다이 캐스팅과 영구 금형: 어느 알루미늄 공정이 승리합니까?

엄격한 공차와 얇은 벽이 필요한 대량 알루미늄 생산의 경우 다이캐스팅이 탁월한 선택입니다. 부피가 적고 벽이 두꺼운 부품 또는 다이캐스팅에 적합하지 않은 합금의 경우 영구 주형 주조가 더 나은 경제성과 유연성을 제공합니다. 각 프로세스의 장점과 부족한 점을 이해하면 제조업체는 상당한 툴링 투자와 부품당 비용을 절약할 수 있습니다.

다이 캐스팅과 영구 주형 주조 모두 소모성 모래 주형이 아닌 재사용 가능한 금속 주형을 사용하므로 치수 일관성과 표면 마감 측면에서 모래 주조와 즉시 구별됩니다. 그러나 사출 압력, 사이클 속도, 툴링 비용, 가장 잘 처리하는 부품 유형이 크게 다릅니다.

각 프로세스가 실제로 작동하는 방식

다이 캐스팅: 고압 사출

알루미늄 다이캐스팅에서는 용융된 알루미늄이 일반적으로 다음과 같은 압력으로 강철 주형(다이)에 주입됩니다. 1,500~25,000psi . 이 극심한 압력은 금속이 응고되기 전에 모든 캐비티 세부 사항에 금속을 밀어 넣습니다. 사이클 시간은 다음과 같이 빠를 수 있습니다. 15~60초 대부분의 자동차 및 소비자 부품에 사용되는 가장 빠른 금속 성형 공정 중 하나입니다.

열간 챔버 다이 캐스팅(저융점 합금용)과 저온 챔버 다이 캐스팅의 두 가지 변형이 있습니다. 알루미늄은 녹는점이 더 높기 때문에(~660°C) 항상 저온 챔버 기계 , 용융 금속이 주입 챔버로 별도로 래들링되는 곳입니다.

영구 주형 주조: 중력 또는 저압 충진

영구 주형 주조(일부 시장에서는 중력 다이 캐스팅이라고도 함)는 일반적으로 중력 또는 저압을 사용하여 재사용 가능한 강철 또는 철 주형을 채웁니다. 15psi . 다이캐스팅의 극심한 압력이 없으면 사이클 시간이 일반적으로 느려집니다. 1~5분 사이클당. 그러나 충전을 부드럽게 하면 난류가 줄어들어 내부 무결성이 더 좋고 가스 다공성 문제가 적은 부품이 생산되는 경우가 많습니다.

나란히: 다이 캐스팅과 영구 금형 캐스팅 비교

알루미늄 다이 캐스팅 금형: 구조 및 재료 고려 사항

알루미늄 다이캐스팅 금형 거의 보편적으로 만들어집니다. H13 열간공구강 , 150~250°C로 유지될 수 있는 금형에 ~680°C의 용융 알루미늄을 주입할 때 반복되는 열 순환을 견딜 수 있는 크롬-몰리브덴 합금입니다. 금형 설계는 일반적으로 다음과 같이 복잡합니다.

• 에이 고정 절반(커버 다이) 고정 플래튼에 부착된 이동 절반(이젝터 다이) 움직이는 플래튼 위에서
• 러너 및 게이트 시스템 난류를 최소화하기 위해 금속 흐름 속도와 방향을 제어하는 장치
• 오버플로 우물 및 통풍구 갇힌 공기와 산화물이 빠져 나갈 수 있도록
• 냉각 채널 사이클 시간과 부품 응고를 관리하기 위해 양쪽 절반으로 가공됨
• 이젝터 핀 굳은 부분을 변형 없이 밀어내는 것
• 슬라이드 및 리프터 단순 스트레이트 풀로는 풀리지 않는 언더컷용

여러 개의 슬라이드가 있는 복잡한 자동차 다이캐스팅 금형에는 비용이 많이 들 수 있습니다. $80,000 ~ $200,000 또는 그 이상. 일반적으로 디자인부터 첫 번째 촬영까지 리드 타임이 소요됩니다. 8~16주 . 이것이 바로 다이캐스팅이 특정 생산 임계값 이상에서만 경제적으로 의미가 있는 이유입니다.

