주조(금속 가공)

금속 가공 및 보석 제작에서 주물은 액체 금속이 의도된 형상의 부정적인 인상(즉, 3차원 부정적인 이미지)을 포함하는 금형(일반적으로 도가니에 의해)에 전달되는 공정입니다.그 금속은 스프루라고 불리는 중공의 통로를 통해 금형에 부어진다.그런 다음 금속과 금형을 냉각하고 금속 부품(주물)을 추출합니다.주물은 다른 ^[1]방법으로는 만들기 어렵거나 비경제적인 복잡한 형상을 만드는 데 가장 많이 사용됩니다.

주조 공정은 수천 년 동안 알려져 왔으며 조각품(특히 청동), 귀금속 보석, 무기 및 도구에 널리 사용되어 왔습니다.자동차, 트럭, 항공우주, 기차, 광업 및 건설 장비, 유정, 가전제품, 파이프, 소화전, 풍력 터빈, 원자력 발전소, 의료 기기, 방위 제품,^[2] 장난감 등을 포함한 내구재의 90%에서 높은 공학적 주물이 발견됩니다.

기존 기술로는 로스트 왁스 주조(원심 주조 및 진공 보조 직접 주입 주조로 더 크게 나눌 수 있음), 석고 금형 주조 및 모래 주조 등이 있습니다.

현대의 주조 공정은 두 가지 주요 범주, 즉 소모성 주조와 비팽창성 주조로 세분화됩니다.모래나 금속 등의 금형 재료와 중력, 진공, ^[3]저압 등의 주입 방법에 의해 더욱 분해됩니다.

소모성 금형 주조

소모성 금형 주조는 모래, 플라스틱, 쉘, 석고 및 인베스트먼트(로스트 왁스 기술) 금형을 포함하는 일반 분류입니다.이 금형 주조 방법에는 재사용할 수 없는 임시 금형이 사용됩니다.

모래 주조

모래 주조는 가장 인기 있고 간단한 주조 유형 중 하나이며, 수세기 동안 사용되어 왔습니다.모래 주물은 영구 금형 주물보다 작은 배치로 매우 합리적인 비용으로 제작할 수 있습니다.이 방법을 사용하면 제조업체가 저렴한 비용으로 제품을 만들 수 있을 뿐만 아니라 매우 작은 규모의 작업 등 모래 주조에도 다른 이점이 있습니다.이 공정은 손바닥에 쏙 들어갈 정도로 작은 주물을 기차 객차 침대를 만들 수 있을 만큼 큰 주물까지 만들 수 있습니다(주물 한 개로 철도 객차 한 대 전체를 만들 수 있습니다).또한 모래 주조는 ^[4]금형에 사용되는 모래의 종류에 따라 대부분의 금속을 주조할 수 있습니다.

모래 주조는 높은 출력 속도(시간당 1-20개)의 생산에 수일 또는 수주의 리드 타임을 필요로 하며, 대규모 부품 생산에는 타의 추종을 불허합니다.검은색인 녹색(습한) 모래는 부품 중량 제한이 거의 없는 반면, 건조 모래는 2,300–2,700 kg(5,100–6,000파운드)의 실질적인 부품 질량 제한이 있습니다.최소 부품 중량은 0.075~0.1kg(0.17~0.22파운드)입니다.모래는 점토, 화학 바인더 또는 중합 오일(예: 모터 오일)을 사용하여 접합됩니다.모래는 대부분의 작업에서 여러 번 재활용할 수 있으며 유지보수가 거의 필요하지 않습니다.

롬 몰딩

롬 몰딩은 대포나 교회 종과 같은 큰 대칭 물체를 만드는 데 사용되어 왔다.롬은 진흙과 모래를 짚이나 똥과 섞은 것이다.제조된 모델은 깨지기 쉬운 재료(케미즈)로 형성된다.이 화학 약품 주위에 롬을 씌워 곰팡이를 형성합니다.그런 다음 굽고(소성) 화학물질을 제거합니다.그런 다음 용융된 금속을 붓기 위해 용광로 앞의 구덩이에 금형을 똑바로 세운다.그 후 금형이 깨진다.따라서 금형은 한 번만 사용할 수 있으므로 다른 방법이 대부분 선호됩니다.

석고 금형 주조

석고 주조는 모래 대신 파리의 석고를 금형 재료로 사용한다는 점을 제외하면 모래 주물과 유사합니다.일반적으로 폼을 준비하는 데 1주일 미만이 소요되며, 그 후 시간당 1~10유닛의 생산속도가 달성됩니다. 이 생산속도는 45kg(99lb)과 30g(1oz)에 달하며, 표면 마감 및 근접 ^[5]공차가 매우 우수합니다.석고 주조는 석고 비용이 저렴하고 거의 그물 모양 주물을 제작할 수 있기 때문에 복잡한 부품에 대한 다른 성형 공정에 비해 저렴한 대안입니다.가장 큰 단점은 알루미늄, 구리, 마그네슘 및 ^[6]아연과 같은 낮은 녹는점 비철 재료에만 사용할 수 있다는 것입니다.

