알루미늄 고압 다이캐스팅: 심층 가이드

고압 다이캐스팅의 개념

고압 다이캐스팅(HPDC)은 복잡하고, 완전성이 높으며, 거의 최종 형상에 가까운 금속 부품을 대량 생산하는 데 사용되는 금속 주조 공정입니다. 이 공정은 용융 금속을 미리 설계된 금형에 고압(일반적으로 1000~25000 PSI, 제곱인치당 파운드)으로 주입하는 과정을 포함합니다. 이 고압은 용융 금속이 응고되어 금형에서 제거될 때까지 유지됩니다.

이 공정은 핫 챔버 또는 콜드 챔버 다이캐스팅 기계를 사용하여 수행됩니다. 핫 챔버 기계는 아연과 같은 저융점 재료에 사용되고, 콜드 챔버 기계는 알루미늄과 마그네슘과 같은 고융점 재료에 사용됩니다. HPDC는 정밀한 공차와 복잡한 형상의 고품질 부품을 생산할 수 있어 자동차, 항공우주, 의료 등의 산업에서 널리 사용됩니다.

다양한 산업에서 고압 다이캐스팅 개념의 중요성

고압 다이캐스팅(HPDC)은 수많은 장점으로 인해 다양한 산업에서 중요한 개념입니다. HPDC 개념의 이점을 누리고 있는 산업 분야는 다음과 같습니다.

가전제품: 스마트폰, 노트북, 태블릿과 같은 가전제품은 HPDC 공정을 사용하여 쉽게 제조할 수 있는 작고 가벼운 부품이 필요합니다. 이 공정을 통해 복잡한 디자인과 높은 정확도의 정밀 부품을 생산할 수 있습니다.

의료 장비t: 의료 산업 또한 HPDC(High-Proof-Cutting) 개념을 통해 의료 기기 및 장비에 사용되는 가볍고 정밀한 부품을 생산할 수 있습니다. 이 공정은 표면 마감이 우수한 고품질 부품을 제공하여 의료 산업의 엄격한 요구 사항을 충족하는 데 이상적입니다.

방위산업: HPDC는 군용 차량, 항공기 및 무기 시스템에 필수적인 복잡하고 고강도이며 치수 정확도가 뛰어난 부품을 생산할 수 있도록 하여 방위 산업에 유리합니다. 이를 통해 군용 장비의 첨단 기술 요구 사항을 충족하기 위한 지속적인 혁신과 개발이 가능합니다. 고압 다이캐스팅에 적합한 소재

다음은 호환 가능한 재료에 대한 간략한 개요로, HPDC가 적절한 제조 공정인지 아니면 다른 방법을 사용해야 하는지 판단하는 데 도움이 됩니다.

알류미늄: 경량성, 치수 안정성, 전기 전도성, 내식성, 내열성 등의 고유한 특성으로 인해 고압 다이캐스팅에 널리 사용되는 소재입니다.

이 소재는 고압에서 용융될 때 유동성이 우수하지만, 고품질 주물을 생산하려면 저온 챔버 시스템이 필요합니다. 이 공정에 사용되는 일반적인 알루미늄 합금으로는 380, 390, 412, 443, 518 등이 있습니다. 이 소재는 자동차 및 항공우주 산업과 같은 산업에서 널리 사용됩니다.

마그네슘: HPDC 공정에 일반적으로 사용되는 또 다른 경량 소재입니다. 가공성이 우수하고 융점이 낮아 핫 챔버 다이캐스팅에 적합합니다. 이 공정에 일반적으로 사용되는 마그네슘 합금으로는 AZ91D, AM60, AS41B, AE42가 있습니다.

아연: 이 소재는 세 가지 일반적인 HPDC 소재 중 제조업체 친화적인 소재입니다. 고온 및 저온 챔버 시스템 모두에 적합합니다. 일반적인 고압 아연 다이캐스팅 합금으로는 Zamak, 2, 3, 5가 있습니다. 아연 다이캐스팅 소재는 강하고 내구성이 뛰어나며 가공성이 뛰어납니다.

알루미늄 고압 다이캐스팅이란?

