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잘못된 부품 설계로 인해 제조 작업이 중단됩니다. 이는 광범위한 툴링 수정을 강요하고 폐기율을 높이며 출시 시간을 지연시킵니다. 엔지니어와 조달 팀은 종종 복잡한 구조적 요구 사항과 물리적 한계 사이의 균형을 맞추기 위해 노력합니다. 다이캐스팅 공정 . 구성 요소의 기하학적 구조가 유체 역학 및 열 냉각 원리와 충돌하면 일련의 결함이 발생합니다. 내부 다공성, 국부적인 수축, 조기 공구 마모는 작업 현장에서 일상적인 골칫거리가 됩니다. 엄격한 제조 가능성 설계(DFM) 원칙을 준수하는 것은 예측 가능한 생산과 높은 수율 출력을 보장하는 유일하고 신뢰할 수 있는 방법입니다. 벽 두께, 구배 각도, 리브 및 보스와 같은 중요한 기능을 최적화하면 구조적 오류가 시작되기 전에 중지됩니다. 이는 캐비티 전체에 걸쳐 용융 금속의 균일한 흐름을 보장합니다. 엔지니어링 단계 초기에 이러한 설계 지침을 구현하면 불필요한 2차 작업이 사라지고 주기 시간이 단축되며 뛰어난 역량을 갖춘 제조 파트너를 선택할 수 있는 명확한 프레임워크가 제공됩니다.
균일성이 중요합니다. 일관된 벽 두께를 유지하는 것은 다이캐스팅 공정에서 고르지 않은 냉각, 수축 및 내부 다공성을 방지하는 주요 방어책입니다.
구배가 공구 수명을 결정합니다. 적절하게 계산된 구배 각도는 골링을 방지하고 깨끗한 부품 배출을 보장하며 강철 다이의 수명을 크게 연장합니다.
전략적 강화: 리브와 필렛을 활용하면 구조적 강성이 증가하고 추가된 질량이나 두꺼운 단면에 대한 불이익 없이 자재 흐름이 향상됩니다.
벤치마크로서의 NADCA 지침: 표준화된 NADCA(북미 다이캐스팅 협회) 공차를 활용하면 반복 가능한 품질이 보장되고 툴링 개발 비용이 절감됩니다.
선택 기준으로서의 DFM: 엄격한 사전 DFM 피드백을 제공하는 제조업체의 능력은 복잡한 다이캐스팅 프로젝트를 성공적으로 처리할 수 있는 능력을 보여주는 주요 지표입니다.
성공적인 구성요소 설계는 사이클 시간 최소화, 무결점 생산 실행 및 공구 수명 극대화를 촉진합니다. 엔지니어는 그물 모양이나 그물에 가까운 모양으로 주조되는 부품을 설계하여 불필요한 2차 가공을 제거해야 합니다. 핵심 목표는 부품의 기하학적 특징을 액체 금속 주입의 열역학적 현실과 일치시킵니다. 물리학이 금지하는 일을 금속이 하도록 강요할 수는 없습니다.
다이 캐비티 내부의 극심한 압력과 속도에서 액체 금속이 어떻게 거동하는지 이해하면 적절한 부품 설계가 결정됩니다. 용융된 합금은 게이트에서 초당 40미터를 초과하는 고속으로 강철 다이에 분사됩니다. 재료는 응고되기 전에 복잡한 형상을 탐색합니다. 열 균형과 제어된 응고가 최종 부품의 구조적 무결성을 결정합니다. 얇은 부분에서 금속이 너무 빨리 냉각되면 두꺼운 부분으로의 흐름이 제한되어 불완전한 충전이 발생합니다. 질량이 과도한 영역은 열을 더 오래 유지하므로 냉각 속도가 고르지 않아 기계적 특성이 파괴됩니다.
확립된 설계 규칙을 무시하면 특정 제조 결함에 대한 직접적인 경로가 생성됩니다. 이러한 실패 모드를 인식하면 엔지니어는 값비싼 공구강을 절단하기 전에 형상을 조정할 수 있습니다.
캐비티를 완전히 채우기 전에 용융 금속이 응고되면 콜드 셧 및 오런이 발생합니다. 이는 일반적으로 벽이 너무 얇거나 흐름 경로가 게이트에서 너무 멀리 뻗어 있기 때문에 발생합니다.
