'잃어버린 왁스 모래 주조'라는 말을 들으면 대부분은 복잡한 보석이나 예술 작품을 생각합니다. 그것이 바로 일반적인 함정입니다. 산업 환경, 특히 복잡한 중소 규모 금속 부품의 경우 완전히 다른 짐승입니다. 단지 금형을 만드는 것이 아닙니다. 정확한 왁스 패턴과 탄력 있는 모래 주형 사이의 결합을 관리하고, 공정이 어느 부분에서 어려움을 겪는지 정확히 파악하고, 필연적으로 남겨지는 혼란을 정리하기 위한 가공 백업을 확보하는 것입니다.
핵심 혼란: 순수한 매몰 주조가 아닙니다.
사람들은 종종 이 모든 것을 '투자 캐스팅'으로 분류합니다. 그러나 진정한 매몰 주조는 세라믹 쉘을 사용합니다. 잃어버린 왁스 모래 주조 더 거칠고 실용적인 사촌입니다. 여전히 왁스 또는 용해성 패턴으로 시작합니다. 이것이 '잃어버린 왁스' 부분입니다. 그러나 세라믹 층을 쌓는 대신, 종종 수지 결합 모래를 사용하여 해당 패턴을 모래 플라스크에 포장합니다. 왁스를 녹이고 금속을 붓습니다. 표면 마감은 세라믹 쉘 작업만큼 유리하지는 않지만 많은 기능 부품, 특히 대형 부품의 경우 비용 효율적인 최적의 장소입니다. 문제는 연소 및 타설 중 모래의 거동을 제어하는 것입니다.
실제로 차이점을 볼 수 있는 곳은 초안입니다. 세라믹 쉘의 경우 패턴의 구배 각도가 거의 0에 가까워도 벗어날 수 있습니다. 모래에는 더 많은 것이 필요합니다. 많지는 않지만 모래가 적절하게 압축되어 찢어지지 않고 배출될 수 있을 만큼 충분합니다. 저는 매몰 주조 사양에 익숙한 디자이너가 모래 공정을 위해 수직 벽이 있는 패턴을 보냈기 때문에 프로젝트가 실패하는 것을 보았습니다. 코어가 무너졌습니다. 그것은 엉망이었다. 금형매체에 맞게 디자인해야 합니다.
이곳은 상점의 경험이 전부인 곳입니다. 같은 회사 청도강선원과학기술유한회사(QSY)는 주조 및 기계 가공 분야에서 30년 동안 경력을 쌓아왔기 때문에 아마도 이것의 모든 반복을 보아왔을 것입니다. 그들은 쉘 몰드(세라믹 쉘 인베스트먼트 주조의 또 다른 용어)와 인베스트먼트 주조를 사이트에 별도로 나열합니다. https://www.tsingtaocnc.com, 이는 그들이 차이점을 이해하고 있음을 나타냅니다. 니켈 기반, 코발트 기반 특수 합금을 사용하는 경우 이러한 구별이 더욱 중요합니다. 모래 주형과 세라믹 쉘의 초합금에 대한 게이팅 시스템은 열 방출 및 함유 가능성 측면에서 천차만별입니다.
모래 그 자체: 단순한 흙 그 이상
이름에 '모래'가 들어있어서 오해의 소지가 있습니다. 놀이터 모래가 아닙니다. 일반적으로 실리카 또는 지르콘 모래이며 수지 바인더(종종 페놀 또는 푸란 시스템)로 코팅되어 있습니다. 비율, 혼합 시간, 경화 온도; 이것은 변수가 아니라 계명입니다. 혼합이 잘못되면 금형 강도가 저하됩니다. 너무 약해서 붓는 동안 갈라집니다. 너무 강하면 적절한 금속 수축이 발생하지 않아 주물 자체가 심하게 찢어집니다.
우리는 스테인리스강 밸브 본체 배치를 통해 이 사실을 어렵게 배웠습니다. 모래가 과도하게 경화되었습니다. 주물은 완벽해 보였지만 초음파 테스트를 통해 열 중심 근처에 미세한 균열이 있는 것으로 나타났습니다. 금형이 너무 단단해서 냉각되면서 금속과 마찰이 발생했습니다. 전부 폐기해야 했습니다. 해결 방법은 복잡하지 않았습니다. 단지 경화 주기를 조정하는 것뿐이었습니다. 하지만 무엇을 조정해야 할지 아는 것은 수년간 실패 모드를 공정 매개변수에 다시 연결한 결과였습니다.
또 다른 뉘앙스는 모래 매립입니다. 무한히 재사용할 수는 없습니다. 바인더가 분해되고 벌금이 쌓입니다. 좋은 주조소는 재생사의 LOI(점화 손실)을 모니터링합니다. QSY와 같이 오랫동안 운영되어 온 회사가 특히 주철과 니켈 합금과 같은 재료를 전환할 때 모래 수명주기를 어떻게 관리하는지 궁금합니다. 한 합금 계열에서 다른 계열로 모래가 교차 오염되면 야금을 파괴하는 미량 원소가 유입될 수 있습니다.
왁스 패턴: 차원 제어가 시작되고 끝나는 곳
모든 것은 패턴에 달려있습니다. 에 대한 잃어버린 왁스 모래 주조, 세라믹 쉘 작업보다 더 부드럽고 녹는점이 낮은 왁스를 사용하는 경우가 많습니다. 모래 충돌을 처리할 수 있을 만큼 단단해야 하지만 잔여물 없이 깨끗하게 녹을 수 있을 만큼 부드러워야 합니다. 잔여물이 살인자입니다. 왁스에서 남은 탄소질 찌꺼기는 주물에 가스 결함을 발생시킵니다.
