TL;DR

진공 보조 다이캐스팅 설계는 몰드 캐비티에서 진공을 사용해 용융 금속 주입 전 공기와 가스를 제거하는 공정을 통해 부품을 제작하는 데 중점을 둡니다. 이 중요한 단계는 기체 기공을 크게 줄여서 더 치밀하고 강도가 높으며 표면 마감 품질이 우수한 부품을 만듭니다. 벽 두께 및 다이 밀봉과 같은 요소를 고려한 적절한 설계는 복잡하고 고품질이며 결함 없는 부품 생산을 위해 이 공정의 장점을 극대화하는 데 필수적입니다.

진공 보조 다이캐스팅의 기본 원리

진공 보조 다이캐스팅은 때때로 가스 제거형 다이캐스팅이라고도 하며, 기존의 고압 다이캐스팅 공정을 향상시키는 첨단 제조 공정입니다. 이 공정의 핵심 원리는 용융 금속이 주입되기 전에 몰드 캐비티 및 샷 슬리브 내부에 존재하는 공기와 기타 갇힌 가스를 체계적으로 제거하는 것입니다. 진공 상태에 가까운 환경을 조성함으로써, 기존 다이캐스팅에서 가장 오랫동안 지속되어 온 문제 중 하나인 기체 포러시티(gas porosity)를 해결할 수 있습니다. 이를 위해 강력한 진공 시스템을 다이에 연결하여 용융 합금이 주입되기 직전과 주입 중에 캐비티 내의 공기를 배출합니다.

이 기술이 해결하는 근본적인 문제는 기체 갇힘 현상입니다. 일반적인 다이캐스팅 공정에서 용융 금속이 고속으로 주입될 경우 다이 내부에 공기 주머니가 갇히게 됩니다. 이러한 갇힌 기체는 응고된 금속 내부에 공극이나 다공성을 유발하여 구조적 완전성을 저하시킵니다. 제조 분야 전문가들에 따르면 크소메트리 , 이 다공성은 비일관적인 기계적 특성과 약한 부위를 유발할 수 있습니다. 진공 공정은 갇히게 될 공기를 제거함으로써 이러한 문제를 완화시켜 용융 금속이 저항이나 난류 없이 몰드의 모든 세부 구조를 완전히 채우도록 합니다.

기존 다이캐스팅 방식과 비교했을 때, 진공 보조 방식은 분명히 더 높은 품질의 부품을 생산합니다. 다이 내부의 공기를 제거하는 과정은 기포 형성을 방지할 뿐만 아니라, 용융 금속이 몰드의 정교하고 얇은 벽 부분까지 더욱 효과적으로 유입되도록 도와줍니다. 그 결과, 부품은 더 높은 밀도와 강도를 가지며 훨씬 깨끗한 표면 마감을 갖게 됩니다. 북미 다이캐스팅 협회(NDCA)가 지적했듯이, 진공 시스템은 강력한 보완 수단이지만, 러너, 게이트, 오버플로우를 설계하는 과정에서 탄탄한 다이캐스팅 설계 원칙이 필요하다는 점을 대체하지는 못합니다. 우수한 설계와 진공 보조의 조합이 최고 수준의 품질을 실현할 수 있습니다.

핵심 이점 및 품질 향상

진공을 다이캐스팅 공정에 적용하는 주요 이점은 부품의 품질과 완전성에서 획기적인 개선을 이룬다는 것이다. 가스 포획을 최소화함으로써 기공률이 현저히 낮아진 부품을 얻을 수 있다. 이를 통해 더 조밀한 구조를 가지며 인장 강도와 신율 등 기계적 특성이 더욱 일관되고 예측 가능하게 나타나는 주조물을 제작할 수 있다. 이러한 신뢰성은 자동차 및 항공우주 산업과 같이 엄격한 요구 조건을 갖는 분야에서 사용되는 부품에 매우 중요하다.

또 다른 주요 이점은 우수한 표면 마감 품질이다. 표면 근처에 갇힌 가스가 팽창하면서 발생하는 블리스터(blisters)나 핀홀(pinholes)과 같은 결함이 거의 완전히 제거된다. 따라서 금형에서 직접 깨끗한 표면을 얻을 수 있어, 비용이 많이 들고 시간이 소요되는 2차 마감 작업의 필요성을 줄일 수 있다. 아래에서 상세히 설명하는 바와 같다. Kenwalt Die Casting , 이러한 결함 감소는 불량 부품의 수를 줄여 시간과 인건비, 재료 비용을 절감합니다. 또한 진공 상태에서 몰드가 균일하게 채워짐으로써 갇힌 공기로 인한 높은 내부 압력과 마모가 줄어들어 금형의 수명이 연장될 수 있습니다.

