다이캐스팅 공정 및 생산방법

1..다이캐스팅이란

다이캐스팅은 용융 금속을 금형에 강제로 넣는 고압 금속 주조 공정입니다. 고품질 마감 처리로 치수가 정확한 정밀 금속 부품을 생산하며  세밀한 부품을 생산할 수 있어 제품의 대량 생산에 적합합니다. 다이캐스팅은 아연, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 납, 백랍 및 주석과 같은 비철금속으로 만들어집니다.

 

 

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다이캐스팅의 두 가지 방법은 고온 또는 저온 챔버이며 사용되는 공정은 금속 및 부품의 유형에 따라 다릅니다. 콜드 챔버 방법은 알루미늄, 황동 또는 구리 합금과 같이 융점이 높은 금속에 사용되며 핫 챔버 다이캐스팅은 아연, 납 및 마그네슘 합금과 같이 가열해도 용해되지 않는 금속으로 제한됩니다.

 

다이캐스팅 공정은 효율적이고 경제적이며 다양한 모양과 구성 요소를 제공하고 생산된 부품은 수명이 길고 시각적으로 매력적으로 생산할 수 있어 설계자에게 상당한 이점과 이점을 제공합니다.

 

다이캐스팅의 빠른 속도는 생산 후 가공이 필요하지 않은 정밀 공차로 복잡한 모양을 생성합니다. 추가 툴링이나 성형이 필요하지 않습니다. 최종 부품은 높은 인장 강도로 내열성이 있습니다.

 

기능과 크기에 따라 +/-.002"의 공차는 아연에서 +/-.0005"의 공차로 알루미늄으로 유지될 수 있습니다.

 

 

 

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다이캐스팅과 단조의 차이점

다이캐스팅과 단조는 눈에 띄는 차이점이 있는 두 가지 별개의 금속 성형 공정입니다.

다이캐스팅은 용융 금속을 고압의 금형 캐비티에 강제로 밀어 넣는 것을 포함하므로 뛰어난 치수 정확도로 복잡하고 세밀한 모양을 만들 수 있습니다. 이 공정은 표면 마감이 매끄럽고 벽이 얇은 복잡하고 얇은 부품을 생산하는 데 이상적이므로 자동차 부품 및 소비자 가전과 같은 응용 분야에 적합합니다.

 

단조는 고온에서 망치질이나 압착을 통해 압축력을 가하여 금속을 성형하는 것을 포함합니다. 이 방법은 재료의 강도와 입자 구조를 향상시켜 중장비, 항공 우주 및 건설 장비에 자주 사용되는 견고하고 내구성 있는 부품을 생산합니다. 다이캐스팅은 정밀도와 복잡성을 제공하지만 단조는 강도와 구조적 무결성이 뛰어납니다.

 

2.  다이캐스팅에 사용되는 금속의 종류

다이캐스트에 사용되는 금속의 유형은 최종 용도에 따라 다릅니다. 알루미늄은 가볍고 내식성이 뛰어나 자동차 및 트럭 부품에 사용되며 의료 기기는 스테인리스 스틸로 만들어집니다.

 

주조용 금속은 용융 공정 중과 후에 특성과 특성을 유지할 수 있어야 합니다.

유형은 다음과 같습니다.

• 알루미늄
• 아연
• 놋쇠
• 청동
• 주석
• 납
• 마그네슘
• 실리콘 톰박
• 스테인리스
• 탄소강

 

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각 금속 유형에 대한 자세한 내용은 다음과 같습니다.

아연, 청동, 알루미늄의 장점과 단점

아연

장점

 

아연은 거의 모든 것을 매우 잘 수행하기 때문에 가장 훌륭하고 종종 간과되는 다이캐스팅 합금 중 하나입니다. 알루미늄보다 무게가 2.3배 더 나가는데, 이는 무게와 재료 비용을 기준으로 더 큰 다이캐스팅에 아연 대신 알루미늄이 사용된다는 것을 의미합니다.

 

아연은 주조하기 가장 쉬운 금속입니다. 연성이 높고 충격 강도가 높으며 쉽게 도금할 수 있습니다. 아연의 강도는 합금 금속에서 비롯됩니다. 아연으로 주조된 부품은 공차가 매우 가깝습니다. 아연 합금 부품은 주조 알루미늄, 플라스틱 및 회주철보다 내충격성이 높습니다.

 

ZAMAC 합금을 사용한 탁월한 주조 유동성은 .025인치 또는 .65mm 두께의 얇은 벽 주조성을 제공하여 더 작고 가벼우며 저렴한 부품을 만듭니다.

 

아연의 낮은 주조 온도는 열 충격을 최소화하여 다이캐스팅 공구의 수명을 알루미늄 다이의 10배 이상 연장합니다.

아연 합금은 알루미늄 및 마그네슘 합금 및 엔지니어링 플라스틱보다 탄성이 큰 탄성 계수로 단단합니다. 이것은 강도와 결합되어 주물의 양을 줄여 공간과 무게를 절약합니다.

