영구 금형 주조 공정은 금형을 재사용하여 부품을 만드는 반면, 소모성 금형 주조는 일회용 금형을 사용합니다. 두 방법의 초기 재료는 용융 알루미늄이지만 재료의 모양과 변형, 최종 제품의 강도 및 비용에 미치는 영향은 큰 차이가 있습니다. 

알루미늄을 가장 다재다능한 소재 중 하나로 사용하는 여러 산업 분야 중 무게 대비 강도, 비부식성 및 전도성 때문이라는 점에 주목해야 합니다. 알루미늄을 부품 및 구성 요소의 형태로 만드는 경우 영구 금형 주조와 소모성 금형 주조라는 두 가지 주요 공정이 사용됩니다. 이 두 공정에 관련된 절차는 동일하지 않으며 최종 제품에는 고유한 기계적 특성, 용도 및 생산 요구 사항이 있습니다.

이 가이드에는 공정, 기계적 특성, 비용, 용도 및 환경 영향의 차이에 대한 요청이 수반되어야 다음 프로젝트에 대한 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.

영구 금형 주조와 소모성 금형 주조의 비교 및 대조

영구 금형 주조란 무엇인가요?

영구 금형 주조는 용융 알루미늄을 금속 주형에 붓는 공정을 말하며, 여러 부품을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 고강도 및 치수 정확도가 필요한 부품 제조에 적합합니다. 금형 재료는 일반적으로 주철 또는 강철을 사용하여 물질이 용융 알루미늄의 열을 여러 차례에 걸쳐 받을 수 있도록 합니다. 이 공정은 중대형 부품의 대량 생산에 이상적입니다.

영구 금형 주조의 특징은 다음과 같습니다:

• 재사용 가능한 몰드가 있습니다: 금속 몰드는 재사용이 가능하므로 대량 생산에 사용하는 것이 경제적입니다.
• 정확한 치수: 금형은 고품질 치수를 제공합니다.
• 힘: 다른 주조 과정을 통해 제작된 부품에 비해 더 튼튼합니다.
• 표면 마감: 고품질 표면 마감으로 이어지며 포스트 프로세스가 최소한으로 줄어듭니다.

공통 애플리케이션:

• 블록, 하우징 및 브래킷과 같은 자동차 부품.
• 항공우주 분야의 구조 부품.
• 고강도 또는 중간 강도의 산업용 부품.

소모성 금형 주조란 무엇인가요?

소모성 금형 주조 한 번만 적용하면 파괴되는 금형 제작을 수반합니다. 샌드 주조, 인베스트먼트 주조, 쉘 몰딩이 널리 사용됩니다. 이 공정은 대량 생산이 필요하지 않은 복잡하거나 맞춤형 부품을 개발할 때 자주 사용할 수 있습니다. 소모성 금형에는 재료 가변성과 함께 설계의 자유도가 매우 높습니다.

소모성 금형 주조의 주요 속성입니다:

• 일회용 몰드: 주조가 완료되면 금형은 폐기되므로 단위당 가격이 상승합니다.
• 복잡한 지오메트리: 복잡한 형상을 가진 부품이나 내부적으로 부품을 제조할 때 적합합니다.
• 재료비 절감: 몰드는 모래나 도자기 등 다양한 유형의 재료로 준비할 수 있습니다.
• 표면 마감: 표면 마감은 추가 후처리가 필요할 수 있습니다.

공통 애플리케이션:

• OEM 및 맞춤형 부품 및 프로토타입.
• 항공우주 및 방위 산업을 위한 부품.
• 조각품, 예술품, 장식 아이템.

제조 프로세스

퍼마 캐스트 프로세스:

• 알루미늄이 녹아내립니다: 알루미늄을 용광로에서 녹여 액체 상태로 만듭니다.
• 금형에 붓기: 액체 알루미늄을 영구 금속 주형에 붓습니다.
• 냉각 및 응고: 알루미늄이 냉각되어 캐비티 안에서 굳어집니다.
• 곰팡이 제거: 주조 과정에서 부품의 내구성에 맞게 성형된 주형을 제거하고 가장 약한 부분을 제거합니다.
• 캐스팅 포스트 프로세싱: 주물은 필요에 따라 태우거나 가공하거나 다듬을 수 있습니다.

