맞춤형 알루미늄 합금 단조품의 설계 도면은 성형 난이도, 금형 손실 또는 부적절한 구조 설계로 인한 성능 결함을 방지하기 위해 단조 공정 특성과 밀접하게 통합되어야 합니다. 다음은 알루미늄 합금 단조품 특성과 결합된 구조 요소, 치수 공차, 공정 식별 및 기타 치수에 대한 분석입니다.
I. 구조 설계의 공정 적합성
1. 극단적인 구조적 특징 피하기
| 금기 구조 | 위험 징후 | 개선 계획 |
| 깊은 구멍(구멍 깊이 / 구멍 직경 > 5:1) | 펀치가 구부러지고 부러지기 쉽고 구멍 벽이 완전히 채워지지 않음 | 계단식 구멍 분할 성형을 사용하여 후속 드릴링 여유를 확보 |
| 높은 리브(리브 높이 / 벽 두께 > 3:1) | 금속 흐름이 막히고 리브 부분이 채워지지 않음 | 전이 경사를 증가시키기 위한 계단식 리브 설계 |
| 얇은 벽(벽 두께 < 2mm) | 단조 중 급속 냉각, 접히기 쉬움 | 부분적으로 3-4mm로 두껍게 하여 후속 가공 얇게 하기 |
사례: 알루미늄 합금 모터 하우징의 설계 도면에는 Φ10mm 깊이 구멍(구멍 깊이 55mm)이 있습니다. 펀치가 단조 중에 심하게 마모되어 나중에 Φ10mm×30mm 블라인드 홀 +Φ8mm×25mm 계단식 구멍으로 변경되었습니다. 성형 적합률은 40%에서 92%로 증가했습니다.
2. 드래프트 각도의 차별화된 설계
합금 계열의 해당 각도:
6 시리즈(6061/6082): 외벽 5°-7°, 내벽 7°-10° (우수한 가소성, 약간 작은 각도);
7 시리즈(7075/7A04): 외벽 7°-10°, 내벽 10°-15° (강한 담금질 경향, 걸림을 방지하기 위해 각도를 늘려야 함);
2 시리즈(2024/2A12): 외벽 6°-8°, 내벽 8°-12° (너무 작은 각도로 인한 이형 균열 방지).
구조 최적화: 깊은 캐비티 구조(예: 배터리 하우징)의 경우 가변 각도 설계가 채택됩니다. 상단 섹션은 10°, 중간 섹션은 8°, 하단 섹션은 5°이며 이형을 돕기 위해 이젝션 메커니즘이 사용됩니다.
3. 필렛 반경의 기계적 일치
최소 필렛 반경(Rmin) 계산:
Rmin = 0.2× 벽 두께 + 2mm (6 시리즈에 적용 가능);
Rmin = 0.3× 벽 두께 + 3mm (7 시리즈 / 2 시리즈에 적용 가능).
예: 벽 두께가 5mm인 7075 단조품의 경우, 코너 R은 R＜3mm일 때 응력 집중 균열을 방지하기 위해 ≥0.3×5+3=4.5mm여야 합니다.
특수 부품 처리: 리브와 웹 사이의 연결부에는 타원형 전환이 사용됩니다(장축은 금속 흐름 방향을 따라감). 예를 들어 특정 브래킷의 리브 연결부에 R8×R12 타원형 필렛을 설계하여 단조 접힘 위험을 줄입니다.
II. 치수 공차 및 가공 여유 설계
1. 공차 밴드의 단조 공정 적응
선형 치수 공차(GB/T 15826.7-2012 참조):
| 크기 범위(mm) | 6 시리즈 일반 정확도(mm) | 7 Aeries 정밀 등급(mm) |
| ≤50 | ±0.5 | ±0.3 |
| 50-120 | ±0.8 | ±0.5 |
| 120-260 | ±1.2 | ±0.8 |
기하 공차 제어: 평탄도 ≤ 0.5mm/100mm, 수직도 ≤ 0.8mm/100mm, 얇은 벽 부품(벽 두께 < 5mm)은 표준 값의 1/2로 조여야 합니다.
2. 가공 여유의 3차원 분포
반경 방향 여유: 외원통 표면의 경우 3-5mm(자유 단조), 1.5-3mm(다이 단조); 내경 표면의 경우 4-6mm(자유 단조), 2-4mm(다이 단조).
축 방향 여유: 각 끝 표면에 2-4mm가 남습니다. 종횡비가 3보다 큰 샤프트 부품의 경우 중간 섹션에 1-2mm의 휨 방지 여유를 추가해야 합니다.