셸 몰딩

쉘 몰딩은 모래 주조와 유사하지만 성형 캐비티는 모래로 채워진 플라스크 대신 모래로 된 경화된 "셸"로 형성됩니다.사용된 모래는 모래주조 모래보다 미세하고 수지와 혼합하여 패턴으로 가열하여 패턴 주위에 껍데기로 굳힐 수 있습니다.수지와 고운 모래로 인해 표면 마감이 훨씬 좋습니다.이 공정은 모래 주조보다 쉽게 자동화되고 더 정밀합니다.주조되는 일반적인 금속에는 주철, 알루미늄, 마그네슘 및 구리 합금이 포함됩니다.이 프로세스는 중소규모의 복잡한 아이템에 매우 적합합니다.

인베스트먼트 캐스팅

인베스트먼트 주물(예술에서는 로스트 왁스 주조로 알려져 있음)은 수천 년 동안 행해져 온 공정으로, 로스트 왁스 공정은 가장 오래된 금속 성형 기술 중 하나입니다.밀랍이 패턴을 형성한 5000년 전부터 오늘날의 첨단 왁스, 내화재 및 특수 합금에 이르기까지 주물은 정확성, 반복성, 범용성 및 무결성의 주요 이점을 바탕으로 고품질 부품을 생산합니다.

인베스트먼트 주물은 패턴이 내화재로 주입되거나 둘러싸인다는 사실에서 유래했습니다.왁스 패턴은 금형 제작 시 발생하는 힘을 견딜 수 있을 만큼 강하지 않기 때문에 극도의 주의가 필요합니다.인베스트먼트 주물의 장점 중 하나는 왁스를 ^[5]재사용할 수 있다는 것입니다.

이 공정은 다양한 금속 및 고성능 합금으로부터 그물 모양 구성요소를 반복 생산하기에 적합합니다.일반적으로 소형 주물에 사용되지만, 이 프로세스는 최대 300kg의 강철 주물과 최대 30kg의 알루미늄 주물로 완전한 항공기 도어 프레임을 생산하기 위해 사용되어 왔다.다이캐스팅이나 샌드캐스팅과 같은 다른 주조 공정에 비해 비용이 많이 들 수 있습니다.그러나 인베스트먼트 주물을 사용하여 생산할 수 있는 구성 요소에는 복잡한 윤곽이 포함될 수 있으며, 대부분의 경우 구성 요소는 그물 모양에 가깝게 주조되므로 한 번 주조하면 재작업이 거의 필요하지 않거나 전혀 필요하지 않습니다.

석고 폐기물 성형

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내구성이 뛰어난 회반죽 중간체는 청동 조각 제작을 위한 무대나 조각석 제작을 위한 포인팅 가이드로 자주 사용됩니다.석고가 완성되면 균열을 방지하기 위해 습기를 유지해야 하는 점토 원판보다 내구성이 더 높습니다(실내에 보관하는 경우).저렴한 회반죽을 사용하면 청동 주물이나 석각의 값비싼 작업은 후원자를 찾을 때까지 연기될 수 있으며, 예술적 과정이 아닌 기술적인 작업으로 간주되기 때문에 예술가의 생애를 넘어 연기될 수도 있다.

폐기물 성형에서는 사이잘 또는 버랩으로 보강된 단순하고 얇은 석고 틀을 원래의 점토 혼합물 위에 주조합니다.경화되면 축축한 점토에서 제거되며, 우연히 점토에 있는 언더컷의 미세한 디테일이 파괴되지만, 현재는 곰팡이에 포착되어 있습니다.그런 다음 금형을 사용하여 원래 점토와 동일한 석고 포지티브 이미지를 주조할 수 있습니다(단 한 번만).이 회반죽의 표면은 더욱 정교해질 수 있으며 완성된 청동 주물처럼 도색 및 왁스칠할 수 있습니다.

증발 패턴 주조

이는 주입 중에 증발하는 패턴 재료를 사용하는 주조 공정으로, 주조 전에 패턴 재료를 금형에서 제거할 필요가 없습니다.두 가지 주요 공정은 로스트 폼 주조와 풀 몰드 주조입니다.

로스트 폼 주조

로스트 폼 주조는 인베스트먼트 주물과 유사한 증발 패턴 주조 공정으로 왁스 대신 폼을 사용합니다.이 공정은 거품의 끓는점이 낮은 점을 이용하여 금형에서 왁스를 녹일 필요가 없으므로 인베스트먼트 주조 공정을 단순화합니다.

풀몰드 주조

풀 몰드 주물은 모래 주조와 로스트 폼 주조를 결합한 증발 패턴 주조 공정입니다.확장된 폴리스티렌 폼 패턴을 사용하여 모래 주물처럼 모래로 둘러싸여 있습니다.그런 다음 금속을 금형에 직접 부으면 접촉 시 거품이 증발합니다.

비확장 금형 주조

비확장 금형 주조는 각 생산 주기 후에 금형을 개조할 필요가 없다는 점에서 소모품 공정과 다릅니다.이 기술에는 영구 주조, 다이 주조, 원심 주조 및 연속 주조라는 최소 4가지 방법이 포함됩니다.또한 이러한 형태의 주물은 생산된 부품의 반복성을 향상시키고 거의 그물 모양에 가까운 결과를 제공합니다.

영구 금형 주조

영구 금형 주조는 재사용 가능한 금형("영구 금형")을 사용하는 금속 주조 공정으로, 보통 금속으로 만들어집니다.가장 일반적인 공정은 중력을 사용하여 금형을 채웁니다.그러나 가스 압력 또는 진공도 사용됩니다.슬래시 주물이라고 하는 전형적인 중력 주조 공정의 변형은 중공 주물을 생성합니다.일반적인 주조 금속은 알루미늄, 마그네슘 및 구리 합금입니다.다른 재료로는 주석, 아연, 납 합금이 있으며 철과 강철도 흑연 틀에 주조됩니다.영구 금형은 두 개 이상의 주물이 지속되지만 마모되기 전에 수명은 여전히 제한됩니다.