과도하게 두꺼운 보스와 무거운 부분에서는 싱크 마크와 국부적인 수축 기공이 발생합니다. 내부 금속은 외부 표면보다 느리게 냉각되고 수축하여 재료를 중앙에서 끌어당겨 빈 공간을 남깁니다.
뒤틀림과 치수 불안정성은 단면 질량이 크게 변하는 부품 전체에 고르지 않은 열 냉각으로 인해 발생합니다. 부품이 작업 현장에서 냉각되면서 비틀립니다.
테이퍼가 충분하지 않은 수직 표면에 골링 및 끌림 자국이 나타납니다. 이로 인해 취출 중에 부품 마감과 금형 강철이 모두 손상되어 연마 비용이 많이 들고 가동 중단 시간이 발생합니다.
설계 선택을 평가하려면 초기 툴링 복잡성과 장기적인 생산 효율성의 균형을 맞춰야 합니다. 복잡한 슬라이딩 코어 또는 2차 가공 작업을 통해 종이의 기하학적 문제를 해결할 수 있습니다. 그러나 직선형 배출을 위한 기본 설계를 최적화하면 실제 생산에서 탁월한 장기 신뢰성과 낮은 불량률을 얻을 수 있습니다.
벽 두께는 모든 산업에서 가장 중요한 변수로 작용합니다. 다이캐스팅 프로젝트. 이는 재료 흐름, 냉각 시간 및 부품의 궁극적인 구조적 건전성을 결정합니다. 벽을 너무 얇게 설계하면 금속 흐름이 제한되고, 벽이 너무 두꺼우면 내부 공극이 발생하고 사이클 시간이 늘어납니다.
다양한 합금은 고유한 유동성과 열적 특성을 가지고 있습니다. 최적의 결과를 얻으려면 특정 기준선 벽 두께 매개변수를 적용해야 합니다.
합금 종류 |
공통 등급 |
최적의 벽 두께 |
특성 및 애플리케이션 노트 |
|---|---|---|---|
알류미늄 |
A380, ADC12, A360 |
1.5mm - 3.0mm |
최적의 무게 대 강도 비율을 제공합니다. 조기 동결 없이 캐비티를 채울 수 있는 충분한 속도를 유지합니다. |
아연 |
자막 3, 자막 5 |
1.0mm - 2.5mm |
매우 높은 유동성. 고도로 통제된 환경에서 최소 0.75mm의 초박형 벽을 만들 수 있습니다. |
마그네슘 |
AZ91D, AM60 |
1.2mm - 2.5mm |
무게 대비 강도 비율이 뛰어납니다. 열 용량이 낮으면 콜드 셧을 방지하기 위해 빠른 사출 속도가 필요합니다. |
구성 요소 전체 형상에 걸쳐 단일하고 균일한 벽 두께를 갖는 경우는 거의 없습니다. 다양한 벽 두께가 필요한 경우 엔지니어는 점진적인 전환을 설계해야 합니다. 엄격한 엔지니어링 요구 사항은 균일한 냉각 속도를 유지하기 위해 3:1 전환 비율을 사용하는 것입니다. 단면 질량의 급격한 변화는 난류 금속 흐름을 유발하고 응력 집중을 생성합니다. 점진적인 테이퍼는 재료가 균일하게 응고되도록 하고 내부의 뜨거운 찢어짐이 형성되는 것을 방지합니다.
용융 금속이 고체 상태로 전환되면서 부피 수축이 발생합니다. 알루미늄은 일반적으로 약 0.6% 수축하는 반면, 아연은 약 0.7% 수축합니다. 부적절한 벽 디자인은 이러한 자연스러운 수축을 악화시킵니다. 무거운 부분이 더 얇은 주변 벽에 의해 분리되어 있으면 얇은 벽이 먼저 동결됩니다. 이는 수축되는 무거운 부분을 공급하는 데 필요한 추가 용융 금속의 흐름을 차단합니다. 이러한 격리로 인해 필연적으로 내부 공극과 수축 다공성이 발생합니다.