여유 보상: 7 시리즈 단조품의 경우, 큰 담금질 변형으로 인해 주요 치수 여유를 20%-30% 증가시켜야 합니다. 예를 들어 7075 플랜지의 내경 여유는 3mm에서 4mm로 증가했습니다.
III. 공정 식별 및 특수 요구 사항
1. 섬유 흐름 방향의 필수 표시
표시 방법: 단면도에서 화살표를 사용하여 섬유 방향을 표시합니다. 주요 응력 지지 부품(예: 허브 볼트 구멍 영역)에서 섬유 방향과 주 응력 방향 사이의 각도는 ≤15°여야 합니다.
금지된 설계: 단조품의 응력 방향이 섬유 방향에 수직이 되는 것을 피하십시오(예: 기어 이빨 방향이 섬유에 수직일 때 굽힘 강도가 30% 감소).
2. 분할 표면 및 공정 보스 설계
분할 표면 선택 원칙:
비대칭 분할로 인한 정렬 불량을 방지하기 위해 단조품의 최대 단면에 위치;
7 시리즈 단조품의 분할 표면 거칠기는 Ra≤1.6μm으로 플래시의 찢김으로 인한 버를 방지합니다.
공정 보스 설계: 비대칭 단조품(예: L자형 브래킷)의 경우 Φ10-15mm 공정 보스를 위치 지정을 위해 설계해야 합니다. 보스는 이후 가공 및 제거되며, 위치는 비응력 영역에서 선택됩니다.
3. 열처리 상태 및 결함 감지 요구 사항
상태 식별: 도면 제목 표시줄은 T6/T74/T651 등의 상태를 표시해야 합니다. 예를 들어 2024 단조품에 T4 상태가 필요한 경우 "용액 처리 + 자연 시효"로 표시해야 합니다.
비파괴 검사 용어:
중요 부품(예: 섀시 부품): 100% 초음파 결함 감지(수용 수준 ≥ GB/T 6462-2017 II 수준);
항공 우주 등급 단조품: 형광 침투 검사 추가(감도 수준 ≥ ASME V 2 수준).
IV. 일반적인 고장 사례 및 개선 계획
1. 사례: 6061 자동차 컨트롤 암 균열
원래 설계 문제: 암 본체 중간의 웹 벽 두께가 갑자기 변경됨(8mm→3mm), 전환 반경은 R2mm이며 단조 후 갑작스러운 변화에서 균열이 발생합니다.
개선된 설계: 벽 두께가 점차적으로 변경됨(8mm→5mm→3mm), 전환 영역은 R8mm+45°의 각도로 설정되며 균열 문제가 사라집니다.
2. 사례: 7075 항공 조인트 치수 공차 초과
원래 공차 설정: 직경 Φ50mm±0.3mm(다이 단조), 실제 생산에서 담금질 수축으로 인한 공차 초과율이 50%에 달했습니다.
개선 계획: "열간 단조 후 4mm 가공 여유, 담금질 후 Φ50±0.05mm로 정밀 선삭"을 표시하고 합격률이 98%로 증가했습니다.
V. 설계 도구 및 표준 참조
1. CAE 시뮬레이션 지원 설계
Deform-3D를 사용하여 금속 흐름을 시뮬레이션하고 드래프트 각도 및 필렛을 최적화합니다. 예를 들어 복잡한 쉘의 시뮬레이션은 원래 설계의 R5mm 필렛에서 금속 흐름 속도 차이가 20%이고 R8mm으로 변경한 후 흐름 속도 차이가 5%로 감소함을 보여줍니다.
2. 산업 표준 참조
국내: GB/T 15826-2012 "해머로 강철 다이 단조품의 가공 여유 및 공차";
국제: ISO 8492:2011 "알루미늄 및 알루미늄 합금 단조 공차".
요약하면, 알루미늄 합금 단조 도면의 설계는 재료 특성(예: 7 시리즈의 담금질 민감도), 단조 공정(예: 다이 단조의 금속 흐름 법칙) 및 구조적 기능과 깊이 결합하고, 합리적인 드래프트 각도, 필렛 반경, 여유 할당 및 공정 식별을 통해 단조품의 제조 가능성 및 성능을 보장해야 합니다. 설계 단계에서 단조 제조업체와 협력하고 DFM(제조 가능성을 위한 설계) 분석을 통해 공정 위험을 사전에 방지하는 것이 좋습니다.