다이캐스팅

다이캐스팅 프로세스는 고압 상태에서 용융된 금속을 금형 캐비티(다이스로 가공됨)로 밀어 넣습니다.대부분의 다이캐스팅은 비철금속, 특히 아연, 구리 및 알루미늄 기반 합금으로 제작되지만 철 금속 다이캐스팅이 가능합니다.다이캐스팅 방법은 특히 디테일이 좋고 표면 품질이 우수하며 치수 일관성이 뛰어난 중소형 부품이 많이 필요한 용도에 적합합니다.

반고체 금속 주조

SSM(Semi-Solid Metal) 주물은 대부분의 다이캐스팅에 존재하는 잔류 다공성을 줄이거나 제거하는 변형 다이캐스팅 공정입니다.SSM 주물은 액체 금속을 공급 재료로 사용하는 대신 부분적으로 고체이고 부분적으로 액체인 고점도 공급 재료를 사용합니다.이 반고체 슬러리를 재사용 가능한 경화강 금형에 주입하기 위해 개조된 다이캐스팅 기계가 사용된다.반고체 금속의 높은 점도는 제어된 다이스 충전 조건의 사용과 함께 반고체 금속이 덜컹거리지 않게 다이스에 채워져 유해한 다공성을 근본적으로 제거할 수 있습니다.

주로 알루미늄 및 마그네슘 합금에 상업적으로 사용되는 SSM 주물은 T4, T5 또는 T6 온도계로 열처리할 수 있습니다.열처리, 빠른 냉각 속도(코팅되지 않은 강철 다이 사용) 및 최소 다공성 조합은 강도와 연성의 뛰어난 조합을 제공합니다.SSM 주물의 다른 장점으로는 복잡한 형태의 부품 그물 모양, 압력 밀착성, 치수 공차 및 박벽 ^[7]주조 기능이 있습니다.

원심 주조

이 공정에서는 금형에 용융된 금속을 붓고 금형이 회전하는 동안 응고시킵니다.금속은 금형의 회전축 중앙으로 주입됩니다.관성력에 의해 액체 금속이 주변으로 튀어 나온다.

원심 주물은 회전 챔버에 고정된 임시 모래 몰드를 사용하여 자체 힘 공급을 생성하기 때문에 중력과 압력에 의존하지 않습니다.리드타임은 어플리케이션에 따라 다릅니다.반원심 및 참원심 가공을 통해 시간당 30–50개씩 제조할 수 있으며, 품목당 표준 한계는 2.3–4.5kg이며, 총 질량은 약 9,000kg이다.

산업적으로, 철도 바퀴의^[8] 원심 주조는 독일 산업 회사 Krupp에 의해 개발된 방법의 초기 적용이었고, 이 기능은 기업의 빠른 성장을 가능하게 했다.

보석과 같은 작은 예술 작품들은 종종 잃어버린 왁스 과정을 사용하여 주조되는데, 그 힘은 다소 점성이 있는 액체 금속들이 매우 작은 통로를 통해 나뭇잎과 꽃잎과 같은 미세한 디테일로 흐를 수 있게 하기 때문이다.이러한 효과는 주얼리 주조에도 적용되는 진공 주조의 이점과 유사합니다.

연속 주조

연속 주조란 일정한 단면을 가진 금속 단면의 연속적이고 대량 생산을 위해 주조 공정을 정교하게 만든 것입니다.주로 가공을 ^{[9]: 339} 위한 반제품 생산에 사용됩니다.용융된 금속은 개방된 수냉식 금형에 부어지며, 이를 통해 고체 금속의 '피부'가 액체 중심 위에 형성되어 외부에서 금속이 점차 응고됩니다.응고 후, 스트랜드는, 일명, 금형으로부터 연속적으로 인출됩니다.소정의 스트랜드 길이는 기계적 가위 또는 주행하는 옥시아세틸렌 토치에 의해 절단되어 향후 형성 과정 또는 비축으로 이행할 수 있다.주조물 크기는 스트립(두께 몇 밀리미터, 폭 약 5미터)에서 빌렛(90~160mm 정사각형), 슬래브(폭 1.25m, 두께 230mm)까지 다양합니다.때때로, 스트랜드는 절단되기 전에 초기 열간 압연 공정을 거칠 수 있다.

표준 제품의 지속적인 생산과 관련된 낮은 비용과 최종 제품의 품질 향상으로 인해 연속 주조 기술이 사용됩니다.강철, 구리, 알루미늄 및 납과 같은 금속은 연속 주조되며, 강철은 이 방법을 사용하여 주조 톤수가 가장 큰 금속입니다.

업캐스팅

업캐스팅(업캐스팅, 업캐스팅 또는 업캐스팅)은 직경이 ^[10]8-30mm인 다양한 프로필(원통형, 사각형, 육각형, 슬래브 등)의 로드 및 파이프를 수직 또는 수평으로 연속 주조하는 방법이다.구리(Cu), 청동(Cu·Sn 합금), 니켈 합금이 사용되는 이유는 주조 속도가 빨라지고(수직 업캐스팅의 경우), 물리적 특성이 향상되기 때문입니다.이 방법의 장점은 금속이 거의 산소가 없으며,^[10] 금속 막대나 파이프를 물로 냉각하는 고온 저항 장치인 결정기에서 제품의 결정화(고화) 속도를 조절할 수 있다는 것입니다.

