TL;DR

다이캐스팅 몰드는 일반적으로 경화된 강철로 만들어진 두 개의 반쪽으로 구성된 고정밀 재사용 가능한 공구로, 다이캐스팅 공정의 핵심 역할을 합니다. 용융된 금속이 엄청난 압력 하에서 몰드의 캐비티 내부로 주입되어 복잡한 금속 부품을 대량 생산할 수 있습니다. 이 방법은 뛰어난 치수 정확도와 매끄러운 표면 마감을 가진 부품 제작으로 유명합니다.

다이캐스팅 몰드란 무엇인가? 핵심 메커니즘 설명

다이캐스팅 몰드는 다이(die) 또는 공구(tooling)라고도 하며, 용융 금속에 특정한 원하는 형상을 부여하기 위해 사용되는 정교한 제조 도구입니다. 이 몰드의 핵심은 고정된 상태인 '커버 다이(cover die)'와 움직이는 '이젝터 다이(ejector die)'라는 두 개의 주요 반쪽으로 구성되어 있습니다. 이 두 반쪽을 고압 상태에서 클램핑하면 제작할 부품과 정확히 일치하는 내부 공동이 형성됩니다. 이 공정은 플라스틱 성형에 사용되는 사출 몰드와 개념적으로 유사하지만, 용융 금속의 극한 온도와 압력을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.

기본 작동 원리는 비철 금속의 용융 합금을 고속 및 고압으로 이 밀폐된 공극에 주입하는 것이다. 이 압력은 금속이 응고될 때까지 유지되어 몰드의 공극 형상이 정확히 모두 채워지도록 한다. 이러한 기술은 다른 주조 방식으로는 제작하기 어려운 복잡한 형상과 얇은 벽을 가진 부품 생산에 매우 중요하다. 금속이 냉각되고 굳어지면 몰드의 이젝터(ejector) 반쪽이 후퇴하고, 이젝션 장치가 완성된 주물을 밀어내어 탈형한다.

사용할 금속의 선택은 매우 중요하며, 이 공정은 일반적으로 비철 합금에 가장 많이 사용되지만, 그것에만 한정되는 것은 아니다. 다이캐스팅에서 가장 흔히 사용되는 재료로는 다음이 있다:

• 알루미늄 합금
• 아연 합금
• 마그네슘 합금
• 구리 합금(황동 등)

이러한 재료들은 경량 강도(알루미늄 및 마그네슘)부터 높은 내식성과 주조 적합성(아연)에 이르기까지 다양한 특성을 제공한다. 다음에 따르면 Fictiv 이 공정은 일관성과 정밀도가 가장 중요한 대량 생산 라인에 이상적입니다.

다이캐스팅 몰드의 구조: 주요 구성 요소와 기능

다이캐스팅 몰드는 단지 중공의 강철 블록을 넘어서, 정밀하게 설계된 여러 부품들이 조화를 이루어 작동하는 복잡한 어셈블리입니다. 각 부품은 용융 금속을 유도하고, 부품을 냉각시키며 깨끗하게 탈형하는 등 주조 사이클 전 과정에서 중요한 역할을 수행합니다. 이러한 구성 요소들을 이해하는 것은 이 공정 뒤에 있는 엔지니어링을 이해하는 데 필수적입니다. 주요 구성 요소로는 다른 모든 부품들을 고정하는 몰드 베이스와 부품의 외부 형상을 형성하는 캐비티가 있습니다.

용융 금속의 흐름은 일련의 채널 네트워크에 의해 제어됩니다. 그 흐름은 스프루 금속이 주조기로부터 몰드로 유입되는 게이트에서 시작됩니다. 달리기 금속을 분배하기 위해 다이 반쪽에 가공된 채널인 러너를 통해 흐릅니다. 마지막으로, 포트 , 금형 캐비티로 금속을 유도하는 좁은 개구부입니다. 플로우 속도와 압력을 제어하여 결함을 방지하기 위해 러너 및 게이트 시스템의 설계가 매우 중요합니다.

