금형주조에의한알루미늄타이어몰드제조기술지원 2006. 5. 지원기관 : 한국생산기술연구원지원기업 : 하나몰드주식회사 산업자원부
제출문 산업자원부장관귀하 본보고서를 금형주조에의한알루미늄타이어몰드제조기술지원 ( 지원기간 : 2005. 05. 01 ~ 2006. 04. 30) 과제의기술지원성과보고서로제출합니다. 2006. 05.. 지원기관 : 한국생산기술연구원원장 : 김기협 지원기업 : 하나몰드주식회사 대표이사 : 한 규 철 지원책임자참여연구원 : : 이재훈정운재 전중환 - 2 -
편집순서 3 기술지원성과요약서 과제고유번호연구사업명지원과제명 연구기간 2005. 05. 01 ~ 2006. 04. 30 부품소재종합기술지원사업 금형주조에의한알루미늄타이어몰드제조기술지원 지원책임자이재훈지원연구원수 총 내부 외부 : 3명 : 3명 : 명 총 사업비 정부 기업 계 : 100,000 : 100,000 : 200,000 천원 천원 천원 지원기관명한국생산기술연구원소속부서명경량소재팀 지원기업기업명 : 하나몰드주식회사기술책임자 : 심규창 연구지원결과요약 보고서 면수 47 쪽 금형최적화설계기술확립 : 현양산중인사형주조의응고특성을면밀히분석하여 benchmarking 하고 타이어몰드구조, 용탕주입방안및응고특성을고려한금형의분할, 냉각제어등, 양산공정을고려한금형설계. 응고시금형냉각제어기술확립 : 몰드의 Lot별미세조직및물성분석과금형의열전달분석을통해방향성 응고를유도할수있는중공금형및외부강제냉각등의방안확립. 석고코어및금형복합정밀주조기술확립 : 기존의하나몰드가보유한석고및사형주조방안을정밀분석하고신개발 에 feedback 시켜석고코어삽입및금형복합정밀주조의양산방안확립. 각종화학성분및특성분석지원 : 타이어몰드개발품의각종화학적분석, 기계적특성및내구성을평가해 제공하고신뢰성확보방안을마련. 개발공정 색인어 ( 각 5개이상 ) 한글 영어 알루미늄, 타이어몰드, 금형주조, 정밀주조, 사형주조 Aluminium, Tire Mold, Permanent Mold Casting, Precision Casting, Sand Casting - 3 -
편집순서 4 종합기술지원사업기술지원성과요약문 1. 사업목표 금형주조에의한알루미늄타이어몰드정밀주조기술개발 - - 주조금형및설계기술최적화 석고및금형복합정밀주조방안 - 복합금형주조에의한타이어몰드제조조건최적화. 2. 기술지원내용및범위 금형최적화설계기술 응고시금형냉각제어기술 석고코어및금형복합정밀주조기술 각종화학성분및특성분석지원 3. 지원실적 지원항목 기술지원前 지원내용 기술지원後 비고 타이어몰드금형 주조기술개발 없음 국내업계 최초개발성공 몰드의내구성향상 인장강도 : 183 MPa 항복강도 : 67 MPa 인장강도 : 209 MPa 항복강도 : 75 MPa - Mg 함량약 2% - 성능 12~15% 향상 금형주조양산기술 없음 - 금형예열방안확립 - 용탕주입방안확립 - 4 -
4. 기술지원성과및효과 1) 해당기술적용제품 Sectional 알루미늄타이어몰드모든모델에적용 2) 품질및가격 구분 경쟁제품 해당기술적용제품 지원전( 사형주물) 지원후( 금형주물) 비고 사형주조제품대비 기계적특성향상 사형주물인장강도 : 183 MPa 항복강도 : 67 MPa 인장강도 : 209 MPa 항복강도 : 75 MPa 약 15% 향상 경쟁제품대비가격사형주물 100% 90% 품질향상 신뢰도향 상 환경개선효과 사형주물 미세먼지 유독가스 미세먼지및 유독가스최소화 약 80% 저감 3) 원가절감효과 구분절감금액비고 원부자재절감약 260 백만원/ 년( 약 20%) 규사, 수지, 경화재등 사형주물소모품없음. 인건비절감약 80 백만원/ 년( 약 10%) 생산성증대 계약 340 백만원/ 년( 약 25%) 공정개선및품질향상및생산성증대등으로인한절감효과반영 - 5 -
4) 적용제품시장전망( 금형주조제품매출성과) 구분당해연도매출차년도예상매출전년 (2005 년) 대비증가비율 내수 100 백만원/ 년 6,000 백만원/ 년 6,000% 비고 사형주물을 금형주물로 생산( 전모델) 수출 계 천달러/ 년천달러/ 년 % 100 백만원/ 년 6,000 백만원/ 년 6,000& 2005 년도매출 100 백만원 5) 수입대체효과 모델명당해연도수입액차년도수입액수입대체금액비고 천달러/ 년천달러/ 년천달러/ 년 천달러/ 년천달러/ 년천달러/ 년 계 천달러/ 년천달러/ 년천달러/ 년 6) 해당기술의기술력항상효과 금형주조에의한알루미늄타이어몰드제조기술 - 기존사형주물타이어몰드대비약 15% 기계적특성향상 - 불량률저감및타이어몰드기계적특성의균일화로제품신뢰도향상 금형설계구조최적화설계, 석고코어삽입에의한정밀주조요소기술확보 7) 기술적파급효과 타이어몰드금형주조기술로인해불량률저감및제품신뢰도의향상으로 ( 주) 하나몰드의지속적인매출증대가예측됨. 친환경금형 & 파급효과가기대괴도향후 leading company 로서성장이기대됨. 석고복합주조요소기술확보로관련부품산업소재로의 ( 주) 하나몰드의신규매출을창출과관련업계에서 - 6 -
