자동차 알루미늄 다이 캐스팅 부품

1. 요약

알류미늄 다이 캐스팅 (주로 고압 다이캐스팅, HPDC) 성숙하다, 거의 그물 모양을 제공하는 높은 처리량 제조 경로, 차원 적으로 정확합니다, 자동차 산업을 위한 표면 마감이 우수한 경량 부품.

주택용으로 많이 사용됩니다 (전염, 변속 장치, 모터), 구조 브래킷, 전력 전자 장치 및 펌프용 하우징, 그리고 많은 액세서리 부품.

주요 엔지니어링 상충관계는 다음과 같습니다.: 부품당 비용 vs. 용량, 다공성 제어 대. 생산력, 그리고 기계적 성능 대. 가공/후처리 경로.

현대적인 옵션 (진공 HPDC, 짜내다, 반고체, HIP 및 T6 열처리) 엔지니어는 안전이 중요하고 피로에 민감한 응용 분야를 포함한 까다로운 자동차 요구 사항에 주조 부품 무결성을 맞출 수 있습니다..

2. 시장 & 자동차의 알루미늄 다이캐스트 부품용 엔지니어링 드라이버

• 경량화: 강철에서 알루미늄으로 전환하면 동일한 부피에 대해 부품 질량을 ~40~50% 줄일 수 있습니다. (알루미늄 밀도 ≒ 2.68–2.71g·cm⁻³ 대 강철 ≒ 7.85 g · cm⁻³).
  무게 감소는 연비/EV 주행거리를 ​​직접적으로 향상시킵니다..
• 완성 & 부품 통합: 다이캐스팅으로 복잡한 형상 가능, 통합 갈비, 부품 수와 조립 비용을 줄이는 보스 및 채널.
• 볼륨에 따른 비용: HPDC는 중대형 볼륨에서 부품당 비용이 낮습니다. (수천에서 수백만).
• 열의 & EMI 요구 사항: 전기 모터 및 전력 전자 장치용 다이캐스트 하우징은 방열판 및 전자기 차폐 역할도 합니다..
• EV로 전환: EV 모터 및 인버터는 정밀 알루미늄 주조 하우징에 대한 새로운 대량 생산 기회를 창출합니다..
• 내구성 & 부식: 적절한 합금 및 코팅은 기후 전반에 걸쳐 자동차 서비스 수명을 제공합니다..

3. 일반적인 알루미늄 다이캐스팅 공정

핵심 선택은 프로세스 제품군입니다. 각 프로세스 제품군에는 서로 다른 기능/비용이 있습니다.:

• 고압 다이 캐스팅 (HPDC, 냉기): Al 자동차 부품 산업의 주력. 빠른 사이클 시간, 얇은 벽, 탁월한 반복성. A380/ADC12 제품군에 가장 적합.
• 진공 HPDC: 가스 다공성을 줄이고 압력 견고성을 향상시키기 위해 진공을 추가합니다. 유압 하우징에 사용됩니다., 기름통, 안전 부품.
• 짜내다 / HPDC + 짜내다: 응고 중에 정압을 가하여 수축 공동을 줄이고 국부 밀도를 향상시킵니다.; 지역화된 중요 지역에 유용.
• 저압 다이 캐스팅 (LPDC): 저압으로 바닥 채우기; 부드러운 충전 — 더 크거나 두꺼운 부품에 적합하지만 속도가 느림.
• 반고체 / 레오캐스팅 (하나님): 난류와 다공성을 줄이기 위해 반고체 슬러리를 주입합니다.; 복잡성/비용은 높지만 무결성은 향상됩니다..
• 후처리 경로: 열처리 (T6), 뜨거운 등방성 프레스 (잘 알고 있기), 기계 가공 및 표면 마감은 기계 및 피로 사양을 충족하는 것이 일반적입니다..

4. 일반적인 자동차 다이캐스팅 합금

5. 일반적인 공정 매개변수 & 실용적인 범위 (자동차 HPDC)

자동차 부품용 고압 다이캐스팅은 엄격한 용융 제어에 달려 있습니다., 다이 및 사출 변수.

다음은 엔지니어링 수준의 실제 범위와 각 매개변수의 근거입니다. (매장 시험의 출발점으로 사용; 합금에 대한 최종 설정을 검증해야 합니다., 다이와 기하학).

금속 준비

일반적인 Al-Si 합금의 용융 온도는 일반적으로 다음 사이에 위치합니다. 660°C 및 720°C.

