보세요, 중력 모래 주조. 간단하게 들리죠? 용융된 금속을 모래 주형에 붓고 중력이 작용하도록 하여 부품을 부수십시오. 나는 그 단순화된 버전을 수천 번 들었고, 이것이 첫 번째 큰 오해로 이어졌습니다. 단순한 모양을 위한 값싸고 낮은 기술의 프로세스일 뿐이라는 것입니다. 현실, 뉘앙스가 바로 진정한 기술이 있는 곳입니다. 단지 모양을 만드는 것이 아닙니다. 모래 구멍의 응고를 제어하고, 말 그대로 흙인 물질을 통한 열 전달을 관리하며, 금속이 자체 무게에 의해서만 당겨질 때 금속이 어떻게 움직일지 예측하는 것입니다. 그것은 사용 가능한 주물과 스크랩 더미 사이의 간격입니다. 나는 상점들이 겉보기 단순함에 만족하다가 다공성 문제나 일관되지 않은 치수로 인해 어려움을 겪는 것을 보았습니다. 모두 모래를 열 시스템의 중요한 부분이 아닌 단순한 용기로 취급했기 때문입니다.
모래는 그냥 모래가 아니다
아마도 이것이 가장 간과되는 측면일 것이다. 우리가 다음에 대해 이야기할 때 중력 모래 주조 곰팡이, 우리는 해변 모래에 대해 말하는 것이 아닙니다. 공식화된 시스템입니다. 녹색 모래(점토 결합), 수지 결합 또는 기타 바인더 등 바인더는 게임을 완전히 변화시킵니다. 녹색 모래는 가소성을 갖고 있어 특정 형상에 환상적이며 적절한 쉐이크아웃을 허용합니다. 그런데 수분 함량은? 습한 날씨에 일관성을 유지하는 것은 악몽입니다. 1~2%만 이동해도 가스 결함, 즉 가공 중에만 발견되는 주물의 표면 바로 아래에 있는 핀홀 다공성이 발생할 수 있습니다. 나는 우리가 만든 연성 철 브래킷 배치를 기억합니다. 표면은 완벽해 보였지만 가공 공장에서는 표면 전체에 작은 구멍이 있는 사진을 가지고 우리를 다시 불러왔습니다. 범인은? 해당 부분을 성형한 날 밤 습도가 급상승했습니다. 모래는 여분의 수분을 흡수하여 쇠가 닿는 순간 증기로 변했습니다.
그런 다음 푸란이나 페놀-우레탄과 같은 수지 결합 모래가 있습니다. 훨씬 더 나은 치수 안정성과 표면 마감으로 인해 더 복잡한 코어에 자주 사용됩니다. 중력 모래 주조. 그러나 냄새, 비용, 그리고 모래가 재활용하기 더 어려운 폐기물이 된다는 사실이 트레이드오프입니다. 새 모래를 더 자주 구입하게 됩니다. 그리고 게이트 디자인은 정확해야 합니다. 녹색 모래에는 가스가 빠져나갈 수 있는 투과성이 있습니다. 이러한 더 단단한 수지 시스템을 사용하면 통풍구가 완벽하지 않으면 가스가 갇히고 타격이 발생합니다. 이는 재료 특성, 비용 및 최종 부품 요구 사항 간의 지속적인 균형입니다.
그리고 코어 제작은 그 자체의 세계입니다. 밸브 본체나 엔진 블록의 내부 통로의 경우 모래 코어를 금형에 떨어뜨립니다. 코어는 씻겨 나가지 않고 용융된 금속의 압력을 견딜 수 있을 만큼 강해야 하며, 또한 뜨거운 찢어짐을 생성하지 않고 주물이 수축할 수 있을 만큼 충분히 접힐 수 있어야 합니다. 모래, 결합제, 첨가물의 혼합인 핵심 모래 제조법을 올바르게 얻는 것은 연금술입니다. 나는 너무 강한 코어가 이 굳건한 내부 형태 주위로 냉각되고 수축됨에 따라 주조물이 글자 그대로 깨지는 것을 보았습니다. 어떤 경우에는 코어가 너무 일찍 부드러워져 금속이 침투하여 청소할 수 없는 곳에 핀이 생길 수도 있습니다. 결코 모래 모양만 만드는 것이 아닙니다.
게이팅, 공급 및 흐름의 물리학
게이팅 시스템은 용융 금속의 배관입니다. 부차적인 세부 사항처럼 보이지만 기본입니다. 에서 중력 모래 주조, 금속을 강제로 공급할 때 높은 압력이 없습니다. 캐비티를 채우는 압력을 제공하기 위해 유압 헤드(스프루의 금속 높이)에 의존하고 있습니다. 스프루가 너무 짧으면 얇은 부분을 채우지 못할 수도 있습니다. 높이가 너무 높으면 과도한 난류가 발생하여 스트림에 산화물 함유물과 공기가 유입됩니다. 목표는 층류입니다. 폭포가 아닌 시럽을 붓는 것처럼 금속이 조용히 주형을 채우길 원합니다.
