다이캐스팅 – 정의, 프로세스, 유형 및 이점

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다이캐스팅은 다이캐스팅 합금으로 고정밀 금속 부품을 제작하기 위해 업계 전반에서 사용되는 주조 공정입니다. 이 문서에서는 이 프로세스의 작동 방식, 다양한 유형 및 경쟁 프로세스에 비해 제공하는 이점을 이해하기 위해 이 프로세스를 살펴봅니다.

다이캐스팅이란?

다이캐스팅은 금속 금형을 사용하여 금속 부품을 만드는 금속 주조 공정입니다. 용융 금속을 금속 금형에 붓거나 주입하여 굳히게 합니다. 응고되면 부품을 금형에서 꺼내 최소한의 마무리 작업을 거친 후 사용할 수 있습니다.

다이캐스팅 공정은 주로 알루미늄, 마그네슘, 아연 및 그 합금과 같은 비철금속을 주조하는 데 사용되지만 융점이 비슷한 다른 금속에도 사용할 수 있습니다.

다이캐스팅은 사출 성형과 본질적으로 동일하지만 주요 차이점은 용융 금속과 용융 플라스틱이라는 사용 재료에 있습니다. 또한 다이캐스팅은 금속의 특성으로 인해 더 높은 온도와 압력이 필요하며 금형은 일반적으로 이러한 조건을 견딜 수 있도록 고강도 강철로 제작되는 반면, 사출 성형은 플라스틱 가공 시 더 낮은 온도와 압력으로 인해 다양한 재료로 제작된 금형을 사용할 수 있습니다.

다이캐스팅의 응용 분야

다이캐스팅은 다양한 산업 분야에서 다음과 같은 부품을 생산하는 데 널리 사용됩니다:

• 자동차 부품(엔진 블록, 변속기 케이스, 휠 림)
• 가전제품(노트북, 스마트폰 및 카메라 하우징)
• 가전제품(손잡이, 브래킷, 방열판)
• 항공우주 부품(항공기 부품 및 부속품)
• 산업 장비(펌프, 밸브 본체 및 인클로저)

다이캐스팅 공정

다이캐스팅 공정은 사용되는 금속, 용도 및 공정에 따라 다른 메커니즘을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 용융 금속은 중력을 통해 부어지거나 고압으로 다이에 주입될 수 있습니다.

다음과 같은 일반적인 다이 캐스팅 공정을 살펴보겠습니다. 6가지 주요 단계:

1. 금형 생성
2. 금형 준비
3. 금속 사출
4. 냉각
5. 주조 제거
6. 마무리 작업

1. 금형 생성

다이캐스팅에서 금형은 제품과 동일한 모양의 내부 캐비티를 가진 금속 다이입니다. 요즘에는 CAD/CAM 및 CFD(전산 유체 역학) 소프트웨어가 금형 설계에 사용됩니다. 이러한 프로그램은 내부 마찰, 온도 분포, 유량, 열 방출률, 윤활 효율 등 금형에 대한 아주 작은 세부 사항까지 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다.

시뮬레이션이 성공적으로 완료되면 엔지니어는 공차 및 톤수 등의 도면과 사양을 전문 금형 제작자와 공유합니다. 이 전문 툴 제작자는 CNC 가공을 통해 금형을 제작하고 최종 제품이 사양을 충족하는지 확인하기 위해 시험을 진행합니다. 산업용 금형에는 캐비티 외에도 금속 흐름을 위한 채널, 냉각 시스템 및 이젝터 핀이 포함되어 있습니다.

이것은 다이 캐스팅에서 중요한 단계 중 하나입니다. A 고품질 금형은 다운스트림에서 많은 문제를 제거할 수 있습니다.표면 결함, 재료 낭비, 수축, 뒤틀림 및 불완전한 충전과 같은 많은 문제를 해결할 수 있습니다.

2. 금형 준비

금형 준비 단계에는 고품질 주물 생산에 가장 유리한 방식으로 금형을 설정하는 작업이 포함됩니다.

금형은 사출 시스템에 연결된 고정식 금형 반쪽과 주물을 제거하기 위해 분리되는 탈착식 금형 반쪽의 두 부분으로 구성됩니다.

엔지니어는 금형을 세척하고 가열한 후 용융 금속을 붓습니다. 또한 금형 내부 표면에 윤활제나 내화물을 분사합니다. 물론 이러한 프로세스도 자동화할 수 있습니다.

윤활제는 내부 마찰을 줄이고 금형의 온도를 유지하는 데 도움을 주는 등 다양한 기능을 합니다, 조기 응고 방지 금형에서 용융 금속의 조기 응고를 방지하고, 금속이 응고된 후 금형에서 주물을 쉽게 제거할 수 있습니다.

마지막으로 금형 반쪽을 닫고 금속을 붓기 전에 고압을 사용하여 함께 고정합니다.

