솔직하게 말하면, 대부분의 사람들은 '왁스 금속 주조'라는 말을 들으면 그것이 연기 속에서 사라지고 빛나는 금속으로 대체되기 전에 고독한 장인이 밀랍 조각품을 조심스럽게 조각하는 모습을 상상합니다. 그 낭만적인 이미지는 이야기의 일부이지만 산업 현실, 즉 우리가 부르는 것은 투자 주조—화학, 열역학, 순전한 인내심이 어우러진 투박하고 정확하며 종종 좌절감을 주는 발레입니다. 가장 큰 오해는? 그것은 간단한 원스텝 '왁스 분실' 과정입니다. 그렇지 않습니다. 이는 체인이며 초기 왁스 패턴부터 최종 쉐이크아웃까지 모든 링크가 잠재적인 실패 지점입니다. 나는 야금학적 결함보다 세라믹 껍질에 갇힌 작은 기포에서 폐기된 주물을 더 많이 보았습니다. 실제 작업이 이루어지는 곳이 바로 그곳입니다.
왁스는 단지 시작일 뿐입니다
모두가 왁스에 집착하고 있으며, 확실히 그것은 매우 중요합니다. 그런데 왁스의 종류는? 예술적인 조각 왁스가 아닙니다. 우리는 특정 수축률, 회분 함량 및 강성을 위해 제조된 공학적 주입 왁스, 혼합물을 사용합니다. Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd.(QSY)와 같은 곳에서는 수십 년 동안 게임에 종사해 왔으며 다양한 작업에 적합한 왁스 라이브러리를 보유하게 됩니다. 벽이 얇은 항공우주 브래킷은 견고한 밸브 본체와는 다른 흐름 특성이 필요합니다. 여기에서 온도, 압력, 사이클 시간 등 사출 매개변수가 잘못되면 패턴이 나중에 왜곡된다는 의미입니다. 그리고 왁스 단계의 왜곡은 최종 금속 부분에서 증가합니다. 나는 초기에 신비하게도 원형이 아닌 일련의 기어 블랭크를 생산하면서 어려운 방법을 배웠습니다. 다이에서 왁스가 너무 느리게 냉각되는 것을 추적해 보았습니다.
패턴 조립 또는 '나무'는 과소평가된 또 다른 예술입니다. 단순히 왁스 부품을 스프루에 붙이는 것이 아닙니다. 당신은 용융 금속 공급 시스템을 설계하고 있습니다. 부품 방향, 러너 직경, 게이트 배치 등이 모두 응고를 결정합니다. 게이팅이 불량하면 X선에서만 나타날 수 있는 내부 결함인 수축 공동이 발생합니다. 허브에 다공성이 계속 발생했던 이중 스테인리스 스틸 펌프 임펠러 프로젝트가 생각납니다. 우리는 왁스 트리를 재설계하여 더 작고 타겟이 분명한 피더 채널을 추가했고 바로 정리되었습니다. 직업 현장과 전문가를 구분하는 것은 실패에서 탄생한 이러한 변화입니다.
그런 다음 기본 코팅, 첫 번째 세라믹 딥이 이루어집니다. 이것은 캐주얼한 덩크가 아닙니다. 미세한 실리카 가루와 결합제를 혼합한 슬러리는 모든 세부 사항을 포착하기 위해 왁스를 완벽하게 적셔야 합니다. 슬러리가 달라붙지 않는 작은 조각은 주물에 '지느러미'나 돌기가 됩니다. 치장벽토 또는 내화성 모래는 즉시 적용됩니다. 이 첫 번째 코팅의 입자 크기는 가장 좋습니다. 이것이 표면 마감을 제공하는 것입니다. 나는 Ra 3.2 마이크로인치 마감이 필요한 부품의 첫 번째 코팅을 위해 지르콘 가루와 용융 실리카를 현미경으로 비교하는 데 몇 시간을 보냈습니다. 선택이 중요합니다.