5. 적용기술인증, 지적재산권획득여부 1) 규격, 인증획득 : ISO 9001 품질관리인증완료(2005 년도) 2) 지적재산권 : "A TIRE CURING MOULD FORMED WITH INTERNAL H0LES" ( 중공형타이어가류몰드) 국제특허출원( 출원번호 : PCT/KR2005/002513) 6. 세부지원실적 항기술정보제공시제품제작양산화개발공정개선 목 지원 건수 지원성과 10건주조세부공정별자료제공으로기술력향상 12건금형주조개발및적용을위한시제품제작실험 7건신금형주조의양산으로확산적용시험 5건주조요소공정의개선및표준화 품질향상 5건 불량률저감및내구성향상으로제품신뢰도및 생산성증대 시험분석 수출및해외바이어발굴 교육훈련 12건미세조직및기계적특성분석제공 -건 4건석고정밀주조기술, 금형설계기술 기술마케팅/ 경영자문 5건개발공정마케팅및홍보 정책자금알선 논문게재및학술발표 기타 -건 -건 -건 7. 종합의견 알루미늄타이어몰드를사형주조에서금형주조로제작이가능케됨으로서원가절 감, 타이어몰드의품질향상, 불량률저감, 주조환경의청정화가획기적으로개 선되었다. 한편금형 & 석고복합주조는국내타이어몰드업계최초로시도한것으로향후 하나몰드가타이어몰드업계에서선도기업으로발돋음하는데핵심역량으로작용 할것으로사료된다. 또한관련요소기술의확보는기타고부가가치신규부품 의발굴, 것으로사료된다. 제조에도핵심기반기술로기여해사업의다각화에도많은기여를할 - 7 -
연구과제 ( 세부과제 ) 성과 1. 과학기술연구개발성과논문게재성과 논문게재세부사항 게재 저자 년도논문명 주저자 교신저자 공동저자 학술지명 Vol. (No.) 국내의 구분 SCI 구분 2. 사업화성과특허성과 출원된특허의경우 세부사항 출원년도특허명출원인출원국출원번호 등록된특허의경우 특허세부사항 등록년도특허명출원. 등록인등록국등록번호 사업화현황 사업화세부사항 사업화명 사업화내용 사업화업체개요 업체명대표자종업원수사업화형태 기매출액 ( 백만원) 당해연도매출액 ( 백만원) 매출액합계 ( 백만원) 고용창출효과 창업 ( 명) 고용창출세부사항 사업체확장 ( 명) 합계 ( 명) - 8 -
세부지원실적증빙내용 1. 지원기업현장방문 : 건 NO. 일자구체적내용증빙유무 2. 기술정보제공 : 건 NO. 일자구체적내용증빙유무 3. 시제품제작 : 건 NO. 일자구체적내용증빙유무 4. 시험분석 : 건 NO. 일자구체적내용증빙유무 5. 기술지원실적업로드 : 건 NO. 일자구체적내용증빙유무 - 9 -
목 차 제 1 장서 론 제 1 절기술지원필요성 제 2 절기술지원의목표 제 3 절기술지원의내용 제 2 장주조방안 제 1 절탕구계 제 2 절압탕계 제 3 장타이어몰드금형주조제 1 절금형주조방안설계제 2 절금형주조실험결과 3-1) 금형예열온도및속도영향 3-2) 주조방안에다른주조시간및제품치수 3-3) 타이어몰드의미세조직및기계적특성 제 4 장결론 - 10 -
제 1 장서론 제 1 절기술지원의필요성 타이어몰드는타이어트레드의복잡형상으로인하여석고코어삽입을통한정밀주조 에의해제조된다. 하나몰드는석고코어와사형주형을결합한복합주조방법에의 해타이어몰드를생산공급하고있다. 사형주조는초기에투자비가적게들어다품 종소량체제의생산시스템에적합한경제적인주조방법으로인식되어왔으나노동 집약형이고작업환경또한매우열악해 3D 업종의인식에따른전형적인직무기피 로최근관련생산인력을안정적으로확보하기가어려운상황이다. 한편으로최근 사형주조의환경오염문제해결을위해관련기관으로부터청정설비의설치압력이 심각히대두되고있는상황이다. 따라서노동집약형이고도환경적으로열악한사형 주조방법을가능한한빨리금형주조법으로대체하고자하는노력이있어왔다. 금 형주조는사형주조에비해제품의특성이우수하고자동화가가능하고환경오염을 최소화한다는측면에서는매우유리하나초기에설비투자가수반되어야한다는점 에서열악한자본의중소기업으로서는금형주조공정으로의전환을기피해왔다. 그 러나최근사형주조공정을위한작업자의확보, 인건비상승, 관련청정설비의설치 부담이늘어나면서자체경제성조사결과금형주조가경제성면에서도사형주조에 비해우수한것으로나타났다. - 11 -
석고및금형복합주형에의한타이어몰드제조공정은극단적으로열전달속도가느 린석고와열전달속도가빠른금형으로제작한주형의사용으로인해건전한타이 어몰드제품을생산하기위해서는금형최적화설계, 정밀주조시에방향성응고제어 기술등난이도가매우높은기술이요구된다. 그러나 ( 주) 하나몰드의관련연구 인력의절대부족으로제조공정의개발이시급함에도계속지연되고있는실정이 다. 따라서본연구지원을금형주조에의한타이어몰드의주조방안의조속한개발이 이루어진다면하나몰드의환경개선, 것으로사료되고한편으로복잡 원가절감및품질향상에도많은성과가있을 3차원형상의타이어몰드금형주조기술이확립됨으 로서관련업계로의기술적파급효과도매우클것으로판단된다. 제 2 절기술지원의목표 금형주조에의한알루미늄타이어몰드제조기술개발 - 주조금형설계최적화기슬 - 석고및금형복합주조방안 - 복합금형주조에의한타이머몰드제조조건최적화 - 12 -
제 3 절기술지원의내용 금형설계기술 : 현사형주조의응고특성을면밀히분석하여 benchmarking 하고타이어몰드구조, 용탕주입방안및응고특성을고려한금형의분할, 냉각제어등, 양산공정을고려한 금형설계로공정의신뢰성확보. 응고시금형의냉각제어기술 : 몰드의 Lot별미세조직및물성분석과금형의열전달에의한냉각분석을통해방 향성응고를유도할수있는중공금형및외부강제냉각등의방안을확립. 석고코어및금형의복합정밀주조기술 : 기존의하나몰드가보유한석고및사형주조방안을정밀분석하고신개발공정에 feedback 시켜석고토어삽입및금형복합정밀주조의세부양산방안을확립. 각종특성평가지원 : 타이어몰드개발품의각종화학적분석, 신뢰성확보방안을마련. 기계적특성및내구성을평가해제공하고 - 13 -