이메일: cast@ebcastings.com
맞춤형 알루미늄 합금 단조품의 설계 도면은 성형 난이도, 금형 손실 또는 부적절한 구조 설계로 인한 성능 결함을 방지하기 위해 단조 공정 특성과 밀접하게 통합되어야 합니다. 다음은 알루미늄 합금 단조품 특성과 결합된 구조 요소, 치수 공차, 공정 식별 및 기타 치수에 대한 분석입니다.
I. 구조 설계의 공정 적합성
1. 극단적인 구조적 특징 피하기
| 금기 구조 | 위험 징후 | 개선 계획 |
| 깊은 구멍(구멍 깊이 / 구멍 직경 > 5:1) | 펀치가 구부러지고 부러지기 쉽고 구멍 벽이 완전히 채워지지 않음 | 계단식 구멍 분할 성형을 사용하여 후속 드릴링 여유를 확보 |
| 높은 리브(리브 높이 / 벽 두께 > 3:1) | 금속 흐름이 막히고 리브 부분이 채워지지 않음 | 전이 경사를 증가시키기 위한 계단식 리브 설계 |
| 얇은 벽(벽 두께 < 2mm) | 단조 중 급속 냉각, 접히기 쉬움 | 부분적으로 3-4mm로 두껍게 하여 후속 가공 얇게 하기 |
사례: 알루미늄 합금 모터 하우징의 설계 도면에는 Φ10mm 깊이 구멍(구멍 깊이 55mm)이 있습니다. 펀치가 단조 중에 심하게 마모되어 나중에 Φ10mm×30mm 블라인드 홀 +Φ8mm×25mm 계단식 구멍으로 변경되었습니다. 성형 적합률은 40%에서 92%로 증가했습니다.
2. 드래프트 각도의 차별화된 설계
합금 계열의 해당 각도:
6 시리즈(6061/6082): 외벽 5°-7°, 내벽 7°-10° (우수한 가소성, 약간 작은 각도);
7 시리즈(7075/7A04): 외벽 7°-10°, 내벽 10°-15° (강한 담금질 경향, 걸림을 방지하기 위해 각도를 늘려야 함);
2 시리즈(2024/2A12): 외벽 6°-8°, 내벽 8°-12° (너무 작은 각도로 인한 이형 균열 방지).
구조 최적화: 깊은 캐비티 구조(예: 배터리 하우징)의 경우 가변 각도 설계가 채택됩니다. 상단 섹션은 10°, 중간 섹션은 8°, 하단 섹션은 5°이며 이형을 돕기 위해 이젝션 메커니즘이 사용됩니다.
3. 필렛 반경의 기계적 일치
최소 필렛 반경(Rmin) 계산:
Rmin = 0.2× 벽 두께 + 2mm (6 시리즈에 적용 가능);
Rmin = 0.3× 벽 두께 + 3mm (7 시리즈 / 2 시리즈에 적용 가능).
예: 벽 두께가 5mm인 7075 단조품의 경우, 코너 R은 R＜3mm일 때 응력 집중 균열을 방지하기 위해 ≥0.3×5+3=4.5mm여야 합니다.
특수 부품 처리: 리브와 웹 사이의 연결부에는 타원형 전환이 사용됩니다(장축은 금속 흐름 방향을 따라감). 예를 들어 특정 브래킷의 리브 연결부에 R8×R12 타원형 필렛을 설계하여 단조 접힘 위험을 줄입니다.
II. 치수 공차 및 가공 여유 설계
1. 공차 밴드의 단조 공정 적응
선형 치수 공차(GB/T 15826.7-2012 참조):
| 크기 범위(mm) | 6 시리즈 일반 정확도(mm) | 7 Aeries 정밀 등급(mm) |
| ≤50 | ±0.5 | ±0.3 |
| 50-120 | ±0.8 | ±0.5 |
| 120-260 | ±1.2 | ±0.8 |
기하 공차 제어: 평탄도 ≤ 0.5mm/100mm, 수직도 ≤ 0.8mm/100mm, 얇은 벽 부품(벽 두께 < 5mm)은 표준 값의 1/2로 조여야 합니다.
2. 가공 여유의 3차원 분포
반경 방향 여유: 외원통 표면의 경우 3-5mm(자유 단조), 1.5-3mm(다이 단조); 내경 표면의 경우 4-6mm(자유 단조), 2-4mm(다이 단조).
축 방향 여유: 각 끝 표면에 2-4mm가 남습니다. 종횡비가 3보다 큰 샤프트 부품의 경우 중간 섹션에 1-2mm의 휨 방지 여유를 추가해야 합니다.