쉘 빌딩: 인내심의 시험
쉘을 만드는 것은 단거리 경주가 아닌 마라톤입니다. 슬러리와 점점 더 거친 치장벽토(알루미노규산염과 같은)를 번갈아 가며 코팅한 후 각 층을 통제된 환경에서 완전히 건조시킵니다. 여기서는 습도가 적입니다. 습도가 높으면 건조가 느려지고 껍질이 약해집니다. 너무 빠르면 균열이 발생합니다. 우리는 일반적으로 7~9층을 목표로 하지만 대형 강철 주조의 경우 12층 이상이 될 수도 있습니다. 각 층은 용융 금속의 강정압을 견딜 수 있도록 두께와 강도를 추가합니다. 습한 여름날 건조 주기를 성급하게 했기 때문에 물을 붓는 동안 치명적인 균열이 발생하여 껍질이 망가진 적이 있습니다. 프로세스를 존중하는 데 있어 값비싼 교훈입니다.
탈랍은 '잃어버린 왁스'라는 이름의 유래이며, 폭력적인 단계입니다. 우리는 왁스를 부드럽게 녹이지 않습니다. 표준 방법은 오토클레이브 탈랍입니다. 껍질에 고압 증기를 가하면 왁스가 빠르게 가열되어 왁스가 팽창하여 흘러나옵니다. 껍질이 완전히 건조되지 않으면 증기 압력으로 인해 껍질이 안쪽에서 떨어져 나갈 수 있습니다. 또는, 뜨거운 용광로에 껍질을 던지는 플래시 파이어 탈왁스가 더 빠르지만 열 충격의 위험이 더 높습니다. 목표는 완벽하고 깨끗한 세라믹 와동을 남기는 것입니다. 잔여 왁스 재가 나중에 금속 표면을 오염시킬 수 있습니다.
탈랍 후 쉘은 약 1000°C의 높은 온도로 용광로에서 연소됩니다. 이는 두 가지 작업을 수행합니다. 왁스나 바인더의 마지막 흔적을 태워 없애고 세라믹 입자를 함께 소결하여 붓기에 적합한 강력하고 투과성 있는 주형을 만듭니다. 발사 일정이 중요합니다. 너무 빨리 증가하면 열 스트레스로 인해 껍질이 깨집니다. 발사된 껍질은 깨지기 쉬우나 열에 대한 회복력은 놀라울 정도로 강합니다. 당신은 일종의 긴장된 존경심으로 그것을 처리합니다.
쏟아지고 흔들리고 진실의 순간
붓는 것은 극적인 부분입니다. 용광로에서 아직 뜨거운 주형을 모래로 채운 플라스크에 넣어 지지합니다. 금속 - 예를 들어 니켈 기반 합금 터빈 블레이드의 경우 진공 또는 유도로에서 정확한 과열 온도로 용융됩니다. 콜드 클로즈를 방지하려면 붓는 속도가 빠르고 지속적이어야 합니다. 금속이 스프루 컵으로 흘러들어가서 굳어지는 것을 기다리는 게임입니다. 쉘의 열적 특성은 금속의 입자 구조에 직접적인 영향을 미칩니다. 이것이 바로 세라믹 제조법이 많은 주조소에서 독점적인 이유입니다.
식힌 후 쉐이크아웃할 시간입니다. 이것은 무차별적인 힘과 기교의 만남입니다. 일반적으로 공압 해머나 진동 테이블을 사용하여 세라믹 껍질을 깨뜨립니다. 시끄럽고 먼지가 많은 작업입니다. 남은 것은 거친 세라믹 코팅으로 덮인 금속 나무입니다. 부품은 연마 휠이나 띠톱을 사용하여 중앙 스프루에서 절단됩니다. 실제로 캐스팅을 직접 본 것은 이번이 처음입니다. 깨끗하고 완전한 형태가 나타나는 것을 볼 때의 느낌은 순수한 안도감을 줍니다. 빠진 부분이나 크게 축소된 부분을 봤을 때의 느낌은요? 공포.
초기 청소에는 쉘의 마지막 조각을 제거하기 위한 샌드 블라스팅 또는 화학적 청소가 포함됩니다. 그러면 검사가 시작됩니다. 치수 검사, 표면 결함에 대한 육안 검사, 균열에 대한 염료 침투 테스트. QSY가 최종 부품 가공을 위해 생산하는 것과 같은 중요한 구성 요소의 경우 내부 결함을 찾기 위해 방사선(X선) 또는 초음파 테스트로 이동합니다. 여기에서 이전 단계가 판단됩니다. X선 필름의 다공성 덩어리는 종종 왁스 패턴 문제 또는 며칠 전의 게이트 설계 결함으로 인해 추적될 수 있습니다.
