파운드리 그린 샌드 마스터하기: 금속 주조를 위한 전문가 가이드

금속 주조용 그린 샌드 만드는 법

성형 모래는 샌드 캐스팅 공정의 핵심입니다. 형태를 잘 유지해 주물의 미세 디테일을 포착하면서도 가스가 빠져나갈 만큼 투과성이 있어야 합니다. 성형 패턴을 뺄 때나 용융 금속을 부을 때 무너지거나 가라앉지 않아야 하며, 뒤집어도 형태를 잃지 않아야 합니다. 금형의 각 부분은 클램프된 상태에서 진실을 유지해야 합니다.

대부분 '그린' 샌드만으로 이런 특성을 갖출 수 있습니다. 그린 샌드는 색깔 때문에 붙은 이름이 아닙니다. 구성과 용도에 따라 다양한 색을 띠지만, 푸른 나무처럼 '축축한' 상태라 그린(green)이라 부릅니다.

모래의 기계적 특성은 파운드리 현장 사용 전 측정합니다. 기술자나 파운드리 엔지니어가 모래 실린더를 다져 시험합니다. 점점 더 정밀한 컴퓨터 장비로 다지점 측정을 수행합니다.

모래 투과성은 '벤팅 파워'로, 금형에서 가스가 얼마나 빠져나가는지 나타냅니다. 그린 압축 강도는 모래가 부서지기 전까지 견디는 압축력입니다. 그린 전단 강도는 전단 응력 하 구조적 파괴에 대한 강도로, 슬라이딩 파괴를 일으키는 힘에 평행한 강도입니다. 건조 강도도 시험하는데, 공정 중 수분을 잃기 때문입니다. 고온 강도(고온에서의 거동)도 확인합니다. 주조 고열이 금형을 부서지게 할까요?

수분 함량, 점토 함량, 입도 검사 같은 보조 시험도 자주 합니다. 파운드리 엔지니어가 모래 특성을 관리하며 수명 주기 동안 여러 조정을 해 최적 상태를 유지합니다.

파운드리 모래를 만드는 특수 배합이 필요한 거동을 제공합니다. 주성분은 일정한 입도의 광물 모래입니다. 모래 입자 크기는 주물 표면 마무리에 영향을 주지만, 금형 투과성과 다공성에도 영향을 줍니다. 이 성분만으론 부족해 결합재(보통 점토)를 넣고 물로 적십니다.

자연 결합 모래는 땅에서 채취한 실리카와 점토 혼합물로, 적절한 모래 특성을 얻으려 비율을 조정하기도 합니다. 회주철, 연성철, 가단철, 비철(마그네슘 제외) 파운드리에서 씁니다. 합성 결합 모래는 점토 없는 모래에 정량의 점토나 벤토나이트를 섞어 만듭니다. 자연 결합 모래보다 균일하지만 더 세심한 혼합과 관리가 필요합니다. 강철, 회주철, 가단철, 마그네슘 파운드리에서 사용합니다. 코어처럼 들어 올리거나 옮길 수 있을 만큼 굳어야 하는 모래에는 합성 결합이 보통 필요합니다.

파운드리가 샌드 캐스팅 레시피를 짤 때 선택할 옵션이 여럿 있습니다.

광물 모래

파운드리 배합은 보통 75-85% 모래, 나머지는 점토, 물, 기타 첨가제입니다. 모래는 호수 등에서 자연 채취하거나, 채굴 후 점토를 제거해 표준화한 광물로 만듭니다.

올리빈

전통적으로 올리빈 모래는 철/비철 파운드리 모두에서 쓰였습니다. 금속을 급랭시켜 미세한 마무리를 내고, 먼지가 적어 호흡에 안전했습니다. '관대한' 주조 모래로 패턴을 잘 받아들이고 열팽창이 적지만 인장 강도는 높지 않습니다. 실리카 모래는 코어용으로 항상 선호되었습니다. 일부 올리빈 모래는 연한 녹색을 띠지만 우연일 뿐, 다른 모래처럼 '건식' 또는 '그린' 상태일 수 있습니다.

올리빈 모래는 미국에서 더 이상 채굴하지 않아, 적어도 북미에서는 주조 모래 주원료가 아닙니다.

실리카

철강 파운드리(철과 강철 취급)는 보통 실리카 모래, 즉 석영 모래를 씁니다. 실리카 모래는 코어 제작에 오래 쓰여, 주조 공정 전반에 같은 골재를 쓰면 자재 관리가 쉬워집니다.

이 제품을 쓰는 파운드리는 규폐증 예방을 위해 약간의 추가 예방책을 씁니다. 실리카 입자를 많이 흡입하면 폐에 생기는 질병입니다. 때로 호흡기나 필터 마스크를 착용합니다.

그린 샌드의 점토

그린 샌드는 보통 10% 벤토나이트 점토입니다. 분자 수준에서 실리카와 알루미늄 흡착 혼합물을 포함하며, 흔히 칼륨, 나트륨, 칼슘도 함유합니다. 칼슘 벤토나이트가 그린 주조 공정에서 가장 흔히 쓰이는 점토입니다.