부품 설계에서 부싱 및 마모 인서트는 아연의 베어링 특성으로 인해 제거될 수 있으며, 중장비 산업 응용 분야에서 청동을 능가합니다.

 

 

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단점

 

아연은 알루미늄 및 마그네슘과 같은 다이캐스팅에 사용되는 다른 금속에 비해 약 419°C(786°F)로 상대적으로 녹는점이 낮습니다. 이러한 제한은 고온 응용 분야에서 아연 다이캐스팅의 사용을 제한할 수 있습니다.

 

아연 다이캐스팅은 우수한 표면 마감을 달성할 수 있지만 알루미늄이나 스테인리스강과 같은 다른 재료만큼 부식에 강하지 않을 수 있습니다. 내식성을 향상시키기 위해 적절한 후처리 및 코팅이 필요할 수 있습니다.

 

알루미늄

 

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장점

 

알루미늄은 경량 소재로 자동차 및 항공 우주 산업과 같이 중량 감소가 중요한 응용 분야에 이상적입니다. 밀도가 낮아 연료 효율과 성능을 개선하는 데 도움이 됩니다.

가벼운 특성에도 불구하고 알루미늄은 높은 강도 대 중량 비율을 제공합니다. 구성 요소의 전체 무게를 낮게 유지하면서 우수한 구조적 무결성을 제공합니다.

알루미늄은 열전도율이 우수하여 전자 인클로저 및 방열판과 같이 방열이 중요한 응용 분야에 적합합니다.

 

단점

 

알루미늄은 주조 후 냉각될 때 수축률이 상대적으로 높습니다. 이로 인해 완성된 부품의 치수가 부정확해질 수 있으며, 엄격한 공차 요구 사항을 충족하기 위해 추가 가공 또는 후처리가 필요할 수 있습니다.

 

알루미늄 합금은 아연이나 마그네슘과 같은 다른 재료보다 더 부서지기 쉬울 수 있습니다. 이러한 취성은 무거운 하중이나 충격으로 인한 균열 또는 파손과 같은 문제를 일으킬 수 있으므로 알루미늄 다이캐스팅은 높은 내구성이 필요한 응용 분야에 적합하지 않습니다.

 

놋쇠

 

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장점

 

황동은 자연적으로 부식에 강하므로 습기나 열악한 환경 조건에 노출될 수 있는 구성 요소에 선호되는 선택입니다. 녹과 변색에 강하여 다이캐스트 부품의 수명을 연장할 수 있습니다.

황동은 또한 열전도율이 높아 열을 효율적으로 발산해야 하는 구성 요소에 유리할 수 있습니다. 이는 전기 및 전자 응용 분야에서 특히 유용합니다.

 

단점

 

황동의 용융은 복잡하고 복잡한 과정일 수 있습니다. 다이캐스팅은 지속적으로 모니터링되어야 하며 노동 집약적이어야 하며 윤활제를 잘못 삽입하면 주물을 태울 수 있습니다. 스케일링은 다공성(작은 공극 또는 구멍) 및 다이 결함뿐만 아니라 일반적입니다.

 

황동은 다른 다이캐스팅 재료에 비해 융점이 낮아 고온 응용 분야에 대한 적합성을 제한할 수 있습니다. 이로 인해 극도의 열에서 부품이 변형되거나 파손될 수 있습니다.

 

 

 

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3. 다이캐스팅 챔버

다이캐스팅의 핫 챔버 다이캐스팅은 주조기에서 금속을 가열하는 반면 차가운 챔버는 용광로에서 금속을 가열하고 용융 금속을 주조기로 옮긴다는 것입니다. 이 공정은 정밀 공차, 내열성 및 높은 인장 강도를 가진 복잡한 형상을 생산하며 추가 툴링 및 성형이 거의 필요하지 않습니다.

 

핫 챔버

핫 챔버 다이캐스팅은 용융 온도가 낮은 합금을 사용하며 다이는 움직일 수 있고 고정되는 두 부분으로 나뉩니다. 고정 절반은 덮개가 있는 다이이며 용융 금속을 삽입하기 위해 챔버에 연결되는 구즈넥과 정렬된 고정 플래튼에 장착됩니다. 움직일 수 있는 거푸집은 이젝터 거푸집입니다.

 

용융 금속은 용융 금속이 홀딩 포트로 들어가는 연소 영역 또는 용광로에 연결된 개방형 홀딩 포트에 보관됩니다. 플런저를 사용하면 용융 금속을 구즈넥 위로 금형으로 밀어 넣고 위쪽 위치에서 용융 금속은 샷 챔버로 흐릅니다. 금속이 존재하면 플런저가 아래로 이동하여 용융 금속을 구즈넥 위로 다이로 밀어 넣습니다.

 

 

 

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금형의 두 반쪽은 금형을 닫기 위해 큰 압력을 받아 함께 강제됩니다. 플런저는 다이의 용융 금속이 냉각될 때까지 아래로 유지됩니다. 응고 후 배출 시스템은 두 개의 다이 반쪽에서 주물을 밀어냅니다.