캐스팅에만 국한되지 않는 이유
현대에 관한 내용은 다음과 같습니다. 왁스 금속 주조: 줄이 끝나는 경우는 거의 없습니다. 주조된 부분은 거의 그물 모양의 블랭크입니다. 기능적으로 작동하려면 거의 항상 가공이 필요합니다. 여기서 통합이 중요합니다. 기계 가공을 이해하는 주조소는 금입니다. 그들은 가공 데이텀을 염두에 두고 주물을 설계하고, 최소한이지만 충분한 스톡 여유분을 추가하고, 클램핑 지점을 고려합니다. 인베스트먼트 캐스팅과 CNC 가공 한 지붕 아래서 완벽하게 이해됩니다. 그들은 17-4PH 스테인리스강 밸브 본체를 주조한 상태로 남겨둔 중요한 씰 면을 주조할 수 있으며 CNC 밀이 완벽한 Ra 0.8로 마무리하기 위해 남겨 두어야 할 재고의 양을 정확히 알 수 있습니다. 이는 별도의 주조 공장과 기계 공장 사이의 비난을 없애줍니다.
재료 선택도 프로세스에 필수적입니다. 투자 주조 기계 가공이 어려운 합금에 탁월합니다. 단단한 블록을 가공하는 것보다 Inconel 718로 복잡한 형상을 주조하는 것이 더 경제적입니다. 공정 낭비가 최소화됩니다. 골프 클럽 헤드나 치과용 임플란트와 같은 대용량 소형 부품의 경우 다중 캐비티 왁스 다이와 자동화된 나무 조립을 사용합니다. 채굴 작업을 위한 단일 펌프 하우징을 생각해 보면 소량, 대형 부품의 경우 신속한 프로토타이핑을 통해 만든 패턴을 손으로 조립한 나무일 수 있습니다. 프로세스는 확장되지만 핵심 원칙은 변경되지 않습니다.
나는 상점에서 슬러리를 너무 많이 재사용하고, 건조 시간을 단축하고, 새로운 부품 설계에 대한 전체 열 분석을 건너뛰는 등의 절차를 생략하려고 시도하는 것을 보았습니다. 이는 거의 언제나 역효과를 낳고, 이로 인해 인지된 절감액이 모두 사라지는 폐기율이 높아집니다. 30년의 역사를 가진 기업처럼 지속되는 기업은 그것이 시스템이라는 것을 알고 있습니다. 일관성을 달성하기 위해 수백 개의 변수를 제어하는 것입니다. 그것은 마술이 아닙니다. 그것은 세심하고 때로는 지루한 통제입니다.
최종 생각: 정제 과정
따라서 왁스 금속 주조 또는 인베스트먼트 주조는 단일 기술이 아닙니다. 그것은 프레임워크입니다. 왁스는 출발점이지만 세라믹 쉘 시스템은 진정한 심장이고 야금은 영혼입니다. 성공은 그들 사이의 상호 작용을 관리하는 방법에 달려 있습니다. 이는 복잡성, 절삭 공구를 비웃는 합금, 성능이 모든 것보다 우선하는 응용 분야에 적합한 프로세스입니다.
새로운 부품을 설계하는 엔지니어들에게 제가 하고 싶은 조언은 주조소에 조기에 문의하라는 것입니다. 견적을 위해 최종 CAD 모델만 보내지 마십시오. 제조 가능성을 위한 설계 단계에 그들을 참여시키십시오. 약간의 구배 각도 변경, 미묘한 반경 조정 또는 재배치된 게이트는 95% 수율과 70% 수율의 차이를 의미할 수 있습니다. 통합 제조업체의 전문성은 단지 금속을 붓는 것에만 국한되지 않습니다. 왁스부터 완성된 가공 부품까지 전체 체인을 탐색하는 것입니다.
결국 깨진 세라믹 껍질에서 나오는 것은 금속 그 이상이다. 이는 각 단계가 마지막 단계에 기대어 제어되는 긴 일련의 단계의 정점입니다. 그것이 효과가 있을 때는 제조업이라기보다는 시행착오와 축적된 투지를 통해 얻은 연금술에 더 가깝습니다. 이것이 바로 왁스 뒤에 숨겨진 실제 이야기입니다.
