영구 금형 주조
Permanent mold casting
영구 금형 주조는 재사용 가능한 금형("영구 금형")을 사용하는 금속 주조 공정으로, 보통 금속으로 만들어집니다.가장 일반적인 공정은 금형을 채우기 위해 중력을 사용하지만 가스 압력이나 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 [1][2]주조됩니다.
대표적인 제품은 기어, 스플라인, 휠, 기어 하우징, 파이프 피팅, 연료 분사 하우징 및 자동차 엔진 [1]피스톤과 같은 구성 요소입니다.
과정
영구 금형 주조에는 중력, 슬러시, 저압 및 진공의 네 가지 주요 유형이 있습니다.
중력 과정
중력 프로세스는 금형을 150–200°C(300–400°F)로 예열하여 흐름을 원활하게 하고 주조물의 열 손상을 줄이는 것으로 시작됩니다.그런 다음 금형 캐비티를 내화재 또는 금형 세척제로 코팅하여 주물이 금형에 부착되지 않도록 하고 금형 수명을 연장합니다.그런 다음 모래 또는 금속 코어를 설치하고 금형을 닫습니다.그런 다음 녹은 금속을 금형에 붓습니다.응고 직후 금형을 열고 주물을 제거하여 뜨거운 눈물의 발생 가능성을 낮춥니다.그런 다음 프로세스를 처음부터 다시 시작하지만, 이전 주조물의 열이 충분하고 내화 코팅이 여러 주조물을 견딜 수 있기 때문에 예열할 필요가 없습니다.이 공정은 일반적으로 대규모 생산 공정에서 수행되기 때문에 자동화된 장비가 금형을 코팅하고 금속을 붓고 [3][4][5]주물을 제거하는 데 사용됩니다.
금속은 균열과 [4]다공성을 최소화하기 위해 가장 낮은 실용 온도에서 주입됩니다.주입 온도는 주조 재료에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 예를 들어 아연 합금은 약 370°C(698°F)에서 주입되는 반면 회색 철은 약 1,370°C(2,500°F)[1]에서 주입됩니다.
곰팡이
주조 공정용 금형은 두 부분으로 구성됩니다.주조 금형은 대개 최고의 내열 피로성을 가지기 때문에 회색 주철로 형성되지만, 다른 재료로는 강철, 청동 및 흑연 등이 있습니다.이 금속들은 침식과 열피로에 대한 저항성 때문에 선택됩니다.금형이 수축에 대한 보정을 위한 접힘성을 제공하지 않기 때문에 일반적으로 매우 복잡하지 않습니다.대신 주조물이 굳어지면 금형이 열리기 때문에 뜨거운 찢어지는 것을 방지할 수 있습니다.코어는 사용할 수 있으며 보통 모래나 [4][5]금속으로 만들어집니다.
위와 같이 금형은 첫 번째 주조 주기 전에 가열된 후 연속적으로 사용하여 사이클 중에 최대한 균일한 온도를 유지한다.이를 통해 열피로를 줄이고 금속 흐름을 원활하게 하며 주조 [5]금속의 냉각 속도를 제어할 수 있습니다.
통풍은 보통 두 금형의 절반 사이에 약간의 균열이 있을 때 발생하지만, 이것이 충분하지 않을 경우 매우 작은 통풍구가 사용됩니다.그것들은 공기가 빠져나가도록 충분히 작지만 녹은 금속은 아니다.수축을 보상하기 위해 라이저도 포함시켜야 합니다.이는 보통 수율을 60% [5]미만으로 제한합니다.
핀 형태의 기계식 이젝터는 코팅이 금형에서 깁스를 제거하기에 충분하지 않을 때 사용됩니다.이러한 핀은 금형 전체에 배치되어 있으며,[citation needed] 보통 주물에 작고 둥근 자국이 남습니다.
슬러시
슬러시 주물은 중공 주물 또는 중공 주물을 만들기 위한 영구 성형 주물의 변형입니다.이 과정에서 재료는 금형에 붓고 금형 안에 재료 껍질이 형성될 때까지 냉각됩니다.그리고 나서 남은 액체를 부어 속이 빈 껍데기를 남긴다.결과 주조물은 표면 디테일이 양호하지만 벽 두께는 다를 수 있습니다.이 공정은 일반적으로 촛대, 램프 베이스, 조각상 등의 장식용 제품을 저융점 재료로 [2]주조하는 데 사용됩니다.비슷한 기술은 부활절과 크리스마스에 [6]할로우 초콜릿 피규어를 만드는 데 사용된다.
이 방법은 1893년 윌리엄 브리튼에 의해 납 장난감 병정 생산을 위해 개발되었다.솔리드 주물보다 재료를 덜 사용하고, 가볍고 저렴한 제품을 만들 수 있습니다.중공 주조 피규어는 일반적으로 여분의 액체가 [citation needed]쏟아진 곳에 작은 구멍이 있습니다.
