“라는 용어모래 주조"는 최종 제품과 그것을 만드는 과정을 설명하는 데 사용할 수 있습니다. "주조장"이라는 곳에서 수행되는 금속 주조 공정입니다. 가장 오래된 공정 중 하나로 남아 있습니다. 이 금속 주조 기술에서는 모래를 주형 재료로 사용합니다.
모래 주조 모래와 점토와 같은 결합제의 혼합물로 주형을 만드는 널리 사용되는 금속 주조 공정입니다. 이 기술은 다양한 크기와 모양의 복잡한 금속 부품을 생산하는 데 사용됩니다.
모래 주조 공정은 우리가 일상 생활에서 볼 수 있는 금속 주조의 60% 이상을 만드는 데 사용됩니다. 이 기사에서 기술의 전체 정의와 프로세스를 살펴보겠습니다. 또한 프로세스의 특징, 장점, 단점에 대해서도 알아봅니다.
이 블로그에서는 관련된 전체 단계 순서에 대한 개요를 제공합니다.
샌드 캐스팅이란 무엇입니까?
모래 주조 널리 사용되는 금속 주조 공정입니다. 원하는 물체의 패턴 주위에 모래를 압축하여 주형을 만듭니다. 그런 다음 용융된 금속을 주형에 부어 응고시킵니다. 냉각 후 모래가 제거되어 주조 금속 물체가 드러납니다. 다재다능하고 비용 효율적이며 다양한 형태에 적합합니다.
사형 주조에서는 용융 금속을 원하는 모양의 빈 챔버가 포함된 일회용 모래 주형의 공동에 붓고, 여기서 응고되어 공동 모양의 부품을 만듭니다. 점토, 에폭시, 석고, 금속, 콘크리트 등이 모두 주조 재료의 예입니다.
생산된 주물은 다양한 크기와 무게의 매우 복잡한 기하학적 구조를 가지고 있습니다. 이 공정은 종종 모래 성형 주조라고 불립니다. 티타늄, 강철, 니켈과 같이 용융 온도가 높은 금속은 사형 주조에 적합합니다.
이러한 재료에 적합한 유일한 주조 방법은 이것입니다. 결과적으로 이 기술은 자동차 및 항공우주 산업에서 저렴하고 작은 부품을 제조하는 데 가장 적합한 옵션입니다. 아래 애니메이션은 그 과정을 보여줍니다.
사형 주조의 요소
공정과 관련된 단계를 배우기 전에 주조 공정에 사용되는 부품이나 요소를 이해하는 것이 중요합니다. 요소에 대해 배우면서 아래의 모래 주조 다이어그램을 참조하십시오.
그림 1: 모래 주조 다이어그램
- 대처 및 드래그: 캐스팅 배열의 상단 및 하단 부분을 각각 대처 및 드래그라고 합니다. 일반적으로 나무 프레임입니다.
- 라이저: 라이저는 종종 피더라고 불립니다. 금속의 수축을 방지하기 위해 금속주조금형에 포함된 저장소 및 통로입니다.
- 러너(Runner): 러너는 캐비티를 향해 용융 금속의 흐름을 허용하는 데 사용되는 직경이 감소된 채널입니다.
- 주형: 대부분 모래로 만들어진 패턴(원하는 최종 주조품의 사본)으로 만들어진 공동입니다.
- 코어: 사형 주조의 코어는 구멍과 같은 주조 내부 특징을 만들기 위해 금형 캐비티에 삽입되는 장치입니다.
- 게이트(Gate): 금속이 금형 캐비티에 도달하여 유입되기 시작하는 지점입니다.
- 베이스 모래(Base Sand): 기초 모래라고도 하며 가장 순수한 형태의 모래(실리카)입니다.
- 바인더: 모래 알갱이를 함께 묶는 접착제가 결합제입니다. 가장 일반적인 유형의 바인더는 점토입니다. & 물, 기름, 수지, 규산나트륨.
1단계: 패턴 생성
패턴은 주조되는 부품의 크기와 모양에 맞춰 모래에 구멍을 만드는 데 사용됩니다.
모래 주형 자체와 달리 패턴은 재사용됩니다. 저렴한 패턴은 목재나 플라스틱으로 만들 수 있으며, 내구성을 높이려면 알루미늄으로 만들 수도 있습니다. 패턴은 종종 두 조각으로 만들어지는데, 각 조각은 금속이 식으면서 수축될 수 있도록 주조되는 부품보다 약간 큽니다. 패턴의 수직 벽에는 약간의 각도 또는 "구배"가 있으므로 모래를 잡아당기지 않고도 패턴이 들어올려질 수 있습니다.
