주조 알루미늄과 다이캐스트 알루미늄: 차이점 설명

'주조 알루미늄'은 일반적으로 주조 공정을 통해 만들어진 알루미늄 주물을 말하며, '다이캐스트 알루미늄'은 고압 다이캐스팅을 통해 만들어진 알루미늄 주물을 말합니다. 이 둘의 주요 차이점은 사용된 주조 공정입니다.

주조 공정에는 모래 주조, 탈랍 주조, 중력 주조, 저압 주조, 세라믹 몰드 주조, 석고 몰드 주조와 같은 방법이 사용됩니다. 다이 캐스팅 프로세스반면에 콜드 챔버 다이캐스팅 기계를 사용하여 생산되는 고압 다이캐스팅의 일종입니다.

두 공정에 사용되는 알루미늄 등급은 다르며, ZL은 주조를 나타냅니다. 알루미늄 합금 주조 알루미늄 합금을 나타내는 중국 국가 표준 GB 및 YL에서.

주조 알루미늄 주물은 일반적으로 열처리를 통해 강화할 수 있으며, 가장 일반적인 방법은 T6 열처리입니다. 그러나 다이캐스팅은 내부에 다량의 가스가 조밀하게 분포되어 있어 T6 열처리에 적합하지 않습니다. 이는 T6 열처리의 온도가 알루미늄 합금의 녹는점에 가깝고 다이캐스팅 내부의 가스가 다이 캐스팅 가 팽창하여 주조 표면 밖으로 밀려나면 표면이 손상되어 주조를 사용할 수 없게 됩니다.

가스가 소진된 후 점 돌출로 인해 주물의 외관이 심각하게 손상되어 사용할 수 없습니다.

알루미늄 합금 중력 주조 및 알루미늄 합금 저압 주조는 금속 금형 주조 공정에 속하며 알루미늄 주물을 생산하는 데 사용됩니다. 금형은 열간 작업으로 만들어집니다. 다이 스틸와 같은 H13.

이러한 주조 공정은 동일한 브랜드의 주조 알루미늄 합금알루미늄 주물의 소형화, 강도 및 기타 기계적 특성뿐만 아니라 주입 온도와 금형 개방 시간도 유사합니다.

그러나 아래 그림과 같이 성형 원리, 알루미늄 주조 구조, 노동 강도, 배치 수, 개발 시간 등의 측면에서 알루미늄 합금 중력 주조와 알루미늄 합금 저압 주조에는 여전히 차이가 있습니다.

위에 표시된 비교에 따르면 알루미늄 합금 중력 주조는 다양한 품종, 작은 배치 크기, 짧은 개발주기 및 고품질 요구 사항을 가진 제품을 생산하는 데 이상적인 반면 알루미늄 합금 저압 주조는 배치 크기가 크고 벽이 얇으며 저압 주조 공정에 적합한 구조를 가진 제품에 이상적입니다.

후자의 긴 개발 주기는 제조 공정 전반의 생산 기술 향상에 도움이 됩니다.

알루미늄 합금 저압 주조를 통해 생산되는 대표적인 제품은 자동차 휠 림입니다. 저압 주조 공정에 적합한 구조와 대량 생산으로 생산 기술을 향상시킬 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있습니다.

반면 알루미늄 합금 중력 주조를 통해 생산되는 대표적인 제품은 산업용 로봇 주물입니다. 이러한 알루미늄 주물은 소량의 생산 배치, 높은 제품 품질, 짧은 개발 주기를 필요로 합니다. 목표는 매우 짧은 시간에 기공이나 모래 구멍이 없는 고품질 알루미늄 주물을 생산하는 것입니다.

알루미늄 다이 캐스팅: 개요

알루미늄 다이캐스팅은 다양한 산업 분야에서 복잡한 부품과 구성품을 생산할 때 상당한 이점을 제공하는 정교한 제조 공정입니다. 이 고압 주조 방식은 정밀하게 설계된 금형 캐비티에 용융 알루미늄을 주입하여 압출, 기계 가공 또는 인베스트먼트 주조와 같은 대체 방법을 통해 생산하기 어렵거나 비용이 많이 드는 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다.

다이캐스팅에 가장 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금은 최적의 유동성, 주조성 및 기계적 특성을 위해 선택되는 383(AlSi10Cu3)과 413(AlSi12(Fe))입니다. 이 합금은 높은 열전도율, 우수한 내식성, 우수한 중량 대비 강도 비율 등 탁월한 특성을 나타냅니다. 또한 효과적인 전자파 간섭(EMI) 및 무선 주파수 간섭(RFI) 차폐 기능을 제공하여 전자 인클로저 및 자동차 부품에 이상적입니다.