왁스 주입 매개변수는 대부분의 생각보다 중요합니다. 압력, 온도 및 유지 시간은 왁스의 수축 및 표면 품질에 영향을 미칩니다. 왁스의 약간 움푹 들어간 표면은 사소해 보일 수 있지만 최종 금속 벽의 얇은 부분으로 직접 변환됩니다. 한때 펌프 하우징에 결함이 반복적으로 발생했습니다. 항상 동일한 평면 섹션에 있었습니다. 왁스 사출 금형이 고르지 않게 냉각된 원인을 추적하는 데 몇 주가 걸렸습니다. 왁스 패턴은 식으면서 일그러져 있었는데 지그체크로만 볼 수 있을 정도로 미묘했습니다.
이것이 QSY가 제공하는 CNC 서비스와 같은 가공과의 통합이 협상 불가능한 이유입니다. 특히 복잡한 형상의 경우 이 공정에서 그물 모양의 주조물을 얻는 경우는 거의 없습니다. 패턴 장비가 마모되고 모래가 미세하게 이동합니다. 주조된 부분은 대략적인 스톡입니다. CNC 가공 단계에서는 최종 치수와 공차를 결정합니다. 이는 2막 플레이입니다. 주조를 통해 95%를 달성하고 기계 가공을 통해 최종 5%를 정확하게 달성할 수 있습니다.
게이팅 및 피딩: 보이지 않는 엔지니어링
이것은 주조 작업의 흑마술입니다. 용융된 금속을 모래 주형에 붓는 것은 양동이를 채우는 것과는 다릅니다. 금속이 응고됨에 따라 흐름과 공급 수축을 제어하려면 러너, 게이트, 라이저 등의 시스템이 필요합니다. 에 대한 잃어버린 왁스 모래 주조, 이 시스템은 종종 왁스 패턴 어셈블리 자체에 내장됩니다. 쏟아지는 컵과 러너를 형성하는 중앙 왁스 '나무'에 여러 개의 왁스 패턴이 부착되어 있습니다.
이 나무를 디자인하는 것은 순수한 경험입니다. 라이저를 잘못된 위치에 배치하면 실제로 수축 다공성을 촉진하는 열 핫스팟이 생성됩니다. 너무 작은 게이트를 사용하면 안개가 흐르고 냉간 차단이 발생합니다. 너무 크면 모래와 슬래그를 가두는 과도한 난류가 생성됩니다. 나는 우리가 모래 함유물을 계속 발견했던 해양 등급 청동 피팅 프로젝트를 기억합니다. 우리는 붓는 온도를 조정하고 금속을 걸러냈지만 아무 소용이 없었습니다. 마침내 한 노련한 패턴 제작자가 이를 살펴보고 게이트가 너무 가파른 각도로 금형 캐비티에 들어가고 있어 금속이 분출되어 모래벽이 침식된다고 말했습니다. 그가 옳았다. 왁스 어셈블리 레이아웃을 간단히 변경하면 문제가 해결되었습니다.
이 수준의 문제 해결은 전문가에게 기대할 수 있는 것입니다. QSY가 사용하는 재료(스테인리스, 특수 합금)를 살펴보면 게이트 설계가 더욱 중요합니다. 이 합금은 일반 탄소강과 다른 유동성과 응고 패턴을 가지고 있습니다. 주철에 적합한 게이트 설계는 니켈 기반 합금에 균열을 일으킬 수 있습니다. 이는 모든 경우에 적용되는 일률적인 프로세스가 아닙니다.
CNC 세계에서 이것이 여전히 중요한 이유
최신 5축 CNC 기계를 사용하면 주조 작업을 왜 해야 합니까? 솔리드 바에서 기계를 가공하면 안 되는 이유는 무엇입니까? 아마도 일회성 프로토타입의 경우일 것입니다. 하지만 50~100개를 생산하는 경우에도 잃어버린 왁스 모래 주조 특히 값비싼 합금의 경우 재료 효율성과 비용 면에서 유리합니다. 값비싼 니켈 합금 빌렛의 70%를 기계로 가공하지 않고 필요한 곳에만 금속을 배치하는 것입니다. 거의 그물 모양의 측면은 재료뿐만 아니라 엄청난 양의 가공 시간을 절약합니다.
또한 기계 가공만으로는 비실용적이거나 불가능한 형상도 가능합니다. 내부 통로, 언더컷, 복잡한 곡면 등은 금형으로 직접 형성할 수 있습니다. 후속 CNC 작업은 정밀한 면, 나사산 및 결합 표면에 대한 것입니다. 하이브리드 제조 철학입니다. QSY처럼 한 지붕 아래에서 주조와 가공을 모두 제공하는 회사는 이러한 시너지 효과를 본질적으로 이해하고 있습니다. 이는 단지 한 단계가 아닌 전체 제조 과정에 대해 부품 설계를 최적화할 수 있습니다.
실제 테스트는 오래되었거나 쓸모없는 부품을 수리하는 것입니다. 파손된 부품을 역엔지니어링하고, 3D 스캔이나 오래된 부품에서 왁스 패턴을 생성하고, 손실된 왁스사 주조를 통해 소규모 배치를 실행하는 것이 유일한 실행 가능한 솔루션인 경우가 많습니다. 기존 장비를 계속 작동시킵니다. 이는 실용적이고 매력적이지 않지만 이 구식 프로세스를 매우 가치 있게 적용한 것입니다. 이는 대량 자동화에 관한 것이 아닙니다. 그것은 유연하고 숙련된 금속 가공에 관한 것입니다. 그리고 이것이 수십 년간의 업계 변화 속에서도 운영을 유지해 온 이유라고 생각합니다.
