게이팅과 응고: 기공 제거의 핵심

인베스트먼트 주조 공정을 선택할 때는 성공적인 부품 제작에 영향을 미치는 모든 요소를 이해하는 것이 중요합니다. 부품 결함을 방지하기 위한 첫 단계 중 하나는 주조 전에 부품에 요구되는 건전성을 확보하는 것입니다. 인베스트먼트 주조는 부품의 성공 가능성을 사전에 입증할 수 있는 몇 안 되는 제조 공정 중 하나입니다.

게이팅 시스템

인베스트먼트 주조 부품을 설계할 때는 게이트의 위치와 크기를 고려해야 합니다. 게이트는 용탕이 캐비티로 자유롭게 흐를 수 있도록 하는 작은 개구부로, 급탕원인 스프루와 부품을 연결하는 지점으로 볼 수 있습니다. 게이트는 주조품의 가장 두껍고 무거운 부분에 배치하는 것이 이상적이며, 이를 통해 금속이 응고되기 전에 지속적으로 흘러 부품 전체를 충전할 수 있습니다.

주조 중 금속의 응고 방식

금속 응고는 게이팅을 이해하는 데 중요한 요소입니다. 용강은 약 3000°F의 초기 주입 온도에서 약 2500°F의 응고 온도까지 냉각되면서 체적 수축을 겪습니다. 이러한 수축은 금속이 응고되는 동안 계속되며, 이후 열팽창의 영향으로 실온까지 냉각되는 과정에서도 다시 발생합니다.

예를 들어, 1" x 1" x 1" 정육면체에 용강을 채우면 실온에서 약 0.96" x 0.96" x 0.96"로 수축합니다. 이러한 체적 변화로 인해 부품 형상과 게이트의 위치 및 크기를 신중하게 고려해야 합니다. 적절한 설계를 통해 응고가 진행되는 동안 수축을 보상할 수 있도록 주조품에 액체 금속이 지속적으로 공급됩니다.

성공적인 주조 부품의 조건은 무엇입니까?

게이트 위치 및 크기

금속 응고의 기본 원리를 이해한 후에는 게이트의 크기와 위치를 결정할 수 있습니다. 게이트 세부 사항을 고려하지 않으면 금속이 주조품을 충전하고 감소한 체적을 보충하기 전에 게이트가 응고될 수 있습니다. 이로 인해 부품 내부에 완전히 충전되지 않은 큰 빈 공간, 즉 내부 기공이 발생할 수 있습니다. 기공은 달성된 치밀도, 즉 부품 내부에 공동이나 구멍이 있는지를 의미합니다. 부품의 기능을 고려하여 게이트를 신중하게 설계하지 않으면 부품 결함으로 이어질 수 있습니다.

부품 설계

기공 제거에서 게이트만이 유일한 결정 요인은 아닙니다. 부품 형상은 금속의 방향성 응고에 영향을 미칠 수 있습니다. 설계 시에는 스프루에서 부품까지의 급탕 경로가 막히지 않도록 충분히 큰 열 구배를 고려해야 합니다. 부품은 한 번에 응고되지 않고 외부에서 내부로 냉각되므로, 우수한 설계는 게이트에서 먼 쪽부터 금속이 먼저 냉각되도록 합니다. 고드름 형상은 완벽한 주조품의 대표적인 예로, 끝부분이 먼저 얼고 고드름의 나머지 부분은 가장 작은 단면에서 가장 두꺼운 단면인 물 공급원까지 순차적으로 응고됩니다.

초기 기공이 나타나는 설계에서는 급탕 리브와 같은 형상을 추가하여 원치 않는 빈 공간을 제거할 수 있습니다. 하부 바닥면에 테이퍼를 적용하는 등의 구조적 변경을 통해서도 부품 설계를 개선하고 기공을 줄일 수 있습니다. 그러나 일부 경우에는 부품 형상을 변경할 수 없습니다. 이때 복사열을 활용하여 기능상 중요하지 않은 암을 포함한 게이트를 설계함으로써, 얇은 벽과 엔드 플레이트를 포함한 부품이 응고되는 동안 급탕될 수 있을 만큼 뜨거운 상태를 유지할 수 있습니다.

고객과 긴밀히 협력하는 Signicast 설계 엔지니어는 부품 기능을 더 잘 이해하고 적용 분야의 요구사항을 충족하도록 부품 형상을 최적화할 수 있습니다.

주조 소재 선택

설계 고려사항 외에도 소재 선택은 부품 내부의 기공과 주조품의 응고에 직접적인 영향을 미칩니다. 합금 내 각 원소는 서로 다른 응고 온도를 가지므로, 17-4 스테인리스강과 같은 합금은 합금 내 원소의 양으로 인해 액체에서 고체로 변하는 동안 더 넓은 온도 범위를 갖습니다. 넓은 온도 범위는 유동을 저해하므로 저탄소강보다 허용 범위가 좁습니다. 프로젝트 초기 단계에서 소재 요구사항을 파악하면 설계 엔지니어는 금형 단계로 넘어가기 전에 부품의 성공 가능성을 더 정확히 예측하고 기공을 제한할 수 있습니다.

부품 설계를 본격적인 양산으로 전환하기 전에 잠재적인 기공 문제를 파악하는 것이 중요합니다. Signicast는 응고 및 유동 해석 소프트웨어를 사용하여 게이트 위치의 효과를 판단하고 주조품 기공을 예측하여 설계를 검증합니다. 당사의 설계 엔지니어는 시장 출시 기간을 지연시키지 않으면서 성공적인 부품 생산으로 이어질 수 있는 유익한 설계 제안을 제공할 수 있습니다.