주조 공장

Foundry
이 기사는 금속 주조 공장에 대한 것입니다.기타 용도는 주조 공장(동음이의)을 참조하십시오.
"Iron foundry"는 여기서 수정됩니다.소련 작곡가 알렉산더 모솔로프의 작곡은 Iron Foundry를 참조하십시오.
Fra Burmeister og Wain's Iron Foundry, 1885년, Peder Severin Kröyer의 작품.
다니엘 A가 그린 주조 공장 직원. 1899년 베르슈미트.

주조 공장은 금속 주물을 생산하는 공장입니다.금속을 액체에 녹여 금형에 붓고 냉각하면서 응고된 후 금형을 제거함으로써 금속을 형상으로 주조한다.가장 일반적으로 가공되는 금속은 알루미늄과 주철이다.그러나 주조 공장에서는 청동, 황동, 강철, 마그네슘 및 아연과 같은 다른 금속도 주조물을 생산하는 데 사용됩니다.이 과정에서 원하는 형상 및 크기의 부품을 형성할 수 있다.

주조 공장은 매년 수백만 톤의 고철을 용해 및 재주조하여 새로운 내구재를 생산하는 제조 재활용 운동에 가장 큰 기여를 하는 업체 중 하나입니다.또한 많은 주조 공장에서는 성형 공정에서 모래를 사용합니다.이러한 주조 공장에서는 재활용의 [1]또 다른 형태인 모래를 사용, 수리 및 재사용하는 경우가 많습니다.

과정

주요 기사: 주조(금속 가공)

금속 가공에서 주조는 원하는 모양의 중공 공동을 포함하는 금형에 액체 금속을 붓고 냉각 및 고화시키는 것을 포함합니다.응고된 부품을 주물이라고도 합니다. 주물은 공정을 완료하기 위해 금형에서 배출되거나 깨집니다.주물은 다른 [2]방법으로는 만들기 어렵거나 비경제적인 복잡한 형상을 만드는 데 가장 많이 사용됩니다.

녹는

주물용 도가니 내 금속 용해
산업 주조 공장의 금속 다이캐스팅 로봇

용융은 용광로에서 이루어진다.용해로 충전에는 버진 재료, 외부 스크랩, 내부 스크랩 및 합금 요소가 사용됩니다.버진 재료는 특정 합금을 형성하는 데 사용되는 상업적으로 순수한 형태의 1차 금속을 말합니다.합금 원소는 전해 니켈과 같은 순수한 형태의 합금 원소 또는 철 합금 또는 마스터 합금과 같은 제한된 조성의 합금입니다.외부 스크랩은 펀칭, 단조 또는 가공과 같은 다른 성형 공정의 재료입니다.내부 스크랩은 게이트, 라이저, 불량 주조물 및 시설 내에서 생성되는 기타 외부 금속 오드먼트로 구성됩니다.

이 프로세스에는 대전 용해, 용융 정제, 용융 화학 조정 및 수송 용기의 태핑이 포함됩니다.주조 결함을 방지하기 위해 용해된 금속에서 유해 가스 및 원소를 제거하기 위해 정제 작업이 이루어집니다.용융 공정 중에 재료가 첨가되어 최종 화학작용이 산업 및/또는 내부 표준에서 지정된 특정 범위 내에 있게 됩니다.슬래그 및/또는 드로스로부터 금속을 분리하기 위해 특정 플럭스를 사용할 수 있으며, 가스 중에 쉽게 용해되는 금속에서 용해된 가스를 제거하기 위해 탈가스를 사용할 수 있습니다.탭 중에 최종 화학 조정이 이루어집니다.

용광로

금속을 가열하기 위해 여러 특수 용해로가 사용됩니다.용해로는 용해될 물질을 포함하고 용해 에너지를 공급하는 내화물 라인 용기입니다.현대식 고로 유형에는 전기 아크로(EAF), 유도로, 큐폴라, 반향로, 도가니로가 있습니다.용해로 선택은 생산되는 합금 시스템 수량에 따라 달라집니다.철 소재의 경우 EAF, 큐폴라 및 유도로가 일반적으로 사용됩니다.반사로 및 도가니로는 알루미늄, 청동 및 황동 주물을 생산하는 데 일반적으로 사용됩니다.

