다이캐스트 툴링: 설계, 재료 및 모범 사례

다이캐스트 툴링은 이름에서 알 수 있듯이 다이캐스팅 공정의 금형과 다이를 포괄합니다. 제대로 설계되면 수십만, 때로는 수백만 회의 샷(shots)에도 불구하고 선명한 형상, 엄격한 공차, 그리고 안정적인 사이클 타임을 제공합니다.

이 글에서 Moldie는 다이캐스팅 툴링의 핵심을 추출하여 다이캐스팅 기술과 관련된 작동 메커니즘, 툴링 솔루션 및 기타 요소에 대한 더 나은 통찰력을 얻도록 도와드리겠습니다.

다이캐스트 툴링이란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

다이캐스팅 툴링은 본질적으로 두 개 이상의 반쪽으로 구성된 복잡한 고강도 강철 금형입니다. 다이캐스팅 툴링의 주요 기능은 엄청난 압력 하에서 용융 금속을 정밀한 형상으로 성형하는 것입니다.

표준 다이캐스팅 도구는 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

• 커버 다이(고정 절반): 이 절반은 다이캐스팅 기계의 고정 플레이트에 장착되며 주입 시스템(구스넥)을 포함합니다. 핫챔버) 또는 샷 슬리브(냉장실 내).
• 이젝터 다이(이동 절반): 이 절반은 이동식 플레이트에 장착되며 사이클 후에 응고된 주조물을 밀어내는 배출 시스템을 포함합니다.

4가지 주요 단계로 구성된 다이캐스팅 사이클:

1. 클램핑: 다이의 두 반쪽은 사출 시 발생하는 높은 압력을 견뎌내기 위해 엄청난 힘(종종 수백에서 수천 톤)으로 유압으로 고정됩니다.

2. 주입: 용융 금속은 고속 및 고압으로 다이 캐비티에 주입됩니다. 여기서 핫 챔버와 차가운 챔버 다음 섹션에서 자세히 설명하겠지만, 시스템이 중요해집니다.

3. 냉각: 금속은 캐비티 내부에서 응고되어 최종 형태를 갖습니다. 이 툴링에는 물이나 오일을 순환시켜 응고 과정을 제어하고 극한의 열 사이클을 관리하는 정교한 내부 냉각 채널이 장착되어 있습니다.

4. 방출: 클램프가 열리고, 움직이는 절반의 이젝터 플레이트가 전진하면서 이젝터 핀을 주조물에 대고 밀어서 다이에서 분리합니다.

이 사이클은 공구 수명 동안 몇 초마다 반복되며, 극한의 열 응력(용융 금속), 기계적 응력(클램핑 및 사출 압력), 그리고 연마 마모를 겪게 됩니다. 공구의 설계, 재료 및 유지 관리는 모두 이러한 혹독한 환경에서도 견딜 수 있도록 최적화되어 있습니다.

다이캐스팅 툴링을 위한 맞춤형 금형 설계

드래프트, 반경 및 벽 두께

신청하기 적절한 초안 배출물을 깨끗하게 하고 제품 수명을 연장하는 첫 번째 단계입니다. 최적의 결과를 얻으려면 외부 면에는 0.5~1.0도의 드래프트 각도를 사용하고 내부 코어에는 1.0~2.0도의 약간 더 가파른 드래프트 각도를 사용하십시오. 또한 표면에 텍스처가 있는 경우, 일반적으로 한 단계 이상의 드래프트 각도를 추가하여 배출 시 부품이 달라붙는 것을 방지해야 합니다.

드래프트 각도를 넘어서 통합 넉넉한 필레 부품의 내구성과 품질에 매우 중요합니다. 아연의 경우 최소 0.5~1.0mm, 알루미늄의 경우 1.0~2.0mm의 반경을 갖는 필렛을 사용하면 응력을 분산하고 날카로운 모서리를 줄여 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다. 또한, 이 공정은 용융 금속의 유동성을 향상시킵니다.

