금형 후 공정: 금속 주물의 셰이크아웃, 세척, 머시닝

새 주물을 금형에서 해방하기

용융과 주입만큼 시각적으로 극적이진 않지만, 새 금속 주물의 셰이크아웃도 여전히 인상적인 경험입니다. 주물이 처음 금형에서 증기를 내며 뽑힐 때, 모래 잔해와 과잉 금속 재료로 덮여 있습니다. 셰이크아웃, 세척, 게이트&라이저 제거, 마무리 기계를 거쳐야 하며, 이들이 작업하며 내는 뼈를 울리는 소음은 대단합니다. 이 공정이 끝나면 주물은 최종 형상이지만, 열처리, 분체도장, 검사가 출하 전 여전히 필요할 수 있습니다.

주물을 금형에서 제거하기

주물을 금형에서 제거하는 공정은 적절한 시간과 온도를 결정하는 것에서 시작합니다. 액체 금속이 부어진 후 언몰딩 전 굳어야 하지만, 단순 고형화 외 다른 타이밍 고려사항도 있습니다. 너무 일찍 뽑으면 금속 표면이 찬 공기와 화학 반응해 원치 않는 효과를 낼 수 있습니다. 금속 미세조직은 가열과 냉각 속도에 따라 변합니다. 너무 뜨거운 주물을 상대적으로 찬 공기로 끌어내면 구조가 더 취약해지는 "아연도금 취성(galvanizing embrittlement)"으로 알려진 공정이 발생할 수 있습니다. 구상흑연주철 주조 시 주조소는 펄라이트, 페라이트, 마르텐사이트 구조 비율을 우려하는데, 이는 냉각 속도에 따라 같은 금속 유형에서도 생길 수 있습니다.

주조소에서 특정 부피와 등급의 주물을 언제 금형에서 뽑아야 할지 결정하는 공식들이 있지만, 많은 주조공들은 시각적 단서를 사용합니다. 예를 들어, 구상흑연주철은 보통 회색으로 변한 후 금형에서 뽑습니다.

사형 주조에서 언몰딩을 "셰이크아웃(shakeout)"이라 부릅니다. 초기 언몰딩은 소형 주조소나 소형 주물에서 수동으로 할 수 있습니다. 주조공이 집게로 금형 파고들어 스프루(sprue)나 러너(runner)를 잡습니다. 금형이 뒤로 부서지며 주물을 들어올리고, 보통 다른 도구로 주물을 두드려 여분 잔해가 떨어지게 합니다. 더 일반적으로는 교반/진동 테이블(agitation/vibration table)에서 이 작업이 수행됩니다. 플라스크 없는 금형이 올려지면 격렬하게 진동합니다. 진동이 모래를 분리해 주물에서 떨어뜨리고 테이블 구멍으로 체로 걸러집니다. 모래는 보통 상자나 컨베이어에 떨어져 주조용 모래로 재포집됩니다.

정밀 주조(Investment castings)는 세라믹 모래의 단단한 금형으로 만들어집니다. 이 금형은 수동으로 깨거나 강력한 물 제트로 제거해야 합니다.

모래 코어 제거

모래 코어는 기본 주조용 모래보다 더 큰 구조를 제공하는 수지나 다른 물질로 만들어지며, 이 때문에 진동 테이블 이상이 필요할 수 있습니다. 제거 공정은 코어에 사용된 재료 유형에 따라 다릅니다. 일부 모래 금형은 금형 열기에 놓인 후 높은 붕괴성을 가지도록 제작됩니다. 다른 것들은 주입 내내 구조를 유지하지만 더 낮은 온도에서 더 오래 구워 제거할 수 있습니다. 일부 모래 코어는 와이어 프레임 주위에 제작되어 기계적 추출이 필요합니다. 모래 코어 제거는 코어 배치와 깊이에도 영향을 받습니다.

일부 화학적 결합제를 느슨하게 하는 방법은 수산화나트륨이나 수산화칼륨 같은 다른 화학물질 추가, 또는 냉수, 증기입니다. 어떤 공정이 모래 코어를 분해하든, 최종 객체는 진동 테이블로 돌아가 최종 모래를 털어낼 수 있습니다.

주물 세척

주물은 진동 테이블에서 완성되지 않은 상태로 나옵니다. 전통적으로 페틀링(fettling)이라 불리는 공정으로 세척해야 합니다.

모든 금속 주물엔 금형에 금속을 부은 곳에서 스프루와 게이트가 남습니다. 일반적으로 라이저, 게이트, 러너도 있습니다 - 건전한 주조를 위해 필요했던 인프라. 주물 마무리 전 주조소는 이들 게이트와 라이저, 작은 결함들을 제거해야 합니다. 주물 세척 공정은 달라붙어 탄 모래 최종 잔재도 제거합니다.

