중력 다이캐스팅(GDC)은 용융 알루미늄을 금속 금형에 주입하여 중력에 의해 응고시키는 공정입니다. 최종 부품의 품질은 용융 알루미늄이 캐비티로 얼마나 매끄럽게 유입되는지, 공기가 어떻게 배출되는지, 응고 과정에서 두꺼운 부위에 알루미늄이 얼마나 균일하게 공급되는지, 그리고 금형 온도, 주입 온도, 주입 속도, 용융물 품질이 얼마나 일관되게 제어되는지에 따라 결정됩니다.
부품 설계
부품의 형상은 금속의 흐름 경로, 응고 순서 및 치수 안정성에 영향을 미칩니다. 프로젝트 착수 단계에서 공급업체들은 도면을 검토하여 특정 형상적 특징을 평가합니다.
벽 두께 및 이음부
벽 두께는 금속이 캐비티를 채우는 방식과 응고 속도에 영향을 미칩니다. 두께에 큰 차이가 있으면 응고 속도가 고르지 않게 됩니다. 두꺼운 부분은 열을 더 오래 유지하여 핫스팟을 생성하는 반면, 얇은 부분은 더 빨리 냉각되어 주조 불량이나 콜드 셧을 유발할 수 있습니다. 두께를 점진적으로 변화시키면 응력 집중을 완화하고 열 분포의 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다. 두께 변화가 불가피한 경우, 해당 부위의 반경이나 급재 설계를 조정해야 하는 경우가 많습니다.
반지름, 보스, 가공 여유
내부 반경은 금속의 흐름을 유도하고 난류를 줄이는 데 도움이 됩니다. 보스, 장착 패드 및 가공면은 열 축적처 역할을 하는 국부적인 두꺼운 부위를 형성할 수 있습니다. 가공 여백은 주조 공차, 이각, 잠재적인 변형 및 후속 CNC 가공 요건을 고려하여 설정해야 합니다. 여유가 과도하면 가공 시간이 늘어나고 내부 기공이 노출될 수 있는 반면, 여유가 부족하면 가공 중에 표면을 제대로 정리하지 못할 수 있습니다.
다이 구조, 온도 및 코팅
금형(die)은 주조물의 형상을 형성할 뿐만 아니라, 부품의 각 부위에서 열이 어떻게 방출되는지도 조절합니다.
분리, 배출 및 제거
이음선 위치는 이젝션, 플래시, 배기 및 게이트 배열에 영향을 미칩니다. 이젝션 메커니즘은 부품 전체에 가해지는 힘의 균형을 맞출 수 있도록 설계되어야 합니다. 공급업체들은 다이 설계 단계에서 이젝션 배치를 고려하여, 주조품이 아직 뜨겁고 상대적으로 약한 상태에서 변형이나 표면 손상을 유발할 수 있는 불균형한 힘이 가해지지 않도록 합니다.
사망 온도와 냉각
금형 온도는 충전, 표면 상태, 응고 속도 및 치수 안정성에 영향을 미칩니다. 금형 온도가 너무 낮으면 조기 응고 및 콜드 셧이 발생할 수 있으며, 너무 높으면 사이클 시간이 길어지고 국부적 응고에 영향을 줄 수 있습니다. 최적화된 냉각 채널 배치, 국부 냉각 또는 금형 예열을 통해 열 균형을 달성합니다. 이러한 매개변수는 일관된 열 분포를 유지하기 위해 시조 과정에서 조정됩니다.
코팅 및 이형제
금형 코팅은 이형 기능을 제공하며, 열 전달을 조절하는 열 차단막 역할을 합니다. 코팅 두께와 균일성은 열 전달 및 표면 품질에 영향을 미칩니다. 코팅이 너무 두꺼우면 국부적인 열 전달이 변화하여 캐비티 치수에 영향을 줄 수 있으며, 너무 얇으면 접착, 찢어짐 또는 표면 마감 불량 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 생산 과정에서 코팅 두께와 분사 빈도는 정기적으로 점검됩니다.
주입 위치, 게이트, 및 배기
부품 설계가 아무리 훌륭하더라도 주입 위치나 게이트 설계가 부적절하면 주입이 불안정해질 수 있습니다. 공급업체는 금속이 캐비티로 어떻게 유입되는지, 공기가 어디로 빠져나가는지, 두꺼운 부위의 주입이 어떻게 이루어지는지 평가해야 합니다.
붓는 자세
주입 위치는 부품의 형상에 따라 선정되며, 이를 통해 금속이 캐비티로 원활하게 유입되도록 하고 자유 낙하로 인한 난류나 기포 발생을 방지합니다. 산화막의 이동을 유도하고 주입 순서를 제어하기 위해 측면 주입이나 하부 보조 주입 방식을 고려할 수 있습니다.
게이팅 및 배기
게이팅 시스템은 캐비티로 유입되는 용융 알루미늄의 속도와 방향을 제어합니다. 급격한 유입, 급격한 방향 전환 또는 부적절한 크기의 게이팅은 난류, 산화물 함유물 또는 기포 발생을 유발합니다. 배기구는 가장 마지막에 채워지는 부위, 금속이 수렴하는 구역, 또는 공기가 갇히기 쉬운 부위 근처에 배치해야 합니다. 시험 주조 시 게이트 및 배기구 경로는 게이트 방향 및 응고 조건과 함께 점검해야 합니다.
