그래비티 캐스팅이란? 제조업체를 위한 주요 인사이트

현대 제조업에서 금속 주조는 복잡한 형상의 부품을 고품질로 생산할 때 매우 중요합니다. 이를 위한 가장 효율적인 방법 중 하나는 중력 다이캐스팅입니다. 이 공정은 정밀성, 효율성, 비용 효율성이 결합된 공정으로 자동차, 항공우주, 산업 장비와 같은 산업에서 선호되는 솔루션입니다. 기본적으로 중력 다이캐스팅은 고압 장비를 사용하지 않고 중력의 힘을 사용하여 금속 주형을 채우기 때문에 공정 설정이 복잡하지 않습니다. 엔지니어링 학생, 생산 관리자 또는 주조 기술에 관심이 있는 사람이라면 중력 주조에 대해 배우는 것이 금속 생산에 대한 일반적인 관점을 채택하는 데 중요합니다.

이 기사에서는 알루미늄 중력 다이캐스팅의 기본 원리, 수행 방법, 온도 및 시간, 사용되는 재료 유형과 같은 중요한 요소, 일반적인 응용 분야와 함께 장점과 단점에 대해 다룹니다.

알루미늄 중력 다이캐스팅은 어떻게 작동하나요?

알루미늄 중력 다이캐스팅은 비철 알루미늄 금속 부품 제조에 일반적으로 적용되는 영구 금형 주조 공정입니다. 알루미늄 중력 다이캐스팅은 중력의 영향만으로 용융된 알루미늄 금속을 재사용 가능한 금속 주형에 붓는 방식입니다. 수천 psi의 압력을 사용하여 금형에서 금속을 압착하는 고압 다이캐스팅과 달리 중력 주조는 자연 중력만을 사용하여 용융 금속 합금이 금형의 캐비티로 제한 없이 흘러 들어갈 수 있습니다.

다음은 이 활동과 관련된 일반적인 프로세스입니다:

1. 열 충격을 방지하고 금속의 원활한 흐름을 촉진하기 위해 약 150~300°C로 예열된 금속 다이(일반적으로 주철 또는 강철로 제작)는 금속 금형 쪽으로 밀려납니다.
2. 금형은 용융 금속이 달라붙지 않도록 세라믹 또는 흑연으로 만든 윤활제로 덮여 있습니다.
3. 재료의 종류에 따라 약 650~750°C로 가열된 용융 금속(알루미늄, 마그네슘 또는 구리 합금 형태)을 금형에 부어 넣습니다.
4. 녹은 금속은 스프 루를 통해 금형 캐비티로 밀려 들어가 중력의 영향을 받아 금형 전체를 차지합니다.
5. 주형은 크기와 재질에 따라 20초에서 90초 사이에 주물이 굳어집니다.
6. 그런 다음 주사위를 열고 수동으로 배출하거나 주사위에서 제거합니다.
7. 제품이 마무리되기 전에 러너와 스프루의 여분의 재료는 잘라냅니다.

이 공정은 기계적 압력이 아닌 중력을 사용하기 때문에 장비 설치가 간단하고 유지보수 및 툴링 비용도 일반적으로 저렴합니다.

중력 다이 캐스팅의 단계별 프로세스

중력 다이캐스팅 기술은 반복성이 용이하고 공차가 엄격한 고품질 금속을 생산할 수 있어 인기가 높습니다. 고압 다이캐스팅과 달리 중력의 힘만으로 금형 캐비티를 채우기 때문에 전체 공정이 더 비용 효율적이고 기계적으로 덜 번거롭습니다.

다음은 일반적인 설정에서 알루미늄 중력 다이캐스팅을 수행하는 방법에 대한 단계별 가이드입니다:

1. 금형 준비

알루미늄 중력 주조의 초기 공정은 금형을 준비하는 데 사용하거나 다이라고도 합니다. 강철 또는 주철은 일반적으로 반복 사용을 위해 이러한 금형을 만드는 데 사용됩니다. 금형은 금속을 부은 후 적절하게 청소하여 이전 주조에 남아있는 잔여물을 제거합니다.

세척 후 금형은 150°C에서 300°C 사이의 온도에서 예열됩니다. 예열은 용융된 알루미늄 합금이 접촉 시 너무 빨리 냉각되지 않아 콜드 셧 또는 부적절한 충전과 같은 결함이 발생하지 않도록 합니다. 이형제(일반적으로 흑연 또는 세라믹 기반 코팅)를 금형 내부 표면에 도포합니다. 이형제는 용융된 알루미늄 합금이 금형에 달라붙지 않도록 하고 최종 제품을 더 매끄럽게 마감하는 데 도움을 주는 두 가지 기능을 수행합니다.

