ksi)

-         인장 강도: 250-400 MPa(36-58 ksi)

-         항복 강도: 150-300 MPa(22-43 ksi)

-         휴식 시 신장: 1-10%

-         열 전도성: 110-120 W/m-K

결론:

전기차 제조업체는 전기차 주조 부품을 통합할 수 있는 새로운 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다.  오디오 캐스팅 는 다양한 전기차 주조 기술을 제공합니다. 경량 알루미늄 합금을 사용하여 모터 하우징 및 배터리 트레이와 같은 맞춤형 부품을 제조합니다.