다이캐스팅은 대량 생산과 복잡한 형상에는 탁월하지만 정밀도가 낮습니다. CNC 가공은 프로토타입 및 소량 생산에 정밀하고 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 다이캐스팅은 금형에서 용융 금속을 사용하는 반면, CNC는 솔리드 블록에서 재료를 추출합니다. 대량 생산에는 다이캐스팅을, 정확성과 유연성에는 CNC를 선택하세요.
두 가지 절차를 기본 매개변수와 함께 비교하면 더 나은 옵션을 찾을 수 있습니다. 따라서 이 문서에서는 다이캐스팅과 CNC 가공에 대한 심층적인 세부 정보를 제공합니다.
다이캐스팅: 개요 및 이점
제조업체는 용융 온도에 따라 선택한 금속을 녹입니다. 예를 들어 아연은 385°C에서, 알루미늄은 660°C에서 녹입니다. 그런 다음 다음 단계인 다이캐스팅이 진행됩니다.
이 방법은 용융 금속을 10~175MPa 압력 하에서 영구 금형에 공급합니다. 러너가 이 금속을 흐르게 하고 라이저가 잔여물을 수집합니다.
용융 금속은 5-30초 동안 굳어지고 200-300°C에서 배출됩니다. 각 사이클이 15~60초 안에 완료된다는 것을 알아야 합니다.
빠른 생산 능력을 보면, 다이캐스팅으로 CNC 가공보다 최대 10~100배 빠른 속도로 대량 배치를 완료할 수 있습니다.
다이캐스팅의 응용 분야
다이캐스팅은 복잡한 부품을 생산하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어 1.5mm 벽과 함께 알루미늄으로 엔진 블록을 만들 수 있습니다. 또한 이 방법은 내구성과 내열성을 제공합니다.
전자 부품은 아연을 주조하여 벽이 얇은 인클로저를 훨씬 가볍게 만듭니다. 또한 항공우주 분야에서는 약 30%의 무게를 줄이고 연료 효율을 높이기 위해 마그네슘을 사용합니다.
다이캐스팅 공정
1. 고압 다이캐스팅(HPDC):
일반적으로 HPDC는 10~175MPa 압력에서 작동합니다. 10~50m/s 속도로 금속을 주입합니다. 이 공정은 전자 또는 자동차용 알루미늄 부품을 완벽하게 생산합니다. 얇은 벽(1.5~5mm)을 추가할 수 있습니다.
2. 저압 다이캐스팅(LPDC):
제조업체는 LPDC를 작동하는 동안 0.3-1.5 MPa의 압력을 사용합니다. 이 공정에서는 결함을 방지하기 위해 금형 충진 공정이 매우 느립니다. 5~15mm 정도의 깊은 부품(휠 허브)에 더 잘 작동합니다. 또한 일정한 강도와 내구성을 제공합니다.
3. 중력 다이캐스팅:
이 방법은 중력을 이용하여 150-300°C로 예열된 금형을 채우는 방식입니다. 저렴한 가격으로 표면이 미세한 매우 간단한 알루미늄 부품을 생산할 수 있습니다.
합금의 종류 및 속성
| 합금 | 녹는점 | 인장 강도 | 열 전도성 | 비용 |
| 알루미늄 | 660°C | 220-330 MPa | 120-180 W/m-K | 보통 |
| 아연 | 385°C | 280-440 MPa | 110-130 W/m-K | Less |
| 마그네슘 | 650°C | 160-240 MPa | 80-100 W/m-K | 비용 |
다이캐스팅 툴링 프로세스
제조업체는 강철(H13 등급)을 사용하여 50,000~1,000,000회 사이클에 견딜 수 있도록 10배 더 강한 금형을 제작합니다. 금형의 가격은 디자인, 합금 또는 기타 요인에 따라 10,000~20,000달러에 달할 수 있습니다. 또한 주요 특징은 다음과 같습니다:
- 약 100~5,000톤의 체결력을 사용합니다(부품 크기에 따라 다름).
- 사이클당 15-60초가 소요됩니다(부품 냉각에 따라 다름).
- 배출력은 약 5-20%의 클램핑력을 발휘할 수 있습니다.
다이캐스팅의 한계
- 에어 포켓은 최대 1~2mm 깊이까지 형성될 수 있으므로 다공성을 확인하려면 X-레이 검사가 필요합니다.