2. 알루미늄 합금 용융

금형 준비 후 선택한 금속 합금을 녹입니다. 금속 합금의 양을 용광로에 넣고 합금에 따라 달라지는 주입 온도까지 녹입니다. 예를 들어 알루미늄 합금의 녹는점은 일반적으로 650°C-750°C 범위인 반면, 구리 기반 합금은 900°C~1100°С의 녹는점이 필요할 수 있습니다.

용융 온도를 정밀하게 제어하는 것은 매우 중요합니다. 과열은 산화 또는 가스 흡수를 증가시킬 수 있고, 저열은 금형 충진이 불완전하거나 기계적 특성이 저하될 수 있습니다.

3. 용융 금속 붓기 합금

적절한 용융 온도에 도달하면 용융 금속이 예열된 금형에 부어집니다. 중력 다이캐스팅에서는 어떠한 기계적 힘이나 압력도 가하지 않습니다. 중력은 알루미늄 합금이 일련의 스프 루와 게이트를 통해 금형 캐비티 입구로 자연스럽게 흐르도록 합니다.

이 단계에서는 가스를 가두어 주물에 다공성을 유발할 수 있는 난류가 발생하지 않도록 천천히 제어하여 주입해야 합니다. 일부 고급 시스템에서는 주형을 붓는 동안 금형을 매우 천천히 기울이는 틸팅 중력 다이 캐스팅을 통해 매끄럽고 균일한 금속 흐름을 만들 수 있습니다.

4. 금형 캐비티 채우기

용융 금속이 금형을 관통하면 금형 모양 아래 캐비티의 모든 부분을 채웁니다. 이 시점에서 금형 설계는 매우 중요합니다. 적절하게 설계된 게이팅 시스템은 난류, 콜드 스팟 또는 수축 가능성이 있는 영역을 피하기 위해 금속을 분산시킵니다.

금속 흐름에는 중력만 사용되므로 적절한 속도와 온도로 금속을 부어야 합니다. 흐름 제어가 부족하면 불완전한 충진 또는 콜드 셧(두 금속 전면이 닿지만 서로 녹지 않는 부분)과 같은 결함이 발생할 수 있습니다.

5. 응고 및 냉각

캐비티가 채워지면 용융 금속 합금이 냉각되기 시작하여 단단해집니다. 냉각 시간은 주조 크기와 복잡성, 사용된 금속의 종류에 따라 달라집니다. 예를 들어 작은 알루미늄 부품은 20~30초 안에 굳을 수 있지만, 크거나 두꺼운 부품은 60~90초 이상 걸릴 수 있습니다.

대부분의 경우 금형은 냉각 속도를 제어하기 위해 수냉식입니다. 냉각을 제어하면 입자 구조와 내부 응력이 개선되고 응력이 감소하여 더 강력하고 안정적인 주물을 만들 수 있습니다.

6. 다이 열기 및 부품 제거

금형은 알루미늄 합금의 응고 후에 열립니다. 디자인에 따라 금형에 통합된 기계식 이젝터 핀이 제공하는 압력을 통해 주물을 수동으로 제거하거나 배출할 수 있습니다. 등급 주조는 금속 다이를 활용하기 때문에 금형을 수천 번의 사이클 동안 재사용할 수 있으므로 중대형 공정에 비용 효율적입니다.

부품을 제거해야 하는 만큼 주물이나 금형이 손상되지 않도록 주의를 기울여야 합니다. 이 시점에서 주물에는 여전히 러너와 게이트에서 여분의 재료가 남아있으므로 다음 단계에서 제거해야 합니다.

7. 트리밍 및 마무리

추출된 주물에는 스프 루와 게이팅 시스템에 부착되는 여분의 금속이 수반되는 경향이 있습니다. 이 재료는 톱, 가위 또는 연삭 도구를 사용하여 기계적으로 절단됩니다. 기타 마감 작업에는 제품 사양에 따라 디버링, 쇼트 블라스팅, 기계 가공 또는 열처리가 포함될 수 있습니다.

이 단계의 목적은 주물의 모양을 다듬고 치수 정확도를 높이며 최종 기능 또는 조립 작업을 위한 준비를 하는 것입니다.

