대부분의 사람들은 '주조'라는 말을 들으면 용융된 금속이 모래 주형에 부어지는 것을 상상합니다. 그것은 낭만적인 버전입니다. 현실은 설계 야망, 재료 물리학, 굳건한 응고 특성 사이의 끊임없는 협상입니다. 가장 큰 오해는? 간단한 부품을 만들기 위한 저렴하고 낮은 기술의 공정이라는 것입니다. 높은 무결성 터빈 블레이드가 고장난 엔지니어에게 그 이야기를 해보십시오. 캐스팅 육안으로 보이지 않는 결함.
핵심: 틀에 관한 것
모든 것은 금형에서 시작되고 종종 금형에서 끝나기도 합니다. 사형 주조, 인베스트먼트 주조 또는 쉘 성형 사이의 선택은 단지 비용에 관한 것이 아닙니다. 그것은 달성하려는 기하학적 구조와 필요한 표면 마감에 관한 것입니다. 예를 들어, 회사가 좋아하는 쉘 몰드 주조 칭다오창센위안과기유한회사(QSY) 특산품으로 등록되어 기존 그린 샌드보다 마감과 치수 정확도가 더 좋습니다. 엔진 블록이나 밸브 본체 등 괜찮은 세부 묘사로 동일한 부품을 많이 만들어야 할 때 사용합니다. 껍질은 패턴의 얇고 단단한 세라믹 복사본과 같습니다.
인베스트먼트 주조는 복잡성의 다른 쪽 끝입니다. 기본적으로 왁스 패턴 주위에 세라믹 껍질을 키우고 왁스를 녹인 다음 금속을 구멍에 붓습니다. 왁스는 언더컷, 내부 구절, 미세한 텍스트 등 엄청난 복잡성을 허용합니다. 그러나 공정이 길고 금형 당 비용이 높습니다. 대용량 실행에는 적합하지 않습니다. 항공우주 부품, 수술 도구에서 볼 수 있습니다. 여기서 기술은 왁스 주입, 껍질을 만들기 위한 슬러리 담그기, 깨지기 쉬운 껍질을 깨뜨리지 않고 제어된 탈납을 관리하는 것입니다. 쉘 코팅에 있는 단일 핀홀은 최종 부품의 핀을 의미하며 이는 폐기된 부품을 의미할 수 있습니다.
사람들이 넘어지는 곳은 패턴에 있습니다. 껍질이든 모래든 패턴은 수축을 고려해야 합니다. 다양한 금속은 다양한 속도로 수축합니다. 회색 철 패턴은 알루미늄에 쓸모가 없습니다 캐스팅 정밀도가 필요한 경우. 그리고 주형을 찢지 않고 모래에서 패턴을 끌어낼 수 있도록 초안(수직 면에 점점 가늘어지는 형태)을 포함해야 합니다. CNC 가공에 익숙한 디자이너가 완벽한 90도 수직 벽 모델을 보냈기 때문에 프로젝트가 몇 주 지연되는 것을 보았습니다. 캐스팅할 수 없습니다. 나중에 기계로 가공해야 하므로 목적이 무산됩니다.
재료는 단지 데이터 시트의 선택 항목이 아닙니다
스테인레스 스틸과 같은 소재를 선택하는 것은 끝이 아닌 대화의 시작입니다. 304, 316, 17-4PH를 말하는 건가요? 각각은 다르게 흐르고, 다르게 수축하며, 붓는 동안 산소와 다르게 반응합니다. 정말 까다로운 것은 QSY가 언급한 니켈 기반 또는 코발트 기반 초합금과 같은 특수 합금입니다. 이는 고열, 높은 부식 등 극한 환경에서 자주 사용됩니다. 캐스팅하기가 잔인합니다.