금형 내부에서 코어 는 부품의 내부 형상을 형성하고 부피 는 외부 표면을 형성합니다. 최종 제품을 탈형하기 위해 배기 시스템 , 핀과 플레이트로 구성된 구조가 응고된 주물을 금형에서 밀어냅니다. 동시에 냉각 시스템 , 물이나 오일이 순환하는 채널로 구성된 냉각 시스템이 다이의 온도를 조절합니다. 이 온도 제어는 사이클 시간 관리와 공구의 열적 손상 방지에 필수적입니다. 금속이 주입될 때 포획된 공기가 배출될 수 있도록 벤트도 포함되어 있습니다.

다이캐스팅 몰드 및 기계의 일반적인 유형

다이캐스팅 몰드는 일반적으로 그 구조 또는 설계된 기계의 종류에 따라 분류된다. 구조적으로는 한 사이클에 하나의 부품을 생산하는 단일 캐비티 몰드 또는 여러 개의 동일한 부품을 동시에 생산하여 효율성을 높이는 다중 캐비티 몰드가 있다. 그러나 더 중요한 구분은 사용되는 기계와 관련이 있으며, 이는 핫-챔버 및 콜드-챔버 다이캐스팅으로 나뉜다.

핫챔버 다이캐스팅 아연, 주석, 납과 같이 융점이 낮은 합금에 사용된다. 이 공정에서는 주입 장치가 용해된 금속 욕조 내부의 용광로 안에 직접 잠겨 있다. 외부의 별도 용광로에서 금속을 옮길 필요가 없기 때문에 매우 빠른 사이클 시간을 구현할 수 있다. 이 방식은 소형 부품의 대량 생산에 있어 고도로 자동화되고 효율적인 공정이다.

콜드챔버 다이캐스팅 알루미늄 및 마그네슘과 같이 융점이 높은 합금에 사용된다. 이 방법에서는 별도의 용광로에서 정확한 양의 용융 금속을 퍼내어 '냉실' 또는 샷 슬리브(shoot sleeve)에 넣은 후 플런저에 의해 다이(die)로 주입한다. 다음에서 상세히 설명하는 바와 같이 위키백과 이러한 분리는 고온의 금속과 장시간 접촉함으로써 주입 부품이 손상되는 것을 방지하기 위해 필요하다. 사이클 시간은 핫챔버 공정보다 느리지만, 자동차 및 항공우주 산업에서 사용되는 강력하고 경량의 구조 부품을 주조할 수 있게 해준다.

다이캐스팅 공정 및 몰드 설계 고려사항

다이 캐스팅 공정은 용융 금속을 몇 초 만에 완제품 부품으로 변환하는 고도로 효율적인 자동화 사이클입니다. 이 작업의 핵심은 금형이며, 이 공정은 여러 주요 단계로 나눌 수 있습니다. 최종 제품이 엄격한 품질 기준을 충족하려면 각 단계를 정밀하게 제어해야 합니다. 금형 자체에 사용되는 재료는 일반적으로 H13과 같은 고품질의 경화 공구강이며, 수십만 사이클 동안 열충격과 마모에 견딜 수 있는 능력 때문에 선택됩니다.

제조 사이클은 정확한 순서를 따릅니다.

1. 금형 준비 및 클램핑: 금형의 내부 표면에는 냉각과 성형품 탈형을 돕기 위해 윤활제를 분사합니다. 그런 다음 두 개의 금형 반쪽을 다이캐스팅 기계로 단단히 고정합니다.
2. 사출: 용융 금속이 높은 압력(1,500에서 25,000psi 이상) 하에서 금형 공동 안으로 주입됩니다. 금속은 종종 밀리초 단위로 매우 빠르게 공동을 채웁니다.
3. 냉각: 용융된 금속이 물 또는 오일로 냉각되는 몰드 내에서 냉각되고 응고됩니다. 이 과정에서 부품은 최종 형태를 갖추게 됩니다.
4. 배출: 응고가 완료되면 이동식 다이 반쪽이 열리고, 이젝터 핀이 주형인 캐비티로부터 주조물을 밀어냅니다.
5. 다듬기: 마지막 단계에서는 완성된 부품에서 플래시(flash)로 알려진 잉여 재료와 게이트(sprue), 러너(runners)를 잘라내는 작업을 포함합니다. 이 작업은 일반적으로 트림 다이(trim die)를 사용하는 2차 공정에서 수행됩니다.