8. 검사 및 품질 관리

중력 다이캐스팅 방식의 마지막 공정은 검사입니다. 주물의 표면 결함, 치수 공차, 내부 결함 등을 확실하게 검사합니다. 육안 검사가 먼저 수행되며, 필요에 따라 다음과 같은 고급 기술이 사용됩니다:

• 내부 다공성 또는 수축을 식별하기 위해 X-레이 검사를 실시합니다.
• 염료 침투 테스트를 사용한 표면 균열.
• 구조적 일관성을 위한 초음파 테스트
• 특히 유체를 취급하는 부품에 대한 압력 테스트

모든 품질 검사를 통과한 주물만 사용하거나 고객에게 배송할 수 있습니다. 불합격된 부품은 보통 녹여서 재활용하므로 재료 낭비를 줄일 수 있습니다.

중력 다이 캐스팅의 유형

중력 다이캐스팅은 다양한 부품 형상, 재료 및 다양한 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 형태로 제공되는 다목적 공정입니다. 중력을 이용해 금속 주형을 채운다는 아이디어의 본질은 그대로 유지되지만 중력 주조 공정에는 특정 유형 또는 제조업체마다 특정 용도를 충족하기 위해 적용하는 방법이 다릅니다.

1. 영구 금형 중력 다이 캐스팅

가장 일반적인 중력 다이캐스팅입니다. 재사용 가능한 금속 주형(주로 강철 또는 주철)을 사용하여 동일한 부품을 대량으로 생산합니다. 금형을 예열한 다음 이형제를 도포하고 용융 금속으로 채웁니다. 그런 다음 응고 후 금형에서 부품을 추출하여 동일한 부품을 재활용합니다.

애플리케이션: 자동차 부품, 파이프 라인의 피팅 및 펌프 하우징

장점: 높은 치수 정확도, 우수한 표면 마감, 긴 수명의 금형

2. 틸팅 중력 다이 캐스팅

이 방식에서는 금형을 천천히 기울여 주입합니다. 이렇게 하면 용융 금속이 금형 캐비티를 천천히 균일하게 채울 수 있으므로 난기류나 가스 유입 또는 콜드 셧의 가능성을 방지할 수 있습니다.

애플리케이션: 벽이 얇은 구성 요소 또는 공기 유입이 쉬운 부품

장점: 내부 건전성 향상, 표면 개선 및 결함 발생 감소

3. 저압 중력 다이 캐스팅(하이브리드)

기술적으로는 별도의 범주에 속하지만, 일부에서는 용융 금속에 낮은 가스 압력(보통 0.7~1.5bar)을 가하여 다이에 부드럽게 밀어 넣는 변형으로 간주하기도 합니다. 중력 주조의 단순성과 압력 제어의 일부 이점을 더한 것입니다.

애플리케이션: 차량 바퀴와 구조 부품도 무결성이 높은 주물로 제작됩니다.

장점: 금속 흐름 제어 개선, 기계적 특성 향상

4. 모래 코어 보조 중력 주조

이 방법은 금속 금형에 삽입된 샌드 코어를 사용하여 단단한 금속 금형만으로는 절대 만들 수 없는 내부 캐비티 또는 언더컷을 형성할 수 있습니다.

애플리케이션: 복잡한 엔진 부품, 밸브 본체

장점: 영구 금형의 수명을 연장하면서 고급 부품을 제조할 수 있습니다. 

표: 중력 다이 캐스팅의 유형

중력 다이캐스팅에 적용되는 재료 

중력 다이캐스팅은 가장 일반적인 영구 금형 주조 공정 중 하나로, 주로 비철 합금에 적용됩니다. 이 공정에 사용되는 재료는 높은 유동성, 적당한 융점, 우수한 주조성을 가져야 용융 금속이 금형 캐비티를 채워 결함 없이 성능을 발휘할 수 있습니다. 중력 주조는 외부 압력 없이 중력만으로 금형을 채우기 때문에 치수 정확도, 표면 품질 및 강도를 달성하기 위해 재료 선택이 더욱 중요한 요소입니다. 중력 다이 캐스팅에 사용되는 주요 재료는 다음과 같습니다;

알루미늄 합금

알루미늄은 가벼운 무게, 뛰어난 내식성, 주조 용이성으로 인해 중력 다이캐스팅 공정에서 가장 일반적으로 사용되는 소재입니다. 일반적인 알루미늄 합금으로는 A356, AlSi12, A319 등이 있습니다. 이러한 합금은 강도, 연성 및 열전도율이 잘 혼합되어 있어 엔진 블록, 실린더 헤드, 변속기 하우징 및 기타 구조물과 같은 자동차 부품에 적합합니다.