디자이너는 치수 선택의 결과를 저울질해야 합니다. 지나치게 두꺼운 벽은 필요한 냉각 기간이 길어 사이클 시간을 늘리고 내부 기공 가능성을 대폭 높입니다. 지나치게 얇은 벽은 오작동, 불완전한 캐비티 충전의 위험이 있으며 부품을 휘게 하는 지나치게 높은 취출력이 필요합니다. 벽이 얇아지면 재료 사용량과 부품 무게가 줄어들지만 증가하는 기계적 응력을 견딜 수 있는 더 높은 사출 압력, 특수 게이팅 시스템 및 견고한 툴링이 필요합니다.
구배 각도는 다이 개구부 방향과 평행하게 구성 요소의 수직 표면에 적용되는 약간의 테이퍼입니다. 이는 공구나 주조물에 기계적 손상을 입히지 않고 강철 주형에서 부품을 분리하기 위한 기본 요구 사항입니다.
초안 요구 사항은 벽 깊이, 합금 유형 및 툴링과 관련된 기능의 특정 위치를 기반으로 하는 공식적인 접근 방식을 따릅니다.
내부 벽(코어): 용융 금속이 냉각됨에 따라 자연스럽게 외부 공동에서 수축되어 내부 강철 코어에 단단히 수축됩니다. 이러한 열 수축으로 인해 배출 중 마찰을 해소하려면 내부 벽에 더 큰 통풍이 필요합니다. 내부 기능에는 일반적으로 최소 1.5°~2.0°가 필요합니다.
외부 벽(공동): 재료가 외부 금형강에서 수축하기 때문에 외부 벽은 배출 중에 저항을 덜 받습니다. 이러한 표면에는 일반적으로 최소 0.5°~1.0° 범위의 구배가 덜 필요합니다.
NADCA 상업 표준을 기반으로 표준 초안을 설계하면 안정적인 생산 및 표준 툴링 유지 관리 주기가 보장됩니다. 정밀 드래프트를 지정하려면 더 엄격한 테이퍼, 엄격한 공정 제어, 특수한 마찰 감소 다이 코팅, 훨씬 더 빈번한 공구 유지 관리가 필요합니다. 정밀 드래프트는 골링 위험을 증가시키고 취출 속도를 느리게 만들어 전반적인 생산 효율성에 영향을 미치고 단위 비용을 높입니다.
최종 표면 마감 요구 사항은 구배 계산에 큰 영향을 미칩니다. 질감이 있거나 광택이 나거나 칠해진 표면은 배출 중에 끌림, 긁힘 또는 손상을 방지하기 위해 증가된 구배 각도가 필요합니다. 표준 엔지니어링 규칙은 텍스처 깊이가 0.02mm마다 1°의 구배를 추가합니다. 적절한 구배로 텍스처 깊이를 수용하지 못하면 부품이 다이 벽에서 텍스처를 잘라내게 됩니다. 이로 인해 부품 마감과 툴링이 모두 손상됩니다.
기능적 요구 사항에 따라 구배가 없는 표면이 필요한 경우 엔지니어는 이동 슬라이드 코어를 활용하거나 2차 가공을 계획해야 합니다. 슬라이드 코어는 메인 다이가 열리기 전에 부품에서 당겨져 제로 드래프트 측면 동작이 가능합니다. 이는 금형 베이스에 상당한 복잡성을 추가하고 유지 관리 요구 사항을 증가시키며 슬라이드가 주 캐비티와 만나는 곳에 플래시 라인이 발생합니다. 보조 CNC 가공은 완벽한 원통형의 제로 드래프트 구멍을 제공하지만 추가 처리 및 사이클 시간이 발생합니다. 표준 초안을 적용할 수 없는 경우 이러한 옵션을 보조 솔루션으로 처리하십시오.
구조적 무결성을 달성하기 위해 전체 벽 두께를 늘리는 대신 엔지니어는 리브와 필렛을 활용해야 합니다. 이 접근 방식은 추가된 질량, 연장된 냉각 시간 및 수축 다공성으로 인한 심각한 불이익 없이 강성을 높이고 재료 흐름을 개선합니다.
리브는 외관상 및 구조적 결함을 방지하기 위해 지지하는 벽에 대해 올바른 비율을 유지해야 합니다.