온도가 높을수록 유동성이 향상되고 얇은 부분을 채우는 데 도움이 되지만 다이 솔더링 및 금속간 화합물 성장이 증가합니다.; 온도가 낮을수록 수축은 줄어들지만 냉각 랩 위험이 있습니다..

유지로 설정값은 종종 690-720°C 화학을 안정화하고 열 변동을 줄이기 위해.

용존수소는 반드시 제어되어야 합니다. 회전식 탈기 수준을 목표로 하여 ≤0.12mL H2 /100 지 알 (압력이 가해지거나 피로에 민감한 부품의 경우 더 낮음).

우수한 스키밍 및 플럭싱으로 불순물을 낮게 유지 (업계에서는 일반적으로 <0.3% 체중).

다이 열 제어

사전 샷 다이 온도는 일반적으로 150–250 ° C 자동차 주물용 창.

다이 온도 균일성은 매우 중요합니다. 열 구배를 작게 유지해야 합니다. (예를 들어, 30°C 이하 중요한 구멍을 가로질러) 국지적인 핫스팟을 피하기 위해, 수축 또는 변형.

스프레이 및 냉각 주기 타이밍 (스프레이 온/오프 및 냉각수 유량) 그 균형을 유지하도록 조정되었습니다; 스프레이 타이밍은 종종 1-3.5초 부품 질량에 따른 사이클당 범위.

주입 및 샷 프로필

최신 HPDC는 2단계 샷 프로필을 사용합니다.: 난류를 방지하기 위해 느린 초기 충전을 한 후 동결이 시작되기 전에 충전을 완료하기 위해 고속 두 번째 단계를 수행합니다..

일반적인 저속 단계 속도는 다음과 같습니다. 0.1-0.3m/초, 2단계 속도로 전환 1.5 최대 4.5 m/s 대부분의 자동차 벽이 얇은 부품의 경우 매우 얇은 부분은 최대 속도를 볼 수 있습니다. 6 m/s.

전환점은 일반적으로 다음과 같이 설정됩니다. 40–70%의 캐비티 충전; 해당 지점을 최적화하면 플래시와 미성형이 최소화됩니다..

강하게 함 (또는 보유) 금속을 흐릿한 영역으로 통합하려는 압력은 일반적으로 범위에 속합니다. 70–160 MPa, 더 높은 값으로 (접근 200 MPA) 구조용으로 사용, 압력이 가해지거나 벽이 얇은 주물.

진공 및 공기 관리

진공 보조는 자동차 구조 주조에 널리 사용됩니다..

일반적으로 달성 가능한 캐비티 압력은 다음과 같습니다. 50mbar 이하, 중요한 유압 또는 누출 방지 구성 요소는 종종 <10 mbar 채우는 동안.

효과적인 진공 타이밍을 위해서는 충전 직전에 비워야 하며 초기 응고를 통해 진공을 유지해야 합니다.; 진공 HPDC의 충전 시간이 빠릅니다. (몇 분의 1초) 따라서 진공 시스템은 빠른 순환이 가능해야 합니다..

응고, 클램핑 및 사이클 시간

응고/냉각 시간은 주조 질량에 따라 다릅니다.; 작고 얇은 부품은 식을 수 있습니다. 3-6초, 더 무거운 하우징이 필요하지만 8-12초 또는 그 이상.

체결력 또는 잠금력은 투영된 면적에 따라 조정됩니다. 자동차 프레스의 범위는 부품 크기에 따라 수백 톤에서 수천 톤에 이릅니다..

자동차 HPDC 실행의 일반적인 사이클 시간 ~15~60초 전반적인 (채우다, 굳어집니다, 열려 있는, 꺼내다), 얇은 벽으로, 빠른 끝에 있는 작은 부품.

6. 다이캐스팅을 위한 디자인 (자동차 부품에 대한 DFM 규칙)

디자인이 생산성과 비용을 주도합니다. 주요 규칙:

벽 두께

• 목표 균일 한 벽 두께. 일반적인 실제 최소 1–1.5mm; 1.5-3mm가 일반적입니다.. 갑작스러운 변화를 피하세요; 점진적인 전환을 사용하십시오.

갈비 살

• 리브는 강성을 증가시킵니다. 리브 두께를 유지합니다 ≒ 0.4–0.6 × 공칭 벽 두께 및 리브를 벽보다 두껍게 만드는 것을 피하십시오.. 필렛을 사용하여 응력 집중을 줄입니다..