용해로 설계는 복잡한 프로세스이며, 여러 요소를 기반으로 설계를 최적화할 수 있습니다.주조 공장의 용해로는 귀금속을 녹이는 데 사용되는 소형 용해로부터 한 번에 수백 파운드의 고철을 녹일 수 있도록 설계된 수 톤의 용해로에 이르기까지 크기가 다양합니다.녹이는 금속의 종류에 따라 설계되어 있습니다.또한 용해로는 원하는 온도를 생성하는 데 사용되는 연료를 기준으로 설계해야 합니다.아연 또는 주석과 같은 저온 용해점 합금의 경우 용해로는 약 500°C(932°F)에 이를 수 있습니다.전기, 프로판 또는 천연가스는 보통 이러한 온도를 달성하기 위해 사용된다.강철 또는 니켈 기반 합금과 같은 고융점 합금의 경우 용해로는 1,600°C(2,910°F) 이상의 온도로 설계되어야 합니다.이러한 고온에 도달하는 데 사용되는 연료는 전기(전기 아크로에 사용되는 경우) 또는 코크스일 수 있습니다.대부분의 주조 공장은 특정 금속을 전문으로 하며 이러한 금속 전용 용해로가 있습니다.예를 들어 주철 주조 공장에서는 큐폴라, 유도로 또는 EAF를 사용하고 강철 주조 공장에서는 EAF 또는 유도로를 사용할 수 있습니다.청동 또는 황동 주조 공장에서는 도가니로 또는 유도로를 사용합니다.대부분의 알루미늄 주조 공장에서는 전기 저항 또는 가스 가열 도가니로 또는 반사로 중 하나를 사용합니다.

가스 제거

다음 항목도 참조하십시오.수소 가스 다공성

탈가스는[3] 용해된 금속의 배치에 존재하는 수소의 양을 줄이기 위해 필요할 수 있는 프로세스입니다.기체는 금속 주물에 다음 두 가지 방법 중 하나로 형성될 수 있습니다.

  1. 주조 공정 중에 물리적으로 끼이거나
  2. 주물 재료의 화학 반응에 의해.

수소는 대부분의 주조 금속에서 흔히 볼 수 있는 오염 물질이다.재료 반응 또는 수증기 또는 기계 윤활제의 결과로 형성됩니다.용융액의 수소 농도가 너무 높으면 주조물이 다공성을 띠게 됩니다. 금속이 냉각되고 응고될 때 수소가 용융액에서 빠져나와 극미량의 공기 주머니를 남깁니다.다공성은 종종 금속의 기계적 특성을 심각하게 악화시킨다.

용융액에서 수소를 제거하는 효율적인 방법은 퍼징 또는 교반으로 용해액을 통해 건조하고 불용성 가스를 거품을 내는 것입니다.거품이 녹은 상태에서 위로 올라가면, 그들은 녹은 수소를 잡아서 표면으로 가져온다.염소, 질소, 헬륨 및 아르곤은 비철 금속을 탈기하는 데 종종 사용됩니다.일산화탄소는 일반적으로 철과 강철에 사용된다.

수소 유무를 측정할 수 있는 장비는 다양하다.또는 금속 시료의 밀도를 결정함으로써 수소의 유무를 측정할 수 있다.

탈가스 공정 후에도 다공성이 여전히 존재하는 경우, 금속 함침이라고 하는 공정을 통해 다공성 씰링을 수행할 수 있습니다.

금형 제작

두 가지 패턴 유형의 다이어그램
패턴의 드래프트 다이어그램

주조 공정에서는 원하는 부분의 형상으로 패턴을 만든다.심플한 디자인은 원피스 또는 솔리드 패턴으로 제작할 수 있습니다.더 복잡한 디자인은 분할 패턴이라고 불리는 두 부분으로 만들어집니다.분할 패턴에는 상단 또는 상단 섹션(cope)과 하단 또는 하단 섹션(drag)이 있습니다.솔리드 패턴과 분할 패턴 모두 코어를 삽입하여 최종 부품 형상을 완성할 수 있습니다.코어는 몰드 내에 다른 방법으로는 달성할 수 없는 공동 영역을 만드는 데 사용됩니다.코프와 드래그가 분리되는 곳을 가르마선이라고 합니다.

