이 글에서는 다이 캐스팅 설계 최적화를 위한 주요 고려 사항을 살펴봅니다. 올바른 구배 각도, 벽 두께, 냉각 채널 배치를 추가하여 이를 얼마나 주의 깊게 따를 수 있는지 알아보세요.

4단계 다이 캐스팅 프로세스

1. 용융 및 합금

다이캐스팅의 첫 번째 단계는 금속을 녹이는 것입니다. 제조업체는 알루미늄을 660°C에서 녹이거나 아연을 420°C에서 녹입니다.

과열을 방지하기 위해 금속을 녹는점 바로 위의 온도(50~100°C)로 유지합니다.

또한 부품 강도를 높이기 위해 다른 합금 원소를 추가합니다. 예를 들어 마그네슘(1-4%) 또는 구리(0.5-3%)가 있습니다.

2. 주입

제조업체는 용융 금속 팔레트를 금형에 붓습니다. 일반적으로 10,000~20,000psi(평방인치당 파운드)의 높은 압력을 가합니다.

그러나 사출 속도는 초당 1~10미터 정도로 변동될 수 있습니다. 또한 금형의 세부 수준과 크기에 따라 달라집니다.

이러한 매개 변수에 집중하면 금형을 채울 수 있습니다. 적절한 흐름은 기포와 같은 결함을 제거하기 때문입니다.

3. 응고 및 냉각:

금형에 용융 금속을 채운 후 제조업체는 금형을 식혀서 굳히도록 놔둡니다. 특히 재료와 금형 설계에 따라 냉각 속도를 설정합니다. 일반적으로 초당 50°C에서 150°C 범위입니다.

그러나 더 빠른 냉각을 적용하면 입자 크기가 줄어들고 부분적으로 강도가 높아질 수 있습니다. 동시에 과도한 냉각은 연성을 감소시킬 수 있습니다. 따라서 온도 제어가 중요하며 150°C에서 250°C 사이를 유지해야 합니다. 그래야 균일한 냉각이 이루어지고 뒤틀림이나 균열을 방지할 수 있습니다.

4. 배출

부품이 굳으면 제조업체는 금형에서 부품을 꺼냅니다. 이때 이젝터 핀을 사용하여 성형된 부품을 손상 없이 강제로 밀어냅니다. 이 힘의 범위는 일반적으로 부품 크기에 따라 500~5,000kg입니다.

또한 제조업체는 변형이나 표면 손상을 방지하기 위해 이 힘을 신중하게 제어합니다. 또한 사출 중 금형 온도를 모니터링합니다. 따라서 부품이 유지 온도(대부분의 금속의 경우 ~100°C 이상)를 넘지 않고 달라붙거나 구부러지는 것을 방지할 수 있습니다.

다이 캐스팅 설계 최적화 규칙

머티리얼 선택 및 속성:

다이캐스팅 기법에는 다양한 합금을 사용할 수 있습니다. 각 금속에는 강도, 녹는점, 구조적 결합과 같은 특정 특성이 있습니다. 따라서 프로젝트의 요구 사항에 맞게 합금을 선택해야 합니다.

여기에서는 다이캐스팅에서 가장 일반적인 금속과 그 비교에 대해 언급했습니다. 테이블.

기하학적 디자인 규칙:

1. 벽 두께 변화:

제조업체에서 유니폼 추가 디자인의 벽 두께 결함을 방지합니다. 예를 들어 뒤틀림 및 고르지 않은 냉각. 대부분의 알루미늄 부품에는 2~4mm의 두께를 사용하며 아연의 경우 1~3mm가 최적입니다.

두께의 급격한 변화를 피하는 것이 중요합니다. 전환 시 반경 1~3mm의 점진적인 테이퍼 또는 필렛을 사용하여 응력 집중을 줄이세요.

2. 리브 및 강화

리브를 통해 열 방출과 강도를 부분적으로 개선하고 더 두꺼운 벽의 필요성을 줄일 수 있습니다. 두께는 인접한 벽 두께의 0.6배 정도로 유지하세요. 이 단계를 통해 싱크 자국을 방지하면서 충분한 강도를 확보할 수 있습니다.