제 2 장주조방안 주조방안이라함은결함이없는주물을생산하기위하여어떻게용탕을부어넣고 어떻게압탕을설치할것인가하는방법을말한다. 따라서주조방안은용탕을부어 넣는방법, 즉탕구방안과압탕을붙이는방법, 즉압탕방안의둘로나뉘어진다. 주조방안을제품의불량률을결정하는주요한요인이지만주조방안을이론에근거 해계산한다고하더라도수많은공정인자가결합되어건전한주물을얻기위해서는 어느정도의시행착오가불가피하다. 본장에서는주조방안의설계에필요한탕구 계와압탕계설계시에고려해야할주요인자들에대해서살펴본다. 제 1 절탕구계 탕구계는 공간을연결하고 dross가없는용탕을주형에주입하는데주요목적이있으며외부와주형 dross를분리시켜포집하며주형공간으로부터공기나다른가스들 을배기시키는기능을갖는다. 탕구계는대별해서탕구(sprue), 탕도(runner), 주입 구(ingate) 의세가지로구성되며아래의그림2.1 에일반적인탕구계를나타내었다. 그림2.1 에서수구(pouring cup) 는레들로부터주형에주탕을행하기쉽도록하고 용탕의흐름을일정하게하는역할을하고탕구(sprue) 는수구로부터용탕을탕도 로유도하는역할을한다. - 14 -
탕구의형상은보통수직형인데윗부분의직경이아랫부분의직경보다크게만든다. 이는탕구가상하동일한단면일경우용탕이탕구벽에떨어져서공극부가생겨공기또는가스가탕구벽에서흡수되는경향이있으므로고속기계조형을제외하고는경사탕구를사용하는것이결함방지에유리하다. 그림 2.1 탕구계 탕구저(sprue base) 는탕구밑부분에원기둥이나원반모양으로되어있으며용탕이난류현상을보이지않고잘흐르게하기위함이다. - 15 -
탕도(runner) 는탕구에서주입된용탕을주형의필요한곳에분배하는역할을하며 일반적으로수평으로설치하고탕구에서혼입된불순물은탕도에서제거해야한다. 탕도말(runner extension) 은탕도의끝부분을연장시켜둔것으로탕도를따라 들어오는첫용탕이모래미분등불순물을함유할수있기때문에이를잡아두기 위한것이다. 주입구(ingate) 는주형으로용탕을공급하는최종부위로용탕의종류 즉응고속도에따라주입구의크기가정해진다. 일반적으로주물은하형쪽이상형쪽보다조직이치밀하고결함이적고재질적으로우수하며주물의수직면보다는수평면쪽에서결함이생기기쉽다. 또한주형내의가스는위쪽보다아래쪽이빠지기어렵다. 따라서탕구방안설계에앞서서상기의점을고려하고용탕이항상흘러가기쉬운가까운길을택해서주형을채우도록하여야한다. 탕구방안을세우는순서로는탕구계를가압계혹은비가압계로할것인가결정한후에주조품의중량계산하고주입온도와적정주입시간을결정한후에유효탕구높이와탕구계의쵸크부최소단면적을결정한후탕구방안을수립하게된다. 여기에서가압식탕구계라는것은탕구에서압력이증가하면서용탕이주입되는방식으로주입구에쵸크(choke) 부를두어용탕이탕구계에충만된상태에서주형에주입되도록한다. - 16 -
따라서여러개의주입구를사용하더라도주입구의단면이모두같다면주입구를 통하는용탕의흐름은거의같다. 주조회수율은비가압식탕구계보다좋은장점이 있는반면에유속이빠르기때문에심한난류를일으키고공기나가스의흡입, 혹 은주형침식등의단점이있다. 용탕의유속은주입구의단면적에좌우되고일반 적으로탕구비( 탕구 : 탕도 : 주입구의단면적비) 는합금의특성에따라 4:4:1, 4:3:1, 2:3:1 등이널리쓰이고있다. 비가압식탕구계는용탕의압력증가없이감소상태로주입되는것을말하며쵸크 부는탕구의아래부분이나탕도에위치한다. 일반적인탕구비는 1:2:4, 1:3:3, 1:4:4 가널리쓰인다. 비가압식탕구계의경우탕도나주입구에서용탕의유속이 줄어들게되므로용탕의난류나주형의침식을최소로줄일수있다는장점이있는 반면에주입시탕도계의완전한충만을위해서하형에탕도를설치하고상형에주 입구를설치하는등의세심한설계가필요하고여러개의주입구를사용하는경우 균일한용탕의흐름을얻기가어렵다. 또한가압식탕구계에비해탕도와주입구가 상대적으로커주조회수율이적고주형해체후탕구계제거가어렵다. 일반적으로 수직분할형이나하나의주형에서여러개의소형주물을주조하는경우비가압식 압탕계를사용한다. 한편주입에필요한용탕양은주물제품의중량외에탕구계, 려하여결정한다. 압탕등의중량을고 - 17 -
가공된주조품의중량이정확하게계산되었다고하더라도주조품만의중량은다듬 질면이많은제품의경우악 1.3 배정도여유있게용탕을준비하여야한다. 주입 온도는용탕의조성, 냉각속도, 주입속도등에따라결정된다. 높은온도일수록수 축양이크므로유동성을고려한가장낮은온도를택하는것이바람직하다. 일반적 으로주입은조용하고빠르게하라는원칙이있는데이원칙을준수하자면탕구계 는되도록단면적을크게해야되지만탕구나탕도를너무크게하면주조회수율이 나빠져경제성면에서나쁘게되므로적정설계가필요하다. 주입시간은주형에용탕을주입할때용탕이주형이완전히충만될때까지응고 하지않고액상선이상의상태로남아있을수있는시간내에주입완료하는시간 을말한다. 주입시간은주물의두께, 형상, 중량, 성분등에따라서달라진다. 여러 주물조성에대해서수많은연구자들이적정주입시간에대한계산식을보고하고있 다. 여기서는알루미늄주물에대해서 F. Nielsen이제시한주입시간계산공식을 일례로소개한다. 알루미늄사형주물의경우주입시간(t, 초) = 16 W G 의관계식이유효하다 고발표하였다. 여기서 W 는표준적인주물두께(cm) 이고 G 는주물중량(kg) 이다. 이때주입온도는액상선보다약 160±10 높게잡는다. 알루미늄금형주물의경우주입시간(t, 초) = 8 W G 로사형주물보다빠르 다. 여기서 G는압탕을포함한실질적인주물중량이고금형온도는 320±20 이다. - 18 -
사형이던금형이던계산식에의한주입시간들은상한치임으로실제로는이보다더 욱짧게하는것이가능하다. 아래그림 2.2에는 Nielson 에의한주물두께, 중량에 따른주입속도와의상관관계를나타내었다. 그림 2.2 Nielson 의알루미늄에대한주입시간그래프 주입시간이결정되면주입시간에맞게탕구계를설계한다. 탕구계의단면이최소가되는부분, 즉쵸크부의단면적을먼저구한다음탕구비 에따라서탕구계를계산한다. 쵸크부의단면적(A) 을계산하는식은일반적으로아 래의관계를따른다. 여기서 A : 쵸크부의단면적(cm²) A = 22.6 W/(C H d t) - 19 -
