금속 주조액체 금속과 주형을 사용하는 금속 가공 공정인 는 수천 년 동안 존재해 왔습니다.
역사적으로 금속 주조는 칼부터 풍력 터빈까지 모든 것을 만드는 데 사용되었으며 오늘날에는 고품질 금속 부품을 만드는 데 가장 가치 있고 다양한 방법 중 하나입니다.
이 가이드에서는 다이캐스팅, 인베스트먼트 주조 등 다양한 변형과 가장 일반적인 주조 금속을 포함하여 금속 주조의 기본 사항을 살펴봅니다.
금속 주조란 무엇입니까?
금속 주조 은 일종의 캐스팅 과정 용융된 액체 금속을 틀에 붓는 작업입니다.
금형 내부는 제작되는 부품에 대한 부정적인 느낌을 갖도록 설계되어 용융된 금속이 금형 내에서 냉각되어 응고되면 최종 부품의 형태를 갖게 됩니다. 그런 다음 완성된 부품을 금형에서 제거할 수 있습니다.
제작되는 부품과 사용되는 금속에 따라 다양한 종류의 금속 주조가 있으며 각각 고유한 장점이 있습니다. 패턴, 몰드 및 충전 기술은 이러한 품종마다 크게 다를 수 있습니다.
주조 금속은 다양한 공정이 가능하지만 주조 부품에는 특정 설계 제약이 따르며 엔지니어는 냉각 단계에서 금속 수축을 고려해야 합니다.
금속 주조의 이해
중앙 금속 캐스팅 공정에는 금속을 가열하여 금형에 붓고 냉각되어 굳을 때까지 기다린 다음 완성된 부품을 금형에서 꺼내는 과정이 포함됩니다. 실제로는 공정에 더 많은 단계가 있을 수 있으며 다양한 금속 주조 공정은 다양한 방식으로 진행됩니다.
다음은 금속 주조 공정에 대한 간략한 개요입니다. 일부 단계는 주조 변형에 따라 다르며 일부 단계는 완전히 생략됩니다.
1. 패턴 만들기: 처음부터 시작하는 많은 금속 주조 공정에서는 주형을 만드는 데 사용되는 최종 부품의 복제물인 패턴 제작이 필요합니다. 패턴은 영구적이거나 소모적일 수 있으며 왁스, 목재, 플라스틱과 같은 재료로 만들 수 있습니다.
2. 코어 만들기: 중공 부품 주조의 경우 주조 부품의 내부 형상을 형성하는 금형 캐비티 내부에 배치된 견고한 재료 조각인 코어를 설계해야 할 수 있습니다. (예를 들어, 더 큰 원통형 금형 내의 원통형 코어는 튜브 모양의 주조 부품을 생성합니다.)
3. 금형 제작: 금형은 공정에 따라 다양한 방식으로 제작됩니다. 예를 들어 영구금형은 CNC 기계를 이용해 만들 수 있고, 모래주형은 모래 혼합물을 패턴 외부에 도포해 만들 수 있다. 금형 제작 실습은 금형 제작으로 알려져 있으며 전문 분야입니다.
4. 주형 채우기: 금속이 녹을 때까지 가열한 다음 주형에 붓거나 강제로 넣습니다. 예를 들어 중력 주조에서는 용융된 재료가 아래쪽으로 캐비티에 부어집니다. 고압 다이캐스팅에서는 다이를 안전하게 유지하는 데 필요한 높은 조임력과 함께 고압에서 캐비티 안으로 강제로 들어가게 됩니다.
5. 부품 제거: 주조 부품이 냉각되고 응고되면 금형에서 제거됩니다. 사형 주조와 같은 공정의 경우 이는 부품 내부에 도달하려면 금형을 파괴해야 함을 의미합니다. 영구 주형의 경우 금속 주형의 두 반쪽을 분리하여 다시 사용할 수 있습니다.
6. 후처리: 주조 금속 부품은 사용할 준비가 되기 전에 청소(예를 들어 주형 잔재 제거 등)가 필요할 수 있으며 기타 후처리 단계가 필요할 수 있습니다.
금속 주조의 장점
단조나 CNC 가공과 같은 다른 금속 가공 옵션보다 금속 주조를 선택하는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 금속 주조의 주요 이점은 다음과 같습니다.
- 대량생산에 적합
- 거대하고 무거운 부품 생산 가능
- 벽이 매우 두꺼운 부품 생산 가능
- (조립된 부품이 아닌) 대형 일체형 부품에 적합
- 우수한 베어링 품질
- 일부 경합금에 이상적
- 소재의 다양성
금속 주조의 한계에는 피할 수 없는 결함, 제한된 치수 정확도(예: CNC 가공과 비교), 노동 집약성 및 일반적으로 높은 최소 주문 수량 등이 포함됩니다.