다이 캐스팅 공정은 몇 가지 중요한 단계로 구성됩니다:

1. 다이 준비: 금형 캐비티(다이)는 접착을 방지하고 부품 배출을 용이하게 하기 위해 특수 이형제로 처리됩니다.
2. 사출: 일반적으로 650~710°C(1200~1310°F)로 가열된 용융 알루미늄을 부품의 복잡성과 크기에 따라 5,000~30,000psi 범위의 압력으로 금형에 주입합니다.
3. 응고: 유지된 압력 하에서 빠른 냉각이 이루어지므로 다공성을 최소화하고 최적의 미세 구조를 보장합니다.
4. 배출: 이젝터 핀 또는 로봇 시스템을 사용하여 열린 다이에서 고형화된 부품을 추출합니다.
5. 트리밍 및 마감: 여분의 재료(플래시)를 제거하고 필요에 따라 기계 가공 또는 표면 처리와 같은 2차 작업을 수행합니다.

이 공정을 사용하면 부품당 30~60초의 짧은 사이클 타임으로 대량 생산이 가능하므로 다른 제조 기술에 비해 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

알루미늄 다이캐스팅 설계의 주요 고려 사항은 다음과 같습니다:

1. 부품 복잡성: 다이캐스팅은 복잡한 내부 통로, 얇은 벽(0.5mm 이하), 복잡한 외부 형상을 가진 부품을 생산하는 데 탁월합니다.
2. 치수 정확도: 최신 다이캐스팅은 소형 부품의 경우 ±0.1mm, 대형 부품의 경우 ±0.2mm의 공차를 달성할 수 있어 생산 공정 전반에 걸쳐 일관된 반복성을 보장합니다.
3. 표면 마감: 다이캐스트 부품은 아스 캐스트 텍스처부터 거울과 같은 광택, 아노다이징 표면, 내구성 또는 미관 향상을 위한 특수 코팅 등 다양한 사양에 맞게 마감할 수 있습니다.
4. 제조 가능성을 위한 설계(DFM): 구배 각도, 균일한 벽 두께, 전략적 게이팅 위치와 같은 기능을 통합하여 부품 품질과 생산 효율성을 최적화할 수 있습니다.
5. 합금 선택: 최적의 성능을 위해서는 강도, 연성 또는 열적 특성과 같은 특정 애플리케이션 요구 사항에 따라 적절한 알루미늄 합금을 선택하는 것이 중요합니다.

다이 캐스팅 프로세스

압력 역할

알루미늄 다이캐스팅에서 고압은 정밀한 고품질 부품을 생산하는 데 있어 매우 중요한 요소입니다. 용융 알루미늄은 일반적으로 10,000~20,000psi(69~138MPa) 범위의 압력으로 금형 캐비티에 주입됩니다. 이러한 극한의 압력은 완벽한 금형 충진을 보장하여 복잡한 디테일을 포착하고 엄격한 공차(보통 ±0.002인치 또는 ±0.05mm)와 우수한 표면 마감(최저 63μin 또는 1.6μm Ra)을 갖춘 부품을 생산합니다. 또한 고압은 금속 밀도를 높이고 다공성을 최소화하여 기계적 특성을 개선합니다.

응고 및 충치

용융 알루미늄이 금형 캐비티를 채우면 냉각 속도가 종종 1000°C/s를 초과하는 빠른 응고가 발생합니다. 이러한 빠른 응고는 미세한 입자 구조와 우수한 기계적 특성을 달성하는 데 매우 중요합니다. 캐비티 형성을 방지하고 균일한 응고를 보장하기 위해 고급 열 관리 기술이 사용됩니다. 여기에는 냉각 채널의 전략적 배치, 갇힌 가스를 제거하기 위한 진공 보조 다이캐스팅(VADC) 사용, 수축을 보정하고 다공성을 최소화하기 위한 응고 중 강화 압력(최대 15,000psi 또는 103MPa) 적용 등이 포함됩니다.

초안 및 파팅 라인 고려 사항

구배 각도와 파팅 라인은 다이캐스팅에서 중요한 설계 요소입니다. 표준 구배 각도는 부품 형상과 깊이에 따라 외부 표면의 경우 0.5°~2°, 내부 표면의 경우 0.75°~3° 범위입니다. 적절한 구배는 부품 배출을 용이하게 하고 다이의 마모를 줄여줍니다.