중력 다이캐스팅에 사용되는 알루미늄 합금은 일반적으로 660°C에서 750°C 사이의 온도 범위에서 녹습니다. 용융된 알루미늄은 금속 금형에 부드럽게 흘러 들어가며 빠르게 냉각되어 조밀하고 미세한 입자 구조가 형성됩니다. 또한 T5 또는 T6 열처리를 통해 기계적 성능을 향상시킬 수 있습니다. 알루미늄 중력 주조는 금형을 잘 관리하면 치수 정확도가 높고 표면 마감이 좋으며 수명이 길어집니다.

구리 기반 합금

구리 합금, 특히 청동과 황동으로 중력 주조도 가능합니다. 이러한 소재는 높은 내마모성, 우수한 강도, 뛰어난 열/전기 전도성이 필요한 곳에 적용됩니다. 예를 들어 청동 주물은 선박용 프로펠러, 펌프 하우징 및 베어링과 같은 분야에 사용되며, 황동은 배관 설비 및 장식용 하드웨어와 같은 분야에 사용됩니다.

용융 온도의 경우 구리 기반 합금은 섭씨 1000°~1200° 범위에서 더 높습니다. 따라서 금형 소재가 열 응력을 견딜 수 있고, 산화와 수축 결함을 방지하기 위해 주입 공정이 잘 제어될 것으로 예상됩니다. 구리 합금을 사용한 중력 주조는 적절히 제어하면 극한 조건에서도 뛰어난 내구성을 갖춘 견고한 부품을 만들 수 있습니다.

마그네슘 합금

마그네슘 합금은 항공우주 및 자동차 응용 분야를 포함하여 경량 구조물의 설계가 중요한 경우 중력 다이캐스팅에 통합됩니다. 일반적인 합금으로는 강도, 주조성, 내식성이 균형 있게 결합된 AZ91D가 있습니다. 이 합금의 주요 장점은 약 1.8g/cm³의 낮은 밀도로, 구조용 금속 중 가장 가볍다는 것입니다.

마그네슘 합금은 약 600°C~650°C에서 액화됩니다. 반응성이 높기 때문에 산화와 연소를 방지하기 위해 보호 환경이나 플럭스의 도움을 받아 주조해야 합니다. 그럼에도 불구하고 중력 주조를 통해 마그네슘 부품을 생산하면 다른 성형 공정에 비해 정밀도가 우수하고 폐기물이 적습니다.

아연 합금

아연은 고압 다이캐스팅 공정에 더 적합하지만, 특정 용도의 중력 주조, 특히 공차가 더 엄격한 작고 밀착된 부품의 중력 주조에도 사용되었습니다. 자막 3 및 자막 5와 같은 아연 합금은 낮은 융점(약 385°C), 우수한 유동성, 금형의 미세한 디테일을 재현하기 때문에 중력 주조로 사용됩니다.

아연 중력 주조는 전자 제품 및 소비재와 저하중 기계 부품에 적용됩니다. 중력 다이캐스팅에 아연을 사용하는 주요 장점은 많은 가공 공정 없이도 날카로운 모서리와 미세한 피처를 만들 수 있다는 것입니다. 하지만 알루미늄이나 구리에 비해 기계적 강도가 낮기 때문에 비구조적인 용도로만 적용될 수 있습니다.

실리콘 강화 알루미늄 합금

AlSi12와 같은 실리콘이 풍부한 알루미늄 합금은 추가된 실리콘이 유동성을 높이고 수축을 줄이며 내마모성을 증가시키기 때문에 중력 다이캐스팅에 이상적입니다. 이러한 합금은 치수 안정성과 강도가 중요한 엔진 부품, 브레이크 부재 및 유압 하우징에 광범위하게 사용됩니다.

7-12% 범위에 속하는 실리콘 함량은 핫 티어링이나 가스 다공성 없이 복잡한 금형 형상을 채울 수 있는 합금의 능력을 더욱 향상시킵니다. 이러한 합금은 일관되게 결정화되어 결함이 적고 후처리가 거의 필요하지 않습니다.

