고압 다이캐스팅의 일반적인 제조 결함: 원인, 예방 및 해결 방법

고압 다이캐스팅(HPDC)은 현재 제조업에서 가장 많이 활용되는 금속 주조 공정 중 하나입니다. 제조업체는 높은 정밀도와 빠른 생산 속도, 뛰어난 치수 정확도, 매끄러운 마감 처리로 복잡한 금속 부품을 생산할 수 있기 때문에 HPDC를 선택합니다. 자동차 및 항공우주 산업과 전자 부품 및 소비재 생산 업계에서는 HPDC를 통해 엔진 및 하우징, 구조 요소, 기계 어셈블리와 같은 애플리케이션을 위한 가볍고 내구성이 뛰어난 부품을 제조할 수 있습니다. 고압 다이캐스팅의 제조 공정은 제품 수명을 단축하고 성능을 저하시키는 동시에 제품 품질을 저하시키는 중대한 결함을 발생시키는 수많은 위험에 직면해 있습니다. 부적절한 금형 설계, 난류 용융 금속 흐름, 갇힌 가스, 일관되지 않은 냉각 속도, 생산 공정 중 열 응력 등으로 인해 다양한 결함이 발생합니다. HPDC 기술에는 다공성, 콜드 셧, 수축 결함, 플래시 형성, 표면 결함, 미스 런, 다이 침식, 납땜 등 7가지 주요 결함이 발생합니다. 이러한 유형의 제조 결함은 재료 강도를 저하시키는 동시에 불규칙한 치수와 바람직하지 않은 시각적 효과를 발생시켜 부품 고장을 유발할 수 있습니다. 제조업체는 온도 제어 시스템 및 진공 보조 주조 절차와 함께 공정 파라미터를 최적화하고 결함을 개선하는 방법을 통해 생산 문제를 해결합니다. 실시간 모니터링 및 시뮬레이션 소프트웨어는 다이캐스팅 공정의 효율성과 신뢰성을 더욱 향상시키는 고급 품질 관리 방법입니다.

이 문서에서는 고압에서 발생하는 표준 제조 문제에 대한 포괄적인 분석을 제공합니다. 다이캐스팅 기술에 대한 설명과 함께 이러한 결함을 줄이기 위한 근본 원인과 해결 전략을 제시합니다. 제조업체는 이러한 문제를 이해하고 모범 사례를 적용해야만 다이캐스트 부품의 품질과 수명은 물론 성능을 개선하고 동시에 폐기물과 생산 비용을 절감할 수 있습니다. 다이캐스팅 엔지니어, 생산 관리자 및 품질 관리 전문가는 이러한 제조 결함에 대한 숙련도를 통해 최상의 다이캐스팅 결과를 위해 공정을 최적화할 수 있습니다.

1. 다공성

다공성은 금속 매트릭스 내에서 발견되는 작은 구멍이나 가스 개재물로 정의되며, 결과적으로 공기와 가스가 구조물을 통과할 수 있게 하는 등 기계적 특성에 영향을 미치고 강도를 떨어뜨리며 다이캐스팅 제품의 표면 결함을 유발합니다.

원인:

• 주조 전 재료에 존재하는 기체 상태의 내용물입니다.
• 용융 금속 흐름에 과도한 난류가 발생합니다.
• 환기 불량 및 부적절한 금형 설계.
• 수축 다공성을 유발하는 빠른 응고.
• 용융 금속의 오염.
• 불충분한 압력으로 인해 금속이 균일하게 흐르지 않습니다.

예방 및 솔루션:

• 게이팅 및 환기 설계를 통해 적절한 가스 배출이 이루어졌는지 확인합니다.
• 사출 속도를 늦추어 캐비티에 들어가는 금속의 부드러움을 향상시킵니다.
• 공기 갇힘 문제는 진공 보조 다이캐스팅 기술로 해결해야 합니다.
• 용융 금속을 주입하기 전에 가스가 충분히 제거되었는지 확인합니다.
• 균열 및 기타 응고 결함의 형성 문제를 극복하기 위해 냉각 속도를 제어합니다.
• 금형 표면을 자주 점검하고 청소하여 오염 물질로 인한 다공성 가능성을 줄이세요.

