금형이 이미 가공되기 전까지 아무도 알려주지 않는 알루미늄 합금 주조에 대한 정보

저는 세 개의 서로 다른 프로그램이 똑같은 실수로 8주라는 시간을 허비하는 것을 목격했습니다. 그 실수란, 완벽하게 모델링된 부품을 드래프트가 전혀 없는 상태로 주조 공장에 보내고, 하류에서 누군가가 알아서 해결해 줄 거라고 생각하는 것입니다. 물론 누군가는 해결해 주겠지만, 금형 수리 비용과 예상치 못한 일정 차질이 발생할 뿐입니다.

그래서 저는 더 많은 구매자들이 철강을 절단하기 전에 이런 대화를 나눴으면 좋겠습니다.

알루미늄은 고온 챔버에서 사용할 수 없으며, 이것이 많은 것을 결정합니다.

사람들은 어쨌든 물어봅니다. 보통은 아연 부품이 4초마다 작동하는 것을 보고 자기네 하우징에도 그런 속도를 갖고 싶어하기 때문입니다.

해답은 판매 저항보다는 화학적 성질에 있습니다. 핫 챔버 기계에서 주입 메커니즘, 즉 구즈넥은 용융액에 영구적으로 잠겨 있습니다. 420°C에서 양호한 결과를 보입니다. 아연 주조마그네슘에는 괜찮습니다. 하지만 용융 알루미늄은 약 690°C까지 올라가 철을 매우 빠르게 녹이기 때문에, 물에 잠긴 강철 구즈넥은 며칠 만에 부식되어 사용자가 의도하지 않은 철 성분이 모든 샷에 조용히 섞이게 됩니다.

알루미늄을 냉각실에 넣고, 국자로 떠서 넣고, 주입하고, 슬리브를 비우고, 이 과정을 반복합니다.

그 한 가지 제약 조건이 전체 비용 모델에 파급 효과를 미칩니다. 한 번 가공하는 데 3~8초가 아닌 20~90초가 걸린다는 것은 부품당 기계 가공 시간이 아연 가공 비용의 약 6배에 달한다는 것을 의미합니다. 바로 이러한 이유 때문에 엔지니어의 직감으로는 알루미늄이 더 적합하다고 생각하더라도 작은 브래킷은 아연으로 가공해야 하는 경우가 있으며, 정직한 사람들은 그렇게 생각하는 것입니다. 알루미늄 다이캐스팅금속 공급업체는 때때로 당신이 처음에 요청했던 금속을 사지 않도록 설득할 것입니다.

기하학 대화

대부분의 디자인 리뷰에서 생략되는 부분이 바로 여기입니다.

먼저 초안을 작성하세요. 초안 작성은 가장 불필요한 문제를 야기하는 원인입니다. 외벽은 1~2°, 내벽과 심부 코어는 2~3°의 온도차가 적당합니다. 그 이유는 주조물이 식으면서 수축하기 때문입니다. 위로중심부에서 멀어지는 것이 아니라 중심부를 잡아야 제대로 고정됩니다. 그렇지 않으면 이젝터 핀이 매 사이클마다 다이와 씨름하게 됩니다. 그 결과 끌림 자국이 생기고, 벽면이 변형되다가 결국 4천 번 정도 사격 후에는 중심부가 갈라지게 됩니다.

벽 두께도 중요한 요소 중 하나인데, 사람들이 주로 집착하는 수치는 잘못된 경우가 많습니다. 물론 2.0~3.0mm가 일반적인 작업 범위이고, 유로가 짧고 게이팅이 잘 되는 얇은 벽 구조에서는 1.2~1.5mm도 달성 가능합니다. 하지만 일관성두께가 얇은 것과는 비교할 수 없을 정도로 두껍습니다. 2mm 두께의 벽에 6mm 보스를 붙이면 열점이 생깁니다. 얇은 부분이 먼저 굳어 이송 경로를 막고, 그 뒤에 있는 두꺼운 부분은 내부적으로 수축하여 눈에 보이지 않는 빈 공간을 만듭니다. 이 공간은 밀링 작업으로 그 표면을 가공하기 전까지는 드러나지 않습니다.