이 방법은 금속인 실리콘(Si) 결정을 재배하는 Czochralski 방법에 필적합니다.

용어.

금속 주조 공정에서는 다음과 같은 ^[11]용어를 사용합니다.

• 패턴: 금형 캐비티를 형성하는 데 사용된 최종 주물의 대략적인 복제품.
• 성형 재료:패턴 주위에 포장된 재료를 제거한 후 주조 재료가 쏟아질 캐비티를 남깁니다.
• 플라스크: 성형 재료를 고정하는 단단한 목재 또는 금속 프레임.
  • Cope: 패턴, 플라스크, 금형 또는 코어의 위쪽 절반.
  • 드래그: 패턴, 플라스크, 금형 또는 코어의 하단 절반.
• 코어: 구멍과 같은 주조물의 내부 특징을 만드는 금형의 인서트입니다.
  • 코어 프린트:코어를 찾고 지지하기 위해 사용되는 패턴, 코어 또는 몰드에 추가된 영역입니다.
• 금형 캐비티:주물을 생산하기 위해 금속을 주입하는 성형 재료와 코어의 결합된 개방 영역입니다.
• 라이저: 응고 시 수축을 보상하기 위해 녹인 재료로 채워지는 금형의 여분의 보이드.
• 게이트 시스템:용융 재료를 금형 캐비티에 전달하는 연결된 채널의 네트워크입니다.
  • 붓는 컵 또는 붓는 세면기:주입 용기로부터 용융 재료를 받는 탕구 시스템의 부분.
  • 스프루: 주입 컵은 탕구 시스템의 수직 부분인 스프루에 부착됩니다.스프루의 다른 쪽 끝은 러너에 부착됩니다.
  • 주자:스프루와 게이트를 연결하는 게이트 시스템의 수평 부분.
  • 관문: 주자에서 금형 공동으로 들어가는 제어된 입구.
• 통풍구: 주입 중에 발생하는 가스를 배출할 수 있는 추가 채널.
• 분할 선 또는 분할 표면:금형, 플라스크 또는 패턴의 코프와 드래그 하프 사이의 인터페이스입니다.
• 드래프트: 주물 또는 패턴의 테이퍼로 금형에서 빼낼 수 있습니다.
• 코어 박스:코어를 만드는 데 사용되는 금형 또는 금형입니다.
• 채플릿: 코어의 긴 수직 홀딩 로드. 주조 후 코어를 지지합니다.

다이캐스팅과 같은 일부 전문 공정에서는 추가 용어를 사용합니다.

이론.

주물은 응고 과정으로, 응고 현상이 주물의 대부분의 특성을 제어한다는 것을 의미합니다.또한 대부분의 주조 결함은 가스 다공성 및 응고 ^[12]수축과 같은 응고 과정에서 발생합니다.

응고 과정은 핵생성과 결정성장의 두 단계로 이루어진다.핵생성 단계에서는 액체 내에 고체 입자가 형성된다.이 입자들이 형성될 때, 그들의 내부 에너지는 둘 사이에 에너지 계면을 만드는 주변 액체보다 낮습니다.이 계면에서의 표면 형성은 에너지를 필요로 하기 때문에 핵생성이 일어나면 계면 표면 형성에 필요한 추가 에너지 때문에 물질이 실제로 저냉각된다(즉, 응고 온도 이하로 냉각된다).그런 다음 결정 성장 단계에서 다시 응고되거나 응고 온도로 다시 가열됩니다.핵생성은 부분 계면 표면에 완전한 구면 계면 표면만큼 많은 에너지가 필요하지 않기 때문에 기존의 고체 표면에서 발생합니다.이는 미세 주물이 거친 미세 주물보다 더 나은 특성을 가지고 있기 때문에 유리할 수 있습니다.입자 정제 또는 접종으로 미세 입자 구조를 유도할 수 있으며, 이는 불순물을 첨가하여 핵 형성을 ^[13]유도하는 과정이다.

모든 핵생성은 결정체를 나타내며, 액체가 남아 있지 않을 때까지 액체에서 융해열이 추출되면서 성장한다.성장 방향, 속도 및 유형을 제어하여 주조물의 특성을 극대화할 수 있습니다.방향성 응고란 물질이 한쪽 끝에서 응고되고 다른 한쪽 끝에서 응고되는 것을 말합니다. 액체 물질이 ^[13]수축을 보상할 수 있기 때문에 이것이 가장 이상적인 입자 성장 유형입니다.

냉각 곡선

냉각 곡선은 주물의 품질을 제어하는 데 중요합니다.냉각 곡선의 가장 중요한 부분은 미세 구조와 특성에 영향을 미치는 냉각 속도입니다.일반적으로 빠르게 냉각되는 주물의 영역은 미세 입자 구조로 되어 있으며, 천천히 냉각되는 영역은 거친 입자 구조로 되어 있습니다.다음은 ^[14]용어 정의와 함께 순수 금속 또는 공정 합금의 냉각 곡선의 예입니다.

열정지 전 재료는 액체이고 그 후 재료는 고체입니다.열정지 중 재료는 액체에서 고체로 변환됩니다.또한 과열될수록 액체 물질이 복잡한 ^[15]디테일로 흐를 때까지의 시간이 길어집니다.