성공적인 부품 생산은 크게 몰드의 초기 설계에 달려 있습니다. 엔지니어들은 부품 품질을 보장하고 몰드 수명을 극대화하기 위해 여러 요소를 고려해야 합니다. 기공(porosity) 및 균열(cracking)과 같은 일반적인 결함을 방지하려면 적절한 설계가 필수적입니다. 주요 설계 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 발진 각도: 다이 개방 방향과 평행한 표면에는 약간의 각도(드래프트 각도)를 주어 부품이 끌리거나 손상되지 않고 탈형될 수 있도록 합니다.
• 모따기 및 곡률: 날카로운 내부 모서리는 둥글게 처리하여 금속 흐름을 개선하고 최종 부품의 응력 집중을 줄입니다.
• 벽 두께: 균일한 냉각을 유도하고 휨이나 싱크 마크를 방지하기 위해 벽 두께는 가능한 한 균일해야 합니다.
• 분할선: 두 몰드 반쪽이 만나는 부분은 최종 제품에서의 가시성을 최소화하고 트리밍을 간단하게 할 수 있도록 신중하게 배치되어야 합니다.
• 환기: 금형에 금속이 주입될 때 캐비티 내부의 공기가 배출될 수 있도록 작은 채널을 포함시켜야 하며, 이는 가스 기공을 방지합니다.

자주 묻는 질문

1. 다이캐스팅과 다른 주조 방법들 사이의 차이는 무엇인가요?

주된 차이점은 재사용 가능한 강철 몰드(다이)와 고압을 사용한다는 점에 있습니다. 각 부품마다 일회용 모래 몰드를 사용하는 사상 주조와 달리, 다이캐스팅은 대량 생산을 위해 영구적인 강철 몰드를 사용합니다. 정밀 주조나 영구 몰드 주조와 비교했을 때, 다이캐스팅은 훨씬 더 높은 압력으로 금속을 몰드 안으로 주입하여 얇은 벽 두께, 섬세한 디테일 및 우수한 표면 마감을 갖는 부품 제작이 가능합니다.

2. 다이캐스팅 몰드 제작에 사용되는 재료는 무엇인가요?

다이캐스팅 금형은 고품질의 내열 공구강으로 제작된다. 가장 일반적으로 사용되는 소재는 H13 공구강으로, 경도와 인성, 열피로 저항성의 뛰어난 조합 때문에 선택된다. 내구성이 더욱 요구되는 금형의 경우 Maraging 강과 같은 프리미엄 등급의 강재를 사용할 수도 있다. 이러한 소재는 용융된 금속으로 반복적으로 주입되고 냉각되는 열 순환을 견딜 수 있어야 한다.

3. 다이캐스팅 금형의 수명은 얼마나 되나요?

다이캐스팅 금형의 수명(일반적으로 '다이 수명(die life)'이라 함)은 여러 요인에 따라 크게 달라진다. 여기에는 주조되는 금속의 종류(알루미늄은 아연보다 더 마모가 심하고 온도가 높음), 부품의 복잡성, 사이클 시간, 유지보수 품질 등이 포함된다. 잘 관리된 아연 주조용 금형은 백만 사이클 이상 사용할 수 있는 반면, 알루미늄용 금형은 주로 10만에서 15만 사이클 정도 사용 후 주요 수리 또는 교체가 필요하다.