리브 피쳐 |
디자인 가이드라인 |
제조에 미치는 영향 |
|---|---|---|
리브 두께 |
인접한 벽 두께의 50% ~ 70% |
반대쪽 화장품 표면의 국부적인 질량 집중 및 싱크 마크를 방지합니다. |
리브 높이 |
인접한 벽 두께의 최대 3~4배 |
다이 캐비티의 깊은 뿌리에서 충전 문제와 급격한 열 피로를 방지합니다. |
리브 드래프트 |
측면당 최소 1.5° |
부러짐 없이 다이 강철의 깊고 좁은 채널에서 깔끔하게 분리되도록 보장합니다. |
날카로운 내부 모서리는 구조적 결함, 응력 집중 및 난류 재료 흐름의 주요 원인으로 작용합니다. 용융 금속은 날카로운 90도 회전을 효율적으로 진행하지 않습니다. 속도를 유지하고 공기 포집을 방지하려면 부드러운 전환이 필요합니다. 내부 반경은 벽 두께의 1배 이상이어야 하며, 외부 반경은 벽 두께의 1.5~2배 이상이어야 합니다. 넉넉한 필렛은 기계적 응력을 더 넓은 영역에 분산시켜 하중이 가해질 때 조기 균열을 방지합니다.
갈비뼈가 벽과 만나는 관절 교차점을 평가하는 것은 국부적인 질량 축적을 방지하는 데 중요합니다. 엔지니어는 내접원 방법을 사용하여 이러한 접합부를 분석합니다. 교차점의 단면 내에서 가능한 가장 큰 원을 그려서 열 질량을 시각화할 수 있습니다. 접합부의 내접원이 표준 벽의 내접원보다 상당히 큰 경우 이는 수축 다공성이 발생하기 쉬운 핫스팟을 나타냅니다. 리브 두께와 필렛 반경을 조정하면 이러한 질량 집중이 줄어듭니다.
리브를 효과적으로 활용하면 전체 부품 무게와 재료 소비가 줄어듭니다. 도구의 복잡성과 균형을 맞춰야 합니다. 복잡한 리브 네트워크에는 깊고 좁은 채널을 다이강에 굽기 위해 광범위한 EDM(방전 가공) 밀링이 필요합니다. 엔지니어는 가능한 가장 단순한 툴링 형상으로 최대의 구조적 이점을 제공하기 위해 리브 배치를 최적화해야 합니다.
보스는 조립을 위한 장착 지점 및 스탠드오프 역할을 합니다. 본질적으로 재료 두께의 국부적인 증가가 필요하기 때문에 엄격한 DFM 규칙에 따라 설계하지 않으면 수축 및 다공성에 매우 취약합니다.
적절한 보스 설계는 열 질량을 최소화하면서 구조적 지지를 통합합니다.
보스 벽 두께: 보스 자체의 벽 두께를 인접한 주 벽 두께의 1x~1.2x로 제한합니다. 지나치게 두꺼운 보스 벽은 후속 태핑 작업 중에 노출되는 내부 보이드를 보장합니다.
구배 요구 사항: 보스 내 코어 구멍의 내부 구배가 중요합니다. 구멍의 깊이에 따라 내부 구배는 일반적으로 1.0°~3.0° 범위로 코어 핀이 구부러지거나 마모되지 않고 추출될 수 있습니다.
구조적 지지: 독립형 보스는 기계적 안정성이 부족하고 금속 흐름을 방해합니다. 연결 리브, 거싯 또는 브래킷을 사용하여 보스를 인접한 측벽에 묶습니다. 이는 구조적 강성을 제공하고 사출 중에 용융 금속을 보스에 공급하는 데 도움이 되는 러너 경로를 생성합니다.
엔지니어는 코어 핀을 사용하여 부품에 직접 구멍을 뚫을 것인지, 아니면 주조 후에 구멍을 뚫고 태핑할 것인지 결정해야 합니다.
구멍을 주조하면 사이클 시간이 직접 단축되고, 2차 작업이 제거되며, 재료 사용량이 최소화됩니다. 코어 핀은 엄청난 열충격과 기계적 마모를 받기 쉬우므로 자주 교체해야 합니다. 알루미늄의 경우 3mm 미만의 매우 작은 구멍을 주조하는 것은 일반적으로 얇은 코어 핀이 사출 압력으로 인해 쉽게 휘거나 부러지기 때문에 피합니다.
