금속 주조 – 정의, 프로세스 및 유형

금속 주조는 제조 공정입니다. 다음을 포함하는 금속을 녹여 금형에 붓는 작업 특정 모양을 만들기 위해. 주로 제조업에서 다양한 부품을 생산하는 데 사용되지만 조각이나 보석 제작과 같은 순수 예술 분야에서도 사용됩니다. 2020년 철강 금속 주조 시장의 가치는 1,459억 7,000만 달러에 달했습니다. 이 시장은 다음과 같이 성장할 것으로 예상됩니다. 2021년부터 2027년까지 연평균 5.4%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다..

금속을 주조하는 과정은 7000년 이상 거슬러 올라갑니다. 수세기에 걸쳐 주조 공정은 지속적으로 개발되고 개선되어 왔습니다. 오늘날, 주조 공정은 매우 복잡한 형상의 반복 가능한 생산이 중 일부는 다른 방법으로는 달성할 수 없습니다.

이제는 어떤 환경에 있든 주조 제품을 피할 수 없을 정도로 광범위하게 사용되고 있습니다. 주조 금속 제품의 예로는 엔진 블록, 소화전, 모터, 공구, 신호등, 맨홀, 파이프 라인, 밸브 및 각종 피팅 등이 있습니다.

이 글에서는 금속 주조 공정이 무엇인지 이해하고, 그 유형과 작동 방식을 살펴봅니다.

캐스팅이란 무엇인가요?

주조 공정은 금속을 녹는 온도 이상으로 가열하고 액체 금속을 금형에 부어 원하는 모양의 금속 부품을 생산할 수 있는 공정입니다. 용융된 금속은 금형의 모양에 따라 빈 공간으로 흘러들어갑니다. 금속이 식고 굳으면 금형에서 꺼내 후가공을 위해 보내집니다. 후가공에서는 표면 마감과 외관을 개선하고 필요한 보호 코팅을 적용합니다.

금속 주조는 제조업체의 상상력에 의해서만 제한됩니다. 매우 복잡한 모양을 만들 수 있습니다.

주조는 복잡한 형상에 선호되는데, 이는 예를 들어 CNC 가공에 비해 비용 효율이 높고 공정이 간단하기 때문입니다. 그러나 빠른 처리 시간과 대규모 생산 능력으로 인해 가장 단순한 형상에도 널리 사용됩니다.

최신 주조 방법은 그물에 가까운 형상을 생산할 수 있어 디버링 및 기타 후처리 작업의 필요성을 크게 줄여줍니다.

금속 주조 공정

금속 주조 공정이 인기를 끌게 된 이유는 그 고유의 단순성 때문이었습니다. 완제품을 얻기 위해 최신 기계나 복잡한 공정이 필요하지 않았습니다.

따라서 고대 군대에서도 무기와 도구 생산에 주조 기술을 활용할 수 있었습니다. 그러나 수년에 걸쳐 주조 기술이 발전하면서 최종 제품의 품질을 최고로 유지하기 위해 공정에 몇 가지 단계가 추가되었습니다. 오늘날 산업에서 사용되는 일반적인 금속 주조 공정을 살펴보겠습니다.

1단계: 금형 제작

금형 제작은 금속 주조 공정에서 가장 중요한 단계입니다. 금형의 품질은 완제품의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.. 금형 제작 방법은 금속의 종류, 부품 형상, 생산 능력 및 원하는 마감에 따라 달라집니다. 이러한 사양이 결정되면 적절한 재료와 방법을 결정할 수 있습니다.

금형은 원하는 부품의 네거티브 인상으로 만들어집니다. 용융된 재료의 고온을 견딜 수 있을 뿐만 아니라 냉각 후 고체 금속 부품과 쉽게 분리될 수 있는 재료로 만들어집니다. 금형에 사용되는 재료로는 모래, 석고, 내화 슬러리, 세라믹 액체 등이 있습니다. 일부 몰드는 한 번만 사용할 수 있는 반면 다른 몰드는 반복해서 사용할 수 있습니다.