2. 콜드 셧다운

콜드 셧은 두 개의 용융 금속 흐름이 제대로 융합되지 않아 주조물에 약한 결합 부위나 눈에 보이는 이음새를 형성할 때 발생합니다. 이 결함은 기계적 강도를 감소시킬 뿐만 아니라 파손의 위험을 증가시킬 뿐만 아니라 부품의 내구성과 외관에 부정적인 영향을 미칩니다.

원인:

• 낮은 용융 금속 온도.
• 주입 속도가 느려서 일반적으로 조기 응고로 이어집니다.
• 유동 채널이 불충분한 금형 설계.
• 과도한 산화로 인해 표면 막이 형성되어 적절한 융합을 방해할 수 있습니다.
• 잘못된 게이팅 시스템 설계로 인해 금속 흐름이 일관되지 않습니다.

예방 및 솔루션:

• 또한 적절한 유동성을 보장하기 위해 최적의 금속 주입 온도를 유지해야 합니다.
• 사출 속도를 높여 충전을 완료하고 한 조각으로 만듭니다.
• 금형 설계에서 불필요한 흐름 장벽을 제거하여 금속이 어려움 없이 움직일 수 있도록 합니다.
• 열 분석 도구를 사용하여 생산 전에 흐름 문제를 감지하고 해결합니다.
• 콜드 셧 결함을 악화시키는 공기 유입을 방지하기 위해 적절한 환기 기술을 적용해야 합니다.

3. 수축 결함

수축 결함은 냉각 중 금속의 수축으로 인해 내부 공극이나 공동이 발생하여 주조의 구조적 무결성을 저하시킵니다. 결과적으로 이러한 결함은 최종 제품의 기계적 강도를 떨어뜨리고 응력 하에서 잠재적인 고장을 일으키며 표면 품질을 저하시켜 최종 제품의 기능성과 미관 모두에 영향을 미칩니다.

원인:

• 응고 중 부적절한 금속 공급
• 부적절한 다이 설계로 인해 냉각 속도가 고르지 않음
• 합금 구성으로 인한 높은 금속 수축
• 국소 수축을 유발하는 급속 냉각
• 응고 단계 중 불충분한 압력

예방 및 솔루션:

• 금형을 수정하여 용융 금속을 균일하게 냉각하고 적절하게 공급할 수 있도록 합니다.
• 수축 경향이 낮고 응고 특성이 우수한 합금을 사용하세요.
• 응고 중 압력 설정을 최적화하여 수축 공극을 채우고 최소화하는 데 사용됩니다.
• 제어된 냉각 방법을 사용하여 응고 속도에 균형을 맞추고 열 스트레스를 낮추세요.
• 수축 결함을 예측하고 예방하기 위한 실시간 모니터링 및 시뮬레이션 도구를 구현합니다.

4. 플래시 형성

고압의 금속 이탈로 인해 파팅 라인 또는 다이 갭에 형성된 과도한 얇은 금속 층을 플래시라고 합니다. 플래시는 주조 후 잘라낼 수 있지만, 과도한 플래시는 재료 낭비, 공구 마모 및 관련 생산 비용을 증가시켜 다이캐스팅 공정의 전반적인 효율을 떨어뜨립니다.

원인:

• 과도한 사출 압력으로 인해 용융 금속이 금형 틈새로 밀려 들어갑니다.
• 다이가 마모되었거나 부적절한 다이 잠금으로 인해 누출이 발생했습니다.
• 클램핑력이 충분하지 않아 사출 중 다이가 분리되는 경우.
• 금속이 새어 나올 수 있는 틈이 있어 제대로 누워 있지 않습니다.
• 다이 윤활을 통한 불명확한 금속 흐름 제어

예방 및 솔루션:

• 다이 분리 및 플래시 형성을 방지하려면 적절한 클램핑력을 유지해야 합니다.
• 마모된 다이를 정기적으로 검사하고 교체하여 적절한 밀봉 상태를 유지합니다.
• 최소한의 플래시로 충전물이 채워지고 채워지도록 최적의 압력 설정을 확인하세요.
• 의도하지 않은 간격과 금속 누출을 방지하려면 다이 재정렬을 개선해야 합니다.
• 정밀한 다이 윤활 기술을 통해 금속 흐름을 제어하고 과도한 금속 유출을 줄입니다.

