악화되는글로벌기후위기와점점더 심각해지는에너지절약, 배기가스저감및 오염감소추세에직면하여자동차산업도에너지절약, 배기가스저감및 지능화방향으로계속발전할 것이며, 이러한환경에서탄생한 전자스로틀시스템 (전자스로틀제어시스템, 줄여서 ETC)은현재자동차엔진시스템에서없어서는안될중요한부분입니다. 엔진의흡입공기흐름을제어하여엔진의작동조건을결정하여차량의최상의출력과연료를보장합니다. 배기가스배출요건을더욱제어하기위해경제적입니다. 전자식스로틀은첨단차량제어및 안전시스템의핵심기술중 하나로서다른첨단차량제어기술과마찬가지로적용가능성이높을것으로예상됩니다.
전자스로틀시스템에서가장중요한구성요소중 하나인 ETC 스로틀알루미늄쉘 주물은시스템의타당성과안정성에확실히영향을미치므로요구사항을충족하는 ETC 스로틀알루미늄주물의생산이매우중요합니다. 이논문에서는 MAGMASOFT의 DOE 기능의도움으로 ETC 스로틀알루미늄케이스주조의초기단계에서다양한주입방식과다양한공정매개변수시뮬레이션분석비교및 최적화를수행하여최상의방식을선택하여개발주기를단축하고이제품을일단시험모델의성공과원활한대량생산및 배송을보장합니다.
1 제품구조분석및 기술요구사항
이논문에서연구한 ETC 스로틀알루미늄쉘 주조의다이캐스팅재료등급은 AlSi12Cu1Fe이며, 최대외형치수는 111mm*109mm*84mm입니다. 이주물의평균두께는 4mm이고최대벽 두께의두께는 13mm입니다. 제품의전체구조는더 복잡합니다. 일부위치의벽 두께가크게다르며벽이얇은영역이먼저고체상태로응고되어용융알루미늄의질서정연한충전에도움이되지않는고립된 높은리브가많이있으며, 이는용융합금을많은것으로나누는것과동일합니다작은밀폐영역은두꺼운벽에서고립된 액상영역을형성합니다. 이러한고립된액상영역에서용융금속응고및 수축과정을보완할수 없는경우내부에수축공동및 다공성문제가필연적으로발생합니다.
ETC 스로틀알루미늄쉘 주물의복잡한작업환경으로인해주물의표면품질을강화하고내식성을향상시키기위해쇼트블라스팅이필요합니다. 제품의일치하는설치위치는기하학적및 치수공차요구사항이더 높으며 3bar의누출테스트압력에서누출량이 3cc / 분이하이고제품국부영역의수축구멍의직경이 0을초과하지않도록하십시오. 7mm, 총수는 5를초과하지않고간격은 10mm 이상이며전체면적의 10 %를초과하지않습니다. 따라서이다이캐스팅의경우주조의내부품질이고객의수용표준을충족할 수있도록매우높은주조공정설계요구사항이필요합니다;
2 제품다이캐스팅방식및 공정파라미터설계
2. 1 제품다이캐스팅방식설계
다이캐스팅생산기술에서매우중요한다이캐스팅게이트설계링크는다이캐스팅부품의품질, 다이캐스팅생산효율성, 금형수명, 다이캐스팅부품의트리밍및 청소, 다이캐스팅합금의재용융속도및 다이캐스팅기계의전력효율을결정합니다. 따라서합리적인게이트위치, 게이트두께및 크기, 게이트수량의설계는자격을갖춘다이캐스팅품질을보장하는열쇠이며, 제품구조특성및 공정설계경험분석에서 ETC 스로틀알루미늄하우징공급입구설계에적합한주조를위한세 가지위치가있으므로이기사에서는세 가지다이캐스팅주입방식을설계할 것입니다. 이론적충진경로와유량거리에서다른주입방식은다른충진효과를생성하므로검증을위해 MAGMA 시뮬레이션소프트웨어결과를비교및 분석해야합니다;
