다이캐스팅 금형: 설계 및 유형에 대한 완벽한 가이드

다이캐스팅 금형은 금속이 캐비티에 들어가기 전에 부품 품질을 결정합니다. 금형은 유동, 공기 제거, 열 균형 및 배출을 제어합니다. 좋은 금형은 안정적인 부품, 깨끗한 표면, 그리고 결함을 최소화합니다. 또한 예측 가능한 사이클 타임을 보장합니다. 이 가이드에서는 금형 자체에 대해 다룹니다. 금형의 정의, 부품, 그리고 설계 프로세스를 살펴보고, 프로젝트에 적합한 금형을 선택하는 방법도 다룹니다.

다이캐스팅 몰드란 무엇인가?

다이캐스팅 금형은 경화강으로 만든 도구입니다. 고압을 사용하여 용융 금속을 거의 정형에 가까운 형상으로 성형합니다. 금형은 두 부분으로 구성되어 있습니다. 하나는 고정된(고정된) 절반. 다른 하나는 움직이는 (이젝터) 절반. 닫히면 부품 공동이 형성되고 열리면 주조물이 방출됩니다.

다이캐스팅 금형은 단순한 캐비티가 아닙니다. 금속 흐름, 갇힌 가스, 그리고 온도를 제어하는 시스템입니다. 또한 부품의 이형도 관리합니다. 이를 통해 동일한 부품 형상을 수천, 심지어 수백만 사이클 동안 제작할 수 있습니다.

다이캐스팅 금형 내부의 주요 시스템 및 구성 요소

다이캐스팅 금형에는 여러 시스템이 있습니다. 이 시스템들은 부품을 균일하게 충전, 냉각, 배출하기 위해 함께 작동합니다. 한 시스템이 약하면 결함이 자주 발생하며, 캐비티 모양이 정확하더라도 이러한 결함이 발생할 수 있습니다. 특히 게이팅, 배기, 냉각이 중요합니다.

• 캐비티 및 코어: 캐비티는 부품의 외부 표면을 형성합니다. 코어는 내부 형상을 형성합니다. 이러한 형상에는 구멍, 오목한 부분, 포켓 등이 포함됩니다. 이러한 영역의 드래프트 및 표면 조도는 이형지와 부품 안정성에 영향을 미칩니다. 또한 부품이 고착되는 원인이 될 수도 있습니다.
• 고정 다이 및 이동 다이: 고정된 반쪽은 기계의 사출 쪽에 연결됩니다. 여기에는 종종 스프루라고 불리는 금속의 진입 지점이 포함됩니다. 가동 반쪽은 일반적으로 코어와 배출 시스템을 고정합니다. 이러한 설계는 주물이 가동 쪽에 고정되어 깨끗한 방출을 보장합니다.
• 게이팅 시스템: 게이팅 시스템은 용융 금속의 교통 제어 역할을 합니다. 스프루는 러너에, 러너는 게이트에 공급됩니다. 게이트는 캐비티의 충진 방식을 제어합니다. 게이트의 위치와 두께는 충진 패턴과 용접선에 영향을 미칩니다. 또한 게이트의 응고 속도에도 영향을 미쳐 압력과 기공률에 영향을 미칩니다.
• 환기 및 오버플로: 벤팅은 캐비티가 채워질 때 갇힌 공기와 가스가 빠져나갈 수 있는 통로를 제공합니다. 오버플로우는 초기 금속, 산화물, 가스를 포집하는 데 도움이 됩니다. 이는 충전이 끝날 때 발생합니다. 벤팅 불량은 가스 기공, 연소, 그리고 불완전한 부품(숏샷)의 흔한 원인입니다.
• 냉각 채널: 냉각 채널은 금형강의 열을 제거합니다. 이는 금형 온도를 안정시키는 데 도움이 됩니다. 적절한 레이아웃은 핫스팟, 휨, 그리고 금속 스티킹(납땜) 위험을 줄여줍니다. 또한 사이클 타임을 더욱 일정하게 유지할 수 있습니다.
• 배출 시스템: 이젝터 핀, 슬리브, 플레이트는 주물을 굽히지 않고 제거합니다. 핀은 약한 리브, 얇은 벽, 그리고 표면 손상이 발생하지 않도록 배치해야 합니다.
• 슬라이드/코어 풀: 슬라이드와 코어 풀은 언더컷과 측면 형상을 생성합니다. 이러한 형상은 다이의 직선 개구부로는 형성할 수 없습니다. 슬라이드는 가공성을 높여주지만, 마모 지점을 발생시킵니다. 또한 열에 민감하고 유지 보수가 더 많이 필요할 수 있습니다.