또한 리브 높이는 벽 두께의 2.5배를 넘지 않도록 하세요. 이렇게 하면 견고한 기초를 유지하고 뒤틀림을 방지하는 데 도움이 됩니다. 또한 리브에 적절한 공간(리브 두께의 최소 2~3배)을 추가하세요. 이 공간은 금속이 원활하게 흐르고 냉각이 효과적으로 이루어지도록 합니다.

3. 언더컷 및 드래프트 각도

언더컷은 배출 과정을 복잡하게 만들 수 있으므로 가능하면 언더컷을 최소화하세요. 피할 수 없는 경우 슬라이드나 리프터를 사용할 수 있습니다.

마찬가지로 올바른 구배 각도는 배출 작업을 원활하게 하고 부품을 손상으로부터 보호합니다. 내부 표면에는 1~3°, 외부 표면에는 2~5° 구배 각도를 추가할 수 있습니다.

다이캐스팅 부품의 응력 분석

1. 유한 요소 분석(FEA)

제조업체는 부품의 응력, 변형 및 결함 영역을 예측하기 위해 다양한 도구를 사용하며, 이를 위해 유한 요소 분석(FEA)이 효과적입니다. 이러한 도구는 강력하며 생산 전에 실시간으로 오류를 찾아내는 데 도움이 됩니다.

먼저 부품을 작은 섹션으로 나눈 다음 심층 분석을 시작하세요. 힘, 압력 및 온도가 부품에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 알아보세요. 요소 크기가 1~5mm인 FEA에서 메쉬 크기를 충분히 유지하는 것이 좋습니다. 이는 또한 부품 복잡성을 기준으로 합니다.

FEA 도구는 사출 압력 및 냉각 중 열 응력을 처리할 수 있는 정확한 설계를 얻을 수 있도록 도와줍니다.

2. 피로 및 골절 분석

제조업체는 성형된 부품을 여러 차례 피로 및 파손 테스트를 거칩니다. 이를 통해 부품이 오래 지속되고 반복적인 하중이나 외부 응력을 견딜 수 있는지 확인합니다.

또한 이 부품은 주기적인 하중을 견딜 수 있는 설계가 포함되어야 합니다. 애플리케이션에 따라 최소 100만 회 이상의 사이클을 고장 없이 견뎌야 합니다.

여러 합금 중에서 피로 강도가 높은 알루미늄(90-100 MPa) 또는 아연(55-70 MPa)이 가장 일반적으로 사용됩니다. 설계 시 응력 집중 장치를 제어하면 피로 저항성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 또한 날카로운 모서리에 필렛(반경 1~3mm)을 포함할 수도 있습니다.

열 관리 및 냉각 시스템

1. 냉각 채널 설계

일반적으로 10~15mm 이내로 금형 표면 근처에 냉각 채널을 배치합니다. 이렇게 하면 냉각 시간을 줄이고 열 전달을 극대화할 수 있습니다. 이러한 최적화를 통해 균일한 열 방출을 보장하고 주조 중 뒤틀림이나 수축의 위험을 방지할 수 있습니다.

또한 냉각 채널의 직경을 약 8~12mm로 설정할 수 있습니다. 이 측정은 압력 강하를 일으키지 않고 냉각 흐름의 일관성을 유지합니다. 또한 냉각 유체(오일 또는 물)의 유속을 분당 4~8리터로 유지하세요. 이렇게 하면 효과적인 냉각을 얻고 핫스팟을 피할 수 있습니다.

2. 온도 제어

설계에 정확한 온도 제어 기능을 추가하세요. 적절한 온도는 일관된 냉각을 생성하고 부품의 열 스트레스를 줄이는 데 도움이 되기 때문입니다. 또한 금형 내에 센서를 포함하세요. 예를 들어, 열전대.