5. 표면 결함(물집, 균열 및 주름) 검사

다양한 표면 결함, 기포, 균열, 주름은 주물의 외관과 기계적 강도를 저하시키므로 예방 및 제거가 필요합니다. 용접 결함을 유발하여 제품의 내구성을 떨어뜨리고 불량률을 높이며 도장이나 코팅과 같은 주조 후 처리 후 제품이 잘 붙지 않게 만듭니다.

원인:

• 따르는 동안 액체 플라스틱에 공기가 갇히게 됩니다.
• 또한 균일하지 않은 냉각 속도로 인해 열 응력과 표면 불규칙성이 발생합니다.
• 응고 중 과열 또는 온도 제어가 제대로 되지 않는 경우.
• 또는 주조 표면에 영향을 줄 수 있는 금속 불순물 또는 내포물
• 다이 윤활 불량으로 인해 금속 흐름이 고르지 않고 표면이 불완전해졌습니다.

예방 및 솔루션:

• 주조 전에 가스가 갇히지 않도록 용융 금속의 가스를 적절히 제거합니다.
• 균일한 냉각 기술을 사용하여 응고를 제어하고 열 스트레스를 방지하세요.
• 금형 온도 제어를 최적화하여 과열 및 고르지 않은 냉각을 방지해야 합니다.
• 주조 전에 모든 불순물을 감지할 수 있도록 품질을 엄격하게 관리합니다.
• 표면 품질과 결함 감소에 따라 금형용 코팅 및 윤활제를 도포합니다.

6. 내포물 및 오염

슬래그, 산화막, 먼지 또는 기타 불순물과 같은 원치 않는 이물질 입자가 최종 주조물에 갇히면 기계적 특성이 저하되고 구조적 무결성이 약해지며 표면 결함이 발생하며 이를 내포물이라고 합니다. 이러한 오염 물질이 존재하면 다이캐스트 부품의 성능과 내구성이 저하되어 고정밀 애플리케이션에 적합하지 않을 수 있습니다.

원인:

• 예를 들어, 오염된 원재료는 원치 않는 불순물로 구성되어 있습니다.
• 용융 금속의 이물질은 결과적으로 잘 걸러지지 않습니다.
• 금속을 녹이거나 붓는 동안 공기에 장시간 노출되는 경우
• 슬래그 형성을 증가시키는 비효율적인 금속 취급 관행이 포함됩니다.
• 불충분한 금형 윤활은 용융 금속에 이물질이 유입되는 것을 포함합니다.

예방 및 솔루션:

• 고품질의 원재료는 오염 물질 없이 적절하게 정제되어야 합니다.
• 사출 전에 용융 금속에서 슬래그, 산화물 및 기타 불순물을 제거할 수 있는 효과적인 여과 시스템을 설정합니다.
• 용융 금속 취급을 통제하고 해당되는 경우 불활성 가스 차폐를 사용하여 산화를 제한하세요.
• 잔여물로 인한 오염을 방지하기 위해 주조 장비를 정기적으로 청소하고 유지 관리합니다.
• 금형 캐비티에 이물질이 쌓이지 않도록 적절한 금형 윤활을 사용합니다.

7. 오실행 및 불완전한 채우기

금형 캐비티를 짧게 채우면 오실행이 발생하여 최종 부품에 누락된 부분, 얇은 벽, 약점이 생깁니다. 부품의 구조적 무결성과 기능에 부정적인 영향을 미쳐 성능 애플리케이션에 적합하지 않게 됩니다.

원인:

• 낮은 사출 속도 또는 압력에서 금형을 완전히 덮지 않는 경우
• 금속 흐름과 조기 응고를 방지하는 차가운 다이 표면
• 용융 금속 부피가 충분하지 않아 캐비티 충전이 불충분하게 됩니다.
• 용융 금속의 불균등한 분배를 유발하는 잘못된 게이팅 및 러너 설계로 인해
• 과도한 난기류는 금속 흐름을 막는 공기 주머니를 생성합니다.