주조 후 구멍을 뚫으면 사이클 시간이 늘어나고 추가 고정 장치가 필요합니다. 이는 엄격한 공차, 완벽하게 원통형의 제로 드래프트 표면을 제공하며 주조 사이클 중에 코어 핀이 파손될 위험을 제거합니다.
대형 보스를 피할 수 없는 경우 엔지니어는 무거운 섹션 아래 또는 주변에 코어아웃을 활용해야 합니다. 대형 보스의 중앙이나 베이스에서 비기능성 재료를 제거함으로써 디자인 전체에 걸쳐 균일한 벽 두께를 유지합니다. 이는 국부적인 핫스팟을 제거하고 인접한 표면의 싱크 마크를 방지하며 내하중 스레드에 적합한 조밀하고 다공성이 없는 구조를 보장합니다.
부품은 해당 부품을 제조하는 도구와 분리되어 존재할 수 없습니다. 구성 요소가 다이 반쪽, 게이팅 시스템 및 배출 메커니즘과 어떻게 인터페이스하는지 이해하는 것은 외관 및 기능적 요구 사항을 달성하는 데 필수적입니다.
분할선은 다이의 두 반쪽이 만나는 정확한 둘레입니다. 해당 위치에 따라 구배 방향, 플래시 형성 및 최종 구성요소의 외관이 결정됩니다. 엔지니어는 간단한 배출이 가능하도록 부품의 가장 큰 단면적에 분할선을 배치해야 합니다. 평평한 표면이 아닌 날카로운 모서리를 따라 파팅라인을 배치하면 화장면을 손상시키지 않고 플래시를 깔끔하게 다듬기가 더 쉽습니다.
게이팅 시스템은 용융 금속이 캐비티로 들어가는 통로 역할을 합니다. 오버플로는 갇힌 공기와 차가운 금속의 첫 번째 전면을 잡기 위해 설계된 외부 포켓입니다. 설계자는 게이트와 오버플로가 부착된 후 트림될 수 있는 부품 주변을 따라 접근 가능한 영역을 제공하여 이러한 기능을 수용해야 합니다. 평평한 탭을 추가하거나 비외관적인 가장자리를 확장하는 등의 설계를 통해 부품의 기능적 기하학적 구조를 손상시키지 않고 트림 다이를 통해 게이트를 깔끔하게 제거할 수 있습니다.
이젝터 핀은 응고된 부품을 다이 코어에서 밀어내는 강철 막대입니다. 이러한 핀은 부품 표면에 증인 표시로 알려진 피할 수 없는 둥근 자국을 남깁니다. 엔지니어는 이러한 핀을 수용할 수 있도록 비외관적인 내부 표면에 평평한 착지 영역을 설계해야 합니다. 기울어진 표면에 이젝터 핀을 배치하면 핀이 미끄러지거나 구부러질 수 있습니다. 얇은 벽에 놓으면 재료에 구멍이 날 위험이 있습니다. 적절한 배치를 통해 부품 기능이나 외부 미관을 손상시키지 않으면서 배출 중에 기계적 힘이 고르게 분산됩니다.
복잡한 제조 프로젝트의 성공은 선택한 주조소의 기술 역량에 크게 좌우됩니다. 초기 견적에만 기초하여 파트너를 선택하면 설계 결함이 해결되지 않고 생산 불량률이 높아지는 경우가 많습니다.
업계는 거래 파운드리와 컨설팅 제조 파트너로 구분됩니다. 거래 주조소에서는 고유한 설계 결함에 관계없이 강철 및 주조 부품을 도면대로 정확하게 절단합니다. 이로 인해 필연적으로 거부율이 높아지고 도구 수정이 반복됩니다. 컨설팅 파트너는 사전에 심층적인 DFM 분석을 수행합니다. 그들은 강철을 절단하기 전에 제조 가능성을 보장하기 위해 설계에 도전하고 기하학적 최적화를 제안합니다.
자격을 갖춘 파트너는 고급 엔지니어링 소프트웨어를 활용하여 설계를 검증합니다.
금형 흐름 시뮬레이션: MAGMAsoft 또는 ProCAST와 같은 도구는 용융 금속 주입을 시뮬레이션하여 공기 포착, 냉간 용접 및 수축 영역을 식별합니다. 이를 통해 엔지니어는 게이트와 벽 두께를 가상으로 조정할 수 있습니다.
