다이캐스팅 공정 개요
캐스팅이란 무엇인가?
주조는 액체 재료(보통 금속)를 만들고자 하는 부품 모양의 틀에 붓는 과정입니다. 액체가 식으면서 굳어지면서 틀의 형태가 완성됩니다.
주조에는 모래 주조, 다이 캐스팅, 인베스트먼트 주조 등 다양한 유형이 있습니다. 각 유형은 소재의 형상과 세팅에 각기 다른 방식을 사용합니다. 이러한 방법은 알루미늄, 철, 강철, 심지어 일부 플라스틱과 같은 금속에도 적용 가능합니다.
주조는 다른 방법을 사용해서는 얻기 힘든 모양의 작거나 큰 부품을 만들 수 있기 때문에 중요합니다.
주조의 응용
자동차, 건물, 기계, 공구 등에서 주조 부품을 찾아볼 수 있습니다. 자동차 엔진, 파이프, 조각상, 중장비 등에서도 주조 부품이 흔히 사용됩니다.
제조업체는 견고하고 까다로운 작업을 처리할 수 있는 부품이 필요할 때 주조를 선택합니다. 예를 들어, 엔진 블록과 펌프 하우징은 견고함과 정교한 형상을 모두 갖춰야 하기 때문에 주조 방식으로 제작되는 경우가 많습니다.
주조는 금속 조각품이나 홈 인테리어용 맞춤 디자인과 같은 예술 작품을 만드는 데에도 도움이 됩니다. 이 공정은 대량 생산이 가능하므로 한 번에 많은 부품을 제작하기에 적합합니다.
캐스팅의 주요 장점
주조는 복잡하고 큰 형상을 한 번에 제작할 수 있다는 점에서 높이 평가됩니다. 다른 방법을 사용하면 가공하기 어려운 소재도 형상화할 수 있습니다. 즉, 디자인과 매우 유사한 부품을 얻을 수 있습니다.
중요한 장점은 다음과 같습니다.
- 비용 절감 대량 생산을 위해
- 가공 감소 금형에서 최종 모양을 얻기 때문에
- 재료의 유연성, 많은 금속과 플라스틱도 주조될 수 있습니다.
다른 기법으로는 비용이 많이 들거나 제작이 불가능한 얇고 정교하며 속이 빈 부품도 제작할 수 있습니다. 주조는 맞춤형 또는 정교한 금속 부품을 효율적으로 제작해야 할 때 좋은 해결책입니다.
모래 주조 방법
모래 주조는 다양한 종류의 모래와 결합재를 사용하여 금속 부품을 성형하는 주형을 만듭니다. 모래 주조 방법의 선택은 표면 마감, 강도, 그리고 비용에 영향을 미칩니다.
그린 샌드 캐스팅
생사주조는 가장 일반적인 모래주조 방식입니다. 규사, 점토(주로 벤토나이트), 물, 그리고 때로는 다른 첨가제를 혼합하여 사용합니다. "생사주조"라는 용어는 모래가 마르지 않고 약간 축축한 상태를 유지한다는 것을 의미합니다.
이 방법은 유연하고 빠르며 저렴하기 때문에 널리 사용됩니다. 크고 작은 금속 부품 모두에 사용할 수 있습니다. 대부분의 철, 강철, 알루미늄 부품이 이 방식으로 제작됩니다.
장점:
- 저렴한 비용
- 재사용 가능한 모래
- 모양이 간단하다
단점:
- 낮은 표면 마감 품질
- 덜 정확한 허용 오차
녹색 모래 주형은 그다지 튼튼하지 않기 때문에 간단한 부품에 가장 적합합니다.
수지 모래 주조
레진 모래 주조는 모래에 레진과 같은 화학 결합제를 혼합하여 사용합니다. 이러한 결합제는 모래 입자들이 서로 달라붙어 생모래보다 더 단단하게 굳는 데 도움을 줍니다. 주형이 경화되어 강하고 단단한 형태를 만듭니다.