C : 속도계수 H : 유효탕구높이( cm ) d : 밀도 ( g/cm³ ) t : 주입시간 ( 초 ) W : 주입중량( kg ) 위관계식에서유효탕구높이(H) 는주입되는용탕의유속을결정하며주입구에대 한주형의위치에따라아래그림 2.3 의세가지경우로나누어달리계산된다. 그림 2.3 유효탕구높이계산의예 A 의경우주물전체가상형에있으므로용탕이채워짐에따라서서서히유속은감소 한다. 이때 p = c 이고이때 유효놀이(H) = 탕구높이(h) - p/2 이다. B의경우하형에용탕이채워져서분리선에도달할때까지유속은일정하다. 계속 해서상형에용탕이충만함에따라배압이생겨서유속은점차감소한다. 이때유 효높이(H) = 탕구높이(h) - p²/(2c) 로계산한다. - 20 -
C 의경우주물전체가하형에있으므로주형내에들어오는용탕의유속은분리선에 도달할때까지일정하다. 이때 p = 0 임으로유효높이(H) 는탕구높이(h) 와같게된 다. 한편속도계수(C) 는탕구계의형상, 주형내의저항등에따라서변하는계수로주 로경험에의해서결정된다. 아래의표2.1에탕구시스템에따른보고된속도계수 값과탕구계의형상만을고려한속도계수값을표2.2 에나타내었다. 또한그림 2.4 에는간단한형태의주철주물에있어서주입온도와탕구방안에따르는속도계수상 관관계를나타내었다. 표 2.1 탕구방안에따른속도계수근사값 - 21 -
표 2.2 쵸크부의위치에따른속도계수근사값 그림 2.4 간단한형태의주철주물에있어서주입온도와탕구방안에 따르는속도계수상관관계 쵸크부단면적, 탕구높이및속도계수등각각의인자가결정되면다음으로탕구비 와탕구계각부의형상및크기가결정되어야한다. 탕구비는탕구 : 탕도 : 주입 구의상대적인단면적비율로서많은연구자들이합금재질에따라여러가지안을 제시하고있으나일반적으로미국주물인협회 (AFS : American Foundrymen's Society) 에서제시한 1 : 4 : 4 의비를따른다. - 22 -
이탕구비는비가압식압탕계의경우유속을점차느리게하고탕구계에서용탕의 난류현상을방지하여주는것으로알려져있다. 이때탕구의크기는가압계의경우쵸크부는주입구의총단면적이되지만비가압 계에서는탕구가쵸크부의탕도하부나탕도에위치하게된다. 따라서가압계의경 우는탕구비에따라탕구를계산하면되고비가압계의경우에는탕구가쵸크부가 되는경우탕구상부의단면적( 경사형탕구경우) 은다음의관계식에따라계산한 다. 이때쵸크부는탕구하부의단면적이다. 탕구상부의단면적 (AT) = 탕구하부단면적(AB) (h1/b) 여기서 h1 은탕구높이( 길이) 이고 b 는수구에서의용탕깊이를말한다. 탕구저는탕구하부의단면적을기준으로설계하는방법과탕도를기준으로설계하 는방법이있는데탄구하부의단면적을기준으로하는경우일반적으로탕구저깊 이는탕도깊이의 2배로하고탕구저단면적은쵸크부단면적의 5 배정도로한다. 탕 도를기준으로할경우에는탕구저확장직경은탕도폭의 이는탕도깊이와같게한다. 2.5배정도가무난하고깊 한편탕도와주입구의크기는가압계일경우쵸크부의단면적은주입구의총단면적이되므로앞에서기술한탕구비에따라서탕도와탕구의단면적을구하면되고비가압계일경우탕구하부의단면적을계산한다음탕도와주입구의단면적을계산하면된다. - 23 -
또한탕도와주입구의높이의경우탕도는용탕을주형에배분하는동시에용탕속 의불순물을배분할필요가있으므로주입구의높이에비해서탕도의높이가어느 정도높아야한다. 일반적으로탕도의높이는주입구높이의 4배정도이지만경우에 따라서는 2 배까지도가능하다. 또한주입구의방향은용탕의흐름과반대방향으로 위치하고탕도나탕도끝에서떨어진곳에위치해야용탕내의찌꺼기들의유입을 방지할수있다. 한편주입구는후육부터주입하고리브가있는부품은리브를따 라서주입구를설치하고주입구의길이는탕도의폭보다크지않게해야주입구의 파손이나주입구의끝에미세기공이생기는것을방지할수있다. 지금까지의서술한내용을바탕으로그림 계치수를예로서계산하면아래와같다. 2.5와같은알루미늄주조품의탕구계설 예) 주입중량(W) : 18kg 알루미늄주물주입속도 (r) : 1.8 kg/ 초 알루미늄밀도 : 2.7g/cm³ 유효높이 (H) ㅣ 22.5cm 원형경사탕구사용 (C = 0.88) 탕구비 : 1 : 4 : 4 2 개의탕도(R), 5 개의주입구(G) - 24 -
그림 2.5 알루미늄주조탕구계예 1 주입시간계산 : t = 주입중량(W)/ 주입속도(r) = 18/1.8 = 10초 2 쵸크부계산( 탕구하부단면적) : AB = 22.6 W/(C H d t) = 22.6 18/(0.88x22.5 x2.7x10) = 3.6cm² ( D=2.3cm ) 3 탕구상부계산 : AT = AB (H/b) = 3.6 (22.5/5) = 7.64cm² ( D=3.1cm ) 4 탕도단면계산 : AR1 = AR5 AR1 + AR5 = 4AB AR1 = 2AB = 2x3.6 = 7.2cm² AR5 = 2AB = 2x3.6 = 7.2cm² - 25 -
5 탕구저계산 : ( 이때탕도깊이는 2.5 cm, 폭은 2.88cm로가정한다 ) 단면 = 5AB = 5 x 3.6 = 18cm² ( D = 4.8cm ) 깊이 = 2 x 탕도깊이 = 2 x 2.5 = 5cm 6 주입구단면 AG1 계산 : AG1 = AR1 주입구수 = 7.2 3 = 2.4cm² 7 AR2 탕도단면계산 : AR2 = (AR1 - AG1) + (AR1 - AG1) 0.5% = (7.2-2.4) +(7.2-2.4)x0.05 = 5cm² 8 주입구단면 AG2 계산 : AG2 = AG1 + AG1 5% = 2.4 x 1.05 = 2.5cm² 9 AR3 탕도단면계산 : AR3 = (AR2 - AG2) 1.05 = (5-2.5) 1.05 = 2.63cm² 10 주입구단면 AG3 계산 : AG3 = AG2 + AG2 5% = 2.5 1.05 = 2.63cm² 11 AR4 탕도단면계산 : AR4 = AR3 = 2.63cm² 12 주입구단면 AG4 계산 : AG4 = AR5 주입구수 = 7.2 2 = 3.6cm² 13 AR6 탕도단면계산 : AR6 = (AR5 - AG4) 1.05 = (7.2-3.6)x1.05 = 3.78cm² 14 주입구단면 AG5 계산 : - 26 -