패턴을 만들 때는 가장자리를 테이퍼로 하여 주형을 파손하지 않고 패턴을 제거할 수 있도록 하는 것이 가장 좋습니다.이것은 드래프트라고 불립니다.드래프트의 반대는 금형재 아래에 일부 패턴이 있는 언더컷으로 금형을 손상시키지 않고는 패턴을 제거할 수 없습니다.

그 무늬는 왁스, 나무, 플라스틱 또는 금속으로 만들어졌다.금형은 주조 공장의 유형, 주입할 금속, 생산할 부품의 수량, 주조물의 크기 및 주조물의 복잡성에 따라 여러 가지 공정에 의해 제작됩니다.이러한 금형 프로세스에는 다음이 포함됩니다.

  • 모래 주조 — 녹색 또는 수지 접합 모래 몰드.
  • 로스트 폼 주조 - 세라믹과 모래 주형이 혼합된 폴리스티렌 패턴입니다.
  • 인베스트먼트 주물: 세라믹 몰드를 사용한 왁스 또는 이와 유사한 희생 패턴.
  • 세라믹 몰드 주조: 석고 몰드.
  • V-공정 주조 — 열성형 플라스틱으로 진공 청소하여 모래 몰드를 형성합니다.수분, 점토 또는 수지가 필요하지 않습니다.
  • 다이캐스팅 : 금형.
  • 빌렛(잉곳) 주조 — 금속괴를 생산하기 위한 간단한 금형. 일반적으로 다른 주조 공장에서 사용됩니다.
  • 로암 몰딩 - 대포, 증기 엔진 실린더, 벨과 같은 큰 물체를 주조하는 데 사용되는 조립 금형입니다.

쏟아지는.

로스트 왁스 주조 공정을 사용하여 도가니에서 금형으로 주입된 청동

주조 공장에서는 용해된 금속을 금형에 주입합니다.주입은 중력으로 수행하거나 진공 또는 가압 가스로 지원할 수 있습니다.많은 현대 주조 공장에서는 용해된 금속을 주입하기 위해 로봇이나 자동 주입 기계를 사용합니다.전통적으로 금형은 국자를 사용하여 손으로 부었습니다.

셰이크아웃

그런 다음 고화된 금속 부품을 금형에서 제거합니다.주형이 모래를 기반으로 하는 경우에는 흔들림이나 넘어짐으로 이를 수행할 수 있습니다.이렇게 하면 모래에서 주물이 해방됩니다. 모래는 금속 러너와 게이트(용융된 금속이 부품 자체에 도달하기 위해 통과하는 통로)에 여전히 부착되어 있습니다.

탈지

열화는 헤드, 러너, 게이트 및 라이저를 주조물에서 제거하는 것입니다.러너, 게이트 및 라이저는 절단용 토치, 밴드소 또는 세라믹 절단 블레이드를 사용하여 제거할 수 있습니다.일부 금속 유형 및 일부 탕구 시스템 설계의 경우 스프루, 러너 및 게이트를 썰매 해머 또는 특수 설계된 녹아웃 기계로 주조물에서 분리하여 제거할 수 있습니다.일반적으로 라이저를 분리할 때는 절단 방법(상기 참조)을 사용해야 하지만, 일부 새로운 라이저 분리 방법에서는 라이저가 올바른 위치에서 분리될 수 있도록 라이저 넥 형상에 특수 디자인이 포함된 녹오프 기계를 사용합니다.

금형 내에서 주물을 생산하는 데 필요한 탕구 시스템은 헤드, 라이저, 스프루(sprue라고도 함)를 포함하여 전체 금형을 붓는 데 필요한 금속의 50%를 초과할 수 있는 잔여 금속을 산출합니다.이 금속은 인양 시 재용융되어야 하므로, 다양한 탕구 방식을 설계할 때 특정 탕구 구성의 수율이 경제적 고려사항이 되며, 잉여 스프루 비용과 그에 따른 전반적인 용해 비용을 최소화합니다.

열처리

열처리 중인 탱크 선체

열처리는 물질의 물리적, 때로는 화학적 특성을 변경하는 데 사용되는 산업 및 금속 가공 공정의 그룹입니다.가장 일반적인 용도는 야금이다.열처리는 유리와 같은 다른 많은 재료의 제조에도 사용됩니다.열처리는 보통 극단적인 온도로 가열 또는 냉각을 사용하여 재료의 경화 또는 연화 등 원하는 결과를 얻습니다.열처리 기술에는 아닐링, 케이스 경화, 석출 강화, 템퍼링 및 담금질이 포함됩니다."열처리"라는 용어는 의도적으로 특성을 변경하려는 특정 목적으로 가열 및 냉방이 이루어지는 공정에만 적용되지만, 가열 및 냉방은 종종 열간 성형 또는 용접과 같은 다른 제조 공정 중에 부수적으로 발생합니다.