다이캐스팅 금형의 주요 유형

콜드 챔버 다이캐스팅 몰드

이 금형은 사출 전에 금속을 샷 슬리브에 주입하는 기계에 사용됩니다. 알루미늄 및 여러 마그네슘 부품에 일반적으로 사용됩니다. 중대형 주물에 적합합니다. 융점이 높은 합금에 적합하며 더 큰 샷 크기를 구현할 수 있습니다. 하지만 일반적으로 핫챔버 금형보다 속도가 느립니다. 또한 온도 제어 및 깨끗한 금속에 더 민감합니다.

핫챔버 다이캐스팅 몰드

이 금형은 용융 금속 내에 사출 시스템이 있는 기계에서 작동합니다. 따라서 매우 빠른 사이클이 가능합니다. 아연 및 높은 생산 속도가 필요한 작고 복잡한 부품에 자주 사용됩니다. 사이클 시간이 짧습니다. 하지만 용융 온도가 높아 대부분의 알루미늄에는 적합하지 않습니다. 사출 시스템에 부식이 발생할 수 있습니다.

단일 캐비티 금형

단일 캐비티 금형은 한 번에 하나의 부품을 생산합니다. 이는 대형 주조나 신규 프로젝트에 가장 적합한 선택입니다. 유동, 배기, 온도의 균형을 맞추기가 더 쉽습니다. 다중 캐비티 금형보다 간단합니다. 사이클당 생산량이 낮기 때문에 대량 생산 시 부품당 비용이 더 높을 수 있습니다.

다중 캐비티 금형

다중 캐비티 금형은 한 번에 여러 개의 동일한 부품을 생산합니다. 이는 사이클 횟수를 늘리지 않고도 생산량을 증가시킵니다. 수요가 높고 안정적인 부품에 가장 적합합니다. 또한 공정이 이미 검증된 경우에도 유용합니다. 이 설계는 양호한 런너 밸런스와 일관된 배기를 요구합니다. 밸런스가 좋지 않으면 캐비티 간 차이가 발생하고 불량 부품이 발생하는 경우가 많습니다.

프로토타입/래피드 툴링 다이

프로토타입 금형은 속도와 비용에 중점을 둡니다. 부품의 모양, 적합성, 기능을 신속하게 확인하는 데 도움이 됩니다. 이러한 도구는 더 간단한 냉각, 배출 및 표준 부품을 사용할 수 있습니다. 설계 확인 및 소량 생산에 적합합니다. 하지만 일반적으로 수명이 짧습니다. 표면 조도나 사이클 안정성 측면에서 완제품 생산 도구와 비교할 수 없을 수 있습니다.

생산 다이

생산 다이는 안정적인 대량 작업을 위해 제작됩니다. 최적화된 게이팅, 냉각 및 배기 기능을 갖추고 있으며, 마모 방지 기능도 갖추고 있습니다. 공구강(알루미늄의 경우 H13 등급)과 열처리는 긴 수명의 핵심입니다. 이 공구는 제작 시간이 더 오래 걸리고 초기 비용이 더 많이 듭니다. 하지만 불량품 감소, 사이클 단축, 정지 횟수 감소를 통해 비용을 절감할 수 있습니다.