3. 금속 주입

이 단계에서는 용융 금속이 다이를 균일하게 채웁니다. 이 작업은 두 가지 방법으로 수행할 수 있습니다. 한 가지 방법은 중력 다이 캐스팅중력의 힘을 이용하여 금형의 모든 내부 공간을 채우는 주조 방식입니다. 이 공정은 국자에서 용융 금속을 금형 캐비티로 이어지는 아래쪽 스프 루에 붓는 과정을 포함합니다.

두 번째 방법은 고압 다이 캐스팅고압 다이캐스팅은 용융 금속을 고압으로 주입하여 금형을 채우는 방식입니다. 압력은 100바(1,400psi)에서 1800바(26,000psi)까지 다양합니다. 이 방법은 중력 다이캐스팅에 비해 금형을 더 빠르고 더 잘 채울 수 있고, 벽이 얇은 복잡한 구조를 만들 수 있으며, 높은 치수 안정성, 더 매끄러운 표면 마감, 다운스트림 마감 작업 최소화 등 여러 가지 이점을 제공합니다.

4. 냉각

용융 금속이 금형을 완전히 채우면 냉각 단계가 시작됩니다. 최종 제품에서 원하는 미세 구조를 얻으려면 균일하고 제어된 냉각 속도를 보장하는 것이 중요합니다.

용융 금속은 표면 또는 내부 결함이 부품에 형성되는 것을 방지하기 위해 충분한 시간을 두고 냉각해야 합니다.

5. 주조 제거

캐스트가 세팅되면 캐스트를 쉽게 제거할 수 있도록 금형 반쪽을 고정 해제합니다. 이 작업은 이젝터 핀을 사용하여 수동 또는 자동으로 수행할 수 있습니다. 이젝터 핀은 몰드에 내장되어 있어 몰드 반쪽이 분리될 때 안전하고 자동으로 캐스트를 분리합니다.

6. 마무리 작업

마감 작업은 주물에서 스프 루, 러너 및 기타 게이팅 시스템 구성 요소를 제거하기 위해 필요합니다. 그런 다음 이러한 구성 요소는 용광로에서 재사용을 위해 다시 녹입니다.

주물을 고객에게 인도하기 전에 표면 연삭 및 기계 가공과 같은 마감 작업이 필요할 수도 있습니다.

다이 캐스팅의 유형

다이캐스팅 공정은 공정의 사양과 최종 부품에 따라 다양한 조건에서 수행될 수 있습니다.

다이캐스팅의 여러 전문 공정 중에서 자세히 살펴볼 만한 두 가지 공정은 핫 챔버 다이캐스팅과 콜드 챔버 다이캐스팅 공정입니다. 더 나은 이해를 위해 이 두 가지 공정을 살펴 보겠습니다.

핫 챔버 다이캐스팅

핫 챔버 다이캐스팅 공정에서 핫 챔버는 주조기 내부의 용광로를 말합니다. 퍼니스는 “구즈넥”으로 알려진 공급 시스템을 통해 다이 캐비티에 연결됩니다. 이 공정은 주조기 자체 내에서 금속이 녹기 때문에 약 20분의 빠른 사이클 타임을 제공하므로 대량 생산의 경쟁자.

하지만 핫챔버는 그렇지 않습니다, 은 매우 높은 온도에 도달할 수 없습니다.. 따라서 이 공정은 납 합금, 아연 합금 및 마그네슘 합금과 같은 저융점 금속에 가장 적합합니다. 금속이 녹으면 플런저에 의해 구즈넥을 통해 다이로 강제 주입됩니다.

다이의 금속이 굳으면 플런저가 물러납니다. 금형이 열리고 주물이 제거됩니다. 그런 다음 금형이 다시 닫히고 플런저가 뜨거운 금속을 다이 캐비티로 옮기고 이 과정을 반복합니다.

핫 챔버 다이 캐스팅 공정은 다음과 같은 이유로 인기가 있습니다. 속도, 정확성 및 일관성. 또한 다이 수명이 길어지고 내식성이 향상되었습니다.

콜드 챔버 다이 캐스팅

콜드 챔버 다이캐스팅 공정은 주조기에서 금속이 녹지 않는다는 점을 제외하면 핫 챔버 공정과 유사합니다.

금속은 외부 고온 용광로에서 녹은 후 래들을 통해 콜드 챔버 다이캐스팅 기계로 옮겨집니다. 콜드 챔버 기계에서는 유압 피스톤이 주조를 위해 금속을 금속 다이에 밀어 넣습니다.

이 과정은 다음과 같습니다. 녹는점이 높은 금속에 적합 구리, 마그네슘, 알루미늄 및 그 합금과 같이 녹는점이 높은 금속에 적합합니다. 마그네슘 합금은 약 360°C(680°F)에서 녹기 시작하여 최대 650°C(1200°F)까지 녹습니다. 따라서 일부 마그네슘 합금은 핫 챔버 다이캐스팅으로 주조할 수 있고, 다른 마그네슘 합금은 콜드 챔버 다이캐스팅으로 주조할 수 있습니다.

녹는점이 높은 금속은 녹는점이 낮은 금속에 비해 강도, 내구성 및 경도가 더 높습니다. 따라서 콜드 챔버 다이캐스팅은 까다로운 애플리케이션을 위한 더 나은 선택.