급수관 및 상승관
알루미늄은 응고 과정에서 수축합니다. 라이저는 두꺼운 부위, 돌출부, 장착 패드, 플랜지 가장자리 및 열이 집중되는 부위에 용융 금속을 공급합니다. 라이저는 용융 상태를 유지해야 하는 시간이 용융을 공급받는 주조 영역보다 길어야 합니다. 만약 용융 경로가 너무 일찍 굳어지면, 주조물 내부에 수축 기공이 남을 수 있습니다. 수축 현상은 가공, 절단, X선 검사 또는 압력 시험 후에야 드러날 수 있으므로, 시험 주조 과정에서 라이저의 크기와 위치를 확인하는 것이 필수적입니다.
주입 조건
주입 온도, 주입 속도 및 금형 온도는 하나의 통합된 공정으로 고려되어야 합니다.
주입 온도
온도는 불필요하게 높지 않으면서도 캐비티를 채울 수 있을 만큼 충분한 유동성을 확보해야 합니다. 온도가 낮으면 유동성이 떨어지며, 이로 인해 주입 불량이나 콜드 셧이 발생할 수 있습니다. 온도가 높으면 산화, 수소 흡수, 금형의 열 부하, 거친 결정립 또는 수축 위험이 증가할 수 있습니다. 적절한 온도 범위는 합금, 벽 두께, 주조 중량, 금형 온도 및 이송 시간에 따라 달라집니다.
주입 속도
주입 속도는 탈기 능력, 주입구 설계 및 주조물 구조에 맞춰야 합니다. 속도가 너무 빠르면 난류, 비산 및 기포가 발생할 수 있습니다. 속도가 너무 느리면 온도 손실과 불완전한 충진이 발생할 수 있습니다. 기계식 주입은 재현성을 높이는 데 도움이 되지만, 작업자가 일정한 주입 높이, 주전자 위치 및 주입 시간을 유지할 경우 수동 주입도 효과적입니다.
알루미늄 용융물의 품질 및 처리
용융 품질은 내부 결함, 기밀성 및 가공 성능에 영향을 미칩니다.
머티리얼 구성
합금 조성은 도면 또는 관련 재료 규격에 부합해야 합니다. 안정적인 조성은 유동성, 응고 거동 및 기계적 특성을 예상 범위 내로 유지하는 데 도움이 됩니다.
탈기 및 여과
탈기 공정은 용융 알루미늄 내의 용존 수소를 감소시킵니다. 세라믹 여과 공정은 산화막, 내포물 및 미세 비금속 입자를 줄이는 데 도움이 됩니다. 이는 용융물 처리 단계일 뿐, 모든 결함에 대한 만능 해결책은 아닙니다. 주입 과정에서 난류가 발생하면, 여과 후에도 산화막이 여전히 혼입될 수 있습니다.
보유 및 양도
유지 온도는 적절한 공정 범위 내에서 유지되어야 합니다. 이송 및 주입 시 용융물의 심한 교반을 피하여 2차 산화 위험을 줄여야 하며, 용해로는 건조하고 예열된 상태여야 합니다.
모래 코어와 내부 구조
내부에 공동, 통로 또는 복잡한 형상을 가진 주조물의 경우, 모래 코어 사용에 대해 신중하게 고려해야 합니다.
핵심 자세 유지 및 지지
코어는 용융 알루미늄의 부력과 충격에 대한 안정성을 확보하기 위해 코어 프린트나 지지 구조물로 고정되어야 합니다. 코어의 이동은 내부 캐비티의 위치, 벽 두께 및 가공 여백에 영향을 미칩니다.
코어 배기 및 모래 제거
모래 코어 내의 결합제는 고온의 용융 알루미늄에 노출될 경우 가스를 방출할 수 있습니다. 코어의 배기 경로는 가스가 코어 프린트를 통해 빠져나갈 수 있도록 설계되어야 합니다. 또한 내부 공동은 주조 후 모래를 완전히 제거할 수 있도록 충분한 배출 경로를 확보하여, 모래가 갇히거나 응력으로 인한 손상이 발생할 가능성을 방지해야 합니다.
시제품 주조 및 배치 안정성
안정적인 중력 주조 공정은 대개 설계 가정만으로는 확인되지 않고, 시제 주조를 통해 확인됩니다.
시제품 주조 검사
검사는 부품 요구 사항에 따라 육안 측정, 가공 검증, 누출 시험, 압력 시험, X선 검사 또는 단면 분석 등을 포함할 수 있습니다. 시제품 검사 결과는 충진 문제, 수축, 코어 이동 또는 가공 여유량 문제를 파악하는 데 도움이 됩니다. 충진이 가장 늦게 이루어지는 부근의 기공은 종종 배기 문제를 나타내는 반면, 두꺼운 보스 부분의 수축은 주입 또는 금형 온도 문제를 나타낼 수 있습니다.
공정 조정
공정 시험 결과를 바탕으로 공급업체들은 주입구 위치, 러너 크기, 벤트 위치, 라이저 크기, 금형 온도, 코팅 두께, 주입 온도 또는 주입 속도를 조정합니다. 이는 양산 과정에서 반복적으로 적용할 수 있는 공정 범위를 확립하기 위함입니다.
일괄 검사 및 공정 기록
대량 생산 과정에서 용융 온도, 열 번호 또는 로트 번호, 탈가스 상태, 주조 중량, 육안 검사 결과와 같은 주요 데이터가 기록됩니다. 공정 기록은 가공 시 발생하는 기공, 누출, 수축 노출 또는 치수 변동과 같은 후속 문제를 주조 온도, 용융 상태, 배기, 주입 또는 금형 온도로 거슬러 올라가 추적하는 데 도움이 됩니다. 배치의 안정성은 이러한 공정 조건을 일관되게 유지하는 데 달려 있습니다.