우리는 고객을 위한 일련의 스테인레스 스틸 펌프 하우징을 통해 이를 어렵게 배웠습니다. 초기 설계에는 단일 입구로의 간단한 다운스프루가 있었습니다. 주물은 상단 근처에 먼지가 포함된 것처럼 보이는 것과 함께 계속해서 나왔습니다. 그것들을 절단하고 분석한 결과, 그것은 흙이 아니라, 타설 중에 휘저어진 슬래그와 산화된 금속이었습니다. 우리는 더러워진 첫 번째 금속을 가두기 위해 스프루 바닥에 우물을 포함하도록 게이팅을 재설계했으며, 흐름을 보다 균등하게 분배하기 위해 여러 개의 작은 입구가 있는 계단형 러너 시스템을 사용했습니다. 불량률이 70% 이상 감소했습니다. 이것이 바로 좋은 시스템이 만드는 차이입니다. 그것은 마술이 아닙니다. 그것은 유체 역학을 적용한 것입니다.
그런 다음 먹이를 주는 라이저가 있습니다. 이는 주물이 응고되고 수축될 때 주물에 공급되는 뜨거운 금속 저장소입니다. 금속은 액체에서 고체로 변하면서 수축합니다. 수축을 공급하지 않으면 주물 내부의 해면질 같은 약한 부분인 수축 다공성이 발생합니다. 비결은 라이저를 올바른 위치에 배치하여 올바른 크기로 만들고, 공급되는 주물 부분보다 오랫동안 뜨거운 상태를 유지하는 것입니다. 때로는 금속을 녹인 상태로 유지하기 위해 발열 라이저 슬리브가 필요할 수도 있습니다. 이는 방향성 응고에 관한 것입니다. 주물이 말단에서 라이저를 향해 응고되도록 하여 라이저가 액체 금속을 수축 영역에 지속적으로 공급할 수 있도록 합니다. 잘못 배치된 라이저는 잘라내야 할 무게입니다. 잘 설계된 것은 건전한 금속에 대한 보험입니다.
재료 선택과 응고의 춤
당신이 선택한 금속이 모든 것을 결정합니다. 중력 모래 주조 프로세스. 회주철은 강철이나 니켈 기반 합금과 전혀 다른 연성철처럼 거동하지 않습니다. 흑연 플레이크를 포함하는 회주철은 유동성이 좋으며 흑연 석출로 인해 응고 중에 팽창이 발생합니다. 이는 실제로 수축 문제를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 구형 흑연을 함유한 연성철은 다양한 수축 특성을 가지며 주의 깊게 다루지 않으면 드로스가 형성되기 쉽습니다.
강철은 짐승이다. 붓는 온도는 철보다 훨씬 높기 때문에 관리해야 할 열이 더 많습니다. 모래주형은 더욱 격렬한 열충격을 받습니다. 강철은 또한 수축률이 훨씬 더 높습니다(탄소강의 경우 약 2% 이상). 공급 시스템(라이저)은 훨씬 더 크고 더 견고해야 합니다. 그리고 스테인리스강이나 고합금강과 같은 특정 합금의 경우 유동성이 낮아져 얇은 부분을 채우려면 훨씬 더 신중한 게이팅 설계가 필요합니다. 나는 다음과 같은 상점에서 일했습니다. 칭다오창센위안과기유한회사(QSY) 특수 합금과 관련된 프로젝트에 참여하고 있습니다. 다음 사이트에서 그들의 경험을 볼 수 있습니다. https://www.tsingtaocnc.com. 코발트 기반 또는 니켈 기반 합금을 다룰 때 금속 자체의 비용이 너무 높기 때문에 주조품을 폐기하는 것은 큰 손실입니다. 오류의 여지가 줄어듭니다. 모래 온도부터 금속 주입 온도, 주입 속도까지 공정 제어가 세심해야 합니다. 소개에서 언급했듯이 주조 및 기계 가공 분야의 오랜 역사를 통해 쉘, 매몰 및 모래 공정 전반에 걸쳐 이러한 정확한 재료별 문제를 해결해 왔음을 알 수 있습니다.
알루미늄 및 구리 기반 합금은 완전히 다른 세계입니다. 더 낮은 온도에서 부어지지만 가스가 발생할 수 있습니다. 종종 수소를 제거하기 위해 주입 전에 용광로나 국자에서 탈기를 요구하는데, 이는 총 다공성을 유발합니다. 모래는 완전히 건조되어야 합니다. 모든 수분은 알루미늄과 격렬하게 반응하여 가스를 생성할 뿐만 아니라 잠재적으로 증기 폭발을 일으켜 금형을 손상시킵니다. 모든 재료에는 고유한 특성이 있고 프로세스에 대한 고유한 요구 사항이 있습니다.
