핫 챔버와 콜드 챔버 다이캐스팅은 모두 금속 주조 방식입니다. 하지만 작동 방식은 다릅니다. 핫 챔버 다이캐스팅은 내장된 용광로를 사용합니다. 더 빠르게 작동하며 아연과 같은 저융점 금속으로 부품을 만듭니다. 반면 저온 챔버 주조는 별도의 용광로를 사용하여 금속을 녹입니다. 알루미늄과 같은 중간에서 높은 융점 금속으로 부품을 생산할 수 있지만 빠르게 작동하지는 않습니다.

선택 결정은 부품의 금속 유형과 복잡성에 따라 달라집니다. 이 문서를 읽고 다양한 측면, 합금, 용도 및 공정에 대해 알아보세요.

핫 챔버 다이캐스팅

이 공정을 핫 챔버라고 부르는 이유는 용광로 내부의 용융 금속에 사출 시스템(구즈넥 시스템 및 플런저)이 잠겨 있기 때문입니다. 자동화된 기술을 사용하여 금속 부품을 더 빠르게 제작합니다.

제조업체는 용융 금속을 고압으로 재사용 가능한 강철 주형에 강제로 주입합니다. 아연, 주석 및 납 기반 합금이 주요 금속으로 사용됩니다. 이 공정은 사출 시스템 손상을 방지하기 위해 금속의 낮은 융점(450°C/842°F 미만)에서 작동합니다. 그러나 납 합금은 독성 때문에 많은 산업에서 사용이 제한됩니다.

금속 사출: 구즈넥 시스템

핫 챔버 다이캐스팅의 구즈넥 시스템은 용융 합금을 다이 캐비티로 펌핑하는 작업을 수행합니다. 금속 흐름을 개선하기 위해 용광로에 잠깁니다. 오일/가스로 구동되는 유압 또는 공압 플런저가 7~15MPa/1,000~2,200psi의 압력으로 금속을 다이와 구즈넥으로 밀어 올립니다. 이 설계는 대량 생산에 이상적이며 분당 2~5회 사출이 가능합니다.

주요 과제:

구즈넥에 산화된 금속과 같은 일부 불순물이 축적되어 드로스를 형성할 수 있습니다. 이는 흐름을 차단하고 결과적으로 부품 품질을 떨어뜨립니다. 따라서 적절한 세척 시스템을 통해 이를 방지해야 합니다.

또한 용융 합금에 지속적으로 노출되면 플런저와 구즈넥이 시간이 지남에 따라 성능이 저하됩니다. 따라서 50,000~100,000주기마다 교체해야 합니다.

다이 소재 및 내구성

다이는 강철과 같이 더 강하고 단단한 재료(예: H13 등급)로 만들어집니다. 이러한 금형은 강한 압력과 열에도 잘 견딥니다. 그러나 열이 400°C 이상에서 냉각되면 다이 내부에 미세한 균열이 생깁니다. 모든 금형은 수리를 받기 전까지 100,000-500,000 사이클을 견딜 수 있습니다.

비용에 대해 말하자면, 주사위당 $20,000에서 $50,000으로 여전히 높은 편입니다. 하지만 대량 생산에 사용할 경우 가격이 저렴해집니다. 정기적인 유지보수, 코팅 및 온도 관리를 통해 수명을 늘릴 수 있습니다.

주기 시간 분석

• 채우기: 용융 금속을 금형에 삽입하는 데 0.1~0.5초가 걸립니다. 속도는 일반적으로 플런저의 힘과 금속 점도에 따라 달라집니다.
• 응고: 용융 금속은 2~10초 안에 냉각되고 굳어집니다. 두꺼운 부품은 더 오래 걸리지만 벽이 얇은 부품(예: 1~3mm)은 충분히 빨리 냉각됩니다.
• 배출: 이젝터 핀을 사용하면 이 과정이 쉬워져 1~3초 만에 부품을 제거할 수 있습니다. 또한 다이에 윤활제 스프레이(예: 흑연)를 사용하면 달라붙는 것을 방지할 수 있습니다.

온도 제어

일관된 주조 품질을 얻으려면 정확한 온도를 선택하는 것이 중요합니다. 따라서 용해로에서는 용융 아연을 410~430°C(770~806°F)로 유지합니다. 이는 10°C의 온도 변화만으로도 결함이 발생할 수 있음을 의미합니다.

주조하는 동안 전기 저항 히터 또는 가스 버너가 용광로를 가열합니다. 반면 열전대는 항상 온도를 관찰합니다. 온도를 잘못 조절하면(너무 뜨거우면) 금속이 열화되고, 너무 차가우면 드로스가 발생하기 때문입니다. 마찬가지로 조기 응고는 틈을 메우거나 균열을 일으키지 않습니다.

배출 시스템

금속이 완전히 단단해지면 부품을 제거할 준비가 된 것입니다. 제조업체는 부품을 밀어내는 이젝터 핀을 사용하여 다이를 엽니다.