이러한 센서는 제조업체가 온도를 모니터링하는 데 도움이 됩니다. 알루미늄의 경우 약 150°C~250°C, 아연 합금의 경우 약 100°C~200°C가 적정 온도입니다.

균일한 다이 온도는 균일한 냉각을 제공하고 균열이나 왜곡을 방지합니다. 또한 자동화된 냉각 시스템을 통합하여 흐름을 조절합니다. 이를 통해 고품질의 주조 부품을 생산할 수 있습니다.

시뮬레이션 및 분석 도구의 중요성

1. 전산 유체 역학(CFD)

설계자는 전산 유체 역학(CFD)을 사용하여 설계가 얼마나 잘 작동하는지 확인합니다. 이 도구는 금형 캐비티 내의 금속 흐름을 분석하는 데 도움이 됩니다. 또한 공기 유입, 고르지 않은 충전 또는 난류와 같은 결함 영역을 찾을 수도 있습니다.

또한 30~50m/s 사이여야 하는 유속을 분석합니다. 이를 통해 금형 충진을 개선하고 결함을 줄입니다.

또한 열 전달 영역에 집중하기 위해 냉각 패턴을 연구합니다. 이 속도는 불완전한 충전이나 수축을 방지하기 위해 약 50°C/s여야 합니다.

CFD는 게이트 시스템과 러너 설계를 개선하는 데에도 도움이 됩니다. 최적의 금속 흐름을 보장하고 공극의 위험을 최소화합니다.

2. 실험 설계(DOE)

실험 설계(DOE)는 설계 성능과 파라미터를 체계적으로 확인할 수 있는 도구입니다. 최소한의 프로토타입으로 최적의 솔루션을 찾는 데 도움이 됩니다.

각 설계의 주요 파라미터는 서로 다릅니다. 예를 들어 냉각 속도, 사출력 또는 금형 온도 등이 있습니다. DOe를 통한 연구는 이러한 변수가 부품 품질에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다.

또한 제조업체는 DOE를 사용하여 벽 두께, 리브 치수 및 구배 각도를 조정할 수 있습니다. 이 도구를 사용하면 비용이 많이 드는 시행착오를 최소화할 수 있습니다.

다이 캐스팅을 위한 디자인 팁

파팅 라인 및 파팅 표면 디자인

적절한 파팅 라인은 부품 제거 시 손상을 방지합니다. 갈비뼈나 깊은 구멍과 같이 깨지기 쉽거나 중요한 부분으로부터 5~10mm 떨어진 곳에 파팅 라인을 배치하는 것이 좋습니다.

또한 평평하고 스트레스가 적은 곳에 위치 분할선을 사용할 수도 있습니다. 예를 들어, 파트의 중간 또는 하단. 이렇게 하면 최소한의 힘(500-5,000kg)으로 부품을 부드럽게 제거할 수 있습니다.

파팅 라인을 최소한으로 추가하면 디자인이 덜 복잡해지고 제조 효율성이 향상될 수 있습니다.

구배 각도 및 테이퍼 디자인

다양한 소재에 대한 가이드라인:

다이캐스팅 제조업체 주조되는 재료에 따라 디자인에서 구배 각도를 설정합니다. 이는 다양한 종류가 있으며 프로젝트 요구 사항에 따라 다릅니다. 예를 들어 알루미늄의 경우 1~3도를 추가하고 아연의 경우 약간 더 작은 범위(0.5°~1°)를 추가하는 것이 좋습니다.

방출력에 미치는 영향:

구배 각도는 설계 기능에 영향을 줄 수 있습니다. 2°와 같이 직각 또는 중간 각도를 추가하면 마찰, 배출력 및 손상 위험이 줄어듭니다. 또한 부품을 쉽게 제거할 수 있어 표면 결함이나 왜곡을 방지할 수 있습니다.