보스

• 보스를 갈비뼈로 지지 유지, 핫스팟을 일으키는 무거운 보스를 피하십시오; 일반적인 보스 벽 ≒ 1.5–2× 공칭 벽 두께이지만 작은 내부 보스가 있는 경우 코어 지지가 필요함.

초안 & 방출

• 초안 제공: 0.5°–2° 피처 깊이와 질감에 따라. 질감이 있는 표면에 대한 추가 구배.

필렛 & 반경

• 날카로운 모서리를 피하십시오; 필렛 제공 (최소 1.0–3.0 mm 규모에 따라) 응력 집중 및 열간 찢어짐을 줄이기 위해.

게이팅 & 넘치다

• 방향성 응고를 촉진하기 위한 게이트 및 오버플로 설계. 두꺼운 구역에 공급할 수 있도록 게이트를 배치하고 공기가 갇히지 않도록 통풍구를 배치합니다..

수축 & 가공 수당

• 일반적으로 선형 수축 허용치 1.2-1.8%; 가공 공차 지정 0.5–2.0 mm 기능 및 마감 요구 사항에 따라.

용인 & 중요한 기능

• 일반적으로 주조 공차 ±0.2~1.0mm; 중요한 베어링 보어 또는 밀봉면은 일반적으로 주조 후에 가공됩니다..

7. 대표적인 자동차 부품 & 기능적 예

• 전염 / 기어박스 하우징 및 커버 — 복잡한 내부 보스, 장착 위치; 누출 방지를 위해 종종 HPDC를 진공 청소기로 청소합니다..
• 엔진 구성 요소 (커버, 오일 펌프) — 얇은 벽, 통합 보스; 좋은 표면 조도가 필요합니다.
• E-모터 하우징 / 고정자 하우징 — 구조 요소 및 방열판 역할을 합니다.; 기계적/열적 요구 사항을 충족하기 위해 용체화 처리 후 A360/A356 변형 및 T6을 사용하는 경우가 많습니다..
• 서스펜션 브래킷, 스티어링 너클 (일부 프로그램에서는) — 높은 무결성이 필요합니다; 때로는 주조 후 열처리 / 피로 요구 사항에 따라 가공되거나 단조 부품으로 교체됨.
• 브레이크 캘리퍼 하우징 (특정 디자인) — 높은 압력 견고성과 피로 성능이 필요합니다.; 프로세스는 HPDC와 HIP를 결합하거나 압착할 수 있습니다..
• 전력 전자 하우징 / 인버터 케이싱 — 훌륭한 기능이 필요합니다, 우수한 열전도 및 EMI 차폐.

케이스 메모: EV 모터 하우징은 냉각을 위해 얇은 핀을 결합하는 경우가 많습니다., 베어링용 두꺼운 보스, 보어의 정확한 진원도가 필요합니다. 설계는 차등 응고 및 가공 순서를 고려해야 합니다..

8. 미세 구조, 기계적 특성 & 후 처리

알류미늄 다이캐스트 부품은 서로 긴밀한 상호 작용을 통해 성능을 끌어냅니다. (에이) 급속 충진 및 다이 냉각을 통해 생성된 주조 미세구조, (비) 합금 화학, (기음) 공정 관련 결함 (주로 다공성), 그리고 (디) 선택한 후처리 경로 (열처리, 잘 알고 있기, 가공, 표면 처리).

전형적인 주조 미세구조 - 예상되는 사항

• 차가워진 피부 / 다이 페이스의 미세한 미세 구조. 다이 경계면에서 급속한 응고가 이루어지며 미세한 결과가 생성됩니다., 얇은 "냉각" 층 (아주 미세한 수상돌기, 정제된 공융) 일반적으로 경도가 더 높고 표면 강도와 내마모성이 우수한 경향이 있습니다..
• 등축 영역에서 중간 원주형 영역. 냉각층 아래에서 구조는 더 거친 등축 입자와 수지상간 공융을 갖는 1차 알루미늄 수상돌기로 전환됩니다. (Al- 예) 및 금속간 화합물.
• 금속간 상. 철이 풍부한 (알-페-시) 혈소판/바늘 및 Cu- 또는 화학적 성질에 따라 Mg 함유 침전물이 형성됩니다.; 이러한 단계는 일반적으로 부서지기 쉽고 연성을 제어합니다., 파괴 개시 및 가공성.
• 실리콘 형태. Al-Si 합금, 실리콘은 공융상으로 나타난다; 그것은 형태 (침상/혈소판 대. 변형된 섬유질) 연성에 큰 영향을 미칩니다.
  Sr 수정 및 제어된 냉각으로 더 미세한 결과 생성, 인성과 연신율을 향상시키는 보다 둥근 실리콘.
• 수상돌기 팔 간격 (SDAS). 더 빠른 냉각 → 더 미세한 SDAS → 더 높은 강도/연성.
  얇은 부분은 더 빨리 응고되므로 일반적으로 두꺼운 보스나 웹보다 기계적 성능이 더 좋습니다..