AG5 = AG4 + AG4 5% = 3.6 x 1.05 = 3.78cm² 15 AR7 탕도단면계산 : AR7 = AR6 = 3.78cm² 제 2 절압탕계 압탕은주입된주형내의용탕에정압을부여하여주형내의가스를제거하는동시에용탕의냉각및응고에따라생기는체적수축에대하여용탕을보급하여주는것을주목적으로한다. 이러한목적을달성하기위하여압탕속의용탕은실제의주조품이응고될때까지오래도록용융상태로유지되어야한다. 따라서열의중심이주조품에서압탕으로옮겨져서방향성응고가완료되는종착점이압탕이될수있도록하여야한다. 이러한압탕의역할을충족시키기위해서는일반적으로주조품이응고될때까지용탕을공급할수있도록넉넉한압탕부피를가져야하고주조품과압탕과의접합부분의이른응고를방지하기위해단열및단면적에신경을써야한다. 또한압탕에는근본적으로항상고온의용탕이공급되도록위치시켜야한다. 용탕의응고과정을살펴보면용탕은응고과정에서비스머스(Bi) 와안티몬(Sb), 실리 콘(Si) 등을제외한대부분의금속들은응고할때체적의감소를보인다. 용탕이주 형공간을완전히채운후냉각될때까지의변화를순서대로나누어보면 수축 2차응고수축 3 차고체수축의단계로이루어진다. 1차액체 - 27 -
여기서액체수축은응고개시전까지액체상태로서의수축을말하고응고수축은용 융상태에서완전히고체로될때까지일어나는체적의수축이다. 이때의수축률은 용탕내부의조성, 응고도증다양한상변화및주조방안에가장크게영향을받는다. 또한고체수축은완전히응고한후상온으로될때까지외형치수의수축으로수축 공( 주조방안) 과는관계하지않는다. 따라서주물의수축결함을방지하기위해서는 액체수축과응고수축에대한압탕대책이중요하다. 강의경우액체수축은약 1.6%/100 이며응고수축은악 3% 정도이고, 순수알루미늄의경우응고수축양 이악 6.6% 정도로알려져있다. 한편주물의응고속도는용탕을주입하였을때 주물이갖는열량과주형내에서열을뺏기는속도에좌우된다. 주물이갖는열량 은주물의부피에좌우되고주형으로열이이동하는속도는주물의표면적및주형 의재질에영향을받는다. 따라서주물의부피를표면적으로나눈것을주물의모 듈이라고하고보통 M으로표시하는데 M의크기는주물의응고속도예측의척도가 된다. 일반적으로사형주물의경우응고시간은주물모듈의제곱, 즉 M² 에비례하 는것으로알려져있다. 압탕을설계하는데있어서고려해야될인자를열거하면아래와같다. o 성분원소의영향 : 주입금속의성분에따라서응고할때발생하는수축률은각기달라진다. - 28 -
예를들어회주철의경우온도가공정온도에도달할때까지는부피가수축하다가 공정온도에도달하면흑연이정출하여부피가팽창하게된다. 공정조성에가까워질 수록흑연의정출양이많아지므로압탕의필요성은적어진다. o 주입온도의영향 : 주입온도가많을수록수축은그만큼많이된다. 또한주입온 도가낮으면탕주불량등의결함이발생할수있으므로주입온도는수축을최소로 줄일수있고다른결함이발생하지않을수있는범위가알맞다. 또한주물두께가 얇을수록주입온도는높아지고두께변화가많은주물의경우압탕의설계가중요하 게된다. o 주입시간의영향 : 주입도중에도주형내부의용탕은수축한다. 주입시간을길게 하면그만큼많이수축양을주입과정에서보충하게되므로압탕의필요성이적어지 지만주입시간이짧으면그만큼압탕도커져야한다. o 주형의영향 : 수축결함이발생하는원인에는여러요인이있지만주원인은용 탕의수축및주형벽의이동에따르는용탕의보급부족이다. 주형의강도가약하 면주형벽이밀리게되어수축결함이생기게되므로어느정도의통기도를유지하 면서강도가좋은주형을쓰는것이수축결함방지에유리하다. 주형의강도가약 한생형의경우건조형에비해서압탕을크게설치하여야한다. o 주물모듈( 또는두께) 의영향 : 주물모듈이크면냉각속도및응고속도가느려지 고따라서전체부피수축양중주입도중에보충되는양도적어진다. 주물의응고 속도가느린만큼압탕도오래용탕을보유하고있어야하므로압탕을크게하거나 단열슬리브를써야한다. - 29 -
o 압탕의위치 : 주입된용탕이주형내의각부분에서동시에응고하기란어려우며 주물의두께나주입구와의거리등에따라서도응고속도는변화한다. 용탕은냉각 이빠른곳에서부터차례로응고하여최후에는냉각이가장느린후육부분에이르 러따라서압탕을붙이는장소는일률적으로정하기어려우며일반적으로압탕은 주물두께가두터운부분과두께변화가생기는부분에설치한다. o 압탕의형상 : 압탕의형상을규정하는데있어서무엇보다도압탕의효과와경제 성을함께고려해야한다. 앞에서상술한데로압탕이동일한체적을갖더라도표면 적에따라즉주물모듈(M) 에따라응고시간의관점에서현저한차이를보여주기때 문에적절한형상을선택하는것이중요하다. 응고시간을고려해보면구형압탕이원기둥압탕보다 예로서구형압탕과원기둥압탕의 50% 정도의긴급탕시간을 갖는것으로알려져있다. 그러나구형압탕의경우압탕의설치와금형주조경우 주조후금형의해체가어려운비경제적인측면이있다. 아래에는( 그림2.6) 일반적 으로널리쓰이고있는원기둥압탕의수축곡선을보여주고있다. 그림2.6은응고 수축이약 5% 인일반주강에서압탕의높이(H) 가압탕의직경(D) 과같은경우의수 축곡선으로표에는잔류압탕체적및잔류압탕의모듈비를나타내었다. 압탕잔 류부는원래원주형의압탕보다체적은작아지나표면적은증가한다. 원기둥형압 탕에서수축공이최대로생길때는초기체적의약 14% 에달한다. 압탕잔류부(M) 계산은다음과같은관계식에의해서계산된다. - 30 -