주요 특징:

• 복잡한 디자인 회의에 이상적입니다.
• 높은 생산 속도.
• 대량 구매 시 비용 절감.

금형 주조 공정은 소모품과 함께 제공됩니다:

• 금형 준비: 일회용 몰드는 모래, 세라믹 또는 조개껍질과 같은 일부 재료로 만들어집니다.
• 용융 인덕션 및 붓기: 용융 알루미늄을 금형에 붓습니다.
• 냉각 및 응고: 조각을 식히고 굳힐 수 있습니다.
• 금형 파괴: 완성된 부품을 배출하기 위해 금형이 파괴됩니다.
• 후처리: 추가 가공/마감이 있을 수 있습니다.

주요 특징:

• 맞춤형 또는 소량 부품 제작에 더 적합합니다.
• 복잡한 디자인과 기능을 제공할 수 있습니다.
• 단위당 비용 증가.

미세 구조 및 기계적 특성

알루미늄의 미세 구조와 기계적 특성은 제조 공정에 따라 크게 달라집니다.

입자 구조

• 영구 금형 주조: 영구 주형의 입자는 매우 미세하고 규칙적인데, 이는 금속 주형의 냉각 특성을 제어했기 때문입니다. 이를 통해 강도와 기계적 특성이 향상됩니다.
• 소모품 몰드 캐스팅: 소모성 금형 주조에서는 입자 경향이 덜 균일하고 입자가 더 커서 강도와 연성이 떨어집니다.

다공성 및 결함

• 영구 금형 주조: 금속 주형을 사용하여 주물의 내부 기공과 내부 결함을 줄여 튼튼하고 신뢰할 수 있는 주물을 만듭니다.
• 소모품 몰드 캐스팅: 다공성인 소모성 금형은 가스 다공성이나 수축 공동과 같은 내부 결함이 부품에 발생하여 스트레스를 받으면 성능이 저하될 수 있습니다.

기계적 성능

표 1: 기계적 성능

영구 금형 주조 로봇 재료

금속 금형

영구 금형 주조의 금형은 일반적으로 강철, 주철 또는 합금강을 기반으로 합니다. 이러한 고온 및 사이클 저항성 소재와 함께 선택됩니다. 강철 몰드는 내구성과 강도 때문에 특히 선호되는 반면, 주철 몰드는 열전도가 우수합니다.

금속 - 주조

영구 몰딩에서 주물을 제작하는 데 가장 일반적으로 사용되는 금속은 다음과 같습니다:

• 알루미늄: 부드럽고 가벼우며 부식에 강한 특성을 가지고 있어 고강도의 응용 분야에 적합합니다.
• 마그네슘: 가볍지만 강한 금속으로 분류되어 항공우주 및 자동차 산업에서 널리 사용됩니다.
• 아연: 강도/연성이 우수하며 대량 다이캐스팅에 자주 적용됩니다.
• 이러한 금속은 내구성이 뛰어난 금형과 결합하여 강력하고 정밀하며 일관된 주물을 만들어냅니다.

소모성 금형을 사용한 주조의 원자재

금형 재료

소모성 금형 주조에서는 금형을 사용할 때마다 금형이 희생됩니다. 여러 종류의 금형으로 구성될 수 있으므로 주조 기법도 다양합니다:

• 모래: 모래의 가장 주된 사용은 실리카 모래와 바인더를 혼합하여 주형을 만드는 모래 주조입니다.
• 세라믹: 인베스트먼트 주조에 적용되며, 세라믹의 미세 분말을 쉘로 제작하여 고정밀로 금속을 주조합니다.
• 석고 및 껍질: 로스트 왁스 주조 공정과 쉘 몰딩 공정에 적용되어 미세한 디테일과 엄격한 공차를 가진 부품을 생산합니다.