품질 향상은 새로운 제조 가능성을 열어줍니다. 진공 다이캐스팅 방식으로 생산된 부품은 일반적으로 주조된 부품에서는 문제가 되는 후처리 공정에도 적합합니다. 갇힌 가스가 거의 없거나 전혀 없기 때문에 열처리, 용접 또는 도금 시 결함이 발생할 위험이 적어, 이러한 부품들을 신뢰성 있게 가공할 수 있습니다. 이 기능은 강도 향상이나 특정 표면 특성이 요구되는 구조 부품에 필수적입니다.

진공 보조 공정: 단계별 개요

기존 다이캐스팅 공정을 기반으로 하지만, 진공 보조 공정은 중요한 추가 단계를 포함합니다. 이 순서를 이해하는 것은 설계 및 최종 부품 품질에 미치는 영향을 파악하는 데 중요합니다. 이 공정은 일반적으로 다음의 명확한 단계를 따릅니다.

1. 금형 준비 및 폐쇄: 강철 다이의 두 부분은 먼저 청소한 후 이형제로 윤활 처리를 하고 단단히 닫습니다. 여기서 중요한 설계 요소는 진공을 가했을 때 밀봉이 잘 되어 유지될 수 있도록 다이에 효과적인 씰 구조를 갖추는 것입니다. 누출이 발생하면 공정이 손상될 수 있습니다.
2. 진공 적용: 다이가 닫힌 상태에서 고용량 진공 펌프가 작동합니다. 다이 캐비티와 러너 시스템에 연결된 밸브가 열리고, 펌프는 공기 및 윤활제에서 발생하는 가스를 제거하여 몰드 내부에 저압 환경을 조성합니다. 이 단계는 정확한 타이밍이 필수입니다.
3. 용융 금속 주입: 원하는 금속 합금을 용광로에서 녹인 후 기계의 샷 챔버로 옮깁니다. 그런 다음 고압 플런저가 용융 금속을 진공 상태의 다이 캐비티 안으로 주입합니다. 진공은 금속이 몰드 안으로 부드럽게 유입되도록 도와주며 난류 없이 모든 세부 부위를 완전히 채우도록 보장합니다.
4. 응고 및 냉각: 금형이 채워진 후 용융 금속은 냉각되어 굳기 시작하며 다이의 형태를 취하게 된다. 원하는 금속조직 특성을 확보하기 위해 중요한 고체화 속도를 조절하기 위해, 다이는 내부 냉각 채널을 갖추는 경우가 많다.
5. 다이 개방 및 부품 탈형: 주물이 응고된 후 진공 상태가 해제되고 다이 반쪽이 열린다. 그 후에 이젝터 핀이 완성된 주물을 몰드에서 밀어낸다. 이제 부품은 트리밍, 가공 또는 표면 마감과 같은 필요한 2차 공정을 진행할 준비가 된 상태이다.

이 전체 사이클은 매우 빠르며, 보통 수초에서 수 분 안에 완료되어 대량 생산에 매우 적합하다. 진공 시스템의 통합은 복잡성을 증가시키지만, 이 공정이 알려진 바와 같은 우수한 품질을 달성하기 위해 필수적이다.

진공 다이캐스팅을 위한 핵심 설계 원리

진공 보조 다이캐스팅 설계에서 효과적인 설계란 단순히 형상을 만드는 것을 넘어서, 진공 환경의 이점을 최대한 활용할 수 있도록 부품의 기하학적 구조를 최적화하는 것을 포함한다. 많은 원칙들이 기존 캐스팅과 유사하지만, 특히 중요한 몇 가지 원칙이 있다. 성공적인 설계를 위해서는 벽 두께 및 드래프트 각도와 같은 요소에 주의 깊게 신경 쓰는 것이 매우 중요하다.