- 부품 제거 시 1-3° 드래프트 각도를 사용합니다.
- 금형 비용으로 인해 최대 부품 크기는 최대 600mm까지 가능합니다.
CNC 가공: 개요 및 이점
CNC(컴퓨터 수치 제어) 가공 용도 컴퓨터 지원 기술. 이 기술은 컴퓨터의 지침을 받아 모양을 절단하고 원시 금속을 선명하게 정의된 부품으로 변환합니다.
다이캐스팅에서는 뜨거운 금속이 들어가서 단단한 모양이 나옵니다. 반대로 CNC 가공은 절삭 공구를 사용하여 재료(금속, 플라스틱 및 복합재)를 한 층씩 제거합니다.
그러나 이 절차는 소량의 맞춤형 부품, 프로토타입 및 중소형 주문(1~1,000개)에 적합합니다.
CNC 프로그래밍 프로세스
CNC 가공은 스핀들에 의해 고정되는 공구를 사용합니다. 이 도구는 작업대에서 원재료를 절단합니다. 구동 모터는 MCU 신호를 받아 그에 따라 스핀들을 움직입니다. 한편 피드백 장치는 정확성을 확인합니다.
CNC 가공 작업
CNC 기계는 세 가지 일반적인 작업을 수행합니다:
- 밀링
- 선회
- 드릴링
밀링
제조업체는 밀링에 회전 공구(500~15,000RPM)를 사용합니다. 이 공구는 평면 및 곡선 형상을 절단합니다. 예를 들어 10mm 카바이드 엔드밀을 사용합니다. 이는 엔진 브래킷을 만들기 위해 알루미늄 합금을 2,000RPM으로 절단하는 데 도움이 됩니다.
선회
회전 스핀들은 최대 3,000RPM까지 회전하는 공작물을 고정합니다). 그 동안 절삭 공구 또는 고정물은 스핀들 축을 따라 회전하며 재료에 원통형(나사 또는 파이프) 모양을 부여합니다.
드릴링
드릴링 공정에서는 부품에 구멍을 뚫어야 합니다. 일반적으로 제조업체는 드릴 비트 (직경 1-25mm)를 500-1,500RPM의 속도로 드릴링합니다. 예를 들어 5mm 비트를 사용하여 플라스틱 하우징에 구멍을 뚫습니다.
CNC 가공 부품의 예
CNC 가공은 100mm 알루미늄 로봇 조인트의 프로토타입을 제작하는 데 3시간이 걸립니다. 이 부품은 최대 0.02mm의 정확도를 제공할 수 있습니다.
의료용 임플란트에서 제조업체는 코발트-크롬 무릎 교체용 인공 관절을 Ra 0.4 µm로 연마합니다. 이를 통해 부드럽게 움직일 수 있습니다.
항공우주용 티타늄 터빈 블레이드는 800°C를 견뎌냅니다. 이 부품은 0.01mm 정밀도의 5축 CNC 밀을 사용하여 제작됩니다.
CNC 기계의 종류 및 기능
3축 CNC 밀
여기에는 세 가지 기본 축(X, Y, Z)이 있습니다. 좌우, 앞뒤, 위아래로 움직입니다. 제한된 이동 기능에도 불구하고 약 600mm 길이의 부품을 관리할 수 있습니다. 3개의 축은 기어박스와 같은 부품의 3D 형상을 ±0.05mm의 정확도로 만듭니다.
5축 CNC 밀
이 기계는 공구를 기울이고 회전시킵니다. 이 공구는 매우 어려운 형상(예: 터빈 블레이드)을 한 번의 설정으로 절단할 수 있습니다. ±0.02mm의 명시된 부품을 얻을 수 있습니다.
CNC 선반
이 종류의 CNC 기계는 원형 부품에 특화되어 있습니다. 최대 300mm 너비의 재료를 잡을 수 있습니다. 이를 사용하여 0.5mm 피치까지 미세한 나사산을 절단할 수 있습니다.
CNC 가공의 툴링
제조업체는 일반적으로 카바이드로 CNC 절삭 공구를 만듭니다(200-400분 지속). 다른 공구의 재료는 고속강(HSS, 100~200분) 또는 세라믹(고열용)일 수 있습니다.