압탕잔류부(M) = V( 감소)/A( 증가) = (VR - 0.05 (VR + VC))/A) 그림 2.6 원기둥형압탕의수축곡선 o 압탕효과의촉진 : 압탕의형상과위치가정해지면압탕의효과를촉진하기위해압탕주위에보온혹은발열재를함유한슬리브를사용하거나압탕표면에발열재를투입해서압탕의응고를지연시킨다. - 31 -
압탕의열은주형에의전도와대류, 복사에의해서잃게된다. 전도와대류는온도 의변화에의해서그다지변화하지않지만복사는고온도가되면상당히커진다. 따라서열손실을억제하기위해서는고온에서는복사를, 저온에서는전도를억제하 면된다. 또압탕을보온하는데강의경우에는표면에보온재, 혹은발열재를살포 하고알루미늄합금등의경우에는압탕슬리브를사용하는것이효과적이다. 한편 이것은압탕의크기에도영향을받는데대형의압탕에대해서는슬리브를사용하는 것보다압탕표면에살포하는것이유리하다. 이밖에도가스화염이나 arc등으로압 탕표면을가열하는방법이있다. o 압탕의크기결정 : 이상적인조건하에서주물에금탕할수있는압탕의부피는 각금속의수축률로계산할수있으며그관계식은다음과같다. xㆍvr = sㆍvc + sㆍvr xㆍvr - sㆍvr = sㆍvc VR = VC ㆍ(s(x - s)) VR VC : : 압탕의부피 주물의부피 x : 압탕의허용급탕율( 부피 %) s : 주입용탕의부피수축률( 부피 %) - 32 -
원기둥형압탕이높이(H) = 1.5 압탕직경(D) 인경우에대하여압탕의지름(D) 은 다음관계식으로계산한다. VR = H D² π/4 = 1.5 D (D² π/4) = (1.5. π/4) D³ D = (4/(1.5 π) s/(x - s) Vc) 이상적인조건하에서압탕의급탕율을 14%, 용탕의체수축을 2% 로가정했을경 우 D = (4/(1.5 π) 0.02/(0.14-0.02) Vc) 이다. 한편압탕의높이(H) 는압탕의종류와위치, 즉상면, 후육측면, 박육측면, 혹은 맹압탕등의종류에따라다르지만일반적으로모든종류에따라서압탕의높이는 압탕직경(D) 의 1.5 배정도가무난한것으로보고되고있다. o 알루미늄주물의압탕계산법의예 : 압탕을계산하는데있어서앞에서서술한바와같이일반적으로주물의부피표면 적으로구하는법(wallace 법), 주물의두께에의한압탕직경산출법, 형상인자( 주 물의두께, 너비, 길이등) 에의하여구하는법, 냉각비에의한압탕계산법등이있 다. 아래에서는형상인자와냉각비로압탕의크기를결정하는예를순서적으로서 술한다. 형상인자로압탕을결정하는경우알루미늄의경우주강과유사하고형상계수에의 한압탕체적결정은아래의순서에따른다. 첫째로형상계수( L( 길이) W( 너비))/T( 두께) 를계산하고둘째그림2.7로부터 VR /Vc 를결정한후각각의주물체적(VR) 과압탕체적(Vc) 을계산하고최종적으로압 탕치수를결정한다. - 33 -
그림 2.7 형상계수로부터최소유효압탕체적을산출하는도표 냉각비에따라압탕을결정하는경우는이론적으로압탕모듈 (MR) 이주물도뮬(Mc) 보다클경우압탕은조절응고기능을수행한다. 이를위해실제계산에있어서 Caine 는냉각비에의해압탕체적을결정할경우아래의보정식에따라야한다고하 였다. VR/SR = (a/(vr/vc-b) + c) Vc/Sc 이때 (VR/SR)/(Vc/Sc) = X, VR/Vc = Y라고하면 VR : 압탕체적, Vc : 주물체적, SR : 압탕표면적, Sc : 주물표면적 X = a/(y-b) + a 가된다 - 34 -
각각의재질에대해서강의경우 : a = 0.12, b = 0.05, c = 1.0 주철및황동 : a = 0.04, b = 0.017, c = 1.0 알루미늄합금 : a = 0.24, b = 0.017, c = 1.0 아래그림2.8 에는각각금속에대한계산결과도표를나타내었다. 그림 2.8 여러금속에서냉각비에따른압탕체적산출도표 - 35 -
제 3 장타이어몰드금형주조 제 1 절금형주조방안설계 타이어몰드는타이어트레드의복잡형상으로인하여석고코어삽입을통한정밀주조로제조된다. 현재하나몰드는석고코어와사형주형으로타이어몰드를제조하고있다. 사형주조는다품종소량주물의경우주형투자비가적게들어경제적인이점이있다. 그러나사형주조는심각한환경문제를야기시키고노동집약형이어서최근에는소품종다량주물품의경우환경, 경제성을고려해금형주조법으로대체하고있는실정이다. 타이어몰드의주조는마스터모델제작, Rubber 형제작, 석고코어제작, 주형제작( 사 형, 혹은금형) 알루미늄용해및주입을통해이루어진다. 본연구에서는본제조공 정중그동안의주형을사형에서금형주조로설계교체하고직접주조를한후사형 주물과의물리적특성비교를통해금형주조의최적조건을찾고자하였다. 금형설 계는앞장에서서술한탕구및압탕방안과 ( 주) 하나몰드와기술제휴관계에있는 ITW(Illonoise Tool Works) 사의주조방안을토대로하였다. 그림3.1은 ITW사의주 조방안을보여주고있으며향후관련부품을서술하는데있어서구체적인치수나 기타자세한주조공정별조건은 ( 주) 하나몰드의 know-how 유출방지를위해본보 고서에는상술치아니하기로한다. - 36 -
그림 3.1 : 하주및상주복합주조방안 ( 사형 ) 금형설계에서우선적으로고려한사항은주조후품질에서그동안의사형주물품과 비교해서대등이상이면서도양산성과경제성면에서무엇보다도우수해야함을주안 점으로두었다. 금형재질은내열성이우수한철계 FCD40 재질로하였고주조방안에서는경제성을 고려해그림 3.1 에서수구와탕구, 탕도, 주입구를제거하고압탕에서용탕을직접 주입하는상주식으로설계하였다. 상주식주조방안은수구, 탕구, 탕도, 주입구가필요치않아최종주물품에서 30% 이상의경량화가가능한이점이있다. 그림3.2에는본연구에서설계제작한타이 어몰드주조용금형과금형의설계도를나타내었다. - 37 -
그림 3.2 타이어몰드조립금형및설계도 - 38 -