중력 다이 캐스팅의 대안

중력 다이캐스팅은 적절한 기계적 특성을 가진 중대형 금속 부품을 제조할 때 일반적으로 적용되는 기술입니다. 하지만 항상 최선의 선택은 아닙니다. 부품의 복잡성, 원하는 표면 마감, 비용 및 생산량과 같은 여러 요인이 주조 기술 유형을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 경우 제조업체는 다양한 다른 대체 주조 공정을 사용할 수 있습니다. 중력 주조의 주요 대안과 그 강점, 약점 및 일반적인 적용 분야를 자세히 살펴보면 다음과 같습니다.

모래 주조

가장 전통적이고 유연한 주조 방법은 모래 주조입니다. 일반적으로 점토 또는 화학 바인더로 결합된 모래 혼합물을 준비하여 몰드 캐비티를 형성하는 작업을 포함합니다. 일반적으로 나무나 금속으로 만든 패턴을 사용하여 모래 주형의 모양을 만듭니다. 금형을 성형한 후 용융 금속을 캐비티에 채웁니다.

이 공정은 특히 중저가 생산량, 대형 부품 또는 솔리드 다이 금속으로는 쉽게 구현할 수 없는 복잡한 내부 기하학적 구조를 가진 부품에 적합합니다. 샌드캐스팅은 툴링 비용이 상대적으로 저렴하므로 프로토타입 제작이나 맞춤 주문에 적합합니다.

그러나 모래 주조는 중력 다이캐스팅에 비해 마감 처리가 거칠고 치수 정확도가 떨어집니다. 금형은 매번 사용할 때마다 파괴되므로 대량 생산 시 생산 시간과 재료 낭비가 더 커집니다. 그럼에도 불구하고 모래 주조는 설정 비용이 우선순위가 낮을 때 유연한 옵션입니다.

고압 다이 캐스팅

고압 다이캐스팅(HPDC)은 강철 주형에 용융 금속을 600~1200bar(1기압)의 고압으로 주입하는 방식입니다. 이 방법을 사용하면 고속으로 치수 정확도와 표면 품질이 뛰어난 복잡한 형상을 만들 수 있습니다.

HPDC는 중력만 사용하는 중력 전용 기술로는 주조할 수 없는 얇은 벽의 부품을 제조할 때 특히 유용합니다. 자동차, 전자 및 가전 산업에서 흔히 사용되는 방식입니다. 짧은 사이클 타임과 높은 수준의 자동화 기능으로 대량 생산에 비용 효율적입니다.

중력 다이캐스팅과 비교할 때 가장 큰 단점은 툴링 비용이 엄청나게 비싸다는 점과 최종 주조 제품에 다공성이 발생할 수 있는 가스 포획 경향이 있다는 점입니다. 또한 높은 압력으로 인해 이 공정은 일반적으로 작은 부품에만 제한적으로 적용되며, 더 크거나 두꺼운 부품에는 사용할 수 없습니다.

저압 다이 캐스팅

저압 다이캐스팅(LPDC)은 중력 주조의 변형된 버전입니다. 용융 금속을 금형에 붓는 대신 용광로 챔버에 양압(0.7~1.5bar)을 가하여 용융 금속이 라이저 튜브라는 튜브를 통해 금형 위로 올라가도록 합니다.

이 방법은 금속의 흐름을 더 잘 제어하고 가스 다공성의 위험을 최소화합니다. 자동차 휠이나 구조용 알루미늄 부품과 같이 무결성이 높은 부품이 필요한 애플리케이션에 주로 적용됩니다. 또한 LPDC는 중력 다이캐스팅에 비해 기계적 품질과 스크랩률이 개선됩니다.

하지만 이러한 통제력 강화에는 대가가 따릅니다. 이 기술은 더 복잡하고 비용이 많이 들며 공정이 더 오래 걸립니다. 이러한 조건에서도 더 나은 주조 품질과 내부 무결성이 필요할 때 LPDC가 자주 선택됩니다.

원심 주조

원심 주조에는 금형을 고속으로 회전시키면서 용융 금속을 붓는 과정이 포함됩니다. 원심력은 금속을 금형 벽에 단단히 밀착시켜 다공성을 줄이고 매우 미세한 입자의 구조를 만드는 데 도움이 됩니다.

이 기술은 원통형 또는 관형 부품, 즉 파이프, 링 및 부싱에 적합합니다. 방향성 결정화와 치밀한 구성으로 인해 성형된 부품은 높은 기계적 특성과 낮은 마모 특성을 갖는 경향이 있습니다.