2. 1. 1 붓기계획하나의디자인
그림과같이첫 번째주입방식의게이트수는이중가닥으로설계되어모터설치위치의측벽영역과밸브플레이트설치위치에각각설계되어있습니다. 직경 60mm의사출펀치가선택되고사출속도비율은 1: 14입니다. 이주입방식의장점은용융금속의흐름이상대적으로짧아충전공정중 온도감소값에거의영향을미치지않는다는것입니다. 세개의흐름채널의설계는압력전달및 용융금속의공급에도움이되며이는나중에생산공정을줄이는데 도움이됩니다. 수축결함의위험은특정긍정적인 효과가있으며단점은제품분류및 구조상의이유로인해주자는특정단계와얇은벽 영역으로설계되어야한다는것입니다. 이러한위치는나중에충전하는과정에서가스를포위하기쉽습니다. 또한이제품의모터설치위치는가공되지않고게이트설계가여기에있어내벽코어와게이트위치의온도를직접세척하기쉽습니다. 높을수록모터설치위치에서다이및 침식의결함이발생하기쉽고게이트위치가처리되지않아나중에다이캐스팅의트리밍및 청소에특정부정적인영향을미칩니다;
2. 1. 2 두번째붓기계획의디자인
그림과같이두 번째주입방식에서게이트수는 1 개로설계되고위치는밸브플레이트설치위치의측면원형구멍영역에설계됩니다. 직경 60mm의사출펀치를선택하고사출속도비율은 1: 30입니다. 이주입솔루션의장점은러너가비교적부드러운전환으로설계될 수있어용융금속의충전에유리하고충전과정에서가스가포위되는현상을줄이고러너가가져온가스로인한결함을줄이며게이트는가공표면의위치에설계된다는것입니다. 다이캐스팅트리밍및 청소작업량을줄이고생산비용을줄입니다. 단일스트랜드게이트는여러가닥의용융금속이캐비티에들어가와류, 혼입및 산화를일으키는것을방지할 수있습니다. 단점은게이트의맨 끝에있다는것입니다. 핫스팟위치의공급효과는기본적으로부족하며다른보조공급방식을고려해야하며, 용융금속흐름이상대적으로길어충전공정중 용융금속온도에일정한부정적인영향을미치며국부적위치에서차가운재료결함이발생할수 있습니다. ；
2. 1. 3 세번째붓기계획의설계
그림과같이주입방식에서 3 개의게이트수는 1 개로설계되었으며위치는밸브플레이트설치위치의측면원형구멍영역에설정됩니다. 직경 60mm의사출펀치가선택되고사출속도비율은 1: 30입니다. 게이트의장점은게이트가가공표면의위치에설계되어다이캐스팅기계의트리밍및 청소작업량을줄이고생산비용을줄일수 있다는것입니다. 게이트는선형충전스타일로설계되어용융알루미늄의충전스트로크와용융알루미늄의온도손실을줄일수 있습니다. 양이감소하고펀치와게이트사이의거리가짧아펀치압력의효과적인전달을보장할 수있으며, 단점은이후생산조정매개변수의유연성이좋지않고다이캐스팅매개변수를조정하여제품품질을향상시킬수 없다는것입니다.