제 2 절금형주조실험 알루미늄금형주조는사형과다르게주조후주물이응고할때냉각부위를인위적 으로컨트롤가능하고사형주물에비해냉각속도가빨라주물의표면특성및내부 기계적특성이향상되는장점이있다. 그러나주입당시금형의초기온도가너무 낮으면용탕주입후금형이용탕의온도를급속히저하시키는 다. Heat Sink역할을한 용탕의온도가급속히저하되면용탕의유동성이떨어져석고코어의미세한 Rib 부분에용탕이충전되지못하는주조미성형결함이발생하게된다. 따라서미 성형결함을방지하고건전한주물을생산하기위해서는되도록이면금형온도가높 을수록좋다. 일반적인간단형상의알루미늄금형주조의경우금형의초기온도는약 300 ~ 350 가적합한것으로알려져있으며금형예열의방법으로가스화염에의한직접 가열식을사용하고있다. 그러나타이어몰드금형주조의경우금형내부의가장하 부에타이어트레드형상의정밀석고코어가위치하고있는석고-금속의복합주형 형상으로( 그림 3.3 참조) 금형의초기온도와예열방안및속도가매우중요하게된 다. 일반적으로주조코어로사용하기위한석고는성형작업후약 200 근처에서 완전건조시켜결정구조가삼사정계인 Ⅲ형 CaCO₄무수석고로만든후사용하게 된다. 그러나석고의사용온도가 400 근처에도달하면표3.1에서보는바와같이 Ⅲ형무수석고로부터사방정계결정구조를갖는 Ⅱ형무수석고로전이된다. 이때 가열속도가너무빠르면결정구조의변화에서오는석고코어의균열현상이발생할 소지가있다. - 39 -
따라서금형주조시최대한용탕의유동성을유지하기위해서금형의온도를최대 한높이되금형온도와예열속도는석고의균열이일어나지않도록해야한다. 표 3.1 온도에따른석고상태와중량변화 그림 3.3 석고코어와금형조립도 - 40 -
본실험에서는금형의예열을위해전기가열식의금형예열로( 그림 3.4) 를설계제작사용하였다. 가스화염가열방법은가격은저렴하나금형온도조절이국부적이고예열속도를조절하기가어려운반면에에전기로가열식금형예열로는금형의온도조절이전체적이고예열도중석고의균열을방지하기위한예열속도를조절할수있는장점이있기때문이다. 한편최적의금형온도및예열속도를도출하기위해금형온도는석고코어의가용 성과난용성상전이온도인구간에서 260 와 350 로각각설정하고각각의설정 온도에대해가열속도를 4 / 분및 1.5 / 분으로바꾸어가면서석고코어의이상유 무를확인하고주조후제품의미성형등의불량유무를확인하면서실험을진행하 였다. 그림 3.4 주조금형예열로 - 41 -
또한편으로주조시석고코어의세가지다른표면부위에열전대를직접삽입해 응고도중연속적으로온도를기록함으로서사형주조및금형주조에서용탑응고과 정의차이점및주입후응고완료, 금형해체를위한적정시간을도출하고자하였다. 그림3.5는사형과금형주조응고온도를동시에연속적으로기록하는장치의용탕주 입직전 Set-Up 상태를보여주고있다. 그림 3.5 주조냉각온도연속기록장치 그림3.5의금형에서압탕부위는압탕에서의응고속도를최대한으로저지해압탕효 과를높이기위해알루미노실리케이트단섬유로이루어진단열슬리브를사용하였 다. 용탕의주입온도는용탕내의수소농도를고려해최대한 730 가유지되도록했 으며기타탈가스, Fluxing등의상세주조조건은 ITW 사의주조조건을따랐다. - 42 -
제 3 절금형주조실험결과 3-1) 금형예열속도영향 용탕의주입전에금형최적의금형온도및예열속도를도출하기위해금형온도를 석고코어의가용성과난용성상전이온도인구간에서 260 와 350 로각각설정 하고가열속도를 4 / 분및 1.5 / 분으로다르게하여각각금형의온도가설정온 도에도달한후석고코어의이상유무를확인하였다. 금형의예열온도가 260 인경우에는석고코어의형상이가열속도에전혀영향을 받지않고최적형상을유지하고있었다. 그러나금형예열온도가 350 인경우에는 석고코어의형상이예열속도에매우민감해예옐승온속도가 4 / 분( 시간 : 1시간 30 분) 으로빠른경우에는그림 3.6에서보는바와같은석고코어의균열현상이발생 하였다. 그러나승온속도가 1.5 / 분( 시간 : 4 시간) 으로느린경우에는석고코어의 균열현상이발생하지않았다. 그림 3.6 석고코어의균열 ( 금형온도 350, 승온속도 4/ 분 ) - 43 -
상기와같은현상에대한원인은표3.1에나타난바와같이석고건조과정을통해 삼사정계의결정구조를갖는 사방정계결정구조를갖는 Ⅲ형 CaSO4 무수석고가 350 부근에서부분적으로 Ⅱ형 CaSO4 무수석고로천이하는과정에서급속한온도 상승에의한균열이초래된것으로판단된다. 승온속도가 1.5 / 분( 예열시간 : 4 시간) 으로느린경우에는석고코어의균열현상이발생하지않은것으로보아금형 예열온도를높게설정할경우에는무수석고의부분적인상전이시발생할지도모를 응력을 relaxation 하도록예열속도를충분히느리게해주어야할것으로사료된다. 그러나예열속도가느리면생산성및경제성이저하되므로금형의예열온도는용탕 의유동성에영향을미치지않고석고코어의 면되도록낮게설정하는것이좋다. rib부분에용탕의충전에문제가없다 3-2) 주조방안에따른주조시간및제품치수 그림 3.7과그림 3.8에는각각사형과금형주조에의해제조된타이어몰드의주조 상태를보여주고있다. 또한그림 3.9 ~ 그림3.11에는용탕주입온도 730 로주 조후주물의응고시연속적으로부위별온도를기록하기위한열전대의위치및 각각의주조조건별냉각온도곡선을나타내었다. 금형주조는사형주조에비해수 구, 탕구, 탕도와주입구가필요치않아사형주물보다약 20% 정도의용탕이절약 되어알루미늄원자재의원가절감과주조후탕구탕도주입구의제거에도많은 시간이절약되어높은생산성을보였다. 한편주조후타이어몰드의주물의해체는 해체시주조품의변형을방지하기위해일반적으로몰드의온도가 떨어지면해체하게된다. 250 미만으로 - 44 -