금속 - 주조

소모성 금형 주조에는 다음과 같은 다양한 금속을 선택할 수 있습니다:

• 알루미늄: 가볍고 다양한 용도로 잘 알려진 알루미늄은 자동차 산업의 부품 및 소비재에 사용되는 산업용 소재로 널리 사용됩니다.
• 강철과 철: 산업용 기계, 공구, 구조물 등의 모래 및 인베스트먼트 주조 공정에 널리 사용됩니다.
• 황동과 청동: 장식품, 밸브 및 피팅과 같은 복잡한 부품을 주조하는 데 이상적입니다.
• 티타늄: 티타늄은 가격이 비싸지만 강하고 부식에 강하기 때문에 항공우주 및 이식형 의료 기기 등 특수한 용도로 사용됩니다.
• 요구 사항: 소모품 금형은 부품과 주조되는 금속의 복잡성 및 생산 요구 사항에 적합한 재료로 만들어야 합니다.

영구 금형 주조 형태 유형

1. 중력 영구 금형 주조

중력 영구 주조에서는 용융 금속을 중력을 기준으로 재사용 가능한 금형 캐비티에 부어 넣습니다. 표면 조도가 좋은 고품질의 단순한 부품을 만드는 데 사용되고 있습니다. 알루미늄 및 마그네슘과 같은 금속에 적합하며 보통 적당한 강도와 세밀한 작업이 필요한 곳에 적용됩니다.

2. 저압 영구 금형(LOPRVM)

저압. 저압 영구 금형 주조는 용융 금속을 저압으로 금형에 주입하여 복잡한 형상의 캐비티를 쉽게 채우고 표면을 매끄럽게 마감할 수 있습니다. 이 공정은 일반적으로 알루미늄 합금과 마그네슘 합금에 적용되며 부품의 기계적 특성이 높고 허용 오차가 좁은 경우에 적합합니다.

3. 고압 영구 금형 주조(HPDC)

이 방식은 용융 금속을 금형에 압력 주입하여 빠르게 충진하고 매우 효율적인 공정을 구현합니다. 정밀도, 강도 및 매끄러운 마감 표면이 필요한 자동차 부품 및 부품과 같은 대규모 부품 제조에 폭넓게 적용됩니다.

4. 다이 캐스팅

다이캐스팅은 영구 금형 주조로, 금형에 용융 금속을 채운 후 이 금속을 금형에서 밀어내거나 압착하는 방식입니다. 주로 자동차 부품과 같이 복잡한 모양의 부품을 대량으로 제조하는 데 사용되며 일반적으로 알루미늄, 아연, 마그네슘 등의 금속을 다이캐스팅합니다.

소모성 금형 주조 유형

1. 모래 주조

가장 널리 사용되는 소모성 금형 주조 공정 중 하나는 모래 주조입니다. 모래, 점토, 물의 혼합물로 만든 주형을 형성하는 과정이 수반됩니다. 그런 다음 금형이 준비된 후 용융 금속을 금형에 붓습니다. 모래 주조를 사용하여 대형 부품을 주조하는 것은 완벽하며 알루미늄, 철, 강철과 같은 금속에 널리 적용됩니다. 소량/중량 생산에 적용할 수 있습니다.

2. 인베스트먼트 주조(로스트 왁스 주조)

왁스 패턴에서 분리된 세라믹 쉘 패턴의 형태로 제작되는 인베스트먼트 주조가 적용됩니다. 용융 후 패턴이 제거되면 용융 금속을 금형에 부어 넣습니다. 이 방법은 부품이 매우 섬세할 때 가장 잘 적용되며 항공 제품, 의료 장비 및 보석류를 생산하는 산업에서 잘 적용됩니다. 인베스트먼트 주조는 고정밀 및 복잡한 형상을 처리할 수 있습니다.

3. 쉘 몰드 주조

쉘 몰드 주조는 얇은 모래와 접착제 층인 패턴을 코팅하여 형상을 만든 케이스에 매우 얇은 벽을 가진 몰드를 적용하는 공정을 말합니다. 금형이 주조된 후 패턴을 떼어내고 그 빈 공간을 용융 금속으로 채웁니다. 일반적으로 더 작고 세밀한 부품에 적용되며 다음과 비교하여 제품 마감이 우수합니다. 모래 주조. 주로 알루미늄, 황동 및 강철 합금에 적용됩니다.