해결책은 복잡하지 않습니다. 보스 부분을 속이 비도록 만들고, 인접한 벽 두께의 약 60% 정도의 하중을 보강재에 분산시키면 무게는 줄이면서 강성은 유지할 수 있습니다.

CAD에서 곡률 반경은 비용이 거의 들지 않으면서도 큰 효과를 발휘합니다. 날카로운 내부 모서리는 부품에 응력을 집중시키는 것은 물론이고, 더 큰 문제는 금형에 응력이 집중되어 열처리 검사가 가장 먼저 시작되는 지점이 된다는 것입니다. 일반적으로 0.5mm에서 1.5mm 정도면 충분합니다.

다음으로 중요한 것은 분할선인데, 이는 기본값으로 두기보다는 심도 있는 논의가 필요한 부분입니다. 다이가 분할되는 위치에 따라 플래시 위치, 어느 면에 어느 방향으로 드래프트가 발생하는지, 그리고 측면 액션이 필요한지 여부가 결정됩니다. 저는 분할선을 11mm만 변경해도 슬라이드 하나가 망가지는 경우를 본 적이 있습니다. 이로 인해 금형 비용이 7,000달러 절감되었고, 프로그램 수명 기간 동안 매 발사마다 거의 2초씩 시간이 단축되었습니다.

이왕이면 이젝터 핀이 어디에 박힐지 결정해 두세요. 핀은 흔적을 남깁니다. 박힐 면을 지정하지 않으면 공구 제작자가 임의로 선택하는데, 미관상 중요한 표면에서 원하는 모양이 나오지 않을 수도 있습니다.

구매 전 실제 부품을 확인하세요

다이캐스팅만큼 정확하게 작동하는 것은 없죠. 맞습니다. 하지만 제품을 만들 때 그 정도의 정밀도가 필요한 경우는 드물죠. 다음결정은 중요하며, 대부분의 사람들이 이용하는 것보다 더 저렴한 방법도 있습니다.

그중 두 가지는 끊임없이 간과됩니다.

3D 프린터로 제작된 모래 주형은 패턴 제작 과정을 완전히 생략합니다. 바인더젯 프린터가 모델을 기반으로 주형을 바로 출력하고, 실제 A356 강철을 부어 넣으면 3주 안에 견고한 주조 금속으로 만들어진 부품을 얻을 수 있습니다. 벽 두께는 모래 주조에 적합해야 하므로 검증할 수 있는 범위가 제한적입니다. 하지만 구조 설계가 하중 조건을 견딜 수 있는지 여부가 중요한 문제라면, 4만 5천 달러 상당의 강철을 사용하는 것보다 훨씬 저렴한 해결책입니다.

브리지 툴링도 또 다른 방법입니다. 더 부드러운 금형 재질을 사용하고, 유압 슬라이드 대신 수동으로 장착하는 인서트를 사용하는 경우도 있습니다. 이렇게 하면 수십만 회가 아닌 수천 회 정도만 생산할 수 있지만, 실제 금형 제작이 완료될 때까지 초기 고객에게 제품을 납품할 수 있을 정도로 부품 형상이 양산형에 매우 가깝습니다. 이미 출시일이 발표된 OEM 주조 프로그램의 경우, 이러한 방식이 분기별 실적 부진을 만회하는 데 큰 도움이 되는 경우가 많습니다.

주사위를 살 때 실제로 무엇을 사는 걸까요?

다이는 하나의 물체가 아닙니다. 베이스, 캐비티 및 코어 인서트, 러너 및 게이팅 시스템, 오버플로우 및 벤트, 냉각 회로, 핀과 리턴이 있는 이젝터 플레이트, 그리고 각도 핀 위에서 움직이는 슬라이드 등 여러 구성 요소로 이루어져 있습니다.