위의 냉각 곡선은 순수 금속의 기본 상황을 나타내지만, 대부분의 주물은 아래와 같이 냉각 곡선이 형성된 합금입니다.

더 이상 열정지가 발생하지 않고 동결 범위가 있다는 점에 유의하십시오.동결 범위는 특정 합금에 대한 위상 다이어그램에 있는 액상 및 솔리더스에 직접 해당합니다.

추보리노프의 법칙

로컬 인증 시간은 Chvorinov 규칙을 사용하여 계산할 수 있습니다. 즉, 다음과 같습니다.

${\displaystyle t=B\left({\frac {V}{A}}\오른쪽)^{n}}$

여기서 t는 응고시간, V는 주물의 부피, A는 금형에 접하는 주물의 표면적, n은 상수, B는 금형 상수입니다.라이저가 먼저 굳으면 가치가 ^[16]없기 때문에 주조 전에 라이저가 굳을지 여부를 결정하는 데 가장 유용합니다.

탕구계

탕구 시스템은 여러 가지 용도로 사용되며, 가장 중요한 것은 액체 재료를 금형으로 운반하는 것뿐만 아니라 수축, 액체의 속도, 난류 및 트랩 드로스를 제어하는 것입니다.게이트는 일반적으로 주물의 가장 두꺼운 부분에 부착되어 있어 수축 제어에 도움이 됩니다.특히 대형 주물에서는 금형 캐비티의 여러 지점에 금속을 도입하기 위해 여러 개의 게이트 또는 러너가 필요할 수 있습니다.재료가 너무 느리게 이동하면 완전히 채워지기 전에 냉각되어 오동작 및 냉간 폐쇄가 발생할 수 있기 때문에 재료의 속도가 중요합니다.소재가 너무 빨리 움직이면 액체 소재가 금형을 부식시켜 최종 주물을 오염시킬 수 있습니다.또한 탕구 시스템의 모양과 길이는 재료가 얼마나 빨리 냉각되는지 제어할 수 있습니다. 짧은 원형 또는 사각 채널은 열 ^[17]손실을 최소화합니다.

탕구 시스템은 주조되는 재료에 따라 난류를 최소화하도록 설계될 수 있다.예를 들어 강철, 주철 및 대부분의 구리 합금은 난류를 감지하지 못하지만 알루미늄 및 마그네슘 합금은 난류를 감지합니다.난류 불감성 재료는 일반적으로 금형을 최대한 빨리 채울 수 있도록 짧고 개방적인 게이트 시스템을 갖추고 있습니다.그러나 난류 민감 재료의 경우 금형에 들어갈 때 재료가 낙하해야 하는 거리를 최소화하기 위해 짧은 스프루(sprew)를 사용합니다.사각형 주입 컵과 테이퍼 형태의 스프루는 재료가 몰드로 유입될 때 소용돌이 형성을 방지하기 위해 사용됩니다. 이러한 소용돌이는 가스와 산화물을 몰드로 흡입하는 경향이 있습니다.큰 스프루 웰은 액체 물질이 스프루 아래로 떨어질 때 운동 에너지를 소멸시켜 난류를 감소시키는 데 사용됩니다.초크는 유량을 제어하는 데 사용되는 탕구 시스템에서 가장 작은 단면적이며, 유량을 늦추고 부드럽게 하기 위해 스프루 웰 근처에 배치할 수 있습니다.일부 금형에서는 부품의 분리가 용이하도록 초크가 게이트에 배치되어 있지만 극단적인 ^[18]난류를 유발한다는 점에 유의하십시오.게이트는 보통 난기류와 ^[17]튀는 것을 최소화하기 위해 주조물 바닥에 부착됩니다.

게이트 시스템은 드로스를 가둬두도록 설계될 수도 있습니다.한 가지 방법은 일부 드로스가 모재보다 밀도가 낮기 때문에 탕구계 상부에 부유하는 것입니다.따라서, 주자의 바닥에서 나오는 관문이 있는 긴 플랫 러너는 러너에 드로스를 가둘 수 있습니다. 긴 플랫 러너는 라운드 러너나 사각 러너보다 재료를 더 빨리 냉각시킵니다.알루미늄과 같이 기본 재료와 밀도가 유사한 재료의 경우 러너 익스텐션 및 러너 웰이 유리할 수 있습니다.이는 드로스가 보통 주입 시작 부분에 위치한다는 사실을 이용하므로 러너는 마지막 관문을 지나 연장되고 오염물질이 웰에 포함되어 있다는 점을 이용한다.스크린 또는 필터를 사용하여 오염물을 ^[18]가둘 수도 있습니다.

탕구 시스템의 크기는 작게 유지하는 것이 중요합니다. 탕구 시스템은 모두 주물에서 잘라낸 후 재사용하려면 다시 녹여야 하기 때문입니다.주조 시스템의 효율성 또는 수율은 주조물의 무게를 주입된 금속의 무게로 나누어 계산할 수 있습니다.따라서 수치가 높을수록 게이트 시스템/^[19]레이저의 효율이 높아집니다.

