아연 합금 주조

다이캐스팅은 용융 금속과 합금을 제조할 때 고온과 고압을 사용하여 원하는 형상을 만들어냅니다. 저융점 금속을 녹여 다이캐스팅 금형에 넣는 과정입니다.

일반적으로 다이캐스팅은 용융 금속을 다이캐스팅 금형에 주입하는 데 필요한 온도와 압력에 따라 분류됩니다. 하지만 공정에 사용되는 재료의 종류에 따라서도 분류될 수 있으며, 아연은 가장 널리 사용되는 다재다능한 다이캐스팅 금속 중 하나입니다. 이러한 점을 염두에 두고 아연 합금 주조에 대해 알아야 할 모든 것을 살펴보겠습니다.

아연 다이캐스팅이란?

아연 다이캐스팅은 액체 아연 금속을 가압된 주형에 주입하여 응고시키는 공정입니다. 주형 캐비티는 원하는 모양으로 설계된 두 개의 경화 공구강 주형으로 제작됩니다.

아연 합금은 녹는점이 낮아 낮은 온도에서도 주조가 가능합니다. 또한, 충격 강도와 연성이 뛰어나 부품 제조에 적합합니다.

아연 다이캐스팅 공정 단계

아연 합금 다이캐스팅 공정은 사용하는 기계의 크기와 종류에 따라 다를 수 있습니다. 하지만 아래와 같은 일반적인 절차를 따르실 수 있습니다.

• 1단계: 다이 준비

주조 공정을 시작하기 전에 가장 먼저 해야 할 일은 다이 자체를 준비하는 것입니다. 먼저 다이캐스팅 몰드를 세척하여 깨끗하게 만들어야 합니다. 그런 다음, 냉각 후 주조물이 잘 삽입되도록 다이에 윤활유를 바릅니다. 또한, 몰드의 온도를 조절하고 주형을 쉽게 꺼낼 수 있도록 몰드 내벽에도 윤활유를 바를 수 있습니다.

마지막으로 다이를 고압으로 고정합니다.   

• 2단계: 주입

다음 단계는 아연 합금을 기계의 사출 챔버에 넣는 것입니다. 이 단계에서는 사출 전에 아연 합금을 녹여야 합니다. 아연 합금 다이캐스팅은 고온 챔버 다이캐스팅 공정이므로 사출 챔버가 뜨겁습니다. 다음으로, 용융된 아연 금속을 고압으로 금형에 삽입합니다.

• 3단계: 냉각 및 배출

 용융 아연을 챔버에 주입한 후, 냉각 및 응고될 때까지 기다리세요. 금속이 겔화되어 금형의 형태를 갖출 수 있도록 충분한 시간을 두세요. 또한, 금형을 풀기 전에 완전히 굳었는지 확인하세요. 주조물을 너무 일찍 꺼내면 영구적인 손상으로 이어질 수 있으므로 주의하세요.

다이가 식고 굳으면 다이 반쪽의 클램프를 풀고 열고 주조 부품을 조심스럽게 꺼낼 수 있습니다.   

• 4단계: 트리밍

아연 다이캐스팅 공정의 마지막 단계는 트리밍입니다. 금속이 냉각되는 동안 플래시, 스프루, 러너와 같은 고철을 아연 주물에서 조심스럽게 제거할 수 있습니다. 톱, 트림 다이 등과 같은 도구를 사용하여 원하는 부품 모양을 만들 수 있습니다. 고객에게 배송하기 전에 모든 부품을 세척해야 합니다.

다이캐스팅용 아연 합금

다이캐스팅에 적합한 가장 일반적인 아연 합금은 다음과 같습니다.

1. 자막 2

아연 합금 2 또는 커크사이트로도 알려진 자막 2는 모든 자막 합금 중 가장 높은 강도와 경도를 가지고 있습니다. 이러한 이유로 자동차 및 기계 분야와 같이 높은 구조적 무결성이 요구되는 주조 부품에 사용됩니다.

그 외에도 Zamak 2는 다른 금속 합금보다 높은 크리프 성능, 뛰어난 감쇠 성능, 진동 저항성 등 뛰어난 주조 특성을 가지고 있습니다.