2단계: 금속을 녹여 붓기

주조 금속을 녹는점 이상으로 가열하여 자유롭게 흐르는 액체를 만듭니다. 액체에는 가능한 한 오염 물질과 찌꺼기가 없어야 합니다. 주물에 드로스가 유입되는 것을 방지하기 위해 금형에 배열을 추가할 수 있습니다. 용융 금속은 금형 상단의 주입 대야에 부어집니다. 그런 다음 액화된 금속은 스프 루(수직 채널)로 들어가 러너(수평 채널)와 게이트(캐비티 입구)를 통해 금형 캐비티로 분배됩니다.

점성이 낮은 금속은 주조물에 쉽게 흘러 들어가 더 미세한 패턴을 형성할 수 있습니다. 점도가 높은 금속은 난류가 발생하지 않으므로 다공성과 같은 결함을 제거하는 데 도움이 됩니다. 응고 속도와 구동력도 용융 금속의 점도에 영향을 받습니다.

3단계: 금형에서 금속 주물 제거하기

일회용 금형의 경우 금속 주물을 회수하기 위해 금형을 파손합니다.

영구 금형 주조의 경우, 금형에 다양한 개구부가 있어 주물에 접근하고 주물을 회수할 수 있습니다. 그런 다음 금형을 다음 배치에 재사용할 수 있습니다.

4단계: 마무리 및 후처리

금형에서 회수한 주물은 현재 상태로는 사용할 수 없습니다. 용융 금속을 금형에 부으면 스프 루, 러너, 라이저 및 통풍구의 액체 금속도 응고됩니다. 이러한 부속물은 모두 잘라냅니다. 표면 마감이 필요할 수도 있습니다.

그런 다음 애플리케이션에 필요한 경우 세척 및 코팅을 위해 부품을 보냅니다.

주조 공정의 유형

주물은 알루미늄, 아연, 강철, 철과 같은 다양한 금속으로 만들 수 있습니다. 각 금속은 고유한 특성을 가지고 있기 때문에 최상의 제품을 만들기 위해 주조 기술을 조정해야 합니다.

또한 주조 기술은 합금 구성, 부품 형상, 비용, 원하는 최종 품질, 생산 실행 크기 및 성능 기준과 같은 매개 변수에 따라 달라집니다.

주조 공정은 두 가지 방식으로 나뉩니다. 금형의 수명을 기준으로 합니다. (소모품 및 비 소모품 금형 주조), 두 번째는 합금 사출 방법 (중력, 압력 또는 진공 주조). 이 글에서는 주조 공정을 소모성 주조와 비소모성 주조로 분류합니다.

소모성 금형 주조 공정

소모성 금형 주조 공정은 한 번만 사용할 수 있는 금형. 이러한 금형은 모래 주조, 쉘 몰드 주조, 인베스트먼트 주조 등 다양한 주조 공정에 사용됩니다. 그러나 이러한 금형은 사용 후 항상 폐기할 수 있는 것은 아니라는 점에 유의해야 합니다. 제조업체는 금형 리폼이 가능한 경우 금형을 회수하려고 시도할 수 있습니다.

재사용할 수 없는 금형 주물을 사용하는 몇 가지 공정에 대해 자세히 살펴보겠습니다:

모래 주조

모래 주조에서는 모래를 주형 재료로 사용합니다. 모래는 저렴하고 쉽게 구할 수 있으며 유연하고 대부분의 재료보다 높은 열에 잘 견딜 수 있습니다. 녹색 모래(촉촉한 모래)와 마른 모래가 주조 공정에 가장 적합한 재료입니다.

원하는 부품의 음의 모양으로 모래 주형을 만든 다음 용융 금속을 부어 넣습니다. 금속이 굳으면 모래를 제거하여 주물을 회수합니다.

모래 주조는 가장 오래된 주조 방법 중 하나입니다. 모래 주조는 다음과 같은 이유로 오늘날까지도 매우 인기가 있습니다. 단순성, 다용도성 및 경제성.

모래 주조는 몇 센티미터에서 수십 미터에 이르는 다양한 크기의 제품을 생산할 수 있습니다. 제품의 무게는 최소 75g에서 최대 수 톤에 달할 수 있습니다.

그러나 모래 주조는 최상의 표면 마감을 제공하지 못하므로 나중에 더 매끄러운 마감을 위해 다듬을 수 있는 대형 제품에 더 적합합니다.