다이 캐스팅의 장점

다이캐스팅 공정은 수많은 고유한 장점을 가진 현대적인 주조 방법입니다. 수세기 동안 사용되어 왔지만 최근 수십 년 동안 인기를 얻고 있습니다. 다이캐스팅의 장점을 살펴보고 오늘날 주조 업계에서 다이캐스팅이 선호되는 이유를 이해해 보겠습니다:

복잡한 형상도 손쉽게

다이캐스팅 산업은 이 공정을 통해 매우 복잡한 형상을 만들 수 있습니다. 다이캐스팅은 좁은 공차를 유지하면서 고품질 부품을 빠른 속도로 일관되게 생산할 수 있는 몇 안 되는 공정 중 하나입니다. 높은 압력이 가해지기 때문에 용융 금속을 가장 얇은 채널에 매우 안정적으로 밀어 넣을 수 있습니다.

대량 생산의 달인

빠른 사이클 시간, 높은 자동화 가능성, 높은 재료 효율, 저융점 금속 사용으로 대량 생산에 매우 효과적입니다. 업계에서는 대부분의 연속 생산 애플리케이션에서 이 공정을 사용합니다.

21세기를 위한 제작

다이캐스팅 공정은 모든 최신 기술을 완벽하게 통합할 수 있습니다. 자동화 및 3D 프린팅 및 시뮬레이션, CAM 및 CAD 소프트웨어와 같은 기타 지원 기술과의 호환성이 높습니다.

최고의 저비용 운영

생산량이 증가함에 따라 부품당 비용이 크게 감소합니다. 금형 제작 및 자동화 통합에 대한 초기 투자 비용은 모래 주조와 같은 다른 공정에 비해 높을 수 있지만, 다양한 유형의 주조 공정 중 운영 비용이 가장 낮아 이를 충분히 보상할 수 있습니다.

버터처럼 부드러운 마감

다이캐스팅은 주조 공정 중 최고의 표면 마감을 제공하는 것으로 유명합니다. 대부분의 경우 마감 작업이 필요하지 않을 수도 있으며, 게이팅 시스템 구성 요소에서 여분의 재료를 잘라낸 후 제품을 사용할 수 있습니다.

연삭, 기계 가공 및 분말 코팅과 같은 추가 마감 작업은 고품질 광택 또는 특정 질감이 필요한 경우에만 필요합니다.

다이 캐스팅의 한계

제조 공정의 한계와 단점을 인식하는 것도 마찬가지로 중요합니다. 다이캐스팅의 한계는 다음과 같습니다:

높은 초기 투자 비용

다이캐스팅 공정은 다른 공정에 비해 초기 투자 비용이 상당히 높습니다. 다이캐스팅의 이러한 측면은 생산할 부품 수가 적은 제조업체의 관심을 끌지 못할 수 있습니다. 다이캐스팅의 경제적 이점은 대량 생산에 있습니다. 프로토타입이나 소량의 제품을 제조하는 데는 적합하지 않습니다.

난기류가 문제가 될 수 있습니다.

용융 금속을 고압으로 주입하면 난류가 발생하여 다공성과 같은 결함이 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 현재 대부분의 파운드리에서는 금형 설계 시 유동 시뮬레이션을 사용합니다. 금형 설계 및 주조 공정 파라미터를 최적화하면 대부분의 경우 난류를 최소화할 수 있습니다.

예를 들어, 난류와 기포 형성을 최소화하기 위해 초기에 느린 초기 속도로 금속을 금형에 밀어 넣습니다.

크기 및 무게 제한

다이캐스팅은 다음에 가장 적합합니다. 중소형 애플리케이션. 다이캐스트 부품의 무게에는 실질적인 제한이 있는데, 주조품이 클수록 당연히 더 큰 금형과 관련 장비가 필요하기 때문입니다. 클램핑력 및 방열 용량과 같은 공정 파라미터는 특정 한도를 초과할 수 없습니다.

주물의 크기가 커질수록 공정 비용도 더 큰 비율로 증가하여 변곡점을 넘어서면 공정이 불가능해집니다.

요약하자면

다이캐스팅 공정은 가장 섬세하고 복잡한 형상을 손쉽게 제작할 수 있는 현대의 경이로움입니다. 속도, 정확성, 일관성 및 표면 마감 면에서 모래 주조 및 인베스트먼트 주조와 같은 다른 주조 공정을 능가합니다. 특히 알루미늄 다이캐스팅은 자동차 본연의 강도를 유지하면서 더 가벼운 차량을 만들기 위해 제조에 널리 활용되고 있습니다.

하지만 높은 초기 비용과 크기 및 무게의 제한 등 다이캐스팅의 단점으로 인해 일부 응용 분야에만 제한적으로 사용되었습니다. 그럼에도 불구하고 시뮬레이션과 자동화의 발전으로 다이캐스팅의 기능이 향상되어 궁극적으로 현대 제조 분야에서 그 범위가 확대되고 있습니다.

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