중력 다이캐스팅 공정
중력 다이캐스팅 개요
중력 주조(GDC)는 전통적인 금속 성형 공정입니다. 이 공정의 핵심 원리는 중력을 이용하여 용융 금속을 미리 제작된 금속 주형(일반적으로 주철, 강철 또는 구리 합금으로 만들어짐)에 주입하는 것입니다. 용융 금속이 금형 내에서 냉각되어 고체화되면, 금형을 열고 주물을 꺼냅니다.
이 공정은 자동차, 기계, 항공우주 및 가전 산업 분야에서 널리 사용되며, 특히 형상이 복잡하고 치수 정밀도 요구 사항이 높은 중·대형 금속 부품의 대량 생산에 적합합니다.
중력 다이캐스팅 공정
중력 주조(GD/금형 주조)는 중력을 이용하여 용융 금속을 금속 금형으로 유도한 후, 이를 냉각 및 응고시켜 고정밀 주물을 얻는 원리에 기반을 두고 있습니다. 이 공정 전반에 걸쳐 주형 상태, 용융 금속의 품질, 주입 파라미터 및 후가공 기술을 엄격히 제어하여 주조품의 일관성과 수율을 보장해야 합니다.
수이진 머시너리는 대규모 산업 생산을 위한 표준 공정 흐름을 제공하는 한편, 소량 주문 제작을 위한 최적화된 솔루션도 제시합니다.
1단계: 금형 설계 및 제작 / 검사
주요 업무:
- 주조 구조물에 맞춰 금형(캐비티, 러너, 라이저, 배기 채널 및 이젝터 장치 포함)을 설계하여 용융 금속의 원활한 흐름, 충분한 주입 및 철저한 배기(기공 및 수축공 방지)를 보장하고;
- 금형 재질로는 고온 가공용 다이 스틸(예: H13)을 사용하고, 내열성과 내마모성을 향상시키기 위해 열처리(담금질 + 템퍼링)를 실시합니다. 캐비티 표면을 Ra 3.2~6.3μm로 연마합니다(주조 표면이 매끄럽게 나오도록 하기 위함);
- 양산 전 금형 검사: 캐비티 내 잔류 불순물을 제거하고, 캐비티의 마모 및 변형 여부를 확인하며, 이젝터 장치의 작동 유연성을 점검하고, 냉각 채널이 막히지 않았는지 확인합니다(냉각 시스템이 포함된 경우).
품질 관리:
금형의 치수 공차는 주조 요구 사항보다 1~2등급 더 넉넉해야 합니다. 배기 채널의 폭은 0.2~0.5mm, 깊이는 0.1~0.3mm로 하여, 효과적인 배기를 보장하면서도 용융 금속의 넘침을 방지해야 합니다.
2단계: 원료 준비 및 금속 제련
주요 업무:
- 적합한 합금 재료를 선정하십시오(예: 알루미늄 합금 A356, 아연 합금 ZAMAK 5, 구리 합금 황동 H62). 원자재는 산업 표준(예: ASTM, GB/T)을 준수해야 하며, 표면의 기름, 산화피막 및 기타 불순물을 제거해야 합니다.
- 조성비에 따라 재료를 준비한 후, 용광로(예: 저항로, 유도로)에서 녹을 때까지 가열합니다. 알루미늄 합금은 650~700℃, 아연 합금은 380~420℃, 구리 합금은 900~1100℃에서 녹입니다.
- 금속 정제 공정: 정제제(예: 알루미늄 합금의 경우 헥사클로로에탄)를 첨가하여 가스와 불순물을 제거합니다. 성분이 균일해지도록 5~10분간 방치합니다. 분광기를 사용하여 합금의 성분을 분석하고, 규격 요건을 충족하는지 확인합니다.
품질 관리:
용융 금속 내 가스 함량 ≤ 0.15ml/100g (알루미늄 합금), 불순물 함량 ≤ 0.5%로 하여, 가스나 불순물로 인해 주물에 기공 및 내포물 결함이 발생하는 것을 방지한다.
3단계: 금형 전처리
주요 업무:
- 금형 예열: 전기 또는 가스 가열을 사용하여 금형 온도를 150~300℃(알루미늄 합금 주물), 100~200℃(아연 합금 주물)로 올립니다. 이를 통해 저온의 금형이 고온의 용융 금속과 접촉하여 콜드 셧(cold shut)이 발생하거나 주입이 불완전해지는 것을 방지할 수 있습니다.
