다이캐스팅 설계를 위한 필수적인 드래프트 앵글 요구사항

TL;DR

다이 캐스팅에서 탈형 각도란 몰드의 뽑기 방향과 평행한 부품 표면에 적용되는 약간의 경사도를 말한다. 일반적으로 0.5도에서 2도 사이인 이 설계 요소는 부품이 다이에서 손상 없이 쉽게 탈형될 수 있도록 보장하는 데 매우 중요하다. 특정 탈형 각도 요구 사항은 주조되는 합금 종류, 특징의 깊이 및 표면 질감에 따라 달라지며, 아연보다 알루미늄과 같은 마모성 재료가 일반적으로 더 큰 각도를 필요로 한다.

다이 캐스팅에서 탈형 각도의 기본적 역할

정밀성을 요구하는 다이캐스팅 세계에서 모든 설계 선택은 양산성, 품질 및 비용에 영향을 미칩니다. 이 중 가장 중요한 요소 중 하나는 드래프트 각도(draft angle)입니다. 드래프트 각도란 캐스팅의 수직 벽면에 의도적으로 설계되는 경사나 경사를 말합니다. 다이가 열리는 방향과 평행한 모든 표면은 고체화된 부품을 몰드에서 원활하게 탈형할 수 있도록 드래프트 각도를 가져야 합니다. 이 각도가 없으면 탈형 시 부품이 몰드 벽면에 긁히게 되어 상당한 마찰과 손상 위험이 발생합니다.

드래프트 각도의 주요 목적은 부품의 용이하고 깨끗한 탈형을 가능하게 하는 것입니다. 용융 금속이 냉각되어 고체화되면 수축되면서 다이의 코어 및 내부 형상에 단단히 밀착됩니다. 경사진 표면은 이러한 접착력을 깨뜨려 탈형에 필요한 힘을 줄여줍니다. 이에 따르면 북미 다이캐스팅 협회(NADCA) 이 간단한 기능은 결함을 방지하고 고품질의 표면 마감을 보장하기 위해 필수적입니다. 수직 벽(드래프트 각도 없음)을 가진 부품을 금형에서 강제로 탈형하면 끌림 자국, 스크래치는 물론 주조물의 구조적 손상까지 발생할 수 있습니다. 또한 고가의 다이캐스팅 공구 자체에 과도한 마모를 유발하여 비용이 많이 드는 수리와 생산 중단으로 이어질 수 있습니다.

적절한 드래프트 각도를 적용하면 효율적이고 신뢰성 있는 제조 공정에 기여하는 여러 가지 핵심적인 이점이 있습니다. 이러한 장점들은 다음과 같습니다:

• 부품 탈형성 향상: 가장 직접적인 이점은 부품을 탈형하는 데 필요한 힘이 감소하여 부품이 금형에 붙어 버리는 위험이 최소화된다는 것입니다.
• 표면 품질 향상: 탈형 시 긁히거나 끌리는 현상을 방지함으로써 드래프트 각도는 주조 부품이 매끄럽고 결함 없는 표면 마감을 갖도록 하며, 2차 마감 공정의 필요성을 줄여줍니다.
• 금형 수명 연장: 마찰과 탈형력 감소는 몰드의 캐비티 및 코어 표면 마모를 줄여 다이의 작동 수명을 상당히 연장시킵니다.
• 생산 속도 향상: 더 빠르고 원활한 탈형 사이클은 전체 생산 시간을 단축시키고 출력을 증가시켜 제조 효율성을 향상시킵니다.

드리프트 각은 필수적이지만, 90도 벽을 갖는 완전한 기하학적 설계에서 약간 벗어나는 요소입니다. 설계자는 부품의 최종 치수와 조립 공차에 이 테이퍼를 반영해야 합니다. 그러나 이러한 사소한 타협은 제조 용이성과 부품 품질 향상이라는 큰 이점에 비하면 훨씬 더 작은 대가입니다.

