드라이아이스세척기를 다이캐스팅 금형세척기로 활용하기
아래 사진은 사출금형의 세척 전,후를 비교한 사진입니다.
무엇이 문제 일까요?
더 정확히 말하여 어떤 문제를 발생 할 까요?
1. 가스
2. 부식
3. 이물불량
4. 흑점
5. 기타
먼저 생각해 봐야 하는게 문제의 시작은 어디서 부터 일 까? 입니다.
보이는 것은 부식층과 이물인데.....문제 발생..뭐 이런 저런 얘기를 하니 어렵게 만드는 것 같죠?
하지만 본질을 생각해 봐야 합니다.
문제의 본질....
불량의 핵심은 조방부터 시작 입니다
금형의 관리는 조방에서 부터 시작 해야 합니다.
아무리 CAVITY면을 잘 딱으면 무엇 합니까
조방부터 이물,가스,습도 등등 제거 해야 하는 것이 증착 되 있는데...
기초가 깨끗해야 제품이 잘 나옴니다
즉 문제의 순서
1. 조방부분의 면세척 문제/ 부식(가스에 의한 부식층 )
2. 금형의 온도 흐름의 불량/ 물론 냉각수 문제를 봐야 할 겁니다
3. 가스 흐름의 불량/ 가스방출의 문제------측 금형 외곽부분의 세척문제
4. 기초부터 상,하측 컨텍이 일치하지 않으니 사출압만 올리고 버(Burr)는 더욱 차고 그러니 문제 가중...
위의 문제들은 아마 사출금형의 대동소유하게 비슷 할 것이라 생각됨니다
해결책 있습니다.
문제는 작게 풀어가는냐 크게 풀어가느냐 선택하셔야 할 것입니다
현장과 주변조건등 여러가지를 종합하여 결정을 내려야 합니다
그중 가장 손쉬운 그리고 빠른 효과를 볼 수 있는 것이 드라이아이스세척(건식세척)이라는 것 입니다.
조금의 자료를 본 블러그에 올려 놓았습니다
무늬만 건식은 오히려 위혐합니다.
현장을 정확히 판단하여 최대한 근본적인 문제부터 해결해야 합니다
중요부분으로 간주하는 시각의 변화, 문제의 발단, 해결방법의 변화 등
자세한 내용, 금형 진단 , 드라이아이스세척(건식세척)의 방법은 아래로 문의 주십시요.
문의: ESG / 기술사 정동섭 010 2785 2984 4000gocrown@hanmail.net
참고로 아래의 그림은 드라이아이스세척기의 틈새세척 설명입니다
물론 몇가지 주의사항은 있습니다
다이케스팅 설비의 이형제 세척 모습
마그네슘 다이케스팅에 대하여
1. 서 언
최근 자동차 분야를 필두로 경량화 재료로써 마그네슘합금이 스포트라이트를 받고 있다. 지금까지는 마그네슘합금은 내식성에 문제가 있었으나, 잉고트 정련기술의 향상에 의해 알루미늄합금과 거의 동등한 수준까지 개선되고 있어 구조재료로써 적극적으로 이용하려는 Need가 커지고 있다. 마그네슘합금의 용도로는 자동차부품, 오토바이부품, 전자기기 및 통신휴대기기부품, 산업기기부품, 레져-스포츠용품 등 범위가 매우 넓다. 마그네슘은 비중이 1.7로써 상용 금속재료 중에서 가장 가벼울 뿐 아니라, 다이케스트 주조공법으로 제조시 매우 우수한 특징을 나타내는 합금이다.
▶ 마그네슘이 갖는 우수한 특징으로는 다음과 같은 것을 들 수 있다.
·가볍다.(경량성)
·진동흡수성(감쇄능)이 우수하다.
·최종 제품에 근사한 형상(Near Net Shape)으로 주조가 가능하다.
·주조 사이클 타임이 짧고, 생산성이 좋다.
·금형 수명이 길다.
·기계가공이 용이하다.
·제품의 리사이클이 가능하다.
본 고에서는 기계 설계자들이 알아야 할 기본적인 마그네슘합금의 특성, 설계, 제조상 유의점 등 기초적인 사항들을 알아보고자 한다.
2. 마그네슘합금의 특징
(1) 경량성
마그네슘의 비중은 1.7로 알루미늄의 2/3, 철의 1/4이하로 상용금속 중에서 가장 가벼운 재료이다. 마그네슘은 가벼울 뿐 아니라 비강도, 비강성이 철, 알루미늄 보다 우수하다. 따라서 경량성과 강도를 겸비한 마그네슘 합금은 자동차, 항공기등 수송기기용 재료로서 아주 유용한 재료라고 할 수 있다.