4. 로스트 폼 캐스팅

폼 패턴이 금형인 경우 이를 로스트 폼 주조라고 합니다. 폼 패턴은 세라믹 쉘로 되어 있으며 용융 금속을 금형에 부으면 폼이 녹아 증발합니다. 이는 주로 복잡한 형태의 주물을 제작할 때 사용되며, 이러한 유형의 주조가 제공되는 가장 일반적인 산업은 자동차 및 항공 우주 산업입니다.

5. 원심 주조

원심 주조 원심 주조 공정은 용융 금속을 회전하는 금형에 붓는 것으로 구성됩니다. 원심력에 의해 금속이 금형의 바깥쪽으로 튕겨져 나가면서 견고한 주물이 만들어집니다. 이 기술은 특히 주철, 강철 및 청동으로 된 파이프, 튜브 및 부싱과 같은 원통형 품목의 제조에 적용됩니다.

애플리케이션

영구 몰드 캐스팅의 용도:

영구 금형 주조로 제작된 부품은 고강도, 정밀도 및 내구성이 요구되는 곳에 사용하기에 적합합니다. 자동차, 항공우주 및 산업 기계 제조와 같은 중대형 및 대량 제조 작업에 적합합니다.

공통 애플리케이션:

• 자동차 엔진 블록:  복잡한 내부 형상을 가진 엔진의 차량 블록을 설계합니다.
• 항공우주 부품: 가볍고 강한 강도를 가진 구조 부품.
• 산업 장비: 펌프와 펌프 하우징, 브라켓과 같은 뛰어난 성능의 구성 요소.

소모품 몰드 캐스팅의 용도:

소모성 금형 주조는 소량, 맞춤형 또는 시제품 프로젝트를 설계하고 설계의 유연성이 중요한 경우에 이상적인 선택이었습니다. 항공우주 및 방위 산업, 맞춤형 제품 제조 등의 산업에서 널리 사용되고 있습니다.

공통 애플리케이션:

• 항공우주 부품: 터빈 블레이드와 엔진 부품을 포함한 특수 부품.
• 방어: 독특한 모양의 맞춤형 및 군용 부품.
• 예술과 조각: 아트 제품의 디자인 및 개인화 또는 응용.

가격 및 효율성, 비용 및 생산 효율성, 비용 및 생산 효율성, 비용 및 생산 효율성

영구 금형 주조:

• 시작 비용: 금속 금형의 툴링 비용이 매우 높습니다.
• 단위당 비용: 대량 제조 시 부품당 비용을 절감할 수 있습니다.
• 제작 속도: 대규모 생산 실행의 경우 더 빠릅니다.
• 오래 지속됩니다: 금속으로 만든 금형은 오래 사용할 수 있어 장기적으로 비용을 절감할 수 있습니다.

주조-금속-공구-소모성-금형

• 시작 비용: 소모성 금형에 사용되는 툴링 비용이 저렴합니다.
• 단위당 비용: 일회성 금형으로 인해 제조업체의 부품당 비용이 높아 비용이 더 많이 듭니다.
• 생산 속도: 생산에는 금형 제작과 더 긴 냉각 공정이 필요하기 때문에 속도가 느려집니다.
• 내구성: 금형은 단 하나의 유닛만 생산하므로 생산되는 개당 비용이 증가합니다.

환경적 고려 사항

에너지 사용

• 영구 금형 주조: 일반적으로 금속 금형에 비해 에너지가 덜 필요합니다.
• 소모품 몰드 캐스팅: 특히 복잡한 금형의 경우 특정 단위당 에너지 투입량이 더 큽니다.

재료 활용

• 영구 금형 주조: 낭비가 적고 자료 흐름이 원활합니다.
• 소모품 몰드 캐스팅: 금형을 사용하면 한 번 사용하면 더 많은 재료 폐기물이 발생하게 됩니다.

재활용 가능성

• 영구 금형 주조: 알루미늄은 재활용이 쉽고 사용 후 수익이 창출됩니다.
• 소모품인 몰드 캐스팅: 알루미늄은 재활용이 가능하지만 금형은 대부분의 경우 재활용이 불가능합니다. 