표준 드래프트 각 요구사항: 데이터 기반 분석

모든 다이캐스팅 응용 분야에 적용할 수 있는 단일하고 보편적인 드래프트 각도는 존재하지 않습니다. 최적의 각도는 사용된 합금, 표면의 질감, 그리고 해당 요소가 내부 벽인지 외부 벽인지와 같은 여러 중요한 요소를 기반으로 신중하게 계산된 값입니다. 주물은 내부 요소(코어)에는 수축되어 붙지만 외부 요소(캐비티 벽)에는 멀어지기 때문에 일반적으로 내면에는 더 큰 드래프트 각도가 필요합니다.

다양한 합금은 드래프트 요구 사항에 영향을 미치는 고유한 열적 및 마모 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어 알루미늄은 아연 합금보다 마모성이 더 크고 수축률이 높아 깨끗한 탈형을 보장하기 위해 더 넉넉한 드래프트 각도가 필요합니다. 마찬가지로 질감이 있거나 거친 표면은 광택 처리된 표면보다 마찰력이 크기 때문에 제거 중에 질감이 긁히는 것을 방지하기 위해 더 큰 드래프트 각도가 필요합니다. 일반적인 요구 사항에 대한 상세한 분석은 모든 설계자에게 필수적입니다.

다음 표는 다양한 산업 자료의 권장 사항을 종합하여 설계 시 드래프트 각도를 지정하는 명확한 가이드를 제공합니다.

이 값들은 대부분의 디자인을 위한 견고한 시작점 역할을 합니다. 깊은 캐비티 또는 복잡한 형상을 가진 부품의 경우, 이러한 각도를 더 크게 설정해야 할 수 있습니다. 항상 프로젝트의 특정 요구사항을 고려하고 제조 파트너와 상의하여 각 특징별 최적의 드래프트 각도를 확정하십시오.

고급 설계 고려사항 및 계산

표준적인 소재 및 표면 기반 가이드라인 외에도 최종 드래프트 각도 사양에 영향을 미치는 여러 고급 요소들이 존재합니다. 중요한 고려사항 중 하나는 특징의 깊이와 필요한 드래프트 각도 간의 관계입니다. 주조 및 성형 분야에서 흔히 사용되는 경험 법칙은 캐비티 깊이가 25.4mm(1인치)당 약 1도의 드래프트 각도를 추가하는 것입니다. 예를 들어, 76.2mm(3인치) 깊이의 포켓은 이젝션 시 특징의 바닥부가 몰드에서 쉽게 분리될 수 있도록 최소 3도의 드래프트 각도를 가져야 합니다.

분할선의 위치—다이의 두 반으로 나누어지는 평면—도 중요한 역할을 한다. 분할선을 가로지르는 형상 요소는 중심에서 벗어나도록 양쪽 면 모두에 탈형각(draft)을 적용해야 한다. 탈형각과 분할선 간의 정렬 오류는 부품이 몰드에 고정되는 현상을 일으켜 다이를 손상시키지 않고서는 이젝션(ejection)이 불가능하게 만들 수 있다. 적절한 설계는 부품 형상, 분할선 전략 및 탈형각 적용 간의 신중한 조율이 필요하며, 이 과정은 일반적으로 설계 제조성(Design for Manufacturability, DFM) 원칙에 따라 진행된다.

이러한 원칙들을 실제 설계 워크플로우에 적용하기 위한 절차는 다음과 같다:

1. 분할선 설정: 부품의 형상을 기반으로 몰드를 분할할 가장 합리적인 평면을 결정하여 깨끗한 다이 뽑기 방향(draw direction)을 용이하게 한다.
2. 탈형각이 필요한 표면 식별: 3D 모델을 분석하여 다이 개방 방향과 평행하거나 거의 평행한 모든 표면을 파악한다.
3. 기본 탈형각 적용: 요구사항 표의 값을 기준으로 삼고, 내부 특징과 질감이 있는 표면에는 더 큰 각도를 적용하십시오.
4. 특징 깊이에 따른 조정: 깊은 리브, 볼록부, 또는 포켓의 경우 인치당 1도 규칙 또는 시뮬레이션에서 결정된 대로 발진각을 증가시키십시오.
5. CAD에서 확인: 대부분의 CAD 소프트웨어에서 사용 가능한 발진 분석 도구를 활용하여 모든 필요한 표면에 적절하고 올바르게 방향 설정된 발진각이 적용되었는지 시각적으로 확인하십시오. 이 단계를 통해 설계를 금형 제작에 보내기 전에 오류를 미리 발견할 수 있습니다.

복잡한 부품의 경우, 특히 고성능 분야에서는 제조 전문가와 협력하는 것이 매우 유익합니다. 예를 들어 정밀 금속 성형 분야의 전문가처럼 샤오이 (닝보) 금속 기술 자동차 단조 분야에서는 재료 특성과 다이 설계 간의 심층적인 상호작용을 이해해야 합니다. 단조는 다른 공정이지만, 재료 흐름과 공구 간의 상호작용이라는 기본 원리는 부품의 무결성과 양산성을 보장하기 위해 설계 규칙에 있어서 유사한 전문 지식을 요구합니다.

자주 묻는 질문

1. 주물에서 드래프트 각도는 어떻게 계산합니까?

단일하고 엄격한 공식은 없지만, 일반적으로 깊이 방향으로 1인치당 1도의 드래프트 각도를 적용하는 것이 널리 사용되는 경험적 규칙입니다. 이 계산은 재료 및 표면 마감 조건에 따라 결정되는 기준 각도(예: 알루미늄의 경우 1.5°)에서 시작하며, 특징의 깊이와 복잡도에 따라 추가로 증가시킵니다. 정확한 계산을 위해서는 엔지니어들이 CAD 소프트웨어를 사용하여 내부 드래프트 분석 도구로 탈형을 시뮬레이션하고 여유 치수를 검증합니다.

2. 주형 패턴의 드래프트 각도란 무엇입니까?

주물 패턴의 드래프트 각도(draft angle)는 몰드 재료(모래 또는 다이 등)에서 패턴을 제거할 때 몰드 캐비티를 손상시키지 않도록 수직면에 적용하는 경사도를 말합니다. 다이캐스팅에서는 이 경사도가 다이의 내부 표면에 직접 적용됩니다. 다이캐스팅에서 일반적인 드래프트 각도는 0.5°에서 3° 사이이며, 모래 주형은 모래 몰드의 안정성이 낮기 때문에 일반적으로 1°에서 3° 사이의 각도가 필요합니다.

3. 표준 드래프트 각도란 무엇인가요?

다이캐스팅의 표준 또는 일반적인 드래프트 각도는 일반적으로 1.5도에서 2도 사이로 간주됩니다. 그러나 이것은 일반적인 기준일 뿐이며, 특정 응용 분야에서의 실제 '표준'은 사용되는 재료(알루미늄은 아연보다 더 큰 각도가 필요함), 부품의 깊이, 표면 마감 상태 등에 크게 좌우됩니다. 예를 들어, 아연 소재의 얕고 광택 처리된 외벽의 경우 0.5도 드래프트 각도가 표준일 수 있습니다.

4. 드래프트 각도는 어떻게 치수를 표시하나요?

기술 도면 및 CAD 모델에서 드래프트 각도는 일반적으로 수직 기준 선 또는 표면을 기준으로 치수를 표시한다. 각도는 도(degree) 단위로 명시되며, 일반적으로 분할선에 대한 경사 방향을 나타내는 주석을 함께 제공한다. 텍스처 처리된 표면의 경우, 디자이너들은 패턴이 깨끗하게 이형될 수 있도록 추가 드래프트 각도(예: 1-2도)를 명시하는 별도의 주석을 자주 추가한다.