전형적인 기계적 성질

아래 값은 대표적인 작업 현장 엔지니어링 목표입니다.; 실제 수치는 다공성에 따라 다릅니다., SDAS, 주조물과 관련된 열처리 및 테스트 쿠폰 위치.

• A380 (일반적인 HPDC 합금)

• • 주조된 UTS: ~200~320MPa
  • 연장: ~1~6%
  • 브리넬 경도 (HB): ~70~95

• A356 / A360 (Al–Si–Mg 계열, 더 높은 연성과 노화가 필요할 때 자주 사용됩니다.)

• • 주조된 UTS: ~180~300MPa
  • T6 (해결책 + 인공나이) uts: ~250~360MPa (일반적인 엔지니어링 범위 ~260~320MPa)
  • 항복 강도 (T6): ~200~260MPa
  • 연장 (T6): ~4~10% 다공성에 따라
  • 경도 (HB, T6): ~85~120

• A413 / 고Si 변형 — 캐스트된 A356과 유사한 UTS 대역; 더 두꺼운 부분과 열 안정성을 위해 설계되었습니다..

중요한 주의사항: 다공성 (가스 + 수축) 지배적인 수정자이다.

예를 들어, 평균 다공성이 약간 증가하더라도 (0.5 → 1.0 볼륨%) 겉보기 인장력을 감소시킬 수 있으며, 특히, 실질적으로 피로 성능 - 일반적인 피로 강도 감소 20–50% are common depending on pore size/position and test conditions.

후처리 경로와 그 효과

솔루션 열처리 & 인공 노화 (T6)

• Who uses it: primarily Al–Si–Mg alloys (A356/A360) to raise strength and ductility.
• Typical cycle (engineering guideline): solutionize ~520–540°C (≈ 6–8 h) depending on casting section size, quench rapidly (물), 그런 다음 나이 155–175°C for 4–8 h (time/temp optimized per alloy).
• 효과: increases UTS and yield, 연성을 향상시킵니다, but accentuates the mechanical consequence of any remaining porosity (즉., pores become more damaging after T6 because matrix strength is higher).
• 디자인적 의미: low porosity must be achieved prior to T6 if fatigue is critical.

뜨거운 등방성 프레스 (잘 알고 있기 / 치밀화)

• 목적: close internal shrinkage porosity and microcavities to recover near-full density and improve fatigue life and toughness.
• Typical engineering HIP window for Al alloys:~450–540°C ~에 ~100~200MPa for 1–4 hours (과도한 노화 또는 유해한 미세구조 조대화를 방지하기 위해 선택된 공정 및 주기).
• 효과: 연성 및 피로 수명을 획기적으로 증가시킬 수 있습니다.; 비용이 정당화되는 경우 선택적으로 사용 (예를 들어, 안전이 중요하거나 항공우주 등급의 자동차 부품).

짜내다 / 다이 내 압력

• 효과: 수축 다공성을 줄이기 위해 응고 중에 정압을 가합니다., 주조 후 HIP 없이 두꺼운 부분의 국부 밀도 향상.

샷 피닝 / 표면 기계적 처리

• 효과: 표면 근처에 압축 잔류 응력을 유발하고 고주기 피로 저항을 향상시킵니다.; 중요한 필렛에 일반적으로 사용됨, 볼트 구멍 또는 가공된 면.

코팅 & 표면 마감

• 양극화, 전자코트, 그림 물감 부식으로부터 보호하고 작은 표면 기공을 가릴 수 있지만 구조적 기공을 복구하지는 않습니다.. 양극 필름을 밀봉하여 공격적인 환경에서 내식성을 향상시킵니다..