벤토나이트 점토는 채굴 후 세척해 다양한 용도로 씁니다. 제조 및 건축 용도도 많지만, 소비자에게는 고양이 모래와 팩 같은 화장품에 흡착제로 쓰이는 게 가장 익숙합니다.

그린 샌드 주조용 기타 첨가제

수분은 모든 그린 샌드 주조의 중요 성분입니다. 물은 보통 혼합물 중량의 2-5%를 첨가합니다. 물 분자 간 정수압 결합이 모래를 강화합니다. 해변에서 젖은 모래로 모래성을 쌓는 힘과 같은 힘이 파운드리에서도 작용합니다. 물이 그린 샌드의 전단 응력과 압축 처리 능력을 높여줍니다.

기본 모래, 점토, 물 외에 특수 첨가제를 쓸 수 있습니다. 곡물, 분말 피치, 해탄, 길소나이트, 연료유, 목분, 실리카 분말, 산화철, 펄라이트, 당밀, 덱스트린, 독자 소재 등이 있습니다. 모두 모래 특정 특성을 변경해 원하는 결과를 얻으려는 목적입니다.

페이싱 샌드는 주물 표면 개선을 위해 회주철, 가단철, 강철, 마그네슘 주조에 씁니다. 철 모래는 보통 미세 분말 해탄을 포함하는데, 뜨거운 금속과 접촉 시 가스막을 생성해 모래가 주물에 붙는 걸 방지합니다. 모든 모래에 해탄을 쓰는 파운드리는 혼합물에 약 5% 석탄 분진을 넣습니다. 길소나이트도 같은 목적, 즉 모래 붙음 방지나 질소 관련 핀홀 방지를 위해 가스를 발생시킵니다.

강철 페이싱에는 실리카 분말이나 기타 매우 미세한 고내화물 소재를 넣어 금속이 쉽게 침투하지 못하는 치밀한 표면을 만듭니다. 올리빈 모래는 망간강 주조에도 쓰였는데, 올리빈 모래와 망간 조합이 좋은 마무리를 냈습니다.

몰드 워시는 금형이나 코어 표면에 발라 주물 마무리를 개선하는 코팅입니다. 습식 또는 건식으로 바릅니다. 보통 습식은 붓이나 스프레이로, 건식은 붓이나 문질러 바릅니다. 흑연이나 실리카 분말을 점토와 당밀 물에 섞어 자주 씁니다. 워시는 보통 수성 또는 알코올 용매에 섞습니다. 알코올 용액은 불 붙여 알코올을 태워 즉시 경화시킬 수 있습니다. 수성은 오븐 건조 시간이 필요해 워시가 굳고 여분 수분이 빠집니다.

모래 준비와 취급

모래는 멀러(mullers)에서 준비합니다. 멀러는 모래, 결합제, 물을 혼합합니다. 단순히 저어주는 게 아니라, 각 모래 입자가 점토나 다른 결합재로 고르게 코팅되도록 압력을 가합니다. 에어레이터로 모래를 풀어 성형하기 좋게 만듭니다.

파운드리 바닥 모래 더미 위에서 작동하는 샌드 커터를 멀러 대신 쓰기도 합니다. 성형장으로 모래를 옮길 땐 덤프/스쿱 트럭이나 벨트 컨베이어를 씁니다.

주조 공정 중 모래는 금형으로 성형돼 바닥에 놓이거나 컨베이어로 주입 스테이션으로 갑니다. 주입 후 주물은 모래에서 흔들어 뺍니다. 쓴 모래는 다시 벨트 컨베이어 등으로 저장 빈으로 돌아갑니다.

파운드리 모래 재활용

파운드리 모래는 여러 번 재사용하다 폐사되어 재생 불가능해집니다. 예전엔 매립했지만, 재사용과 재활용이 관심사가 되었습니다. EPA는 성형 공정에서 나온 중고 파운드리 모래를 화분 흙과 인공 표토 등 토양에 안전하게 쓸 수 있다고 제안합니다. 도로 기초층이나 시멘트 제조 골재로도 쓸 수 있습니다.

단순한 레시피, 다양한 변형

집에서 그린 샌드를 만들려면 모래, 점토, 물만 있으면 됩니다. 뭉치는 고양이 모래가 저렴한 벤토나이트 공급원이지만 곱게 갈아야 합니다. 곱게 간 벤토나이트는 미용 제품으로 팔려 더 비쌉니다. 고운 실리카 모래는 철물점에서 구할 수 있습니다. 실리카 9: 벤토나이트 1 비율에 물로 축축하게만 하면 되는 쉬운 가정용 비율입니다. 각 모래 입자가 점토 층으로 코팅되도록 아주thorough하게 섞고, 많이 쥐고 누르고 문질러야 합니다.

이 레시피는 러프한 샌드 캐스팅용이거나, 동네 최고 모래성 쌓기용으로도 쓸 수 있습니다!

이전 글: 패턴메이킹 금속 주조 공정 다음 글: 코어 제작