또한 디자인은 유지되어야 합니다. 균일한 벽 두께,전략적 리브와 보스를 사용하고 매우 얇은 벽은 피하세요. 일반적으로 알루미늄의 경우 0.8~1.0mm 이상을 유지해야 합니다. 단, 특정 설정이 이를 감당할 수 있다는 것이 입증된 경우는 예외입니다.

허용 오차 및 중요 기준

설립하다 명확한 기준 참조 부품의 기능과 치수에 중요한 견고하고 접근 가능한 표면을 사용하여 프레임을 제작합니다. 적용 기하학적 치수 및 공차 (GD&T)는 형상, 방향, 위치(평탄도, 위치, 프로파일 등)를 제어합니다. 이 시스템은 부품의 기능적 한계를 정의합니다. 중요하지 않은 표면에는 허용 오차를 줄여 설계를 과도하게 제한하지 않도록 하여 성능에 영향을 주지 않으면서 툴링과 제조를 간소화합니다.

데이텀 타겟은 프로브가 쉽게 접근할 수 있는 안정된 주조 상태의 패드에 위치해야 합니다. 금형 반쪽 사이의 미세한 정렬 오차는 측정 오류를 유발하고 기준 프레임을 손상시킬 수 있으므로, 파팅 라인을 가로질러 타겟을 정의하지 마십시오.

주조된 제품의 허용 오차는 기계 가공된 제품의 허용 오차보다 넓다는 점을 기억하세요. 중요한 기능에만 가공 허용치를 적용합니다. 밀봉 표면이나 베어링 피팅과 같은 부분은 그대로 두고 다른 부분은 주조된 상태로 남겨둡니다. 이렇게 하면 2차 작업이 최소화되고 비용이 절감됩니다.

이별 전략, 슬라이드 최소화 및 비용

다이캐스트 다이의 비용과 복잡성은 주로 파팅 라인과 슬라이드 수에 의해 결정됩니다. 슬라이드가 하나 추가될 때마다 상당한 비용, 유지 관리 및 시간이 소요되므로, 주요 설계 목표는 이를 최소화하는 것입니다. 이는 주요 파팅 면에 맞춰 형상의 방향을 변경하거나 언더컷을 제거하도록 재설계하는 방식으로 달성할 수 있습니다. 가장 좋은 방법은 조기에 협력하고 DFM 분석, 이를 통해 슬라이드를 통합하고, 리드타임을 단축하고, 비용을 절감하고, 도구 내구성을 향상시킬 수 있습니다.

텍스처와 로고

텍스처와 로고를 디자인하려면 품질과 내구성을 보장하기 위한 구체적인 단계가 필요합니다. 텍스처를 적용하려면 적절한 배출을 위해 드래프트 각도를 높여야 하므로 항상 로고를 추가할 때 정확한 사양은 공급업체에 문의하십시오.. 가능하면 로고는 중요하지 않고 기능하지 않는 표면에 배치해야 합니다. 도구의 긁힘이나 마모를 방지하기 위해 로고는 튀어나오는 것보다는 표면에 움푹 들어간 곳에 배치하는 것이 가장 좋습니다.

공구강 소재 및 표면 처리

일반 공구강(H13, H11, 마르에이징)

• H13: 산업의 일꾼 알루미늄 다이캐스팅, 우수한 열간 강도, 내열 피로성, 인성을 갖추고 있습니다. 적절한 열처리 및 템퍼링은 필수적입니다.
• H11: 우수한 인성과 열 충격 저항성을 제공하지만 열 강도가 낮기 때문에 알루미늄 다이캐스팅의 주요 캐비티와 코어에는 H13보다 덜 일반적으로 사용됩니다.
• 마르에이징강: 높은 강도와 뛰어난 가공성이 요구되는 인서트나 하이브리드 적층 제조 인서트에 유용합니다. 일반적으로 납땜을 완화하기 위해 표면 엔지니어링과 함께 사용됩니다.

기타 일반적인 강철로는 아연 및 마그네슘 합금용 P20 강철과 이젝터 핀 및 기타 고마모 부품용 D2와 같은 고경도 강철이 있습니다.

