제조 업계에서 다이캐스팅 공정에서 누출, 휘어짐, 균열 발생 가능성을 낮추는 것이 요구될 때, 기존의 고압 다이캐스팅만으로는 충분하지 않은 경우가 있습니다. 따라서 산업 전문가들은 이 아이디어를 확장하여 다음과 같은 결과를 도출했습니다. 진공 다이캐스팅 고품질 부품에 대한 해결책으로. 이 글에서는 다이캐스팅 기술의 이 중요한 발전의 정의, 메커니즘, 그리고 적용 시나리오에 대해 알아보겠습니다.
진공 다이캐스팅이란?
진공 다이캐스팅은 의 변형 고압 다이캐스팅 용융 금속 주입 직전과 주입 중에 다이 캐비티에서 공기와 가스를 적극적으로 제거하여 진공을 생성합니다.. 캐비티 내 가스 함량을 낮춤으로써 가스 포집을 최소화하고, 기공률을 줄이며, 밀도를 향상시키고, 기존 HPDC(고압 다이캐스팅)에 비해 기계적 특성의 일관성을 향상시킵니다. 이 방식은 주물이 용접 가능해야 하거나, 열처리 가능해야 하거나(T5/T6), 누출 방지가 필요한 경우에 필수적입니다.
이 방법은 본질적으로 밀봉된 금형, 진공 펌프 시스템, 그리고 정밀하게 설계된 배기 및 게이팅에 의존합니다. 금속이 금형 캐비티에 도달하기 전에 진공은 목표 수준, 즉 종종 100mbar 미만, 그리고 중요한 작업의 경우 훨씬 낮은 수준으로 설정되어야 합니다. 그 결과, 난류로 인한 공기 포집이 줄어들고 후속 공정에서 예상치 못한 문제가 감소하여 더욱 깨끗하고 밀도 높은 충전이 이루어집니다.
진공 보조 다이캐스팅 vs 고진공 시스템
진공 보조 시스템은 금형을 부분적으로 진공 상태로 만들어 전체 진공 설비에 드는 비용과 복잡성 없이도 많은 부품의 품질을 향상시킵니다. 이 시스템은 일반적으로 중간 정도의 강도를 가진 주조물에는 충분하며, 측정 가능한 감소 효과를 제공합니다. 다공성 더 나은 채우기 동작.
고진공 시스템은 거의 완전한 진공과 가능한 한 낮은 잔류 가스 함량을 목표로 합니다. 다이는 밀폐되고, 진공 채널은 최적화되며, 펌프는 충전 중 빠른 배출과 안정적인 진공을 달성하도록 크기가 조정됩니다.
기존 고압 다이캐스팅과의 차이점
- 다공성 및 가스 포집: 통합 진공 시스템은 다이 캐비티에서 공기를 적극적으로 제거하여 기존 HPDC에서 문제가 되는 가스 갇힘과 내부 기공을 크게 줄입니다.
- 기계적 특성: 다공성이 감소하면 기계적 특성이 더욱 우수하고 일관되며, 인장 강도, 신장률, 피로 성능의 배치 간 변동이 줄어듭니다.
- 후처리 기능: 다공성 기존 주조물과 달리 진공 다이캐스팅은 일반적으로 밀도가 높아 안전하게 용접하고 열처리할 수 있어 더 광범위한 응용 분야가 가능합니다.
실질적인 차이는 물성 안정성에서 드러납니다. 진공 상태에서는 인장 강도, 신율, 피로 성능이 더 높아지는 경향이 있으며 배치 간 차이는 적습니다.
진공 다이캐스팅 작동 원리
주요 장비, 툴링 기능 및 밀봉 방법
- 다이캐스팅 머신: 빠른 샷 제어와 정확한 게이트 속도를 갖춘 고압 기계입니다.
- 진공 시스템: 목표 진공 수준을 빠르게 달성하고 충전 시까지 유지할 수 있는 진공 펌프, 제어 밸브, 저수조/축압기 및 센서.
- 밀봉된 다이: 견고한 분리선 씰, 이젝터 핀과 슬라이드 주변의 O-링/개스킷, 배출 흐름을 지시하는 진공 블록.
- 환기 및 게이팅: 진공 채널은 마지막 충전 영역의 공기를 배출하도록 배치됩니다. 게이트는 층류를 촉진하고 얇은 부분의 조기 동결을 방지할 수 있도록 크기와 방향을 조정해야 합니다.
- 수단: 압력 변환기(캐비티 진공), 열전대(용융 및 다이), 샷 슬리브 및 플런저 위치/속도 센서.
공구 제작자는 진공 포트, 연마된 벤트 표면, 그리고 압축에 적합한 엘라스토머에 경화강 인서트를 사용하는 경우가 많습니다. O-링과 파팅 라인 마모에 대한 정기적인 검사는 PM 일정에 포함되어 있습니다.