• 자막 3

Zamak 3 아연 합금은 다음을 포함한 다양한 이유로 다이캐스팅에 가장 널리 사용되는 합금 중 하나입니다.

• 우수한 주조성과 내구성 있는 치수 안정성
• 물리적 특성과 기계적 특성의 완벽한 균형
• 도금, 크로메이트 처리, 페인팅 등 다양한 마감 옵션과의 뛰어난 호환성
• 힘과 유연성의 좋은 조합
• 자막 7

Zamak 7은 아연 합금 7이라고도 불리며, 다른 Zamak 합금보다 순도가 높고 마그네슘 함량이 낮은 개량형 Zamak 3입니다. 또한, 불순물 함량이 낮아 주조 유연성, 유동성, 표면 조도가 향상됩니다.

이 아연 합금은 독특한 하드웨어 용도로 사용되거나, 스테이킹 및 크림핑과 같은 후속 조립 작업 중에 주조에 추가적인 성형성이 필요할 때 사용됩니다.

• 자 8

ZA-8, 즉 아연-알루미늄 합금은 다른 자막 계열 합금보다 알루미늄 함량이 높습니다. 다른 ZA 합금과 비교했을 때, ZA-8은 핫 챔버 다이캐스팅이 가능한 유일한 ZA 합금입니다.

게다가 ZA-8은 경도, 강도, 그리고 크리프 특성이 크게 향상되었습니다. 주로 장식용으로 사용됩니다.

• ACuZinc5

제너럴 모터스(GM)가 이 아연 합금을 연구 개발했습니다. 아연, 구리, 알루미늄 합금으로도 알려져 있으며, 알루미늄 함량은 낮고 구리 함량은 높아 강도와 경도가 향상되었습니다. 또한, 윤활성과 같은 뛰어난 베어링 성능을 갖추고 있습니다.

ACuZinc5는 높은 구조적 무결성이 요구되는 부품에 사용되며 고온 조건에서 적용됩니다.     

• 에작

EZAC 합금은 다른 아연 합금보다 최대 크리프 저항성, 높은 항복 강도 및 경도를 제공합니다. Zamak 2보다 성능이 우수하고 ACuZinc 5보다 수명이 깁니다.

• ZA 27- 아연 알루미늄

ZA-27은 다른 ZA 합금에 비해 알루미늄 함량, 융점, 강도 및 밀도가 가장 높습니다. 이상적으로, 이 ZA 합금은 27% 알루미늄을 함유하고 있으며 완벽한 베어링 특성을 나타내어 특정 용도의 주물에서 베어링을 제작할 수 있습니다.    

아연 다이캐스팅의 장점

아연 다이캐스팅은 다양한 장점을 제공합니다. 주요 장점은 다음과 같습니다.

간편한 조립

아연 다이캐스팅의 중요한 장점 중 하나는 조립 작업이 최소화된다는 것입니다. 일반적으로 아연 합금 다이캐스팅 공정은 단일 단위로 진행되므로 비용이 많이 드는 수작업 조립 작업이 필요하지 않습니다.

얇은 벽으로 높은 정밀도 제공

아연 다이캐스팅은 다른 주조 공정보다 훨씬 정밀한 공차로 다중 캐비티의 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다. 또한, 치수 안정성이 높고 거의 동일하며 내마모성이 뛰어난 부품을 대량 생산할 수 있습니다.

더 나은 기계적 특성

아연 합금은 견고성, 강도, 저항성, 인성, 내구성 등 기계적 특성 측면에서 알루미늄이나 아연과 같은 다른 소재에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다. 이러한 이유로 아연 다이캐스팅은 뛰어난 강도가 필요한 부품에 사용됩니다.  

복잡한 형상 주조

아연은 뛰어난 지지력과 내마모성을 갖추고 있어 움직이는 구조물의 부싱으로 사용할 수 있습니다. 또한, 다른 소재와 접합할 수 있어 복잡한 형상의 다이캐스팅 부품을 제작할 수 있습니다.