열 분석: 다이 냉각 주기를 시뮬레이션하면 내부 냉각수 라인 배치를 최적화하는 데 도움이 됩니다. 이는 균일한 냉각을 보장하고 과열점을 방지하며 전체 사이클 시간을 최소화합니다.
투명한 DFM 보고: 유능한 파트너는 문제가 있는 영역을 강조하고 특정 벽, 초안 및 반경 최적화를 제안하는 명확하고 상세한 3D 마크업 보고서를 제공합니다.
최종적으로 최적화된 설계에 대한 파트너의 확신은 툴링 수명 보장으로 직접적으로 이어집니다. 엄격한 DFM을 시행하는 주조소는 일반적으로 H13 공구강 다이에 대해 100,000회 이상의 샷을 보장합니다. 엄격한 초도품 검사(FAI)를 통해 초기 생산 실행을 검증하고 치수 정확도를 위한 좌표 측정기(CMM)를 활용하며 X선 테스트를 통해 내부 기공이 없는지 확인합니다.
효과적인 다이캐스팅 설계는 부품 형상을 금속 흐름, 응고, 툴링 및 배출 요구 사항에 맞게 조정하는 것부터 시작됩니다. 균일한 벽 두께는 다공성과 뒤틀림을 줄이는 데 도움이 되며 점진적인 전환은 국부적인 열 응력을 방지합니다. 적절한 구배 각도는 깔끔한 배출과 긴 다이 수명을 지원하며, 적절한 비율의 리브, 필렛 및 보스는 과도한 재료 축적을 생성하지 않고 강성을 향상시킵니다.
분할선, 게이트, 오버플로, 이젝터 핀 및 코어 구멍도 툴링이 시작된 후가 아닌 초기 CAD 단계에서 고려해야 합니다. 금형 흐름 및 열 시뮬레이션을 통해 지원되는 초기 DFM 검토를 통해 강철을 절단하기 전에 충진 문제, 핫스팟 및 불필요한 2차 작업을 식별할 수 있습니다.
가장 제조 가능한 디자인은 단순히 가장 가볍거나 가장 복잡한 형상이 아닙니다. 안정적인 생산, 일관된 품질, 더 짧은 주기 시간 및 제어된 툴링 비용을 지원하는 동시에 기능적 요구 사항을 충족하는 균형 잡힌 구성 요소입니다.
A: 알루미늄의 표준 최소 벽 두께는 일반적으로 1.5mm입니다. 특수한 고압 공정과 진공 지원을 통해 벽을 1.0mm까지 더 얇게 만들 수 있습니다. 이를 위해서는 탁월한 공정 제어가 필요하고, 콜드 셧의 위험이 증가하며, 다이강의 열 피로 및 마모가 가속화됩니다.
답변: 용융 금속이 응고되면서 열 수축을 겪고 내부 다이 코어 주변을 단단히 수축시키기 때문에 구배 각도가 필요합니다. 드래프트는 부품과 도구 사이의 기계적 마찰을 완화하는 약간의 테이퍼를 제공하여 부품을 긁거나 끌거나 왜곡하지 않고 깔끔하게 배출할 수 있도록 합니다.
A: 균일한 냉각을 보장하기 위해 균일한 벽 두께를 유지함으로써 다공성을 방지합니다. 엔지니어들은 국지적인 열 질량을 제거하기 위해 무거운 보스 아래의 코어아웃을 활용합니다. 적절한 환기, 최적화된 오버플로 설계 및 진공 보조 주조 시스템은 금속이 얼기 전에 캐비티에 갇힌 공기를 배출하는 데 도움이 됩니다.
A: 예, 툴링에 통합된 이동식 슬라이드 코어와 기계적 측면 동작을 사용하여 언더컷을 주조할 수 있습니다. 이러한 메커니즘은 금형의 복잡성과 초기 비용을 크게 증가시키고 더 자주 유지 관리가 필요하며 주조 공정의 전체 주기 시간을 연장시키는 경우가 많습니다.
A: 선형 치수에 대한 기본 NADCA 표준 공차는 일반적으로 처음 25mm에 대해 ±0.25mm에서 시작하고 이후 25mm마다 ±0.025mm가 추가됩니다. 평탄도 및 동심도 공차는 부품 형상, 벽 균일성 및 냉각 중 특정 합금의 수축 특성에 따라 크게 달라집니다.