사형주물의경우는그림 로약 3.10에서보는바와같이주조후냉각이매우느린관계 12시간이지나야해체가가능하지만금형주조의경우는냉각이매우빠르게 진행되어주조후약 2시간이지나면주물의해체가가능하여사형에비해 6배의 빠른생산성을보였고주물의해체작업도금형의분리에의해이루어져사형에비 해빠르고해체에서오는타이어몰드의 2 차적인변형문제위험도최소화되었다. 한편타이어몰드의표면상태에있어서도사형주물의경우에는느린냉각속도로인 해용탕내의 Mg를비롯한활성금속과석고와의반응으로인해몰드표면이매우거 친특성을보여후사상가공에의해서만제거가가능했지만금형주조품인타이어몰 드의경우에는그림 3.8의몰드표면사진에서보는바와같이표면사상이거의필요 없을정도로매우깨끗한주조표면을보여주었다. 그림 3.7 사형주물 - 45 -
그림 3.8 금형주물및타이어몰드표면 그림 3.9 몰드주조열전대의위치 - 46 -
그림 3.10 주물냉각곡선 ( 금형온도 350, 주입온도 730 ) 그림 3.11 주물냉각곡선 ( 사형 ( 상온 ), 금형 ( 온도 : 260 ), 주입온도 : 730 ) - 47 -
한편최종주조품의치수는타이어몰드의정밀도를좌우하는것으로기계적특성과 더불어가장중요한제품인자중의하나이다. 사형주물과금형주물과의제품치수를 비교해보면표3.2에서나타낸바와같이사형주물의경우금형주조에비해수축이 많이이루어져주조후제품의정밀도가저하되는것으로판명되었다. 이는주물의 냉각속도및방법에기인하는것으로사형주물의경우그림3.10에서보는바와같이 냉각속도가느리고부위별방향성응고가이루어지지않아응고시 수축정도가금형주조에비해상대적으로크기때문으로판단된다. 2차수축에의한 표 3.2 주조방법에따른제품치수변화 - 48 -
3-3) 타이어몰드의미세조직및기계적특성 그림 3.12에는타이어몰드의특성평가를위한시편채취부위의단면도식도를나타내 었다. 각부위별경도측정은 ball size 10mm의 Brinell 경도계를이용하여하중 1000kg에서측정하였고측정결과는표3.3 에나타내었다. 한편타이어몰드의인장 강도측정은 KS인장강도측정시험편규격 B0801의 4호대형시험편의기준에따랐 다. 이때시험편의직경은 14mm이고표점거리는 50mm 이었다. 인장시험은 extension rate 2mm/ 분으로행하였고이는약 10 ⁴/S 의변형속도에해당한다. 항 복강도, 인장강도연시율의측정결과는표3.4에나타내었으며해당인장시험측정 곡선은그림3.16, 17 에나타내었다. 한편각각부위별주조미세조직은그림 13-15 에나타내었다. 그림 3.12 특성평가를위한시료채취부위 경도및강도의기계적특성평가결과금형주조에의해제조된타이어몰드의특성이 금형의예열온도와무관하게사형주조에의해제조된타이어몰드에비해약 도의우수한기계적특성을보였고연신율면에서도 였다. 14% 정 20% 이상의우수한특성을보 - 49 -
이는그림3.12과그림3.13-15에서보는바와같이타이어특성을좌우하는 A, B, E, F 부위에서금형주조에의해제조된타이어몰드에서주조미세수축공등의주조 결함이사형주조에비해적기때문으로사료된다. 이는그림 3.9와 3.10에서보는 바와같이금형주조가사형주조에비해냉각이빠르고응고시방향성응고가사형 주조에비해잘진행되었기때문이다. 한편금형예열온도를 350 한경우와예열온도를 260 로한경우를비교하면 26 0 로낮게하는경우미세한차이로높은기계적특성을보였다. 이는냉각속도와 관련있는것으로높은특성을얻기위해서는되도록이면금형예열온도를낮게가 져갈필요가있다. 그러나금형온도가 200 부근으로낮아지게되면용탕의석고코 어로의미충전에의한주조결함이발생하여금형예열온도는 260 부근이적당한 것으로판단된다. 금형온도가 350 로높을경우에는용탕의미충전결함은발생 되지않지만기계적특성저하와석고코어를조립한상태에서금형예열시예열속도 가빠르면(4 / 분) 석고코어의균열이발생하고속도를느리게하면(1.5 / 분) 예열 시간이 4 시간이상으로생산성이저하되어적합하지않은것으로판단된다. - 50 -
표 3.3 주조방안별 Brinell 경도 (ball size:10mm, 하중 :1000kg) 표 3.4 주조방안별항복강도및인장강도특성 - 51 -
그림 3.13 타이어몰드의부위별미세조직 ( 금형 260 ) - 52 -
그림 3.14 타이어몰드의부위별미세조직 ( 금형 360 ) - 53 -
그림 3.15 타이어몰드의부위별미세조직 ( 사형 ) - 54 -
그림 3.16 인장시험측정곡선 - 55 -
그림 3.17 인장시험측정곡선 - 56 -
제 4 장결론 본금형주조에의한알루미늄타이어몰드제조기술지원사업을통해기존의사형주 조법과비교해경제적이면서도양산성이우수하고환경오염을최소화할수있는 알루미늄타이어몰드금형주조기술이개발되었다. 본금형주조기술을위해주조금 형설계최적화기술, 용탕주입및응고특성을고려한금형분할, 냉각제어등의석고 및금형복합주조방안, 복합금형주조에의한타이어몰드제조공정조건등이확립 되었다. 한편으로양산을위해서는금형예열연속시스템제작, 주입시스템등의개 량이추가적으로이루어져야한다. 본금형주조기술의개발로주조의생산성이기존의사형주조에비해 5배이상향상 되고사형조형을위한각종주물사, 경화재수지등이필요치않아년간 1억원에달 하는소모성경비를절감할수있게되었다. 한편으로작업소요인력면에서도금 형주조에의한주조공정은기존사형주조에서소요되던인력의 1/3로가능해인력 의전환배치등인건비절감및생산효과의극대화가가능하게되었다. 또한편으 로금형주조타이어몰드의제품은사형주물에비해표면특성및정밀도가높고기 타제반기계적특성이 20% 이가능해져추가적인매출확대가기대된다. 정도우수해향후고성능고품질타이어몰드의공급 - 57 -
주 의 1. 이보고서는산업자원부에서시행한부품ㆍ소재종합기술지원사업의기술지원보고서이다. 2. 이기술지원내용을대외적으로발표할때에는반드시산업자원부에서시행한부품ㆍ소재종합기술지원사업의기술지원결과임을밝혀야한다. - 58 -
- 59 -