코팅, 질화 및 표면 엔지니어링

• 질화: 부식과 미세 납땜을 방지하는 단단하고 내마모성이 뛰어난 확산층을 형성합니다. H13/H11에 널리 사용됩니다.
• PVD/CVD 코팅(예: TiN, CrN, AlCrN): 젖음성 감소, 윤활성 향상, 납땜 제한. 합금 및 작동 온도에 따라 선택이 달라집니다.
• 경질 크롬, 니켈-붕소 및 특수 납땜 방지 도금: 게이트 영역, 고속 충돌 영역, 그리고 고착되기 쉬운 코어에 적용됩니다. 표면 처리 및 모재의 품질이 성공 여부를 결정합니다.

열 피로, 납땜 및 침식 저항성

• 열 피로 급속한 반복 가열 및 냉각으로 인해 다이 표면에 열 충격이 발생하는 것으로 나타납니다. 이러한 문제를 완화하기 위한 전략은 주로 열 피로 저항성이 높은 공구강(예: H13)을 사용하고, 극한의 열 사이클을 관리하기 위한 균형 잡힌 냉각 시스템을 설계하는 것입니다. 생산 전 다이를 예열하는 것은 초기 열 충격을 줄이는 중요한 예방 조치입니다.
• 납땜, 용융 합금이 다이 강에 바람직하지 않게 달라붙는 현상은 국부적인 강 온도가 "끈적끈적한" 범위로 떨어지면 더욱 심해집니다. 이러한 문제는 특수 코팅, 이형제 사용, 그리고 다이 벽 온도의 세심한 제어를 통해 이 중요한 범위를 피함으로써 해결할 수 있습니다.
• 부식 일반적으로 게이트 근처나 급격한 유동 방향 전환이 있는 영역에서 발생하며, 이러한 영역에서는 고속 용융 금속이 표면에 충돌합니다. 이를 방지하기 위해 충격 각도를 부드럽게 하고, 반경을 증가시키며, 이러한 중요 영역의 표면을 국부적으로 경화시켜 저항성을 높여야 합니다.

툴링 구축, 샘플링 및 유지 관리

공구 제작 워크플로 및 리드 타임

일반적인 다이캐스트 툴링 프로그램은 일반적으로 8단계로 진행됩니다.

첫 번째 기사, 시범 및 반복

초기 샘플링은 충전량, 기공률 및 치수 안정성을 검증합니다. 게이트 크기, 벤트 깊이, 스프레이 레시피 및 샷 매개변수에 대한 반복 작업이 예상됩니다. 첫 번째 제품 검사에서는 측정 결과를 도면의 GD&T(총 중량 및 온도)와 연결합니다. 데이터 기반 루프, 열화상, 캐비티 압력 트레이스 및 진공 레벨을 통해 추측보다 빠르게 수렴할 수 있습니다.

예방 유지 관리, 개조 및 수리

정기적인 PM(정기 점검)에는 통풍구 청소, 차단 장치 재정비, 배출 마모 확인, 냉각수 피팅 재장착이 포함됩니다. 재질화 및 점용접 수리는 수명을 연장합니다. 마모가 심한 코어와 게이트 영역에는 예비 인서트 전략을 유지하십시오. 유지보수 주기 및 결함 유형을 추적하십시오. 공구는 마모 패턴을 통해 정보를 제공합니다.

일반적인 결함 및 해결 방법

다공성, 콜드 셧 및 미스런

• 가스 다공성: 배기/진공을 개선하고, 게이트 형상을 통해 난류를 줄이며, 다이 온도를 안정화합니다. 갇힌 증기를 방지하기 위해 스프레이와 윤활유의 균형을 조정합니다.
• 기공률 감소: 국소 부분을 두껍게 하거나 공급/오버플로를 추가합니다. 뜨거운 부분이 조기에 얼지 않도록 냉각을 조정합니다.
• 콜드 셧/미스런: 용융수지와 금형 온도를 사양 범위 내로 높이고, 게이트를 확대하거나, 게이트 위치를 변경하여 유동 전면을 뜨겁고 연속적으로 유지합니다.