 

콜드 챔버

콜드 챔버는 용융 금속이 도입될 때의 챔버의 온도를 나타냅니다. 고온 챔버 주조를 사용하면 주조 공정을 시작하기 전에 챔버를 용융 금속으로 채웁니다. 콜드 챔버 공정에서 챔버는 용융 금속을 붓기 전에 실온에 있습니다.

 

고융 온도 금속 합금은 냉간 챔버 다이캐스팅에 사용됩니다. 용융 금속은 별도의 용광로에서 가열되고 용융 금속을 다이로 밀어 넣기 위한 램을 둘러싸는 샷 챔버로 주입 구멍을 통해 국자 또는 부어집니다. 거푸집의 부속은 움직일 수 있는 단면도와 조정 단면도에 동일하. 냉간 챔버 방법은 용융 금속을 수직으로 밀어 넣습니다.

 

 

 

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램이 다이를 향해 수직으로 이동함에 따라 용융 금속은 2000psi 또는 2ksi에서 20,000psi 또는 20ksi 사이의 압력에서 앞으로 밀려납니다. 압력은 용융 금속이 냉각되고 응고되어 배출될 때까지 램에 의해 유지됩니다.

 

 

다이캐스팅 단계

고압 다이캐스팅의 기본 단계는 다음과 같습니다.

 

• 1단계 – 다이의 준비: 주조를 위해 다이를 준비하기 위해 윤활제 또는 이형제를 분사합니다. 윤활제는 부품 위에 필름을 놓아 깨끗한 부품 분리를 가능하게 하며 쉽게 도포할 수 있도록 윤활제는 가열된 강철 다이에 분사될 때 증발하는 물과 혼합됩니다.
• 2단계 – 클램핑 다이: 다이의 절반은 고압에서 함께 클램핑되며 힘의 양은 기계에 의해 결정됩니다.
• 3단계 – 냉각: 냉각 시간은 금속의 종류와 응고되는 온도에 따라 다릅니다. 부품의 형상과 벽 두께도 요인입니다.
• 4단계 – 배출: 금형의 절반이 분리되고 배출 메커니즘이 부품을 다이 밖으로 밀어냅니다. 제거를 위한 힘의 양을 주의 깊게 모니터링해야 합니다.
• 5단계 – 트리밍: 플래싱(주물 가장자리 주위에 있는 금속의 얇은 부분)이 제거되며, 이는 다이 반쪽 또는 러너 사이에 스며들었을 수 있는 금속과 같은 과도한 재료인 디플래싱으로 알려져 있습니다.

 

4. 다이캐스팅의 장단점

다이캐스팅은 가장 빠르고 경제적인 생산 공정입니다. 하나의 금형에서 수십만 개의 부품을 생산할 수 있어 치수가 정확하고 정밀한 부품을 생산할 수 있습니다. 다음은 다이캐스팅의 장점과 단점입니다.

 

장점

뛰어난 치수 정확도

치수 정확도는 일반적으로 처음 2.5cm에 대해 0.1mm이고 추가 센티미터마다 0.02mm입니다. 

 

매끄러운 표면

표면 마감은 1 – 25 μm입니다. 

 

생산율

생산 속도는 금형의 캐비티 수인 캐비테이션에 따라 달라집니다. 하나의 금형으로 시간당 200-300 샷을 완료 할 수 있습니다. 더 작은 부품의 경우 수천 개까지 증가할 수 있습니다.

 

세부 부품

얇은 벽과 구조로 모든 디자인을 가장 세밀한 부분까지 재현합니다.

 

삽입

나사산 인서트, 베어링 및 애드온을 쉽게 포함할 수 있습니다.

 

장력 강도

부품의 인장 강도는 60,000psi 또는 415MPa입니다.

 

자동화

유압 및 공압 장비는 일반적으로 효율성과 저렴한 비용으로 사용됩니다.

 

공차

공차가 매우 정밀한 복잡한 부품을 생산합니다.

 

 

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단점

비용

모든 금형은 개별적으로 정밀하게 제조되어야 하며, 이를 위해서는 제작, 성형 및 성형에 몇 시간이 필요합니다.

 

용광로

용광로는 1000도까지 연소되어야 하며, 공기 필터를 제어해야 하는 오염 물질을 생성하는 값비싼 에너지를 소비합니다.

 

설비

성형 및 성형 장비는 가열 공정의 응력을 견딜 수 있도록 정밀하게 설계되었습니다.

 

금속

유동성이 높은 금속만 사용할 수 있으며, 이는 생산할 부품의 유형에 영향을 미칩니다.

 

노동 집약적

공정은 특히 냉각 단계에서 면밀히 모니터링되고 관리되어야 합니다.

 

다이

다이는 경화 강철로 만들어지며 조정하거나 변경할 수 없습니다. 그들은 매우 비싸고 비용이 많이 듭니다.

 

결함

다공성, 수축 및 금속 주입은 일반적인 결함입니다.

 

생산 시간

매우 긴 리드 타임이 필요합니다.