2단계: 공동의 두 반쪽 형성
패턴의 절반이 모래로 둘러싸인 상자에 배치됩니다. 패턴은 나중에 들어올려질 수 있도록 배치되어 있습니다. 즉, 캐비티가 패턴의 절반만 재현하고 재진입 기능이 있을 수 없음을 의미합니다.
이 과정은 나머지 절반 패턴에 대해 반복됩니다. 금속이 캐비티 안으로 흘러 들어갈 수 있는 채널을 제공하는 추가 인서트가 추가됩니다. 이 "게이팅 시스템"의 크기에 따라 캐비티가 얼마나 빨리 채워지는지 결정됩니다. 흐름이 높을수록 충진되지 않은 위험은 줄어들지만 난류가 증가하여 주조 결함이 발생할 수 있습니다.
전통적인 모래 주조 공정에서는 "녹색" 모래를 사용했습니다. 색이 진하다기보다는 축축하다는 뜻이다. 녹색 모래에는 곡물을 서로 묶는 벤토나이트 점토가 포함되어 있습니다. 오늘날 대부분의 모래 주조는 수지 모래를 사용하여 이루어집니다. 이것은 수지 바인더로 코팅된 모래입니다. 더 조밀하고 더 강한 금형과 더 정확한 주조 부품을 형성합니다.
3단계: 코어 삽입
코어는 금속으로 채워졌을 금형 캐비티 내 공간을 차지합니다. 그들은 일반적으로 모래로 만들어지며 상단과 하단이 결합되기 전에 공동에 배치됩니다.
4단계: 코프 조립 및 드래그
드래그는 아래쪽 모래 구멍이고, 코프는 금속 공급 채널이 포함된 위쪽 부분입니다. 이 어셈블리를 합쳐서 플라스크라고 합니다. 핀은 두 부분 사이의 올바른 정렬을 보장합니다. 두 개의 모래 표면이 만나는 공동 영역은 주조 부품에 분할선을 형성합니다.
5단계: 녹은 금속 붓기
금속은 금형 상단 표면의 쏟아지는 부분에서 캐비티로 흘러 들어갑니다. 캐비티가 채워지면 라이저라고 불리는 채널에서 금속이 올라갑니다. 이는 수축을 보상하기 위해 캐비티 안으로 다시 들어가는 저장소를 형성합니다.
구리, 청동, 황동 및 철은 쉽게 쏟아지고 흐르는 경향이 있지만 일부 다른 합금은 유동성이 덜하고 알루미늄과 같은 일부 합금은 모래와 반응할 수 있습니다. 이는 공기에 대한 노출을 줄이고 용융 금속에 플럭스를 추가함으로써 최소화됩니다.
6단계: 탈형 및 녹아웃
부은 후 금속을 식혀 굳혀줍니다. 완료되면 모래 주형이 플라스크에서 제거되고 주조 부품이 녹아웃됩니다. 이는 또한 금형에 통합된 모든 코어를 분해합니다.
그런 다음 게이팅 시스템과 라이저를 잘라내어 기계 가공 준비가 된 금속 주물을 남깁니다.
모래 주조 응용
우리가 알고 있듯이 금속 주물의 70%는 모래 주조 공정, 이 공정을 통해 제조되는 일반적으로 알려진 사형 주조 제품 또는 부품 중 일부는 펌프 본체, 부시, 피스톤 등입니다. 공기 압축기, 임펠러, 엔진 크랭크케이스 & 오일 팬, 기어, 플라이휠 및 가스 & 석유 탱크.
- 광업 및 건설: 모래 주조는 광업 및 건설 산업에서 분쇄기 부품, 드래그라인 톱니, 굴삭기 버킷 및 내마모성 플레이트와 같은 장비 구성 요소를 생산하는 데 활용됩니다.
- 해양 산업: 모래 주조는 해양 부문에서 해양 엔진 부품, 프로펠러, 보트 부속품 및 해양 선박에 필요한 기타 구성 요소를 제조하는 데 사용됩니다.
- 철도: 모래 주조는 철도 산업에서 철도 바퀴, 브레이크 시스템 부품, 커플링과 같은 부품을 생산하는 데 사용됩니다.
- 농업 및 농기구: 모래 주조는 트랙터 부품, 쟁기, 관개 시스템 부품을 포함한 농업 기계 부품을 제조하는 데 사용됩니다.