이와 유사하게, 자동차 대시보드 제조에는 슬래시 몰딩이라고 불리는 프로세스가 사용되며, 인조가죽을 사용한 연성 패널 인테리어는 PVC 또는 TPU와 같은 자유 유동성 분말 플라스틱 화합물을 고온의 중공 금형에 붓고 점성이 있는 피부가 형성됩니다.그런 다음 여분의 슬러시를 제거하고 금형을 냉각한 후 성형품을 벗겨냅니다.[7]
저압
저압 영구 금형(LPPM) 주조에서는 보통 3~15psi(20~100kPa) 사이의 저압 가스를 사용하여 용융된 금속을 금형 캐비티에 밀어 넣습니다.압력은 액체 풀의 상단에 가해지며, 용융된 금속을 내화물 주입 튜브 위로 밀어올려 금형 바닥으로 밀어 넣습니다.주입 튜브는 레이들 바닥까지 연장되어 금형에 밀어넣는 재료가 매우 깨끗합니다.압력이 가해지면 용융된 금속이 수축되는 것을 보상하기 때문에 라이저가 필요하지 않습니다.주입 튜브에 라이저가 없고 주입 튜브에 있는 금속은 재사용을 [2][8]위해 레이들 안으로 다시 떨어지기 때문에 수율은 보통 85% 이상입니다.
LPPM 주물의 대부분은 알루미늄과 마그네슘이지만 일부는 구리 합금입니다.일정한 압력으로 인해 금형을 채울 때 난류가 거의 없다는 장점이 있으며, 가스 다공성과 드로스 형성을 최소화합니다.기계적 특성은 중력 영구 금형 주물보다 약 5% 우수합니다.단점은 중력 영구 금형 [8]주물보다 사이클 타임이 더 길다는 것입니다.
진공.
진공 영구 금형 주물은 LPPM 주물의 장점을 모두 유지하며, 용융 금속의 용해 가스를 최소화하고 용융 금속의 청결도를 더욱 향상시킵니다.이 공정은 얇은 프로파일을 처리할 수 있으며 우수한 표면 마감을 제공합니다.기계적 특성은 일반적으로 중력 영구 금형 주물보다 10~15% 더 우수합니다.이 공정의 중량은 0.2~5kg(0.44~11.02파운드)[8]으로 제한됩니다.
장점과 단점
주요 장점은 재사용 가능한 금형, 좋은 표면 마감, 좋은 치수 정확도 및 높은 생산률입니다.일반적인 공차는 첫 번째 25mm(첫 번째 인치 0.015인치)에 대해 0.4mm이고 각 추가 센티미터에 대해 0.02mm(인치당 0.002인치)입니다. 치수가 분할선과 교차하는 경우 0.25mm(0.0098인치)를 추가합니다.일반적인 표면 마감은 2.5~7.5μm(100~250μin) RMS입니다. 2~3°의 드래프트가 필요합니다.벽 두께는 3~50mm(0.12~1.97인치)로 제한됩니다.일반적인 부품 크기는 100g ~ 75kg(몇 온스 ~ 150파운드)입니다.다른 장점으로는 금형 벽 두께를 변경하거나 금형의 일부를 가열 또는 냉각하여 방향 고화를 유도할 수 있다는 점이 있습니다.금속 금형을 사용하여 발생하는 빠른 냉각 속도는 모래 주조보다 미세한 입자 구조를 제공합니다.접이식 금속 코어를 사용하여 빠른 동작 [2][3]금형을 유지하면서 언더컷을 만들 수 있습니다.
세 가지 주요 단점은 높은 공구 비용, 저융점 금속으로 제한됨, 짧은 금형 수명입니다.툴링 비용이 높기 때문에 소규모 생산 공정에서는 이 공정이 비경제적입니다.강철을 주조하거나 다림질을 할 때 금형 수명은 매우 짧습니다.낮은 녹는점 금속의 경우 금형 수명이 길지만 열 피로와 침식은 일반적으로 수명을 10,000 - 120,000 사이클로 제한합니다.금형 수명은 금형 재료, 주입 온도, 금형 온도 및 금형 구성의 네 가지 요소에 따라 달라집니다.회색 주철로 만든 금형은 제작하는 것이 더 경제적이지만 금형 수명은 짧습니다.반면 H13 공구강으로 만든 금형은 금형 수명이 몇 배 더 길 수 있습니다.주입 온도는 주조 금속에 따라 다르지만 주입 온도가 높을수록 금형 수명이 짧아집니다.높은 주입 온도는 수축 문제를 유발하고 더 긴 사이클 시간을 만들 수 있습니다.금형 온도가 너무 낮으면 오차가 발생하지만 금형 온도가 너무 높으면 사이클 타임이 길어지고 금형 침식이 증가한다.금형 또는 주물의 단면 두께 차이가 크면 [5]금형 수명도 단축할 수 있습니다.
레퍼런스
- ^ a b c Todd, Allen & Alting 1994, 페이지 258–262.
- ^ a b c d Degarmo, Black & Kohser 2003, 페이지 327.
- ^ a b Degarmo, Black & Kohser 2003, 페이지 325.
- ^ a b c Kalpakjian & Schmid 2006, 페이지 303-304.
- ^ a b c d e Degarmo, Black & Kohser 2003, 페이지 326.
- ^ "Archived copy". Archived from the original on 2010-01-15. Retrieved 2009-11-04.
{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크) - ^ "Slush Molding". Dictionary of Scientific & Technical Terms. McGraw-Hill. 2003.
- ^ a b c Degarmo, Black & Kohser 2003, 페이지 328.
참고 문헌
- Degarmo, E. Paul; Black, J. T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
- Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven (2006), Manufacturing Engineering and Technology (5th ed.), Pearson, ISBN 0-13-148965-8.
- 를 클릭합니다Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Manufacturing Processes Reference Guide, Industrial Press Inc., ISBN 0-8311-3049-0.
