다이캐스트의 주조 기공 등 주조 불량의 원인과 측정·평가
자동차 부품에 많이 이용되는 다이캐스트의 채택 범위는 최근 더욱 확대되고 있습니다. 이와 관련하여 주물 제조의 현장에서 요구되는 것은 신속한 계측, 정량 평가에 의한 불량 및 그 원인 파악에 따른 품질과 수율의 향상입니다.
여기에서는 주조 불량의 원인 및 대책, 그리고 최신 4K 디지털 마이크로스코프를 이용한 다이캐스트의 최신 검사 사례를 소개합니다.
자동차 업계에서의 적용 범위가 확대되는 다이캐스트
알루미늄 합금·아연 합금·마그네슘 합금·구리 합금 등의 용융 금속을 정밀한 금형에 압입하는 주조 방식 또는 주조품 「다이캐스트」. 뛰어난 치수 정도와 깔끔하고 매끄러운 주물 표면, 높은 생산성을 얻을 수 있어 다양한 제품에 이용되고 있습니다.
다이캐스트 제품의 생산량 전체에서 자동차 부품이 대다수를 차지한다고 합니다.
그 중에서도 알루미늄 합금 다이캐스트는 아연 합금 다이캐스트보다도 경량이고 강도도 높으며, 전기·열전도성·내식성·가공성이 뛰어나고 낮은 비용으로 재활용성이 높은 제품이 실현되기 때문에 자동차 부품에 많이 채택됩니다.
자동차 용도로는 실린더 블록·트랜스미션 케이스·로커 커버 등의 케이스·커버 류가 있습니다. 지금까지의 다이캐스트 제품은 가스를 함유하는 경우가 많아 열처리·용접이 어렵기 때문에 자동차의 타이어 주변 부품이나 본체 부품 등에 적용하기 어려운 것으로 알려져 왔습니다. 그러나 최근에는 층류 다이캐스트나 고진공 다이캐스트 등 특수 다이캐스트법으로 난이도가 높은 제품에도 적용이 진행되고 있습니다. 그에 따라 주조의 기능성과 품질 요구 수준도 고도화되고 있습니다.
주조 불량의 원인과 대책
자동차 부품의 다이캐스트 공정에 관한 주의점으로는 용융 금속 및 금형의 온도, 금형 충전 시의 압력, 금속에 내포된 가스나 공기 등에 의한 주조 불량이 있습니다. 주조 불량은 강도 저하를 초래하기 때문에 자동차의 안전 품질과 큰 연관이 있습니다.
주물의 주조 기공·주물 표면 등 내부 및 표면에 발생하는 대표적인 결함·불량과 그 원인 및 대책은 아래의 표와 같습니다.
| 주조 불량 | 원인·상태 | 대책 |
|---|---|---|
| 주조 기공 | 용융 금속 안에 공기나 가스가 혼입되어 생긴 구멍(권입 기공, 블로홀). 용융 금속의 공급 부족으로 생긴 공동(수축 기공) | 주조 압력의 조정, 배기 구멍의 변경, 이형제의 도포량 조정, 탕구의 위치와 크기 변경 |
| 수축 | 금형의 부분적인 과열로 냉각이 지연되어 움푹 패인 것 | 금형 온도의 조정, 금형의 설계 변경 |
| 충전 부족(탕회 불량) | 탕구부에 가까운 영역이 빨리 냉각되고 캐비티 전체에 용융 금속이 퍼지지 않는 상태 | 금형 온도, 용융 금속 온도의 조정, 탕구의 위치와 크기의 변경 |
| 탕경(Cold Shut) | 금형 온도가 낮고 주입 압력이 낮은 경우 용융 금속이 금형 내에 퍼지기 전에 응고되어 합류 지점에서 도랑을 남긴 채 응고된 상태 | 금형 온도, 용융 금속 온도 및 플런저 속도를 올린다. 탕구의 위치와 크기를 변경 |
| 균열·변형 | 빼기 구배 부족, 불균일한 수축, 부적절한 압출 등으로 발생. 응고 중의 균열은 고온 균열, 냉각 과정 및 시간 경과 후에는 저온 균열 | 형상 설계 및 압출 위치의 변경 |
| 파단 틸층 | 슬리브 내에서 발생한 응고층이 캐비티 내에 주입되어 다이캐스트에 들어간 상태 | 용융 금속 온도 및 플랜저 속도의 조정 |
| 탕 주름 | 금형의 온도가 낮은 경우나 이형제의 양이 많은 경우에 발생 | 금형의 온도를 높이고 이형제의 양을 줄인다. |
| 긁힘 | 다이캐스트 취출 시 금형에 용착되거나 빼기 기울기가 부적절한 경우에 흠집이 발생 | 금형의 표면을 충분히 연마하고 적절한 빼기 기울기를 둔다. |
| 눌어붙음 | 금형의 부분적인 과열로 인해 금형과 용융 금속이 용착된 상태 | 이형제의 종류와 도포 방법 변경, 금형의 설계 변경 |
| 팽창 | 표면 근처의 압축된 가스가 팽창하여 표면이 부풀어 오른 상태 | 주조 기공과 같은 대책 및 금형의 냉각 시간 연장 |
| 변색 | 이형제의 성분이 다이캐스트 표면을 변색시킨 상태 | 이형제 변경 |
| 거친 표면 | 금형 표면의 면 거칠기가 그대로 다이캐스트 표면(주물 표면)에 전사되어 발생 | 금형의 청소 및 연마 |
| 하드 스폿 | 용해 금속 내에 단단한 이물질이 혼입되어 발생. 후공정에서 연삭 툴 등의 파손 원인이 된다. | 용해 금속의 필터 처리 |
상기 외에도 다양한 원인에 따른 주조 불량이 있습니다. 다이캐스트에서 품질 보증을 위해 중요한 것이 품질 검사입니다. 미세한 구멍이나 빈 부분, 표면 거칠기 불량 등은 품질과 연관이 있으므로 정도가 높은 해석 및 계측, 평가가 요구됩니다.