그것이 적합한 곳과 다른 곳을 찾아야 할 때
중력 모래 주조 상대적으로 단순하거나 중간 정도 복잡한 형상을 갖춘 중대형 부품에 탁월합니다. 엔진 블록, 기어박스 하우징, 대형 밸브 본체, 공작 기계 베이스, 펌프 케이스를 생각해 보십시오. 툴링(패턴)이 영구 금형이나 다이캐스팅 다이에 비해 상대적으로 저렴하기 때문에 소량에서 중간 규모의 볼륨에 대해 비용 효과적입니다. 목재나 플라스틱 패턴을 사용하는 경우 새 부품을 생산하는 리드 타임이 짧을 수 있습니다. 크기 범위는 사실상 무제한입니다. 무게가 톤에 달하는 부품을 주조할 수 있습니다.
그러나 한계가 있습니다. 표면 마감과 치수 정확도는 좋지만 인베스트먼트 주조나 고압 다이 캐스팅만큼 단단하지는 않습니다. 매우 얇은 벽(대부분의 금속의 경우 1/8인치 미만), 복잡한 내부 세부 사항 또는 거울과 같은 주조 표면이 필요한 부품이 필요한 경우 아마도 매몰 주조를 고려하고 있을 것입니다. 그렇기 때문에 다음과 같은 풀 서비스 파운드리 QSY 그들의 능력과 함께 쉘 몰드와 매몰 주조를 모두 제공할 것입니다. 쉘 몰드는 기본 모래 주조에서 한 단계 더 높은 정밀도와 마감을 제공하며, 인베스트먼트 주조는 더욱 발전합니다. 이는 프로세스를 부품의 요구 사항에 맞추는 것입니다.
또 다른 큰 고려 사항은 생산 속도입니다. 각 모래 주형을 손으로 만드는 것은 느립니다. 소형 부품의 대량 생산을 위해 자동화된 생사 성형 라인이 존재하지만 이는 막대한 자본 투자입니다. 작업장 또는 프로토타입 제작용, 수동 또는 반자동 중력 모래 주조 믿을 수 없을 만큼 유연합니다. 툴링 비용을 들이지 않고도 일회성 또는 소규모 배치를 만들 수 있습니다. 이것이 가장 중요한 프로세스인 이유는 적응력이 있고 어떤 면에서는 관대하며(항상 패턴을 고칠 수 있음) 믿을 수 없을 만큼 강력하고 내구성이 뛰어난 부품을 생산할 수 있기 때문입니다.
불가피한 변수와 인적 요소
아무리 표준화해도 파운드리 작업은 변수로 가득 차 있습니다. 부을 때 모래의 온도. 국자에 있는 금속의 온도 - 부으면 냉각되므로 시리즈의 마지막 주형이 첫 번째 주형보다 금속이 약간 더 차가워질 수 있습니다. 푸어러의 스킬. 좋은 푸어러는 속도를 제어하고, 스프루를 가득 채워 헤드 압력을 유지하며, 난류를 최소화합니다. 초보자는 완벽한 금형 설계를 망칠 수 있습니다.
그런 다음 쉐이크 아웃과 청소가 있습니다. 모래를 부수는 것은 간단해 보이지만, 너무 거칠면 깨지기 쉬운 주물이 손상될 수 있습니다. 일반적으로 띠톱이나 연마용 커터를 사용하여 게이트와 라이저를 잘라야 합니다. 그런 다음 절단 부위를 매끄럽게 하기 위해 연삭하고, 표면을 청소하기 위해 쇼트 블라스팅을 하고, 최종 특성을 위해 종종 열처리를 합니다. 모든 단계에서 오류나 손상이 발생할 가능성이 있습니다. 나는 아름답고 건전한 캐스팅이 지나치게 열성적인 그라인더에서 깊은 흠집을 얻어 수리 작업이나 스크랩으로 바뀌는 것을 보았습니다.
하루가 끝날 무렵, 중력 모래 주조 기초적인 과정이다. 화려하진 않아요. 더럽고 뜨거울 때가 많습니다. 그러나 이러한 기본 원리에 대한 이해를 통해 모래 더미, 금속 덩어리를 정확하고 기능적이며 하중을 지탱하는 구성 요소로 바꾸는 데는 깊은 만족감이 있습니다. 이는 고대 공예와 현대 야금 과학의 혼합입니다. 잘하는 가게, 수십년 경력의 가게 QSY, 모래 제조법, 게이팅 경험 법칙, 각 합금의 특징 등 이러한 모든 미묘한 차이를 내면화했습니다. 그들은 단지 주물을 만드는 것이 아닙니다. 그들은 통제된 응고 이벤트를 관리합니다. 그리고 그것이 진짜 비결입니다.