단계별 프로세스
- 샷 준비: 용융물을 특정 목표 온도까지 올리고, 샷 슬리브에 올바른 양의 금속을 주입합니다.
- 공동을 비우다: 진공 회로가 열립니다. 시스템은 다이 캐비티와 연결된 채널을 설정점까지 끌어내립니다. 까다로운 부품의 경우, 사전 진공 지연을 통해 압력 안정성을 보장합니다.
- 주입/충전: 샷이 시작됩니다. 1단계에서는 금속을 게이트로 밀어 넣고, 2단계에서는 진공이 활성화된 상태에서 빠른 충전을 위해 높은 게이트 속도로 가속하여 전면이 전진하면서 잔류 가스를 끌어냅니다.
- 강화/유지: 용융 금속이 금형에 주입된 후, 금속이 응고될 때까지 수축을 공급하기 위해 압력이 유지되며, 전면이 통풍구를 막을 때까지 진공 상태가 유지됩니다.
- 풀어주고 굳히다: 필요에 따라 진공 밸브를 닫고 응고 후 주조가 완료됩니다.
- 열고 꺼내기: 다이가 열리고 이젝터 핀이 작동하여 부품이 제거됩니다. 또한, 플래시와 러너가 분리됩니다.
이 타임라인은 긴밀하게 조정됩니다. 진공이 설정값에 도달하기 전에 금속이 유입되면 가스 포집량이 급격히 증가합니다. 마찬가지로, 밸브 폐쇄가 지연되면 액체 금속이 진공 회로로 유입될 수 있습니다.
진공 다이캐스팅 공정의 중요 매개변수
- 진공 레벨: 의미 있는 기공률 감소를 위해 많은 생산업체는 100mbar 미만을 목표로 합니다. 고내구성 부품은 종종 수십 mbar까지 낮아집니다.
- 타이밍: 진공은 금속이 게이트에 닿기 전에 설정점에 도달해야 하며, 임계 충전 시간 동안 유지되어야 합니다. 얇은 두께의 사출에서는 50~100ms의 응답 지연도 문제가 될 수 있습니다.
- 게이트 속도 및 충전 시간: 빠르고 제어된 충전(알루미늄의 경우 게이트에서 30~60m/s가 일반적이며, 기하학적 구조에 따라 다름)은 난류를 제어하는 동시에 표면 산화와 콜드 셧을 제한합니다.
- 온도: 유동성을 유지할 만큼 높은 용융 온도(예: 알루미늄 합금은 일반적으로 화학 조성에 따라 660~720°C)를 유지해야 하며, 금형 온도는 조기 동결 및 납땜을 방지하기 위해 안정화되어야 합니다. 일관성은 극한 상황을 이깁니다.
- 윤활 및 슬리브 조건: 적절한 플런저 윤활과 슬리브 온도 제어는 가스 발생을 방지하고 1단계 충전을 안정화합니다.
공정 제어는 이러한 요소들을 반복 가능한 윈도우에 통합합니다. 많은 플랜트에서 실시간으로 캐비티 압력 피드백에 맞춰 속도 프로파일을 조정하는 폐쇄 루프 샷 제어를 채택하고 있습니다.
이점과 한계
우수한 기계적 특성: 다공성 감소
진공 다이캐스팅은 가스를 제거함으로써 표면 연결 및 내부 기공을 모두 줄입니다. 다이캐스팅 부품은 더 높은 밀도, 향상된 피로 수명, 인장 강도 및 신장의 더 좁은 분산. 예를 들어, 알루미늄 다이캐스팅 부품 견고한 진공 상태에서 생산된 제품은 T6 열처리에 적합한 신장률을 달성하는 경우가 많은데, 이는 기존 HPDC에서는 일관되게 달성할 수 없는 수준입니다.
향상된 부품 품질: 깨끗하고 단단한 표면
에이 더 깨끗한 충전 전면 및 덜 난류 흐름 표면 마감이 더 미세하고 외관 결함이 줄어듭니다. 더 중요한 것은 주조물이 누출 방지 성능 많은 설계에서 함침을 사용하지 않고도 가능합니다. 가스 기공이 최소화되어 부품이 용접(MIG/TIG)을 잘 견디고, 용액 및 노화 사이클에 예측 가능하게 반응하여 가스 팽창으로 인한 블리스터링이나 변형을 방지합니다.
진공 다이캐스팅의 한계
진공 다이캐스팅은 주로 다음에 적합합니다. 알루미늄과 마그네슘, 철 합금은 일반적으로 고온과 반응성이 높아 이 공정에 적합하지 않습니다.