강재 선택은 구매자들이 예상하는 것보다 훨씬 중요합니다. H13(경도 44~48 HRC)은 알루미늄 합금의 기본 재질입니다. 주조면은 약 200°C에서 700°C 사이의 온도 변화를 수만 번 반복하는데, 심각한 파손은 발생하지 않고 미세한 균열이 생겨 주조품으로 전이되기 시작합니다. DIN 1.2367과 같은 고급 강재는 수명이 길어 생산량이 많을수록 경제적 이점이 커집니다.

캐비티 개수는 간단한 산수 문제입니다. 캐비티가 두 개 늘어나면 개당 기계 비용이 절반으로 줄어드는 반면, 공구 비용은 60~70% 증가합니다. 이 비율을 영업 회의에서 제시한 예상치가 아닌, 실제 사용 후 예상되는 비용과 비교해 보세요.

냉각 설계는 아무도 묻지 않지만, 사실 물어야 할 중요한 부분입니다. 열점 근처에 채널을 배치하면 부품이 게이트 방향으로 응고되도록 합니다. 냉각 설계가 잘못되면 기공이 발생하고, 게이트는 조정할 수 있지만 냉각은 블록 제작이 완료된 후에는 용접 및 재절삭 없이는 실질적으로 수정할 수 없습니다.

대략적인 알루미늄 보철물의 가격은 단순하고 단일 캐비티인 경우 18,000달러에서 35,000달러입니다. 슬라이드나 캐비티가 추가되면 35,000달러에서 70,000달러가 됩니다. 크고 복잡한 보철물은 70,000달러에서 150,000달러입니다. 대부분의 경우 첫 번째 샘플 제작까지 8주에서 12주가 소요됩니다.

부품이 압력을 견뎌야 하는 경우

표준적인 절차만으로는 목표를 달성할 수 없습니다.

진공 보조 장치는 사출 전에 캐비티 내부 압력을 100mbar 이하로 낮추고, 누출 규격이 엄격할 때는 50mbar 이하로 낮춥니다. 진공 보조 장치가 없으면 사출 슬리브에 있는 공기와 다이 윤활유에서 발생하는 증기가 주조물 내부로 유입될 수밖에 없습니다. 스퀴즈 핀은 이 문제의 나머지 절반을 해결하는데, 특정 부위의 두꺼운 금속에 핀을 꽂아 국부적으로 압력을 높여 게이팅으로는 처리할 수 없었던 수축을 방지합니다. 600~1,000bar의 압력을 응고 과정 내내 유지하면 미세한 금속 입자들이 수축됩니다. 냉각 벤트와 오버플로우는 산화물이 함유된 차가운 슬러그가 캐비티에서 빠져나가기 전에 이를 제거합니다. 이 슬러그는 균열처럼 작용하는 내부 필름을 형성하여 부품에 스며들기 때문입니다.

미리 계획해야 할 중요한 사항 중 하나는 일반적인 다이캐스팅 공정에서 발생하는 가스 축적입니다. 이 때문에 500°C 이상의 고온에서 완전 T6 시효를 진행하면 기포가 발생할 수 있습니다. 만약 T6 시효가 반드시 필요한 경우라면, A356 재질의 영구 주형을 사용하거나 진공 보조 고강성 주조 공정을 지정하고 그에 따른 예산을 확보해야 합니다. T5 시효는 치수 안정성을 확보하고 강도를 약간 향상시키면서 기포 발생 위험이 없는 안전한 기본 공정입니다.

누출 요구 사항을 작성할 때는 mbar·L/s 단위의 수치와 함께 시험 방법을 명시하십시오. "압력 밀폐"는 사양이 아니라 희망 사항일 뿐입니다.

합금에 대해 간략히 설명드리겠습니다.

ADC12는 JIS 규격으로 A383과 거의 동일하며 아시아 공급망에서 대부분을 차지합니다. 등급이 낮은 것은 아닙니다. 하지만 검증되지 않은 용융 과정에서 발생하는 철과 아연 함량은 합금이 금형에 납땜될 때와 가공 후 품질에 상당한 영향을 미칠 수 있으므로, 일반적인 데이터시트보다는 각 용융 배치별 분광 분석 인증서를 요청하는 것이 좋습니다.