- 이형제 도포: 내열성 이형제(흑연계 또는 워터글라스계 이형제 등)를 캐비티, 러너 및 이젝터 메커니즘 표면에 얇게 고르게 도포하십시오. 주물의 원활한 탈형을 보장하고 금형 캐비티를 보호하기 위해 도포 두께는 0.05~0.1mm가 되어야 합니다.
품질 관리:
금형 온도는 균일해야 합니다(온도 차이 ≤20℃). 주물의 표면 품질과 탈형 효과에 영향을 미치지 않도록 이형제가 한곳에 뭉치거나 도포가 누락되지 않도록 해야 합니다.
4단계: 금형 폐쇄 및 위치 조정
핵심 운영:
- 금형 폐쇄 장치(수동, 유압식 또는 기계식 구동 방식)를 사용하여 상형과 하형 또는 다단 금형을 닫고, 금형의 정확한 위치 정렬을 보장해야 합니다(정렬 핀과 정렬 구멍 사이의 간격은 0.03mm 이하이어야 함). 이를 통해 정렬 불량과 주조품의 과도한 플래시를 방지할 수 있습니다.
- 금형 폐쇄 압력을 확인하십시오: 금형 크기에 따라 압력을 조정(일반적으로 0.5~2MPa)하여 금형이 단단히 닫히도록 하고 용융 금속의 넘침을 방지하십시오.
품질 관리:
금형 폐쇄 후, 캐비티는 뚜렷한 틈이 없이 밀폐되어야 하며, 위치 편차는 0.05mm 이하이어야 합니다.
5단계: 금속 주입
주요 업무:
- 주조 방법: 수동 주조(소량 생산, 단순 주조품) 또는 자동 기계 주조(대량 생산, 고정밀 주조품, 예: 로봇 팔 + 정량 주조기);
- 주입 매개변수 제어: 균일한 금속 유량(난류 방지), 주입 속도 0.5~2 L/s(주조물 크기에 따라 조정), 주입 온도: 합금 녹는점보다 30~50℃ 높은 온도(유동성 확보);
- 주입 각도: 캐비티 벽에 직접적인 충격을 주지 않도록(공기 혼입 및 캐비티 마모 방지) 러너를 따라 부드럽게 주입하여, 용융 금속이 캐비티 전체를 천천히 채우도록 합니다.
품질 관리:
주입 시 물보라 발생이나 중단이 없으며, 캐비티 충진 시간은 5~30초 이내로 제어됩니다(주조 복잡도에 따라 다름). 이를 통해 기공을 유발하는 지나치게 빠른 충진과 냉결을 유발하는 지나치게 느린 충진을 방지합니다.
6단계: 냉각 및 응고
주요 업무:
- 자연 냉각(단순 주조품) 또는 강제 냉각(복잡하고 정밀도가 높은 주조품): 금형에 내장된 냉각 채널을 통해 냉각수나 압축 공기를 주입하여 냉각 속도를 조절합니다.
- 냉각 시간: 주조물의 두께와 합금 종류에 따라 조정합니다(예: 두께 2~5mm의 알루미늄 합금 주조물은 10~20초, 두께 10~20mm의 주조물은 30~60초). 이는 완전한 응고와 치밀한 내부 구조를 확보하기 위함입니다.
품질 관리:
냉각 과정 중에는 (주물의 변형 및 균열을 방지하기 위해) 금형을 조기에 개방해서는 안 됩니다. 주물이 응고되고 온도가 200℃(알루미늄 합금) 또는 150℃(아연 합금) 이하로 떨어진 후에야 탈형이 허용됩니다.
7단계: 금형 개방 및 주조품 탈형
주요 업무:
- 설정된 냉각 시간이 경과하면, 이젝션 장치(유압식 이젝터 핀, 기계식 이젝터 로드)를 사용하여 주물을 금형 캐비티에서 배출합니다. 이젝션 속도는 일정하게 유지됩니다(주물에 충격 손상이 발생하지 않도록 하기 위함).
- 주조품은 수작업 또는 로봇 팔을 통해 제거되며, 이 과정에서 게이트 시스템, 라이저 및 주조품의 연결 부위에 있는 버를 동시에 제거합니다(예비 세척).
품질 관리:
제거 공정 중에는 주조품의 충돌이나 긁힘이 발생하지 않습니다. 이젝션 자국의 깊이는 0.1mm 이하이며, 주조품의 외관이나 성능에 영향을 미치지 않습니다.