예방 및 솔루션:

• 금속 온도를 높여 유동성을 확보하고 조기 응고를 방지합니다.
• 또한 캐비티 충전은 사출 압력과 속도를 적절히 설정하여 최적화해야 합니다.
• 금형의 적절한 작동 온도를 유지하고 금형이 조기에 냉각되지 않도록 합니다.
• 게이트 및 러너 디자인을 개선하여 매끄럽고 고른 금속 분배를 촉진합니다.
• 생산 전에 시뮬레이션 소프트웨어로 금속 흐름과 오작동 가능성을 시뮬레이션합니다.

8. 다이 침식 및 마모

용융 침식 금형 마모는 고속 금속이 필요한 치수에 도달할 때까지 금형 부품 표면을 지속적으로 마모하여 금형 표면이 손실되는 것으로, 표면 조도가 나빠지고 금형 공구 수명이 짧아지는 결과를 초래합니다. 이 결함이 발생하면 금형 교체가 일반적이며 결과적으로 생산 비용이 증가하고 주조 품질이 달라집니다.

원인:

• 또한 고온의 용융 금속에 반복적으로 노출되어 점진적인 마모를 유발합니다.
• 열적 및 기계적 스트레스에 대한 저항성이 상대적으로 낮은 금형 재료
• 과도한 열 순환은 피로로 인해 재료에 균열을 일으킬 수 있습니다.
• 높은 사출량으로 인해 금형 재료가 저하될 수 있습니다.
• 윤활이 거의 없나요? 더 많은 마찰과 더 많은 마모가 발생합니다.

예방 및 솔루션:

• 그 중 하나는 내구성이 뛰어난 고품질 내열성 다이 소재를 사용하는 것입니다.
• 질화 또는 세라믹 코팅과 같은 보호 표면 코팅을 적용하여 금형 수명을 연장할 수 있습니다.
• 열 스트레스를 줄이고 조기 마모를 유도하기 위해 제어된 냉각 방법을 구현해야 합니다.
• 다이에 가해지는 부담을 최소화하면서 속도와 압력의 균형을 맞출 수 있습니다.
• 금형을 정기적으로 검사하고 유지 관리하여 침식을 최대한 빨리 발견하고 해결합니다.

9. 핫 크래킹

금속의 반고체 상태에서 높은 열 응력과 과도한 수축으로 인해 발생하는 균열을 열 균열이라고 합니다. 이러한 균열은 주물의 기계적 무결성을 저하시켜 응력이나 하중을 받는 곳에서 균열이 발생한 주물의 고장 가능성을 높입니다.

원인:

• 금형 내 냉각 속도가 불안정하여 특정 영역에 응력 지점이 발생함
• 합금 성분의 열 응력 및 균열에 대한 민감도가 높습니다.
• 또한 급속 응고 중에 형성된 과도한 잔류 응력으로 인해 금속 수축이 제한됩니다.
• 금형 설계가 잘못되면 주물 전체에 온도 편차가 발생합니다.
• 응고 중 압력이 너무 작아 균열이 확산되는 것을 방지할 수 없었습니다.

예방 및 솔루션:

• 또한 균일한 응고를 위해 냉각 속도를 최적화하고 열 스트레스를 최소화하는 작업도 포함됩니다.
• 입자 구조가 우수한 합금을 적절히 사용하여 합금의 내균열성을 높입니다.
• 주조 후 응력 완화 기술, 즉 제어된 열처리 기술을 사용합니다.
• 온도 차이가 적은 금형을 설계하세요.
• 금속이 응고되는 동안 적절한 압력을 유지하여 금속이 흐르고 균열이 발생하지 않도록 합니다.

10. 납땜

용융 금속은 주조 시 제거하기 어려운 금형 표면에 달라붙어 표면 결함, 금형 마모는 물론 장기간의 생산 중단 시간을 유발합니다. 치수 부정확성과 표면 마감 불량도 이 결함으로 인해 발생하며, 이는 최종 제품의 전반적인 품질 저하를 초래합니다.