(2) 진동흡수성
마그네슘은 진동흡수성이 우수하므로, 진동을 흡수하여 소음을 감소시킴과 동시에 기계장치의 수명을 길게 할 수 있다. 하우징류 등 제품에 사용시 이러한 진동흡수성능이 발휘된다.
(3) 치수안정성
- 마그네슘은 변형되기 어려운 결정구조를 가지고 있어, 어닐링이나 응력제거 처리를 하지
않고도 시간의 경과와 온도변화에 대해 치수 안정성이 매우 높다.
(4) 기 타
- 피로강도가 우수하다.
- 열전도성이 우수하다.
- 인체에 무해하다.
- 磁性이 없다.
3. 경제성, 생산측면에서의 특징
마그네슘은 가볍기 때문에 동일 중량이라면 다른 금속보다 많은 수의 제품을 얻을 수가 있다. 예를 들면 아래 아연 1Kg으로 1개의 제품을 만드는 경우, 알루미늄 1Kg을 사용하면 2.5개를 만들 수 있으며, 마그네슘으로는 3.5개의 제품을 만들 수 있다.
(1) 다이캐스트 공정의 자동화
마그네슘은 강(steel)과 반응을 잘 하지 않기 때문에 다이케스트 M/C의 사출시스템을 용탕내에 설치할 수 있어, 아연처럼 Hot Chamber타입의 다이케스트 주조법으로 제품 생산이 가능하다. (소형제품인 경우 250 Shot/hr.의 생산도 가능)
(2) 금형수명
마그네슘 주조금형은 마그네슘용탕과 반응을 하지 않으므로 금형 Cavity부의 수명은 알루미늄 금형에 비해 약 3∼5배 정도 길다.
(3) 높은 생산성
마그네슘은 알루미늄에 비하여 동일 부피당 열용량이 작기 때문에 금형내에서 빨리 응고된다. 따라서 단위시간당 보다 많은 갯수의 제품을 주조할 수 있다. 통상 알루미늄 보다 생산량을 약 40∼50% 증가시킬 수 있으며, 어떤 경우에는 2배까지 증가한 사례도 있다.
(4) 치수안정성
마그네슘합금은 치수 안정성이 우수하다. 다이케스트 후 수축율이 일정하다. 또한 금형에서 Ejecting시의 제품의 변형이 적고, 주조잔류응력도 매우 낮다.
(5) 기계가공성
기계가공에 대한 마그네슘의 잇점으로는 다음과 같은 것을 들 수 있다.
- 마그네슘은 외력에 대한 저항이 작아서 절삭소요동력이 작다.(마그네슘을 1로 했을 때
알루미늄은 1.8, 주철은 3.5정도)
- 비중이 작아 가공시 관성력이 작고, 기계의 급시동 또는 급정지 등에 유리하다.
또한 공작기계에 미치는 진동의 영향이 작다.
- 열전도성이 좋아 가공시 발생하는 열에 의한 온도상승이 적다.
- 공구마모가 적어 공구수명이 길다.
- 강의 1/4정도로 가볍기 때문에 가공시 탈착등 핸들링하기가 쉽다.
- 가공속도와 이송속도를 빠르게 할 수 있어 가공효율이 매우 좋다.
- 일반적으로는 습식가공을 하지만 가공성이 좋으므로 건식가공이 가능하다.
Table. 1 금속의 가공성 비교
금 속 |
절삭력 지수 |
마그네슘합금 알루미늄합금 황 동 주 철 연 강 니켈합금 |
1.0 1.8 2.3 3.5 6.3 10.3 |
주) 절삭력이 가장 적은 마그네슘합금을 1로 한다.
마그네슘 다이케스트 제품은 위와 같은 특징을 가지고 있어 다른 금속재료에 비교하여 기계가공성이 우수하다.
4. 마그네슘 제품 설계시 고려할 점
(1) 제품의 형상, 두께, 금형 설계기준
- 가장 단순한 형상으로 제품을 설계 할 것
- 내측의 Corner부는 두께를 충분히 주고, 형상의 급격한 변화를 피하고 일정한 두께를
유지해 주는 것이 가장 중요하다.
- 부위별로 강도를 증가시키고자 하는 경우에는 Rib로 보강하는 것이 바람직하다.
- 마그네슘은 알루미늄과 동일한 금형을 사용할 수 있지만, 살두께를 급격히 변화되지
않도록 제품설계를 하는 것이 중요하다.