알루미늄 고압 다이캐스팅(HPDC)은 미리 설계된 금형에 용융 알루미늄을 고압으로 주입하여 고품질 금속 부품을 만드는 금속 주조 공정입니다. 알루미늄은 1,000~25,000 PSI의 압력으로 가압되어 금형 캐비티를 채우고 원하는 부품의 형상을 재현합니다. 알루미늄 합금의 융점에 따라 열간 또는 냉간 챔버 다이캐스팅 기계를 사용하여 수행됩니다.

언제 HPDC 프로세스를 선택해야 합니까?

고압 다이캐스팅에는 콜드 챔버 다이캐스팅 장비와 핫 챔버 다이캐스팅 장비, 두 가지 유형의 장비가 사용됩니다. 고압 알루미늄 주조에는 콜드 챔버 장비를 사용해야 합니다.

고압 다이캐스팅(HPDC)은 비철 금속 주조에 적합한 빠르고 비용 효율적인 제조 기술입니다. 높은 생산 요구 사항에 적합하며, 더 나은 표면 마감 품질을 가진 얇은 두께의 부품을 생산할 수 있습니다. 그러나 주조물 내부에 기공이 발생할 위험이 있으며, 이는 구조적 무결성을 저해하고 열처리에 적합하지 않게 만들 수 있습니다.

고압 다이캐스팅 기계의 구성 요소

제조업체가 HPDC 기계를 구매하려는 경우 기계의 일부 구성 요소와 해당 기능은 다음과 같습니다.

다이캐스트 몰드 

기계의 주요 구성 요소로, 보통 강철로 만들어집니다. 의도된 제품을 형상화하는 디자인을 가지고 있으며, 용융 금속을 원하는 형태로 성형하는 역할을 합니다. 다이캐스트 금형은 가동형과 고정형 두 부분으로 구성되어 있으며, 작업자가 용융 금속을 주입할 때 힘을 가해 고정됩니다.

이젝터 핀 

이 부품들은 다이캐스트가 응고된 후 배출되는 데 도움을 주는 부품입니다. 주로 가동형 금형 반쪽에 위치하며, 금형에서 주조 부품을 꺼내는 데 도움을 줍니다.

피스톤

용융 금속을 블로우 챔버에서 금형으로 주입하는 압력을 생성합니다. 기계 종류에 따라 자동화될 수 있습니다.

가열 부품

이 시스템은 가열 소자, 열전대, 그리고 블로우 챔버(용융 금속이 위치하는 곳)로 구성됩니다. 이들은 용융 금속의 온도를 저장하고 유지하는 동시에 금속을 가열하는 기능을 합니다. 저온 챔버 시스템에는 가열 부품이 없습니다.

라이저 튜브: 이것은 용융 금속이 다이캐스팅 금형으로 들어가는 통로 역할을 합니다.

고압 다이캐스팅 공정 단계

다음 정보는 고압 다이캐스팅 공정이 작동하는 방식에 대한 포괄적인 이해를 제공합니다.

첫 번째 단계는 금형 준비입니다: 금형을 청소하고 내부 벽에 윤활유를 발라 꺼내기 쉽게 하고 온도 조절을 용이하게 하는 작업입니다.

두 번째 단계는 주입입니다: 사용되는 재료의 종류에 따라 핫 챔버 또는 콜드 챔버 주입 시스템을 사용하여 수행할 수 있습니다. 핫 챔버 시스템은 아연이나 마그네슘과 같은 저융점 금속에 적합하고, 콜드 챔버는 알루미늄이나 황동과 같은 고융점 금속에 사용됩니다.

세 번째 단계는 부품 제거입니다.: 이젝터 핀을 사용하여 금형의 캐비티를 분리하고 응고된 주형을 밀어내는 작업입니다.

마지막 단계는 트리밍입니다: 다양한 방법(예: 트림 다이 또는 톱)을 사용하여 주조물과 금형에서 발견되는 여분의 재료를 제거하는 작업이 포함됩니다.

고압 다이캐스팅의 장점과 한계

장점

더 높은 생산율

HPDC의 사출 단계는 매우 중요한 단계이며 빠르게 완료되어 높은 생산률을 달성합니다. 따라서 이 공정은 특히 대량 생산을 위한 신속한 프로토타입 제작에 유용하며, LPDC와 같은 다른 주조 방식보다 빠릅니다.