더 긴 공구 수명

아연 다이캐스팅 금형의 또 다른 중요한 장점은 알루미늄보다 몇 배 더 오래 사용할 수 있다는 것입니다. 아연 합금은 녹는점이 낮고 연마성이 낮기 때문입니다. 따라서 금형 손상이 감소하고 금형 수명이 늘어나 다른 소재보다 금형 제작 비용이 크게 절감됩니다.

더 빠른 생산 

위에서 설명한 바와 같이, 생산 속도가 빠른 아연 합금은 낮은 용융 온도와 고압 챔버 다이캐스팅 공정을 필요로 합니다. 결과적으로 아연 다이캐스팅 사이클 속도가 증가하고, 이는 다이캐스팅 생산 속도를 증가시킵니다.

아연 다이캐스팅 사출은 알루미늄 다이캐스팅 사출과 달리 간단합니다. 알루미늄 다이캐스팅 사출은 알루미늄을 다른 용기에 녹인 후 주입해야 합니다. 또한, 주물의 응고 속도가 빨라 부품 생산량을 늘리고 주조 비용을 절감할 수 있습니다.

다양한 마무리 옵션

다이캐스팅 소재에 적합한 다양한 마감 옵션이 있습니다. 아연 다이캐스팅에 적합한 몇 가지 주요 옵션은 다음과 같습니다.

• 분말 코팅: 이 마감 옵션은 다양한 색상을 선택할 수 있어 미적인 목적에 적합합니다. 또한, 주조된 부분에 오래 지속되고 균일한 표면 마감을 제공합니다.
• 그림: 페인팅은 기능적, 미적 특성을 담당합니다. 분체 도장처럼 다양한 색상을 가지고 있으며 실용적인 색상으로 사용됩니다. 페인팅은 짧은 시간과 낮은 생산 비용이 필요합니다.
• 도금: 이를 통해 아연 다이캐스트의 기능적 특성이 향상되고 내구성과 내식성이 향상됩니다.

베어링과 부싱을 제거합니다

아연은 베어링 및 마모 특성이 뛰어나 작은 부싱과 마모 삽입물을 제거하여 설계 유연성을 높이고 제작 비용을 절감할 수 있습니다.

좋은 전기 및 열 전도성

아연은 알루미늄보다 열과 전기의 전도성이 더 뛰어납니다. 따라서 아연 주조는 방열판 및 기타 전기 부품과 같은 용도에 이상적입니다.

가공이 덜 필요함

아연 다이캐스팅의 주요 장점 중 하나는 필요한 가공이 적다는 것입니다. 아연 다이캐스팅은 공차가 더 작아 추가 가공이 필요 없습니다.   

아연 다이캐스팅의 단점

모든 장점에는 단점이 있습니다. 아연 다이캐스팅에는 다음과 같은 단점이 있습니다.

결함이 발생하기 쉽습니다

아연 다이캐스팅 공정은 빠르고 냉각 속도가 빠릅니다. 따라서 가스 배출이 지연되어 다음과 같은 결함이 발생할 수 있습니다.

• 물집: 이는 아연 다이캐스트 부품의 표면에 형성되는 얇은 필름입니다.
• 균열: 이러한 현상은 아연 금속이 응고 과정에서 인장력을 견딜 만큼 강도가 충분하지 않을 때 발생합니다.
• 파도: 이는 아연 주조물의 수직면에 매끄러운 돌출부를 만드는 확장 부분입니다.
• 불일치 또는 이동: 이는 금형의 윗부분과 아랫부분의 변형으로 인해 금속이 수평으로 이동하는 현상입니다.
• 퓨전: 이는 모래 입자가 용융 금속과 결합할 때 발생합니다.
• 분출구: 부적절한 통풍으로 인해 금속이 유체를 형성할 때 충분한 가스를 보유하지 못하면 블로우 홀이 발생합니다.
• 워핑: 이는 최종 제품의 크기를 변경하며 응고 중 또는 응고 후에 발생할 수 있습니다.
• 액: 이는 금속이 아직 액체 상태일 때 모래 조각이 주조물 안으로 떨어질 때 발생합니다.