또한, 유압 액추에이터 힘을 제어하고 손상을 방지합니다. 한편 각진 핀은 복잡한 모양을 부드럽게 풀어줍니다. 또한 윤활제 미스트를 사용하여 다이를 식히고 달라붙는 것을 방지할 수 있습니다. 이 모든 것이 잘 작동하는 이젝션 시스템이 매우 효율적으로 작동한다는 것을 의미합니다.

장점

• 이 공정은 콜드 챔버 다이캐스팅보다 3~4배 빠릅니다.
• 내장형 용광로는 금속을 별도로 녹이는 용광로보다 20~30% 적은 에너지를 사용합니다.
• 공차(±0.1mm)가 엄격하고 표면이 매끄러운 부품을 제작합니다.
• 핫 챔버 주조는 대량 생산(10,000개 이상의 부품)에 이상적입니다.
• 자동차 경첩이나 전자 하우징에 널리 사용됩니다.

단점

• 이 기술은 알루미늄이나 마그네슘 다이캐스팅. 녹는점이 높아 구즈넥이 손상될 수 있기 때문입니다.
• 잦은 사이클링으로 인한 온도 편차는 구즈넥에 스트레스를 주고 그 결과 균열이 발생합니다.
• 불순물을 제거하여 찌꺼기를 방지해야 합니다.

콜드 챔버 다이 캐스팅

콜드 챔버 주조는 고온 챔버와 달리 금속을 녹이는 별도의 용광로가 있습니다. 대신 제조업체는 래들을 통해 용융된 금속을 샷 슬리브로 이동시킵니다. 여기서 유압 플런저가 용융 금속을 금형 캐비티로 밀어 넣습니다. 나머지 과정은 거의 비슷합니다. 이 공정은 알루미늄, 마그네슘 및 구리 기반 합금과 같은 금속의 중간에서 높은 용융 온도에서 잘 작동합니다.

금속 래들링 및 사출

수동 또는 자동 국자를 사용하여 가열된 금속을 기계 쪽으로 옮길 수 있습니다.

• 수동 래들링은 속도가 느리고 일관성이 떨어집니다. 용융 금속을 샷 슬리브에 붓는 데 사용됩니다. 그 결과 부품 품질에 차이가 발생합니다.
• 자동 래들링은 로봇 팔을 말합니다. 가열된 금속을 정확하게 측정하고 삽입합니다. 틈새를 적절히 메우고 인적 오류를 줄입니다. 이 공정은 생산 속도를 약 10~20% 향상시키는 데 도움이 됩니다. 또한 공기 유입 및 불완전한 충전과 같은 결함을 제거합니다.

샷 슬리브 및 플런저

쇼트 슬리브는 사출 시스템의 일부입니다. 금형에 주입되기 전에 용융 금속이 부어지는 지점입니다. 제조업체는 강철과 같은 더 단단한 재료를 사용하여 강렬한 온도와 압력을 견딜 수 있도록 숏 슬리브를 제작합니다.

플런저는 유압 실린더로 구동되는 막대와 같습니다. 용융 합금을 금형에 밀어 넣습니다. 일반적으로 플런저는 평면형과 테이퍼형의 두 가지 유형이 있습니다.

플랫 플런저는 벽 두께가 일정한 단순한 부품에 적합합니다. 반면 테이퍼형 플런저는 난기류와 공기 유입을 막고 거친 디자인에 유용합니다.

다이 재료

기본적으로 콜드 챔버 금형에는 H13 또는 H11과 같은 경화 공구강이 사용됩니다. 이 소재에는 이미 중량 대비 강도 비율과 내마모성이 있습니다. 따라서 높은 열(최대 700°C/1292°F)과 강한 사출 압력에도 변형 없이 견딜 수 있습니다.

하지만 금형에는 몇 가지 도전 과제가 있습니다. 예를 들어, 지속적인 가열과 냉각으로 인한 열 점검은 표면 균열을 유발합니다. 한편 고온 합금으로 인한 침식은 점진적인 마모를 가져옵니다.

따라서 정기적인 유지보수, 표면 처리, 코팅(질화 또는 PVD)에 집중하세요. 이를 통해 금형의 수명을 늘리고 성능도 향상시킬 수 있습니다.

냉각 채널

엔지니어들은 전략적으로 냉각 채널을 금형에 통합합니다. 이러한 채널은 응고 단계를 조절하고 사이클 시간을 단축하기 때문입니다. 고열 영역 근처에 배치하면 지속적인 냉각이 가능합니다. 따라서 뒤틀림, 수축 또는 내부 균열이 발생하지 않습니다.

스프 루 및 러너 시스템

콜드 챔버 기계의 이러한 구성 요소는 가열된 합금을 샷 슬리브에서 다이 캐비티로 전달하는 데 도움이 됩니다.