다이 캐스팅과 샌드 캐스팅의 차이점
다이캐스팅 용융 금속을 고압으로 금형에 밀어넣어 표면이 매끄럽고 복잡하고 정밀한 모양을 만드는 작업이 포함됩니다. 대조적으로, 모래 주조는 압축된 모래로 만든 주형을 사용하여 더 복잡한 모양을 만들지만 약간 더 거친 마무리를 갖습니다.
| 상들 | 다이 캐스팅 | 모래 주조 |
| 프로세스 | 금형에 강제로 용해된 금속 | 모래 주형에 부어넣은 용융 금속 |
| 곰팡이 | 강철 또는 기타 재질의 영구 주형 | 녹색 모래 또는 기타 재료로 만든 임시 주형 |
| 복잡성 | 복잡하고 복잡한 모양에 적합 | 단순한 모양과 큰 물체에 더 적합 |
| 표면 마감 | 우수한 표면 조도 및 치수 정확도 | 표면 마감이 더 거칠고 치수 정확도가 덜 정확함 |
| 속도 | 높은 생산율 | 낮은 생산율 |
| 비용 | 더 높은 툴링 및 장비 비용 | 툴링 및 장비 비용 절감 |
| 재료 | 알루미늄, 아연, 구리 합금을 포함한 광범위한 금속 | 철, 강철, 비철합금 등 다양한 금속 |
| 크기 | 중소형 물체에 적합 | 작은 크기부터 큰 크기의 물체에 적합 |
| 용인 | 더욱 엄격해진 치수 공차 | 더욱 유연한 치수 공차 |
| 오토메이션 | 고도로 자동화된 프로세스 | 덜 자동화된 프로세스 |
| 애플리케이션 | 자동차, 항공우주, 전자와 같은 산업에서 일반적으로 사용됩니다. | 주조, 예술, 조각과 같은 산업에서 널리 사용됩니다. |
샌드 캐스팅의 장점
다른 제조방식에 비해 그 다양성으로 인해 모래 주조 엔지니어는 무한히 다양한 금속과 합금으로 복잡한 부품을 제작할 수 있습니다. 샌드 캐스팅의 장점은 다음과 같습니다.
- 주조 부품은 몇 밀리리터와 그램만큼 작을 수도 있고 미터와 수 톤만큼 클 수도 있습니다.
- 모래 주조만큼 복잡한 모양을 만드는 데 있어 다른 방법은 동일한 옵션을 제공하지 않습니다.
- 장비 및 툴링 비용이 다른 제조 공정에 비해 저렴합니다.
- 생산된 스크랩은 다시 재활용되어 다른 주물을 만들 수 있습니다.
- 저융점 금속부터 고융점 금속까지 폭넓은 재료에 적용 가능합니다.
견고하고 경제적
사형 주조 공정은 광범위한 합금, 부품 치수 및 생산량에 맞게 조정할 수 있습니다. 표면 마감은 모래 입자 크기에 따라 결정되며 정확도는 패턴 정밀도와 대처와 항력 간의 정렬에 따라 결정됩니다.
공정의 한계는 수직 표면의 구배 각도와 금형의 두 절반 사이의 만나는 지점에 있는 분할선이 필요하다는 것입니다. 그러나 많은 금속 부품의 경우 이러한 기능을 가공하는 데 드는 비용보다 비용 이점이 더 큽니다.
결론
요약하자면, 모래 주조 단순성, 비용 효율성 및 다양한 모양과 크기에 대한 적응성으로 인해 가장 다재다능하고 널리 사용되는 금속 주조 공정 중 하나입니다. 패턴 제작, 몰드 준비부터 타설, 냉각, 마감까지 6단계 프로세스를 통해 복잡한 디자인도 정밀하고 효율적으로 구현할 수 있습니다. 산업이 재료와 기술의 발전을 계속 수용함에 따라 모래 주조는 혁신과 개선의 기회를 제공하는 기본 기술로 남을 것입니다. 제조업체는 이 프로세스를 이해하고 숙달함으로써 생산 능력을 향상하고 수요를 충족하는 고품질 주물을 제공할 수 있습니다.
참고자료
- H. P. D. 쿠마르, “주조제조공정의 기초,” 제조 공정 저널, 권. 19, 아니. 3, pp. 205-213, 2017.
- R. H. 페리, “현대 주조: 금속 주조 기술의 공학,” 국제 첨단 제조 기술 저널, 권. 94, 아니. 1-4, pp. 123-136, 2018.
- A. G. T. 라만, “제조 재료 및 공정,” 엔지니어링 재료 및 프로세스, 스프링거 자연, 2020.
- A. B. D. R. 스미스, “샌드 캐스팅 개요,” 주조 기술 검토, 권. 32, 아니. 2, 45-56페이지, 2021.
- M. J. W. 헨슬리, “효율성과 품질을 위한 사형 주조 공정의 최적화,” 기계공학저널, 권. 235, 아니. 5, pp. 1107-1116, 2022.