그러나 원심 주조는 부품의 형상에 상당한 제약이 있어 대칭적인 형상일 때만 사용할 수 있고 복잡한 내부 형상을 구현하기 어렵습니다. 또한 초기 설정과 장비가 상당히 전문화되어 있어 일부 작업에서 장벽이 되기도 합니다. 그러나 원형 고성능 부품의 경우 원심 주조는 중력 주조에 비해 좋은 옵션입니다.

인베스트먼트 주조(로스트 왁스 주조)

로스트 왁스 주조라고도 하는 인베스트먼트 주조는 생산할 부품의 왁스 모양을 만들고 세라믹(코팅)을 입힌 후 왁스를 녹여 캐비티를 만드는 공정입니다. 그런 다음 이 구멍에 뜨거운 금속을 부어 최종 부품을 생산합니다.

이 공정은 거의 그물 모양에 가까운 매우 복잡하고 섬세한 부품을 만들 수 있기 때문에 매우 가치가 있습니다. 터빈 블레이드, 항공우주 부품, 보석류와 같이 높은 치수 정확도와 고급 표면 마감의 미적 특징이 요구되는 비교적 중소형 부품에 적합합니다.

중력 다이캐스팅에 비해 인베스트먼트 주조는 특히 부피가 큰 경우 생산 속도가 느리고 부품당 비용이 높습니다. 또한 금형은 일회용이며 단계가 더 많습니다. 그러나 중력 주조로 제작할 수 없는 복잡한 부품의 경우 일반적으로 인베스트먼트 주조가 최선의 선택입니다.

언제 대체품을 사용해야 하나요?

중력 다이캐스팅 공정에 대한 최상의 대안은 부품의 요구 사항과 생산 조건에 따라 달라집니다. 예를 들어, 모래 주조는 일회성 또는 크고 무거운 부품에 이상적입니다. 고압 다이캐스팅은 거친 디테일이 필요한 대규모 생산에 적합합니다. 저압 다이캐스팅은 내부 무결성을 강화해야 하는 목적에 적합합니다. 원심 주조는 원형 부품에 있어서는 이길 수 없지만 복잡하고 매우 정밀한 품목에는 인베스트먼트 주조가 더 적합합니다.

각 방법마다 가격, 툴링, 속도 및 부품 품질에 관한 한 서로 다른 장단점을 갖게 됩니다. 이 과정에서 일반적으로 이러한 요소와 완제품의 기능 및 미적 측면의 균형을 고려하여 결정하게 됩니다.

프로세스 매개변수: 온도, 압력 및 시간 

몇 가지 기술적 파라미터가 중력 다이 캐스팅 성공에 영향을 미칩니다:

1. 따르는 온도

일반적으로 알루미늄 합금의 경우 650~750°C입니다. 뜨거운 캔을 과도하게 부으면 가스가 유입되고 다공성이 생길 수 있습니다. 너무 차가우면 금속이 금형에 완전히 들어가지 않을 수 있습니다.

2. 금형 온도

다이 몰드는 일반적으로 150~300°C로 가열됩니다. 예열된 금형은 금속이 너무 빨리 굳지 않고 금속 흐름이 더 부드러워집니다.

3. 냉각 시간

금속은 부은 후 제거하기 전에 굳을 때까지 기다려야 합니다. 냉각 시간은 합금과 부품 형상에 따라 다르지만 일반적으로 20~90초 정도 걸립니다.

4. 중력 전용(외부 압력 없음)

중력 주조는 압력 다이캐스팅에 비해 외력을 사용하지 않습니다. 이러한 단순성은 비용과 장비의 마모를 줄이는 효과가 있습니다.

5. 윤활 및 코팅

다이 표면은 이형과 표면 마감을 용이하게 하기 위해 윤활 처리됩니다. 대표적인 코팅으로는 질화 붕소 및 흑연 현탁액이 있습니다.

다공성, 수축, 콜드 셧과 같은 결함을 최소화하면서 고품질 주조를 최적화하려면 이 세 가지 파라미터를 매우 잘 제어해야 합니다.

중력 다이 캐스팅의 응용 분야 

중력 다이캐스팅은 비철금속으로 정밀하고 오래 지속되며 복잡한 부품을 생산할 수 있어 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 금속 주조 방법 중 하나입니다. 이 공정은 높은 반복성, 적절한 기계적 특성 및 정밀한 치수 제어를 제공하여 구조적 응용 분야뿐만 아니라 기능적 응용 분야에도 적용할 수 있습니다. 다음은 중력 주조가 중요하게 사용되는 주요 분야와 몇 가지 예시입니다.