파팅 라인은 플래시를 최소화하고 부품 품질을 최적화하기 위해 신중한 배치가 필요합니다. 고급 CAD/CAM 소프트웨어와 흐름 시뮬레이션 툴을 사용하여 파팅 라인 위치를 최적화하고, 종종 계단식 또는 복잡한 파팅 표면을 통합하여 부품 품질, 툴 복잡성 및 생산 효율성 간의 최상의 절충점을 달성합니다. 플래시 두께는 정밀한 다이 정렬 및 클램핑력 제어를 통해 일반적으로 0.005인치(0.13mm) 미만으로 제어됩니다.

복잡한 도형 만들기

알루미늄 다이 캐스팅은 복잡한 디테일이 있는 복잡한 형상을 제작하는 데 탁월합니다. 최신 다이 설계를 통해 얇은 벽(최소 0.04인치 또는 1mm), 깊은 리브(종횡비 최대 10:1), 내부 피처를 위한 복잡한 코어 풀을 제작할 수 있습니다. 멀티 슬라이드 다이 캐스팅 기계를 사용하면 2차 작업 없이 언더컷 및 사이드 액션 피처가 있는 부품을 생산할 수 있습니다.

흐름 및 응고 모델링과 같은 고급 시뮬레이션 소프트웨어는 게이트 위치, 러너 시스템 및 오버플로 설계를 최적화하여 복잡한 형상을 완벽하게 채울 수 있도록 도와줍니다. 이 기능은 여러 부품을 단일 부품으로 통합하는 공정의 기능과 결합되어 알루미늄 다이캐스팅은 자동차(예: 변속기 케이스, 엔진 블록) 및 항공우주(예: 구조 부품, 하우징) 등의 산업에서 경량, 고강도 부품을 생산하는 데 이상적입니다.

주조 알루미늄 부품의 특성

기계적 특성

주조 알루미늄 부품은 뛰어난 중량 대비 강도 비율로 잘 알려져 있어 구조적 무결성을 손상시키지 않으면서 무게를 줄여야 하는 분야에 이상적입니다. 특정 합금과 열처리에 따라 이러한 부품은 150MPa에서 300MPa 이상의 인장 강도를 달성할 수 있습니다. 약 2.7g/cm³의 밀도를 가진 경량 특성 덕분에 자동차 애플리케이션의 연비 개선과 항공우주 설계의 기동성 향상에 기여합니다. 일반적으로 주철이나 강철보다 부드럽지만 알루미늄 주물은 열처리를 통해 경도를 높일 수 있으며, 일부 합금은 최대 150BHN(브리넬 경도)에 달하기도 합니다.

열 및 전기적 특성

알루미늄 다이캐스트는 약 660°C(1220°F)의 녹는점과 일부 고온 합금의 경우 최대 200°C(392°F)의 작동 온도에서 구조적 무결성을 유지할 수 있는 뛰어난 열 특성을 나타냅니다. 일반적으로 96~167W/(m-K) 범위의 열전도율은 강철의 약 4배에 달해 엔진 부품이나 방열판과 같은 응용 분야에서 열을 빠르게 방출할 수 있습니다. 전기적으로 주조 알루미늄 부품은 약 37% IACS(국제 어닐링 구리 표준)의 전도도를 자랑하므로 전자 인클로저의 EMI/RFI 차폐에 효과적이며 특정 전기 애플리케이션에서 구리 대신 비용 효율적인 대안을 제공할 수 있습니다.

부식 및 내마모성

주조 알루미늄 부품의 고유한 내식성은 공기에 노출되면 보호 산화물 층이 빠르게 형성되기 때문에 발생합니다. 이 부동태화 공정은 대기 중 부식에 대한 탁월한 보호 기능을 제공하며, 일부 합금은 마그네슘이나 실리콘과 같은 원소를 추가하여 저항성을 강화합니다. 혹독한 환경에서는 아노다이징과 같은 표면 처리를 통해 내식성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 알루미늄 주물의 내마모성은 미세 구조 내에 단단한 실리콘 입자를 형성하는 실리콘이 풍부한 합금(예: A356 또는 A390)을 사용하거나 하드 아노다이징과 같은 표면 경화 처리를 적용함으로써 크게 향상될 수 있습니다.