필렛 및 반경 디자인

1. 스트레스 농도

디자인에 날카로운 모서리를 추가하지 마세요. 응력이 집중될 수 있습니다. 이는 균열이나 고장의 원인이 됩니다. 대신 둥근 모서리나 필렛을 사용하세요. 이러한 모서리는 더 나은 용융 흐름을 허용하고 응력을 고르게 분산시킵니다. 결과적으로 내구성이 뛰어난 부품을 얻을 수 있어 파손 가능성이 줄어듭니다.

2. 권장 반경

제조업체는 부품 크기에 비례하는 반경을 추가합니다. 일반적으로 부드러운 전환과 더 나은 기계적 강도를 위해 작은 부품에는 최소 반경(0.5mm)을 추가합니다.

더 중요한 부분의 경우 반경 1~3mm가 효과적입니다. 스트레스 지점을 효과적으로 감소시킵니다.

리브 및 보스 디자인

리브 치수 최적화:

립 치수를 얇게 최적화하고 벽 두께의 50% 두께를 유지해야 합니다. 적절한 간격도 필요하며, 리브 두께의 2~3배가 되어야 합니다. 이 프로세스는 금속 흐름을 원활하게 하고 냉각 시간을 단축합니다.

크랙 방지:

제조업체는 리브 베이스가 최소 반경 0.5mm의 부드러운 전환을 포함하도록 합니다. 이는 응력을 더 고르게 분산시키는 데 도움이됩니다. 하중으로 인한 균열을 줄이기 위해 급격한 전환을 피합니다.

홀 및 포켓 디자인

1. 배출 시 고려 사항

코어 풀과 이젝터 핀에 충분한 여유 공간(일반적으로 0.1~0.3mm)을 확보하면 고착을 방지할 수 있습니다.

2. 싱크 마크 방지

제조업체는 구멍 깊이를 균일하게 유지하고 벽 두께의 2~3배를 초과하지 않습니다. 또한 표면 결함을 최소화하기 위해 과도한 두께 변화를 줄입니다. 또한 싱크 자국을 방지하기 위해 각 구멍 사이에는 5mm의 간격을 두어야 합니다.

환기 및 오버플로 설계

배출 목적:

통풍구는 캐스팅 중에 갇힌 공기(캐비티 부피의 약 2-5%)를 배출하는 데 도움이 됩니다. 에어 포켓을 방지하고 균일한 충진을 보장합니다.

오버플로 디자인:

오버플로 채널은 주조 공정 중에 과도한 금속(전체 충전량의 약 5-10%)을 수집합니다. 이 채널은 부품 내부의 빈 공간인 보이드가 불균일하게 채워져 발생하는 것을 방지합니다.

다이 캐스팅 설계 최적화의 실제 사례

자동차

제조업체는 엔진 블록 무게를 최대 15~20%까지 늘릴 수 있습니다. 이러한 무게 감소는 열 방출을 개선하고 엔진 부하를 줄임으로써 연비와 성능을 약 10% 향상시킵니다.

항공우주

항공기 랜딩기어의 최적화 기술을 통해 피로 저항성을 약 50% 향상시킬 수 있습니다. 또한 기존 설계보다 강도는 30%, 무게는 25 % 증가했습니다.

소비자 제품

제조업체는 스마트폰 케이스를 최대 0.5~1mm 더 얇고 튼튼하게 만들 수 있습니다. 구조적 무결성과 매끄럽고 시선을 사로잡는 레이아웃을 유지합니다.

혜택 정량화하기:

최적화 공정으로 전체 생산량에서 부품 무게가 감소합니다(15% 비용 절감). 더 나은 성능을 제공하며 주조 시 실제 이점을 보여줍니다.

결론:

다이캐스팅 설계 최적화는 이상적인 디자인을 만들 수 있는 유익한 기술입니다. 부품 효율을 개선하고 정확한 부품을 생산할 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있습니다.

이 최적화에 포함되는 파라미터는 주조 공정과 관련된 냉각 채널, 리브, 필렛, 제어된 다이 온도 등이 될 수 있습니다. 그러나 각 측면은 다를 수 있으며 프로젝트의 요구 사항에 따라 결정될 수 있습니다.