이러한 합금의 문제점은 용융 거동과 반응성입니다. 녹는점이 높은 경우가 많기 때문에 용광로와 도가니 재료는 이를 견뎌야 합니다. 더 중요한 것은 반응성이 있을 수 있다는 것입니다. 용광로의 분위기(진공 또는 불활성 가스 사용)에 주의하지 않으면 강화를 위한 알루미늄이나 티타늄과 같은 원하는 요소가 용융물에서 산화됩니다. 사양에 맞지 않는 화학 반응이 남게 됩니다. 코발트 합금의 버너 노즐 작업을 기억합니다. 처음 몇 번의 실행에서는 성능이 일관되지 않았습니다. 알고 보니 붓는 온도의 사소한 변화로 인해 미세분리(microsegregation)라는 현상이 발생했습니다. 특정 요소가 먼저 응고되어 약한 부분이 생긴 것입니다. 우리는 온도 제어 창을 섭씨 30도까지 강화해야 했으며 이는 모든 고온계를 재보정해야 함을 의미했습니다.
그런 다음 게이팅과 라이징이 있습니다. 이는 금속을 금형 캐비티(게이트)에 넣고 응고됨에 따라 수축을 발생시키도록(라이저) 설계한 배관 시스템입니다. 간단한 강철 브래킷의 경우 표준 규칙이 적용됩니다. 연성주철로 만든 복잡하고 얇은 벽의 하우징이라면 예술이 됩니다. 금속이 조기에 얼지 않을 만큼 신속하고 격동적으로 주형을 채우되, 주형을 침식하고 모래 함유물을 생성할 정도로 격동적이지는 않기를 원합니다. 라이저는 부품의 가장 두꺼운 부분보다 더 오랫동안 용융 상태를 유지해야 하며 수축을 보상하기 위해 액체 금속을 공급해야 합니다. 잘못 생각하면 수축 다공성이 발생합니다. 단단한 부품처럼 보이는 내부의 해면질 같은 약한 부분입니다. X-Ray와 같은 비파괴 검사를 통해 발견하면 해당 부품은 폐기됩니다.
주조와 가공이 충돌하는 곳
주조 부품 중 주조 부품을 그대로 사용할 수 있는 경우는 거의 없습니다. 거의 모두가 필요합니다. 가공. 여기서는 주조소와 기계 공장 간의 관계가 매우 중요합니다. QSY처럼 두 가지를 모두 수행하는 회사 CNC 가공 능력이 큰 장점이 있습니다. 그들은 전체 여행을 이해합니다.
핵심은 처음부터 가공을 계획하는 것입니다. 절단할 표면에 가공 여유라고 하는 추가 재료를 넣어야 합니다. 하지만 아무데나 3mm만 추가할 수는 없습니다. 너무 많이 추가하면 값비싼 금속이 낭비되고 가공 시간이 늘어납니다. 너무 적게 첨가하면 커터가 전체 표면을 정리하지 못하고 원래 캐스트 스킨 패치가 남을 수 있습니다. 더 나쁜 것은 주조 자체가 치수적으로 안정적이지 않은 경우(냉각 중에 뒤틀림) 기계공이 한 지점에서는 절단할 재료가 없고 다른 지점에서는 너무 많은 재료를 절단할 수 있다는 사실을 발견할 수 있다는 것입니다.
우리는 펌프 하우징 프로젝트에서 이것을 힘들게 배웠습니다. 캐스팅은 아름답게 나왔지만 길이 500mm에 1.5mm 정도 약간 휘어졌습니다. 길고 박스형 모양이 특이한 것은 아닙니다. 우리의 가공 프로그램은 완벽하게 평평한 표면을 가정했습니다. CNC 밀의 첫 번째 패스에서는 한쪽 끝을 크게 자르고 다른 쪽 끝은 거의 긁지 않았습니다. 우리는 중지하고 다시 고정하고 프로브를 사용하여 실제 표면을 매핑한 다음 공구 경로를 조정해야 했습니다. 시간이 추가되었습니다. 이제 중요한 결합 표면의 경우 주조 도면에 직진도 공차를 지정하거나 전략적인 보강 리브를 설계하여 뒤틀림을 줄입니다. 부품 공급업체와 제조 파트너를 구분하는 것은 이러한 종류의 교차 프로세스 사고입니다.