가공 후가 아닌 가공 전에 마감 처리를 지정하십시오.

이는 툴 설계에 직접적인 영향을 미치기 때문에 가장 먼저 논의해야 할 사항입니다. 표면의 외관 디자인은 플래시, 게이트 및 핀의 위치를 ​​결정합니다. ~ 아니다갈 수 있도록 허락받았습니다.

주조 상태 그대로 처리하면 Ra 0.8~1.6µm의 표면 조도를 얻을 수 있는데, 이는 눈에 띄지 않는 부분에 사용하기에 적합합니다. 비드 블라스팅은 눈에 보이는 알루미늄 주조 제품의 일반적인 기본 처리 방식으로, 미세한 표면 요철을 감춰주는 고른 새틴 마감을 제공합니다. MIL-DTL-5541 규격에 따른 크로메이트 변환 코팅은 얇고 전도성이 뛰어나며 도색도 잘 됩니다. 2형 아노다이징은 외관이 좋고 내구성이 우수하지만, 고실리콘 주조 합금은 투명하지 않고 회색으로 아노다이징 처리되므로 6061 알루미늄과 같은 외관을 기대하는 구매자는 다소 실망할 수 있습니다. 분체 도장은 옥외용으로 적합합니다. 전기 도금(E-coat)은 일반적인 표면 처리 방식으로는 도달할 수 없는 내부 통로까지 코팅이 가능합니다.

가공은 이 모든 과정과 밀접하게 관련되어 있습니다. 주조 알루미늄 부품은 약 ±0.13mm의 오차를 가지지만, 가공된 부분은 ±0.02mm의 오차를 가집니다. 가공은 기능에 필요한 부분만 수행해야 합니다. 왜냐하면 절삭하는 모든 면은 원래 무해하게 존재했던 기공을 드러낼 가능성을 높이기 때문입니다.

이것이 끝나는 지점은 어디일까요?

전자 및 에너지 산업에서는 다이캐스팅 하우징, 방열판, 정션 박스가 많이 사용됩니다. 유압 산업에서는 밸브 본체, 펌프 하우징, 매니폴드, 임펠러가 사용됩니다. 자동차 및 전기차 산업에서는 모터 하우징, 배터리 트레이, 오일 팬, 구조 부품이 사용됩니다. 배관 산업에서는 주조 금속 파이프 피팅과 플랜지가 사용되며, 믿을 만한 파이프 피팅 제조업체라면 알루미늄, 황동, 아연 등 다양한 소재를 생산하고 있을 것입니다. 산업 기계 산업에서는 동일한 조립 과정에서 주조품과 맞춤형 금속 가공품이 혼합되어 사용되는 것이 일반적입니다.

주조와 구조물 제작의 차이점을 사람들이 간과하는 부분이 바로 이것입니다. 둘은 경쟁 관계가 아닙니다. 주조된 연결부는 용접된 판재 6개를 대체하며, 그 주변 프레임은 여전히 ​​절단, 성형 및 용접 과정을 거칩니다. 주조 서비스와 맞춤 제작 서비스를 함께 제공하는 업체는 총비용이 가장 저렴한 지점으로 경계를 조정할 수 있으며, 그 지점은 어느 한쪽 전문 업체만 단독으로 운영했을 때와는 다른 경우가 많습니다.

가장 저렴한 설계 변경은 항상 CAD 프로그램을 이용한 것입니다. 일단 블록이 경화되면 게이트를 이동하거나 드래프트를 추가하려면 용접, 재절삭 및 재경화 작업을 거쳐야 하며, 수리된 부분은 원래의 모재와 완벽하게 일치하지 않습니다.

모델을 미리 보내주세요. 가격을 묻기 전에 DFM(설계 제조성 검토) 검토를 요청하세요. 그리고 사장님이 말씀하실 때 제품이 줄어들 거라고 알려주는 공급업체를, 40센트 더 싸게 주고 아무 말도 안 하는 공급업체보다 더 유용한 존재로 여기세요.