이 공정은 표면 마감이 더 좋고 형상도 더 정확합니다. 복잡한 부품이나 고품질 부품 제작에 자주 사용됩니다. 레진 샌드 몰드는 그린 샌드 몰드보다 더욱 정교한 디자인을 구현할 수 있습니다.
장점:
- 치수 정확도가 좋음
- 더 나은 표면 마감
- 복잡한 모양을 만들 수 있습니다
단점:
- 그린샌드보다 비용이 더 많이 든다
- 몰드 모래는 일반적으로 재사용할 수 없습니다.
품질과 세부 묘사가 비용보다 더 중요하다면 수지 모래 주조를 고려해야 합니다.
건식 모래 주조
건식 모래 주조는 생사 주조와 유사하지만, 금속을 주입하기 전에 모래 주형을 오븐에서 건조합니다. 주형을 건조하면 강도가 증가하고 기포와 같은 결함이 방지됩니다. 따라서 더 크거나 무거운 주물을 제작하는 데 적합합니다.
건조 단계 때문에 공정 시간이 더 오래 걸리지만, 주형이 더 강하고 균열에 더 강합니다. 건식 모래 주조는 일반적으로 중장비나 대형 산업 부품과 같은 매우 큰 부품에 사용됩니다.
장점:
- 더 강한 금형
- 대형 주조에 적합
- 주조 결함 감소
단점:
- 더 긴 생산 시간
- 그린샌드보다 비싸다
이 방법은 대규모 프로젝트를 위해 튼튼하고 안정적인 틀이 필요할 때 가장 좋습니다.
영구 금형 주조 공정
영구 주형 주조는 일회용 모래 주형 대신 내구성 있는 금속 주형을 사용합니다. 이러한 공정을 통해 동일한 모양, 매끄러운 표면, 그리고 우수한 강도를 가진 많은 부품을 제작할 수 있습니다.
중력 다이캐스팅
중력 다이캐스팅은 용융 금속을 손이나 래들을 사용하여 금속 몰드에 주입하는 방식입니다. 중력은 금속이 몰드 내부의 모든 공간을 채우도록 도와줍니다. 이 공정은 추가적인 압력이나 진공을 사용하지 않습니다.
이 방법은 중대형 금속 부품을 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 중력 다이캐스팅은 알루미늄, 마그네슘 또는 구리 합금 제품을 제작하는 데 매우 일반적으로 사용됩니다. 사형 주조보다 표면 조도가 더 좋고 내구성이 뛰어난 부품을 얻을 수 있습니다.
주요 이점:
- 치수 정확도가 좋음
- 재사용 가능한 금형
- 모래주조에 비해 폐기물이 적습니다.
일반적인 제품:
- 자동차 부품
- 기계 구성 요소
- 파이프 피팅
저압 다이캐스팅
저압 다이캐스팅은 금형 아래에 용융 금속이 채워진 특수 챔버를 사용합니다. 용융 금속은 보통 1bar 미만의 낮은 공기압을 사용하여 금형 안으로 밀어 넣어집니다.
이러한 추가 압력은 중력 주조보다 금형의 얇은 부분을 더 잘 채우는 데 도움이 됩니다. 공정 속도는 느리지만, 더 강하고 정교한 부품을 얻을 수 있습니다. 이 공정은 특히 알루미늄과 마그네슘 합금에 적합합니다.
주요 장점:
- 충전에 대한 정밀한 제어
- 다공성 감소
- 얇은 벽의 부품에 적합
자동차 산업에서는 바퀴, 엔진 부품, 하우징 등에 이 방법이 사용되는 것을 자주 볼 수 있습니다.
진공 다이캐스팅
진공 다이캐스팅에서는 진공 펌프가 금형 캐비티에서 공기를 제거합니다. 이를 통해 용융 금속이 금형의 모든 모서리로 유입됩니다.
가스나 기공이 거의 없는 부품을 제작하여 견고하고 기밀성이 뛰어납니다. 이 공정은 얇거나 정교한 부품에 높은 정밀도가 필요할 때 매우 유용합니다. 항공우주 및 전자 산업 분야에서 최고의 선택입니다.
주요 포인트:
- 매우 매끄러운 표면
- 고밀도, 낮은 결함률
- 가벼운 합금 및 중소형 부품에 적합합니다.