석고 몰드 캐스팅은 모래 대신 석고를 사용하여 몰드를 제작하는 모래 주조 방법의 일종입니다.

쉘 몰딩

쉘 몰딩은 모래 주조 공정의 일종입니다. 그러나 느슨한 모래 대신 얇은 벽의 단단한 모래 껍질 안에서 금속 주조가 이루어집니다.

이 쉘을 만들려면 먼저 패턴을 만들어야 합니다. 패턴은 원하는 부분의 모양을 가진 물체입니다. 패턴을 가열하여 열경화성 레진 바인더와 혼합한 모래에 넣습니다. 패턴 주위의 모래가 파트의 모양을 취하고 수지가 굳어집니다. 쉘은 오븐에서 추가로 경화됩니다. 쉘이 준비되면 베이킹 재료에 넣고 용융 금속을 부어 넣습니다. 주물은 굳으면 회수됩니다.

쉘 몰딩은 인력 요구 사항 감소(자동화 시), 생산 능력 증가, 치수 정확도 향상 등의 이점을 제공합니다.

그러나 쉘 몰딩은 모래 주조보다 약간 더 비쌉니다. 보다 약간 비쌉니다. 또한 재료 강도가 낮고 다공성 문제가 발생할 수 있습니다. 공정이 자동화되지 않으면 인건비도 상당히 높아질 수 있습니다.

인베스트먼트 주조

로스트 왁스 주조 또는 정밀 주조라고도 하는 인베스트먼트 주조는 왁스를 사용하여 정확한 주물을 일관되게 제작합니다.

이 공정은 금속 다이를 통해 얻은 왁스 패턴으로 시작됩니다. 여러 개의 왁스 패턴이 게이트, 러너, 스프 루로 조립됩니다. 이를 통해 여러 부품을 동시에 주조할 수 있습니다.

왁스 패턴의 어셈블리는 어셈블리의 모양을 취하는 내화 슬러리에 담그거나 “투자”합니다.

그런 다음 슬러리 쉘과 함께 왁스 패턴을 가열합니다. 왁스는 쉘에서 흘러나와 재사용을 위해 회수할 수 있습니다.

그런 다음 슬러리 쉘은 주조 공정을 위한 금형을 형성합니다. 용융 금속을 금형에 부으면 필요한 부품으로 굳어집니다.

매우 정밀한 인베스트먼트 주조. 터보차저 로터와 같이 정확한 부품이 필요한 복잡한 부품에 사용됩니다. 또한 매우 우수한 표면 조도를 제공합니다.

반면에 이 공정은 사형 주조 및 쉘 몰딩보다 비용이 많이 듭니다. 또한 구멍의 크기와 깊이와 같은 일부 기능에 제한이 있습니다. 인베스트먼트 주조는 코어가 포함될 경우 실행하기가 어려울 수 있습니다.

비소모성 금형 주조 공정

이러한 주조 기술은 영구적인 금형을 여러 번 재사용할 수 있습니다.. 소모성 금형 주조의 경우처럼 매번 주조할 때마다 새 금형을 준비할 필요가 없습니다. 이는 미세한 표면 마감, 높은 치수 정확도, 복잡한 모양이 필요한 주조에 유리할 수 있습니다.

다음 주조 공정은 비소모성 주조로 분류할 수 있습니다:

다이 캐스팅

다이캐스팅 공정은 금속 다이를 사용하여 다른 금속을 주조합니다. 금형은 일반적으로 알루미늄, 구리, 아연의 비철 합금으로 만들어지지만 철 금속 금형도 사용됩니다.

The 금속 금형은 제작 비용이 많이 듭니다. 하지만 매우 오래 지속됩니다. 따라서 다이 캐스팅은 대량 생산에 적합.

다이캐스팅은 다른 금속 주조 기술에 비해 고품질 표면 마감이 필요한 중소형 부품에 더 적합합니다.

다이캐스팅 공정은 크게 두 가지 유형이 있습니다: 중력 다이캐스팅 및 압력 다이캐스팅. 중력 다이캐스팅은 중력을 사용하여 금형에 용융 금속을 채웁니다. 채널과 금형 캐비티는 금속이 자연스럽게 포켓으로 흘러 들어갈 수 있도록 설계되었습니다.