운영 관점에서 이 방법은 다음을 부과합니다. 상당한 장비 및 유지 관리 요구. O-링과 분리선과 같은 구성 요소의 마모와 밸브의 탄소 축적을 해결하기 위해 꼼꼼하게 밀봉된 도구, 안정적인 진공 하드웨어, 엄격한 유지 관리 일정이 필요합니다.
그러나 대량 생산이나 높은 무결성을 요구하는 응용 분야에서는 이러한 투자가 수율 증가, 재작업 감소, 부품 통합 및 후속 열처리 수행 능력으로 인해 정당화되는 경우가 많습니다.
진공 다이캐스팅의 응용 분야
지속 가능성과 미래 트렌드
향상된 효율성 및 낮은 배출량
진공 다이캐스팅은 불량 부품 발생을 줄여 지속 가능한 생산에 기여합니다. 스크랩 감소는 재용해해야 할 금속의 양을 줄여 에너지 사용량과 관련 배출량을 크게 줄입니다. 또한 밀봉제와 같은 다른 자원의 소비도 줄입니다. 대부분의 주조 공장에서는 이미 스크랩 금속을 자체적으로 재활용하고 있으므로, 수율이 높을수록 재활용 루프의 효율성이 훨씬 높아집니다.
첨단 기술 및 자동화
기술을 통해 이 과정은 더욱 정확해지고 있습니다. 시뮬레이션 소프트웨어 모델 주조 및 진공 시스템을 통해 생산 시작 전 설계를 완벽하게 구현합니다. 주조 과정에서 디지털 트윈과 폐쇄 루프 제어는 실시간 센서 데이터를 활용하여 모든 샷이 이상적인 기준에 부합하도록 보장합니다. 이는 향상된 진공 하드웨어, 특수 합금, 그리고 향상된 로봇 기술을 통해 뒷받침되어 엄격한 산업 표준을 충족하는 고도로 자동화되고 안정적인 공정을 구현합니다.
결론
진공 다이캐스팅의 개념은 1970년대 또는 그 이전으로 거슬러 올라갈 수 있지만, 전통적인 다이캐스팅에 비해 여전히 비교적 새롭고 확장되고 있는 분야입니다. 그러나 기공률, 용접성 또는 열처리 반응성이 양보할 수 없는 경우, 진공 다이캐스팅은 가장 실용적인 단계적 변화입니다.
진공 다이캐스팅의 도움으로 툴링, 하드웨어 및 교육에 대한 초기 투자는 더 높은 수율로 보상됩니다. 제조업체는 까다로운 치수 정확도 요구 사항과 구조 설계에 대한 자신감을 더욱 갖게 됩니다.
자주 묻는 질문
진공 다이캐스팅으로 가장 큰 이점을 얻는 특정 합금은 무엇입니까?
앞서 언급했듯이 이 주조 방법은 알루미늄과 마그네슘을 사용할 수 있습니다. 하지만 실제로는 특히 다음과 같은 경우에 혁신적입니다. 알루미늄 합금. 이러한 합금은 가스 포집 및 수소 기공이 발생하기 쉬워 열처리 성능이 크게 제한됩니다. 따라서 진공 다이캐스팅은 고강도 알루미늄 계열(예: A356 또는 T5 또는 T6 열처리를 위해 만들어진 360도의 가스를 제거하여 물집과 약화를 유발하는 가스를 제거합니다.
진공 다이캐스팅의 비용은 스퀴즈 주조나 반고체 금속(SSM) 주조와 같은 다른 저공극 주조 방법과 비교하면 어떻습니까?
진공 다이캐스팅은 스퀴즈 또는 SSM 주조에 비해 대량 생산에 있어 비용 효율적인 솔루션으로 자주 선택됩니다. 모든 방식은 기공률을 낮추지만, 스퀴즈 주조에는 특수(그리고 종종 더 느린) 기계가 필요하고, SSM 주조에는 복잡한 원료가 사용됩니다. 진공 다이캐스팅은 표준 고압 다이캐스팅 기계에 추가 시스템을 결합하여 경쟁력 있는 사이클 타임으로 수백만 개의 높은 무결성 부품을 생산하는 데 이상적입니다.
진공 다이캐스팅에 적합하지 않은 특정한 복잡한 모양이 있습니까?
네, 이 과정에는 한계가 있습니다. 매우 깊고 좁은 "포켓"이 있는 부품은 금속이 이 포켓을 밀봉하기 전에 진공이 데드존에 갇힌 공기를 효과적으로 배출하지 못할 수 있어 문제가 될 수 있습니다. 마찬가지로, 복잡하고 세분화된 공동을 형성하는 내부 코어가 있는 부품은 효과적인 진공 배출구 배치를 어렵게 만들어 고립된 가스 포켓을 남길 수 있습니다.