스트레스 해소 어닐링

• 가벼운 스트레스 해소 (예를 들어, ~200~300°C에서 저온 노화 또는 응력 완화) 열 구배로 인한 잔류 주조 응력을 줄일 수 있습니다., 취약한 합금의 치수 안정성 향상 및 SCC 위험 감소.

9. 일반적인 결함, 근본 원인 & 구제책

10. 경제학 & 프로그램 고려 사항

• 툴링 비용: 다이 비용 범위는 다음과 같습니다. 수만 달러에서 수십만 달러 복잡성과 삽입물에 따라 다름. 리드 타임은 몇 주에서 몇 달까지입니다..
• 부품당 비용 동인: 합금 비용, 사이클 시간, 폐기율, 가공, 마무리 및 테스트.
• 손익분기 거래량: 높은 툴링 비용은 다이캐스팅이 경제적이라는 것을 의미합니다. 수천~수만/수십만 부품 수 - 부품 질량 및 가공 요구 사항에 따라 다름.
• 공급망 고려 사항: 원료 합금 공급 확보; 열처리 및 가공능력; NDT 기능; 다이 개정의 위험. 서비스 가능성 및 제조를 조기에 고려한 설계.

11. 지속 가능성 & 재활용

• 알루미늄 재활용성: 알루미늄 스크랩은 재활용 가능성이 높습니다.; 재활용 알루미늄 (반성) 대충 사용하다 에너지의 ~5% 1차 제련에 필요한 (오랜 엔지니어링 추정치).
  재활용된 콘텐츠를 사용하면 내재 에너지가 크게 감소합니다..
• 재료 효율성: 거의 그물 모양의 주조로 빌렛 가공에 비해 가공 낭비가 줄어듭니다..
• 공정 에너지: 용융은 에너지 집약적이다; 효율적인 용융 연습, 폐열 회수 및 높은 재활용 함량으로 인해 발자국 감소.
• 수명 종료: 다이캐스트 부품은 재활용 가능; 스크랩 분리 (깨끗한 Al과 코팅된) 재활용을 돕습니다..
• 경량화 수명주기 이점: 차량의 중량 감소로 수명 주기 전반에 걸쳐 연료/에너지 사용량 감소; 프로그램 결정을 위해 LCA로 정량화.

12. 알루미늄 다이 캐스팅 대. 대체 자동차 소재

13. 결론

자동차 알루미늄 다이캐스팅은 경량화를 가능하게 하는 혁신적인 기술입니다., 대전, 글로벌 자동차 산업의 지속 가능성 목표.

대용량 효율성의 독특한 조합, 부품 통합, 원가경쟁력이 있어 파워트레인으로 대체불가, 구조적, 및 EV 전용 구성 요소.

EV 채택이 가속화되고 기가캐스팅 규모가 확대됨에 따라, 알루미늄 다이캐스팅은 자동차 혁신의 초석으로 남을 것입니다., 더 효율적입니다, 그리고 앞으로 수십 년 동안 지속 가능한 차량.

 

FAQ

EV 모터 하우징에 가장 적합한 합금은 무엇입니까??

일반적인 선택은 A356/A360 (알–시–Mg) T6 강도와 열 성능이 필요한 경우; A380은 저응력 하우징에 사용됩니다..

최종 선택은 다공성 내성에 따라 달라집니다., 열처리 능력 및 가공 요구 사항.

다이캐스트로 벽을 얼마나 얇게 만들 수 있나요??

일반적인 실제 최소값은 다음과 같습니다. ~1.0~1.5mm; 최적화된 툴링 및 프로세스를 통해 최대 1mm까지 달성 가능, 하지만 더 엄격한 통제가 예상됩니다.

진공 HPDC는 다공성을 제거합니까??

대폭 감소합니다 가스 다공성 압력 견고성을 향상시키지만 수축 다공성을 완전히 제거하지는 않습니다.; 짜내다, 거의 완전한 밀도를 위해서는 HIP 또는 개선된 게이팅이 필요할 수 있습니다..

주사위는 얼마나 오래 지속되나요??

다이 수명은 매우 다양합니다.수천에서 수십만 샷—합금에 따라 다름, 강철 다이, 코팅, 냉각 및 유지 관리.

다이 캐스팅이 지속 가능합니까??

예. 특히 높은 재활용 알루미늄 함량을 사용하고 거의 순 모양으로 가공 폐기물을 줄이는 경우.

그러나 용융 및 금형 생산은 에너지를 소비합니다.; 최고의 수명주기 성능을 위해서는 프로세스 최적화가 필수적입니다..