압력 다이캐스팅은 용융 금속을 고압으로 주입하여 금형을 채웁니다. 이 공정은 금형 설계의 유연성이 뛰어나지만 비용이 많이 들고 기술 기반입니다.

압력 다이캐스팅은 복잡한 형상에 더 적합한 반면, 중력 다이캐스팅은 단순한 디자인에 더 큰 가치를 제공합니다.

원심 주조

원심 주조 원심력을 사용하여 원형 부품을 주조합니다.. 이 공정은 일반적으로 완제품이 아닌 파이프와 같은 표준 크기의 주물을 만드는 데 사용됩니다.

이 공정은 중력과 압력을 활용하기 때문에 매우 정밀한 디자인을 놀라운 정확도로 제작할 수 있습니다.

용융 금속이 중앙을 통해 공급되고 금형의 회전 운동이 금속을 가장자리로 밀어내어 환형 모양을 형성합니다. 다양한 재료를 연속적으로 첨가하여 여러 층의 파이프를 생산할 수 있습니다. 예를 들어 원심 주조는 내부에 시멘트 라이닝이 있는 주철 파이프를 만들어 부식과 이후 결핵을 방지할 수 있습니다.

원심력은 또한 점성이 있는 용융 금속을 매우 미세한 구멍으로 밀어 넣을 수 있습니다. 금속은 복잡한 모양으로 성형되어 복잡한 디자인을 형성할 수 있습니다. 따라서 이 개념은 일반적으로 주얼리를 만드는 데도 사용됩니다.

주조기는 수평형 또는 수직형일 수 있습니다. 수평 기계는 파이프와 같은 긴 제품에 적합하고 수직축 기계는 베어링과 같은 짧은 제품에 더 적합합니다.

원심 주조는 코어가 필요 없고, 입자 구조가 우수하며, 길이, 벽 두께 및 직경과 같은 치수에 제한이 없는 등의 장점이 있습니다.

원심 주조는 벽이 얇은 실린더와 같은 특정 용도에 가장 적합한 대안입니다. 그러나 형상 제약, 더 작은 직경으로 작업할 수 없음, 제한된 합금과의 호환성 등의 단점이 있습니다. 원심 주조에서는 불순물이 중앙에 모이기 때문에 제거하기 어려울 수 있습니다.

연속 주조

스트랜드 주조 또는 슬래브 주조라고도 하는 연속 주조는 다음을 생성합니다. 일정한 단면의 연속 주조.

용광로에서 녹은 금속을 조심스럽게 턴디쉬에 붓고, 이 금속을 원하는 단면의 수냉식 금형으로 옮깁니다. 냉각은 용융 금속의 응고 속도를 높입니다.

금속이 응고되는 동안 롤러를 통해 금형에서 빼내어 주물을 냉각하고 최종 치수에 맞게 모양을 더 만들 수 있습니다. 응고가 완료되면 주물은 표준 치수로 절단됩니다.

연속 주조는 높은 생산 속도, 정확도 향상, 낭비 감소, 입자 구조 개선 등의 이점을 제공합니다.

그러나 이 공정은 초기 투자 비용이 많이 들고 최종 제품의 내부 결함 및 표면 품질이 떨어질 수 있습니다.

요약

금속 주조는 신뢰할 수 있는 금속 제품을 생산하기 위한 능숙하고 비용 효율적인 방법입니다. 다양한 공정을 제공합니다. 각 공정에는 특정 용도에 적합한 장단점이 있습니다.

예를 들어 모래 주조는 일회성 복잡한 부품에 적합하지만 다이캐스팅은 복잡한 제품을 높은 생산 속도로 생산해야 할 때 더 적합합니다.

주조에 사용되는 금형은 소모성 금형과 비소모성 금형으로 분류됩니다. 소모성 금형은 모래 주조와 같이 매번 사용 후 폐기되는 반면 비소모성 금형은 더 영구적이며 며칠에서 몇 년까지 지속될 수 있습니다.

금속 주조는 자동차에서 항공 우주에 이르기까지 다양한 산업에서 필수적인 금속 가공 기술로, 복잡한 부품의 높은 정확도와 반복 가능한 생산을 보장합니다.