또한 다음과 같은 여러 가지 코팅을 사용하여 이러한 도구의 수명을 늘릴 수 있습니다. 질화 티타늄(TiN). 코팅층은 공구 50%를 더 빠르게 만들고 마모를 방지합니다. 예를 들어, 코팅 드릴 비트는 스테인리스 스틸에 회전당 0.2mm의 속도로 500개의 구멍을 뚫을 수 있습니다.
공구 홀더는 유압력(최대 200bar)을 사용합니다. 이 힘으로 공구를 단단히 고정하여 절단 중 진동을 최소화합니다.
CNC 가공용 재료
| 재료 | 예 | 특징 | 가공 속도(m/min) | 요구 사항 |
| 금속 | 알루미늄(6061) | 강도: 270 MPa | 200-300 | 표준 절단 도구 |
| 플라스틱 | PEEK | 녹는점: 343°C | 50-100 | 녹지 않도록 속도를 느리게 유지하세요. |
| 합성물 | 탄소 섬유 | 부서지기 쉽고 닳기 쉬운 | 다양함(예: 1,500RPM) | 다이아몬드 코팅 공구, 얕은 컷팅 |
CNC 가공의 한계:
- CNC 가공은 재료를 천천히 제거합니다.
- 이송 속도는 일반적으로 0.1~0.5mm/치아 범위이므로 대량 주문에는 비효율적입니다.
- 고속으로 재료를 절단하면 공구가 마모됩니다.
- CNC는 깊은 피처(예: 깊이 대 너비 비율이 5:1 이상)가 있는 복잡한 형상을 얻는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.
다이캐스팅과 CNC 가공의 비교
1. 재료 속성 비교
앞서 살펴본 바와 같이 다이캐스팅 기술과 CNC는 서로 다른 재료를 사용합니다. 즉, 고유한 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 일반적인 다이캐스팅 합금은 알루미늄 A380입니다. 이 합금은 인장 강도가 약 310MPa이고 항복 강도는 최대 159MPa입니다.
마찬가지로 CNC 기계는 알루미늄 6061을 사용합니다. 인장 강도는 310MPa, 항복 강도는 276MPa입니다.
2. 허용 오차 비교
다이캐스팅을 통해 소형 부품의 공차를 0.004인치(0.1밀리미터) 내외로 얻을 수 있습니다. 그러나 재료 수축과 냉각 효과로 인해 부품 크기에 따라 공차가 증가합니다.
반대로 CNC 가공은 0.001인치(0.025mm) 미만의 매우 엄격한 공차를 제공합니다. 즉, 패턴을 엄격하게 준수할 때 잘 작동할 수 있습니다.
그러나 정확한 출력을 얻으려면 더 많은 비용이 필요합니다. 0.003인치(0.075mm)의 공차를 달성하려면 100개의 유닛이 필요할 수 있습니다. 반면 공차가 0.0005인치(0.012mm)인 경우 비용은 세 배로 늘어날 수 있습니다. 이는 가공 시간, 공구 마모 및 품질 관리 조치의 증가 때문입니다.
3. 비용 분석
다이캐스팅에는 초기 설정과 툴링이 포함됩니다. 그렇기 때문에 약 $5,000-$50,000의 비용이 듭니다. 그러나 대량 주문의 경우 각 단가(부품당 $1-$5)가 줄어듭니다.
CNC 가공은 툴링 비용을 청구하지 않습니다. 생산 비용은 재료 선택과 설계 복잡성 수준에 따라 달라집니다.
4. 리드 타임 비교
다이캐스팅의 툴링 설정은 공정을 시작하기 전에 4~8주가 소요됩니다. 그러나 이러한 도구가 준비되면 대량 배치를 빠르게 생산할 수 있습니다.
CNC 가공에는 툴링 지연이 없습니다. 이 프로세스를 통해 1-3일 이내에 프로토타입을 만들 수 있습니다. 또한 디자인 복잡도에 따라 배치 생산에는 5~10일이 소요됩니다.
5. 부품 복잡성
다이캐스팅은 단순에서 중간 정도의 복잡한 수준의 디자인을 처리할 수 있습니다. 얇은 벽과 리브와 같은 통합 기능을 지원합니다. 이 공정은 깊은 절단, 날카로운 내부 모서리 및 긴 명시된 부품을 만들 때 어려움을 겪습니다.
