다이 캐스팅(Die Casting) 주조방법

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다이 캐스팅(Die casting)은 현대 산업 분야에서 금속 제조에 매우 중요한 기술 중 하나입니다.

본 글은 다이 캐스팅 공정의 원리, 메커니즘 및 특성과 그 분류 및 적용에 대해 소개를 목적으로 작성되었습니다.

다이 캐스팅 공정은 복잡하고 기하학적 구조와 형상을 가진 금속 부품과 구조물을 대량으로 생산하기 위한 효율적인 주조 공정입니다. 이 공정은 자동차 클러스터와 같은 많은 현대 산업에 광범위하게 적용되고 있으며, 부품 별 비용 절감을 위한 대량 부품 생산에 적합합니다.

다이 캐스팅 공정을 간략히 설명하면 전용설비를 이용하여 고압 상태에서 용융금속을 금형 내부에 강제로 흘려보내는 금속 주조 공정입니다.

다이 캐스팅 공정은 금속금형을 사용한 영구적인 금속 주조 공정의 명칭입니다.

다이 캐스팅 공정에는 세 가지 주요 하위 공정이 있는데, 중력주조공정, 저압주조공정, 고압주조공정으로 분류됩니다. 이런 과정은 주로 용융된 금속을 금형에 밀어 넣는데 사용되는 압력의 양에 따라 달라집니다. 이러한 공정의 장점은 높은 생산속도, 뛰어난 치수 반복성, 비용절감을 포함하여 후가공을 최소한으로 줄여 가공비 또한 감소시키는 요인이 됩니다.

단점: 금속금형으로 인한 설계의 한계와 초기 금형 개발비가 높으며, 시공 및 주조 설계 변경으로 인한 긴 리드타임은 극복해야 할 큰 단점입니다.

다이 캐스팅 주조는 아연과 그 합금, 구리, 알루미늄, 황동, 마그네슘, 주석계 합금 등 유동성이 높고 융착온도가 낮은 비철 소재에 주로 사용되는 방식입니다.

아연계 합금으로 만들어진 기어 종류의 제품은 전체 1/2 이상 다이 캐스팅 주조방식을 사용하고 있습니다. 높은 정확도와 반복성을 가진 기어류는 자동차, 항공우주, 공작기계 및 전동공구 등 다양한 산업 및 가전제품에 사용되고 있습니다.

다이 캐스팅 주조는 복잡한 형태의 경금속 제품을 고정밀로 대량 생산하는 가장 경제적이고 효율적인 주조 방식입니다.

용융금속이 주입되면서 피스톤의 도움으로 고속으로 금형에 도입되고 차가운 물과 접촉하면서 고화가 됩니다. 그 다음 금형이 열리고 이젝트 핀의 기계적 작동을 통해 제품이 분리되고 금형이 노출되면 윤활유가 뿌려진 후 금형이 닫히는 사이클이 반복됩니다.

주로 중력다이캐스팅(GCD) 방식과 고압다이캐스팅(HPDC) 방식을 사용하는데 이 공정의 주요 경제적 이점에는 매끄러운 표면마감, 치수의 공차 및 미세하고 복잡한 형상을 제작하는데 용이합니다.

그러나 열 및 기계적 하중과 용융금속과의 반응으로 인해 금형의 침식, 화학적 데미지를 동반하여 일반 균열 및 열적 균열 등 심각한 손상을 입을 수 있습니다.

금형 손상은 생산 비용을 증가시키고 주조 품질을 떨어뜨리는 가장 큰 요인이 됩니다.

알루미늄 합금을 주조함에 있어 금형의 일반적인 수명은 약 100,000shot에서 150,000shot까지로 알려져 있습니다.

다이 캐스팅 주조 온도는 합금마다 다르며 주조 프로세스에 따라 차이가 있습니다.

일반적으로 AZ91의 주조 온도는 650~680℃ 입니다. 그에 반해 알루미늄 함량이 낮은 합금은 다소 높은 온도인 660~690℃에서 주조 됩니다.

가장 일반적으로 사용되는 마그네슘 다이 캐스팅 합금은 AZ91D인데, 이 합금 재료는 주조성이 매우 우수하고 주변 온도에서 높은 기계적 강도를 보입니다. 대표적으로 자동차 엔지 부품, 컴퓨터부품에 많이 적용됩니다.

끝으로 다이 캐스팅 주조의 가장 큰 단점은 매우 높은 초기 개발비가 필요합니다. 주조에 필요한 장비와 금형 및 관련 부품들은 대 부분의 다른 주조 공정에 비해 비용이 많이 들어 소량 생산에는 그 효율성을 기대하기 어렵습니다. 또한 개발 소재가 제한적이고 재료의 특성상 열처리나 용접을 할 수 없는 관계로 주조 과정에 주의를 기울여야 합니다.

이상 다이 캐스팅 주조와 관련하여 정리를 해 보았습니다.

감사합니다.

정원신재료(유), 정원금속(한국)

xianzhe1@naver.com