(2) 빼기구배
보통 금형분할면에 수직인 방향으로 설정하는 기울기에 의해 주조 후 제품의 취출이 가능해지는데 이 기울기를 빼기구배(draft)라고 부른다. 빼기구배는 항상 일정하게 하지는 않고 제품의 측벽면의 높이에 따라 달리 설계한다. 마그네슘 다이케스팅에서는 빼기구배 설계시 내벽에 빼기구배가 필요한 경우에는 통상의 경우보다 2배는 더 크게 해 줄 필요가 있다. 일반적으로 마그네슘 주조품의 빼기구배는 알루미늄의 경우 보다 작게 해도 된다.( 빼기구배를 0으로 설계 하는 제품도 있다)
(3) 주조압력
주조압력이라는 것은 용탕이 금형의 Cavity내로 충진된 후에 걸리는 압력으로 보통 Cold Chamber 타입의 다이케스팅인 경우 40∼100MPa, Hot Chamber에서는 15∼40MPa정도이다.
(4) 제품두께
마그네슘다이케스트 제품의 기계적성질은 살두께가 2∼4mm 정도일 때 최대가 된다. 주조가능한 최소두께는 탕구의 위치, 금형내에서의 용탕의 유동거리, 제품의 외형형상 등에 따라 달라지며 1mm이하의 두께까지도 제조가 가능하다.
Table.2 주물품 표면적과 최소살두께의 관계
AZ91D 다이케스트주물의 표면적 |
최소 주물살두께 |
∼25.8cm2 25.8∼103.2cm2 103.2∼516cm2 516cm2 이상 |
0.9∼1.3mm 1.3∼1.9mm 1.9∼2.5mm 2.5∼3.0mm |
(5) 치수허용차
마그네슘 다이케스트의 대표적인 주조허용공차를 Table3에 나타냈다. 수치는 통상의 제조방법의 경우로써 분할선 또는 가동형부분의 영향을 받지않는 경우이다. 필요에 따라 정밀도를 더 높일 수 있다.
Table.3 대표적인 치수허용차
(a) 일반적인 부위의 치수허용차
구 분 |
치 수 |
허용차 |
∼ 25mm까지 |
|
±0.125 |
25mm 초과시 마다 허용차를 더함 |
25mm를 초과 300mm까지 |
±0.04 |
300mm이상 |
±0.025 |
(b) 중요부위의 치수허용차
구 분 |
치 수 |
허용차 |
∼ 25mm까지 |
|
±0.076 |
25mm를 초과분 만큼 허용차를 더함 |
25mm를 초과 300mm까지 |
±0.025 |
300mm이상 |
±0.025 |
5. 표면처리
마그네슘 다이케스트 제품에는 여러 종류의 표면처리를 할 수 있는데, 현재 다수의 다이케스트 제품은 표면처리 없이 그대로 사용하는 것도 많다. 가장 많이 사용되고 있는 마그네슘 다이케스팅 합금은 AZ91D를 비롯하여 AM 60B, AM 50계 등인데, 염수분무시험에서 ADC10 다이케스트용 알루미늄합금 이상의 내식성을 갖는 것으로 보고되고 있다. (Table4)
Table.4 내식성 비교
Mg합금 |
Zn합금 |
Al합금 | ||
AZ91D |
AM60B |
AM50 |
ZDC2 |
ADC10 |
0.15 |
0.38 |
0.43 |
0.25 |
1.3 |
※ 조건 : 염수분무시험 ASTM B117,100H( 단위: mm/year) |
국내에서는 아직 양산되지 않고 있으나, 일본의 경우 Steering Wheel, Steering lock housing등을 표면처리 하지 않고 사용하고 있다고 한다. 사용용도에 따라서 표면처리를 실시하는 것도 있다.
6. 다이케스트 M/C
통상 다이케스트 M/C에서는 금형에 용탕을 주입하는 방법에 따라 Hot Chamber타입과
Cold Chamber타입으로 구분된다. 각 타입별로 마그네슘주조시 잇점과 결점은 다음과 같
다.
(1) Hot Chamber 다이캐스트M/C
▶ 잇 점
- 용탕을 금형에 충진하는 동안 냉각될 염려가 없기 때문에 주입압력은 Cold Chamber에
비해 절반으로도 충분하고, 센터게이트 설계가 가능한 제품의 경우에는 용탕의 유동거
리를 짧게 할 수 있어 투영면적이 큰 제품도 주조가 가능하다.
- 용탕의 금형 충진시 유동성이 좋아, 박육 주물품의 주조가 가능하다.
- 공기의 혼입이 작고, 수축발생이 적은 주물을 얻을 수 있다.
