영구 금형 수명과 이를 단축시키는 요인

영구 금형은 툴링이며, 수명이 정하는 일정에 따라 교체 또는 수리됩니다. 그 수명은 100회 주입부터 250,000회까지 다양할 수 있으며, 공개된 지침에서는 그 차이를 소수의 운전 변수와 금형 및 코어의 설계 방식으로 설명합니다.

영구 금형의 수명

금형 수명은 아래에 제시된 변수에 따라 100회 주입부터 250,000회 이상까지 다양할 수 있습니다. 알루미늄 피스톤용 금형은 수리가 필요하기 전까지 250,000개의 주물을 생산할 것으로 예상할 수 있습니다. 추가로 250,000개의 주물을 생산한 후에는 수리된 금형에 대대적인 정비가 필요하며, 반복적인 수리와 정비를 거치면 폐기되기 전까지 3.5백만 개의 주물을 생산할 수 있습니다.

피스톤 금형은 설계가 비교적 단순하며, 실린더 헤드 금형처럼 정교한 내부 코어링과 외부 인서트가 필요한 금형보다 훨씬 오래 사용됩니다. 마그네슘 합금은 유사한 크기와 형상의 알루미늄 합금보다 금형에 더 우호적인데, 용융 마그네슘이 철계 금형을 침식하지 않기 때문입니다. 그 이점의 크기는 금형 코팅이 얼마나 잘 유지되는지에 크게 좌우됩니다.

금형은 종종 주철로 만들어지는데, 완성 형상에 가깝게 금형을 주조하면 가공 비용이 절감되고 주철이 강보다 용융 알루미늄의 침식을 더 잘 견디기 때문입니다. 강은 용접이 가능하고 수리가 더 쉬워, 강 금형은 대량 생산 주물에 자주 사용됩니다. 회주철 주조에서는 유사한 형상을 알루미늄 합금으로 주조하는 경우에 비해 금형 수명이 짧을 것으로 예상됩니다.

금형 수명을 단축시키는 변수

공개된 주요 변수 목록은 주입되는 금속부터 금형의 운전 및 보관 방식까지 이어집니다. 그중 여러 가지는 재료 결정이 아니라 운전 결정이며, 재료 선택보다 중요도가 높습니다.

변수	금형 수명에 대한 영향
주입 온도	주조 금속을 더 뜨겁게 주입할수록 금형이 더 뜨겁게 운전되어 금형 금속이 빠르게 약화됩니다.
주물 중량	주물 중량이 증가할수록 금형 수명은 감소합니다.
주물 형상	금형 벽은 얇은 단면의 주물보다 두꺼운 단면의 주물에서 더 많은 열을 발산해야 합니다. 단면 두께의 큰 변화는 금형 전체에 온도 차이를 발생시키며, 그 차이가 커질수록 금형 수명은 떨어집니다.
냉각 방법	수냉은 공랭보다 더 효과적이지만 금형 수명을 상당히 감소시킵니다.
가열 사이클	금형을 균일한 온도로 유지하는 연속 운전이 최대 금형 수명을 제공합니다. 넓은 범위에 걸친 반복적인 가열과 냉각은 수명을 단축시킵니다.
금형 예열	가스 불꽃이나 전기 히터로 운전 온도까지 예열하면 금형 수명이 크게 증가합니다. 열충격은 금형 파손의 주요 원인 중 하나입니다.
금형 코팅	코팅은 금속이 금형 표면에 닿지 않도록 하여 침식과 용착으로부터 금형을 보호하며, 금형 수명을 증가시킵니다.
몰드 재료	공개된 선택 목록에서 선택된 재료가 금형 수명의 상한을 정합니다.
보관	부적절한 보관은 금형 표면의 녹과 피팅을 유발하여 금형 수명을 감소시킵니다.
청소	연마 블라스팅, 가성 용액 침지, 와이어 브러싱이 모두 사용됩니다. 가성 용액은 작업자에게 위험하며, 블라스팅과 브러싱은 주의 깊게 관리하지 않으면 과도한 금형 마모를 유발합니다. 유리 비드는 가장 안전한 블라스트 재료입니다.
게이팅	불량한 게이팅 시스템은 게이트 부위에서 과도한 난류와 세척을 유발하여 금형 수명을 크게 감소시킵니다.
금형 운전 방법	자동 및 수동 장비에 동일한 재료가 사용되지만, 수동 장비의 툴링은 혹사로 인해 수명이 더 짧습니다. 자동 장비의 툴링은 최대 두 배까지 더 오래 지속될 수 있습니다.
주물의 최종 용도	외관보다 구조적 기능이 더 중요한 경우, 금형은 폐기되기 전까지 더 많은 주입 횟수 동안 운전될 수 있습니다.

영구 금형의 수명에 영향을 미치는 주요 변수, ASM Handbook, Volume 15, Casting의 Permanent Mold Casting 금형 수명 섹션에서 발췌.

그 목록에서 두 항목은 특히 주목할 가치가 있습니다. 수냉은 공랭보다 더 효과적이지만 금형 수명을 상당히 감소시키며, 금형을 운전 온도까지 예열하면 열충격이 금형 파손의 주요 원인 중 하나이기 때문에 수명이 크게 증가합니다. 균일한 온도에서의 연속 운전이 최선이며, 넓은 온도 범위에 걸친 반복적인 사이클링이 최악입니다.