유닛/인서트 기반 다이

유닛 다이는 표준 홀더 내에 교체 가능한 캐비티 블록을 사용합니다. 부품군, 설계 변경 또는 공통 공구 구조를 공유하는 부품에 유용합니다. 이러한 접근 방식은 유연성을 향상시킵니다. 하지만 인서트의 맞춤, 열 팽창 및 정렬을 제어해야 합니다. 이를 통해 플래시 및 부품 불일치를 방지할 수 있습니다.

트림 다이

트림 다이는 주조 후 사용하는 두 번째 도구입니다. 러너, 게이트 자국, 플래시를 제거합니다. 특히 대량 생산 시 수작업으로 트리밍하는 것보다 효율적이고 일관성이 뛰어납니다. 주조 공정의 문제는 해결하지 못합니다. 다이 마모나 맞춤 불량으로 플래시가 발생하는 경우, 주조 다이에서 원인을 해결해야 합니다.

단계별 다이캐스팅 금형 설계 워크플로

좋은 금형 설계는 명확한 작업 흐름을 따릅니다. 먼저 부품 제작이 가능한지 확인합니다. 그런 다음 해당 부품을 중심으로 유동, 배기, 냉각 및 배출 시스템을 구축합니다. 초기 DFM(제품 개발 과정), 파팅 라인, 이형 결정을 생략하면 나중에 재작업으로 이어지는 경우가 많습니다.

먼저, 부품 요구 사항부터 시작합니다. 여기에는 합금, 표면 마감, 공차, 그리고 부피가 포함됩니다. 그런 다음, 파팅 라인과 다이 오프닝 방향을 정의합니다. 구배 각도와 벽 두께 전략을 확인합니다. 다음으로, 게이팅과 러너 레이아웃을 설계합니다. 마지막으로, 배기 및 오버플로우 위치를 계획합니다. 이렇게 하면 공기가 갇히지 않고 완전히 충전될 수 있습니다.

마지막으로, 열 균형을 맞추기 위한 냉각 계획을 수립합니다. 그런 다음 배출 및 슬라이드 동작을 마무리합니다. 이렇게 하면 주물이 손상 없이 이형됩니다. 이때 CAE 시뮬레이션이 매우 유용합니다. 강재를 절단하기 전에 충전 패턴, 에어 트랩 위험, 그리고 핫스팟을 확인할 수 있습니다.

부품 품질을 결정하는 주요 설계 규칙

좋은 결과를 얻는 가장 좋은 방법은 설계 규칙을 해당 규칙이 방지하는 결함과 연결하는 것입니다. 어떤 기능이 어떤 결함을 방지하는지 설명할 수 없다면 설계가 불분명할 수 있습니다.

실용적인 체크리스트(디자인 검토 시 사용):

• 초안 및 출시: 부품이 다이를 잡는 부분에 충분한 드래프트를 적용하세요. 이렇게 하면 달라붙음과 끌림 현상이 줄어듭니다.
• 벽 두께: 두꺼운 원단에서 얇은 원단으로 급격한 변화를 주지 마세요. 수축, 다공성, 뒤틀림을 줄일 수 있습니다.
• 게이트 배치: 두꺼운 부분을 먼저 공급합니다. 유동 선단이 어떻게 연결되는지 제어합니다. 이렇게 하면 콜드 셧과 약한 용접선이 줄어듭니다.
• 환기: 가스 흐름이 시작되는 곳이 아닌, 끝나는 곳에 통풍구를 설치하세요. 이렇게 하면 가스 다공성이 줄어들어 화재 위험이 줄어듭니다.
• 열수지: 뜨거운 부분은 의도적으로 식히세요. 얇은 외벽은 너무 식히지 마세요. 이렇게 하면 휘어짐과 납땜이 줄어듭니다.
• 이젝터 레이아웃: 배출 시 갈비뼈와 돌출부를 지지하세요. 과한 표면은 피하세요. 핀 자국과 굽힘을 줄여줍니다.

다이캐스팅 금형은 어떻게 제조되고 승인되나요?