소모성 금형 주조보다 영구 금형 주조를 선호해야 하는 경우

• 대량 생산: 영구 금형 주조는 금형을 반복적으로 사용할 수 있고 생산 속도가 빠르기 때문에 대량 생산에 더 경제적입니다.
• 고강도 요소: 최종 제품에 높은 강도 등급, 엄격한 공차 및 낮은 내부 결함이 필요한 경우 영구 금형 주조가 선호되는 옵션입니다.
• 컴포넌트 애플리케이션: 영구 금형 주조는 자동차 부품 및 산업 분야와 같이 부품 응용 분야에서 내부적으로 복잡한 형상을 구현할 필요가 없는 복잡한 형상보다 선호됩니다.
• 장기적인 생산 주기: 장기적으로 금형 사용과 금형 재사용을 고려하는 장기 생산 프로젝트는 장기적으로 효율적이기 때문에 영구 금형 주조를 사용해야 합니다.

영구 금형 주조 대신 소모성 금형 주조를 선택해야 하는 상황

• 소량 또는 주문 제작: 소모성 금형 주조의 약점이었던 낮은 초기 공구 비용으로 소량 또는 주문 제작이 가능합니다.
• 기하학 및 복잡한 디자인: 작품의 내부 시스템이 복잡하거나 영구 금형으로는 구현하기 어려운 매우 섬세한 디자인과 모양을 가진 경우 소모성 금형 주조가 적합합니다.
• 고온 합금: 확장형 금형 주조는 강철이나 티타늄과 같이 매우 높은 온도에서 녹는 금속이나 합금을 주조할 때 포함될 수 있는데, 일반적으로 알루미늄이나 아연과 같이 녹는점이 낮은 금속만 영구 주조할 수 있기 때문에 확장형 금형 주조는 영구 주조로 제작할 수 있습니다.
• 프로토타이핑 및 일회성 제품: 특정 회사에서 제품에 새로운 디자인을 테스트하거나 일회성 맞춤형 부품이 필요한 경우, 금형 제작 비용이 저렴하므로 소모품 금형을 사용하는 것이 더 좋습니다.

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결론

영구 금형 주조와 소모품 금형 주조는 목적과 제작 요구 사항에 따라 각각 뚜렷한 이점이 있습니다. 영구 금형 주조는 정밀도와 높은 수준의 디테일을 강조해야 하는 중대형 생산에 사용해야 하는 반면, 소모성 금형 주조는 복잡한 디자인, 맞춤형 부품 및 소량 생산을 위해 더 많은 유연성이 필요한 경우에 사용해야 한다는 것을 알 수 있습니다.

두 가지 공정 중 하나를 선택할 때는 필요한 재료 특성의 특성, 필요한 생산량, 가격 및 디자인의 복잡성을 고려해야 합니다. 모든 방법의 장점과 단점을 모두 알고 있으면 제조업체는 해당 프로젝트에 가장 적합한 주조 방법을 선택할 수 있으므로 최종 제품이 최상의 성능을 발휘하는 효과적인 생산을 보장할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

1. 대규모 프로덕션을 캐스팅할 때 어느 쪽이 더 저렴하나요?

영구 금형 주조는 금형을 반복해서 사용할 수 있으므로 생산 공정이 짧아지기 때문에 대량 생산 시 비용이 절감됩니다.

2. 소모성 금형 주조에서 복잡한 디자인을 사용할 수 있나요?

예, 소모성 금형 주조는 내부 형상을 가진 부품과 같이 복잡하고 복잡한 디자인을 제조하는 데 가장 적합합니다.

3. 강도 측면에서 어떤 주조 공정이 더 적합할까요?

영구 금형 주조는 일반적으로 더 나은 부품을 만들 수 있으며 소모성 금형 주조는 특히 항공우주 및 방위 산업과 같은 고강도 응용 분야에서 활용될 수 있습니다.

4. 두 종류의 주조에는 재료 폐기물이 있습니까?

소모성 금형 주조의 경우, 영구적이고 낭비가 적은 금형을 사용하는 것에 비해 금형을 한 번만 사용하기 때문에 폐기물이 더 많이 발생합니다.