3.2 중력금형주조용 금형

3.2.1 금형의 구조
다이캐스팅용 금형은 끼워넣기형이 많이 사용되고 있는데 중력금형주조용 금형은 캐비티부의 금형이 고온이 된다. 그 열변형을 방지하기 위해 직접조각형이 주류를 차지하고 있다.
오버플로, 탕구, 탕도, 압탕 등의 탕구방안도 다이캐스팅용 합금과 비교하면 크게 다르다.

3.2.2 금형의 설계

(1) 금형의 분할면

중력금형주조용 금형은 가동형과 고정형, 혹은 양가동형으로 구성되며 복잡한 형상의 경우에는 이와 더불어 금속슬라이드 중자,금속중자, 모래중자가 사용되고 있다.
금형의 분할면은 기본적으로는

1.      제품형상의 투영면적이 넓은 부분으로 한다

2.      형개방시 제품이 잘 빠지는 수직면에서 하며 가능한 곡면은 피한다

3.      탕구방안 및 탕구, 압탕 등의 제거방법을 고려한다

4.      높은 치수정도를 요구하는 부분은 형이 열리는 방향에 두지 않는다

5.      가공기준면은 분할선상에 두지 않는다

등을 고려해야 한다.

(2) 중자와 중자프린트

중자 가운데 주물의 언더커트부에 설치되는 금속중자, 모래중자의 경우는 중자의 위치결정 및 유지를 위해 가이드 또는 중자프린트가 있어야 한다.
금속중자는 본체의 금형에 비해 고온이므로 그 열팽창량을 고려해야 하고 모래중자도 금형에 유지할 때의 쓰러짐과 붕괴를 막기 위해 중자프린트 부분에 일정간격을 둬야 한다.

(3) 탕구방안

오버플로, 탕구, 탕구바닥, 탕도는 기본적으로 이들의 전경로를 통해 주탕된 용탕이 난류를 일으키지 않고 조용하게 연속해서 주입되어야 한다.
게이트는 탕도를 흘러온 용탕을 캐비티부에 주입하기 위한 분배구인데 주물의 품질면, 다듬질 가공 등을 고려해서 설치된다.
또 캐비티 내에 용탕을 조용하게 주입시키기 위해 주물의 하부에서 주입하는 푸쉬업 방식도 많이 쓰이고 있다.
압탕은 주물의 상단 두꺼운 부분의 최종응고부에 설치되어 응고수축시 용탕보급의 역할을 하도록 하며 이와 함께 주형내의 배기, 금형의 보온 등 주형온도제어 등도 고려해서 결정한다.

(4) 벤트(가스빼기)

주형 내의 공기나 모래중자 등에서 발생하는 가스의 대부분은 압탕이나 금형의 분할면에서 빠진다.
그러나 이것만으로는 충분하지 못한 경우가 많은데 금형의 분할면에 벤트홀을 만들거나 직접 구형 내에 벤트플러그를 삽입하거나 한다.

(5) 제품압출

금형중력주조법 금형에 있어서도 제품을 균등하게 압출하기 위해압출핀이 만들어진다.
압출핀의 위치, 지름크기, 개수는 주물의 형상이나 빼기구배를 고려해서 결정해야 한다.

(6) 빼기구배

주물이 수축하는 측의 내측벽 빼기구배는 크고 또 압탕부근도 금형의 온도가 고온이 되기 쉬우므로 기울기는 커야 한다.

(7) 수축값

수축값은 주조온도, 금형의 온도, 제품취출온도, 제품형상, 중자도 금속중자냐 모래중자냐에 따라 달라진다.
보통 6/1000~7/1000이 사용되고 있는데 자유롭게 주물을 수축할 수 있는 부분이나 모래중자의 경우에는 7/1000~8/1000이 적용되고 있다.