금속 주조의 주요 유형
다이캐스팅
복잡하고 세밀한 부품을 만드는 데 가장 중요한 금속 주조 유형 중 하나입니다. 다이캐스팅 두 개의 재사용 가능한 공구강 다이를 툴링으로 사용합니다. 이 공정은 플라스틱 사출 성형과 유사합니다. 용융된 재료가 고압으로 캐비티 안으로 강제로 들어가게 되므로 엔지니어는 미세한 세부 묘사가 있는 부품을 만들 수 있습니다.
맞춤형 다이를 제작하는 데 드는 비용이 높기 때문에 대량 생산에서 프로세스가 더 일반적이 됩니다. 그러나 일단 제조되면 이러한 다이는 여러 번 사용할 수 있습니다. 다이캐스팅은 표면 마감이 우수한 경향이 있습니다.
알루미늄 다이캐스팅과 마그네슘 다이캐스팅은 모두 고품질 부품에 널리 사용됩니다.
중력 주조
다이 캐스팅과 마찬가지로 중력 주조는 재사용 가능한 금형을 사용하여 금속을 주조하는 방법입니다. 그러나 중력 주조는 압력보다는 중력에 의존하여 액체 금속을 금형을 통해 위에서 아래로 이동시킵니다. 주형은 첫 번째 주조 전에 예열되어야 하며 열 피로가 낮기 때문에 주철로 만드는 경우가 많습니다.
중력 주조는 다른 모든 금속 주조 기술보다 앞서며, 중력 주조 부품은 수천 년 동안 존재했습니다. 이는 영구 주형 주조의 한 형태입니다. 중력 주조 공정의 대안으로는 가스 압력과 진공이 있습니다.
인베스트먼트 주조(분실 왁스 주조)
인베스트먼트 주조 또는 분실 왁스 주조는 소모성 패턴과 주형을 사용하여 금속을 주조하는 방법입니다. 두 품목 모두 주조 과정에서 파괴됩니다(녹은 왁스는 종종 재사용될 수 있음).
중력 주조와 마찬가지로 매몰 주조도 수천년의 역사를 가지고 있습니다. 로스트 왁스 주조 공정에서는 왁스 또는 이에 상응하는 재료로 패턴을 만드는데, 때로는 손으로, 때로는 레진 3D 프린터를 사용하여 패턴 주위에 내화 재료를 부어 주형을 만듭니다.
투자는 패턴 주위에 적용된 세라믹 층이며, 이는 용융 금속의 주형 역할을 합니다. 이 세라믹 층은 분리(divesting)라는 과정을 통해 제거됩니다.
모래 주조
모래 주조는 금속을 주조하는 간단하고 수백 년 된 방법이며 대체 기술보다 가격이 저렴합니다. 모래(점토 등의 접착재료를 섞은 것)를 주형재료로 사용하며, 높은 열에 견딜 수 있는 주형입니다.
사형주조 공정에서는 플라스크라고 불리는 특수 상자에 담긴 모래에 패턴을 담근다. 패턴 주위의 모래를 압축함으로써 용융된 금속을 부을 수 있는 주형을 만들 수 있습니다.
금속 주조 공정에 사용되는 모래는 생사(습식 점토) 또는 공기 경화 모래(접착제가 있는 마른 모래)일 수 있습니다.
기타 주조 공정
롬 성형 및 쉘 성형(모두 소모성 금형 공정)과 원심 주조 및 연속 주조와 같은 영구 금형 공정을 포함하여 제조에 사용되는 수십 가지의 금속 주조 공정이 있습니다.
주조 압력: 높거나 낮음?
금속 다이캐스팅 귀중한 금속 가공 공정으로 고압 다이캐스팅과 저압 다이캐스팅이라는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 올바른 압력 선택은 재료, 벽 두께, 부품 크기와 같은 요소에 따라 달라집니다.
고압 다이캐스팅은 저압 다이캐스팅보다 더 일반적인 기술이며, 두 배 이상 자주 사용됩니다.
알루미늄 및 아연과 같은 연질 합금에 이상적인 고압 다이캐스팅은 액체 금속을 고압 및 고속으로 금형에 밀어 넣는 작업을 포함하므로 금형을 닫은 상태로 유지하려면 강력한 프레스가 필요합니다. 따라서 이 공정은 저압 다이캐스팅보다 비용이 더 많이 듭니다.