8단계: 게이팅 및 라이저 제거 및 플래시 제거
핵심 운영:
- 기계적 절단(예: 연마 휠 절단, 플라즈마 절단), 펀칭 또는 연마 방법을 사용하여 주물에서 게이트, 라이저 및 플래시를 제거하고;
- 절단 후 절단면을 연마하여 날카로운 버가 없는 매끄러운 표면을 확보하십시오(버 높이 ≤ 0.1mm).
품질 관리:
제거 과정에서 주조 본체가 손상되지 않도록 주의하십시오. 절단 표면 거칠기는 ≤ 0.2mm/m이어야 합니다.
9단계: 주조품 세척 및 검사
주요 업무:
- 표면 세정: 쇼트 블라스팅(직경 0.2~0.5mm 강철 쇼트), 샌드블라스팅 또는 화학 세정을 통해 주조 표면의 산화 스케일, 이형제 잔류물 및 불순물을 제거합니다.
- 육안 검사: 주조 표면을 육안으로 검사하여 기공, 균열, 냉접합, 내포물, 수축공 등의 결함이 있는지 확인한다(표면 기공 직경 ≤ 0.5mm, 1제곱센티미터당 2개 이하).
- 치수 검사: 캘리퍼, 마이크로미터 및 좌표 측정기를 사용하여 주물의 중요 치수를 검사합니다(공차는 ±0.1~0.3mm와 같이 설계 요구 사항을 충족해야 함).
- 내부 품질 검사 (중요 주물): X선 탐상, 초음파 탐상 또는 침투 탐상을 사용하여 수축 공극 및 균열과 같은 내부 결함을 검사한다(내부 수축 공극 면적 ≤ 0.5%).
품질 관리:
외관 결함률 ≤ 3%, 치수 합격률 ≥ 98%이며, 중요 주조품의 내부 결함은 ASTM E446 또는 GB/T 6402 표준을 준수해야 합니다.
10단계: 후속 처리 (필요한 경우)
주요 업무:
- 가공: 주조품의 주요 부위(예: 장착 구멍 및 결합면)에 대해 선반 가공, 밀링, 드릴링 및 연삭을 수행하여 치수 정밀도와 표면 마감 상태(예: 결합면 표면 거칠기 Ra 1.6~3.2μm)를 개선합니다.;
- 열처리: 알루미늄 합금 주물은 강도와 경도를 높이기 위해 노화 처리(150~200℃, 2~4시간 유지)를 거치며, 구리 합금 주물은 내부 응력을 제거하기 위해 어닐링 처리를 거칩니다.;
- 표면 처리: 내식성과 외관을 개선하기 위해 용도에 따라 도장, 양극 산화 처리(알루미늄 합금), 전기 도금(아연 합금/구리 합금) 및 패시베이션 처리를 실시합니다.
품질 관리:
가공 후 치수 공차는 ≤±0.05mm(주요 부품)이며, 열처리 후 경도는 설계 요건을 충족합니다(예: 알루미늄 합금 HB 80-100). 또한 표면 처리층의 접착력은 기준을 충족합니다(가로 절단 접착 시험 시 박리 현상 없음).
11단계: 완제품 포장 및 창고 보관
주요 업무:
- 적격 주물품을 분류하고 라벨을 부착하며(모델, 배치 번호 및 생산일을 표기);
- 운송 중 파손을 방지하기 위해 방습 및 내충격성 포장재(예: 버블랩, 펄 솜 + 골판지 상자)를 사용하십시오;
- 입고 전에 최종 무작위 검사를 실시하고(표본 추출 비율 ≥ 5%), 품질상 문제가 없음을 확인한 후 주조품을 창고에 등록한다.
수이진 주조 용액
중력 주조는 고정밀, 고효율, 대량 생산이 가능한 금속 성형 공정입니다. 이 공정의 핵심 장점은 안정적인 주조 품질, 높은 생산 효율, 높은 재료 활용도에 있으며, 알루미늄 및 아연 합금과 같이 유동성이 우수한 합금으로 주물을 생산하는 데 특히 적합합니다. 금형에 대한 초기 투자 비용은 비교적 높지만, 대량 생산 환경에서는 개당 비용을 크게 절감할 수 있어 자동차, 기계, 가전 제품 등 다양한 산업 분야에서 주류 주조 공법으로 자리 잡고 있습니다.