2. 2 제품프로세스파라미터설계
ETC 스로틀알루미늄쉘 주조의구조분석및 품질요구사항에따라이제품은 350T 다이캐스팅기계, 하나의금형및 하나의캐비티설계를사용하며주조압력은충분한공급효율을보장하고나중에수축결함의출현을줄이기위해 100MPa로설정됩니다. 주입온도는 660-680 ℃로설계되고이동및 고정금형코어는 180-200 ℃로예열됩니다. 충전중 저속은 0으로설정되고고속은 3m / s로설정되며고속전환지점은각각 340mm 및 350mm에서테스트됩니다. 이위치는용융금속의가장안정적인충전상태와최소와전류및 혼입현상을결정하는데 사용되며동시에라인냉각및 포인트냉각의온도제어시스템을사용하여금형의우수한열 균형을보장합니다;
3. 원클릭가져오기의수치시뮬레이션및 비교분석
주조의충전및 응고공정제어는다이캐스팅의품질에결정적인영향을미치지만이두 공정은생산공정중에폐쇄되고보이지않는캐비티에서완료되기때문에직간접적으로관찰및 분석이불가능하므로이전값 시뮬레이션이특히중요합니다. MAG 코드 DOE 기능을사용하여위의세 가지사출방식과두 가지테스트고속전환위치를원 클릭으로가져와서여러방식을한 번에계산하고결함위치를가장빠르게예측하고제품의내부품질향상, 개발주기단축및 생산비용절감을위한최상의계획을찾습니다.
3. 1 충전프로세스시뮬레이션및 분석
그림 3과같이그림의첫 번째줄의시뮬레이션결과는충전시간입니다. 처음세 가지방식의고속전환위치는 340mm이며충전시간이짧습니다. 마지막세 가지구성표의고속전환위치는 350mm이며충전시간이길다. 밝은색상위치는세 가지주입방식의마지막주입위치입니다;
그림의두 번째줄의결과는최대기압결과입니다. 시뮬레이션결과의밝은색은기압이높은위치이며기공의위험이높습니다. 비교를통해방식 2와방식 5의기압값이상대적으로낮고기공의위험성이상대적으로적다는것을알 수있습니다;
그림의세 번째줄의결과는충전량의결과입니다. 시뮬레이션결과는밝은위치에서공기함량이높고누출위험이높습니다. 비교를통해두 번째와다섯번째볼륨의값이상대적으로낮고누출위험이상대적으로적다는것을알 수있습니다;
충전공정의시뮬레이션결과를종합적으로분석하면두 번째및 다섯번째옵션의기압과혼입이상대적으로낮고두 번째고속전환위치가전방이고충전시간이짧아전반적인성형성이우수합니다.
3. 2 고형화과정시뮬레이션및 분석
그림 4에표시된것처럼그림의첫 번째줄의결과는동결온도필드입니다. 시뮬레이션결과, 방식 3과방식 6의내부게이트의응고시간이가장길고압력공급시간이가장길고, 방식 1과방식 4가두 번째이고압력공급시간이중간이며, 방식 2와방식 5의내부게이트의응고시간이가장짧고압력공급시간이가장짧은것으로나타났습니다;
두번째줄의결과는핫 조인트의유효공급시간이며, 시뮬레이션결과의밝은색은제품의핫 조인트위치로, 제품구조가상대적으로두껍고최종적으로응고되는위치입니다. 프로그램 1, 2, 4, 5의위치는기본적으로동일합니다. 방식 3과방식 6은내부게이트가상대적으로두껍기때문에내부게이트의두 핫스팟이서로연결되면핫스팟이증가합니다;
세번째줄의결과가수축결과입니다. 압력공급으로인해계획 3과계획 6의수축상태가가장작고다른네 가지계획의수축은기본적으로동일합니다. 이에비해계획 2와계획 5는상대적으로약간작습니다.
응고과정의시뮬레이션결과를분석한결과, 방식 3과방식 6의수축공동은가장작지만내부게이트의열접합이가장크고, 방식 2와방식 5의열접합및 수축결과가상대적으로우수합니다.
4. 생산검증
종합시뮬레이션분석, 두번째주조방법은생산에사용됩니다. 그림 5는 ETC 스로틀알루미늄케이스주물의생산사진을보여줍니다. 제품검사및 X- 레이검사를통해주물은고객의품질요구사항을초과하는기공및 수축결함을보이지않았으며측면누출요구사항을통과하고누출이발생하지않았으며주물의표면이밝고냉간재료의명백한결함과불충분한 붓기가나타나지않았으며전반적인효과가고객의품질검사요구사항을완전히충족하고원활한대량생산이이루어졌습니다.