고품질 고압 다이캐스팅

HPDC를 사용하여 제작된 다이캐스트 부품은 높은 치수 정확도, 탁월한 균일성, 그리고 우수한 표면 조도를 자랑합니다. 또한 모재의 기계적 특성을 그대로 유지하며, 일반적으로 최소한의 가공만 필요합니다.

얇은 벽 제품

HPDC는 0.40mm 미만의 얇은 벽 두께를 구현할 수 있으며, 이 공정을 통해 인서트 또는 공동 주조 부품을 추가할 수 있습니다. 이러한 특징은 조립에 필요한 부품 수를 줄여줍니다.

복잡한 설계 성과

HPDC는 금형 설계의 유연성 덕분에 복잡한 금형 형상의 제품을 제작하는 데 적합합니다. 이러한 유연성 덕분에 생산된 부품의 조립이 더욱 용이해집니다.

내구성 있는 다이

HPDC에 사용되는 다이캐스팅 금형은 내구성이 뛰어나 여러 생산 주기에 걸쳐 사용할 수 있습니다. 이러한 내구성 덕분에 다이캐스팅 단위 비용이 절감됩니다.

제한 사항

공기의 존재 

이는 HPDC에서 흔히 발생하는 문제로, 최종 제품에 기포가 발생합니다. 따라서 HPDC는 기밀성이 요구되는 제품에는 적합하지 않습니다. 기포가 발생하면 열처리 시 기공과 표면 기포가 발생할 수 있기 때문입니다. 이러한 경우 저압 다이캐스팅이 더 나은 대안이 될 수 있습니다.

초기 창업 비용 

개인용 HPDC 기계를 구입하는 데 드는 초기 비용이 상당할 수 있기 때문에 많은 개인과 기업이 다이캐스팅 작업을 서비스 공급업체에 아웃소싱하기로 결정합니다.

HPDC에서 다이 결함 최소화

가장 흔한 결함 유형과 이를 최소화하는 방법은 다음과 같습니다.

다공성

이는 HPDC 공정에서 흔히 발생하는 문제입니다. 기공을 완전히 제거하는 것은 어렵지만, 장비에 진공 기술을 도입하면 기공을 최소화할 수 있습니다.

플래시

플래시는 고압 알루미늄 주조에서 흔히 발생하는 또 다른 현상으로, 파팅 라인을 따라 과도한 재료가 새어 나오는 현상입니다. 이는 일반적으로 사출 압력이 클램핑력을 초과할 때 발생합니다. 플래시 결함을 방지하는 한 가지 방법은 충분한 용량의 다이캐스팅 장비를 사용하는 것입니다.

뜨거운 찢어짐

이는 불균일한 냉각으로 인해 발생할 수 있으며, 부품의 고온 부위에 찢어짐을 유발할 수 있습니다. 불균일한 냉각은 주물의 벽 두께 차이로 인해 발생하는 경우가 많지만, 설계를 개선하면 해결할 수 있습니다.

채워지지 않은 섹션

다이 캐비티 내 미충진 부분은 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 사출량, 사출 속도, 그리고 사출 온도를 모니터링함으로써 이러한 문제를 방지할 수 있습니다.

고압 다이캐스팅 공정의 적용

의료 산업: 의료 산업에서 HPDC는 대량 생산 영상 장비, 주입 펌프 및 기타 의료 부품 제조에 널리 사용됩니다. 이 공정은 높은 생산성, 다양한 소재와의 호환성, 그리고 정교한 디자인 구현이 가능하여 의료 산업에서 널리 사용됩니다.

자동차 산업자동차 산업은 엔진 블록, 엔진 마운트, 기어박스 케이싱 및 기타 구조 부품과 같은 핵심 차량 부품을 제조하기 위해 HPDC(고성능 금속 절삭) 공법을 사용합니다. 이 공법은 알루미늄 및 마그네슘과 같은 소재와의 호환성, 높은 정밀도, 그리고 복잡한 설계 제작 가능성 덕분에 자동차 산업에서 선호되는 선택입니다.