수축

수축에는 액체의 수축, 응고 수축, 패턴 메이커의 수축 등 3가지 유형이 있습니다.액체의 뒷면 금형에 더 많은 물질이 유입되기 때문에 액체의 수축은 거의 문제가 되지 않습니다.응고수축은 금속이 고체보다 액체만큼 밀도가 낮기 때문에 응고 중에 금속 밀도가 급격히 증가하기 때문에 발생합니다.패턴메이커 수축이란 재료가 응고온도에서 상온으로 냉각될 때 발생하는 수축으로 ^[20]열수축으로 인해 발생하는 현상을 말한다.

응고 수축

각종^[21][22] 금속의 응고수축

메탈	퍼센티지
알루미늄	6.6
구리	4.9
마그네슘	4.0 또는 4.2
아연	3.7 또는 6.5
저탄소강	2.5–3.0
고탄소강	4.0
백주철	4.0–5.5
회색 주철	−2.5–1.6
연성 주철	−4.5–2.7

대부분의 재료는 굳으면 줄어들지만, 옆 표에서 볼 수 있듯이 회색 주철과 같은 일부 재료는 그렇지 않습니다.응고에 따라 수축하는 재료의 경우 수축 유형은 재료의 동결 범위에 따라 달라집니다.동결 범위가 좁은 재료의 경우, 외부 쉘이 먼저 얼고 점차 중앙으로 응고되기 때문에 파이프라고 하는 캐비티가 주조물 중앙에 형성됩니다.^[23]순수금속과 공정금속은 일반적으로 응고 범위가 좁다.이러한 재료는 외기 몰드에서 피부를 형성하는 경향이 있기 때문에 피부 형성 ^[23]합금으로 알려져 있습니다.110°C(230°F)^[23] 이상의 광범위한 동결 범위를 가진 재료의 경우, 훨씬 더 많은 주물이 흐물흐물한 부분 또는 슬러시 영역(솔리더스와 액상 사이의 온도 범위)을 차지하여 액체 주머니가 전체적으로 갇히고 궁극적으로 다공성이 발생합니다.이러한 주물은 연성, 인성 및 내피로성이 떨어지는 경향이 있습니다.또한 이러한 유형의 재료가 유체 밀도를 유지하려면 주조물에 저융점 금속 또는 ^[21][24]수지를 함침시키는 2차 작업이 필요합니다.

응고범위가 좁은 재료는 방향 응고를 촉진하도록 주물을 설계함으로써 배관을 극복할 수 있다. 즉, 먼저 게이트에서 가장 멀리 떨어진 지점에서 주물이 동결된 후 게이트를 향해 점진적으로 응고하는 것을 의미한다.이를 통해 응고 지점에 액체 물질이 지속적으로 공급되어 수축을 보상할 수 있습니다.최종 재료가 응고되는 수축 보이드는 여전히 존재하지만, 올바르게 설계되면 이는 탕구 시스템 또는 ^[21]라이저에 있을 것입니다.

라이저 및 라이저 보조구

피더라고도 불리는 라이저는 방향 고정을 제공하는 가장 일반적인 방법입니다.응고 주물에 액체 금속을 공급하여 응고 수축을 보상합니다.라이저가 제대로 작동하려면 주조 후 라이저가 굳어야 하며, 그렇지 않으면 주조 내에서 액체 금속을 수축시킬 수 없습니다.라이저는 각 주조물의 수율을 낮추기 때문에 주조물에 비용을 더합니다. 즉, 각 주조물의 고철로서 더 많은 금속이 손실됩니다.방향 고화를 촉진하는 또 다른 방법은 금형에 냉기를 첨가하는 것이다.냉각은 ^[25]성형에 사용되는 재료보다 더 빠르게 주조물에서 열을 전달하는 모든 재료입니다.

라이저는 3가지 기준으로 분류됩니다.첫 번째는 라이저가 대기에 개방되어 있으면 오픈 라이저라고 하고, 그렇지 않으면 블라인드 타입이라고 하는 것입니다.두 번째 기준은 라이저가 있는 위치입니다. 라이저가 주조물 위에 있으면 탑 라이저라고 하며, 주조물 옆에 있으면 사이드 라이저라고 합니다.마지막으로 라이저가 게이트 시스템에 배치되어 몰딩 캐비티 뒤에 채워지는 경우 라이브 라이저 또는 핫 라이저라고 하지만, 라이저가 몰딩 캐비티를 통해 이미 흘러 들어간 재료로 채워지는 경우 데드 라이저 또는 콜드 ^[19]라이저라고 합니다.

라이저 보조 장치는 라이저가 방향 고정을 만들거나 필요한 라이저 수를 줄이는 데 도움이 되는 품목입니다.이러한 항목 중 하나는 금형의 특정 부분의 냉각을 가속화하는 냉기입니다.외한과 내한의 두 종류가 있습니다.외부 냉기는 몰딩 캐비티 가장자리에 놓인 대용량 및 고열 전도성 재료 덩어리입니다.내부 냉각은 주입 중인 것과 동일한 금속 조각으로, 금형 캐비티 안에 넣어 주조물의 일부가 됩니다.라이저의 응고 속도를 늦추기 위해 라이저 캐비티 주위에 절연 슬리브와 토핑을 설치할 수도 있습니다.또한 ^[26]응고 속도를 늦추기 위해 라이저 캐비티 주변 또는 위에 히터 코일을 설치할 수도 있습니다.

