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복잡형상의 Al 주조품의 금형표면 미세패터닝에 따른 소착 특성
박진영(J. Y. Park),윤필환(P. H. Yun),이규흔(K. H. Lee),강호정(H. J. Kang),오성효(S. H. Oh) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
최근 전기차, 수소차 등 친환경자동차로 전환이 본격화되면서 차체를 포함한 샤시부품에서 경량소재인 Al의 적용이 늘어나고 있는 가운데, 특히 복잡한 성형이 가능하면서도 생산성이 우수한 Al 주조품 적용이 증가하고 있는 추세다. 그러나 형상이 갈수록 일체화되고 복잡화됨에 따라 주조과정에서 Al 주조후 금형에서 취출하는 과정에서 주조품의 일부가 금형에 소착되어 품질과 생산성을 떨어뜨리는 문제점은 여전히 해결해야 할 과제로 남아있다. 본 과제에서는 주조금형에 미세패터닝 가공을 수행하여 그에 따른 주조품의 소착특성을 분석하고자 하였다. 이를 위해, 소착 발생이 용이한 형태의 시편금형(SKD61 종)을 제작한 후 소착 가능성이 높은 부위에 Laser 를 이용하여 폭 2-10 μm, 깊이 5 mm 수준의 미세패터닝 가공을 하였다. 금형 냉각 채널은 기존 Straight 방식외에 3D 적형 성형 방식으로 시편 형상을 따라 Conformal Channel 을 제작하였다. 시험주조는 AC4C 합금을 용해, 중력 주탕하였고, 응고완료 후 금형으로부터 기계적으로 취출하면서 얻어진 취출력을 측정하였다. 또한, 특성비교를 위해 기존 상용 방식으로 같은 크기의 시험편 금형을 추가로 제작하여 비교실험을 수행하였다. 시험 주조 결과, 미세패터닝금형에서 용탕의 침투는 발생하지 않았고, 주조품의 표면은 비교재와 비교하여 미세화되었다. 취출력 평가결과는 미세패터닝한 금형의 경우가 기존 금형의 경우 대비 약 1/3 수준의 취출력에서 취출이 되었는데, 이는 금형 미세패터닝과 Conformal Channel 에 따른 금형 표면의 냉각능 향상에 기인한 것으로 판단된다.