항공우주 산업: 항공우주 산업에서도 아연, 마그네슘, 알루미늄 등의 소재를 사용하여 엔진 부품을 제조하기 위해 HPDC(고압 다이캐스팅)를 사용합니다. 이러한 금속은 고압 다이캐스팅에 적합한 고유한 특성을 가지고 있으며, 복잡한 설계를 구현할 수 있어 항공우주 산업에 이상적인 선택입니다.

HPDC와 LPDC의 비교

    A. 고압 알루미늄 다이캐스팅

고압 알루미늄 다이캐스팅(HPDC)은 전 세계적으로 널리 사용되는 제조 공정으로, 약 70% 규모의 다이캐스팅 제조업체가 이 공정을 활용하고 있습니다. 알루미늄 다이캐스팅 공정의 단계는 다음과 같습니다.

먼저, 알루미늄 합금을 별도의 용광로에서 용융합니다. 다음으로, 용융된 알루미늄은 수동 또는 로봇 팔을 사용하여 다이캐스팅 장비의 샷 슬리브로 이송됩니다. 그런 다음, 용융 금속은 고압 피스톤에 의해 금형 안으로 밀어 넣어집니다. 주조물은 금형 내부에서 일정 시간 동안 냉각 및 응고된 후, 금형 반쪽이 분리되고 완성된 주조물이 회수됩니다.

    B. 저압 다이캐스팅

저압 알루미늄 주조 기계는 고압 알루미늄 주조 장비와 비교하여 구조가 다르며, 저압 다이캐스팅의 공정은 아래와 같습니다.

먼저, 알루미늄 합금을 밀폐된 용광로에서 용융합니다. 다이 반쪽을 용광로 상단에 위치시키고 라이저 튜브를 사용하여 연결합니다. 그런 다음, 용광로 내부에서 저압 공기를 가하여 용융 알루미늄이 튜브를 통해 상승하여 다이 캐비티를 채웁니다. 이 공기압은 주물이 응고될 때까지 유지됩니다. 마지막으로, 다이를 열고 주물을 꺼냅니다.

    C. HPDC 또는 LPDC 프로세스를 선택해야 하는 경우

고압 다이캐스팅(HPDC)과 저압 다이캐스팅(LPDC) 중에서 선택하는 것은 부품 설계의 복잡성, 원하는 생산량, 필요한 재료 속성, 비용 고려 사항 등 다양한 요인에 따라 달라집니다.

HPDC는 얇은 두께와 정교한 디테일을 가진 복잡한 부품에 적합하며, 복잡한 금형 설계의 유연성을 제공합니다. 또한, 생산 속도가 빠르고 대량 생산에도 적합합니다. HPDC는 높은 치수 정확도, 우수한 표면 조도, 그리고 탁월한 균일성을 가진 부품을 생산합니다. 그러나 HPDC는 기포나 결함이 없는 부품에는 적합하지 않을 수 있습니다.

반면, LPDC는 두께가 두껍고 복잡성이 낮은 부품을 생산하는 데 적합합니다. 높은 기계적 성질을 가지거나 엔진 부품처럼 열처리가 필요한 부품에 이상적입니다. LPDC는 결함과 기공률이 적은 부품을 생산할 수도 있습니다. 하지만 LPDC는 HPDC만큼 빠르지 않으며 대량 생산에는 적합하지 않을 수 있습니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

다이캐스팅 금형에 CNC 가공을 사용하는 이유는 무엇입니까?

CNC 가공은 정밀성, 정확성, 그리고 높은 공차 달성 능력으로 인해 다이캐스팅 금형 제작에 널리 선호되는 제조 공정입니다. 다이캐스팅 금형은 고도의 정밀성을 요구하기 때문에 CNC 가공이 선호되는 공정입니다.

고압 다이캐스팅: 플라스틱에 적합한가?

고압 다이캐스팅은 플라스틱에는 사용되지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 플라스틱 폴리머에는 사출 성형이 선호되는 공정인 반면, 금속에는 다이캐스팅이 사용됩니다.

고압 주조와 중력 주조의 차이점은 무엇인가요?

고압 주조와 중력 주조의 주요 차이점은 주형에 용융 금속을 채우는 방식에 있습니다. 고압 주조는 금속을 고압으로 주입하는 반면, 중력 주조는 중력을 이용하여 주형에 용융 금속을 채웁니다.