스프 루 부분은 러너가 금속을 분산시키는 진입 지점인 경향이 있습니다. 공기 유입 및 흐름 차단과 같은 주요 결함을 제거할 수 있도록 적절하게 설계해야 합니다.

배출 시스템

고형화된 주물을 손상 없이 다이에서 제거하는 단계에서 이젝션 시스템은 원활한 성능을 보장합니다. 이러한 시스템에는 이젝터 핀, 윤활유 스프레이, 유압 액추에이터, 핫 챔버와 유사한 이젝터 박스 등이 사용됩니다.

부품이 식으면 다이가 열리고 이젝터 박스가 활성화되고 이젝터 핀이 주조 부품을 밀어냅니다.

장점

• 알루미늄, 마그네슘, 구리 등 더 다양한 합금을 주조할 수 있습니다.
• 샷 슬리브와 플런저가 지속적으로 용융된 금속을 마주하지 않기 때문에 열 충격이 적고 마모가 줄어듭니다.
• 얇은 벽으로 매우 선명하고 섬세한 부품을 만들 수 있습니다.

단점

• 핫 챔버 공정보다 느리며 부품당 20~60초가 소요됩니다.
• 더 높은 온도와 압력으로 인해 더 많은 에너지와 유지보수가 필요합니다. 따라서 비용이 많이 듭니다.
• 수동 래들링 및 유지 보수 다이를 사용하면 노동력이 자주 증가합니다.

핫 챔버와 콜드 챔버 다이캐스팅 비교

사례 연구

제조업체는 일반적으로 아연 합금 버클과 패스너를 만들기 위해 핫 챔버 다이캐스팅을 사용합니다. 이 기술은 소형 부품을 생산하고 대량 생산할 수 있기 때문에 이 기술을 사용합니다.

콜드 챔버 다이와 달리 주조는 알루미늄 엔진 블록을 생산합니다. 이 부품에는 큰 크기, 복잡한 형상, 고강도가 필요합니다. 그렇기 때문에 콜드 챔버 주조가 가장 적합합니다.

애플리케이션 및 산업

자동차:

자동차 산업에서는 안전벨트 부품, 와이퍼 부품, 카오디오 하우징과 같은 아연 합금 부품을 생산하기 위해 고온 챔버를 사용합니다. 아연의 인상적인 특성은 매끄러운 마감과 높은 내구성을 제공합니다.

반대로 콜드 챔버 다이캐스팅은 알루미늄 엔진 브래킷, 엔진룸 부품 및 조명 부품을 만드는 데 도움이 됩니다. 어떤 어려운 디자인도 고강도로 제작할 수 있기 때문입니다.

항공우주:

핫 챔버 다이캐스팅은 항공우주 부품에 거의 사용되지 않습니다. 그 이유는 주조 금속(아연, 마그네슘)의 융점이 낮기 때문입니다. 하지만 그렇다고 이 산업에서 이 공정이 사용되지 않는다는 의미는 아닙니다. 브래킷, 하우징, 커넥터와 같은 많은 소형 마그네슘 항공우주 부품이 마그네슘으로 만들어집니다. 가벼운 강도와 내식성, 내구성을 제공하기 때문입니다.

하지만 항공기에는 마그네슘 합금으로 만든 콜드 챔버 다이캐스팅 부품이 사용됩니다. 예를 들어, 좌석 프레임과 객실 구성품이 이에 해당합니다. 이러한 부품은 더 가볍고 강합니다.

소비재:

제조업체는 핫 챔버 다이캐스팅을 사용하여 패션 및 액세서리 분야에서 인기 있는 제품을 만듭니다. 예를 들어 아연 합금 버클, 지퍼, 장식 트림 등이 있습니다.

알루미늄 전자 인클로저와 방열판은 가전제품에 널리 사용됩니다. 콜드 챔버 공정으로 만들어집니다.

새로운 애플리케이션

전기 자동차(EV):

다이캐스팅은 전기차용 경량 배터리 하우징과 구조 부품을 생산하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

경량 부품에 대한 전기차의 수요가 증가함에 따라 다이캐스팅 기술이 널리 사용되고 있습니다. 이 공정을 통해 평균보다 무게가 적고 더 튼튼한 배터리 하우징과 구조 부품이 만들어집니다.

5G 기술:

알루미늄과 마그네슘 다이캐스트는 이제 5G 인프라의 중요한 구성 요소가 되었습니다. 예를 들어 안테나 하우징과 열 관리 시스템 등이 있습니다.

결론

핫 챔버 다이캐스팅은 빠르게 작동하며 경제적인 옵션입니다. 아연과 같이 녹는점이 낮은 금속을 다룹니다. 반면 저온 챔버 다이캐스팅은 합금을 따로 녹이기 때문에 더 많은 에너지를 사용합니다. 그러나 이 공정은 알루미늄, 구리 등과 같이 견고하고 녹는점이 높은 재료에 효율적입니다. 선택 시 금속 적합성, 디자인 복잡성, 생산량을 고려하세요. 이렇게 하면 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.