다이 수명 및 유지 관리

알루미늄 주조용 고품질 H13 강철 다이는 다음을 달성할 수 있습니다. 500,000~1,000,000장 이상의 샷 적절한 유지 관리로. 열 피로 균열("열 검사"라고 함)이 주요 고장 모드입니다. 계획된 유지 관리 간격(일반적으로 50,000~100,000회)에는 연마, 마모된 부분의 용접 수리, 수명 연장을 위한 PVD 또는 질화 처리를 통한 재코팅이 포함됩니다.

영구 금형 툴링: 간단하지만 단순하지는 않습니다.

영구 금형 툴링은 회주철 또는 강철로 가공되며, 회주철은 기계 가공 비용이 저렴하고 합리적인 열 전도성을 갖기 때문에 소량 적용 분야에 일반적입니다. 금형 코팅(각 타설 전에 적용되는 내화 세척제)은 필수적입니다. 이는 열 장벽 역할을 하고 알루미늄이 금형에 납땜되는 것을 방지하며 응고 속도를 제어하는 ​​데 도움이 됩니다.

충전 압력이 낮기 때문에 영구 금형에는 다이캐스팅 다이와 동일한 구조적 견고성이 필요하지 않습니다. 에이 간단한 2판 영구 주형의 가격은 $3,000~$8,000입니다. , 코어와 사이드 액션이 포함된 복잡한 도구는 $20,000~$25,000에 달할 수 있지만, 이는 동등한 다이캐스팅 도구보다 훨씬 저렴합니다.

금형 수명이 더 짧습니다. 15,000~80,000사이클 이는 알루미늄을 주철 주형에 붓는 경우 일반적이며 강철 주형은 다소 오래 지속됩니다. 이는 매우 높은 볼륨에서 영구 주형 주조의 경제적 이점을 제한합니다.

합금 선택: 중요한 차별화 요소

모든 알루미늄 합금이 다이캐스팅과 호환되는 것은 아닙니다. 높은 사출 속도와 빠른 응고는 유동성이 좋고 응고 수축이 낮은 합금에 유리합니다. 가장 일반적으로 사용되는 알루미늄 다이캐스팅 합금은 다음과 같습니다.

• 에이380 – 주력 합금; 우수한 유동성, 우수한 강도, 널리 사용 가능
• 에이383 – A380보다 고온 균열 저항성이 우수합니다. 복잡한 다이 형상에 적합
• 에이360 – 더 높은 내식성, 더 나은 연성을 가지며 주조가 약간 더 어렵습니다.
• 에이DC12 (Japan standard) – A383과 유사; 아시아 자동차 공급망에서 널리 사용됨

이와 대조적으로 영구 주형 주조는 다음을 수용합니다. 더 넓은 범위의 합금 A356 및 A357과 같은 열처리 가능한 3xx.x 시리즈 합금을 포함합니다. 이 합금은 T6 열처리(용체화 열처리 인공 노화)를 거쳐 다음과 같은 인장 강도에 도달할 수 있습니다. 260~310MPa 연신율은 6~12%입니다. 다공성으로 인해 열처리 중 기포가 발생하기 때문에 일반적으로 다이캐스팅이 따라올 수 없는 기계적 특성입니다.

기계적 성질: 영구 주형이 우위를 점하는 곳

이는 두 프로세스 간의 가장 실질적으로 중요한 차이점 중 하나입니다. 다이캐스팅은 고속 사출 중에 가스를 포착하기 때문에 공정에 다공성이 내재되어 있습니다. 진공 보조 다이 캐스팅 및 스퀴즈 캐스팅 변형은 이러한 다공성을 감소시키지만 제거하는 경우는 거의 없습니다. 결과:

서스펜션 브래킷, 유압 하우징, 의료 장치 하우징 등 동적 하중을 견뎌야 하는 구조 부품의 경우 A356-T6을 사용하는 영구 주형 주조는 주조된 UTS가 더 낮더라도 피로 수명 및 연성 측면에서 다이 캐스팅보다 우수한 경우가 많습니다.