무거운 부품

아연 다이캐스팅은 알루미늄이나 마그네슘과 같은 다른 금속보다 훨씬 무거운 부품을 생산합니다. 따라서 항공우주 산업과 같은 경량 용도에는 적합하지 않습니다.  

소량 생산에는 적합하지 않음

아연 다이캐스팅은 초기 투자 비용이 높습니다. 따라서 주로 부품 대량 생산에 적합하며, 소량 생산에는 적합하지 않습니다.

아연 다이캐스트 부품의 응용 분야

아연 다이캐스트 부품은 다음을 포함한 다양한 산업에서 사용됩니다.

자동차 산업

놀라운 강도와 경도, 복잡한 기하학적 특징, 우수한 표면 품질, 높은 치수 허용 오차 및 내식성으로 인해 아연 다이캐스트 부품은 자동차 산업에서 다음을 제조하는 데 사용됩니다.

• 백미러
• 인클로저
• 섀시 부품
• 풀리 및 기어와 같은 사용자 및 자동차 안전 구성 요소
• 변속기 구성 요소
• 선루프, 와이퍼
• 괄호
• 문장
• 조종
• 브레이크 부품

위에 나열된 것은 다이캐스팅으로 제조된 자동차 부품 중 일부입니다.  

전자제품

아연 다이캐스팅은 전자 응용 분야에서 수많은 이점을 제공합니다. 가장 중요한 특성 중 하나는 더 얇은 두께와 복잡한 형상으로 주조할 수 있다는 것입니다. 앞서 설명했듯이 아연 합금은 다른 다이캐스팅 금속보다 더 단단합니다.

그 외에도 아연 합금은 내부 전기 부품을 보호하는 데 적합한 우수한 전자파 차폐 및 진동 감쇠 기능을 가지고 있습니다.

가전제품

아연 다이캐스팅은 가전제품에 사용되는 최고의 다이캐스팅 금속 중 하나입니다. 표면 마감, 치수 안정성, 강도가 우수하여 도어락, 블렌더, 벨트, 핸드믹서, 신발 버클, 손잡이, 열쇠고리 등 가전제품 제조에 사용됩니다.

기계 부문

아연 다이캐스팅의 또 다른 중요한 응용 분야는 기계 분야입니다. 주조된 아연 부품은 이 분야의 엔진 부품 제조에 사용됩니다.  

결론

아연 합금 주조는 가장 널리 사용되는 주조 방법 중 하나입니다. 다른 금속 주조에 비해 간편하고 직접 주입이 가능하다는 등 여러 장점을 제공합니다. 하지만 주조 공정을 시작하기 전에 다양한 공정, 합금, 용도, 그리고 장단점을 이해하는 것이 중요합니다.

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자주 묻는 질문

아연 다이캐스트의 강도는 얼마나 되나요?

아연 다이캐스팅은 매우 견고합니다. 다이캐스팅에 사용되는 가장 널리 사용되는 비철 합금보다 인장 강도가 더 높습니다. 예를 들어, 아연 다이캐스팅 합금은 알루미늄보다 약 2.5배 더 높은 강도를 가지고 있습니다.

아연 다이캐스팅은 녹이 슬까요?

아니요. 아연 다이캐스팅은 내식성이 뛰어납니다. 공기와 습기에 노출되면 아연은 산소와 반응하여 얇은 산화막을 형성하고, 이 산화막이 다시 습기와 반응하여 수산화아연을 형성합니다. 따라서 아연 다이캐스팅 부품은 부식성 환경에서 사용하더라도 녹슬지 않습니다.

그러나 아연 표면에 보호층이 완전히 형성되지 않으면 백녹이라는 부식이 발생합니다. 백녹은 아연 표면에 산소가 부족하여 발생하며, 따라서 백녹은 가루처럼 보입니다.

아연 다이캐스트를 용접할 수 있나요? 

아니요. 아연 다이캐스트는 녹는점이 낮아 용접이 어려울 수 있습니다. 하지만 Super Alloy 1과 같은 소재를 사용하면 다이캐스트 부품을 납땜할 수 있습니다.