다이캐스트 제품 검사의 최신 사례
주조 기공 및 주물 표면의 평가·불량 해석에 필수적인 항목 중 하나가 현미경을 이용한 확대 관찰입니다. 그러나 다이캐스트 제품은 입체적이기 때문에 초점을 조정하는 공정 수나 관찰·분석의 난이도, 불량 평가의 편차 등이 과제가 되었습니다.
그래서 디지털 마이크로스코프를 이용한 확대 관찰이 증가하고 있습니다. 최첨단 기술을 집약한 KEYENCE의 초고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 다이캐스트의 주조 기공 및 주물 표면을 선명하게 포착하고 평가를 정량화하는 동시에, 작업 효율을 크게 향상시키는 것에 성공했습니다.
배율을 올려도 상시 풀 포커스가 맞는 줌 촬영
기존 현미경의 경우, 대상 물체의 크기나 해석 부분에 따라 렌즈 교환으로 배율을 바꾸기 때문에 초점 조정의 공정 수와 시간이 필요했습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고분해능 「HR 렌즈」와 「전동 리볼버」를 통해 렌즈 교환 없이 20~6000배까지 자동으로 대응하는 「심리스 줌」을 실현했습니다. 마우스나 콘솔을 이용한 직감적인 조작의 심도 합성을 통해 전체에 풀 포커스를 맞춘 고해상도 화상으로 관찰할 수 있습니다. 또한, 자동 면적 계측 및 3D 형상·프로파일 측정에 의한 정량 평가까지 일련의 작업이 1대로 신속하게 완결됩니다.
자동 면적 계측(C) 및 3D 형상·프로파일 측정(오른쪽 아래)을 간단한 조작으로 실현.
주조 기공의 3D 형상·프로파일 측정
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 기존의 현미경으로 취득할 수 없었던 높이 정보에 의한 3D 형상과 프로파일(2D 단면 형상)을 측정할 수 있습니다. 요철이 있는 다이캐스트 표면도 전체에 풀 포커스가 맞는 3D 표시로 주조 기공·블로홀 등 표면 형상의 미세한 변화까지 놓치지 않습니다.
미세한 주조 기공의 고배율 화상
지금까지 주조 기공의 관찰에 사용되던 현미경은 배율·해상도가 부족하여 초점 조정 등의 과제가 있었습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 미세한 주조 기공도 선명하게 고배율로 촬영할 수 있습니다.
다이캐스트 금형을 손에 들고 관찰
주조 불량은 용융 금속의 온도나 압력뿐이 아니라 금형 상태가 원인이 되는 경우도 적지 않습니다. 특히 주물 표면이 거칠어지는 등의 불량은 금형 내부의 미세한 외관 불량이 원인인 경우가 많아 금형 검사도 반드시 필요합니다.
그러나 자동차 부품의 주물 금형은 대형인 경우가 많기 때문에 잘라내어 현미경으로 관찰·해석하지는 못합니다. 또한, 기존의 손에 들고 이용하는 마이크로스코프에 의한 비파괴 검사에서는 미세한 크랙에 대한 해상도 부족이 과제였습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 손에 드는 용도의 렌즈를 사용할 때도 4K 화상으로 금형의 미세한 크랙 등 불량 부분을 확대 관찰할 수 있습니다.
다이캐스트 금형 크랙의 3D 형상·프로파일 측정
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 기존의 현미경으로는 불가능했던 3D 형상·프로파일 측정을 실현합니다. 고배율 화상에서 그대로 효과적이고 정량적인 검사가 실현되는 동시에, 사용하는 렌즈에 따라 금형부터 작은 샘플까지 다양한 해석·검사 용도에 대응합니다.
주물 표면의 자동 면적 계측과 정량 평가
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 입체적인 주물 표면의 2D 검사에서도 강력한 툴입니다. 자동 면적 계측·카운트 기능으로 간단한 조작을 통해 주물 표면의 불량 부분을 정량 평가할 수 있습니다.
따라서 거친 표면 등의 불량을 놓치지 않고 정량 평가할 수 있으며, 리포트 기능을 이용하여 화상과 수치 데이터를 사용한 리포트를 신속하게 작성할 수 있습니다. 일련의 작업을 1대로 완결할 수 있고 대폭적인 시간 단축이 실현됩니다.
다이캐스트의 현장을 바꾸는 1대의 기기
고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고해상도 4K 화상을 이용한 선명한 확대 관찰은 물론, 기존 현미경으로는 불가능했던 자동 계측이나 2D·3D 측정에도 1대로 대응할 수 있어 정량 평가를 신속하게 실시할 수 있습니다.
「VHX 시리즈」는 다이캐스트의 현장에서 과제가 되는 주조 기공이나 거친 주물 표면 등의 상세한 화상과 수치를 신속하게 얻을 수 있으므로 불량 원인의 빠른 파악과 불량 재발 방지에 도움이 됩니다. 따라서 다이캐스트 제품의 용도 확대와 기능 요구가 높아지는 가운데 품질과 수율 향상에 반드시 필요한 기기입니다.
「VHX 시리즈」에 관한 자세한 내용을 알아보시려면 아래의 버튼을 클릭하여 카탈로그를 다운로드하시거나 부담 없이 상담·문의해 주시기 바랍니다.