보이지 않는 품질 전쟁: 비파괴 테스트
내부적으로는 완전히 실패한 완벽해 보이는 캐스팅을 가질 수 있습니다. NDT가 필요한 곳입니다. 육안 검사는 첫 번째 단계로 콜드 셧(두 개의 금속 흐름이 융합되지 않은 곳)이나 모래 구멍과 같은 명백한 표면 결함을 찾는 것입니다. 염료 침투 테스트는 표면 균열을 찾아냅니다. 하지만 진정한 확신은 내부를 들여다보는 방법에서 나옵니다.
방사선 사진 테스트(X-Ray)는 내부 공극, 수축 또는 함유물을 찾기 위한 최고의 표준입니다. 당신은 영화에서 그림자를 찾고 있습니다. 하지만 느리고 비용이 많이 듭니다. 초음파 테스트는 표면 바로 아래의 균열과 같은 표면 결함을 감지하는 데 더 빠릅니다. 금속을 통해 음파를 보내고 에코를 듣는 방식으로 작동합니다. 신호를 해석하는 기술자의 기술이 전부입니다.
문제는 모든 부품에 대해 100% NDT가 거의 경제적이지 않다는 것입니다. 부품의 중요도를 기반으로 샘플링 계획을 개발합니다. 장식용 브래킷은 시각적인 효과만 얻을 수 있습니다. 석유 굴착 장치용 압력 함유 밸브 본체? 모든 중요한 부분에 대해 100% 엑스레이가 촬영됩니다. ASTM, ISO, MIL 사양 등 귀하가 사용하는 표준에 따라 허용 가능한 결함 크기와 밀도가 결정됩니다. 때로는 기술적으로는 사양 범위 내에 있지만 위치가 끔찍한 결함을 발견하는 경우가 있습니다. 배송해주나요? 그것은 판단의 요청이며 고객의 엔지니어와의 대화입니다. 나는 스트레스 영역에서 멀리 떨어진 작고 고립된 기공이 기능적 위험이 아니므로 고철통에서 값비싼 부품을 절약할 수 있다고 주장해야 했습니다. 때로는 상처를 받더라도 실패를 선언하는 사람이 되어야 합니다.
실제 타협: 비용, 시간, 성능
결국, 캐스팅 가능한 타협점을 찾는 것입니다. 설계자는 가볍고 강도가 높으며 열 효율적이고 기하학적으로 복잡한 거울 마감 부품을 원합니다. 구매 부서에서는 한 대당 50달러에 구입하기를 원합니다. 다음 분기까지 생산에 10,000개가 필요합니다.
이러한 요구사항을 분해해야 합니다. 기하학적으로 복잡하면 매몰 주조를 선택하게 되어 비용이 증가하고 거래량이 줄어들 수 있습니다. 10,000개의 조각은 재료 선택을 제한하고 내부 복잡성을 달성하지 못할 수도 있는 고압 다이 캐스팅이나 영구 주형을 향해 나아가게 됩니다. 고강도를 위해서는 강철이나 특수 합금이 필요할 수 있으며, 이는 일부 고속 공정을 배제합니다. 결국 중간에 도달하게 됩니다. 코어를 전략적으로 사용하고 중요한 표면을 가공한 연성 철로 잘 설계된 모래 주조를 사용하게 될 수도 있습니다. 어느 하나의 이상에 대한 완벽한 버전은 아니지만, 비용과 시간에 맞춰 안정적으로 만들 수 있는 버전입니다.
그것이 실제적인 진실입니다. 단일 속성에서 완벽함을 달성하는 것이 아닙니다. 이는 금형 방법, 재료, 게이트, 열처리, 기계 가공 등 모든 변수를 조정하여 응용 분야에 적합한 지점을 찾는 것입니다. 30년 된 회사처럼 수십 년 동안 이 분야에 종사해 온 공급업체는 이러한 상충관계를 수천 번 목격했습니다. 그들은 단지 인쇄를 실행하는 것이 아닙니다. 그들은 요구 사항의 경계를 읽고 프로세스가 반격할 위치를 예상하며 제조 가능한 결과를 향해 프로젝트를 조정하고 있습니다. 이것이 진정한 가치이며, 지속적으로 올바른 결과를 얻기 시작하기 전에 몇 번 틀리는 과정을 통해서만 배울 수 있는 것입니다.