여유 보상: 7 시리즈 단조품의 경우, 큰 담금질 변형으로 인해 주요 치수 여유를 20%-30% 증가시켜야 합니다. 예를 들어 7075 플랜지의 내경 여유는 3mm에서 4mm로 증가했습니다.
III. 공정 식별 및 특수 요구 사항
1. 섬유 흐름 방향의 필수 표시
표시 방법: 단면도에서 화살표를 사용하여 섬유 방향을 표시합니다. 주요 응력 지지 부품(예: 허브 볼트 구멍 영역)에서 섬유 방향과 주 응력 방향 사이의 각도는 ≤15°여야 합니다.
금지된 설계: 단조품의 응력 방향이 섬유 방향에 수직이 되는 것을 피하십시오(예: 기어 이빨 방향이 섬유에 수직일 때 굽힘 강도가 30% 감소).
2. 분할 표면 및 공정 보스 설계
분할 표면 선택 원칙:
비대칭 분할로 인한 정렬 불량을 방지하기 위해 단조품의 최대 단면에 위치;
7 시리즈 단조품의 분할 표면 거칠기는 Ra≤1.6μm으로 플래시의 찢김으로 인한 버를 방지합니다.
공정 보스 설계: 비대칭 단조품(예: L자형 브래킷)의 경우 Φ10-15mm 공정 보스를 위치 지정을 위해 설계해야 합니다. 보스는 이후 가공 및 제거되며, 위치는 비응력 영역에서 선택됩니다.
3. 열처리 상태 및 결함 감지 요구 사항
상태 식별: 도면 제목 표시줄은 T6/T74/T651 등의 상태를 표시해야 합니다. 예를 들어 2024 단조품에 T4 상태가 필요한 경우 "용액 처리 + 자연 시효"로 표시해야 합니다.
비파괴 검사 용어:
중요 부품(예: 섀시 부품): 100% 초음파 결함 감지(수용 수준 ≥ GB/T 6462-2017 II 수준);
항공 우주 등급 단조품: 형광 침투 검사 추가(감도 수준 ≥ ASME V 2 수준).
IV. 일반적인 고장 사례 및 개선 계획
1. 사례: 6061 자동차 컨트롤 암 균열
원래 설계 문제: 암 본체 중간의 웹 벽 두께가 갑자기 변경됨(8mm→3mm), 전환 반경은 R2mm이며 단조 후 갑작스러운 변화에서 균열이 발생합니다.
개선된 설계: 벽 두께가 점차적으로 변경됨(8mm→5mm→3mm), 전환 영역은 R8mm+45°의 각도로 설정되며 균열 문제가 사라집니다.
2. 사례: 7075 항공 조인트 치수 공차 초과
원래 공차 설정: 직경 Φ50mm±0.3mm(다이 단조), 실제 생산에서 담금질 수축으로 인한 공차 초과율이 50%에 달했습니다.
개선 계획: "열간 단조 후 4mm 가공 여유, 담금질 후 Φ50±0.05mm로 정밀 선삭"을 표시하고 합격률이 98%로 증가했습니다.
V. 설계 도구 및 표준 참조
1. CAE 시뮬레이션 지원 설계
Deform-3D를 사용하여 금속 흐름을 시뮬레이션하고 드래프트 각도 및 필렛을 최적화합니다. 예를 들어 복잡한 쉘의 시뮬레이션은 원래 설계의 R5mm 필렛에서 금속 흐름 속도 차이가 20%이고 R8mm으로 변경한 후 흐름 속도 차이가 5%로 감소함을 보여줍니다.
2. 산업 표준 참조
국내: GB/T 15826-2012 "해머로 강철 다이 단조품의 가공 여유 및 공차";
국제: ISO 8492:2011 "알루미늄 및 알루미늄 합금 단조 공차".
요약하면, 알루미늄 합금 단조 도면의 설계는 재료 특성(예: 7 시리즈의 담금질 민감도), 단조 공정(예: 다이 단조의 금속 흐름 법칙) 및 구조적 기능과 깊이 결합하고, 합리적인 드래프트 각도, 필렛 반경, 여유 할당 및 공정 식별을 통해 단조품의 제조 가능성 및 성능을 보장해야 합니다. 설계 단계에서 단조 제조업체와 협력하고 DFM(제조 가능성을 위한 설계) 분석을 통해 공정 위험을 사전에 방지하는 것이 좋습니다.
이메일: cast@ebcastings.com