가장 큰 설계상 이점 중 하나는 더 얇은 벽 두께의 부품을 제작할 수 있다는 점이다. 진공 상태에서는 갇힌 공기로 인한 배압이 감소하기 때문에 용융 금속이 기존 다이캐스팅보다 훨씬 더 얇은 부분까지 흐르고 채울 수 있다. 일반적으로 1mm에서 1.5mm의 최소 벽 두께가 가능하며, 이는 부품 크기와 재료에 따라 달라질 수 있다. 일관된 냉각을 보장하고 휨이나 오목 결함(sink marks)을 방지하기 위해 가능한 한 균일한 벽 두께를 유지하는 것이 중요하다. 두께 변화가 불가피한 경우, 그 전이는 서서히 이루어져야 한다.

부품 품질과 양산성 모두를 위해 중요한 기타 주요 설계 고려 사항들이 있습니다:

• 발진 각도: 다이의 뽑힘 방향과 평행한 모든 벽면에는 일반적으로 최소 1~2도의 발진 각도가 포함되어야 합니다. 이 미세한 경사는 완성된 부품이 손상이나 변형 없이 몰드에서 깨끗하게 탈형될 수 있도록 하는 데 매우 중요합니다.
• 리브 및 보스: 두께를 전반적으로 늘리지 않고도 넓고 평평한 영역에 강도를 더하기 위해 리브를 설계에 포함해야 합니다. 쿨백(sink mark)을 피하기 위해 리브의 두께는 일반적으로 주 벽 두께의 60% 미만이어야 합니다. 마찬가지로, 장착 또는 정렬용으로 사용되는 보스(bosses)도 유사한 두께 기준을 따라야 합니다.
• 모따기 및 곡률: 날카로운 내부 모서리는 응력 집중의 원인이 되며 금속 흐름을 방해할 수 있습니다. 부품의 구조적 완전성을 향상시키고 용융 금속이 보다 매끄럽고 균일하게 흐르도록 하기 위해 모든 모서리에 충분한 필렛과 곡률을 추가해야 합니다.
• 다이 실링: 금형 설계 측면에서 다이를 완전히 기밀 상태로 밀봉할 수 있도록 보장하는 것은 필수적입니다. 이를 위해서는 다이 반쪽을 정밀 가공해야 하며, 일반적으로 진공 사이클 중에 공기 누출을 방지하기 위해 O링이나 기타 밀봉 장치를 포함시켜야 합니다.

이러한 원칙들을 준수함으로써 설계자는 진공 보조 공정의 이점을 최대한 활용할 수 있는 견고하고 경량적이며 복잡한 부품을 제작할 수 있으며, 이는 더 높은 양산성과 우수한 성능을 달성하게 됩니다.

자주 묻는 질문

1. 진공 주조와 전통적인 다이캐스팅의 주요 차이점은 무엇인가요?

주요 차이점은 용융 금속을 주입하기 전에 다이 공동 내의 공기와 가스를 제거하기 위해 진공을 사용한다는 점입니다. 전통적인 다이캐스팅은 공기가 가득 찬 다이에 금속을 주입하므로, 이 공기가 갇혀 기공(porosity)을 유발할 수 있습니다. 진공 다이캐스팅은 이러한 공기를 제거하여 더 치밀하고 강도 높은 부품을 만들어내며, 결함이 적고 표면 품질이 우수합니다.

2. 진공 보조 다이캐스팅에 적합한 금속은 어떤 것들이 있나요?

이 공정은 주로 중간 정도의 융점을 가진 비철 합금에 사용된다. 여기에는 알루미늄 합금(A380 등), 경량 구조 부품용 마그네슘 합금 및 아연 합금이 포함된다. 강이나 철과 같은 철 계 금속은 용해 온도가 매우 높아 다이캐스팅 장비를 손상시킬 수 있으므로 일반적으로 적합하지 않다.

3. 진공 다이캐스팅으로 모든 기공을 제거할 수 있나요?

진공 다이캐스팅은 기체 기공을 거의 제로 수준까지 크게 줄여주지만, 모든 형태의 기공을 완전히 제거하는 것은 아닐 수 있다. 예를 들어, 금속이 냉각되고 응고되면서 부피가 줄어들기 때문에 수축 기공은 여전히 발생할 수 있다. 그러나 게이트 및 러너 시스템의 최적화를 포함한 적절한 부품 및 몰드 설계를 통해 이러한 유형의 기공도 최소화할 수 있다.