"플래싱(Flashing)"은 사형과 다이캐스팅의 흔한 작은 결함입니다. 이 얇은 과잉 금속 피막은 사형 금형 파팅 라인이나 다이캐스트 기계 이젝터 핀 위치에 가장 흔히 나타납니다. 이들 각각에서 소량 용융 금속이 금형에서 새어 나옵니다. "버(Burrs)"는 금형 내 금속 약간 이동에서 오는 돌출 모서리나 작은 재료 조각들입니다.

1차 세척

매우 흔히 샷 블라스터(shot blasters)가 1차 세척 단계에 사용됩니다. 이 시스템에서 강철 볼이나 작은 철성 스타가 임펠러로 주물에 발사됩니다. 스케일, 플래싱, 버, 기타 불순물을 벗겨냅니다. 에어 블라스트(air-blast) 기계도 더 작은 연마재를 사용해 작동할 수 있습니다.

이 블라스트 시스템은 컨베이어 벨트, 회전 테이블, 또는 주조 작업자가 연마재를 조준할 수 있는 큰 방에서 작동할 수 있습니다. 이 단계에서 또 다른 흔한 기계는 텀블러 드럼(tumbler drum)입니다. 이 텀블러에서 주물들은 드럼에 넣어져 세탁기 옷처럼 뒤집힙니다. 공기나 샷이 텀블링되는 주물들에 발사되어 모든 면이 세척됩니다.

공압 해머나 드릴(pneumatic hammers or drills)이 모래 코어 제거에 흔히 사용됩니다. 로봇이나 주조공이 작동할 수 있습니다.

워터 블라스트(Water blast)는 가장 단순한 형태로 주물 고압 세척입니다. 하이드로블라스트(Hydroblast) 시스템은 추가로 연마재를 물에 더해 제거를 도울 수 있습니다.

게이트와 라이저 제거

일부 게이트와 라이저는 텀블링이나 에어 블라스팅으로 제거되지 않습니다. 여분 스톡이 너무 두꺼워 이 방식으로 제거할 수 없기 때문입니다. 이들 게이트와 라이저는 산소-아세틸렌 토치(oxy-acetylene torch)로 잘라내거나, 치핑 해머나 슬레지(chipping hammers or sledges)로 망치질하거나, 톱으로 잘라낼 수 있습니다. 머시닝이 부품 필요 마무리의 일부라면, 일부 게이트와 라이저 제거는 미세 연마, 선삭, 톱질이 머시닝 단계에서 수행될 때까지 기다릴 수 있습니다.

제거된 게이트와 라이저 스톡 금속은 재사용됩니다. 들어오는 스크랩 금속보다 품질이 나을 수 있습니다. 페인트나 오일처럼 용광로에 편승해 들어간 가스 발생 수소 풍부 물질이 연소될 기회가 있었기 때문입니다. 스톡은 따라서 주조소가 재료 일관성을 유지하는 방법 중 하나입니다.

머시닝

사형 주조는 일반적으로 매우 미세한 마무리 표면을 제공하지 않습니다. 품목이 매끄러워야 하거나 정밀한 치수 공차가 필요하면 품목 사양에 맞춰 머시닝됩니다. 머시닝은 비싼 공정이므로 주조소는 최종 사양에 최대한 가깝게 품목을 생산하도록 주조를 최적화합니다. 그래도 추가 정밀도가 필요한 표면이 있을 수 있습니다.

라인 끝자락 접근

셰이크아웃, 세척, 머시닝이 끝나면 주물은 최종 형태입니다. 추가 마무리 - 열처리, 페인팅, 분체도장, 조립 - 가 여전히 필요할 수 있지만, 금속으로 새 형상 만드는 작업은 끝났습니다. 신제품이나 혁신 제품 첫 생산 런에서 이 단계 주물들은 고객이나 설계자가 미적 가치나 개념 증명을 확인할 첫 런 프로토타입일 수 있습니다. 검사와 열처리가 여전히 기계적 하중 품질 보증을 제공해야 하지만, 이 시점에서 고객은 구성요소가 비전을 충족하는지, 패턴 제작 과정을 통해 해결해야 할 문제가 있었는지 볼 수 있습니다. 생산 프로토타입으로 설계 결함이 밝혀지면, 설계자는 공정을 겪으며 더 현명하고 능숙해진 상태로 주조 금속 설계로 돌아갈 수 있습니다!