4.5 주물 품질설계

5.1 개설
주물의 이점은 주조공법의 선택에 의해 소형물에서 대형물까지 수량이 한 개라도 제조할 수 있고 다른 소형재 공법에서는 할수 없는 복잡한 형상도 성형할 수 있다는 것이다.
그러나 그 반면 알루미늄합금 주물은 재료비가 비교적 비쌀 뿐만 아니라 용해중 가스가 잘 흡수되고 용탕이 산화하기 쉬우며 응고시 수축이 크다는 것 등에 기인해 여러 가지 불량이 발생하기 쉽다는 결점이 있다.
이와 같은 알루미늄합금을 싼 가격으로 게다가 고품질로 제조하기 위해서는 각 공법의 특징을 충분히 이해한 뒤 최적의 공법을 선택해 다음과 같은 점을 주물설계의 포인트로 해서 충분한 검토를 해야 한다.
①중자·언더커트를 피하고 단순한 형상으로 해서 주형제작을 용이하게 한다.
②최대한 두께를 균일하게 하고 국부적인 두께 불균일성을 피한다.
③응고해석·용탕주입 해석에 의해 주조결함을 사전에 예측해서 그 대책을 금형설계에 반영한다.
④이바리사상, 함침같은 후공정을 적도록 한다.
⑤제품자체의 중량을 경량화한다.
이들은 알루미늄주조법을 선정할 경우의 중요항목인데 주물의 품질은 부품설계의 단계에서 크게 좌우되므로 부품 설계자와 부품제조자가 협력해서 형상을 결정하는 것도 중요하다.
이것을 일반적으로 생산설계라고 부르며 여기서는 생산설계 공정과 품질을 중시한 주물의 설계예를 소개하겠다. 또 제조시 발생한 결함은 그 원인이 매우 다양해 그에 대한 불량대책을 세우기가 매우 난해하다. 이것은 품질공학을 사용해서 해석하는 것이 효과적이며 그 방법도 아울러 소개하겠다.

5.2 공법결정공정

부품형상에 따라 최적 공법을 선택하는 것은 Q(품질), D(납기), C(원가)를 확보하는 데 있어서 가장 중요한 포인트이다.

①생산량이 많고 적음에 따라 금형이냐, 사형이냐를 선택한다.
②복잡중공형상이 있으며 모래중자를 사용하는 것은 고압주조법,층류충전가압 주조법에는 부적당하다. 그러나 일부에는 고압에도 견디는 붕괴성중자도 개발되고 있다.
③열처리가 필요한 것은 고압주조법에는 부적당하다. 공기의 유입이 많고 500℃정도에서 블리스터가 발생하므로 열처리에 적합하지 않다.
④중력주조법, 저압주조법은 모래중자의 사용으로 매우 복잡한 형상에도 적용할 수 있다. 그러나 중력주조법은 압탕, 저압주조법은 탕구가 최종응고가 되는 것처럼 형상에 있어서 제약을 받는다.
⑤저압주조법은 금형의 분할, 용탕의 가압에 의해 얇고 복잡한 형상에 대한 대응이 중력주조보다 앞선다.
공법결정의 일반적인 예를 소개했는데 실제는 기존설비와 보유노하우 등의 영향으로 결정되는 요소도 있다. 또 어느 공법을 채용할 것인가는 그 회사의 방침에서 좌우되는 경우도 있다.

5.3 생산설계

5.3.1 생산설계란?
생산설계란 일반적으로 사이멀테니어스엔지니어링(simultaneous engineering)또는 컨커런트엔지니어링(concurrent engineering)이라고 하며 제품개발의 초기단계에서 부품설계자와 주물제조자가 협력해서 저렴한 가격으로 생산성이 높은 부품을 설계하는 대처를 말한다. 여기서 말하는 생산성이란 품질을 포함한 제작용이성을 총칭한 것이다.
5.3.2 생산설계의 포인트

(1) 부품의 단순화

①공정이 적고 단시간에 생산할 수 있다. 부품을 일체화한다. 언더커트가 없는 형상으로 한다. 열처리를 폐지한다. 이바리사상을폐지한다.
②숙련을 요하지 않으며 누구든지 어디에서나 제작 생산가능하다. 예를 들면 도형도포작업, 스프레이 조정작업을 용이하게 하기 위한 형상 변경.
③품질이 향상된다.
예를 들면 필요없는 두께를 제거하고 기공방지를 도모한다. 리브추가, 두께변경으로 용탕흐름 불량을 방지한다.
(2) 부품수 소멸

①고정부/변경부
불변부분(고정부)과 베리에이션(variation)이 있는 부분(변동부)을 어떻게 할 것인지를 명확하게 하고 생산과 설계간에 통일시킨다. 예를 들면 중자 형상부만 변경부로 하고 기타 주형부는 고정부로 해서 변경시키지 않는다.
상기는 주조공정의 예를 든 것인데 가공, 조립의 트레이드오프(trade off)를 포함해 생산부서 전공정을 생산설계 대상으로 한다.
5.3.3 생산설계의 진행방향

①추진 마스터플랜 작성
목표, 추진방법, 체제, 일정 등을 정한다.
②정보자원의 활용
개발, 생산 각부간에 있어서의 속인데이터 및 노하우의 데이터베이스화, 표준화를 꾀하고 시간, 장소, 인력을 능가하는 정보자원의 유효활용을 도모한다.
③검토회의 추진
개발과 생산 양부서가 모여 생산성과 기능에 관해 검토하고 최적형상을 결정한다.

(남선알미늄 알루미늄기술편람 발췌)