기가캐스팅(GIGACASTING), 기가프레스, 기가캐스팅 재료, AA386

기가캐스팅이란?

 

1. 개요

 

1) 기가캐스팅(기가프레스) 정의

기존 자동차 프레임을 만들때는 수십개의 알루미늄 판금, 고장력강 판금, 압출재, 다이캐스팅재를 용접해서 연결해서 만들었음 
기가캐스팅은 이렇게 용접해서 만드는 것이 아닌, 거대한 Die에서 캐스팅해 한번에 하나의 완전한 바디 형태를 만들어내는 초대형 다이캐스팅 공법을 의미 
언더바디의 경우, 프론트 언더바디, 배터리팩, 레어 언더바디 3개의 부품으로 구성되어있으며 기존 생산공정에 필요한 로봇의 2/3을 줄일 수 있고 (용접, 이송 로봇), 컨베이어 벨트 및 인원 규모를 줄일 수 있어 생산단가를 기존 대비 약 40% 줄일 수 있다고 함

테슬라 언버바디 구성, 3개 파트로 나눌 수 있음

 

2) 기가캐스팅 특징 

(1) 장점

• 공정 시간이 대폭 줄어듦 
• 용접 결함을 줄일 수 있음 
• 원가 절감이 대폭 가능함 : 비용 약 40% 절감
• 품질 문제가 줄어들 가능성이 높음 (단차, 용접결함, 접착 불량 등) 
• 부품 수를 줄일 수 있고 각종 부자재가 줄어듦 (구조용 접착제 등) : 리어 언더 바디 기준 부품 약 79개 절감   
• 높은 차체 강성 확보 가능 (강도와는 다름)
• 중량 절감이 가능 (용접이나 접합을 위한 면이 불필요) : 약 30% 경량화 가능 

테슬라 기가 캐스팅

내충격성(impact property), 인성(toughness), 충격시험, 샤르피시험, 아이조드시험, 기공의 영향

알루미늄 합금 용접성, 알루미늄 용접, 알루미늄 용접법

소성 이론, 응력변형률 선도, 재료의 성질, 슬립, 쌍정, 전위, 비강도

(2) 단점

• 금형 제작 및 캐스팅에 엄청난 노하우가 필요함 
• 후육부를 피할 수 없으며, 후육부에 기공이나 열간/냉간 균열이 발생할 가능성이 높음
• 알루미늄에 한해서만 제작할 수 있음 
• 금속의 부피가 커질수록 물성의 균일성을 유지하기 어려움 (부품 강도가 찍는 곳마다 다름) 
• 설비의 도입과 변경이 어려움 
• 일부가 손상되도 전체를 교체해야함 

 

2. 기가캐스팅 구성

 

1) 설비

기가프레스 설비

약 6000 - 9000톤의 압력을 가하는 초대형 프레스와 대형 Die로 구성이 됨 (clamping force)
용해된 알루미늄 약 80kg이 초당 10m의 속도로 캐스팅 다이에 주입되고 cycle time은 약 8-90초 수준 

주물을 빼내는 장면, robot arm으로 취출작업을 실시

 

2) 재료

기가캐스팅의 재료는?

거대한 캐스팅의 원형을 유지하고, 다 채울채까지 응고가 되지 않을 정도의 유동성을 가지며, 차체에 기용할 수 있을 정도의 강도를 가지고 있어야함. 또한, 제품이 크기 때문에 이후 열처리는 불가할 것으로 보여 열처리 없이도 강도와 인성을 확보할 수 있는 알루미늄 합금을 사용해야할 것으로 보임

AA386.0라는 알루미늄 합금을 사용함 (정보가 잘 나와있지 않음)
(8.5 ~ 9.5%Si, 0.6%Cu) 
상대적으로 높은 항복강도와, 높은 전기전도도를 가지고 있다는 특징이 있음 

AA386 금속 조성

주조용 알루미늄 합금, 다이캐스팅 알루미늄 합금, 중력주조, AC4C, A356, ADC12

다이캐스팅용 합금 조성

일반적인 자동차 재질

알루미늄 합금 용접성, 알루미늄 용접, 알루미늄 용접법

 

알루미늄 합금(Al-Cu, Al-Si), 알루미늄 합금 열처리, 시효경화 열처리, 시효(aging)

알루미늄 합금 구분, 알루미늄 합금 열처리 종류 구분, 열처리 기호