진공 다이캐스팅은 종종 전기 하우징, 기어, 고정밀 부품에 사용됩니다.
인베스트먼트 및 로스트폼 캐스팅
인베스트먼트 주조와 로스트폼 주조는 모두 패턴을 사용하여 주형을 제작하지만, 재료와 공정이 서로 다릅니다. 각 공정은 특정 모양, 크기 또는 세부 사항을 가진 부품을 제작하는 데 유용합니다.
인베스트먼트 캐스팅
인베스트먼트 주조는 왁스나 플라스틱 모형을 사용하여 주형을 만듭니다. 먼저 모형을 특수 세라믹 슬러리로 코팅한 후 고운 모래로 덮습니다. 세라믹 셸이 굳으면 왁스가 녹아 나와 빈 공간이 생깁니다.
이 공간에 용융 금속을 주입하여 최종 부품을 만듭니다. 이 방법을 사용하면 매끄러운 표면과 엄격한 공차를 가진 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다.
주요 용도:
- 작거나 세부적인 금속 부품
- 고정밀 부품
- 보석, 의료 도구 및 항공 우주 부품
장점:
- 세부적인 사항에 적합
- 다양한 금속과 호환 가능
단점:
- 다른 방법보다 단계와 시간이 더 많습니다.
- 대형 부품의 경우 비용이 많이 듭니다.
로스트폼 캐스팅
로스트폼 주조는 비슷하지만, 왁스 대신 폴리스티렌 폼을 사용하는 것이 다릅니다. 폼 패턴을 모래가 채워진 상자에 넣습니다. 용융 금속을 부으면 폼이 증발하고, 폼이 남은 공간을 금속이 채웁니다.
이를 통해 다른 주조 방식으로는 제작하기 어려운 형상도 쉽게 제작할 수 있습니다. 로스트폼 주조는 코어를 사용하지 않고도 크거나 복잡한 부품에 적합합니다.
| 특징 | 인베스트먼트 캐스팅 | 로스트폼 캐스팅 |
|---|---|---|
| 무늬 | 왁스/플라스틱 | 거품 |
| 패턴 제거 | 녹아내렸다 | 기화 |
금형 이음새가 줄어들어 완성된 부품을 정리하는 데 드는 시간도 줄어듭니다. 이 과정은 값비싼 금형 없이도 시제품이나 특별한 제품을 제작할 때 유용합니다.
특수 및 현대 주조 기술
일부 주조법은 특수 기술을 사용하여 강하고 정밀하며 독특한 금속 부품을 만듭니다. 이러한 공정은 파이프, 기어, 긴 금속 막대와 같은 제품을 만드는 데 도움이 됩니다.
원심 주조
원심 주조는 파이프나 링처럼 속이 비어 있고 둥근 물체를 만드는 데 사용됩니다. 이 공정에서는 액체 금속을 회전하는 주형에 붓습니다. 회전하는 주형은 금속을 주형 벽에 밀어 넣어 기포와 불순물을 제거합니다.
이 방법을 사용하면 이음새 없이 조밀하고 튼튼하며 균일한 부품을 얻을 수 있습니다. 안쪽 표면은 일반적으로 더 매끄럽고, 불순물은 중앙으로 이동하여 제거할 수 있습니다. 철이나 강철 같은 금속뿐만 아니라 청동이나 알루미늄에도 효과적입니다.
대표적인 제품:
- 수도관
- 부싱
- 플라이휠
원심 주조는 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있기 때문에 혹독한 사용이나 압력을 견뎌야 하는 부품을 만드는 데 흔히 사용됩니다.
쉘 몰드 캐스팅
쉘 몰드 주조는 모래와 특수 수지로 만든 얇은 껍질을 주형으로 사용하는 공정입니다. 금속 패턴을 가열하고 모래와 수지를 섞은 혼합물로 덮는 것으로 시작합니다. 열이 쉘을 단단하게 만들어 튼튼하고 얇은 주형 층을 형성합니다.