(8) 금형의 국부냉각

주물이 두꺼운 부분의 냉각이나 지향성 응고 등을 위해 금형의 국부만 냉각해야 하는 경우도 있다.
냉각핀방식, 압착공기 또는 물에 의한 강제냉각방식, 공재의 냉각주조방식, 냉금방식 등이 있다.

3.2.3 금형용 재료

캐비티부의 형재는 반복 열충격과 용탕에 의한 침식을 받기 때문에 그것에 견딜 수 있는 재료를 선택해야 한다.
생산량이 적은 경우는 주철이, 생산량이 많은 경우는 JIS규격 SKD6, 61 등의 합금공구강이 사용된다.

3.2.4 금형가공

금형의 가공정도의 향상, 단기납기화가 점점 강하게 요구되고 있으며 최근에는 카피밀링, NC밀링머신방전가공, 쇼프로세스 등이 채용되고 있다.
그리고 CAD/CAM시스템도 도입되고 있다.

3.3 저압주조용 금형

3.3.1 금형의 구성

중력금형주조용 금형과 같이 직접조각형이 주류를 이루고 있다.
알루미늄 용탕은 유지로에서 직접 스토크를 통해 금형의 하부에서 캐비티 내로 충전되며 금형의 윗방향에서 주탕하는 중력금형주조법과는 다르다.

3.3.2 금형의 설계

(1) 금형의 분할면

금형의 분할방법으로는 기본적으로 종할형 횡할형, 혹은 종횡합성형이 있다.
주물형상이 복잡하고 언더커트를 가지는 경우는 금속슬라이드중자, 금속중자, 모래중자를 사용한다.
분할면은 중력금형주조용 금형의 분할면과 마찬가지로

1.      곡면은 피한다

2.      가공기준면은 양분할면에 걸쳐지지 않는다

3.      주물바리의 발생방향,그 사상 가공방법을 고려한다

4.      주형 내에 알루미늄 용탕이 충전되었을 때의 배압이 잘 빠지는 면

5.      복잡하고 주머니형상일 경우 금형을 분할하고 가스빼기를 만든다

등을 고려해야 한다.

(2) 탕구방안

탕구방안은 탕구에서 먼 부분부터 응고가 시작되는 지향성이 되도록 주조품의 두꺼운 부분을 아랫방향으로 해서 그곳에 탕구를 만들어야 한다.
탕구의 수는 통상 한 개이지만 제품형상, 크기에 따라 복수가 될 수도 있다.
탕구형상, 크기에 관해서는 주탕시 난류를 일으키지 않도록 고려해야 한다.
저압주조법의 방안은 중력금형주조법에 비해 특수한 경우를 제외하고는 압탕이 없고 탕도도 없는 경우도 많으며 있다 하더라도 매우 작고 짧은 경로이며 간단한 형상이다.
기타 주조법에 비해 제품수율도 양호하다.또 주형의 벤트는 중력금형주조법의 경우와 같이 분할면에 벤트홀을 만들거나 직접 주형 내에가스빼기 플러그를 삽입한다.

(3) 빼기구배, 수축값

빼기구배는 본래 작은 것이 유리하지만 금형에 눌어붙음, 긁힘, 주물의 이형시 변형방지 등을 위해 중력금형주조법의 경우와 같은 기울기여야 한다.
수축값도 주물의 응고 및 수축시 금형에 구속될 경우에는 6/1000~7/1000, 자유로이 수축하는 부위, 혹은 모래중자의 경우는 7/1000~8/1000이 일반적으로 채용된다.

3.3.3 금형용 재료, 금형의 가공

저압주조용의 금형의 재료, 가공방법도 기본적으로는 중력금형주조법의 금형일 경우와 마찬가지로 또, CAD/CAM시스템에서도 다이캐스팅용 금형의 경우와 같이 널리 이용되고 있다.
그리고 최근에는 제품과 금형의 최적설계를 위해 CAD와 연동해서 응고해석,탕주입해석, 응력해석, 전열해석 등 CAE이 적극적으로 도입되고 있다.

(남선알미늄 알루미늄기술편람 발췌)