금형 설계가 수명을 단축시키는 방식

금형 설계는 운전 변수 외에도 수명에 뚜렷한 영향을 미칩니다. 금형 벽 두께의 변화는 가열 및 냉각 중 과도한 응력을 유발하여 균열에 의한 조기 파손을 초래하며, 충분한 필렛 없이 두께가 급격히 변하는 경우도 마찬가지입니다. 작은 필렛과 라디우스는 검사, 균열 및 최종 파손이 종종 그 지점에서 시작되기 때문에 수명을 감소시킵니다.

구배도 같은 맥락의 일부입니다. 주물 수축 때문에 외부 금형 표면에는 내부 표면보다 더 적은 구배가 필요하며, 5도 구배가 바람직합니다. 더 낮은 구배 각도는 금형 수리 사이에 만들 수 있는 주물 수를 감소시킵니다.

금형 표면	구배
내부 금형 표면	3도
외부 금형 표면	2도
권장 실무	5도

영구 금형의 구배 각도, ASM Handbook, Volume 15, Casting의 Permanent Mold Casting 금형 설계 섹션에서 발췌. 주조 수축 때문에 외부 표면에는 내부 표면보다 적은 구배가 필요하며, 구배 각도가 낮을수록 금형 수리 사이에 만들 수 있는 주물 수가 줄어든다.

금형 캐비티 내의 돌출부도 수명을 단축한다. 이들은 극도로 뜨거워져 주물을 제거할 때 압출, 변형 및 손상의 위험을 높인다. 때로는 인서트를 사용하여 마모되거나 파손된 돌출부를 교체하고 나머지 금형의 수명을 연장할 수 있다.

열균열 및 금형 침식

금속 충돌과 캐비테이션으로 인한 금형 침식은 둘 다 부적절한 게이팅 설계에서 비롯되며, 금형 금속의 급속한 약화와 열균열에 기여한다. 이러한 설계 오류는 장기 생산 중 급격한 치수 변동으로 나타난다. 불충분한 구배나 잘못 설계된 이젝션 시스템으로 인한 기계적 마모도 같은 영향을 미친다.

열균열은 금형 면이 겪는 온도 사이클에 의해 생성되는 표면 균열 네트워크이다. 이는 구리 합금 주물이 추가하는 파손 모드인데, 이들의 더 높은 주입 온도가 금형 캐비티에 더 심한 사이클링을 가하기 때문이다. 주물의 표면은 금형 캐비티의 표면보다 나을 수 없으므로, 금형의 열균열 및 기타 결함이 주물에 재현된다.

사용 중 금형을 유지하는 요소

금형 코팅은 용융 금속과 금형 사이의 장벽 역할을 하도록 금형 및 코어 표면에 적용되며, 그동안 응고된 금속 피막이 형성된다. 이는 조기 응고를 방지하고, 응고 속도와 방향을 제어하며, 금형 재료에 대한 열충격을 최소화하고, 용융 금속이 금형에 용착되는 것을 방지하며, 캐비티에 갇힌 공기를 배출하기 위해 사용된다.

예열은 다른 일상적인 조치이다. 금형은 작업 시작 전에 대략적인 작동 온도로 예열되며, 이는 작동 온도가 확립되는 동안 만들어진 불량 주물의 수를 줄인다. 오븐에서 금형 면을 예열하는 것이 열 구배가 더 작기 때문에 최선의 방법이지만, 대형 금형에는 일반적으로 비실용적이다.

등급 및 재고

영구 금형 툴링에 사용되는 공구강은 열간 가공 등급입니다. 각각의 세부 사항은 다음에 있습니다 H11 툴 스틸 페이지, 아연 금형과 알루미늄 및 마그네슘 코어에 사용되는 범용 크롬 등급이며, 다음에도 있습니다 H13 툴 스틸 페이지.

금형 수명의 상한을 설정하는 재료 선택은 다음에 설명되어 있습니다 영구 금형 및 코어 재료 페이지, 주조 합금 및 주입 횟수별로 금형 및 코어 재료를 나열합니다.

열균열은 각 검사 규모에서 고유한 특징을 가진 손상 모드이며, 마모 및 과부하와 구별되는 방식은 다음에 설명되어 있습니다 내열 피로 공구강 페이지. 금형이 파손되었을 때의 분석 경로는, 공구 및 다이 파손 분석 페이지 에서 파손이 어떻게 분류되는지 다룹니다.

이 값들을 사용하기 전에

이 페이지는 공개된 실무에 대한 참조 요약이며 Aobo Steel의 사양이 아닙니다. 금형 수명 수치는 설명된 합금 및 공정에 대한 일반적인 공개 값이며, 다른 주조 합금, 금형 설계 또는 운영 규율은 이를 변화시킵니다. 금형 교체 및 수리에 대한 최종 결정은 주물 도면과 생산 일정에 따라 이루어집니다.

출처: ASM Handbook, Volume 15, Casting (9th Edition Metals Handbook), ASM International, 1988.