효율성 및 볼륨

알루미늄 다이캐스팅 공정은 높은 치수 정확도와 표면 마감으로 복잡한 형상을 제작하는 데 탁월합니다. 최신 고압 다이캐스팅 기계는 부품당 30~60초의 낮은 사이클 시간을 달성할 수 있어 중형 부품의 경우 시간당 최대 120개의 부품을 생산할 수 있습니다. 달성 가능한 공차가 ±0.002″ ~ ±0.004″(±0.05 ~ ±0.1mm)로 그물 모양에 가까운 부품을 생산할 수 있어 주조 후 가공 작업을 최소화할 수 있습니다. 이러한 효율성과 얇은 벽(경우에 따라 0.5mm까지) 및 복잡한 디테일을 주조할 수 있는 기능 덕분에 알루미늄 다이캐스팅은 자동차 한 대에 100개 이상의 다이캐스트 알루미늄 부품이 포함될 수 있는 자동차 같은 산업에서 대량 생산에 특히 적합합니다.

다이캐스트 알루미늄의 응용 분야 및 용도

다이캐스트 알루미늄은 뛰어난 기계적 특성, 비용 효율성 및 제조 가능성으로 인해 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용되는 다용도 소재입니다. 이 섹션에서는 주요 분야에서 다이캐스트 알루미늄의 다양한 용도를 살펴보고, 고유한 장점과 혁신적인 응용 분야를 강조합니다.

자동차 산업: 다이캐스트 알루미늄은 무게를 크게 줄이고 연비를 개선하여 자동차 산업에 혁신을 가져왔습니다. 무게 대비 강도가 높아 엔진 블록, 실린더 헤드, 변속기 하우징, 차량 섀시의 구조적 요소와 같은 핵심 부품에 이상적입니다. A380 및 A383과 같은 고급 알루미늄 합금은 유동성이 뛰어나고 기계적 특성이 우수하여 공차가 엄격한 복잡하고 얇은 벽을 가진 부품을 생산할 수 있습니다. 또한 알루미늄의 열 전도성은 파워트레인 부품의 열 방출을 향상시켜 엔진 성능과 수명을 개선하는 데 기여합니다.

산업 응용 분야: 산업 분야에서 다이캐스트 알루미늄 부품은 장비 및 기계 제조에 필수적인 요소입니다. 이 소재는 내식성, 치수 안정성, 다양한 작동 조건을 견딜 수 있는 능력으로 중장비부터 정밀 기기까지 다양한 분야에 적합합니다. 다이캐스트 알루미늄은 공압 및 유압 시스템, 펌프 하우징, 밸브 본체, 기어박스 등에 광범위하게 사용됩니다. 가공성이 뛰어나 주조 후 가공이 가능하여 복잡한 형상의 고정밀 부품을 생산할 수 있습니다. 또한 알루미늄의 재활용성은 지속 가능한 제조 관행에 부합하여 산업 운영이 환경에 미치는 영향을 줄여줍니다.

전자 및 통신: 전자 산업은 열 관리 특성과 EMI 차폐 기능을 위해 다이캐스트 알루미늄을 활용합니다. RF 필터 박스, 방열판 및 네트워킹 장비를 위한 복잡한 하우징은 알루미늄의 뛰어난 열 전도성과 효율적인 열 방출 능력의 이점을 누릴 수 있습니다. 다이캐스트 알루미늄 인클로저는 전자기 간섭에 대한 강력한 보호 기능을 제공하여 민감한 전자 부품의 안정적인 작동을 보장합니다. 이 소재의 가벼운 특성은 무게 감소가 중요한 휴대용 전자 기기에 특히 유리합니다. 또한 알루미늄은 다양한 표면 마감 기법과의 호환성을 통해 소비자 가전제품의 미적 감각과 기능성을 향상시킬 수 있습니다.

새로운 응용 분야: 다이캐스트 알루미늄은 신흥 기술 분야에서 새로운 응용 분야를 찾고 있습니다. 재생 에너지 부문에서는 태양광 패널 프레임과 풍력 터빈 부품에 사용되며, 실외 환경에서 내구성과 내식성을 제공합니다. 항공우주 산업에서는 항공기 무게를 줄이기 위해 중요하지 않은 부품에 다이캐스트 알루미늄을 점점 더 많이 채택하고 있습니다. 빠르게 성장하는 전기 자동차 시장에서 다이캐스트 알루미늄은 배터리 인클로저와 구조 부품에 혁신적으로 사용되어 주행 거리 연장 및 성능 향상에 기여하고 있습니다.

결론적으로, 다이캐스트 알루미늄은 합금 개발 및 주조 기술의 발전과 함께 다양한 용도로 활용되면서 산업 전반에 걸쳐 그 적용 범위를 계속 넓혀가고 있습니다. 가벼운 특성, 강도, 열 관리 기능, 비용 효율성의 독특한 조합으로 현대 제조업에서 없어서는 안 될 소재가 되어 다양한 분야에서 혁신과 효율성을 주도하고 있습니다.