다이캐스팅 금형은 엄격한 공정을 거쳐 제작됩니다. 여기에는 가공, 열처리, 피팅, 그리고 시운전이 포함됩니다. 일관성은 CAD 모델뿐만 아니라 금형의 제작 및 테스트가 얼마나 잘 이루어졌는지에 따라 결정됩니다.

일반적인 제작 과정은 공구강 준비부터 시작합니다. 그 후 CNC 거친 가공과 정밀 마무리 단계로 넘어갑니다. 미세한 디테일에는 방전가공(EDM)을 사용합니다. 열처리는 강철에 경도와 피로 저항성을 부여합니다. 그 후, 더 나은 이형성과 마모를 위해 연마와 같은 표면 마무리 작업을 진행합니다.

모든 단계에서 검증이 중요합니다. 치수 검사는 주요 형상을 확인하고, 조립 검사는 적절한 정렬과 간격을 보장합니다. 첫 번째 사출 시운전은 학습 과정입니다. 공구가 안정적인 부품을 만들 때까지 게이트, 통풍구, 냉각 시스템을 조정하는 과정이 포함됩니다.

결론 

~에 Yonglihao Machinery, 전담자로서 다이캐스팅 제조업체, 고성능 다이캐스팅 금형은 조화로운 시스템으로 작동한다는 것을 잘 알고 있습니다. 저희의 전문성은 형상을 통해 부품을 형상화하고, 게이팅을 통해 부품을 채우고, 벤팅을 통해 부품을 보호하고, 냉각을 통해 부품을 안정화하고, 이젝션을 통해 부품을 분리하는 모든 과정을 정밀하게 수행합니다. 모든 시스템을 결함 방지를 위해 설계함으로써, 저희는 전문적인 다이캐스팅 서비스를 통해 고객이 일관된 품질, 예측 가능한 사이클 시간, 그리고 연장된 공구 수명을 달성할 수 있도록 지원합니다.

다이캐스팅 금형을 생산하는 데 일반적으로 걸리는 리드타임은 얼마입니까?

리드타임은 복잡성과 테스트에 따라 달라지며, 몇 주에서 몇 달까지 소요될 수 있습니다. 슬라이드가 더 많거나, 허용 오차가 작거나, 외관에 대한 요구가 높으면 일반적으로 시간이 더 걸립니다. 이는 추가적인 피팅 및 시연 단계가 필요하기 때문입니다.

콜드 챔버와 핫 챔버 금형 중 어떤 것을 선택해야 하나요?

합금과 부품 크기를 먼저 고려하여 선택하세요. 대부분의 알루미늄 부품과 대형 주물에는 콜드 챔버가 실용적인 선택입니다. 아연 및 매우 빠른 사이클이 필요한 소형 부품에는 핫 챔버가 일반적으로 사용됩니다.

통풍과 오버플로우 설계가 왜 그렇게 중요한가요?

캐비티는 공기가 빠져나가는 동안 채워져야지, 공기가 갇혀 있는 동안 채워져서는 안 됩니다. 충전이 끝날 때 공기가 빠져나가지 못하면 문제가 발생합니다. 고압에서도 기공, 탄화, 그리고 쇼트 샷 문제를 해결해야 합니다.

다이캐스팅에 정말로 균일한 벽 두께가 필요한가요?

네, 균일성은 안정성과 낮은 스크랩 발생의 핵심 요소입니다. 두께가 크게 증가하면 핫스팟과 수축이 발생하며, 이는 기공, 변형, 그리고 부품 치수의 불일치로 이어질 수 있습니다.

하나의 금형으로 여러 생산 실행이나 개정을 지원할 수 있나요?

네, 유지 보수 및 교체가 용이하도록 설계되었다면 가능합니다. 인서트, 교체 가능한 마모 부품, 그리고 정기적인 점검은 공구의 반복성을 유지하는 데 도움이 됩니다. 하지만 주요 부품을 교체할 경우 새 캐비티나 인서트가 필요할 수 있습니다.