- 주조회수율(제품중량/총주입중량)이 높다.
▶ 결 점
- 대형제품은 제조가 곤란하다.
- 제품 후육부의 품질이 Cold Chamber에 비해 좋지 않다.
- 합금변경이 곤란하다.
(2) Cold Chamber 다이캐스트 M/C
▶ 잇 점
- 대형제품의 주조에 적합하다.
- 장비가격이 비교적 싸다.
- 생산시 합금의 변경이 쉽다.: Goose Neck(Hot Chamber의 용탕주입 기구)를 사용하지
않으므로, 알루미늄제품과의 병용 생산도 가능하다.
- 제품 후육부의 품질이 좋다 (수축공 등)
▶ 결점
- 박육제품은 곤란하다.
- 주조회수율이 낮다.
최근에는 Cold Chamber M/C에서도 Hot Chamber의 잇점을 살릴수 있도록 기술개발이 이루어져 진공감압장치, 금형온도제어장치를 사용하고, 박육제품의 주조방안설계기술, 박육품주조기술, 용탕충진기술 등이 개선되어 Cold Chamber M/C으로도 박육, 대형제품의 주조가 가능하다.
7. 마그네슘 주조시의 안전성
마그네슘은 산화 연소경향이 매우 강해 주조는 위험하다 라는 인식이 일부 있고, 국내나 일본등에서도 발화에 의한 화재사고가 종종 발생하고 있으나, 올바른 취급과 작업관리를 해주면 그다지 위험하지는 않다. 마그네슘의 주조를 위해서는 먼저 재료의 특성을 잘 알고, 안전설비 등을 갖출 필요가 있다. 공정에서의 위험요소와 안전대책을 알아보면 다음과 같다.
(1) 용해, 주조
① 누탕관련 대책
- 급격한 가열을 방지하기 위해 용탕온도계 외에 로내 온도계를 별도로 설치한다.
- 로의 구조는 누탕된 용탕이 로내에 남아있지 않도록 되어 있어야 한다.
- 용해로 바닥에 스케일이 남지 않도록 제거해야 한다.
- 작업장을 중심으로 반경 3∼4m이내에는 화기를 엄금한다.
② 수분의 격리
- 잉고트와 사용하는 치구들을 완전히 예열한다.
- 작업중 용탕이 튀거나, 용탕을 흘릴 가능성이 있는 모든 장소는 건조 해야한다.
③ 소화제의 준비
- 건조사, 용해용Flux, 주철 절삭분, 흑연분말 등을 사용한다.
- 일반적인 소화기(액체, 사염화탄소 계통)류는 사용해서는 안된다.
④ 기타
- 절삭칩, 분말은 용기에 모아서 주조작업장에서 떨어진 곳에 별도 보관한다.
- 절삭칩 및 절삭분을 진공청소기로 뽑아내지 않도록 한다.
(2) 주물사상작업 및 기계가공시 유의점
- 마그네슘은 제품상태에서는 직접 화염이 닿더라도 쉽게 착화하지 않는다. 그러나 미분
상태에서는 착화가 쉽게 일어난다. 마그네슘 주물품의 기계가공, 사상작업시 주의점으로
는 가급적 미분이 발생하지 않도록 제품형상을 설계단계에서부터 배려하기 바란다.
- 마그네슘의 착화온도는 융점이하인 490∼550℃이므로 가공시에 이 온도영역에 도달하
면 절삭분에 의해 착화될 가능성이 높고, 또한 마그네슘의 산화속도는 350℃정도까지는
완만하나 400℃이상에서는 급격히 진행되므로 이점을 고려해 400℃이상을 초과하지 않
도록 가공조건을 설정할 필요가 있다.(이송속도 0.05mm/rev이하, 1,500m/mim이상의
고 속 절삭가공은 피하는 것이 좋다고 한다)
- 집진되지 않는 크기의 절삭분말, 칩등은 정기적으로 청소하고, 신속히 재용해 하거나,
화학처리를 실시하고, 습식집진기에 의해 포집된 미분은 완전히 취출하여 화학처리를
실시한다. 사상 작업중 화재발생에 대비 소화용으로 건조사, Flux 등을 준비한다.
8. 마그네슘합금의 Recycle
자동차 항공기 등의 수송기기에 마그네슘을 사용하면 경량화를 할 수 있어 가솔린등 연료소비를 적게 하므로써 에너지절약은 물론 탄산가스(CO2) 배출을 줄일 수 있어 지구환경 보존에도 기여할 수 있다. 더욱이 마그네슘제품은 사용후 회수하여 recycle이 가능하다. 재생에 필요한 에너지는 새로 마그네슘을 만드는 경우에 비해 약5%의 에너지만으로 가능하다.