고압 다이캐스팅의 장점:
- 빠른 생산
- 얇은 벽 가능
- 매끄러운 표면 마감
- 최소한의 수축
저압 다이캐스팅은 용융된 금속을 보다 부드럽게 금형에 밀어넣는 느린 형태의 다이캐스팅입니다. 융점이 낮은 합금에 적합합니다. 고압 다이캐스팅보다 속도는 느리지만 저압에서 금속을 주조하는 공정은 복잡한 형상에 적합하며 매우 강한 부품을 생산할 수 있습니다.
저압 다이캐스팅의 장점:
- 강한 부품
- 복잡한 기하학
주조 가능한 금속
주조 공정에는 다양한 금속이 적합합니다. 그러나 Kbear Metal이 허용하는 가장 일반적인 세 가지 주조 재료는 알루미늄, 아연 및 마그네슘입니다.
알루미늄 주조
알루미늄 주조는 알루미늄을 성형하는 가장 널리 사용되는 방법입니다. 이는 A380 및 A383과 같은 합금으로 변속기 및 엔진과 같은 산업 및 자동차 부품과 같은 품목을 제조하는 데 사용됩니다.
알루미늄 주조를 수행하는 방법에는 몇 가지가 있습니다. 알루미늄 다이캐스팅 속도가 빠르고 표면조도가 우수하여 대량생산에 탁월합니다. 영구 주형 주조는 초강력 알루미늄 부품에 적합합니다. 모래 주조는 소량의 복잡한 형상의 알루미늄 주조에 적합합니다.
주조 공정에 관계없이 주조 알루미늄은 강력하고 가벼운 부품을 만들기 때문에 활용도가 매우 높습니다.
아연 주조
아연 합금은 주조에 적합한 대중적이고 저렴하며 널리 사용 가능한 금속입니다. 아연 주조에는 일반적으로 고압 다이 캐스팅이 포함되므로 높은 생산 속도와 최소한의 후처리 요구 사항이 가능합니다.
아연은 주조 유동성이 높기 때문에 아연 주조를 통해 벽이 매우 얇고 세부 사항이 미세한 부품을 만들 수 있습니다. 아연은 더 나은 결합을 위해 냉간 성형될 수도 있습니다.
제조업체는 ZAMAK 아연 합금 또는 아연-알루미늄(ZA) 합금 중에서 선택할 수 있습니다. 주조 아연 부품에는 자동차 부품, 에어컨 부품 및 전자 부품이 포함됩니다.
마그네슘 주조
주조, 특히 고압 다이 캐스팅은 마그네슘 부품 생산의 약 98%를 차지하는 마그네슘 부품을 만드는 가장 일반적인 금속 가공 공정입니다.
마그네슘은 모든 구조용 금속 중에서 가장 가볍기 때문에 경량화 응용 분야에 이상적입니다. 마그네슘 주조의 다른 장점으로는 매우 얇은 벽, 뛰어난 디테일, 우수한 무게 대비 강성 비율 등이 있습니다.
소량의 경우 석고 주조를 사용하여 마그네슘 부품을 만들 수도 있지만 마그네슘 다이 캐스팅은 전문적인 용도에 가장 적합합니다.
결론
결론적으로, 금속 캐스팅 수세기에 걸쳐 크게 발전해 온 유서 깊은 제조 공정으로 복잡한 기계 부품부터 대규모 산업 구조에 이르기까지 다양한 제품을 생산할 수 있습니다. 다재다능함과 효율성 덕분에 자동차, 항공우주, 소비재 등 여러 산업 분야에서 선호되는 선택이 되었습니다.
다이 캐스팅에서 샌드 캐스팅에 이르는 다양한 주조 기술은 다양한 응용 분야에 맞는 고유한 이점을 제공하므로 엔지니어는 특정 설계, 공차 및 재료 특성을 달성할 수 있습니다. 잠재적인 결함 및 높은 노동 요구 사항과 같은 일부 고유한 한계에도 불구하고 대량 생산을 위한 비용 효율성 및 재료 다양성을 포함한 금속 주조의 이점은 현대 제조에서 필수적인 역할을 계속해서 확고히 하고 있습니다.
제조업체가 복잡한 형상과 경량 부품에 대한 수요가 증가함에 따라 금속 주조 공정의 혁신을 통해 정밀도와 효율성이 지속적으로 향상될 수 있습니다. 금속 주조의 기본과 복잡성을 이해함으로써 업계 전문가는 이 가치 있는 제조 기술을 더욱 잘 활용하여 오늘날의 엄격한 성능 표준을 충족하는 고품질 금속 부품을 만들 수 있습니다.