CNC 기계는 더 깊은 디자인과 복잡한 형상을 작업할 수 있습니다. 이 프로세스는 속도가 느리기 때문에 대량 배치의 비용이 증가합니다.
6. 환경 영향 비교
주조 작업 중 재료 낭비가 적지만 남은 재료가 항상 100% 재활용이 가능한 것은 아닙니다. 이는 산화와 불순물 때문입니다. 또한 금형 제작에는 상당한 에너지가 사용됩니다.
CNC 가공 공정은 더 많은 스크랩을 생산합니다. 특히 금속 칩을 재사용할 수 있습니다. 그러나 냉각제는 환경에 영향을 미칩니다. 최신 여과 시스템을 사용하면 이를 최대 50%까지 줄일 수 있습니다.
올바른 프로세스 선택을 위한 의사 결정 매트릭스
| 기준 | 다이캐스팅 | CNC 가공 |
| 대규모 프로덕션에 가장 적합 | ✅ 예 | ❌ 아니요 |
| 프로토타입에 이상적 | ❌ 아니요 | ✅ 예 |
| 고차원 상태 제공 | ❌ 아니요(±0.1mm) | ✅ 예(±0.005mm) |
| 머티리얼 옵션 | 주조 금속으로 제한됨 | ✅ 금속, 플라스틱 및 복합 재료에 사용 가능 |
| 짧은 리드 타임 | 아니요(4~8주 툴링) | ✅ 예(프로토타입의 경우 1~3일) |
다이캐스팅 및 CNC 가공을 위한 설계 고려 사항
다이캐스팅 설계 규칙
다이캐스팅에는 구배 각도가 필요합니다. 이 각도는 이젝션 프로세스를 더 원활하게 만듭니다. 공식을 사용하여 구배 각도를 계산할 수 있습니다.
공식에는 합금별 상수가 포함되며, 일반적으로 한 면당 1°~3°입니다. 계산은 재료와 부품의 복잡성에도 영향을 받습니다.
또한 벽 두께도 다양할 수 있습니다. 예를 들어 알루미늄은 1-1.5mm, 아연은 0.5~1mm를 사용할 수 있습니다. 두께는 적절한 흐름을 확인하고 결함을 방지합니다.
또한 필렛과 반경의 주요 역할은 응력 집중을 줄이고 금형 수명을 늘리는 것입니다.
CNC 가공을 위한 설계 고려 사항
일반적으로 CNC 가공 설계에는 구배 각도가 필요하지 않습니다. 날카로운 내부 모서리와 수직 벽을 만들 수 있습니다. 디자인 옵션에는 T 슬롯, 도브테일, 딥 포켓이 포함될 수 있습니다. 여기에는 더 높은 깊이 대 너비 비율이 포함됩니다.
깊은 구멍에는 더 긴 공구가 필요하므로 공구 접근을 고려하세요. 또한 진동이 증가하여 정확한 결과를 얻지 못할 수 있습니다. 또한 고정장치는 가공 중 안정성을 지원합니다.
시뮬레이션 소프트웨어 사용
시뮬레이션 도구를 사용하여 설계의 성능을 더욱 다듬을 수 있습니다. 이러한 도구는 다이캐스팅 금형 흐름과 CNC 공구 경로를 최대한 기능적으로 만들어 줍니다. 또한 다이캐스팅의 다공성 및 기계 가공의 진동음과 같은 결함을 식별하는 데 도움이 됩니다.
디자이너와 엔지니어 간의 협업
디자이너와 일찍 소통하세요. 비용 효율적이고 제조 가능한 부품을 생산하기 위한 요구 사항을 확인합니다. 이 단계는 또한 여러 가지 수정 및 생산 문제를 방지합니다.
결론:
다이캐스팅 옵션은 대량 생산에 사용하기에 좋습니다. 낮은 속도로 부품을 더 빠르게 생산하지만 정밀한 결과물에는 효율적이지 않습니다. 반대로 CNC 가공은 여러 재료를 사용하며 높은 정확도를 제공합니다. 그러나 이 기술은 속도가 느리고 비용이 많이 듭니다.
두 프로세스 모두 서로 다른 장단점이 있습니다. 어떤 유형의 재료 또는 제품을 생산하느냐에 따라 선택은 전적으로 달라집니다.