1. 자동차 산업

자동차 산업은 중력 다이캐스트 부품의 가장 큰 수요처 중 하나입니다. 이 기술은 다음과 같은 분야에 적합합니다. 부품 제조 강도, 내열성, 치수 안정성을 갖춰야 합니다.

주요 애플리케이션은 다음과 같습니다:

• 실린더 헤드 및 엔진 블록
• 브레이크 캘리퍼 및 마스터 실린더
• 서스펜션 브래킷 및 컨트롤 암
• 전송 케이스

중력 주조를 사용하면 내부 표면이 매끄러운 복잡한 형상을 만들 수 있으며, 이는 엔진과 브레이크에서 유체를 효율적으로 운반하는 데 매우 중요합니다. 부품은 90~120°C의 온도 범위에서 작동하지만 재료의 강도는 설계의 주요 관심사입니다.

2. 항공우주 및 항공

항공우주 분야에서는 무게 감소와 신뢰성이 중요합니다. 중력 다이캐스팅은 가벼우면서도 내구성이 뛰어나고 치수 및 내피로성 측면에서 타협하지 않아야 하는 부품에 사용됩니다.

일반적인 항공우주 주물에는 다음이 포함됩니다:

• 마운팅 브래킷
• 하우징 구성 요소
• 공기 덕트 시스템
• 엔진 커버

알루미늄과 마그네슘 합금은 강도 대비 무게 비율이 높기 때문에 항공우주 부품에 일반적으로 선택됩니다. 주물은 대기 하중, 비행 중 -55°C~125°C의 온도 변화, 비행 중 기계적 진동을 견뎌내야 합니다.

3. 산업 기계

중력 주조는 중장비 및 산업 장비에서 응력 증가 시 강도와 내마모성이 필요한 부품을 생산하는 데 사용됩니다.

일반적인 구성 요소는 다음과 같습니다:

• 기어 하우징
• 펌프 케이스
• 압축기 본체
• 매니폴드

이러한 주물은 일반적으로 알루미늄 또는 청동 합금 유형이며, 일부 디자인은 벽 두께가 다양하고 내부 공동이 복잡합니다. 작동 압력은 시스템에 따라 10bar에서 최대 150bar까지 다양합니다.

4. 전기 및 전자 인클로저

중력 주조는 섬세한 전기 및 전자 부품을 위한 내열성 및 부식 방지 인클로저 주조에 사용됩니다.

일반적인 애플리케이션:

• 모터 하우징
• 조명기구 본체
• 정션 박스
• 전원 장치용 냉각 핀

부품은 뛰어난 방열성과 치수 안정성을 제공하면서 먼지나 습기 등 환경적 요인의 침입을 방지해야 합니다. 알루미늄-실리콘 합금은 열전도율과 내식성이 뛰어나 이러한 목적으로 널리 사용되고 있습니다.

5. 해양 및 조선

해양 분야에서는 바닷물에 의한 부식에 강하고 습기에 지속적으로 노출되어도 견딜 수 있는 소재가 필요합니다. 중력 다이캐스트는 이러한 환경에서도 안정적으로 작동하는 견고한 부품을 만드는 데 사용됩니다.

예를 들면 다음과 같습니다:

• 프로펠러 하우징
• 밸브 본체
• 워터 펌프 케이스
• 피팅 및 커플링

여기에는 청동과 알루미늄-청동 합금이 주로 사용됩니다. 이러한 주물은 압력에 견딜 가능성이 높으며 습도가 높고 염분에 노출되며 5°C~50°C의 온도 범위에서 작동합니다.

6. 농업 장비

내부 냉각 채널로 장식된 중력 다이캐스트 제품은 기계적 충격, 환경 마모, 비료나 토양에 노출되는 등의 요소에 대한 내성이 뛰어나 농기계에 매우 유용합니다.

그래비티 캐스트 구성 요소에는 다음이 포함됩니다:

• 유압 밸브 본체
• 기어박스 커버
• 마운팅 브래킷
• PTO 하우징 유닛(전원 차단 시스템)

이러한 부품은 일반적으로 광범위한 온도 범위(-20°C~50°C)에서 실외에서 작동하며 먼지, 진동, 부식성 조건에서도 작동해야 합니다.