원인:

• 합금의 높은 알루미늄 함량으로 인해 합금의 금속 접착력 증가
• 금형 온도를 지나치게 높게 설정하여 금속이 금형 표면에 접착되도록 하는 경우
• 다이 윤활 불량으로 인한 점착 방지 불충분
• 불충분한 냉각으로 인해 용융 금속이 금형과 너무 오랫동안 접촉하는 경우 - 금속 접착을 촉진하는 금형 상단 표면이 스케일이 있거나 손상된 경우.

예방 및 솔루션:

• 금속이 달라붙는 것을 방지하기 위해 항상 고품질의 다이 윤활제를 사용합니다.
• 열 접착력이 너무 강한 경우 금형 온도를 최적의 범위에서 제어할 수 있습니다.
• 세라믹 또는 질화물 층과 같은 적절한 다이 코팅을 사용하여 금속 접착력을 줄입니다.
• 금속과 금형의 접촉 시간을 줄이고 냉각 시스템 효율을 개선합니다.
• 다이 표면을 정기적으로 검사하고 연마하여 접착되지 않는 매끄러운 표면 마감을 구현합니다.

결론

고압 다이 캐스팅 는 복잡한 금속 부품을 최대 효율로 높은 정확도로 제작하는 강력한 제조 공정입니다. 그러나 부적절한 공정 파라미터, 재료 문제, 금형 설계 결함 등으로 인해 다양한 종류의 결함이 발생합니다. 제조업체는 이러한 일반적인 제조 결함을 파악한 후 최적의 공정 제어 금형, 적절한 재료 선택 등 예방 조치를 취할 수 있습니다.

기업은 지속적인 공정 개선과 결함 예방 전략을 강조함으로써 다이캐스팅 작업에서 제품 품질을 개선하고 생산 비용을 낮추며 생산 효율성을 높일 수 있습니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

1. 고압 다이캐스팅에서 결함이 발생하는 주요 원인은 무엇인가요?

고압 다이캐스팅 결함의 주요 원인으로는 부적절한 금형 설계, 금속 흐름 불량, 갇힌 가스, 높은 열 응력, 불균일한 냉각, 오염된 원재료 등이 있습니다. 이러한 결함은 공정 파라미터를 최적화하고 품질 관리 조치를 통해 줄일 수 있습니다.

2. 다이캐스트 부품 성능과 관련하여 다공성은 어떤 역할을 하나요?

다공성이 존재하면 다이캐스트 부품의 구조적 무결성이 약화되어 강도가 떨어지고 밀폐된 부품에서 공기 누출이 발생할 뿐만 아니라 마취제 불완전성이 발생할 수 있습니다. 적절한 가스 제거, 최적화된 게이팅 시스템, 진공 보조 주조를 사용하면 다공성을 최소화할 수 있습니다.

3. 다이캐스팅에서 콜드 셧을 방지하려면 어떻게 해야 하나요?

정확한 금속 주입 온도, 더 빠른 사출 속도, 금속의 흐름을 원활하게 하는 최적화된 금형 설계, 열 분석 도구를 적용하여 가능한 흐름 문제를 파악하면 냉간 폐쇄를 방지하는 데 도움이 됩니다.

4. 고압 다이캐스팅에서 금형 침식이 중요한 이유는 무엇입니까?

고온의 용융 금속이 금형에 반복적으로 노출되면 금형 침식이 발생하여 금형 수명이 단축되고 주조 부품의 정밀도가 저하됩니다. 고품질 금형 재료 사용, 보호 코팅 사용, 금형 냉각 제어를 통해 금형 수명을 연장할 수 있습니다.

5. 다이캐스트 제품의 품질과 일관성을 향상시키는 요소는 무엇인가요?

다이캐스트 제품 품질의 일반적인 개선을 위해 엄격한 품질 관리, 공정 파라미터 최적화, 다이 온도 제어, 고품질 합금 사용, 다이 및 기계 검사를 주기적으로 수행합니다.