9. 다이캐스팅용 마그네슘합금의 기계적성질 및 화학성분
Table.5 다이케스팅용 합금의 기계적성질 비교
기계적성질 |
마그네슘 |
알루미늄 |
아연 | |||||
AZ91D |
AM60B |
AM50A |
AM20 |
AS41A |
ADC10 |
ZDC1 |
ZDC2 | |
인장강도(MPa) |
230 |
220 |
220 |
185 |
210 |
315 |
383 |
283 |
항복강도(MPa)(1) |
150 |
130 |
120 |
105 |
140 |
160 |
- |
- |
신 율(%) |
3 |
6∼8 |
6∼10 |
8∼12 |
6 |
3.5 |
7 |
10 |
경도 HB(500)(2) |
63 |
- |
- |
- |
- |
80∼85 |
91 |
82 |
전단강도(MPa) |
140 |
- |
- |
- |
- |
195 |
262 |
214 |
충격강도(MPa)(3) |
2.7(4) |
9.5 |
- |
- |
- |
3 |
65(5) |
58(5) |
피로강도(MPa) |
97(6) |
- |
70 |
70 |
- |
138 |
56.5(6) |
47.6(6) |
영 율(GPa) |
45 |
45 |
45 |
45 |
45 |
71 |
- |
- |
밀 도(g/cm3) |
1.81 |
1.79 |
1.78 |
1.76 |
1.77 |
2.71 |
6.6 |
6.7 |
용융온도범위(℃) |
470∼595 |
540∼615 |
543∼620 |
618∼643 |
565∼620 |
535∼590 |
652∼661 |
655∼660 |
비열(J/Cal ℃) |
1.05 |
1.05 |
1.05 |
1.00 |
1.02 |
0.96 |
0.42 |
0.42 |
(1) : 0.2% Offet
(2) : 하중500, Ball size10mmwlrrud
(3) : 10mm 샤르피(무노치)시험
(4) : 샤르피(V노치)시험
(5) : 1/4", 샤르피(무노치)시험
(6) : 회전굽힘(rotatary bending), 5×108회전
Table.6 대표적인 마그네슘합금 다이케스트제품의 화학성분
종 류 |
Al |
Zn |
Mn |
Si |
Cu |
Ni |
Fe |
Mg |
AZ91D |
8.3∼9.7 |
0.35∼1.0 |
0.15이상 |
0.10이하 |
0.030이하 |
0.002이하 |
0.005이하 |
잔량 |
AM60B |
5.5∼6.5 |
0.22이하 |
0.25이상 |
0.10이하 |
0.010이하 |
0.002이하 |
0.005이하 |
진량 |
AM50A |
4.4∼5.4 |
0.22이하 |
0.26이상 |
0.10이하 |
0.010이하 |
0.002이하 |
0.005이하 |
잔량 |
AM20(1) |
1.7∼2.2 |
0.22이하 |
0.5이상 |
0.10이하 |
0.008이하 |
0.001이하 |
0.005이하 |
잔량 |
AS41A |
3.5∼5.0 |
0.12이하 |
0.20∼0.50 |
0.50∼1.5 |
0.06이하 |
0.03이하 |
0.005이하 |
잔량 |
주) (1)소재메이커의 잉고트규격에 준함
10. 마그네슘다이케스팅 제품예
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|
a. 승용차용 Wheel(AZ80, 5.9Kg) |
b. 핸들(AM60, 10.7Kg) |
|
|
c. 스키용품(AZ91D) |
d. 컴퓨터케이스(AZ91D) |
|
|
e. 전자제품케이스(박육화; 살두께1.5mm) |
f. 비디오카메라하우징 전자차폐특성(플라스틱→Mg) |
제품명(이형제) |
특 징 |
다이케스팅 이형제로써 이형성이 우수함 | |
하이실리콘형 제품으로 이형성이 우수하며, 금형에 퇴적이적음 | |
마그네슘 전용 이형제로, 소형/정밀 제품에 적용 | |
아연용 제품으로 유.수 병용 | |
스퀴즈다이캐스팅용 수용성 이형(도형)제로 보온단열성이 우수 |
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댓글 한마디가 글쓴이의 원동력입니다^^
금형세척기로 드라이아이스세척기가 최선인가? (0) | 2015.07.28 |
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금형세척기로 왜? 드라이아이스세척기인가. 현상과 현실 (0) | 2015.07.25 |
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