패턴 메이커의 정신과 의사

다양한^[27] 금속의 전형적인 패턴 메이커 수축

메탈	퍼센티지	인/피트
알루미늄	1.0–1.3	1/8 ~ 5/32
금관 악기	1.5	3/16
마그네슘	1.0–1.3	1/8 ~ 5/32
주철	0.8–1.0	1⁄10 – 1⁄8
강철	1.5–2.0	3/16 – 1/4

고화 후의 수축은 사용하는 합금에 특화된 오버사이즈 패턴을 사용함으로써 대처할 수 있다.수축 규칙 또는 수축 규칙은 이러한 유형의 ^[27]수축에 대한 보상을 위해 패턴을 크게 만드는 데 사용됩니다.이러한 눈금자는 ^[26]주조되는 재료에 따라 최대 2.5%의 크기가 초과됩니다.이들 눈금자는 주로 백분율 변화에 의해 참조됩니다.기존 부품과 일치하는 패턴을 다음과 같이 만듭니다.먼저 기존 부품을 표준 자를 사용하여 측정한 후 패턴을 구성할 때 패턴 제작자가 수축 규칙을 사용하여 주조물이 올바른 크기로 수축되도록 보장합니다.

패턴메이커의 수축은 위상변화 변환을 고려하지 않습니다.예를 들어 공정 반응, 마텐사이트 반응 및 흑연화 작용은 팽창 또는 ^[27]수축을 일으킬 수 있습니다.

금형 공동

주물의 금형 공동은 여러 가지 이유로 인해 완성된 부품의 정확한 치수를 반영하지 못합니다.금형 공동에 대한 이러한 변경은 허용치라고 하며 패턴 메이커의 수축, 드래프트, 가공 및 왜곡을 설명합니다.확장 불가능한 공정에서는 이러한 여유가 영구 금형에 직접 부여되지만, 소모성 금형 공정에서는 패턴에 부여되어 나중에 금형 ^[27]공동을 형성합니다.확장 불가능한 금형의 경우 작동 ^[28]온도로 인한 가열로 인한 금형의 치수 변경에 대한 허용 시간이 필요합니다.

금형의 파팅 라인에 수직인 주조물의 표면에는 드래프트가 포함되어야 합니다.이는 팽창 불가능한 공정에서 주물을 방출하거나 소모성 공정에서 금형을 파괴하지 않고 금형에서 패턴을 방출할 수 있도록 하기 위함입니다.필요한 드래프트 각도는 피쳐의 크기와 모양, 금형 공동 깊이, 금형에서 부품 또는 패턴을 제거하는 방법, 패턴 또는 부품 재료, 금형 재료 및 공정 유형에 따라 달라집니다.보통 드래프트는 1%^[27] 이상입니다.

가공 여력은 공정마다 크게 다릅니다.모래 주물은 일반적으로 표면 마감이 거칠기 때문에 더 많은 가공 여유를 필요로 하는 반면, 다이 주물은 표면 마감이 매우 미세하여 가공 공차가 필요하지 않을 수 있습니다.또, 드래프트는,^[28] 우선 충분한 가공 여유를 제공할 수 있다.

왜곡 허용은 특정 형상에 대해서만 필요합니다.예를 들어, U자 주물은 다리가 바깥쪽으로 벌어지면서 변형되는 경향이 있는데, 이는 다리가 곰팡이에 의해 구속되는 동안 형상의 밑부분이 수축될 수 있기 때문입니다.이는 금형 캐비티를 설계하여 다리를 안쪽으로 기울이는 것으로 극복할 수 있습니다.또, 리브가 포함되어 있지 않으면, 긴 수평면이 가운데로 처지기 쉽기 때문에, 왜곡 여유가 필요한 ^[28]경우도 있다.

코어는 소모성 금형 공정에서 내부 기능을 생성하기 위해 사용될 수 있습니다.심은 금속일 수 있지만 보통 모래에서 만들어집니다.

충전

이 섹션은 확장해야 합니다.추가함으로써 도움이 될 수 있습니다. (2010년 2월)

금형 공동을 메우는 몇 가지 일반적인 방법이 있습니다. 중력, 저압, 고압 및 ^[29]진공입니다.

역중력 충전이라고도 하는 진공 충전은 탕구 시스템에서 응고되는 물질이 적기 때문에 중력 주입보다 금속 효율이 높습니다.중력 주입은 진공 주입의 60~95%에 비해 금속 수율이 15~50%에 불과합니다.또한 난기류가 적기 때문에 난기류를 제어할 필요가 없기 때문에 게이트 시스템을 간소화할 수 있습니다.또한 금속은 풀장 위쪽에서 끌어오기 때문에 금속은 밀도가 낮고(더 가볍고) 풀장 위쪽까지 부유하기 때문에 쓰레기와 슬래그가 없습니다.압력차는 금속이 금형의 모든 복잡함으로 흐를 수 있도록 도와줍니다.마지막으로, 낮은 온도를 사용할 수 있어 입자 ^[29]구조를 개선할 수 있습니다.최초의 특허받은 진공 주조 기계와 공정은 ^[30]1879년으로 거슬러 올라간다.

저압 충전은 5~15psig(35~100kPag)의 공기압을 사용하여 액체 금속을 금형 캐비티 안으로 밀어 넣습니다.이를 통해 중력 주조에서 발견되는 난류를 제거하고 밀도, 반복성, 공차 및 입자 균일성을 높일 수 있습니다.주조물이 응고되면 압력이 방출되고 남은 액체가 도가니로 돌아가 ^[31]수율이 증가합니다.

