샌드캐스팅이란? | 모래 주조 단계 | 장점

모래 주조란 무엇입니까?

모래 주조에서 , 용융 금속은 중력 또는 힘에 의해 소모성 샌드 몰드 캐비티에 부어지고, 캐비티 형상 부품을 형성하기 위해 응고됩니다. 이 과정에 의해 형성된 3D 물체를 주조(casting)라고도 합니다. 가장 일반적인 모래 주물에는 엔진 블록과 실린더 헤드가 포함됩니다.

가장 널리 사용되는 금속 주조입니다. 전체 주조 중량의 상당 부분을 차지하는 제조 공정. 모래 주조 공정 중에 재료가 녹을 수 있는 정확한 온도로 가열되고 때로는 필요한 재료 특성을 달성하기 위해 화학 조성을 수정하기 위해 처리됩니다. 그런 다음 용융 금속을 원하는 모양의 캐비티가 있는 금형에 부어 냉각 및 응고시킵니다.

가능한 한 가장 낮은 비용으로 최고 품질의 주물을 생산하기 위해 설계자는 여러 공정 요구 사항에 세심한 주의를 기울이고 주물의 한계를 이해해야 합니다. 일반적인 함정을 피하기 위해 고려해야 할 모래 주조, 즉 드래프트 각도, 파팅 라인, 언더컷 및 코어, 단면, 벽 두께, 모서리 및 각도, 접합 설계, 주조 여유의 8가지 핵심 요소가 있습니다. 기계 엔지니어는 모래 주조 과정에서 직면합니다.

결함이나 단점은 부품의 기능에 영향을 미치는 경우에만 문제가 됩니다. 따라서 부품 기능 요구 사항을 충족하려면 적절한 제조 공정을 선택하는 것이 중요합니다.

모래 주조의 특성

모래 주조 제조 방법 중 가장 다재다능하며 엔지니어가 무제한의 금속 및 합금으로 복잡한 부품을 설계할 수 있는 자유를 제공합니다.

• 전체 금속 주물의 70% 이상이 이 공정을 통해 생산됩니다.
• 모래 주조는 작은 조각상부터 100톤 이상의 부품까지 다양한 크기로 생산 가능
• 매우 복잡한 부품을 한 조각으로 쉽게 생산할 수 있음
• 낮은 치수 정확도
• 표면 조도 불량
• 적응성이 뛰어나 대량 생산 처리에 사용 가능

모래 주조 과정은 어떻게 진행되나요?

게이팅 시스템의 요소

가장 일반적인 금속 주조 공정 중 하나는 모래 주조이며 금형은 두 부분으로 만들어집니다. 플라스크라고 하는 상자 안에 두 개의 반쪽이 들어 있으며 위쪽 절반은 자루라고 하고 아래쪽 절반은 끌기라고 합니다. 아래 이미지와 같이 플라스크도 두 부분으로 나뉩니다. 두 반쪽을 구분하는 선을 파팅 라인이라고 합니다.

모래 주조 단계

다음은 모래 주조 주기의 7가지 주요 단계입니다.

1. 패턴 만들기 단계 i n 주조할 물체의 복제물이 적절한 재료로 만들어지는 것. 패턴은 일반적으로 냉각 단계에서 금속 수축을 허용하도록 크기가 큽니다.
2. 금형 제작 단계에서 모래 주형은 패턴 주위의 주형에 모래를 채워서 형성됩니다. 모래 주형은 두 부분으로 나뉘며 위쪽 절반은 "코프", 아래쪽 부분은 "드래그"라고 합니다. 캐비티에서 패턴을 제거하면 쇳물을 붓기 위한 잔상이 생깁니다. 금형에는 스프루(Sprue), 러너(runner), 게이트(gate), 붓는 컵(pouring cup), 라이저(riser) 등과 같은 다른 기능이 있으며 이에 대해서는 나중에 자세히 설명합니다.
3. 클램핑 이 단계에는 두 개의 금형 반쪽 Cope 및 Drag가 함께 단단히 고정되어 금속을 부어 넣을 준비가 되어 있습니다.
4. 붓기 용융 금속은 설정 온도로 유지됩니다. 조기 응고를 방지하기 위해 용융 금속을 빠르게 붓고
5. 부어낸 용융 금속은 냉각되기 시작합니다. 캐비티 내부에 들어가면 응고됩니다. 가능한 대부분의 모래 주조 결함은 이 응고 단계에서 도입됩니다.
6. 냉각 기간이 경과하면 금형을 흔들거나 떼어낼 수 있습니다. 캐스팅
7. 트리밍 러너, 스프루 등 본체와 연결된 부분을 청소하고 제거하는 작업

모래 주조의 장점과 단점

모든 제조 공정을 이해하려면 먼저 이점뿐만 아니라 잠재적인 제한 및 공정상의 어려움에 대해서도 신중하게 고려해야 합니다.

장점

• 설계 유연성 –  부품의 크기와 무게는 몇 밀리미터 및 그램에서 미터 및 수 톤까지 다양합니다. 주조물의 크기와 무게는 용탕 취급 및 공급에 의해 부과된 제한에 의해서만 제한됩니다. 따라서 큰 부품을 생산할 수 있습니다.
• 고복잡도 모양 –  다른 어떤 공정도 그물 모양에 가까운 구성 요소를 생산하는 주조만큼 복잡한 형상을 형성할 수 있는 가능성의 범위를 동일하게 제공하지 않습니다.
• 재료 선택 폭이 넓어짐 –  거의 모든 유형의 엔지니어링 합금은 녹을 수 있는 한 주조할 수 있습니다.
• 저비용 도구 –  툴링 및 장비 비용은 다른 금속 제조 공정에 비해 저렴합니다. 따라서 거의 순수한 모양 구성 요소를 달성하는 가장 저렴한 방법 중 하나입니다.
• 짧은 리드 타임 –  다른 제품에 비해 리드 타임이 짧기 때문에 짧은 생산 실행에 이상적입니다.
• 낭비 감소 – 고철 재활용 가능

단점

• 낮은 재료 강도 –  가공 부품에 비해 높은 다공성으로 인해 재료 강도가 낮습니다.
• 낮은 치수 정확도 –  수축 및 표면 마감 치수 정확도가 매우 낮습니다.
• 표면 마감 불량 –  내부 모래 곰팡이 벽 표면 질감으로 인해.
• 피할 수 없는 결함 –  다른 야금 공정과 마찬가지로 수축, 다공성, 주입 금속 결함, 표면 결함과 같은 결함 또는 품질 변동은 불가피합니다. 다이캐스팅 및 인베스트먼트 캐스팅과 같은 다른 주조 공정에 비해 샌드 캐스트의 다공성이 높습니다.
• 후처리 –  다른 결합 부품과의 인터페이스에 더 엄격한 공차가 필요한 경우 2차 가공 작업이 필요한 경우가 많습니다. 툴링 및 재료비에 비해 가공비가 높음
• 높은 위험 – 인간 및 환경 문제에 대한 안전 위험
• 프로덕션 문제 – 얇고 작은 부품의 패턴 제거가 어렵습니다.

권장 독서

• Kalpakjian, S., &Schmid, S.R.(2009). 엔지니어링 및 기술 제조 (제6판 ed.). 런던:피어슨.