7. 소비자 제품 및 하드웨어

중력 주조는 튼튼하면서도 장식성이 요구되는 소비자 제품의 장식용 및 기능성 부품을 생산하는 데도 적용됩니다.

애플리케이션에는 다음이 포함됩니다:

• 도어 핸들 및 잠금 장치
• 조명 베이스
• 조리기구
• 도구 하우징

이러한 부품의 대부분은 아연 또는 알루미늄 합금을 사용하는 경향이 있는데, 이는 표면 마감이 뛰어나고 주조 가공을 거의 하지 않고도 미세한 디테일을 유지할 수 있기 때문입니다.

그라비티 다이 캐스팅의 다양성

중력 다이캐스팅의 다재다능함은 다양한 산업 분야에서 강하고 정확하며 복잡한 금속 부품을 제작할 수 있는 능력에 있습니다. 자동차 및 항공우주 산업에서 해양 및 소비재에 이르기까지 이 주조 공정은 구조적 무결성, 표면 마감, 치수 정확도 등이 우선시되는 분야에서 견고한 솔루션을 제공합니다.

재사용 가능한 강철 금형, 비철 합금 및 중력 공급 금속 흐름을 적용하여 현대 생산 요구 사항에 맞는 효율적이고 신뢰할 수 있는 솔루션입니다.

중력 다이 캐스팅의 장점

중력 캐스팅을 사용하면 몇 가지 주요 이점이 있습니다:

• 더 나은 기계적 특성: 

응고가 덜 빠르게 진행되기 때문에 입자의 모양이 균일해져 높은 강도를 얻을 수 있습니다.

• 재사용 가능한 몰드: 

금속 금형은 수천 번의 사이클 동안 재사용할 수 있으므로 부품당 비용을 절감할 수 있습니다.

• 표면 마감 개선: 

모래 주조와 달리 더 매끄럽게 마감할 수 있을 뿐만 아니라 가공이 덜 필요합니다.

• 우수한 치수 정확도: 

0.1mm 정도의 허용 오차를 얻을 수 있습니다.

• 친환경: 

중력 다이캐스팅 공정은 사용된 금형을 재사용할 수 있고 폐기물 발생이 상대적으로 적기 때문에 지속 가능한 공정이기도 합니다.

이러한 장점으로 인해 많은 제조업체는 부피와 품질이 모두 필요한 경우 모래 주조와 같은 다른 주조 방식보다 중력 주조를 선호합니다.

그래비티 캐스팅의 한계

중력 다이 캐스팅 공정은 다른 모든 공정과 마찬가지로 몇 가지 단점이 있지만, 그 자체로는 유용합니다:

• 높은 툴링 비용: 

압력 다이 캐스팅에 비해 금속 다이의 가격은 모래 주형에 비해 상대적으로 높습니다.

• 단순한 도형으로 제한됩니다:

이러한 섬세한 디테일과 언더컷은 복잡한 코어 없이는 어렵습니다.

• 더 긴 주기 시간: 

자연스러운 흐름과 냉각으로 인해 고압 주조와 비교했을 때 사이클 시간이 느립니다.

• 숙련된 조작이 필요합니다: 

온도 및 타이밍 핸들은 결함을 방지하는 데 매우 중요합니다.

특정 부품에 중력 주조를 사용하기로 결정할 때는 이 제한 사항을 고려해야 합니다.

결론

중력 다이캐스팅은 특히 알루미늄과 구리와 같은 비철 합금에서 금속 가공품을 제조하는 실용적이고 효과적이며 정확한 방법입니다. 외부 압력 대신 중력을 사용하는 이 공정은 구조적으로 견고한 물체를 생산할 뿐만 아니라 표면 품질과 치수 정확도가 높기 때문에 많은 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

자동차 부품, 항공우주 부품 또는 산업용 하우징을 제조하는 경우 중력 주조를 통해 비용 효율적이고 일관된 결과를 얻을 수 있습니다. 생산자는 주입 온도, 금형 온도, 설정 길이와 같은 파라미터를 세밀하게 제어함으로써 성능과 신뢰성 측면에서 고도로 지정된 주물을 생산할 수 있습니다.

가볍고 튼튼하며 환경 친화적인 금속 부품에 대한 수요가 증가함에 따라 중력 다이 캐스팅 는 현대 제조 패러다임에서 매우 중요한 기술입니다.