비용 분석: 양이 승자를 결정합니다

두 프로세스의 경제성은 전적으로 생산량에 따라 결정됩니다. 다이캐스팅의 높은 툴링 비용은 대량 생산에 걸쳐 상각됩니다. 영구 금형의 낮은 툴링 비용으로 인해 소량 생산이 가능해졌습니다.

적당한 복잡성을 지닌 500g 무게의 대표적인 알루미늄 부품을 생각해 보십시오.

• 에이t 1,000 parts/year: 영구 금형은 일반적으로 다이캐스팅의 경우 $30,000~$50,000에 비해 $5,000~$8,000의 툴링으로 인해 부품당 총 비용이 더 낮습니다.
• 에이t 10,000 parts/year: 교차점이 접근합니다. 다이캐스팅의 더 빨라진 사이클 시간이 툴링 프리미엄을 상쇄하기 시작했습니다.
• 에이t 50,000 parts/year: 다이캐스팅의 부품당 비용을 40~60% 낮출 수 있습니다. 사이클 시간 및 다중 캐비티 툴링 효율성으로 인해 영구 금형보다

샷당 2개, 4개 또는 심지어 8개의 동일한 부품이 생산되는 다중 캐비티 다이 캐스팅 도구는 규모에 따라 부품당 비용을 대폭 절감합니다. 영구 금형 툴링은 충전 역학이 느리기 때문에 다중 캐비티 생산용으로 덜 일반적으로 설계됩니다.

부품 설계 제약: 각 프로세스가 제한하는 사항

다이 캐스팅 설계 규칙

• 벽 두께 균일성은 매우 중요합니다. 변화로 인해 수축 결함이 발생합니다. 1~3mm 벽이 이상적입니다.
• 구배 각도 1~3° 취출에는 다이 분할 방향과 평행한 모든 표면이 필요합니다.
• 언더컷에는 슬라이드가 필요하므로 비용이 추가됩니다. 복잡한 내부 통로에는 용해성 코어 또는 2차 가공이 필요할 수 있습니다.
• 나사 구멍에는 일반적으로 후가공이 필요합니다. 캐스팅 스레드는 이 규모에서는 신뢰할 수 없습니다.

영구 금형 설계 규칙

• 더 무거운 벽이 허용되며 때로는 선호되기도 합니다. 3~12mm 일반적인 작업 범위입니다
• 금속 코어가 형성할 수 없는 내부 공동에 샌드 코어를 사용할 수 있어 설계 자유도가 확대됩니다.
• 크고 평평한 단면은 다이캐스팅보다 더 관대합니다.
• 금속은 중력 하에서 난류 없이 흘러야 하므로 게이팅 및 라이저 설계가 더욱 중요합니다.

산업 응용 분야: 각 프로세스가 지배적인 곳

실제 산업 선택 패턴은 위에서 설명한 프로세스 강점을 반영합니다.

알루미늄 다이 캐스팅이 주요 분야:

• 에이utomotive: 변속기 하우징, 엔진 커버, EV 배터리 인클로저, 도어 핸들 - 대량 생산으로 인해 툴링 투자가 정당화됩니다.
• 가전제품: 노트북 섀시 프레임, 카메라 본체, 방열판 - 얇은 벽과 미세한 표면 마감이 중요
• 전동 공구: 하우징 쉘, 기어 케이스 - 모델 연도당 수백만 개
• 통신: 5G 기지국 인클로저, 커넥터 하우징

영구 주형 주조가 지배적인 분야:

• 에이utomotive structural parts: 휠 허브, 서스펜션 너클, 브레이크 캘리퍼 - T6 열처리 및 피로 저항이 있는 곳