대형 주조를 위한 주조 시뮬레이션의 효과

제조업에서는 정밀성과 효율성이 가장 중요합니다. 주조 프로세스에서 이러한 목표를 달성하는 데 혁신적인 도구가 바로 주조 시뮬레이션입니다. 과거에는 시행착오를 통해 문제를 해결했지만, 이제는 이 기술을 통해 주조 과정의 모든 측면을 정확하게 예측하고 분석하며 최적화할 수 있습니다.

제품 마케팅 매니저인 Mark Vroljik은 ESI의 ProCAST 주조 솔루션의 제품 매니저이자 주조 전문가인 Loic Calba와 함께 주조 시뮬레이션의 주요 장점과 이를 통해 얻을 수 있는 통찰력에 대해 이야기합니다.

[LC] 고압 다이캐스팅, 인베스트먼트 주조, 사형 주조 중 어떤 주조 공정을 선택할지 결정할 때는 부품의 복잡성, 생산량, 재료 특성, 그리고 표면 마감 요구 사항 등을 고려합니다.

고압 다이캐스팅은 비철금속(알루미늄, 아연, 마그네슘 등)으로 복잡하고 기하학적으로 복잡한 부품을 대량으로 생산할 때 적합합니다. 인베스트먼트 주조는 정밀하고 표면이 우수한 거의 넷쉐이프 부품을 만드는 데 적합하며, 특히 스테인리스 강, 티타늄, 초합금과 같은 고온 재료나 중간 생산량에서 유리합니다. 사형 주조는 대형이고 무거운 부품을 생산하는 데 최적이며, 다양한 금속과 합금을 사용할 수 있습니다. 프로토타입이나 단기 생산에 비용 효율적인 선택입니다.

[LC] 메가 캐스팅(또는 기가 캐스팅)은 고급 주조 기술을 사용하여 제작된 대형 단일 조각 주조물입니다. 주로 자동차의 구조 부품으로 사용되며, 차체 프레임이나 배터리 케이스와 같은 부품을 만들 때 쓰입니다. 이러한 캐스팅은 매우 크고 복잡한 형상을 가지고 있어서 전통적인 방법으로 제조하기 어려운 특성을 가지고 있습니다. 자동차 산업에서는 메가 캐스팅을 이용하여 차량의 무게를 줄이고 구조적 강도를 높이며 조립 공정을 간소화하는 추세입니다. 작은 여러 부품을 하나의 메가 캐스팅으로 통합함으로써 자동차 제작사는 차량의 전체 강성과 충돌 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 메가 캐스팅은 제조 복잡성을 낮추고 조립 비용을 절감하며 확장성을 개선하는 장점을 제공하여 전기 자동차(EV) 및 기타 첨단 자동차 응용 분야에서 매우 유용하게 사용됩니다.

[LC] 메가 캐스팅을 생산하는 것은 일반적인 주조 부품에 비해 몇 가지 도전 과제를 포함합니다. 이는 주로 그들의 거대한 크기, 복잡한 형상, 그리고 엄격한 품질 요구 사항 때문입니다. 주요 도전 과제는 전체 캐스팅에서 균일한 응고와 냉각 속도를 유지하여 수축, 다공성, 열점 등의 결함을 방지하는 것입니다. 또한, 메가 캐스팅을 처리하고 운반하는 것은 그 크기와 무게 때문에 물류적으로도 도전적입니다. 이를 해결하기 위해 특수 장비와 시설이 필요합니다. 또한, 큰 범위에서 치수 정밀도와 구조적 무결성을 유지하는 것도 중요하며, 이를 위해 주조 공정과 후처리 과정을 정밀하게 관리해야 합니다.

세 번째 중요한 점은 부품을 올바르게 주조하기 위해 필요한 폐쇄 힘을 정확히 예측하는 것입니다. 이런 대형 부품은 제작에 매우 강력한 프레스가 필요하며, 캐스팅 주기 동안 내부 압력을 견딜 수 있도록 매우 높은 폐쇄 힘이 필요합니다. 최소 필요 폐쇄 힘을 정확히 예측하기 위해서는 주조 과정 중에 주조 유체의 충진과 응고를 정확히 모델링해야 합니다. 또한 가능한 공기 함유도 고려해야 하며, 이는 다이 내부에서 필요한 지역 압력에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 시뮬레이션 과정에서 이러한 요소를 충분히 반영하지 않으면 선택한 기계에서 제조할 수 없는 부품이 되어버릴 수 있습니다.​​​​​ ESI의 ProCAST는 공기와 유체 상호작용을 고려한 2상 솔루션으로 이러한 문제를 잘 해결할 수 있습니다.

[LC] 기본적으로 고객이 이미 고압 다이 캐스팅 시뮬레이션에 익숙하다면 추가 교육 없이도 표준 채우기 및 응고 시뮬레이션을 설정할 수 있어야 합니다. 그러나 모델의 크기와 객체 수가 매우 크기 때문에 몇 가지 추가적인 복잡성이 있습니다. 이는 객체의 이름 정리와 순서가 깔끔해야 하며, 구성 요소를 올바르게 메쉬하는 데 주의를 기울여야 합니다.

일반적으로 더 어려운 부분은 부품에서 정확한 응력을 모델링하는 것입니다. 왜냐하면 이 응력이 디몰딩 후 및 상온 냉각 중 왜곡의 원인이 되기 때문입니다. 응력 분포의 작은 변화가 이러한 대형 부품의 최종 왜곡 크기에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다. 다행히도 우리의 응력 해결기는 유한 요소 기반으로 이 문제를 잘 해결합니다. 이로 인해 대형 부품에서도 왜곡을 몇 밀리미터 이내로 정확하게 예측할 수 있습니다.

우리는 고객이 이러한 비용이 많이 드는 부품에 대해 올바른 결과를 얻도록 보장하기 위해 이 과정을 밀접하게 안내하며, 첫 번째 시도 중에 필요한 전문 지식을 개발하고 복잡한 부품의 공정 모델링에 대한 통찰력과 신뢰를 쌓도록 단계별로 지원합니다.

최근 개최한 '메가캐스팅: 자동차 제조의 미래를 혁신하다!' 웨비나는 메가캐스팅 기술에 대한 다양한 정보를 제공했습니다.

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