플래시, 납땜 및 접착

• 플래시: 셧오프 플랫을 개선하고, 다이 잠금을 교정하고, 클램프 힘을 확인하십시오. 과도한 스프레이는 유압 쐐기 현상을 유발할 수도 있습니다.
• 납땜: 강철 표면 온도를 점착 범위 이상으로 높이고, 납땜 방지 코팅을 적용하고, 윤활제를 조정하십시오. 게이트를 다시 조준하여 직접 접촉을 줄이십시오.
• 고착: 드래프트를 추가하고, 배출 표면을 연마하고, 배출 핀을 재분배하거나 보스가 높은 곳에는 배출 슬리브로 전환합니다.

뒤틀림과 차원 이동

• 휨: 불균일한 냉각 및 잔류 응력으로 인해 발생합니다. 냉각 회로의 균형을 맞추고, 비대칭 부품에는 등각 채널을 사용하고, 점진적인 응고를 위해 공정 매개변수를 조정하십시오.
• 치수 편차: 이는 장시간 가공 시 발생할 수 있으며, 금형의 열 팽창을 나타냅니다. 까다로운 형상의 경우, 주조 후 교정 또는 정밀 마무리 가공을 통해 설계하십시오.

결론

다이캐스트 툴링은 정밀 엔지니어링과 전략적 협업을 통해 품질과 효율성을 보장하는 중요한 투자입니다. 다음과 같은 파트너를 선택해야 합니다. 잘 확립된 금형 생산 공정 DFM 분야에서 풍부한 경험을 보유하고 있습니다. 이러한 접근 방식은 도전을 안정적인 생산으로 전환하여 일관된 가치와 경쟁 우위를 제공합니다.

자주 묻는 질문

부품의 복잡성이 실제로 툴링 비용 증가로 이어지는 이유는 무엇일까요? 단순히 크기 때문일까요?

부품 크기가 강재 가격에 영향을 미치지만, 툴링 비용은 단순히 사용되는 재료의 양보다 훨씬 더 중요합니다. 슬라이드가 필요한 각 언더컷, 복잡한 코어, 그리고 모든 정밀 공차 형상은 엔지니어링 시간, 정밀 가공, 그리고 향후 유지보수 시점을 증가시킵니다. 깔끔한 파팅 라인과 낮은 생산량을 가진 더 간단한 부품은 종종 더 저렴하고 더 안정적인 단일 캐비티 툴로 가공할 수 있습니다. 언더컷이 많은 부품은 캐비테이션 발생 여부와 관계없이 복잡한 멀티 슬라이드 툴이 필요합니다.

도구 샘플링/시운전 단계에서 미래의 생산 문제를 예측하는 주요 지표는 무엇입니까?

일관성을 유지하는 것이 좋습니다. 온도나 사출 속도와 같은 기계 매개변수의 사소한 조정으로 인해 부품 품질이나 결함이 크게 변동하는 경우, 공구 설계가 불안정할 수 있습니다. 다른 위험 신호로는 부품을 일관되게 배출하는 데 어려움이 있거나, 초기 사출 시 납땜 흔적이 있거나, 양품이 생산되는 넓고 안정적인 "공정 범위"를 확보하지 못하는 경우 등이 있습니다. 자격을 갖춘 공구는 관대하고 반복 가능해야 합니다.

복잡한 기능에 대해 "더 간단한" 도구를 설계하고 2차 가공을 사용하는 것이 언제 더 비용 효율적일까요?

이러한 접근 방식은 매우 깊고 작은 직경의 구멍, 깨끗한 루트를 가진 나사산, 또는 매우 날카로운 내부 모서리와 같이 주조가 매우 어렵거나 비용이 많이 드는 형상에 종종 적합합니다. 솔리드 블록을 주조하고 2차 작업에서 드릴링/탭핑하면 금형의 취약한 코어 핀으로 인한 비용 및 잠재적인 고장 지점을 피할 수 있습니다. 이는 부품당 가공 비용과 초기 공구 복잡성/위험 간의 균형입니다.