껍질이 식으면 패턴에서 분리되어 다른 껍질 반쪽과 결합합니다. 그런 다음 녹은 금속을 부어 최종 형태를 만듭니다. 이 방법은 매끄러운 마감과 날카로운 모서리를 제공하여 세밀하거나 복잡한 모양을 원할 때 유용합니다.
쉘 몰드 주조의 주요 특징:
- 좋은 표면 마감
- 높은 정밀도와 반복성
- 소형에서 중형 부품에 적용 가능
일반적인 제품으로는 밸브 바디, 기어 하우징, 실린더 헤드 등이 있습니다.
연속 주조
연속 주조는 막대, 봉, 판재와 같은 긴 형상을 만드는 데 사용됩니다. 이 공정에서는 양쪽 끝이 열린 주형에 용융 금속을 주입합니다. 금속이 식으면서 주형에서 천천히 빠져나오면서 연속적인 조각이 됩니다.
가장 큰 장점은 거의 모든 길이의 제품을 낭비 없이 만들 수 있다는 것입니다. 이 공정은 고도로 자동화되어 있어 대규모 공장에서 자주 사용됩니다. 강철, 구리, 알루미늄과 같은 금속에 적합합니다.
연속 주조의 이점:
- 일관된 품질
- 고효율
- 생산 비용 절감
이 방법은 균일하고 견고해야 하는 레일, 보 및 기타 구조용 금속 제품을 제작할 때 자주 사용됩니다.
다이캐스팅 공정
다이캐스팅은 고압을 사용하여 용융 금속을 강철 금형(다이스라고도 함)에 주입하는 방식입니다. 빠르고 정밀한 공정으로, 매끄러운 표면과 촘촘한 치수의 금속 부품을 생산하는 데 널리 사용됩니다.
크게 두 가지 유형이 있습니다. 고온 챔버와 저온 챔버입니다. 각 방법은 특정 금속과 생산 요구에 적합합니다.
핫 챔버 다이캐스팅
핫 챔버 다이캐스팅은 아연, 마그네슘, 그리고 일부 납 합금과 같이 융점이 낮은 금속에 가장 적합합니다. 이 공정에서 사출 시스템은 항상 용융 금속과 접촉합니다. 금속은 기계의 챔버에서 다이로 직접 유입됩니다.
이 방법은 빠르고 짧은 사이클 타임으로 대량의 부품을 짧은 시간에 생산할 수 있습니다. 자동 작동으로 인력 필요성도 줄어듭니다. 하지만 알루미늄이나 녹는점이 높은 금속에는 핫 챔버 주조를 사용할 수 없습니다. 기계가 손상될 수 있기 때문입니다.
핫 챔버 다이캐스팅은 소형 및 중형 부품 제작에 널리 사용됩니다. 자동차 부품, 장난감 부품, 하드웨어 제품에 자주 사용되는 것을 볼 수 있습니다. 이 공정은 정밀한 형상과 매끄러운 표면을 제공하며, 추가 마무리 작업이 거의 필요하지 않습니다.
| 주요 장점 | 주요 제한 사항 |
|---|---|
| 빠른 생산 속도 | 알루미늄에는 적합하지 않습니다 |
| 높은 정확도 | 저융점 금속에 한함 |
콜드 챔버 다이캐스팅
콜드 챔버 다이캐스팅은 알루미늄, 구리, 황동처럼 녹는점이 높은 금속에 사용됩니다. 이 경우 금속은 별도의 용광로에서 녹인 후 사출 시스템에 주입됩니다. 금속은 피스톤을 사용하여 다이에 밀어 넣습니다.
이 방법은 기계 부품을 열 손상으로부터 보호하는 데 도움이 되며, 이는 고온 금속을 다룰 때 중요합니다. 하지만 열간 주조보다 사이클 시간이 약간 더 깁니다.
콜드 챔버 다이캐스팅은 엔진 블록이나 하우징처럼 크고 무거운 부품에 적합합니다. 이 공정을 통해 견고하고 정교한 부품을 제작할 수 있지만, 용융 금속에 노출되는 움직이는 부품은 유지 보수가 더 많이 필요할 수 있습니다.