표면 청소

탈지 및 열처리 후 모래 또는 기타 성형 매체가 주물에 밀착된 상태로 남아 있을 수 있습니다.곰팡이의 잔여물을 제거하기 위해 블라스팅 공정을 사용하여 표면을 청소합니다.즉, 입자 형태의 매체가 주조 표면을 향해 추진되어 부착된 모래를 기계적으로 제거하게 됩니다.압축 공기로 미디어를 송풍하거나 숏 휠을 사용하여 던질 수 있습니다.세척 매체는 빠른 속도로 주조 표면을 타격하여 주조 표면에서 몰드 잔여물(예: 모래, 슬래그)을 제거합니다.강철, 철, 기타 금속 합금, 산화 알루미늄, 유리 비즈, 호두 껍질, 베이킹 파우더 등을 포함한 많은 재료가 주조 표면을 청소하는 데 사용될 수 있습니다.블라스팅 매체는 주조 표면의 색상과 반사율을 개발하기 위해 선택됩니다.이 프로세스를 설명하는 데 사용되는 용어에는 청소, 비드 블라스팅 및 모래 블라스팅이 포함됩니다.숏 피닝을 사용하여 표면을 더욱 경화 및 마감할 수 있다.

마무리

현대 주조 공장(약 2000년)

주조 공정의 마지막 단계는 일반적으로 원하는 치수 정확도, 물리적 형상 및 표면 마무리를 달성하기 위해 구성 요소를 연삭, 샌딩 또는 가공하는 것입니다.

게이트 스터브라고 불리는 나머지 게이트 재료는 보통 그라인더 또는 샌더를 사용하여 제거합니다.이러한 공정은 재료 제거 속도가 느려 제거되는 재료의 양을 제어할 수 없기 때문에 사용됩니다.이러한 단계는 최종 가공 전에 수행됩니다.

연삭 후 치수를 엄격하게 제어해야 하는 모든 표면을 가공합니다.많은 주조물이 CNC 밀링 센터에서 기계 가공됩니다.그 이유는 이러한 공정이 많은 주조 공정보다 치수 능력과 반복성이 우수하기 때문입니다.그러나 오늘날에는 기계가공 없이 주물을 사용하는 경우가 드물지 않습니다.

일부 주조 공장에서는 주조 제품을 고객에게 배송하기 전에 다른 서비스를 제공합니다.부식을 방지하고 시각적 매력을 개선하기 위해 주물을 도장하는 것이 일반적입니다.일부 주조 공장은 주조물을 완전한 기계 또는 하위 어셈블리로 조립합니다.다른 주조 공장에서는 여러 주물 또는 단조 금속을 함께 용접하여 [4]완제품을 형성합니다.

점점 더 많은 마감 공정이 로봇 기계에 의해 수행되고 있으며, 이것은 인간이 물리적으로 분할선, 게이트 재료 또는 피더를 갈거나 부러뜨릴 필요가 없습니다.기계를 사용하면 작업자의 부상 위험을 줄이고 소모품 비용을 절감하는 동시에 생산성을 높일 수 있습니다.또한 인적 오류의 가능성을 제한하고 [5]연삭 품질에서 반복성을 높입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "About Metalcasting American Foundry Society".
  2. ^ Degarmo, E. Paul; Black, J. T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4, 페이지 277.
  3. ^ 4. American Foundrymen's Society Inc. (Now American Foundry Society) (1989). Metalcaster's Reference & Guide: Second Edition. Des Plaines, Illinois: American Foundrymen's Society, Inc.
  4. ^ Beeley, Peter (2001), Foundry Technology (2nd ed.), Oxford, UK: Butterworth-Heinemann, ISBN 978-0-7506-4567-6
  5. ^ Campbell, John (2003), Castings (2nd ed.), Oxford, UK: Butterworth-Heinemann, ISBN 978-0-7506-4790-8

외부 링크

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