틸트 충전

틸트 주물이라고도 하는 틸트 충전은 도가니를 탕구 시스템에 부착하고 금속이 난기류를 거의 없이 금형 캐비티에 들어가도록 천천히 회전시키는 흔치 않은 충전 기술입니다.목표는 난류를 제한하여 다공성과 포함을 줄이는 것입니다.대부분의 경우 틸트 채우기는 다음과 같은 고유한 문제가 있기 때문에 가능하지 않습니다. 시스템이 난류를 유발하지 않을 정도로 충분히 느리게 회전하면 금속 스트림의 전면이 굳어지기 시작하여 오동작의 원인이 됩니다.시스템이 더 빨리 회전하면 난류가 유발되어 목적을 달성하지 못합니다.프랑스의 더빌은 1800년대에 틸트 캐스팅을 처음 시도했다.그는 알루미늄 ^[32]청동으로 주조할 때 표면 결함을 줄이기 위해 이를 사용하려고 했습니다.

매크로 구조

주괴 및 대부분의 주조물의 입자 매크로 구조에는 냉대, 주상대 및 등축대라는 세 가지 영역 또는 구역이 있습니다.다음 그림은 이러한 존을 나타내고 있습니다.

냉대는 벽이 물질을 냉각시키는 곰팡이 벽에서 발생하기 때문에 그렇게 이름 붙여졌습니다.여기에서 응고 과정의 핵 형성 단계가 일어납니다.더 많은 열이 제거됨에 따라 알갱이는 주조물의 중심을 향해 성장합니다.이들은 주조 표면에 수직인 얇고 긴 기둥으로, 이방성 특성이 있기 때문에 바람직하지 않습니다.마지막으로, 등축대 중앙에는 구형, 랜덤 방향의 결정이 있습니다.이것들은 등방성 특성을 가지고 있기 때문에 바람직합니다.낮은 주입 온도, 합금 포함물 또는 ^[16]접종제를 사용하여 이 구역의 생성을 촉진할 수 있습니다.

감사

강철 주물에 대한 일반적인 검사 방법은 자분 시험과 액체 침투 ^[33]시험입니다.알루미늄 주물에 대한 일반적인 검사 방법은 방사선 촬영, 초음파 검사 및 액체 침투제 ^[34]검사입니다.

결함들

주조 공정에서 발생할 수 있는 여러 가지 문제가 있습니다.주요 유형은 가스 다공성, 수축 결함, 금형 재료 결함, 주입 금속 결함 및 야금 결함입니다.

주조 공정 시뮬레이션

주조 공정 시뮬레이션은 수치 방법을 사용하여 금형 충전, 응고 및 냉각을 고려한 주조 부품 품질을 계산하고 주조 역학적 특성, 열응력 및 왜곡에 대한 정량적 예측을 제공합니다.시뮬레이션은 제작 시작 전에 주조 부품의 품질을 미리 정확하게 설명합니다.주조 연결은 필요한 구성 요소 특성에 대해 설계할 수 있습니다.이는 전체 주조 시스템의 정확한 레이아웃이 에너지, 재료 및 공구 비용 절감으로 이어지기 때문에 사전 생산 샘플링을 줄이는 것 이상의 이점이 있습니다.

이 소프트웨어는 부품 설계, 용해 관행 및 주조 방법 결정, 패턴 및 금형 제작, 열처리 및 마감에 이르기까지 사용자를 지원합니다.이를 통해 전체 주조 제조 경로에서 비용을 절감할 수 있습니다.

주조 공정 시뮬레이션은 70년대 초부터 유럽과 미국을 중심으로 대학에서 처음 개발되었으며 지난 50년간 주조 기술에서 가장 중요한 혁신으로 간주됩니다.80년대 후반부터는 주조 공장들이 금형 내부에서 무슨 일이 일어나는지 또는 주조 공정에서 다이(Die)에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있는 상용 프로그램을 이용할 수 있게 되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 청동과 놋쇠 장식품
• 청동 조각
• 단조
• 주조 공장
• 다공성 실링
• 스핀 캐스팅
• 스프레이 성형
• 석형

레퍼런스

메모들

참고 문헌

• Blair, Malcolm; Stevens, Thomas L. (1995), Steel castings handbook (6th ed.), ASM International, ISBN 978-0-87170-556-3.
• 를 클릭합니다Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• 를 클릭합니다Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven (2006), Manufacturing Engineering and Technology (5th ed.), Pearson, ISBN 0-13-148965-8.
• Kissell, J. Randolph; Ferry, Robert L. (2002), Aluminum structures: a guide to their specifications and design (2nd ed.), John Wiley and Sons, ISBN 978-0-471-01965-7.
• 를 클릭합니다Schleg, Frederick P.; Kohloff, Frederick H.; Sylvia, J. Gerin; American Foundry Society (2003), Technology of Metalcasting, American Foundry Society, ISBN 978-0-87433-257-5.
• 를 클릭합니다Stefanescu, Doru Michael (2008), Science and Engineering of Casting Solidification (2nd ed.), Springer, ISBN 978-0-387-74609-8.
• 를 클릭합니다Ravi, B (2010), Metal Casting: Computer-aided Design and Analysis (1st ed.), PHI, ISBN 978-81-203-2726-9.

외부 링크

• 인터랙티브 주조 설계/제조 사례 2020-06-09년 웨이백 머신에 보관
• 주물 또는 포기?각 제조 공정의 장점을 살펴봅니다.
• 50그램 아크 주조 합금 응고 동영상